JP2006344924A - 熱処理装置の較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱デバイスを備え、多層基板の熱処理のために使用される熱処理装置を較正する方法を提供する。
【解決手段】多層基板と比較して異なる構造を有する試験基板を設けるステップＳ１と、熱プロセスパラメータ・セットを使用して試験基板を熱処理するステップであって、それによって前記試験基板上に或る厚さ分布を有する層を形成する熱処理するステップＳ３と、上記厚さ分布を較正試験基板上の較正層の所定の厚さ分布と比較するステップＳ５と、前記熱プロセスパラメータ・セットを修正するステップであって、加熱デバイスを上記厚さ分布と上記所定の厚さ分布との差を補償するように調節するよう修正するステップＳ６とを含む。この場合、較正試験基板上の較正層の所定の厚さ分布は同じ所定のプロセス条件・セットによって得られた多層基板上の層の平坦な厚さ分布に対応する。
【選択図】図３

Description

本発明は、加熱デバイスを備え多層基板の熱処理のために使用される熱処理装置を較正する方法に関する。本発明はさらに、較正試験基板及び較正試験基板を作成する方法に関する。

熱処理装置は、例えば酸化物層を形成するために、或いは、ウェーハの表面を平坦化するために、通常、水素、アルゴン又は酸素雰囲気中でウェーハを熱的に処理するのに使用される。ウェーハ全面にわたって均一な温度を達成するために、装置を較正する必要がある。このため温度センサが炉内に通常、水平に配置されるウェーハの下に配置される。これらのセンサはウェーハの局所温度を測定し、ウェーハに提供される熱を局所的に調節することを可能にする制御システムに接続されている。

バルクシリコンウェーハを処理する時のこうした装置を較正する典型的な方法は、全てのプローブについてオフセットを「０」に設定した状態で高速熱酸化を行って約１００オングストロームのＳｉＯ_２を形成することからなる。その後、酸化物膜の厚さが実際には温度に依存する故に、ウェーハ全面にわたる酸化物の厚さ分布を測定して炉室内の熱的不均一性を明らかにする。その後、温度不均一性を補正するようにオフセット値を調節し、室内の均一な温度に対応する平坦か又はなだらかな厚さの分布（プロファイル）を有する酸化物層がウェーハ上に形成されるまでプロセスを反復する。

しかし、熱処理装置のこうした直接の較正は、例えば、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェーハのような多層タイプの基板に適用できない。米国特許第６，８５３，８０２号では、ＳＯＩのような構造は周辺部において不均質な構造を示し、そのために熱吸収係数が局所的に異なることになるという問題を開示している。そのため、熱処理装置内で上記基板を処理する時には、この局所的な差を考慮しなければならず、その作業は、バルクウェーハを熱処理する場合に比較してウェーハの周辺部の温度を下げることによって通常行われる。そうすることによって、通常ならば起こるであろうスリップライン及びウェーハ変形を最小にすることが可能になる。米国特許第６，８５３，８０２号は処理される構造の熱吸収係数を決定し、それに応じて装置の加熱ランプへの電力を調節することによって熱処理を調節することを提案している。しかし、この方法は較正を直接的な方法で達成できず、実際には熱吸収係数と等価パラメータの間の相関を確立する必要があるという問題を有する。

装置を較正する第２の方法は、スリップライン及びウェーハ変形が最小になるように加熱電力を順次調節するために、実際のＳＯＩウェーハを用いた較正実験を実施することである。例えば、上述したように、バルクシリコンウェーハのために較正された装置から始め、その後、ＳＯＩ及びバルクウェーハの異なる性質を考慮するために一番外側のセンサオフセットを特に調節するのが一法である。センサオフセットを調整するために同一のデバイス層と酸化物層の厚さを有する多数のＳＯＩウェーハがセンサオフセットのそれぞれの値について使用され、その後、スリップライン及び／又はウェーハ変形を標準手法を使用して測定する。最後に、最良の結果を提供するセンサオフセットを選択する。

この方法は、直接的な較正方法であるが、やはり、較正値を得るために、較正が終わると廃棄されることになる高価なＳＯＩウェーハを必要とするという欠点を有する。熱処理装置は連続的なドリフトを受けるため、定期的に較正する必要があるため、ＳＯＩウェーハを使用する較正方法は高価になり過ぎて定期的には使用することができない。更に、この第２の方法はスリップライン及び／又はウェーハ変形を測定し特定することが出来ることを前提としているが、この作業は比較的やっかいであり、したがって、定期的に実行するには適さない。

したがって、多層基板を過剰に使用することなく装置パラメータを容易に確立することができる、多層基板の熱処理のために使用される熱処理装置を較正する較正方法を提供することが本発明の目的である。

この目的は、請求項１に従って加熱デバイスを備え、多層基板の熱処理のために使用される熱処理装置を較正する方法によって達成される。

本発明は試験基板上で熱処理された層の、「黄金分布」とも呼ばれる所定の厚さ分布が、各タイプの多層基板に関連づけられるという驚くべき効果に基づくものである。試験基板は多層基板と比較して異なる構造を有し、熱処理装置を較正しようとする対象の多層基板より通常安価である。黄金分布は、対象としているタイプの多層基板を用いてすでに較正された熱処理装置によって処理した試験基板上に実現された層の厚さの直径方向分布のことである。ここで上記較正においては、装置が多層基板上に層を形成するのに使用される場合、一様な厚さ分布を有する層が多層基板上に達成されるか、又は、装置が平坦化の目的で使用される場合、未較正装置で処理された多層基板に比較してスリップラインの量の減少、特に、スリップラインがほとんど無いか又は全く無いこと、及び／又は、ウェーハ変形が減少することを示す多層基板が実現されるように較正されている。

以下で黄金分布とも呼ばれる所定の厚さ分布は、例えばエリプソメトリのような従来技術で知られている任意の適した手法によって得ることができる。

所与の多層基板について黄金分布が一度確立されると、熱処理装置の新たな較正を実行する必要がある時はいつでも、試験基板を使用することができる。実際に、熱処理装置を較正するためには、新しい試験基板上に層を形成して厚さ分布を測定し、それを対応する黄金分布と比較することで十分である。差が観測される場合、差を考慮してプロセスパラメータを修正することができる。修正された熱プロセスパラメータ・セットが黄金分布に対応する試験基板上の厚さ分布をもたらすことになることを知れば、対応する多層基板上での一様な厚さ分布、あるいは、スリップラインが低減し、及び／又はウェーハ変形が低減した多層基板が修正された熱プロセスパラメータ・セットによって実現されることになることも保証される。

従来技術と比較して、較正用に高価な多層基板の代わりに安価な試験基板を使用することが可能である。加熱デバイスを調節するために、従来技術の方法の１つで使用される熱吸収係数よりも、相関を確立するのが容易な厚さ分布の特性を使用することができる。最後に、試験基板上の厚さ分布測定は、スリップライン及び／又はウェーハ変形測定より容易に実行することができ、したがって、定期的な使用にとって有利である。

ここにおいて、試験基板及び較正試験基板は、同じ構造を有する基板のことを言うが、較正試験基板とは、多層基板上に形成された層について一様な厚さ分布が達成されたか、又は、スリップラインの減少、特に、スリップラインがほとんど無いか又は、全く無いこと、及び／又は、ウェーハ変形が減少することが観測されたのと同じ熱プロセス条件を使用して、較正試験基板上に形成された較正層の所定の厚さ分布（黄金分布）を確立するのに使用された試験基板のことである。「熱プロセスパラメータ」という用語は、装置の熱分布に影響を与えることが可能な装置の任意のパラメータに関する。

ステップ（ｂ）の熱プロセスパラメータ・セットは所定の熱プロセス条件・セットに対応するのが好適である。通常、ドリフトはプロセス条件をゆっくりと絶え間なく変えるため、最適化された熱プロセスパラメータは所定の熱プロセス条件のパラメータに近いものとしなければならない。

好ましい実施形態によれば、上記所定の厚さ分布は異なる熱処理装置でも得ることができる。ある装置で黄金分布が多層基板上に付加的な層を形成した後の多層基板上の平坦な厚さ分布か、又は、平坦化後のスリップラインが低減され、及び／又は、ウェーハ変形が低減された多層基板に対応している場合には、同じ多層基板が使用される限り、異なる装置でも同じ黄金分布が同様にあてはまることになる。このことは実質的に１つのタイプの装置について黄金分布を決定する必要があるのは１回だけであり、その後、使用する他のすべての処理装置についてそれを再使用することができることを意味し、装置上で較正を実行するコストをさらに低減する。

ひとつの変形例によれば、第２試験基板を設けて、ステップ（ｄ）後に較正を検証するために修正された熱プロセスパラメータ・セットに従って熱処理することができる。多層基板が較正がまだ最適化されない状態で処理されることを防ぐために、さらなる試験基板によって再び熱プロセスパラメータに対する修正を検証することが好ましく、さらなる試験基板を同様に熱処理して得られる厚さ分布をその後再び黄金分布と比較して、修正が正確に実行されたかどうかをチェックする。差がやはり存在する場合、加熱デバイスの熱プロセスパラメータに対する修正を、その後、微調整することができる。

加熱デバイスは試験基板を局所的に加熱する複数の加熱器及び試験基板の温度を局所的に測定する複数のプローブを備えることができ、ステップ（ｄ）において、複数の加熱器のそれぞれが提供する加熱電力を個々に調節できることが好ましい。実際には、各プローブに対して加熱器又は加熱器のグループが割り当てられ、黄金分布と比べて厚さ分布のどこで差が観測されるかに応じて、加熱デバイスに対する修正を局所的に実行することができることが好ましい。

複数のプローブのオフセット値を個々に修正することによって、各加熱器の加熱電力を個々に調節することができることが好ましい。これは、基板に提供される加熱電力の局所的な調節を実施する比較的容易な方法である。

多層基板及び試験基板の表面層が同じ材料でできていれば有利である。この場合、層形成を支配する物理作用(physics)及び／又は化学作用(chemistry)は似通っているため、黄金分布と多層基板上の一様分布との差を比較的小さく保つことができ、それによって、較正方法がより正確になり、較正方法がさらに改善される。

多層基板及び試験基板の表面層は同じ結晶構造を有することができればさらに好ましい。結晶構造は結晶構造上に付加的な層を成長させる場合に重要な役割を果たすため、似通った結晶構造はまた黄金分布と一様な厚さ分布との差を最小に保つことができ、多層基板に関する較正と試験基板に関する較正との差を実際に小さく保つことができるという事実をもたらす。

有利な実施形態によれば、多層基板はシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）タイプのウェーハであり、試験基板はシリコンウェーハである。今日、シリコンウェーハは品質がよく価格が比較的低い、容易に入手可能な標準的な大型製品であるが、ＳＯＩウェーハはやはり高価な基板である。

一変形態様によれば、熱処理は高速熱アニーリング処理又は高速熱酸化処理である可能性がある。これらの処理における高温と短い処理時間のために、ほんのわずかの局所的な温度差が処理される製品に対する悪影響をもたらす可能性があるため、処理装置の較正は工程の成功を決定付ける。このように、費用がかからず実行するのが容易な提案された較正によって高い生産収率を達成することができ、このことは膜形成ならびに平坦化の両方に当てはまる。

新しい発明はまた、請求項１〜１０のいずれか１項による較正方法において特に使用される、熱処理装置を較正するのに使用される較正厚さ分布を作成する方法に関しており、熱処理装置は請求項１１に従って多層基板を熱処理する加熱デバイスを備える。

この方法を使用して上述した熱処理装置の較正において使用されるのが有利な所定の厚さ分布（黄金分布）が得られる。一旦得られた厚さ分布はエリプソメトリのような標準的な従来技術を使用して測定することができる。

較正厚さ分布を較正試験基板の中心領域ではなく較正試験基板の周辺部においてより高分解能で決めることができることが好ましい。すでに先に述べたように、多層基板とバルクタイプの試験基板との主要な差は周辺部エリアにおいて生じる。したがって、特に重要な周辺部領域について熱処理装置のよりよい較正値を後で得るために、この領域において入手可能な多くのデータを持つことが興味の対象である。このように、黄金分布と比較することができるようにより大量の測定点に基づけば、熱プロセスパラメータをよりよく微調整を実行することができる。

較正厚さ分布を複数の異なる多層基板について決定することができれば好適である。黄金分布は色々な層の異なる材料と厚さの組み合わせである全ての種類の多層構造に対して決定しておくべきであり、そうすれば各製品について最適な黄金分布を熱処理装置の加熱デバイスの較正に使用することができる。さらに、黄金分布は、層を付加するために形成する場合に使用される装置及び／又は平坦化操作に使用される装置について決定することができる。

さまざまの較正厚さ分布をデータベースに記憶することができれば好適である。この場合、熱処理装置が、所与の多層基板について較正される必要がある時はいつでも、オペレータ又は装置自体が対応する黄金分布を選択し較正を実行することができる。これは、いつでも必要なデータをデータベースから読み出すことができるため、較正を実行するのに必要な時間を減らすのに役立つ。

多層基板は、ＳＯＩタイプウェーハであり、試験基板はシリコンウェーハであることが有利である。今日、シリコンウェーハは品質がよく価格が比較的低い、容易に入手可能な標準的な大型製品であるが、ＳＯＩウェーハはやはり高価な基板である。

さらに本発明は、請求項１６に従って所定の厚さ分布を有する、較正試験基板の主表面のうちの１つの主表面上に熱的に形成された層を備える較正試験基板に関する。この較正試験基板の所定の厚さ分布を使用して上述した有利な較正を実行することができる。

多層基板はＳＯＩタイプのウェーハであり、試験基板はシリコンウェーハでありうることが好適である。今日、シリコンウェーハは品質がよく価格が比較的低い、容易に入手可能な標準的な大型製品であるが、ＳＯＩウェーハはやはり高価な基板である。

本発明の特定の実施形態は添付図面を参照して以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。

図１は、基板、特にウェーハを熱処理するために、半導体業界で層形成又はアニーリングに使用される典型的な熱処理装置を示す。多層基板を作製する場合には、それは表面平坦化の役割をも果たす。

図に示す熱処理装置１は、縦又は水平熱反応管タイプとすることができ、バッチ式又は枚葉式のいずれかとすることもできる。熱処理装置１は炉室３を備え、炉室３内には、加熱デバイスを構成する複数の加熱器５、支持手段１１上に配置される基板９の温度を局所的に測定する複数のプローブ７とが配置されている。図１に示すように、プローブ７の総数は必ずしも個々の加熱器５の総数と同じである必要はない。ここでは加熱器よりも多い数のプローブを示している。炉１はさらに、プローブ７によって測定された個々の温度に基づいて、個々の加熱器５によって提供される熱を制御する制御ユニット１３を備える。

熱処理装置１を使用するためには、基板９全面にわたって、加熱器５が均一な温度分布を与え、それによって、上記装置により実行される層の成長又はアニーリングが均一であるか、又は少なくとも最適化されていることが本質である。この場合、基板９の上に層を形成するのに使用されるときには、得られる層は、平坦な厚さ分布を示すであろう。例えば酸化物層は酸素ガスを炉室に提供することによって得られる。酸素を水素又はアルゴンに切り換えることによって達成される平坦化のために使用されるときには、基板９はスリップラインの量の減少、特にスリップラインがほとんど無いか、又は全く無いこと、及び／又はウェーハ変形が減少することを示すであろう。

図１に示す装置のような熱処置装置は、ドリフト特性を補正するために時々再較正する必要がある。生産条件下でこうした較正は、通常少なくとも１週間に１回実行する必要がある。

図２の（ａ）は例えばシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）タイプの基板のような多層基板１５を示し、デバイス層１７が酸化物層１９上にあり、酸化物層１９は、シリコン基板２１上に配される。しかし、このＳＯＩ基板１５は例としての役をするだけである。なぜならば、例えば、歪んだシリコンオンインシュレータ又はゲルマニウムオンインシュレータ多層基板のような、他の多層構造が関係してもよいからである。多層基板１５は、図１に関して上述したように、酸素雰囲気で熱処理装置１において熱処理され、その結果、層２３、例えば酸化物層が多層基板１５上に、すなわちデバイス層１７上に形成される。正しく較正された熱処理装置を使用すると、この層２３は多層基板１５の実質的に全表面の上で平坦な厚さ分布を示す。

ここで図２の（ｂ）は試験基板２５、ここではシリコン（Ｓｉ）ウェーハを示し、試験基板２５上に同じ熱プロセスパラメータ下で、かつ、較正された状態の同じ熱処理装置１を使用して同様に層２７が形成されたものである。平坦な厚さ分布を有する層２３と比較するとこの層２５は、誇張して図２の（ｂ）に示すように、異なる厚さ分布を示す。これは、それぞれ、層２７、２３の成長に関してバルクＳｉ基板２５が多層基板１５と異なった振る舞いをすることによる。現状ではこの差は米国特許第６，８５３，８０２号で主張されるように、熱吸収係数の局所的な差によっていると考えられている。

先に述べたように、熱処理装置１は初めて使用する前に、また、その後同様に時々較正する必要がある。従来技術では、これは多層基板１５を使用して行われ、酸化物層を多層基板上に成長させ、次に、厚さ分布を測定し、例えば対応するプローブのオフセットを変えることによって加熱器５を個々に調節する。別の方法は、熱吸収係数を局所的に特定することであり、そこから始め、局所的に提供される熱を調節することで行われた。本発明によれば、熱処理装置１を較正するために多層基板と異なる試験基板２５が利用される。このように較正のためにもはや高価な多層基板１５を使用する必要はない。

このことは、図２の（ａ）の層２３のような層が多層基板上に形成される場合について以下で詳細に説明されるであろう。本発明の較正方法は、熱処理装置１を較正するのに層２７の厚さ分布を使用することができるという考えに基づいている。その理由は、試験基板２５についてこの厚さ分布を達成すると、多層基板１５上に一様な厚さ分布を達成することが保証されるからである。

図３は、本発明による熱処理装置の較正に使用される較正厚さ分布を作成する方法の一実施形態を示す。図１、図２の（ａ）及び（ｂ）に示す装置及び基板が参照されるであろう。それらの特性は再度繰り返さないが、参照することで援用する。しかし、例えば、エピタキシャル成膜装置のような、他の熱処理装置及び基板が、もちろん、使用されてもよい。

ステップＳ１にて、較正されるべき熱処理装置１内に多層基板１５が用意され、支持手段１１上に配置される。その後、ステップＳ２にて、熱プロセスパラメータ・セットが制御ユニット１３に与えられる。その後、ステップＳ３にて、酸化物層、例えば約１００オングストロームの厚さの層が多層基板１５上に熱的に形成される。これは炉室３内に酸素を供給することによって達成される。

その後、ステップＳ４にて、熱的に形成された層２３の厚さ分布が測定される。これは例えばエリプソメトリのような標準的な厚さ測定方法を使用して行われる。図４の（ａ）には未較正状態のこうした厚さ分布３１を点線で示す。図４の（ａ）では厚さｄ（オングストローム単位で測定）はｙ軸上にプロットされ、一方、ｘ軸上には多層基板１５の中心に対する距離がプロットされる。実際には、多層基板１５の直径にわたる厚さが示されるが、もちろん２次元の厚さ分布を作り上げてもよい。図４の（ａ）を見てわかるように、未較正状態では厚さは１００オングストロームの幅値を中心に変わり、熱分布が一様でないということを示している。

ステップＳ５にて、平坦な分布が達成されたか否かチェックされる。一様でない厚さ分布３１（図４の（ａ）の破線）が得られると、行う決定は「ｎｏ（いいえ）」であり、結果として、プロセスは継続してステップＳ６に進み、制御ユニット１３の熱プロセスパラメータ・セットが修正される。厚さが１００オングストロームより厚い位置については対応する加熱器５はより少ない加熱電力を提供しなければならず、それはプローブのオフセットを変えることによって実現することができ、厚さが１００オングストロームより薄い位置ではより大きい加熱電力が必要であり、それは対応する加熱器５によって提供する必要がある。

ステップＳ７にて、新しい多層基板１５が熱処理装置１内に用意され、修正された熱プロセスパラメータ・セットによってステップＳ３及びＳ４が繰り返される。実際には、ステップＳ５にて平坦な厚さ分布３３が観測されるまで、ステップＳ３〜Ｓ７が繰り返される。多層基板１５上のこうした平坦な、すなわちなだらか厚さ分布３３が実線で図４の（ａ）に示してある。今やこの場合、熱処理装置１は、較正された状態にある。

ステップＳ８にて、以下で較正試験基板と呼ぶ試験基板２５が供給され、較正された熱処理装置１内に配置される。その後（ステップＳ９）、図４の（ａ）（実線）に示すように多層基板１５上では平坦な厚さ分布３３が達成された熱プロセスパラメータ・セットを使用して、層２７を較正試験ウェーハ２５上に形成する。

その後、ステップＳ１０にて、較正試験基板２５上に形成された層２７の厚さ分布を、多層基板１５上に形成された層と同じ方法で測定する。対応する厚さ分布３５を図４の（ｂ）に示すが、やはり、測定された厚さをｙ軸上にプロットし、較正試験基板２５の中心への距離をｘ軸上にプロットしてある。図４の（ｂ）を見てわかるように、多層基板１５上では平坦な厚さ分布３３が達成されたのと同じ熱プロセスパラメータ・セットに対して、較正試験基板２５上では異なる厚さ分布３５が達成されている。これは、２つの基板の間の熱吸収係数の差によっており、熱吸収係数の差は試験基板２５と多層基板との間の構造の差によるものである。

ここで、この分布３５は、本明細書で黄金分布又は所定の厚さ分布とも呼ばれている較正厚さ分布として、次に熱処理装置を再較正する時に使用されるであろう。図４の（ｂ）に示す厚さ分布３５と、図４の（ａ）に示す一様な厚さ分布３３との主要な差は、周辺部領域（図４の（ｂ）の影を付けた部分）において見出されるため、較正試験基板のこの周辺部領域において、より高分解能で厚さ分布を測定することが有利である。

測定された黄金分布３５は、１つの熱処理装置から別の装置へ容易に転送可能であるようにデータベースに記憶することができる。さらに、このデータベースは異なるタイプの多層基板についての黄金分布を含んでもよい。特に、異なる材料及び厚さのデバイス層１７、異なる厚さの酸化物層１９、及び異なるベース基板２１についての黄金分布などを含んでもよい。

図５は、本発明による熱処理装置の較正に使用される較正厚さ分布を作成する方法の第２の実施形態を示す。実際に、熱装置が平坦化目的のために使用される時、プロセスステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５及びＳ９は、第１の実施形態の対応するステップに対して修正される。他のステップは、第１の実施形態と同じであり、その説明は、再び繰り返さないが、参照することで援用している。

この実施形態では、炉室３に酸素を供給する代わりに、水素（Ｈ_２）又はアルゴン（Ａｒ）が供給され、その後、ステップＳ３′にて、表面平坦化ステップが実行される。ＳＯＩ基板の製造において、このステップは、例えば製品の表面品質を改善するために実行される。しかし、未較正装置に存在する熱の不均一性がスリップラインの形成及び／又はウェーハ変形をもたらすため、較正が同様に必要である。したがって、ステップＳ４′にてウェーハ変形及びスリップライン形成を測定するために多層基板が解析される。これは、標準的な方法を使用して行われる。その後、ステップＳ５′にて必要な製品品質を保証するために測定結果が十分に良好であるかどうかがチェックされる。特に、スリップラインの数が減っているかどうか、及び／又は、未較正装置で得られたものと比較してウェーハ変形の低減が観測されるかどうかをチェックする。スリップライン及び／又はウェーハ変形は熱の不均一性により起こる。良好な結果を得た場合、プロセスは、継続してステップＳ８に進み、ステップＳ９’の間にガス供給が酸素（Ｏ_２）に戻るように切り換えられて試験基板上に酸化物層を形成する。良好な結果が得られない場合、プロセスは上述したように継続してＳ６に進む。

スリップラインは、通常、検査ツールを使用して測定される。測定は基板（ウェーハ）上の総ミリメートルで表される。最小量のスリップライン、特に、ゼロスリップラインを達成することがこの実施形態による較正の目的である。

ウェーハ変形は、通常、反り測定によって測定され、ウェーハ変形を較正中に考慮する場合、変形（μｍで表される）を最小にすること、又はさらにゼロ変形を達成することによって較正を最適化することがやはり目的となる。

図６は、本発明による熱処理装置を較正する方法のひとつの実施形態を示す。図１、図２の（ａ）及び（ｂ）に示す熱処理装置１、多層基板１５、及び試験基板２５を再び参照する。その特性は再度繰り返さないが、参照することでここでも援用する。しかし、他の熱処置装置及び基板もまた、もちろん使用してもよい。

本発明の較正方法は上述のプロセス（図３、図４の（ａ）及び（ｂ）を参照）によって達成された黄金分布３５を活用する。ステップＳ２０にて、試験基板２５を熱処理装置１内に設定する。熱処理装置１は較正試験基板上で黄金分布３５が達成された装置と同じか、又は別の熱処理装置であってもよい。その後、ステップＳ２１にて、熱プロセスパラメータ・セットが熱処理装置１の制御ユニット１３に提供され、複数の加熱器５によって加熱デバイスを制御するのに使用される。変形例では、熱プロセスパラメータ・セットは図３に関して上述した較正厚さ分布を作成する方法において黄金分布が達成された熱プロセスパラメータ・セットであってもよい。これは、もちろん、較正される熱処理装置が黄金分布が得られた装置と同じタイプである場合にのみ可能である。

ステップＳ２２にて、試験基板１５を熱処理して試験基板１５上に層を形成する。その後、ステップＳ２３にて、層の厚さ分布をエリプソメトリのような標準的な厚さ測定を使用して測定する。対応する厚さ分布３７は図７に示され、層の厚さはｙ軸上にプロットされ、試験基板１５の中心に対する距離はｘ軸上にプロットされる。測定された厚さ分布３７は、図７上の破線でトレースされている。対応する黄金分布３５は連続線でプロットされ、図４の（ｂ）で既にトレースされた連続線に対応する。２つの分布の差から熱処理装置が再較正を必要とすると結論付けることができる。実際に、試験基板上の層の破線の厚さ分布３７と較正試験基板上の実線の較正層の所定の厚さ分布３５が互いに一致する場合にのみ上記熱処理装置によって多層基板上で平坦な厚さ分布３３を達成することができるか、又は、変形例によれば、スリップラインの量の減少、特に、スリップラインがほとんど無いか、又は全く無いこと、及び／又はウェーハ変形が減少する多層基板を達成することができる。

ステップＳ２５にて、厚さ分布が互いに一致するか否かが決定される。差が観測される場合、熱処理装置を較正する方法は継続してステップＳ２６に進む。このステップは厚さ分布３７と較正層の所定の厚さ分布３５との間で観測される差を補償するために加熱デバイスを調節するように熱プロセスパラメータ・セットを修正するステップである。これが行われると較正が準備でき（ステップＳ２７）、較正するプロセスが終了する。一方、２つの分布３５、３７が互いに一致する場合、再較正が必要でないため較正は即座に終了する。

一変形例によれば、熱プロセスパラメータ・セットが修正され場合に追加試験基板を設ける（ステップＳ２８）ことも可能であり、ステップＳ２２〜Ｓ２４が再び実行されて、実際に修正された熱プロセスパラメータを用いると黄金分布に対応する厚さ分布が、追加試験基板上で得られることを検証する。

熱プロセスパラメータの調節は、熱処理装置１の加熱デバイスの加熱器５によって提供される加熱電力を変えることによって実行される。実際に、局所的な調節を実現することができるように各加熱器５を個々に制御することができる。加熱電力を変えることは加熱器に直接影響を与えることによって行うか、又は、基板上の温度を測定している対応するプローブ７のオフセットを変えることによって行うことができる。

図において、熱処理装置１を較正する方法及び較正厚さ分布を作成する方法が、ＳＯＩ多層基板及び試験基板としてＳｉウェーハを使用して説明された。しかし、本発明は、この材料の選択に限定されるのではなく、他の多層基板又は試験基板を、同じように使用することができる。この場合にも、多層基板の表面層と同じ材料を有する試験基板によって較正を実行すること、又は、多層基板の表面層と同じ結晶構造を有する試験基板によって較正を実行することが有利である。バルク基板が入手できないか、又は、かなり費用がかかる場合、やはり低コストＳｉウェーハを、試験基板として使用してもよい。

熱処理装置を較正するための、また較正厚さ分布を作成するための開示された方法は、熱処理装置が、例えば水素（Ｈ）又はアルゴン又はＨとＡｒの混合物の雰囲気で高速熱アニーリング処理あるいは高速熱酸化処理に使用される時に特に有利である。こうした処理については高温が伴うため、よく較正された装置が必要であり、平坦な温度分布からのほんのわずかの偏差が、形成される層又はアニーリングされる層の品質に大きな影響を与える可能性がある。

最後に、図２の（ｂ）に示す黄金分布を持つ層２７を有する試験基板２５は、本発明による較正試験基板の一実施形態を示し、試験基板２５上に熱的に形成される層は、一様な厚さ分布を有する層２３が図２の（ａ）に示す多層基板１５上で達成された熱プロセスパラメータ・セットによって得られる。

熱処理装置の略図である。 （ａ）は、熱処理によって得られた、平坦な厚さ分布を有する層をもつ多層基板を示し、（ｂ）は、平坦な厚さ分布が（ａ）の多層基板上で達成されたのと同じプロセス条件下で得られた所定の厚さ分布を有する試験基板を示す。 所定の厚さ分布（黄金分布）を決定する方法の第１の実施形態を示すフロー図である。 （ａ）は多層基板上の平坦な厚さ分布を示し、（ｂ）は試験基板の対応する所定の厚さ分布（黄金分布）を示す。 所定の厚さ分布（黄金分布）を決定する方法の第２の実施形態を示すフロー図である。 本発明の較正方法を示すフロー図である。 図４の（ｂ）に示す黄金分布と比較される、試験ウェーハ上で得られる厚さ分布を示す。

符号の説明

１…熱処理装置、３…炉室、５…加熱器（加熱デバイス）、７…プローブ、９…基板、１１…支持手段、１３…制御ユニット、１５…多層基板、１７…デバイス層、１９…酸化物層、２１…シリコン基板、２３…層、２５…試験基板、２７…層、３１，３３，３５，３７…厚さ分布。

Claims (17)

1. 加熱デバイス（５）を備え多層基板（１５）の熱処理のために使用される熱処理装置（１）を較正する方法において、
   （ａ）前記多層基板（１５）と比較して異なる構造を有する試験基板（２５）を用意するステップと、
   （ｂ）熱プロセスパラメータ・セットを使用して前記試験基板（２５）を熱処理するステップであって、それによって前記試験基板（２５）上にある厚さ分布（３７）を有する層（２７）を形成する熱処理するステップと、
   （ｃ）前記厚さ分布（３７）を較正試験基板上の較正層の所定の厚さ分布（３５）と比較するステップと、
   （ｄ）前記熱プロセスパラメータ・セットを修正するステップであって、前記加熱デバイス（５）を前記厚さ分布（３７）と前記所定の厚さ分布（３５）との差を補償するような調節をするように修正するステップと
   を含み、
   同じ所定の熱プロセス条件・セットによって処理された場合に、前記較正試験基板上の前記較正層の前記所定の厚さ分布（３５）が多層基板（１５）上の層（２３）の平坦な厚さ分布（３３）と対応するか、又は、スリップラインの低減及び／又は変形の低減が観測された多層基板（１５）に対応するようにしたことを特徴とする方法。
2. 前記ステップ（ｂ）の前記熱プロセスパラメータ・セットは前記所定の熱プロセス条件・セットに対応する請求項１に記載の方法。
3. 前記所定の厚さ分布（３５）は異なる熱処理装置（１）で得られたものである請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記較正を検証するために、前記ステップ（ｄ）後に第２試験基板が設けられ、前記修正された熱プロセスパラメータ・セットに従って熱処理される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記加熱デバイスは前記試験基板（２５）を局所的に加熱する複数の加熱器（５）及び前記試験基板（２５）の温度を局所的に測定する複数のプローブ（７）を備え、前記ステップ（ｄ）において前記複数の加熱器（５）のそれぞれによって提供される加熱電力が個々に調節される請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. それぞれの加熱器（５）の加熱電力が前記複数のプローブ（７）のオフセット値を個々に修正することによって個々に調節される請求項５に記載の方法。
7. 前記多層基板（１５）の表面層（１７）と前記試験基板（２５）は同じ材料でできている請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記多層基板（１５）の表面層（１７）と前記試験基板（２５）は同じ結晶構造である請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記多層基板（１５）はシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）タイプのウェーハであり、前記試験基板（２５）はシリコンウェーハである請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記熱処理は高速熱アニーリング処理又は高速熱酸化処理である請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の較正方法において特に使用される熱処理装置（１）を較正するため使用される較正厚さ分布を作成する方法であって、
    前記熱処理装置（１）が多層基板（１５）を加熱処理する加熱デバイス（５）を備えるものであり、当該方法が、
    （ａ）熱処理中に平坦な厚さ分布（３３）を有する層（２３）が多層基板（１５）上に形成されるように、又は、スリップラインが低減され及び／又は変形が低減された多層基板（１５）が得られるように、前記加熱デバイス（５）を較正するステップと、
    （ｂ）前記対応する熱プロセスパラメータ・セットを特定するステップと、
    （ｃ）前記多層基板（１５）と比較して異なる構造を有する較正試験基板（２５）を設けるステップと、
    （ｄ）前記対応する熱プロセスパラメータ・セットを使用して前記較正試験基板（２５）を熱処理するステップであって、それによって前記較正試験基板（２５）上に或る較正厚さ分布（３５）を有する層（２７）を形成するステップと、
    （ｅ）前記較正厚さ分布（３５）を測定するステップと、
    を含む方法。
12. 前記ステップ（ｅ）において前記較正厚さ分布（３５）は前記較正試験基板（２５）の中心領域よりも前記較正試験基板（２５）の周辺部においてより高分解能で測定される請求項１１に記載の方法。
13. 前記較正厚さ分布（３５）を複数の異なる多層基板（１５）について測定する請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記種々の較正厚さ分布（３５）をデータベースに記憶するステップをさらに含む請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記多層基板（１５）はＳＯＩタイプのウェーハであり、前記試験基板（２５）はＳｉウェーハである請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 較正試験基板であって、較正試験基板の主表面のうちの１つの主表面上に熱的に形成され、所定の厚さ分布（３５）を有する層（２７）を備えており、前記熱的に形成された層（２７）は、一様な厚さ分布（３３）が多層基板（２５）上に達成されるための熱プロセスパラメータ・セット、或いは、スリップラインが低減され及び／又は変形が低減された多層基板を得るための熱プロセスパラメータ・セットによって得られることを特徴とする較正試験基板。
17. 前記多層基板（１５）はＳＯＩタイプのウェーハであり、前記試験基板（２５）はＳｉウェーハである請求項１８に記載の較正試験基板。
    

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