JP2002043301A - Heat treatment apparatus, method of heat-treating substrate, and medium in which treatment recipe is recorded - Google Patents
Heat treatment apparatus, method of heat-treating substrate, and medium in which treatment recipe is recordedInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱処理装置、基板
の熱処理方法、および処理レシピを記録した媒体に関
し、特に温度安定のための待ち時間が短縮可能な熱処理
装置、基板の熱処理方法、および処理レシピを記録した
媒体に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat treatment apparatus, a heat treatment method for a substrate, and a medium on which a processing recipe is recorded, and more particularly to a heat treatment apparatus, a heat treatment method for a substrate, and a treatment method capable of reducing a waiting time for temperature stabilization. It relates to a medium on which a recipe is recorded.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体製造プロセスにおいて、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、例えば酸化処理やCVD(Ch
emical Vapor Deposition)を
行うものである。縦型熱処理装置で熱処理する際には、
ウエハを縦型熱処理装置の処理室内に搬入し、ヒータに
よって加熱して昇温する。その後、基板の温度が安定す
るのを待ち、目的とする熱処理、例えば酸化処理を行
う。2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, a vertical heat treatment apparatus for performing batch processing is one of apparatuses for performing heat treatment on a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a wafer). In this apparatus, a large number of wafers are held in a shelf shape by a holder called a wafer boat or the like, and the holder is loaded into a vertical heat treatment furnace and subjected to heat treatment, for example, oxidation treatment or CVD (Ch).
It performs an Electronic Vapor Deposition. When performing heat treatment with a vertical heat treatment device,
The wafer is carried into the processing chamber of the vertical heat treatment apparatus, and heated by a heater to raise the temperature. Then, after the temperature of the substrate is stabilized, a target heat treatment, for example, an oxidation treatment is performed.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱処理装置では基板面内の熱処理を均一に行う目的で、
基板の温度が安定するための安定化時間を要していた。
このため安定化時間の分、熱処理の工程に時間がかかる
こととなりスループットが減少していた。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、安定化時
間を短縮しても基板面内の熱処理を均一に行える熱処理
装置を提供することを目的としている。However, in the conventional heat treatment apparatus, in order to uniformly perform the heat treatment in the substrate surface,
This requires a stabilization time for the substrate temperature to stabilize.
For this reason, the heat treatment process takes time for the stabilization time, and the throughput is reduced. The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus capable of uniformly performing a heat treatment in a substrate surface even if the stabilization time is shortened.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るために、本発明は以下の熱処理装置を構成する。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、前記熱処理工程
中に前記基板の中央近傍の中央温度が周縁近傍の周縁温
度より高い中央高温状態と該基板の該周縁温度が該中央
温度より高い周縁高温状態とが現れるように、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。Means for Solving the Problems (1) In order to achieve the above object, the present invention comprises the following heat treatment apparatus. A heat treatment apparatus for performing heat treatment by disposing a substrate in a processing chamber, wherein the heating unit heats the substrate, and a gas introduction unit that introduces a processing gas for forming a film on the substrate into the processing chamber. The heating unit and the heating unit according to a processing recipe including at least a heat treatment step describing a heat treatment step of forming a film on the substrate, including a set temperature profile representing a relationship between a lapse of time and a set temperature. A control section for controlling a gas introduction section, wherein the central temperature near the center of the substrate is higher than the peripheral temperature near the peripheral edge during the heat treatment step, and the peripheral temperature of the substrate is higher than the central temperature. The set temperature profile is defined so that a peripheral high temperature state appears.
【0005】熱処理工程中に基板中央近傍が高温の中央
高温状態と基板周縁近傍が高温の周縁高温状態の双方の
状態をとる。この中央高温状態と周縁高温状態の双方が
打ち消し合うことにより、時間平均すれば中央温度と周
縁温度は近づく。その結果、安定化時間を短縮しても基
板面上の熱処理を均一に行い易くなる。[0005] During the heat treatment step, both the central high-temperature state near the center of the substrate and the peripheral high-temperature state near the periphery of the substrate are high. By canceling out both the central high-temperature state and the peripheral high-temperature state, the central temperature and the peripheral temperature become closer with time averaging. As a result, even if the stabilization time is shortened, the heat treatment on the substrate surface can be easily performed uniformly.
【0006】ここで、前記熱処理工程中における前記基
板の前記中央温度の時間平均値が、前記周縁温度の時間
平均値と略等しくなるように、前記設定温度プロファイ
ルが規定されていることが好ましい。中央温度の時間平
均値が、前記周縁温度の時間平均値と略等しいことによ
り、基板面上の熱処理の均一性の確保が容易になる。な
お、前記熱処理工程中の前記設定温度が、時間の推移と
共に変化する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ても差し支えない。Here, it is preferable that the set temperature profile is defined so that a time average value of the center temperature of the substrate during the heat treatment step is substantially equal to a time average value of the peripheral temperature. When the time average value of the center temperature is substantially equal to the time average value of the peripheral temperature, it is easy to ensure the uniformity of the heat treatment on the substrate surface. Note that the set temperature profile may be defined so that the set temperature during the heat treatment step is a time-change set temperature that changes with time.
【0007】(2)本発明に係る基板の熱処理方法は次
のように構成される。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、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を具備し、前記熱
処理工程が、前記基板の中央近傍の中央温度が周縁近傍
の周縁温度より高い中央高温工程と、前記基板の前記周
縁温度が前記中央温度より高い周縁高温工程とを含むこ
とを特徴とする。(2) The heat treatment method for a substrate according to the present invention is configured as follows. Control the temperature according to the set temperature,
A method for performing a heat treatment of a substrate, comprising a heat treatment step of forming a film on the substrate in a processing gas atmosphere, wherein the heat treatment step is such that a central temperature near a center of the substrate is higher than a peripheral temperature near a peripheral edge of the substrate. A central high-temperature step; and a peripheral high-temperature step in which the peripheral temperature of the substrate is higher than the central temperature.
【0008】中央高温状態と周縁高温状態が互いに打ち
消し合うことにより、安定化時間を短縮しても基板面内
の熱処理の均一性の確保が容易になる。ここで、前記熱
処理工程における前記設定温度が、時間の経過と共に下
降していても差し支えない。このとき、基板の加熱、放
熱が周縁から行われるなら、前記周縁高温工程の後に前
記中央高温工程が行われることになる。基板の加熱、放
熱が基板周縁から行われるなら、設定温度が、時間の経
過と共に下降するにつれ基板の周縁温度が中央温度より
も速やかに下降するからである。Since the central high-temperature state and the peripheral high-temperature state cancel each other, uniformity of the heat treatment in the substrate surface can be easily ensured even if the stabilization time is shortened. Here, the set temperature in the heat treatment step may decrease with the passage of time. At this time, if the substrate is heated and radiated from the periphery, the central high-temperature step is performed after the peripheral-edge high-temperature step. If the substrate is heated and radiated from the periphery of the substrate, the peripheral temperature of the substrate falls more rapidly than the center temperature as the set temperature falls with time.
【0009】また、前記熱処理工程における前記時間変
化設定温度が、時間の経過と共に上昇していても差し支
えない。このとき、基板の加熱、放熱が基板周縁から行
われるなら、前記中央高温工程の後に前記周縁高温工程
が行われることになる。基板の加熱、放熱が基板周縁か
ら行われるなら、時間の経過と共に設定温度が上昇する
につれ基板の周縁温度が中央温度よりも速やかに上昇す
るからである。[0009] Further, the time change set temperature in the heat treatment step may increase with time. At this time, if the substrate is heated and radiated from the periphery of the substrate, the peripheral high-temperature step is performed after the central high-temperature step. If the substrate is heated and radiated from the periphery of the substrate, the peripheral temperature of the substrate rises more quickly than the center temperature as the set temperature rises over time.
【0010】ここで、前記熱処理工程における前記基板
の前記中央温度の時間平均値が、前記周縁温度の時間平
均値と略等しいことが、好ましい。基板面内の均一な熱
処理の確保に繋がるからである。ここで、前記周縁温度
が周縁近傍の複数箇所の温度の平均値であっても差し支
えない。Here, it is preferable that the time average value of the central temperature of the substrate in the heat treatment step is substantially equal to the time average value of the peripheral temperature. This is because it leads to securing uniform heat treatment in the substrate surface. Here, the peripheral edge temperature may be an average value of the temperatures at a plurality of locations near the peripheral edge.
【0011】また、前記熱処理工程において、処理ガス
の濃度および圧力が時間的に略一定であることが好まし
い。基板面内の均一な熱処理を容易に行いやすいからで
ある。In the heat treatment step, it is preferable that the concentration and pressure of the processing gas are substantially constant with time. This is because uniform heat treatment in the substrate surface can be easily performed.
【0012】(3)本発明に係る基板の熱処理方法は次
のように構成することもできる。基板を熱処理する方法
であって、第1の範囲の熱出力で、前記基板を加熱する
ことにより該基板の中央近傍の中央温度と該基板の周縁
近傍の周縁温度とを上昇させる昇温工程と、処理ガス雰
囲気中で、前記第1の範囲の熱出力より小さい第2の範
囲の熱出力で前記基板を基板周縁から加熱することによ
り、前記中央温度と前記周縁温度を低下させながら、該
該基板上に膜を形成する熱処理工程であって、かつ該基
板の前記中央温度が前記周縁温度より高い中央高温工程
と該中央温度より該周縁温度が高い周縁高温工程とを含
む熱処理工程とを具備することを特徴とする。(3) The heat treatment method for a substrate according to the present invention may be configured as follows. A method for heat-treating a substrate, the method comprising: heating the substrate with a heat output in a first range to increase a central temperature near a center of the substrate and a peripheral temperature near a peripheral edge of the substrate; Heating the substrate from the substrate periphery with a second range of heat output smaller than the first range of heat output in a process gas atmosphere, thereby lowering the central temperature and the periphery temperature, A heat treatment step of forming a film on the substrate, and a heat treatment step including a central high temperature step in which the central temperature of the substrate is higher than the peripheral temperature and a peripheral high temperature step in which the peripheral temperature is higher than the central temperature. It is characterized by doing.
【0013】基板を第1の熱出力で昇温後に第2の熱出
力で加熱しながら成膜を行う熱処理工程において、熱出
力等を調整することにより、成膜中に中央高温状態と周
縁高温状態の双方を出現させることができる。この結
果、昇温工程と熱処理工程(成膜工程)の間の安定化工
程を短縮してもあるいは安定化工程を設けなくても、基
板面内の熱処理の均一性の確保が容易になる。In a heat treatment step of forming a film while heating the substrate with the second heat output after the substrate is heated with the first heat output, the heat output and the like are adjusted so that a central high temperature state and a peripheral high temperature state are formed during the film formation. Both states can appear. As a result, even if the stabilization step between the temperature raising step and the heat treatment step (film formation step) is shortened or the stabilization step is not provided, it is easy to ensure the uniformity of the heat treatment in the substrate surface.
【0014】(4)本発明に係る記録媒体は以下のよう
に構成することができる。基板の熱処理を行う熱処理装
置を制御するための処理レシピを記録した記録媒体であ
って、前記処理レシピが、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
部を少なくとも有し、前記熱処理工程中に前記基板の中
央近傍の中央温度が周縁近傍の周縁温度より高い中央高
温状態と該基板の該周縁温度が該中央温度より高い周縁
高温状態とが現れるように、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。(4) The recording medium according to the present invention can be configured as follows. A recording medium recording a processing recipe for controlling a heat treatment apparatus for performing a heat treatment on a substrate, wherein the processing recipe includes a set temperature profile representing a relationship between a lapse of time and a set temperature, and A heat treatment step describing at least a heat treatment step for describing a heat treatment step of forming a film on the substrate, wherein during the heat treatment step, the central temperature near the center of the substrate is higher than the peripheral temperature near the periphery; Is characterized in that the set temperature profile is defined so that a peripheral high temperature state higher than the central temperature appears.
【0015】[0015]
【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。この縦型熱処理装置は、縦型熱処理炉10と、ウエ
ハ保持具であるウエハボート20と、このウエハボート
20を昇降させるボートエレベータ30、制御部100
とを備えている。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 and 2 are a cross-sectional view and a perspective view, respectively, of a vertical heat treatment apparatus according to the present invention. The vertical heat treatment apparatus includes a vertical heat treatment furnace 10, a wafer boat 20 as a wafer holder, a boat elevator 30 that moves the wafer boat 20 up and down, a control unit 100.
And
【0016】縦型熱処理炉10は、例えば石英よりなる
二重構造の反応管40、この反応管40を囲むように設
けられた抵抗発熱体などからなる加熱部であるヒータ5
0などからなる。反応管40の底部にはガス供給管60
及び排気管70が接続されていて、反応管40の外管4
0aからガス穴41を介して内管40bの中にガスが流
れるようになっている。ガス供給管60内のガス流量は
流量制御器65によって、排気管70からの排気量は排
気量制御器75によって制御される。なお、45は均熱
用容器である。The vertical heat treatment furnace 10 is a heater 5 serving as a heating unit including a reaction tube 40 having a double structure made of, for example, quartz and a resistance heating element provided so as to surround the reaction tube 40.
0 and so on. A gas supply pipe 60 is provided at the bottom of the reaction pipe 40.
And the exhaust pipe 70 is connected to the outer pipe 4 of the reaction pipe 40.
The gas flows from 0a into the inner tube 40b through the gas hole 41. The gas flow rate in the gas supply pipe 60 is controlled by a flow rate controller 65, and the amount of exhaust from the exhaust pipe 70 is controlled by an exhaust rate controller 75. In addition, 45 is a soaking container.
【0017】ウエハボート20は、例えば天板21及び
底板22の間に複数の支柱23を設け、この支柱23に
上下方向に形成された溝にウエハ(被処理体)Wの周縁
を挿入して保持し、こうして複数のウエハWを棚状に保
持するように構成されている。ウエハボート20は、縦
型熱処理炉10の下端の開口部80を開閉する蓋体81
の上に設けられた保温筒82の上に載置されている。蓋
体81はボートエレベータ30に設けられており、ボー
トエレベータ30が昇降することにより、縦型熱処理炉
10に対してウエハボート20の搬入出が行われる。In the wafer boat 20, for example, a plurality of columns 23 are provided between a top plate 21 and a bottom plate 22, and the peripheral edge of a wafer (substrate to be processed) W is inserted into a vertically formed groove in the columns 23. It is configured to hold the wafers W and thus hold the plurality of wafers W in a shelf shape. The wafer boat 20 has a lid 81 that opens and closes an opening 80 at the lower end of the vertical heat treatment furnace 10.
It is mounted on a heat retaining cylinder 82 provided above. The lid 81 is provided in the boat elevator 30, and when the boat elevator 30 moves up and down, the wafer boat 20 is carried in and out of the vertical heat treatment furnace 10.
【0018】前記ヒータ50は、5つのヒータ51〜5
5に分割されており、それぞれ縦型熱処理炉10内のゾ
ーン(領域)1〜5を主として加熱するようになってい
る。ゾーン1〜5を代表する位置にそれぞれ温度モニタ
用のモニタウエハW1〜W5が配置されている。即ち、
モニタウエハW1〜W5とゾーン1〜5は、互いに1対
1に対応している。それぞれのヒータ51〜55は、そ
れぞれ電力制御器91〜95により個別に消費電力が制
御される。The heater 50 includes five heaters 51 to 5
The zones (regions) 1 to 5 in the vertical heat treatment furnace 10 are mainly heated. Monitor wafers W1 to W5 for temperature monitoring are arranged at positions representative of zones 1 to 5, respectively. That is,
The monitor wafers W1 to W5 and the zones 1 to 5 correspond to each other on a one-to-one basis. The power consumption of the heaters 51 to 55 is individually controlled by power controllers 91 to 95, respectively.
【0019】モニタウエハW1〜W5の基板温度は、直
接測定されるのではなく、ヒータ50の近傍(均熱容器
45の外壁)およびウエハWの近傍(内管40bの内
壁)にそれぞれ設けられた温度センサSout、Sin
の温度測定結果を基に推定される。これは、ウエハWに
熱電対等の温度センサを接触することでウエハが金属等
によって汚染されることを防止するためである。温度セ
ンサSin、Soutは、モニタウエハW1〜W5にそ
れぞれ対応して、Sin1〜Sin5、Sout1〜S
out5が設置されている。制御部100は、縦型熱処
理炉10の制御を行うものであり、温度センサSin1
〜Sin5、Sout1〜Sout5の測定信号が入力
され、電力制御器91〜95および流量制御器65、排
気量制御器75に制御信号を出力する。The substrate temperatures of the monitor wafers W1 to W5 are not directly measured but are provided near the heater 50 (the outer wall of the heat equalizing vessel 45) and near the wafer W (the inner wall of the inner tube 40b). Temperature sensors Sout, Sin
Is estimated on the basis of the temperature measurement result. This is to prevent the wafer W from being contaminated with metal or the like by contacting the wafer W with a temperature sensor such as a thermocouple. The temperature sensors Sin and Sout correspond to the monitor wafers W1 to W5, respectively, and correspond to Sin1 to Sin5 and Sout1 to Sout.
out5 is installed. The control unit 100 controls the vertical heat treatment furnace 10 and includes a temperature sensor Sin1.
To Sin5 and Sout1 to Sout5, and outputs control signals to the power controllers 91 to 95, the flow controller 65, and the displacement controller 75.
【0020】図3は、制御部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に示すように制御部100は、温度センサS1
in〜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T1
e〜T5eを出力する基板温度推定部110、それぞれ
のモニタウエハW1〜W5の中央温度T1c〜T5c、
周縁温度T1e〜T5eからそれぞれのモニタウエハW
1〜W5の代表温度T1からT5を算出する代表温度算
出部120、モニタウエハの代表温度T1〜T5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91〜95に送出される。FIG. 3 shows the internal configuration of the control unit 100.
FIG. 3 is a block diagram illustrating details of a portion related to control of a heater 3. As shown in FIG. 3, the control unit 100 includes a temperature sensor S1
in to S5in, central temperatures T1c to T5c near the center of monitor wafers W1 to W5, and peripheral temperature T1 near the peripheral edge estimated based on measurement signals from S1out to S5out.
e to T5e, the substrate temperature estimating unit 110, the central temperatures T1c to T5c of the respective monitor wafers W1 to W5,
From the peripheral temperatures T1e to T5e, each monitor wafer W
Based on the representative temperature calculator 120 for calculating the representative temperatures T1 to T5 of 1 to W5, the representative temperatures T1 to T5 of the monitor wafer, and the heater outputs h1 to h5 based on the set temperature profiles stored in the set temperature profile storage unit 130. It comprises a heater output determining unit 140 for determining. The heater outputs h1 to h5 determined by the heater output determining unit 140 are sent to the power controllers 91 to 95 as control signals.
【0021】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。The set temperature profile represents the relationship between the passage of time and the set temperature (the temperature at which the wafer W should be). One example is shown in FIG. FIG. 4 shows a set temperature profile according to the present invention as a graph showing a relationship between time and temperature.
【0022】(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T2まで一定のレートで上昇する(昇温工程)。(A) From time t0 to t1, the set temperature is maintained at T0. At this time, the wafer boat 20 holding the wafer W is carried into the vertical heat treatment furnace 10 (loading step). (B) Between time t1 and t2, the set temperature is the temperature T
It rises at a constant rate from 0 to T2 (heating step).
【0023】(C)時刻t2からt3の間は、設定温度
はT2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)。一般
的にはこの安定化工程には数分以上、場合によっては数
十分を要するのが通例である。本発明では、この安定化
時間(t3−t2)を短縮、あるいは省略しても、ウエ
ハWの品質の低下を招き難いのが特徴である。(C) Between time t2 and time t3, the set temperature is maintained at T2. Even if the actual temperature of the wafer W is constant, it takes some time until the temperature becomes constant due to thermal inertia. Therefore, it is not necessary to proceed to the next step until the wafer temperature is stabilized (stabilization step). In general, this stabilization step usually requires several minutes or more, and in some cases, tens of minutes. The present invention is characterized in that even if the stabilization time (t3−t2) is shortened or omitted, the quality of the wafer W is hardly deteriorated.
【0024】(D)時刻t3からt4の間は、設定温度
はT2からT1まで徐々に低下する。このときに、ガス
供給管60から酸素ガス等の処理ガスが縦型熱処理炉1
0の内部に導入され例えばシリコンウエハ上への酸化膜
の形成等の熱処理が行われる(成膜工程)。即ち、成膜
中の設定温度は時間の経過と共に変化する時間変化設定
温度である。なお、ここでいう時間変化設定温度は、設
定温度が成膜中に何らかの変化があるものをいい成膜中
一時的に設定温度が一定値となることは差し支えないも
のとする。即ち、成膜工程(熱処理工程)の全期間を通
じて設定温度が一定なもの以外は時間変化設定温度とい
える。以後もこれと同様に解釈するものとする。本発明
は、昇温レートと成膜中の時間変化設定温度を適切に組
み合わせることにより、安定化時間の短縮を可能とし
た。なお、この詳細は後述する。(D) Between time t3 and t4, the set temperature gradually decreases from T2 to T1. At this time, the processing gas such as oxygen gas is supplied from the gas supply pipe 60 to the vertical heat treatment furnace 1.
Then, heat treatment such as formation of an oxide film on a silicon wafer is performed (film forming step). That is, the set temperature during film formation is a time-change set temperature that changes with the passage of time. Note that the time change set temperature referred to here is one in which the set temperature undergoes some change during film formation, and the set temperature may temporarily become a constant value during film formation. That is, it can be said that the temperature is a time-change set temperature except that the set temperature is constant throughout the film forming process (heat treatment process). Hereinafter, the same shall be interpreted. According to the present invention, the stabilization time can be shortened by appropriately combining the temperature raising rate and the temperature change set temperature during film formation. The details will be described later.
【0025】(E)時刻t4からt5の間は、設定温度
がT1からT0まで一定のレートで低下する(降温工
程)。 (F)時刻t5以降は設定温度は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)。(E) Between time t4 and time t5, the set temperature decreases from T1 to T0 at a constant rate (temperature decreasing step). (F) After time t5, the set temperature is maintained at T0. At this time, the wafer boat 20 holding the wafer W is carried out of the vertical heat treatment furnace 10 (unloading step).
【0026】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。As described above, in addition to (1) directly specifying the temperature in response to the passage of time,
Various expression methods are conceivable, such as (2) designating a rate of change in temperature such as a heating rate, or (3) designating a heater output. As a result, as long as the passage of time and the temperature of the wafer W are associated with each other, there is no need to be concerned with the apparent expression method.
【0027】設定温度プロファイルは、ウエハWの熱処
理工程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。熱処理工程全体で特に
重要なのは成膜工程であり、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とよぶこととする。The set temperature profile is a part of a processing recipe that determines the entire heat treatment process of the wafer W. In the processing recipe, in addition to the set temperature profile, processes such as discharge of the atmosphere from the inside of the vertical heat treatment furnace 10 and introduction of the processing gas are shown corresponding to the passage of time. The film formation step is particularly important in the entire heat treatment step, and a portion of the processing recipe that describes the film formation step is referred to as a film formation step description section.
【0028】図5は、制御部100によるヒータ50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(S201)。FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure of the heater 50 by the control unit 100. Hereinafter, the procedure of controlling the temperature of the vertical heat treatment furnace 10 will be described based on this flowchart. (A) When the heat treatment process is started, the temperature sensor S
in (S1in ~ S5in), Sout (S1out ~
The measurement signal of S5out) is read by the temperature estimating unit 110 (S201).
【0029】(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(S202)。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。(B) The substrate temperature estimating unit 110 uses the measurement signals from the temperature sensors Sin and Sout to
The center temperature T1c to T5c and the peripheral temperature T1e to T5e of each W5 are estimated (S202). This estimation includes the following equations (1) and (2) known in control engineering.
Can be used. x (t + 1) = Ax (t) + Buu (t) Formula (1) y (t) = Cx (t) + u (t) Formula (2) where t: time x (t): n-dimensional state vector y (t): m-dimensional output vector u (t): r-dimensional input vector A, B, C: constant matrix of n × n, n × r, m × n, respectively .
【0030】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。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T
1e〜T5eである。Equation (1) is called a state equation, and equation (2) is called an output equation. By simultaneously solving equations (1) and (2), an output vector y (t) corresponding to the input vector u (t) is obtained.
(T) can be obtained. In the present embodiment, the input vectors u (t) are temperature sensors S1in to S5in,
S1out to S5out are measured signals, and the output vector y (t) is the center temperature T1c to T5c and the peripheral temperature T
1e to T5e.
【0031】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。In equations (1) and (2), the temperature sensor S
in, Sout measurement signal, central temperature Tc, peripheral temperature T
e has a multi-input / output relationship. That is, each of the zones 1 to 5 of the heater 3 does not independently affect each of the monitor wafers W1 to W5, and the heater of one zone has any influence on any of the monitor wafers.
【0032】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。Equations of state and the like are given by equation (3) taking noise into account.
(4) x (t + 1) = Ax (t) + Buu (t) + Ke (t) Expression (3) y (t) = Cx (t) + Du (t) + e (T) Expression (4) can also be used. Here, t: time x (t): n-dimensional state vector y (t): m-dimensional output vector u (t): r-dimensional input vector e (t): m-dimensional noise vector A, B, C, D, K: n × n, n × r, mx, respectively
n, m × m, n × m constant matrix.
【0033】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.
Inc.、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を逆算できる。As a method of obtaining the constant matrices A, B, C and D determined by the thermal characteristics of the heat treatment apparatus, for example, a subspace method can be applied. Specifically, the temperature sensor S1
in to S5in, measurement signals of S1out to S5out and central temperatures T1c to T5c and peripheral temperatures T1e to T5
e, and obtains the data from, for example, software Matlab (manufactured by The MathWorks.
Inc. , Sales: Cybernet System Co., Ltd.), the constant matrices A, B, and C can be back calculated.
【0034】このデータ取得は、ヒータ51〜55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。This data acquisition is performed by gradually changing the outputs of the heaters 51 to 55 to obtain the temperature sensors S1in to S5in,
Measurement signals of S1out to S5out and central temperature T1c
To T5c and the temporal variations of the peripheral temperatures T1e to T5e at the same time. Central temperature T1c ~
The measurement of T5c and the peripheral temperatures T1e to T5e can be performed using a monitor wafer provided with a thermocouple.
【0035】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)。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、S1out〜S5
out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。Generally, there are a plurality of combinations of the determined constant matrices A, B, C, and D. From this combination,
Central temperature T1c to T5c and peripheral temperature T1e to T5e
Is selected (the model (3) and (4) are calculated simultaneously) and the measured value matches (model evaluation). When the combinations of the constant matrices A, B, C, and D are determined, Equation (1),
By simultaneously solving (2) or equations (3) and (4), the temperature sensors S1in to S5in, S1out to S5
The center temperature T1c to T5c and the peripheral temperature T1e to T5e can be calculated from the measurement signal of out.
【0036】(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(S203)。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。重みxは、例えば1/3の値を採用でき
る。(C) The representative temperature calculator 120 calculates the representative temperature T representing the temperatures of the monitor wafers W1 to W5 based on the central temperatures T1c to T5c and the peripheral temperatures T1e to T5e.
1r to T5r are calculated (S203). The calculation of the representative temperature Tr can be performed, for example, by the following equation (5). Tr = Tc.x + Te. (1-x) Formula (5) where x: weight (0 <x <1). The weight x is
In consideration of the temperature distribution on the wafer W, a value that makes the representative temperature Tr appropriate as a value representing the temperature of the wafer W is adopted. As the weight x, for example, a value of 1/3 can be adopted.
【0037】(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ヒ
ータ51〜55の出力値h1〜h5を決定する(S20
4)。ヒータ出力値h1〜h5は、例えば設定温度Ts
p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。 (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91〜95に制御
信号として出力し(S205)、ヒータ51〜55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
S201に戻って半導体ウエハWの温度制御が続行され
る(S206)。なお、このステップS202からS2
06は多くの場合、1秒〜4秒程度の周期で繰り返され
る。(D) The heater output determining section 130 determines the output values h1 to h5 of the heaters 51 to 55 based on the representative temperatures T1r to T5r and the set temperature profile (S20).
4). The heater output values h1 to h5 are, for example, set temperatures Ts
It can be determined according to the difference between p and the representative temperature Tr (Tsp-Tr). Alternatively, it may be determined according to a temperature change rate such as a temperature rising rate. (E) The heater output determination unit 140 outputs the finally determined heater output values h1 to h5 to the power controllers 91 to 95 as control signals (S205), and the outputs of the heaters 51 to 55 are controlled. . (F) If the heat treatment process has not been completed, the process returns to step S201, and the temperature control of the semiconductor wafer W is continued (S206). In addition, this step S202 to S2
06 is repeated in a cycle of about 1 second to 4 seconds in many cases.
【0038】次に本発明に係る設定温度プロファイルを
用いた温度制御の詳細につき説明する。図6は、図4に
示した設定温度プロファイルを用いた場合のウエハW上
の温度の時間的変化を表したグラフである。図6(A)
が、設定温度Tspと対応してウエハWの周縁近傍の周
縁温度Teと中央近傍の中央温度Tcの時間的変化を示
している。また、図6(B)は、ウエハW面内の温度差
ΔT(=Tc−Te)の時間的変化を示し、図6(C)
は、ヒータ50の出力の時間的変化を表している。Next, the details of the temperature control using the set temperature profile according to the present invention will be described. FIG. 6 is a graph showing a temporal change in the temperature on the wafer W when the set temperature profile shown in FIG. 4 is used. FIG. 6 (A)
Shows the temporal changes of the peripheral temperature Te near the peripheral edge of the wafer W and the central temperature Tc near the center corresponding to the set temperature Tsp. FIG. 6B shows a temporal change of the temperature difference ΔT (= Tc−Te) in the surface of the wafer W, and FIG.
Represents the temporal change of the output of the heater 50.
【0039】(1)時刻t1からt2にかけて昇温が行
われる。このときヒータ50の出力は急速な昇温のため
出力がP1からP4に増大される。ヒータ50がウエハ
Wをその周縁から加熱することから、周縁温度Teは中
央温度Tcより先に上昇する。この結果、温度差ΔT
は、負の値をとる。即ち、このときはウエハWの周縁温
度が中央温度より高い周縁高温状態である。 (2)時刻t2からt3では、設定温度はT2と一定で
ありウエハWの温度の安定化が図られる。このときヒー
タ50の出力はP4からP3まで低下される。しかしな
がら熱的な慣性のためにウエハWの温度上昇はすぐには
止まらない。このため、温度差ΔTは徐々に0に近づい
てゆく。(1) The temperature is raised from time t1 to t2. At this time, the output of the heater 50 is increased from P1 to P4 due to rapid temperature rise. Since the heater 50 heats the wafer W from its periphery, the periphery temperature Te rises before the center temperature Tc. As a result, the temperature difference ΔT
Takes a negative value. That is, at this time, the peripheral temperature of the wafer W is higher than the central temperature. (2) From time t2 to t3, the set temperature is constant at T2, and the temperature of wafer W is stabilized. At this time, the output of the heater 50 is reduced from P4 to P3. However, the temperature rise of the wafer W does not stop immediately due to thermal inertia. Therefore, the temperature difference ΔT gradually approaches zero.
【0040】(3)時刻t3からt5では設定温度が徐
々にT2からT1まで低下する。ヒータ50の出力とし
てはP3からP2まで低下される。この時刻t3からt
5までの期間では、酸素ガス等の処理ガスを導入し成膜
(熱処理)が行われる。設定温度の低下に伴いウエハW
の温度も低下するが、中央温度Tcよりも周縁温度Te
の方が急速に低下する傾向にある。これはウエハWの周
縁から放熱が行われることに起因する。即ち、ウエハW
の周縁は、加熱のときも放熱のときもウエハWの中央よ
りも温度の変化が先に起こる。(3) From time t3 to t5, the set temperature gradually decreases from T2 to T1. The output of the heater 50 is reduced from P3 to P2. From time t3 to t
In the period up to 5, film formation (heat treatment) is performed by introducing a processing gas such as oxygen gas. As the set temperature decreases, the wafer W
Is also lower, but the peripheral temperature Te is higher than the central temperature Tc.
Tend to decrease rapidly. This is because heat is radiated from the periphery of the wafer W. That is, the wafer W
In the periphery of the wafer W, a change in temperature occurs before the center of the wafer W both during heating and during heat radiation.
【0041】時刻t1からt2の昇温工程のために周縁
高温状態となっていたウエハWは、時刻t3では温度差
ΔTは−ΔT1であり依然周縁高温状態である。これは
安定化工程の時間(t3−t2)が短いことによる。し
かし、設定温度の低下に伴い周縁温度が中央温度より先
に低下する。このために、周縁高温状態は、徐々に中央
温度Tcが周縁温度Teより高い中央高温状態に移行す
る。時刻t4で中央温度と周縁温度が同じとなり、従い
温度差ΔTは0となる。その後、中央高温状態となり温
度差ΔTはΔT2で安定した状態になる。At time t3, the temperature difference ΔT of the wafer W which has been in the high temperature state at the peripheral edge due to the temperature raising step from time t1 to t2 is still in the high temperature state at the peripheral edge. This is because the time (t3-t2) for the stabilization step is short. However, as the set temperature decreases, the peripheral temperature decreases before the center temperature. Therefore, the peripheral high-temperature state gradually shifts to the central high-temperature state in which the central temperature Tc is higher than the peripheral temperature Te. At time t4, the center temperature and the peripheral edge temperature become the same, and accordingly, the temperature difference ΔT becomes zero. Thereafter, the temperature becomes the central high temperature state, and the temperature difference ΔT becomes a stable state at ΔT2.
【0042】以上のように、成膜中に中央高温状態と周
縁高温状態の両方の状態をとることが本発明の特徴であ
る。これは、時間的に平均すればウエハWの中央と周縁
での成膜条件が近いことを意味する。即ち、成膜中に温
度が変化するときの成膜レートR(膜の成長速度)の平
均値は、温度の時間平均T(Av)を基準として表すこ
とができる。以下にこれを示す。As described above, it is a feature of the present invention that both the central high-temperature state and the peripheral high-temperature state are taken during the film formation. This means that the film forming conditions at the center and the peripheral edge of the wafer W are close on average over time. That is, the average value of the film formation rate R (film growth rate) when the temperature changes during film formation can be expressed based on the time average T (Av) of the temperature. This is shown below.
【0043】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)Rおよび時間tから次の式
(6)のように表される。 D=∫t3 t5 R(T) dt …… 式(6) ここで、∫は積分記号であり、R(T)は成膜レートR
が温度Tの関数であることを示す。The film thickness D of the film formed on the wafer is represented by the following equation (6) from the film formation rate (film growth rate) R and time t. D = ∫ t3 t5 R (T) dt Formula (6) Here, ∫ is an integral symbol, and R (T) is a film formation rate R.
Is a function of the temperature T.
【0044】成膜レートR(T)は次式(7)のように
温度の定数値T0で展開できる。 R(T)=R(T0)+R1(T0)*(T−T0) …… 式(7) ここで、 R1(T0):dR(T0)/dt(成膜レートの時間
微分) である。The film formation rate R (T) can be developed with a constant temperature value T0 as shown in the following equation (7). R (T) = R (T0) + R1 (T0) * (T−T0) Formula (7) Here, R1 (T0): dR (T0) / dt (time derivative of film formation rate).
【0045】式(6)に式(7)を代入すると次の式
(8)が導ける。 D=R(T0)*(t5−t3)+R1(T0)*∫t3 t5(T−T0)dt …式(8) ここで、温度Tの時間平均値(平均温度)T(Av)を
次の式(9)により定義する。 T(Av)=∫t3 t5 T(t)dt/(t5−t3) ……式(9)By substituting equation (7) into equation (6), the following equation (8) can be derived. D = R (T0) * (t5−t3) + R1 (T0) * ∫ t3 t5 (T−T0) dt Equation (8) Here, the time average value (average temperature) T (Av) of the temperature T is as follows: Is defined by the following equation (9). T (Av) = ∫ t3 t5 T (t) dt / (t5−t3) Equation (9)
【0046】そして、式(8)で、T0=T(Av)と
おくと次の式(10)が得られる。 D/(t5−t3)=R(T(Av)) ……式(10) ここで、 D/(t5−t3):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(10)は、成膜中に温度が変わる場
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。Then, if T0 = T (Av) in equation (8), the following equation (10) is obtained. D / (t5−t3) = R (T (Av)) Equation (10) where D / (t5−t3) is an average value of film formation rates during film formation (average film formation rate). . That is, Expression (10) means that the average film forming rate when the temperature changes during film forming is determined by the average temperature T (Av).
【0047】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)が近いことが好ましいこ
とが判る。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)=∫t3 t5 Tc(t)dt/(t5−t3)……式(11) Te(Av)=∫t3 t5 Te(t)dt/(t5−t3)……式(12)From the above, it can be seen that it is preferable that the time average value (average center temperature) Tc (Av) of the central temperature during film formation and the time average value (average peripheral temperature) Te (Av) of the peripheral temperature are close. The average center temperature Tc (Av) and the average peripheral temperature Te (Av) are expressed by the following equations. Tc (Av) = ∫ t3 t5 Tc (t) dt / (t5-t3) ...... formula (11) Te (Av) = ∫ t3 t5 Te (t) dt / (t5-t3) ...... formula (12)
【0048】ここで、 Tc(Av)=Te(Av) ……式(13) とおくと、次の式(14)が導出できる。 ∫t3 t5 (Tc(t)−Te(t))dt=0 ……式(14) ここで、Tc(t)−Te(t)は、温度差ΔT(t)
であるから。 ∫t3 t5 (ΔT(t))dt=0 ……式(15)Here, Tc (Av) = Te (Av) Equation (13) The following equation (14) can be derived. T t3 t5 (Tc (t) −Te (t)) dt = 0 Equation (14) where Tc (t) −Te (t) is a temperature difference ΔT (t)
Because it is. ∫ t3 t5 (ΔT (t)) dt = 0 Equation (15)
【0049】以上から、ウエハWの中央と周縁で成膜が
同様に行われるためには、成膜中の平均中央温度Tc
(Av)と平均周縁温度Te(Av)が同一である、即
ち温度差ΔT(t)の積分値が0であることが好ましい
ことが判る。これは、図6(B)の時刻t3からt4で
の斜線の面積と時刻t4からt5の斜線の面積が等しい
ことを意味する。As described above, in order to form a film at the center and the periphery of the wafer W in the same manner, the average center temperature Tc during the film formation is required.
It can be seen that (Av) and the average peripheral temperature Te (Av) are preferably the same, that is, the integral value of the temperature difference ΔT (t) is preferably 0. This means that the area of the oblique line from time t3 to t4 in FIG. 6B is equal to the area of the oblique line from time t4 to t5.
【0050】以上のように、安定化工程の時間を短くし
た結果、成膜工程の初期に中央温度と周縁温度に温度差
があっても、この温度差と正負が逆の温度差を作り出す
ことで、ウエハWの中央と周縁の膜厚分布を均一にする
ことが可能となる。As described above, as a result of shortening the time of the stabilization step, even if there is a temperature difference between the center temperature and the peripheral temperature at the beginning of the film forming step, the temperature difference is opposite to the temperature difference. Thus, the film thickness distribution at the center and the periphery of the wafer W can be made uniform.
【0051】但し、温度以外の条件を考慮すると必ずし
もウエハWの中央と周縁の平均温度が等しいことが、膜
厚分布の均一化に最良の条件とは限らない。例えば減圧
CVDではウエハの周縁には比較的新鮮な処理ガスが供
給され、中央近傍には消費された処理ガスが供給される
傾向がある。即ち、このときには温度条件が同一だった
としてもウエハWの中央の膜厚は薄く、周縁では厚くな
る傾向にある。この場合には、中央温度が周縁温度より
も幾分高い方が、処理ガスの条件の不均一を配慮した上
で膜厚分布の向上を図るにはより好ましい。However, considering conditions other than the temperature, it is not always the best condition for making the film thickness uniform that the average temperature of the center and the peripheral edge of the wafer W are equal. For example, in low pressure CVD, a relatively fresh processing gas tends to be supplied to the periphery of the wafer, and a consumed processing gas tends to be supplied to the vicinity of the center. That is, at this time, even if the temperature conditions are the same, the film thickness at the center of the wafer W tends to be small and the film thickness at the peripheral edge tends to be large. In this case, it is more preferable that the center temperature is somewhat higher than the peripheral temperature in order to improve the film thickness distribution in consideration of the unevenness of the processing gas conditions.
【0052】このように、ウエハWに施す熱処理条件に
よって、平均中央温度と平均周縁温度の関係を調整す
る。平均周縁温度と平均中央温度の大小を調整するには
以下の方法がある。As described above, the relationship between the average center temperature and the average peripheral temperature is adjusted according to the heat treatment conditions applied to the wafer W. There are the following methods for adjusting the average peripheral temperature and the average central temperature.
【0053】 昇温工程(時刻t1からt2)の昇温
レートを変化する。昇温レートを大きくすると、昇温中
の周縁温度Teと中央温度Tcの温度差が増大する。そ
の結果、この後の成膜工程における平均周縁温度が平均
中央温度に対して大きくなる。この逆に昇温レートを低
下すると、昇温中の周縁温度Teと中央温度Tcの温度
差が接近する。この結果、成膜工程初期の周縁高温状態
において周縁温度Teと中央温度Tcの温度差が小さい
ために、成膜工程全体では中央高温状態が周縁高温状態
より優勢になる。即ち、この後の成膜工程における平均
周縁温度が平均中央温度に対して小さくなる。The heating rate in the heating step (from time t1 to t2) is changed. When the heating rate is increased, the temperature difference between the peripheral temperature Te and the central temperature Tc during the heating increases. As a result, the average peripheral temperature in the subsequent film forming process becomes higher than the average central temperature. Conversely, when the heating rate is decreased, the temperature difference between the peripheral temperature Te and the center temperature Tc during the heating increases. As a result, since the temperature difference between the peripheral temperature Te and the central temperature Tc is small in the peripheral high-temperature state at the beginning of the film forming process, the central high-temperature state becomes superior to the peripheral high-temperature state in the entire film forming process. That is, the average peripheral temperature in the subsequent film forming process is lower than the average central temperature.
【0054】 安定化工程(t2〜t3)の時間(t
3−t2)を変化する。安定化時間を短くすると成膜工
程初期における周縁温度Teと中央温度Tcの温度差が
増大し、従って平均周縁温度Teが平均中央温度Tcに
対して増大する。この逆に安定化時間を長くすると、平
均周縁温度Teが平均中央温度に対して減少する。The time (t) of the stabilization step (t 2 to t 3)
3-t2) is changed. When the stabilization time is shortened, the temperature difference between the peripheral temperature Te and the central temperature Tc in the initial stage of the film forming process increases, so that the average peripheral temperature Te increases with respect to the average central temperature Tc. Conversely, if the stabilization time is lengthened, the average peripheral temperature Te decreases with respect to the average center temperature.
【0055】 成膜工程(時刻t4〜t5)における
時間変化設定温度の時間勾配((T2−T3)/(t5
−t3))を変える。設定温度の時間勾配を大きくすれ
ば、周縁温度は中央温度に比してより速やかに低下す
る。そして、最終的な温度差ΔT2も大きくなる。この
結果、平均中央温度は平均周縁温度に対して大きくな
る。逆に設定温度の時間勾配を小さくすると温度差ΔT
2が小さくなり、平均中央温度は平均周縁温度に対して
小さくなる傾向になる。The time gradient ((T 2 −T 3) / (t 5) of the time change set temperature in the film forming process (time t 4 to t 5)
-T3)) is changed. If the time gradient of the set temperature is increased, the peripheral temperature decreases more rapidly than the central temperature. Then, the final temperature difference ΔT2 also increases. As a result, the average center temperature is higher than the average peripheral temperature. Conversely, if the time gradient of the set temperature is reduced, the temperature difference ΔT
2 becomes smaller, and the average center temperature tends to be smaller than the average peripheral temperature.
【0056】以上のように昇温工程、安定化工程、成膜
工程における設定温度プロファイルを変えることで、成
膜工程における平均中央温度および平均周縁温度を制御
することができる。 (4)時刻t5からt6では、設定温度はT1からT0
に低下する。このときには処理ガスの導入は停止されて
いる。その後、ウエハWが縦型熱処理炉10内から取り
出される。As described above, by changing the set temperature profiles in the temperature raising step, the stabilizing step, and the film forming step, the average center temperature and the average peripheral temperature in the film forming step can be controlled. (4) From time t5 to t6, the set temperature is from T1 to T0.
To decline. At this time, the introduction of the processing gas is stopped. After that, the wafer W is taken out of the vertical heat treatment furnace 10.
【0057】(比較例)次に比較例として、成膜中の設
定温度が一定の定常設定温度の設定温度プロファイルの
場合を示す。(Comparative Example) Next, as a comparative example, a case where the set temperature during film formation is a constant temperature set temperature profile is shown.
【0058】図7は、本発明の比較例を表したグラフで
ある。図7(A)は、設定温度Tspと中央温度Tc、
周縁温度Teの時間経過を表したグラフであり、図7
(B)はそのときの温度差ΔT(=Tc−Te)の時間
的変化を表したグラフである。図7(A)に示されるよ
うに時刻t3からt4のときの設定温度Tspが一定で
あることが図6に示した設定温度プロファイルと相違す
る。安定化工程までは、図6と特に変わるところはない
ので説明を省略する。FIG. 7 is a graph showing a comparative example of the present invention. FIG. 7A shows the set temperature Tsp and the central temperature Tc,
FIG. 7 is a graph showing the lapse of time of the peripheral edge temperature Te,
(B) is a graph showing a temporal change of the temperature difference ΔT (= Tc−Te) at that time. As shown in FIG. 7A, the set temperature Tsp from time t3 to time t4 is constant, which is different from the set temperature profile shown in FIG. Since there is no particular difference from FIG. 6 until the stabilization step, the description is omitted.
【0059】時刻t3からt5の成膜工程では定常設定
温度でその値がT1´であるため、周縁温度Teと中央
温度Tcは徐々に温度T1´に近づくことになる。その
結果、時刻t4までは周縁温度Teが中央温度時刻Tc
よりも高い周縁高温状態であり、その後は両者の温度が
ほぼ等しい等温状態となる。In the film forming process from time t3 to t5, the value is T1 'at the steady set temperature, so that the peripheral temperature Te and the central temperature Tc gradually approach the temperature T1'. As a result, until the time t4, the peripheral temperature Te becomes the central temperature time Tc.
The temperature is higher than that of the peripheral edge, and thereafter, the temperatures of the two become substantially equal.
【0060】即ち、成膜中の平均周縁温度Te(Av)
は平均中央温度Tc(Av)よりも高くなる。このた
め、ウエハWの中央と周縁で温度条件が異なりウエハ面
内での膜厚の均一性が保証されにくくなる。これをさけ
るには安定化時間(t3−t2)を長く取れば良いが、
そうすると熱処理の工程に時間がかかることになる。That is, the average peripheral temperature Te (Av) during film formation
Becomes higher than the average center temperature Tc (Av). For this reason, the temperature condition differs between the center and the peripheral edge of the wafer W, and it is difficult to guarantee the uniformity of the film thickness in the wafer surface. To avoid this, a longer stabilization time (t3−t2) should be taken.
Then, the heat treatment process takes a long time.
【0061】(具体的実験例)具体的な熱処理の1例と
して、処理ガスとして酸素を用い酸化膜の形成を行っ
た。その結果をまとめたのが表1である。(Specific Experimental Example) As an example of a specific heat treatment, an oxide film was formed using oxygen as a processing gas. Table 1 summarizes the results.
【表1】 [Table 1]
【0062】熱処理のレシピとして、比較例の定常設定
温度のレシピ1およびレシピ2、実施例として時間変化
設定温度のレシピ3の3種類を用いて、シリコンウエハ
W上に酸化膜を形成した。いずれも900℃まで昇温
し、設定温度が900℃での所定の安定化工程を経由し
た後成膜工程を実行した。An oxide film was formed on the silicon wafer W by using three kinds of recipes of the heat treatment, ie, the recipe 1 and the recipe 2 of the set temperature of the comparative example, and the recipe 3 of the set time with the temperature as the embodiment. In each case, the temperature was raised to 900 ° C., and after a predetermined stabilization step at a set temperature of 900 ° C., a film forming step was performed.
【0063】レシピ1は安定化時間を5分としたところ
ウエハ面内の膜厚分布は0.57%であった。レシピ2
は安定化時間を1分に短縮したところウエハ面内の膜厚
分布は1.25%まで劣化した。これに対し、レシピ3
は、安定化時間を1分とすると共に、設定温度を900
℃から889℃まで徐々に低下させる時間変化設定温度
の状態で成膜を行った。その結果、ウエハ面内で0.5
%と均一な膜厚分布を得ることができた。In recipe 1, when the stabilization time was set to 5 minutes, the film thickness distribution in the wafer surface was 0.57%. Recipe 2
When the stabilization time was shortened to 1 minute, the film thickness distribution in the wafer surface deteriorated to 1.25%. In contrast, Recipe 3
Means that the stabilization time is 1 minute and the set temperature is 900
The film was formed at a time-change set temperature in which the temperature was gradually decreased from 889C to 889C. As a result, 0.5
% And a uniform film thickness distribution could be obtained.
【0064】(変形例)次に設定温度プロファイルの変
形例を示す。なお、以下の変形例は、既に述べた図1か
ら図3に示した熱処理装置を用いて実施することができ
る。(Modification) Next, a modification of the set temperature profile will be described. The following modifications can be performed using the heat treatment apparatus shown in FIGS. 1 to 3 described above.
【0065】図8は、成膜工程の後の工程を変更した例
を示す。時刻t0からt5までは、図4と変わるところ
がない。時刻t5の後昇温を行い設定温度Tspを再び
T2まで上げて、その後時刻t6´以降一定温度に保っ
ている。熱処理後にさらに次の工程が予定されるときに
は図4のように降温を行わない場合もある。このように
時刻t3からt5の成膜工程の後に種々の工程が付加さ
れることがあるが、これは本発明の本質に影響を与える
ものではない。FIG. 8 shows an example in which steps after the film forming step are changed. From time t0 to t5, there is no difference from FIG. After time t5, the temperature is raised to raise the set temperature Tsp to T2 again, and thereafter, the temperature is kept constant after time t6 '. When the next step is scheduled after the heat treatment, the temperature may not be lowered as shown in FIG. As described above, various processes may be added after the film forming process from the time t3 to the time t5, but this does not affect the essence of the present invention.
【0066】次に、成膜工程の前工程を変更した場合の
例を図9に示す。図9に示す設定温度プロファイルは、
時刻t1´´からt2´´の昇温工程、時刻t2´´か
らt3´´の第1の安定化工程の後に時刻t3´´から
t4´´の昇温工程を入れたことが図8の設定温度プロ
ファイルと異なる点である。その結果、成膜工程はその
工程の中間の時刻t5´´において第1の安定化工程に
おける設定温度T2´´を通過する。Next, FIG. 9 shows an example in which the pre-process of the film forming process is changed. The set temperature profile shown in FIG.
FIG. 8 shows that a heating step from time t3 '' to t4 '' was inserted after the first stabilization step from time t2 '' to t3 '' and a first stabilization step from time t2 '' to t2 ''. This is different from the set temperature profile. As a result, the film forming step passes the set temperature T2 '' in the first stabilizing step at a time t5 '' in the middle of the step.
【0067】このように成膜工程の前工程を変更するこ
とも可能である。但し、前工程を変更したときには成膜
中の平均中央温度や平均周縁温度が変わり、ウエハW面
内の膜厚分布が劣化する場合もあり得る。このときには
必要に応じて設定温度プロファイルの最適化を図る。こ
の最適化には、中央温度Tc、周縁温度Teの推定値を
用いてもよいし、熱処理後のウエハ面内の膜厚分布に基
づき設定温度プロファイルを修正することにより行って
も良い。As described above, it is also possible to change the process before the film forming process. However, when the previous process is changed, the average center temperature and the average peripheral temperature during film formation change, and the film thickness distribution in the surface of the wafer W may deteriorate. At this time, the set temperature profile is optimized as needed. This optimization may be performed by using the estimated values of the center temperature Tc and the peripheral edge temperature Te, or by modifying the set temperature profile based on the film thickness distribution in the wafer surface after the heat treatment.
【0068】なお、時刻t7´´以降の第2の安定化工
程の設定温度も第1の安定化工程と同様にT2´´とな
っている。このように成膜工程の前後で設定温度を揃え
ることも可能である。The set temperature of the second stabilization step after time t7 '' is also T2 '' as in the first stabilization step. As described above, it is possible to make the set temperature uniform before and after the film forming process.
【0069】今までは成膜中の時間変化設定温度の勾配
が負のもののみを取り扱ってきたが、この勾配は正であ
っても本発明の実施は可能である。その例を図10に示
す。図10(A)は設定温度TspとウエハWの中央温
度Tc、周縁温度Teを、図10(B)は温度差ΔT
(=Tc−Te)をそれぞれ時間と対応して表したグラ
フである。Until now, only the gradient of the time change set temperature during film formation was negative, but the present invention can be implemented even if the gradient is positive. An example is shown in FIG. 10A shows the set temperature Tsp, the center temperature Tc of the wafer W, and the peripheral temperature Te, and FIG. 10B shows the temperature difference ΔT.
It is a graph which expressed (= Tc-Te) corresponding to time, respectively.
【0070】(1)本実施例では、時刻t0(3)から
t1(3)までは温度がT3(3)と一定となってい
る。この温度T3(3)は、成膜工程における温度より
も高くなっている(高温工程)。このときのウエハWの
中央温度Tcおよび周縁温度Teは、設定温度Tspと
同様にT3(3)であるものとする。(1) In this embodiment, the temperature is constant at T3 (3) from time t0 (3) to t1 (3) . This temperature T3 (3) is higher than the temperature in the film forming step (high temperature step). At this time, the central temperature Tc and the peripheral edge temperature Te of the wafer W are assumed to be T3 (3) similarly to the set temperature Tsp.
【0071】(2)その後時刻t1(3)からt2
(3)にかけて設定温度はT3(3)からT1(3)ま
で低下する(降温工程)。このときは、既に述べたよう
にウエハWの周縁から放熱が行われる関係から、周縁温
度Teは中央温度Tcよりも先に低下する。その結果、
中央温度が周縁温度より高い中央高温状態となり、温度
差ΔT(=Tc−Te)は正となる。(2) Thereafter, from time t1 (3) to t2
To (3) , the set temperature decreases from T3 (3) to T1 (3) (temperature lowering step). At this time, as described above, the peripheral temperature Te decreases earlier than the central temperature Tc due to heat radiation from the peripheral edge of the wafer W. as a result,
The central temperature becomes a central high temperature state higher than the peripheral temperature, and the temperature difference ΔT (= Tc−Te) becomes positive.
【0072】(3)時刻t2(3)からt3(3)まで
設定温度Tspは一定に保たれる(安定化工程)。この
とき温度差ΔTは徐々に0に近づく。そして、温度差Δ
Tが0に近づく前に成膜工程に移行する。即ち、この安
定化工程は場合によっては無くても良い。 (3) The set temperature Tsp is kept constant from time t2 (3) to t3 (3) (stabilization step). At this time, the temperature difference ΔT gradually approaches zero. And the temperature difference Δ
The process proceeds to the film forming process before T approaches zero. That is, this stabilization step may not be necessary in some cases.
【0073】(4)時刻t3(3)からt5(3)は設
定温度TspがT1(3)から徐々にT2(3)まで上
昇するとともに酸素ガス等の処理ガスが縦型熱処理炉1
0内に導入され、成膜が行われる(成膜工程)。このと
きウエハWが周縁から加熱されることから周縁温度Te
は中央温度よりも速やかに上昇する。この結果、時刻t
4(4)においてウエハWは中央高温状態から周縁高温
状態に移行し温度差ΔTは負になる。(4) From time t3 (3) to time t5 (3), the set temperature Tsp gradually increases from T1 (3) to T2 (3) and the processing gas such as oxygen gas is supplied to the vertical heat treatment furnace 1.
0, and a film is formed (film forming step). At this time, since the wafer W is heated from the peripheral edge, the peripheral temperature Te
Rises faster than the central temperature. As a result, time t
In 4 (4), the wafer W shifts from the central high temperature state to the peripheral high temperature state, and the temperature difference ΔT becomes negative.
【0074】このように成膜工程中に中央高温状態と周
縁高温状態の2つの状態をとる。このため、成膜中の温
度差ΔTの積分値は中央高温状態と周縁高温状態が打ち
消し合う結果、0に近づくことになる。そして、これは
式(14)に示されるように成膜中の平均中央温度Tc
(Av)と平均周縁温度Te(Av)が近づくことを意
味する。この結果、ウエハW面内の膜厚分布が均一に近
づくことが期待される。As described above, during the film forming process, there are two states of the central high temperature state and the peripheral high temperature state. For this reason, the integral value of the temperature difference ΔT during the film formation approaches 0 as a result of the central high-temperature state and the peripheral high-temperature state canceling each other. This is, as shown in equation (14), the average central temperature Tc during film formation.
(Av) and the mean peripheral temperature Te (Av) approach. As a result, it is expected that the film thickness distribution in the plane of the wafer W approaches uniform.
【0075】(5)時刻t5(3)からt6(3)の降
温工程、時刻t6(3)以降のアンロード工程について
は、既に述べた図4と本質的な相違はないので記載を省
略する。(5) The temperature lowering step from time t5 (3) to t6 (3) and the unloading step after time t6 (3) are essentially the same as those in FIG. .
【0076】以上のように、成膜中の時間変化設定温度
が正の勾配を有している場合であっても本発明の実施は
可能である。これは、前処理として何らかの高温工程を
行い、その後に熱処理を行う場合に適している。As described above, the present invention can be implemented even when the time change set temperature during film formation has a positive gradient. This is suitable when a high-temperature step is performed as a pre-treatment and then a heat treatment is performed.
【0077】(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。例えば、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。(Other Embodiments) The above embodiments of the invention can be extended and modified within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the substrate is not limited to a semiconductor wafer,
For example, a glass substrate may be used.
【0078】熱処理装置は、縦型熱処理炉、あるいはバ
ッチ炉に限らず、1枚ずつ熱処理を行う枚葉式の熱処理
装置であってもよい。但し、基板とヒータの配置によっ
ては時間変化設定温度の勾配と周縁高温状態と中央高温
状態の出現頻度の順番が異なる可能性がある。この関係
を表2に示す。The heat treatment apparatus is not limited to a vertical heat treatment furnace or a batch furnace, but may be a single-wafer heat treatment apparatus for performing heat treatment one by one. However, depending on the arrangement of the substrate and the heater, the order of the gradient of the time-change set temperature and the frequency of appearance of the peripheral high-temperature state and the central high-temperature state may be different. Table 2 shows this relationship.
【表2】 [Table 2]
【0079】既に述べたように縦型熱処理炉(バッチ式
の熱処理炉の一例)では、図6,図10に示したよう
に、時間変化設定温度の勾配が負であれば(図6)、ウ
エハWは周縁高温状態から中央高温状態のの順番で現
れ、時間変化設定温度の勾配が正であれば(図10)、
ウエハWは中央高温状態から周縁高温状態の順番で現れ
る。As described above, in the vertical heat treatment furnace (an example of a batch type heat treatment furnace), as shown in FIGS. 6 and 10, if the gradient of the time change set temperature is negative (FIG. 6), The wafer W appears in the order of the peripheral high temperature state to the central high temperature state, and if the time change set temperature gradient is positive (FIG. 10),
The wafer W appears in the order from the central high temperature state to the peripheral high temperature state.
【0080】これは縦型熱処理炉がウエハWを積層した
状態で熱処理を行うために、ウエハWの周縁から加熱お
よび放熱が行われることから(周縁加熱方式)、周縁温
度が中央温度に先んじて変化することに起因している。Since the vertical type heat treatment furnace performs the heat treatment in a state where the wafers W are stacked, heating and heat radiation are performed from the periphery of the wafer W (peripheral heating method). It is due to change.
【0081】これに対して、枚葉式ではウエハWは1枚
毎に熱処理が行われるために、ウエハWの表面、即ち中
央近傍から加熱および放熱が行われる(中央加熱方
式)。この結果、中央温度が周縁温度に先んじて変化す
る傾向にあり、高温状態(中央高温状態、周縁高温状
態)の出現順序が周縁加熱方式とは逆になってくる。こ
のように本発明は、バッチ式、枚葉式を問わず実施可能
である。On the other hand, in the single wafer method, since the heat treatment is performed for each wafer W, heat and heat are radiated from the surface of the wafer W, that is, near the center (central heating method). As a result, the central temperature tends to change prior to the peripheral temperature, and the order of appearance of the high-temperature state (the central high-temperature state, the peripheral high-temperature state) is opposite to that of the peripheral heating method. As described above, the present invention can be implemented regardless of a batch type or a single-wafer type.
【0082】本発明は、安定化工程以前の前工程が昇温
工程であるか降温工程であるかによって時間変化設定温
度の勾配を使い分ければよい。これを表3に示す。In the present invention, the gradient of the time-change set temperature may be properly used depending on whether the pre-step before the stabilization step is the heating step or the cooling step. This is shown in Table 3.
【表3】 即ち、前工程が昇温工程であれば時間変化設定温度の勾
配を負とし(図6)、前工程が降温工程であれば時間変
化設定温度の勾配を正にすればよい(図10)。この関
係は、加熱方式が周縁加熱方式か中央加熱方式かに関わ
らず適用できる。[Table 3] That is, if the preceding step is a temperature raising step, the gradient of the time change set temperature may be negative (FIG. 6), and if the preceding step is a temperature decreasing step, the gradient of the time change set temperature may be positive (FIG. 10). This relationship can be applied regardless of whether the heating method is the peripheral heating method or the center heating method.
【0083】なお、基板の温度分布に与える影響が小さ
いようなごく短時間の前工程は無視できるのはいうまで
もない。It goes without saying that a very short pre-process in which the influence on the temperature distribution of the substrate is small can be ignored.
【0084】時間変化設定温度の勾配は必ずしも一定で
ある必要はない。本発明は要するに成膜中に中央高温状
態と周縁高温状態の2つの状態が出現すれば良いのであ
って、時間変化設定温度の勾配が変化し場合によっては
勾配の正負が成膜中に変化しても差し支えない。The gradient of the set time change temperature is not necessarily required to be constant. In short, the present invention only requires the appearance of two states, a central high-temperature state and a peripheral high-temperature state, during film formation. The gradient of the time-change set temperature changes, and in some cases, the sign of the gradient changes during film formation. No problem.
【0085】また、中央高温状態を周縁高温状態の2つ
の状態は2つのみならず、3つ以上の例えば、中央高温
状態、周縁高温状態、中央高温状態の高温状態を経由し
ても差し支えない。The two states of the central high-temperature state and the peripheral high-temperature state are not limited to two, and three or more high-temperature states such as the central high-temperature state, the peripheral high-temperature state, and the central high-temperature state may be passed. .
【0086】熱処理の目的は拡散、アニール、熱酸化膜
の形成、CVD(ChemicalVapor Dep
osition)による成膜(例えば、SiN等の成
膜)のいずれであっても差し支えない。即ち、基板内の
温度分布が問題となる工程であれば本発明の適用が可能
である。The purpose of the heat treatment is diffusion, annealing, formation of a thermal oxide film, and CVD (Chemical Vapor Depth).
film (for example, film formation of SiN or the like). That is, the present invention can be applied to any process in which the temperature distribution in the substrate poses a problem.
【0087】ヒータは、区分されていなくても良いし、
また区分の数も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。The heaters need not be divided,
The number of sections is not limited to five. In addition, the heater temperature is always controlled from the central temperature Tc and the peripheral temperature Te to the representative temperature Tr.
It is not something that must be calculated and performed.
A temperature representative of the substrate in some form can be used as appropriate.
【0088】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。The center temperature Tc and the peripheral edge temperature Te may be directly measured instead of being estimated from the measurement signals of the temperature sensors Sin and Sout. For this measurement, for example, (a) a temperature sensor such as a thermocouple is connected to the monitor wafers W1 to W1.
It is possible to use a method of installing the sensor at W5 or (b) non-contact measurement using a radiation thermometer or the like. At this time, the temperature sensors Sin and Sout may be removed.
【0089】[0089]
【発明の効果】以上のように、本発明では熱処理工程中
に基板中央近傍が高温の中央高温状態と基板周縁近傍が
高温の周縁高温状態の双方の状態をとる。この中央高温
状態と周縁高温状態の双方が打ち消し合うことにより、
時間平均すれば中央温度と周縁温度は近づく。その結
果、安定化時間を短縮しても基板面上の熱処理の均一性
が確保し易くなる。As described above, in the present invention, during the heat treatment step, both the central high-temperature state where the vicinity of the substrate is high and the peripheral high-temperature state where the vicinity of the substrate periphery is high are both taken. By canceling out both the central high-temperature state and the peripheral high-temperature state,
If averaged over time, the central temperature and the peripheral temperature are closer. As a result, even if the stabilization time is shortened, it is easy to ensure the uniformity of the heat treatment on the substrate surface.
【図1】 本発明に係る縦型熱処理装置を表す断面図で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a vertical heat treatment apparatus according to the present invention.
【図2】 本発明に係る縦型熱処理装置を表す斜視図で
ある。FIG. 2 is a perspective view illustrating a vertical heat treatment apparatus according to the present invention.
【図3】 本発明に係る縦型熱処理装置の制御部の詳細
を表すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating details of a control unit of the vertical heat treatment apparatus according to the present invention.
【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例を表すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an example of a set temperature profile of the vertical heat treatment apparatus according to the present invention.
【図5】 本発明に係る縦型熱処理装置の制御手順を表
すフロー図である。FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure of the vertical heat treatment apparatus according to the present invention.
【図6】 本発明に係る設定温度プロファイルに従って
縦型熱処理装置を制御した場合における、ウエハ温度、
ウエハ面内温度差、ヒータ出力の時間変化を表すグラフ
である。FIG. 6 shows the wafer temperature and the temperature when the vertical heat treatment apparatus is controlled according to the set temperature profile according to the present invention.
4 is a graph showing a temperature change in a wafer surface and a temporal change of a heater output.
【図7】 本発明の比較例としての設定温度プロファイ
ルに従って縦型熱処理装置を制御した場合における、ウ
エハ温度、ウエハ面内温度差の時間変化を表すグラフで
ある。FIG. 7 is a graph showing a change over time in a wafer temperature and a wafer surface temperature difference when a vertical heat treatment apparatus is controlled according to a set temperature profile as a comparative example of the present invention.
【図8】 本発明に係る縦型熱処理装置の設定温度プロ
ファイルの変形例の1例を表すグラフである。FIG. 8 is a graph showing an example of a modification of the set temperature profile of the vertical heat treatment apparatus according to the present invention.
【図9】 本発明に係る縦型熱処理装置の設定温度プロ
ファイルの変形例の1例を表すグラフである。FIG. 9 is a graph showing an example of a modification of the set temperature profile of the vertical heat treatment apparatus according to the present invention.
【図10】 本発明に係る縦型熱処理装置の設定温度プ
ロファイルの変形例の1例を表すグラフである。FIG. 10 is a graph showing an example of a modification of the set temperature profile of the vertical heat treatment apparatus according to the present invention.
10 縦型熱処理炉 20 ウエハボート 21 天板 22 底板 23 支柱 30 ボートエレベータ 40 反応管 40a 外管 40b 内管 41 ガス穴 50、51〜55 ヒータ 60 ガス供給管 65 流量制御器 70 排気管 75 排気量制御器 80 開口部 81 蓋体 82 保温筒 91〜95 電力制御器 100 制御部 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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vertical heat treatment furnace 20 Wafer boat 21 Top plate 22 Bottom plate 23 Prop 30 Boat elevator 40 Reaction tube 40a Outer tube 40b Inner tube 41 Gas hole 50, 51-55 Heater 60 Gas supply tube 65 Flow controller 70 Exhaust tube 75 Displacement volume Controller 80 Opening 81 Lid 82 Heat insulation cylinder 91 to 95 Power controller 100 Control unit 110 Substrate temperature estimation unit 120 Representative temperature calculation unit 130 Set temperature profile storage unit 140 Heater output determination unit
───────────────────────────────────────────────────── 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 DA04 DA08 EA03 EA08 4K030 EA03 HA13 HA17 JA09 JA10 KA24 5F045 AA06 AA20 AB32 AC11 BB02 DP19 EK22 EK27 EK30 GB01 GB05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Fujio Suzuki 1-2-41 Machiya, Shiroyama-cho, Tsukui-gun, Kanagawa Prefecture Inside the Sagami Office of Tokyo Electron Tohoku Co., Ltd. 3rd-6th Tokyo Electron Co., Ltd. F term (reference) 4K029 AA24 DA04 DA08 EA03 EA08 4K030 EA03 HA13 HA17 JA09 JA10 KA24 5F045 AA06 AA20 AB32 AC11 BB02 DP19 EK22 EK27 EK30 GB01 GB05
Claims (19)
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、 前記熱処理工程中に前記基板の中央近傍の中央温度が周
縁近傍の周縁温度より高い中央高温状態と該基板の該周
縁温度が該中央温度より高い周縁高温状態とが現れるよ
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。1. A heat treatment apparatus for performing heat treatment by disposing a substrate in a processing chamber, comprising: a heating unit for heating the substrate; and a processing gas for forming a film on the substrate in the processing chamber. Introducing a gas introduction unit, including a set temperature profile representing the relationship between the passage of time and the set temperature, and according to a processing recipe having at least a heat treatment step description unit that describes a heat treatment step of forming a film on the substrate. A control unit that controls the heating unit and the gas introduction unit, wherein during the heat treatment step, the central temperature near the center of the substrate is higher than the peripheral temperature near the peripheral edge, and the peripheral temperature of the substrate is higher. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the set temperature profile is defined so that a peripheral high temperature state higher than the central temperature appears.
記中央温度の時間平均値が、前記周縁温度の時間平均値
と略等しくなるように、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請求項1記載の熱処理装
置。2. The set temperature profile is defined such that a time average value of the central temperature of the substrate during the heat treatment step is substantially equal to a time average value of the peripheral edge temperature. The heat treatment apparatus according to claim 1.
間の推移と共に変化する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
特徴とする請求項1記載の熱処理装置。3. The heat treatment according to claim 1, wherein the set temperature profile is defined such that the set temperature during the heat treatment step is a time-change set temperature that changes with time. apparatus.
が、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請求項
3記載の熱処理装置。4. The heat treatment apparatus according to claim 3, wherein the set temperature profile is defined such that the set temperature prior to the heat treatment step is the time change set temperature.
熱処理を行う方法であって、 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
程を具備し、 前記熱処理工程が、 前記基板の中央近傍の中央温度が周縁近傍の周縁温度よ
り高い中央高温工程と、 前記基板の前記周縁温度が前記中央温度より高い周縁高
温工程とを含むことを特徴とする基板の熱処理方法。5. A method for performing a heat treatment of a substrate by controlling a temperature according to a set temperature, comprising: a heat treatment step of forming a film on the substrate in a treatment gas atmosphere; A heat treatment method for a substrate, comprising: a central high-temperature step in which a central temperature near a center is higher than a peripheral temperature near a peripheral edge; and a peripheral high-temperature step in which the peripheral temperature of the substrate is higher than the central temperature.
が、時間の経過と共に変化する時間変化設定温度である
ことを特徴とする請求項5記載の熱処理方法。6. The heat treatment method according to claim 5, wherein the set temperature in the heat treatment step is a time-change set temperature that changes with time.
定温度が、時間の経過と共に下降していることを特徴と
する請求項6記載の熱処理方法。7. The heat treatment method according to claim 6, wherein the time change set temperature in the heat treatment step decreases with time.
程が行われることを特徴とする請求項7記載の熱処理方
法。8. The heat treatment method according to claim 7, wherein the central high-temperature step is performed after the peripheral high-temperature step.
定温度が、時間の経過と共に上昇していることを特徴と
する請求項6記載の熱処理方法。9. The heat treatment method according to claim 6, wherein the temperature change set temperature in the heat treatment step increases with time.
工程が行われることを特徴とする請求項9記載の熱処理
方法。10. The heat treatment method according to claim 9, wherein the peripheral high-temperature step is performed after the central high-temperature step.
記中央温度の時間平均値が、前記周縁温度の時間平均値
と略等しいことを特徴とする請求項5記載の熱処理方
法。11. The heat treatment method according to claim 5, wherein a time average value of the central temperature of the substrate in the heat treatment step is substantially equal to a time average value of the peripheral temperature.
温度の平均値であることを特徴とする請求項5記載の熱
処理方法。12. The heat treatment method according to claim 5, wherein the peripheral temperature is an average value of temperatures at a plurality of locations near the peripheral edge.
濃度が時間的に略一定であることを特徴とする請求項5
記載の熱処理方法。13. The method according to claim 5, wherein in the heat treatment step, the concentration of the processing gas is substantially constant over time.
The heat treatment method described.
圧力が時間的に略一定であることを特徴とする請求項1
3記載の熱処理方法。14. The method according to claim 1, wherein in the heat treatment step, the pressure of the processing gas is substantially constant over time.
3. The heat treatment method according to 3.
することを特徴とする請求項5記載の熱処理方法。15. The heat treatment method according to claim 5, further comprising, before the heat treatment step, a temperature increasing step in which a set temperature increases with time.
に、設定温度が時間の経過と共に変化する時間変化設定
温度工程をさらに具備することを特徴とする請求項15
記載の熱処理方法。16. The method according to claim 15, further comprising a time-varying set temperature step in which the set temperature changes with time between the temperature raising step and the heat treatment step.
The heat treatment method described.
に、設定温度が略一定の定常設定温度工程をさらに具備
することを特徴とする請求項15記載の熱処理方法。17. The heat treatment method according to claim 15, further comprising a steady set temperature step in which a set temperature is substantially constant between the temperature raising step and the heat treatment step.
該基板の中央近傍の中央温度と該基板の周縁近傍の周縁
温度とを上昇させる昇温工程と、 処理ガス雰囲気中で、前記第1の範囲の熱出力より小さ
い第2の範囲の熱出力で前記基板を基板周縁から加熱す
ることにより、前記中央温度と前記周縁温度を低下させ
ながら、該基板上に膜を形成する熱処理工程であって、
かつ該基板の前記中央温度が前記周縁温度より高い中央
高温工程と該中央温度より該周縁温度が高い周縁高温工
程とを含む熱処理工程とを具備することを特徴とする熱
処理方法。18. A method of heat treating a substrate, the method comprising: heating a substrate with a heat output in a first range to increase a central temperature near a center of the substrate and a peripheral temperature near a peripheral edge of the substrate. Heating the substrate from the periphery of the substrate with a heat output in a second range smaller than the heat output in the first range in a process gas atmosphere, thereby lowering the center temperature and the periphery temperature. A heat treatment step of forming a film on the substrate,
And a heat treatment step including a central high temperature step in which the central temperature of the substrate is higher than the peripheral temperature and a peripheral high temperature step in which the peripheral temperature is higher than the central temperature.
するための処理レシピを記録した記録媒体であって、 前記処理レシピが、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
なくとも有し、 前記熱処理工程中に前記基板の中央近傍の中央温度が周
縁近傍の周縁温度より高い中央高温状態と該基板の該周
縁温度が該中央温度より高い周縁高温状態とが現れるよ
うに、前記設定温度プロファイルが規定されていること
を特徴とする処理レシピを記録した記録媒体。19. A recording medium recording a processing recipe for controlling a heat treatment apparatus for performing a heat treatment on a substrate, wherein the processing recipe includes a set temperature profile representing a relationship between a lapse of time and a set temperature. And at least a heat treatment process description portion that describes a heat treatment process of forming a film on the substrate, wherein a central high temperature near the center of the substrate is higher than a peripheral temperature near the periphery during the heat treatment. A recording medium recording a processing recipe, wherein the set temperature profile is defined so that a peripheral high temperature state in which the peripheral temperature of the substrate is higher than the central temperature appears.
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