JP4586333B2 - Heat treatment apparatus, heat treatment system, and temperature control method for heat treatment apparatus - Google Patents

Heat treatment apparatus, heat treatment system, and temperature control method for heat treatment apparatus Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の熱処理装置、熱処理システム及び熱処理装置の温度測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路の製造工程においては、半導体ウエハの表面に配線パターンやホール穴埋めや層間絶縁膜の形成のために、各種の成膜、例えばＷ，ＷＳｉ，Ｔｉ，ＴｉＮ，ＴｉＳｉ，ＳｉＯ2 等の成膜熱処理が繰り返し施される。また、この成膜熱処理の他にも、エッチング処理、酸化拡散処理、アッシング処理等の各種の熱処理も行なわれる。また、この熱処理は、加熱処理、プラズマ処理、非プラズマ処理、アニーリング処理も含まれる。
この場合、歩留り等を向上させるためには、各種の熱処理をウエハ面内に亘って均一に施すことが必要であり、このためには、プロセス圧力、処理ガスの流量、プロセス温度等を精度良く管理してコントロールしなければならず、とりわけプロセス温度の管理が重要である。すなわち、プロセス時にウエハ面内において温度差が生ずるとそれによって熱処理の均一性も低下してしまうので、熱処理プロセスの間、ウエハ温度の面内均一性を保持する必要がある。
【０００３】
この場合、熱処理中にウエハ自体の温度を測定することは非常に困難であり、また、ウエハを載置する載置台の温度やこれに埋め込まれる加熱ヒータを熱電対により検出したとしても、これらの温度とウエハ自体の温度との間には数１０℃もの温度差が生じているのが一般的であり、ウエハ自体の温度を正確に測定するのはかなり困難である。例えば加熱ヒータ温度が６８０℃程度でもウエハの実際の温度は、これよりも８０℃程度も低い例えば６００℃程度となり、測定温度値がウエハ温度を正確に反映しているのではない。
【０００４】
そこで、他のウエハ面内温度の均一性を確保する手法として熱電対を用いた以下のような手法も知られている。すなわち熱処理時におけるウエハ自体の温度を正確に知るために、温度測定用モニタウエハの表面に複数、例えば５個程度の熱電対を面内略均等に設け、これを処理容器内へ導入して目標とする温度条件（面内温度の均一条件）となる加熱ヒータへの投入電力量や埋め込み熱電対の温度検出値等の基準となる値を求めておく。そして、実際に製品ウエハを熱処理する際には、上記温度測定用モニタウエハを用いて求めていた投入電力量や埋め込み熱電対の温度検出値等を維持するようにコントロールしてウエハ面内の温度均一性を確保するようにしている。
【０００５】
この場合、加熱手段が加熱ヒータの時には載置台内に例えば同心状にゾーンに区分されて設けられており、また、加熱手段が複数の加熱ランプならば、主に照射するエリアが複数に区分されており、ゾーン毎に或いはエリア毎に投入電力の個別制御が可能となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、熱処理装置内をメンテナンスした時、処理容器内をクリーニングした時、或いは処理レシピを変える時など多くの場合に、上述したような熱電対を複数個取り付けた温度測定用モニタウエハを用いて目標通りの温度に加熱されているか否か、更に目標通りの面内温度の均一性を高く維持しているか否かの検証を行なうことが一般的に必要である。
この場合、熱電対付きの温度測定用モニタウエハを載置台へ設置したり、或いは測定後にこれより取り外したりする必要があるので、その都度、処理容器内の圧力を昇降させて大気開放する必要があるばかりか、モニタウエハも人間がハンドリングできる常温程度まで低下させる必要があり、その結果、測定に多くの時間、例えば２日間も要してしまう場合もあって、生産性を低下させる原因となっていた。
【０００７】
また、温度測定に熱電対を用いることから、ウエハ表面に取り付ける個数も物理的にそれ程多くすることはできず、ウエハ面内の詳細な温度分布を知ることができないという不便もあった。
また、熱処理時の温度を測定する手法として、特許文献１等に開示されているように、半導体ウエハ表面に絶縁膜を形成してウエハ内に不純物を導入し、これを熱処理後に上記絶縁膜を除去してウエハ表面のシート抵抗を測定し、これにより、上記熱処理時の温度を知る方法も提案されている。
しかしながら、この手法では、熱処理温度が１０００〜１２００℃程度の比較的高温度の熱処理を対象としていることから、不純物の飛散の防止等のための上記絶縁層の形成や除去が必要となり、その分、工程数が多くて手間がかかるという問題があった。尚、本件は本出願人が先に開示した特許文献２の改良発明である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１−１８１４３６号公報
【特許文献２】
特開２０００−２０８５２４号公報
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、温度モニタ用半導体ウエハの熱処理時の温度及びその温度分布を、処理容器内または処理容器が連通可能に構成された複数の処理容器からなる熱処理システムを大気開放することなく迅速に求めることができる熱処理装置、熱処理システム及び熱処理装置の温度制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、被処理体に対して所定の熱処理を行う熱処理装置において、排気可能になされた処理容器と、被処理体を載置する載置台と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で温度モニタ用半導体ウエハを予め加熱処理した時のシート抵抗と熱処理温度との関係を示すモデル関数を予め記憶するメモリと、前記被処理体に対して前記所定の熱処理を行なうとき、温度モニタ用半導体ウエハを加熱処理した時のシート抵抗と前記メモリに記憶されているモデル関数と入力されるプロセス温度の設定値とに基づいて目標温度を調整して求めるプロセス条件調整手段と、前記加熱手段の温度を前記目標温度に基づいて制御する温度制御手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【００１１】
このように、例えば半導体ウエハに不純物をイオン状態で打ち込んで注入することにより形成された温度モニタ用半導体ウエハは結晶が崩れてアモルファス状態となっており、この温度モニタ用半導体ウエハを所定の温度で熱処理（アニール）することにより再結晶化し、注入された不純物であるドーパント原子が例えばＳｉ原子と置き換わり、活性化状態、すなわち、導電形の組み合わせにもよるが自由電子や正孔ができる。この自由電子や正孔の量は、上記熱処理時の処理温度に依存して決まるので、処理温度の履歴が残ることになる。この温度モニタ用半導体ウエハをある程度冷却した後に、表面上の所望の多数点のシート抵抗を測定し、更に、測定したシート抵抗を予め求めておいたシート抵抗と被処理体を載置する載置台の温度との相関関係に参照させることにより、上記各点の熱処理温度及びこの分布の状況が求めることができる。
【００１２】
従って、リード線のついている熱電対を用いた従来の温度測定方法と異なり、温度モニタ用半導体ウエハ自体を処理容器に対して自動的に搬出入することができるので、例えばロードロック室に連接された処理容器内を大気開放することなく、しかも熱処理装置やウエハ温度が室温程度まで冷却することも待つことなく、短時間で温度モニタ用半導体ウエハの表面のシート抵抗を求めてその熱処理時の温度及びその温度分布を知ることができる。従って、この結果をプロセス条件調整手段により加熱手段の温度制御手段にフィードバックさせることにより、経時変化が生じたり、熱処理装置の内部構成部品を交換したりして、熱的条件が変化しても、目標とする熱処理時の温度を常に維持できるので、温度分布の面内均一性や処理温度の再現性を常に維持することができる。
【００１３】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記温度モニタ用半導体ウエハは、チルト角とツイスト角がチャネルリングを生じないような最適値に設定されて不純物がイオンビーム注入されている。
また例えば請求項３に規定するように、前記温度モニタ用半導体ウエハは、半導体ウエハの表面に不純物を所定の濃度で導入して形成されている。
また例えば請求項４に規定するように、前記半導体ウエハ表面はＰ形であり、前記不純物はリンである。
また例えば請求項５に規定するように、前記加熱手段は、前記載置台において区画された複数の加熱ゾーンに対応させて複数に区分されており、前記加熱手段は前記区分毎に独立して温度制御が可能になされている。
【００１４】
また例えば請求項６に規定するように、前記熱処理は、加熱処理、プラズマ処理、非プラズマ処理、成膜処理、アニーリング処理、エッチング処理の内のいずれかである。
また例えば請求項７に規定するように、前記モデル関数は、前記処理容器内の圧力に起因して生ずる前記載置台と前記温度モニタ用半導体ウエハとの間の温度差を加味して求められている。
請求項８に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を行う熱処理システムにおいて、前記被処理体に対して処理容器内の載置台上で所定の熱処理を行うために、内部に設けた加熱手段を目標温度に基づいて温度制御をする温度制御手段を有する複数の熱処理装置と、前記熱処理装置に開閉可能になされたゲートバルブを介して連結された共通搬送室と、前記被処理体を搬送するために前記共通搬送室内に設けられた搬送機構と、前記共通搬送室に対して開閉可能になされたゲートバルブを介して連結されるシート抵抗測定室と、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で加熱処理した時の温度モニタ用半導体ウエハの表面のシート抵抗を測定するために前記シート抵抗測定室内に設けられたシート抵抗測定装置と、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で温度モニタ用半導体ウエハを予め加熱処理した時のシート抵抗と熱処理温度との関係を示すモデル関数を予め記憶するメモリと、前記被処理体に対して前記所定の熱処理を行なうときに、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で加熱処理された温度モニタ用半導体ウエハに対して前記シート抵抗測定装置で求められたシート抵抗と前記メモリに記憶されているモデル関数と入力されるプロセス温度の設定値とに基づいて目標温度を調整して求めるプロセス条件調整手段と、を備えたことを特徴とする熱処理システムである。
これによれば、熱処理システム内にシート抵抗測定装置を設けるようにしているので、温度モニタ用半導体ウエハを熱処理システムの外へ出すことなくこの表面のシート抵抗を測定し、その結果を、プロセス条件調整手段側から温度制御手段側にフィードバックさせることができる。
【００１５】
請求項９に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を行う熱処理システムにおいて、前記被処理体に対して処理容器内の載置台上で所定の熱処理を行うために、内部に設けた加熱手段を目標温度に基づいて温度制御をする温度制御手段を有する複数の熱処理装置と、前記熱処理装置に開閉可能になされたゲートバルブを介して連結された共通搬送室と、前記被処理体を搬送するために前記共通搬送室内に設けられた搬送機構と、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で加熱処理した時の温度モニタ用半導体ウエハの表面のシート抵抗を測定するために設けられたシート抵抗測定装置を有するシート抵抗測定室と、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で温度モニタ用半導体ウエハを予め加熱処理した時のシート抵抗と熱処理温度との関係を示すモデル関数を予め記憶するメモリと、前記被処理体に対して前記所定の熱処理を行なうときに、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で加熱処理された温度モニタ用半導体ウエハに対して前記シート抵抗測定装置で求められたシート抵抗と前記メモリに記憶されているモデル関数と入力されるプロセス温度の設定値とに基づいて目標温度を調整して求めるプロセス条件調整手段と、を備えたことを特徴とする熱処理システムである。
【００１６】
この場合、例えば請求項１０に規定するように、前記熱処理装置内と、前記共通搬送室内と、前記シート抵抗測定室内は、真空引き可能になされて真空雰囲気下になされている。
また例えば請求項１１に規定するように、前記熱処理装置内と、前記共通搬送室内は、真空引き可能になされて真空雰囲気下になされており、前記シート抵抗測定装置は大気圧雰囲気下に設置されている。
【００１７】
また例えば請求項１２に規定するように、前記温度モニタ用半導体ウエハは、チルト角とツイスト角がチャネルリングを生じないような最適値に設定されて不純物がイオンビーム注入されている。
また例えば請求項１３に規定するように、前記温度モニタ用半導体ウエハは、半導体ウエハの表面に不純物を所定の濃度で導入して形成されている。
また例えば請求項１４に規定するように、半導体ウエハ表面はＰ形であり、前記不純物はリンである。
また例えば請求項１５に規定するように、前記加熱手段は、前記載置台において区画された複数の加熱ゾーンに対応させて複数に区分されており、前記加熱手段は前記区分毎に独立して温度制御が可能になされている。
【００１８】
また例えば請求項１６に規定するように、前記熱処理は、加熱処理、プラズマ処理、非プラズマ処理、成膜処理、アニーリング処理、エッチング処理の内のいずれかである。
また例えば請求項１７に規定するように、前記モデル関数は、前記処理容器内の圧力に起因して生ずる前記載置台と前記温度モニタ用半導体ウエハとの間の温度差を加味して求められている。
また例えば請求項１８に規定するように、前記目標温度の調整は、前記複数の熱処理装置においてそれぞれ個別的に行なうようになされている。
請求項１９の発明は、上記熱処理装置や熱処理システムで行われる方法発明を規定しており、すなわち、処理容器内の載置台上に載置された被処理体を温度制御手段により制御される加熱手段により加熱して所定の熱処理を行うようにした熱処理装置の温度制御方法において、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で温度モニタ用半導体ウエハを前記処理容器内で予め加熱処理したときのシート抵抗と熱処理温度との関係を示す相対関係を予め記憶する工程と、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で温度モニタ用半導体ウエハを前記処理容器内で所定の温度で熱処理する熱処理工程と、熱処理後の前記温度モニタ用半導体ウエハを前記処理容器内から取り出して前記温度モニタ用半導体ウエハの表面の複数の箇所のシート抵抗を測定する測定工程と、前記被処理体に前記所定の熱処理を行なうときに、前記測定により得られたシート抵抗と前記予め記憶されている相関関係とプロセス温度の設定値とに基づいて前記温度制御手段へ向けて出力するパラメータである目標温度を調整するパラメータ調整工程と、を備えたことを特徴とする熱処理装置の温度制御方法である。
【００１９】
この場合、例えば請求項２０に規定するように、例えば前記シート抵抗値が、許容範囲外の大きさになった時は、異常を報知する。
また例えば請求項２１に規定するように、前記各工程は、定期的、或いは必要に応じて不定期的に行われて求められた各シート抵抗値は経時変化履歴として表示可能に記憶されている。
【００２０】
また例えば請求項２２に規定するように、前記温度モニタ用半導体ウエハは、チルト角とツイスト角がチャネルリングを生じないような最適値に設定されて不純物がイオンビーム注入されている。
また例えば請求項２３に規定するように、前記温度モニタ用半導体ウエハは、半導体ウエハの表面に不純物を所定の濃度で導入して形成されている。
また例えば請求項２４に規定するように、半導体ウエハ表面はＰ形であり、前記不純物はリンである。
また例えば請求項２５に規定するように、前記加熱手段は、前記載置台において区画された複数の加熱ゾーンに対応させて複数に区分されており、前記加熱手段は前記区分毎に独立して温度制御が可能になされている。
また例えば請求項２６に規定するように、前記加熱手段は、前記載置台の厚さ方向に複数層形成されると共に、前記載置台において区画された複数の加熱ゾーンに対応させて複数に区分されており、前記加熱手段は前記各層の区分毎に独立して温度制御が可能になされている。
本発明の関連技術は、熱処理装置の温度制御方法において、温度モニタ用半導体ウエハを熱処理する熱処理工程と、前記温度モニタ用半導体ウエハのシート抵抗を測定する測定工程と、前回測定したシート抵抗と今回測定したシート抵抗とを比較する工程と、前記比較結果が所定値以上開いているときには警報を出す工程と、を備えたことを特徴とする熱処理装置の温度制御方法である。
また例えば前記シート抵抗の測定は、定期的、或いは不定期的に行われる。
また例えば前記熱処理は、加熱処理、プラズマ処理、非プラズマ処理、成膜処理、アニーリング処理、エッチング処理の内のいずれかである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る熱処理装置、熱処理システム及び熱処理装置の温度測定方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は熱処理装置を含む熱処理システムの第１実施例を示す概略構成図、図２は載置台に設けられる加熱手段の一例を示す概略平面図である。
まず、本発明方法を実施するための熱処理装置を含む熱処理システムについて概略的に説明する。この熱処理システム２は、被処理体である例えば半導体ウエハＷに対して所定の熱処理を施す熱処理装置４と、これにゲートバルブＧ１を介して連通及び遮断可能に接続されたロードロック室６と、更にこのロードロック室６にゲートバルブＧ２を介して連通及び遮断可能に接続されたカセット室８とにより主に構成されている。
【００２２】
上記カセット室８は、半導体ウエハＷを多数枚収容できるカセット１０を載置するカセット台１２が内部に設けられており、このカセット台１２はカセット室８の底部を貫通する昇降バー１４の上端に設けられて、昇降及び旋回可能になされている。このカセット室８の側壁には、カセット１０を搬出入するゲートドアＧ３が設けられ、また、カセット室８内にＮ2 ガス等の不活性ガスを導入するガス導入口１６及び室内の雰囲気を排出するガス排気口１８もそれぞれ設けられる。尚、図示例では本発明方法で用いられる温度モニタ用半導体ウエハ（以下、「モニタウエハ」とも称す）Ｗｍが例えば１枚、カセット１０内に収容されている。
【００２３】
一方、上記ロードロック室６内には、半導体ウエハＷを上記カセット室８及び熱処理装置４との間で受け渡しするために多関節構造の搬送アーム２０が屈伸及び旋回可能に設けられる。また、このロードロック室６には、内部にＮ2 ガス等の不活性ガスを導入するガス導入口２２及び内部の雰囲気を排出するガス排気口２４がそれぞれ設けられる。そして、このガス排気口２４には、途中で真空ポンプ２６を介設した真空排気系２８が接続されており、ロードロック室６内を真空引きできるようになっている。
【００２４】
一方、上記熱処理装置４は、例えばアルミニウム等により円筒状に成形された処理容器３０を有しており、この内部には、上面にウエハＷを載置する載置台３２が設けられる。この載置台３２内には、図２にも示すように例えば同心円状に３つにゾーン区分された加熱手段としての加熱ヒータ３４が埋め込まれており、ウエハＷを加熱し得るようになっている。ここでは内周、中周、外周の各ゾーンに３つに区分され、各区分には加熱ヒータ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃがそれぞれ配置されている。尚、このゾーン数は特に限定されず、またゾーンの形態は同心円状に限定されず、例えば円の集合体のようなゾーン区分でもよい。上記各加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃはゾーン毎に投入電力の制御が可能であり、その制御のためにゾーン毎に熱電対（図示せず）も埋め込まれている。そして、上記加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃは所定の制御対象パラメータに基づいてそれぞれの温度を制御する温度制御手段３５に接続されており、上述したように個別に温度制御できるようになっている。
【００２５】
また、この載置台３２には、ウエハＷの搬入搬出時にこの昇降を行なうリフタピン（図示せず）が設けられる。上記処理容器３０内の天井部には、処理容器３０内へ必要な処理ガス等を導入するためのガス供給手段として例えばシャワーヘッド部３６が設けられており、また、底部には、内部雰囲気を排出するガス排気口３８が設けられる。そして、このガス排気口３８には、途中に真空ポンプ４０を介設した真空排気系４２が接続されており、処理容器３０内を真空引き可能としている。そして、上記温度制御手段３５には例えばマイクロコンピュータ等よりなるプロセス条件調整手段４４が接続して設けられており、後述するようにモニタウエハＷｍのシート抵抗に基づいて上記温度制御手段３５の制御対象パラメータを必要に応じて調整し得るようになっている。ここで上記モニタウエハＷｍは、第１の導電形の不純物が入っているシリコン基板の表面に第２の導電形の不純物をイオンビーム注入法等により所定の濃度で導入することにより形成されている。
【００２６】
そして、上記プロセス条件調整手段４４は、調整時に必要とされるデータ等を記憶するためのメモリ４６を有していると共に、所定の場合にはオペレータに対して警報等を発するための警報部４８を有している。ここで上記シート抵抗は、オペレータによりマニュアルにより直接入力されたり、或いは後述するシート抵抗測定装置からの測定値を直接的に、自動的に入力されたりする。そして、上記メモリ４６には、モニタウエハＷｍのシート抵抗と載置台３２、すなわちここでは抵抗加熱ヒータ３４の温度との相関関係を予め求めることにより予め定められたモデル関数が記憶されており、このモデル関数にシート抵抗を参照させることによって載置台３２の測定、すなわち抵抗加熱ヒータ３４の温度を特定できるようになっている。換言すれば、モニタウエハＷｍが晒された温度とこのシート抵抗との間には相関関係が発生するので、このシート抵抗を知ることにより、モニタウエハＷｍが晒された温度を知ることができる。実際のプロセスでは、ウエハＷ（モニタウエハＷｍ）と載置台３２（加熱手段３４）との間にはその時の処理容器３０内の圧力に依存して数℃〜数１０℃の温度差が発生してウエハ温度よりも載置台３２の温度の方が高くなっている。そして、上記温度差は、その時の容器内圧力により一義的に定まるので、上記モデル関数を作製する時には、上記温度差を加味したモデル関数を作製しておく。尚、この熱処理システム２の全体は、コンピュータよりなる図示しない主制御部により、プロセス条件を含めて各部の動作制御が行われる。
ここでは、同一平面上に複数の加熱ゾーンを同心円状に並べた加熱ヒータ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの例につき説明したが、各加熱ゾーンを垂直方向に複数の層構造に構成して、各層毎に独立して加熱制御ができるようにすることもできる。一例としては、例えば国際公開番号ＷＯ００／７０６５８に開示されているような載置台にも適用でき、例えば図３に加熱ヒータが２層構造になっている載置台の断面図で示されるように、前記３ゾーンの同一平面上の加熱ヒータを、各２層の加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃ、３４Ｄ〜３４Ｆとして独立して設けて、合計６個の独立した加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃ、３４Ｄ〜３４Ｆにより、ウエハの面内均一加熱を達成するように構成することができる。
【００２７】
次に、以上のように構成された熱処理システム２を用いて行なわれる本発明方法について説明する。
まず、一般的に半導体ウエハＷをカセット室８と熱処理装置４との間で受け渡しを行なうには、ロードロック室６内の搬送アーム２０を屈伸及び旋回させてこれを行なう。上記カセット室８内は、常時不活性ガスで大気圧程度に維持され、また、処理容器３０内はウエハの連続処理が行なわれている間は真空状態（減圧雰囲気）になされている。従って、ロードロック室６内は、ウエハＷの搬入及び搬出のたびにロードロック室６及び処理容器３０との間が圧力調整のために大気圧状態と真空状態とを繰り返すことになり、結果的に、処理容器３０内の真空状態を破ることなく、ウエハＷの搬入及び搬出が行なわれる。
【００２８】
ところで、載置台３２内の加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃに関しては、載置台３２上に載置されるウエハＷを面内温度の均一性が高い状態で且つ目標とするプロセス温度を維持できるように予め投入電力が決定されているが、例えば処理容器３０内のクリーニングを行なった時、処理レシピを変更した時、容器内部の部品を交換するなどの各種のメンテナンスを行なった時などは、種々の特性が変わってしまって上述したようなウエハを目標とするプロセス温度に維持できなくなったり、或いは加熱温度の面内均一性を高く維持できなくなる恐れが生ずる。
【００２９】
そのため、温度モニタ用半導体ウエハＷｍを用いて従前通りの適正な面内温度分布を維持しているか否か及び目標とするプロセス温度に加熱維持できるか否かを検査する必要が生ずる。そして、維持していない場合には、投入電力を全体的に増減したり、或いは各加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃへの投入電力を個別に増減したりする調整が必要となる。
この温度モニタ用半導体ウエハＷｍは、予めカセット１０内に収容しておいてもよいし、必要時に、カセット室８のゲートドアＧ３を介してカセット室８内へ導入してもよい。この温度モニタ用半導体ウエハＷｍとしては、第１の導電形、例えばＰ形のＳｉ単結晶の基板を用い、これに第２の導電形であるＮ形の不純物、ここでは例えばリンイオンを所定の濃度で導入しておく。
【００３０】
この場合、イオン注入条件は、例えばリンイオンを例えば８０ＫｅＶのエネルギーで注入し、濃度（ドーズ量）は臨界ドーズ量以上の値、例えば５×１０14ａｔｍｓ／ｃｍ2 程度にしておき、更に、イオン注入時にチャネリングが生じないようにチルト角は７度、ツイスト角は３５度程度にそれぞれ設定する。
このように、ウエハへ不純物を導入する導入行程が終了したならば、次に、熱処理工程へ移行する。まず、ロードロック室６内をカセット室８内と略同じ大気圧程度まで復帰させてゲートバルブＧ２を開く。そして、このロードロック室６内の搬送アーム２０を屈伸させて、開放されたゲートバルブＧ２を介してカセット１０内の温度モニタ用半導体ウエハＷｍを取り上げ、これをロードロック室６内に取り込む。次に、上記ゲートバルブＧ２を閉じた後、このロードロック室６内の雰囲気を真空引きして処理容器３０内の圧力と略同圧とする。
【００３１】
このように、ロードロック室６内の圧力と処理容器３０内の圧力が略同圧となったならば、ゲートバルブＧ１を開いてロードロック室６と処理容器３０内を連通し、温度モニタ用半導体ウエハＷｍを処理容器３０内へ搬入してこれを載置台３２上に載置する。そして、ゲートバルブＧ１を閉じて、上記温度モニタ用半導体ウエハＷｍに所定の熱処理を施す。ここでは、例えば８インチサイズのウエハを用いており、この時の熱処理条件に関しては、シャワーヘッド部３６から例えばＮ2 ガスを２００ｓｃｃｍの流量で供給し、プロセス圧力を０．３Ｔｏｒｒ（４０Ｐａ）とし、更に、プロセス温度は、例えば不純物飛散が生じないようなプロセス温度、例えば６８０℃（ヒータ温度）に設定する。そして、プロセス時間を例えば１８０秒とする。このように、温度モニタ用半導体ウエハＷｍを熱処理（アニール）することにより、先のイオン注入により結晶が崩れた部分においてドーパント原子が格子上のＳｉ（シリコン）原子と置き換わってここでは自由電子が発生し、活性状態となる。この時に発生する自由電子の量はモニタウエハ表面のその部分における実際の熱処理温度、すなわちその時に晒された温度に依存するので、後述するようにモニタウエハ表面の各部分のシート抵抗を測定することによりその局部的な実際の温度を知ることができる。具体的な実施例として、図２に示す３つの同心円状の加熱ヒータ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの各加熱ゾーンに対応したモニタウエハ表面の各シート抵抗を測定することで、相互の温度比較の目的に使用するデータを得ることができる。
【００３２】
このようにして、熱処理工程が終了したならば、次に、測定工程へ移行する。ここでは、まず、載置台３２上の熱処理済みの温度モニタ用半導体ウエハＷｍを搬送可能な温度、例えば１００℃程度まで冷却し、ゲートバルブＧ１を開くことにより、予め処理容器３０内と同じ圧力の真空状態に維持されているロードロック室６内と連通し、熱処理済みのモニタウエハＷｍをロードロック室６内に取り込む。そして、このゲートバルブＧ１を閉じた後、ロードロック室６内にＮ2 ガスを導入して大気圧に復帰し、更にゲートバルブＧ２を開いて大気圧状態に維持されているカセット室と連通し、この熱処理済みのモニタウエハＷｍをカセット１０内へ搬入する。その後は、この熱処理済みのモニタウエハＷｍを外へ取り出して、オペレータがモニタウエハ表面の多数点、例えば４９箇所のシート抵抗を測定して求める。このように測定工程が終了したならば、次に、温度探究工程へ移行する。ここでは、前述したと同じ熱処理条件（ガス種、ガス流量、プロセス圧力、プロセス温度、処理時間等）でモニタウエハを予め熱処理し、予め求めたシート抵抗と熱処理温度（加熱ヒータや載置台の温度）との関係を示すテーブル或いはグラフがモデル関数として予め用意されてプロセス条件調整手段４４のメモリ４６に予め記憶されている。このモデル関数の作成には、モニタウエハ表面に複数の熱電対を付着させた従来の温度測定方法が用いられている。これにより、シート抵抗とその局所の実際の温度履歴との相関関係が一義的に定まることになる。この場合、前述したようにモニタウエハと載置台３２（加熱手段３４）との間にはこの熱処理時のプロセス圧力に依存した温度差が生じているので、プロセス圧力により一義的に定まるこの温度差（数度〜数１０度）を加味してモデル関数を作製する。このモデル関数を参照して上記測定工程で求めた４９箇所のシート抵抗より、それぞれの対応する部分の熱処理時の温度を求める。これをプロットすることにより、温度モニタ用半導体ウエハＷｍの温度や温度分布や温度の面内均一性を得ることができる。
【００３３】
このシート抵抗からモニタウエハＷｍの温度や温度分布や面内均一性を得る操作は、例えばオペレータが測定したシート抵抗を上記プロセス条件調整手段４４へ入力することにより自動的に行われ、例えば載置台３２（加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃ）が目標の温度を維持し、且つ温度の面内均一性を維持するように温度制御手段３５に対して制御対象パラメータを調整する。また、このプロセス条件調整手段４４へは設定パラメータとしてプロセス温度を入力するようになっている。
これにより、定期的に、或いはクリーニング処理後や容器内の構成部品等を交換した時などに必要に応じて不定期的に、上記したようにモニタウエハＷｍを熱処理してそのシート抵抗を求めて制御対象パラメータを調整することにより、製品ウエハを処理する時のプロセス温度を常に目標とするプロセス温度に維持でき、しかも、温度の面内均一性も高く維持することができる。このようなモニタウエハＷｍのシート抵抗の測定は、上記の外に、装置の立ち上げ時、トラブルが発生した時等、必要な時にはいつでも行うことができる。
【００３４】
また本発明方法によれば、熱電対を用いず、しかも処理容器３０内の真空状態を破ることなく温度モニタ用半導体ウエハＷｍの熱処理時の温度、その温度分布及びその面内均一性を知ることができるので、処理容器３０内の圧力調整時間、ウエハ温度の冷却時間が短時間となり、迅速に面内温度の均一性の評価を行なうことができる。
また、物理的に熱電対を設けることなくシート抵抗を測定するだけで熱処理温度を認識できるので、多数箇所のシート抵抗を測定することにより、詳細な温度分布を求めることができる。
【００３５】
更には、特開平１−１８１４３６号公報で示されるような不純物飛散防止用の絶縁膜を形成したり、除去する必要がないので、一層迅速に温度分布を求めることができる。
また上記定期的、或いは不定期的に測定されるモニタウエハＷｍのシート抵抗は経時変化を示す情報なので、経時変化履歴としてメモリ４６に記憶されており、必要に応じてこの経時変化履歴を図示しない表示手段に表示してオペレータが確認することができる。
また、モニタウエハＷｍのシート抵抗を測定した時には、この値が前回の測定時よりも許容量を超えて大きく変化している場合には、異常が発生したものとして例えば警報部４８を起動させて、その旨をオペレータに知らせることができる。
【００３６】
ここで、最適な不純物濃度を求めるために、上述した実施例で用いた温度モニタ用半導体ウエハＷｍのイオン濃度のみを種々変更し、他の条件を全く同じに設定して上述したと同様な温度測定を行なった。その時のシート抵抗と加熱ヒータとの温度との関係を図４に示す。
ここでは、不純物リンのイオン濃度として、５×１０14ａｔｍｓ／ｃｍ2 （先に説明した実施例）、１×１０15ａｔｍｓ／ｃｍ2 及び３×１０15ａｔｍｓ／ｃｍ2 の３種類を用いている。また、縦軸のシート抵抗は対数目盛をとっており、グラフは測定箇所４９点の平均値をプロットしている。図４に示すグラフから明らかなように不純物であるリンのイオン濃度に関係なく、各曲線は加熱ヒータ（載置台）の温度が５３０℃から７２０℃まで（一部は６００℃から）上昇するに従って、シート抵抗は次第に低下してきており、両者間には相関関係が明確に存在することが確認できた。特に、不純物のイオン濃度が５×１０14ａｔｍｓ／ｃｍ2 の場合には、シート抵抗の変化状態が非常に直線的になっており、シート抵抗から熱処理時の温度を求める上で使い勝手が非常に良くて好ましいことが判明した。ここで得られるシート抵抗の特性曲線が上記プロセス条件調整手段４４のメモリ４６にモデル関数として予め記憶されることになる。
【００３７】
次に、温度モニタ用半導体ウエハに対する不純物のイオン注入濃度を５×１０14ａｔｍｓ／ｃｍ2 に固定的に設定し、ガス種、ガス流量、プロセス圧力、処理時間等の熱処理条件を上記熱処理条件と同じ条件に設定して多数枚の温度モニタ用半導体ウエハに対して熱処理を施した時の再現性の試験を行なった。この再現性試験の結果を図５に示す。ここでは、日付を第１日目〜第３日目まで３日間変え、更にその都度、加熱ヒータの温度を５３０℃〜７２０℃の範囲内の複数点（６点）で熱処理を行なった。
この図５に示すグラフから明らかなように、縦軸のシート抵抗の目盛を対数目盛にしたグラフにおいて、加熱ヒータの温度が５３０℃〜７２０℃の範囲内においてシート抵抗は温度が高くなるに従って略直線的に下がっているので、明確に相関関係が表れており、更に、日付を異ならせて行なった場合でも相互間のズレがほとんどなく、非常に再現性が良好であることが確認できた。これにより、精度の高い温度及び温度分布を得ることが可能な点が確認できた。
【００３８】
尚、本実施例で用いた熱処理条件は、単に一例を示したに過ぎず、前述したものに限定されないのは勿論である。他の熱処理条件についても予め上記したようなモデル関数を求めておき、このモデル関数をメモリ４６に予め記憶させておく。この点については後述する。
【００３９】
ここで上記プロセス条件調整手段４４における動作について説明する。このプロセス条件調整手段４４の構成は、例えば本出願人が先に特開２００２−３４３７２６号公報で開示した技術を転用することができる。
上記プロセス条件調整手段４４へ入力される設定パラメータは上記制御対象パラメータに影響を与えるパラメータを指し、この設定パラメータはこの熱処理システム２の全体の動作を制御するコンピュータ（図示せず）よりレシピに基づいて出力されるプロセス温度である。またこのプロセス条件調整手段４４から上記温度制御手段３５へ向けて出力される制御対象パラメータは、加熱ヒータの実際の目標とする温度である目標温度が対応する。
上記設定パラメータであるプロセス温度は、予め設定されたレシピによりホストコンピュータ等より供給され、また、ここでは制御対象パラメータである加熱ヒータの目標温度ｒ ｔ は上記プロセス条件調整手段４４により求められる。
【００４０】
さて、このプロセス条件調整手段４４のメモリ６には、図４や図５に示すような加熱ヒータ温度（載置台温度）とシート抵抗との相関関係で定められるモデル関数が予め記憶されていると共に、これに入力される設定パラメータの設定値Ｄｔ 、すなわちここではプロセス温度の設定値に基づいて制御対象パラメータの目標温度ｒｔ を算出するようになっている。ウエハのプロセス温度が５００度の場合、当初は加熱ヒータを５２０度まで加熱すれば上記プロセス温度を実現できたが、その後、経時変化等で加熱ヒータを５５０度まで加熱しなければ上記プロセス温度を実現できない場合があるからである。尚、前述したように上記図４及び図５に示すグラフは加熱ヒータの温度と実際のウエハの温度との温度差を加味して予め作製されている。
【００４１】
以上の点について具体的に説明する。前述したように、モニタウエハＷｍと、これを加熱処理した時のシート抵抗との相関関係であるモデル関数を予め求めて、このモデル関数を上記プロセス条件調整手段４４のメモリ４６に記憶させておく。
ここで、本実施例ではモデル関数としては、自己回帰移動平均モデル（ＡＲＭＡ：ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ ｍｏｖｉｎｇ−ａｖｅｒａｇｅ ｍｏｄｅｌ）、自己回帰モデル（ＡＲ：ａｕｔｏｒｅｇｒｓｓｉｖｅ ｍｏｄｅｌ）、逐次形最小２乗法、カルマンフィルター、最尤推定法等を用いることができる。
【００４２】
ところで、一般の成膜処理では、製品ウエハに実際に成膜するに先立って載置台３２の表面や処理容器３０の内壁面等に、ウエハ上に成膜する膜種と同じ膜種を予め薄く形成してプリコート膜を設けて、容器内部の熱的条件を安定化させているが、上記図４及び図５に示すグラフを得る場合にも、プリコート膜が形成された後にモニタウエハＷｍを加熱処理（アニール）してシート抵抗のデータを取るのが望ましい。ただし、プリコート膜を形成する前にモニタウエハＷｍを加熱処理（アニール）してシート抵抗のデータを取ってもよく、この場合には、このデータは例えば載置台３２の加熱ヒータ３４の調整等を行う際に使用することができる。換言すれば、プリコート膜の有り無しに関係なく、必要に応じていつでも簡単にモニタウエハＷｍを用いてシート抵抗を測定することができる。
【００４３】
また本発明を適用できる熱処理としては、プラズマ処理、非プラズマ処理を含めウエハＷを加熱処理する全ての熱処理について適用でき、例えば熱ＣＶＤ成膜処理、酸化拡散処理、アニール処理、改質処理、アッシング処理、プラズマＣＶＤ成膜処理、エッチング処理、自然酸化膜を除去するプリクリーン処理等の全ての熱処理に適用することができる。
またイオン注入される不純物の種類（ドーズ種）もリンに限定されず、多くの元素、例えばＨ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｎｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ等を用いることができる。この場合、原子量が軽い元素程、少ない熱エネルギーで容易に活性化するので、より低温での熱処理を行う時のモデル関数を作製する時に用いることに適する。また逆に、上述の元素の中で比較的重い元素を用いる場合には、より高温で熱処理を行う時のモデル関数を作製する時に用いることに適する。また注入されるイオン濃度は、５×１０13〜５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 程度の範囲内で十分であり、イオン濃度が大きい程、低温の熱処理に対応でき、イオン濃度が小さい程、高温の熱処理に対応することができる。
【００４４】
上述のように、イオン注入されるドーズ種やイオン濃度を適宜選択することにより、本発明のモニタウエハＷｍは２００〜１２００℃の広い範囲に亘って対応することができる。
またイオン注入時の加速エネルギーは特に限定されないが、例えば１０ＫｅＶ〜４００ＫｅＶ程度の大きさで、シート抵抗と加熱温度との相関関係が十分に有るモニタウエハＷｍを得ることができる。
尚、プロセス条件調整手段４４には、当該熱処理装置で実行されるレシピのプロセス温度等の処理条件に対応させて熱処理したモニタウエハＷｍのモデル関数が予め記憶されているのは勿論である。
【００４５】
次に、実際のモデル関数の他の具体例について説明する。
図６はシート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第２例を示すグラフである。図６に示すように、ここでは５００〜６８０℃の範囲内でシート抵抗との相関関係が十分に現れていることが理解できる。ここでのモニタウエハＷｍのイオン注入条件に関しては、注入元素はリンであり、イオン濃度は１．５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 である。モニタウエハＷｍの熱処理条件は、Ｎ2 ガスの流量が３６００ｓｃｃｍ、圧力が５Ｔｏｒｒ（６６５Ｐａ）、処理時間が１８０秒である。尚、このモデル関数は例えばＴｉＮ膜の成膜用の熱処理装置に用いられる。
【００４６】
図７はシート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第３例を示すグラフである。図７に示すように、ここでは４５０〜５５０℃の範囲内でシート抵抗との相関関係が直線に近い状態で十分に現れていることが理解できる。ここでのモニタウエハＷｍのイオン注入条件に関しては、注入元素はリンであり、イオン濃度は５．０×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 である。モニタウエハＷｍの熱処理条件は、Ａｒガスの流量が５００ｓｃｃｍ、圧力が９３．３Ｐａ、処理時間が３分、５分、１０分の３種類である。尚、このモデル関数は例えばＷＳｉ（タングステンシリサイド）膜の成膜用の熱処理装置に用いられる。
【００４７】
図８はシート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第４例を示すグラフである。図８に示すように、ここでは５００〜６００℃の範囲内でシート抵抗との相関関係が十分に現れていることが理解できる。尚、温度５００℃以下では、シート抵抗が略飽和しているのでこの領域は温度測定に用いることが困難である。ここでのモニタウエハＷｍのイオン注入条件に関しては、注入元素は砒素であり、イオン濃度は１．０×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 である。モニタウエハＷｍの熱処理条件は、Ｎ2 ガスの流量が１０００ｓｃｃｍ、圧力が１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）、処理時間が１８０秒である。尚、このモデル関数は例えば金属膜のＣＶＤによる成膜用の熱処理装置に用いられる。
【００４８】
図９はシート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第５例を示すグラフである。図９に示すように、ここでは２００〜５００℃の比較的低温の範囲内でシート抵抗との相関関係が十分に現れていることが理解できる。ここでのモニタウエハＷｍのイオン注入条件に関しては、注入元素はボロンであり、イオン濃度は１．０×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 である。モニタウエハＷｍの熱処理条件は、Ｎ2 ガスの流量が１０００ｓｃｃｍ、圧力が５１Ｔｏｒｒ（６７８３Ｐａ）、処理時間が３０分である。尚、このモデル関数は例えば金属膜のＣＶＤによる成膜用の熱処理装置に用いられる。
【００４９】
更にモニタウエハＷｍのイオン注入時のドーズ種、及びイオン濃度（ドーズ量）を種々変更した時のモニタウエハＷｍの適用可能な温度範囲を検討したので、その評価結果について説明する。図１０は上記評価結果を示す図である。この図から明らかなように、Ｂ、Ｈ、Ｈｅ、Ｌｉ、Ｂｅ等の比較的軽い元素をドーズ種として用いると、比較的温度が低い１００〜５００℃の低温域の範囲内でもシート抵抗と加熱温度との相関関係が得られることが判明する。
またＰ（リン）を用いてこのドーズ量を適宜変化させると、その適用温度範囲も３５０〜７２０℃の中温域、更には７００〜１２００℃の範囲の高温域まで適用できることが判明する。特に、ＢやＡｓ等を用いた場合にも、７００〜１２００℃の範囲の高温域でも適用できることが判明する。この場合、ドーズ量は５．０×１０13〜５．０×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 の範囲内で種々変更することができる。またイオン注入時の加速電圧も１０ＫｅＶ〜４００ＫｅＶの範囲内で適宜選択することができる。
【００５０】
尚、イオン注入時のチルト角は７度であり、ツイスト角は２２〜４５度の範囲内であり、モニタウエハＷｍのシリコン基板の結晶方位面は［１００］である。ここで１つの熱処理装置でプロセス温度が異なる複数の熱処理を行う場合には、各プロセス温度に対応した複数のモデル関数をプロセス条件調整手段４４のメモリ４６（図１参照）に予め記憶させておくようにする。
ここで参考として、上記モニタウエハＷｍを用いて加熱ヒータの調整を行ったプロセスの一例を図１１に示す。図１１に示すように、プリクリーン処理、Ｔｉ成膜処理、、ＴｉＮ成膜処理、Ｗ（タングステン）成膜処理、ＷＳｉ2 成膜処理、ＴａＯ成膜処理、Ｏ3 を用いた改質処理、金属膜の成膜処理等の各処理を行う熱処理装置にて、モニタウエハＷｍを用いて加熱ヒータの温度調整を行うことができる。尚、図１１中には、参考として各プロセスを行う時の温度範囲、圧力範囲、処理時間の範囲、各ガス流量の範囲を記載している。また、図１１に示す以外の他の熱処理を行う熱処理装置にも上記モニタウエハＷｍを適用できることは前述した通りである。
【００５１】
更に、モニタウエハＷｍが適用できる熱処理装置の熱処理としては、減圧（真空）処理に限定されず、大気圧での熱処理、大気圧より高い陽圧状態での熱処理を行う装置でも適用することができる。
図１に示す熱処理システムでは１つの熱処理装置を用い、処理システムの外部に設けたシート抵抗測定装置でオペレータがシート抵抗を測定するシステム例を示したが、これに限定されず、処理システム自体にシート抵抗測定装置を設け、且つ複数の熱処理装置を設けた熱処理システムにも本発明を適用することができる。
図１２は上述したような熱処理システムの第２実施例を示す概略平面図、図１３はシート抵抗測定装置を示す概略構成図である。
【００５２】
図１２に示すように、この熱処理システムは、いわゆるクラスタツール化された熱処理システムである。具体的には、この熱処理システムは、真空雰囲気下で所定の熱処理を行うための複数、図示例では３つの熱処理装置４Ａ、４Ｂ、４Ｃが設けられると共に、各熱処理装置４Ａ〜４Ｃ内には、加熱手段（図示せず）により加熱されてその上にウエハＷを載置する載置台３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが設けられる。そして、各載置台３２Ａ〜３２Ｃの温度は、それぞれに接続される温度制御手段３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃにより個別に制御される。
【００５３】
上記各熱処理装置４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、真空排気可能になされた例えば６角形状になされた共通搬送室６０にそれぞれ開閉可能になされたゲートバルブＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３を介して接続されている。そして、この共通搬送室６０には、ゲートバルブＧ１４を介して、真空引き可能になされたシート抵抗測定室６２が接続されると共に、このシート抵抗測定室６２内には、モニタウエハＷｍのシート抵抗を設定するためのシート抵抗測定装置６４が収容されている。このシート抵抗測定装置６４は、例えば特開平７−１０６３８８号公報に開示されているような装置を用いることができ、具体的には、図１３にも示すように、このシート抵抗測定装置６４は、モニタウエハＷｍを載置して固定するモニタ台６６と、これに対向して配置される４端子測定ヘッド６８とよりなる。そして、この４端子測定ヘッド６８は、駆動機構７０により平面方向及び上下方向へ任意に移動できるようになされており、上記モニタウエハＷｍ上の多点でこのシート抵抗を測定できるようになっている。
【００５４】
尚、このシート抵抗測定装置６４の構成は単に一例を示したに過ぎず、この構成に限定されないのは勿論である。そして、このシート抵抗測定装置６４は、図１において説明したものと同様な構成のプロセス条件調整手段４４及びメモリ４６に接続されている。尚、図１２では警報部４８の記載は省略している。そして、この１台のプロセス条件調整手段４４が、上記全ての温度制御手段３５Ａ〜３５Ｃに接続されており、各個別に独立して制御対象パラメータを調整できるようになっている。従って、このメモリ４６には各熱処理装置４Ａ〜４Ｃで行われる異なる熱処理のレシピに対応する個別の複数のモデル関数が予め記憶されており、必要に応じて適宜選択されて使用されることになる。
【００５５】
また、上記共通搬送室６０内には、ウエハＷを搬送するために屈伸及び旋回可能になされた２ピックの多関節アームよりなる真空搬送機構７２が設けられる。そして、この共通搬送室６０には、真空排気可能になされた２つのロードロック室７４Ａ、７４ＢがそれぞれゲートバルブＧ１５、Ｇ１６を介して連結されている。また、これらのロードロック室７４Ａ、７４Ｂの反対側は、それぞれゲートバルブＧ１７、Ｇ１８を介して横長の大気側搬送室７６に連結されている。この大気側搬送室７６内は、Ｎ2 ガスや洗浄空気で常時大気圧に維持されている。
【００５６】
そして、上記共通搬送室６０側は、熱処理時には常時真空雰囲気になされており、大気側搬送室７６側との間でウエハＷを搬送する時には、上記ロードロック室７４Ａ、７４Ｂ内を真空状態と大気状態との間を繰り返すことで、共通搬送室６０側の真空を破ることなくウエハＷの搬入搬出を行う。
また上記大気側搬送室７６内には、ウエハＷを搬送するためにその長手方向へ移動可能になされて伸縮及び旋回が可能になされた２ピックの大気側搬送機構７８が設けられている。そして、この大気側搬送室７６の一端部には、ウエハＷの位置決めを行う位置決め機構８０が設けられると共に、この大気側搬送室７６の横長の一側には、カセット１０を載置することができる複数、図示例では３つのロードポート８２が設けられている。
【００５７】
このように構成された熱処理システムでは、カセット１０内に収容されたウエハＷやモニタウエハＷｍは、大気側搬送機構７８によってシステム内部に取り込まれ、位置決め機構８０にて位置合わせされた後にいずれか一方のロードロック室７４Ａ、或いは７４Ｂを介して共通搬送室６０内に取り込まれる。そして、一部の、或いは全部の熱処理装置３５Ａ〜３５Ｃ内で所定の処理が行われたウエハＷは、上記した経路とは逆の経路を戻って搬出されることになる。
これに対して、いずれかの熱処理装置にて加熱ヒータ調整のための熱処理が行われたモニタウエハＷｍは、真空搬送機構７２によりシート抵抗測定室６２内に搬入され、この中で真空状態が維持されたままでシート抵抗測定装置６４により、図１において説明したようにその表面の例えば４９箇所でシート抵抗が自動的に測定され、その測定値のデータがプロセス条件調整手段４４側へ送られることになる。尚、シート抵抗測定後のモニタウエハＷｍは、処理済み後のウエハＷと同様に、搬入時の経路とは逆の経路を戻って搬出されて行くことになる。
【００５８】
そして、上記シート抵抗のデータを受けたプロセス条件調整手段４４は、該当する熱処理装置の温度制御手段に対して、先に図１を参照して説明したと同様な加熱ヒータの温度調整（制御対象パラメータの調整）を行うことになる。
この熱処理システムによれば、複数の熱処理装置４Ａ〜４Ｃに対して、必要に応じてそれぞれ個別的に制御対象パラメータの調整を行うことができるので、経時変化等が生じても各載置台３２Ａ〜３２Ｃの温度調整を行って目標温度に維持することができ、また載置台３２Ａ〜３２Ｃの温度の面内均一性も高く維持することができ、熱処理の再現性を高めることができる。
【００５９】
また図１２に示す場合には、シート抵抗測定装置６４を共通搬送室６０側に連結してシート抵抗測定操作を真空雰囲気中で行うようにしたが、これに限定されず、図１４に示す第３実施例のように、このシート抵抗測定装置６４を、横長の大気側搬送室７６の他端部側に設けるようにし、シート抵抗測定操作を大気圧雰囲気中で自動的に行うようにしてもよい。尚、上記熱処理システムに具体例は、単に一例を示したに過ぎず、ここで説明したものに限定されないのは勿論である。
【００６０】
また、不純物のイオン注入時のチルト角やツイスト角は前述したものに限定されず、イオン注入によってチャネリングを起こさないような角度ならばどのような値に設定してもよい。
また上記実施例では、ウエハの温度を測定していたが、ウエハの温度を測定しなくても、前回のシート抵抗値と今回のシート抵抗値を比較することで、処理容器内の条件が変化したことは検出することができる。このことにより、経時的変化を検出する場合に、温度モニタ用半導体ウエハのシート抵抗値の変化だけ比較すれば、処理容器内等の変化を検出することができ、このシート抵抗値の変化が所定値以上ならば、インターロックで警報を出すようにしてもよい。
また、加熱手段としてここでは抵抗加熱ヒータを用いた場合を例にとって説明したが、抵抗加熱ヒータに替えて加熱ランプを用いた場合にも同様に適用することができる。また熱処理の対象となる被処理体も、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等を熱処理する熱処理装置にも本発明を適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱処理装置、熱処理システム及び熱処理装置の温度測定方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
半導体ウエハに不純物をイオン状態で打ち込んで注入することにより形成された温度モニタ用半導体ウエハは結晶が崩れてアモルファス状態となっており、この温度モニタ用半導体ウエハを所定の温度で熱処理（アニール）することにより再結晶化し、注入された不純物であるドーパント原子が例えばＳｉ原子と置き換わり、活性化状態、すなわち、導電形の組み合わせにもよるが自由電子や正孔ができる。この自由電子や正孔の量は、上記熱処理時の処理温度に依存して決まるので、処理温度の履歴が前記温度モニタ用半導体ウエハに残ることになる。この温度モニタ用半導体ウエハをある程度冷却した後、または自然に冷却するのをまった後に、表面上の所望の単一点または複数点のシート抵抗を測定し、更に、測定したシート抵抗を予め求めておいたシート抵抗と被処理体自体の温度または被処理体を載置する載置台の温度との相関関係に参照させることにより、上記各点の熱処理温度及びこの分布の状況が求めることができる。
従って、リード線のついている熱電対を用いた従来の温度測定方法と異なり、温度モニタ用半導体ウエハ自体を処理容器に対して自動的に搬出入することができるので、例えば前記処理容器が連接可能に設けられているシステム中のロードロック室に連接された処理容器内を大気開放することなく、しかも熱処理装置やウエハ温度が室温程度まで冷却することも待つことなく、短時間で温度モニタ用半導体ウエハの表面のシート抵抗を求めてその熱処理時の温度及びその温度分布を知ることができる。従って、この結果をプロセス条件の設定手段または、調整手段により加熱手段の温度制御手段にフィードバックさせることにより、様々な条件、例えば経時変化が生じたり、熱処理装置の内部構成部品を交換したりして、熱的条件が変化しても、目標とする熱処理時の温度を常に維持したり、新たな所望する熱処理時の温度への変更をしたりすることができるので、温度分布の面内均一性や処理温度の再現性を常に維持することができたり、新たな温度分布でのウエハのプロセスの実行ができる。
また、温度を求めなくても、シート抵抗を比較することで、装置内を大気開放することなく加熱手段の異常を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱処理装置を含む熱処理システムの第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】載置台に設けられる加熱手段の一例を示す概略平面図である。
【図３】載置台の他の例を示す断面図である。
【図４】イオン濃度のみを変更して熱処理を行なった時のシート抵抗と加熱ヒータの温度との関係を示すグラフである。
【図５】熱処理条件を同じ条件に設定して多数枚の温度モニタ用半導体ウエハに対して熱処理を施した時の再現性の試験の結果を示すグラフである。
【図６】シート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第２例を示すグラフである。
【図７】シート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第３例を示すグラフである。
【図８】シート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第４例を示すグラフである。
【図９】シート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第５例を示すグラフである。
【図１０】モニタウエハのイオン注入時のドーズ種、及びイオン濃度（ドーズ量）を種々変更した時の適用可能な温度範囲を示す図である。
【図１１】モニタウエハを用いて加熱ヒータの調整を行ったプロセスの一例を示す図である。
【図１２】熱処理システムの第２実施例を示す概略平面図である。
【図１３】シート抵抗測定装置を示す概略構成図である。
【図１４】熱処理システムの第３実施例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
２ 熱処理システム
４，４Ａ〜４Ｃ 熱処理装置
６ ロードロック室
８ カセット室
３０ 処理容器
３２，３２Ａ〜３２Ｃ 載置台
３４，３４Ａ〜３４Ｃ、３４Ｄ〜３４Ｆ 加熱ヒータ（加熱手段）
３５ 温度制御手段
３６ シャワーヘッド部（ガス供給手段）
４４ プロセス条件調整手段
６０ 共通搬送室
６２ シート抵抗測定室
６４ シート抵抗測定装置
６６ モニタ台
６８ ４端子測定ヘッド
７６ 大気側搬送室
Ｗ 半導体ウエハ
Ｗｍ 温度モニタ用半導体ウエハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment apparatus for a target object such as a semiconductor wafer, a heat treatment system, and a temperature measurement method for the heat treatment apparatus.
[0002]
[Prior art]
In general, in the manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, various film formations such as W, WSi, Ti, TiN, TiSi, and SiO are used to form a wiring pattern, hole filling, and interlayer insulating film on the surface of a semiconductor wafer.2 The film formation heat treatment such as is repeatedly performed. In addition to the film formation heat treatment, various heat treatments such as etching treatment, oxidation diffusion treatment, and ashing treatment are also performed. The heat treatment includes heat treatment, plasma treatment, non-plasma treatment, and annealing treatment.
In this case, in order to improve the yield and the like, it is necessary to perform various heat treatments uniformly over the wafer surface. For this purpose, the process pressure, the flow rate of the process gas, the process temperature, etc. are accurately controlled. It must be managed and controlled, especially the management of process temperature. That is, if a temperature difference occurs in the wafer surface during the process, the uniformity of the heat treatment is also lowered. Therefore, it is necessary to maintain the in-plane uniformity of the wafer temperature during the heat treatment process.
[0003]
In this case, it is very difficult to measure the temperature of the wafer itself during the heat treatment, and even if the temperature of the mounting table on which the wafer is mounted and the heater embedded in the wafer are detected by a thermocouple, Generally, a temperature difference of several tens of degrees centigrade occurs between the temperature and the temperature of the wafer itself, and it is quite difficult to accurately measure the temperature of the wafer itself. For example, even if the heater temperature is about 680 ° C., the actual temperature of the wafer is, for example, about 600 ° C., which is about 80 ° C. lower than this, and the measured temperature value does not accurately reflect the wafer temperature.
[0004]
Therefore, the following method using a thermocouple is also known as a method for ensuring the uniformity of the in-plane temperature of the wafer. That is, in order to accurately know the temperature of the wafer itself at the time of heat treatment, a plurality of, for example, about five thermocouples are provided on the surface of the temperature measurement monitor wafer substantially evenly in the surface, and these are introduced into the processing container and are then targeted. A reference value such as the amount of electric power input to the heater and the temperature detection value of the embedded thermocouple, which is a temperature condition (uniform condition of in-plane temperature) is obtained. When the product wafer is actually heat-treated, the temperature within the wafer surface is controlled by maintaining the input electric energy, the temperature detection value of the embedded thermocouple, and the like obtained using the temperature measurement monitor wafer. Uniformity is ensured.
[0005]
In this case, when the heating means is a heater, it is provided in the mounting table, for example, concentrically divided into zones, and if the heating means is a plurality of heating lamps, the irradiation area is mainly divided into a plurality of areas. Thus, it is possible to individually control the input power for each zone or for each area.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in many cases, such as when the inside of a heat treatment apparatus is maintained, when the inside of a processing container is cleaned, or when a processing recipe is changed, a target using a temperature measurement monitor wafer having a plurality of thermocouples as described above is used. It is generally necessary to verify whether or not the temperature is heated to a predetermined temperature and whether or not the uniformity of the in-plane temperature is maintained at a high level.
In this case, it is necessary to install a temperature measurement monitor wafer with a thermocouple on the mounting table, or to remove it after measurement. Therefore, it is necessary to raise and lower the pressure in the processing container to open the atmosphere each time. In addition, it is necessary to reduce the monitor wafer to a room temperature that can be handled by humans. As a result, the measurement wafer may take a long time, for example, two days, which causes a decrease in productivity. It was.
[0007]
Further, since thermocouples are used for temperature measurement, the number of wafers attached to the wafer surface cannot be increased so much, and there is an inconvenience that the detailed temperature distribution in the wafer surface cannot be known.
As a technique for measuring the temperature at the time of heat treatment, as disclosed in Patent Document 1 and the like, an insulating film is formed on the surface of the semiconductor wafer, impurities are introduced into the wafer, and the insulating film is removed after the heat treatment. A method has also been proposed in which the sheet resistance on the wafer surface is removed and the temperature during the heat treatment is known.
However, since this method is intended for heat treatment at a relatively high temperature of about 1000 to 1200 ° C., it is necessary to form and remove the insulating layer in order to prevent impurities from being scattered. There is a problem that the number of processes is large and time-consuming. This is an improved invention of Patent Document 2 previously disclosed by the present applicant.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-1-181436
[Patent Document 2]
JP 2000-208524 A
[0009]
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to quickly determine the temperature during heat treatment of a semiconductor wafer for temperature monitoring and its temperature distribution without opening the heat treatment system composed of a plurality of processing vessels in the processing vessel or configured to communicate with the processing vessel to the atmosphere. It is an object of the present invention to provide a heat treatment apparatus, a heat treatment system, and a temperature control method for the heat treatment apparatus that can be obtained.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The invention defined in claim 1 is a heat treatment apparatus for performing a predetermined heat treatment on an object to be processed, a processing container that can be evacuated, a mounting table for mounting the object to be processed, and a gas into the processing container. A sheet supply and a heat treatment when the semiconductor wafer for temperature monitoring is preheated in a state where the precoat layer is formed on the surface of the mounting table. A memory for storing a model function indicating a relationship with temperature in advance, and a semiconductor window for temperature monitoring when the predetermined heat treatment is performed on the object to be processed.Heating JehaProcess condition adjusting means for adjusting the target temperature based on the sheet resistance at the time of processing, the model function stored in the memory, and the input set value of the process temperature, and the temperature of the heating means And a temperature control unit that controls the temperature based on the temperature.
[0011]
As described above, for example, a temperature monitoring semiconductor wafer formed by implanting and implanting impurities in an ion state into a semiconductor wafer is in an amorphous state because the crystal is broken, and the temperature monitoring semiconductor wafer is placed at a predetermined temperature. Recrystallized by heat treatment (annealing), dopant atoms that are implanted impurities are replaced with, for example, Si atoms, and free electrons and holes are generated depending on the activated state, that is, the combination of conductivity types. Since the amount of free electrons and holes is determined depending on the processing temperature at the time of the heat treatment, a history of the processing temperature remains. After the temperature monitoring semiconductor wafer is cooled to some extent, the sheet resistance at a desired number of points on the surface is measured, and the sheet resistance on which the measured sheet resistance is obtained in advance and the object to be processed are placed By referring to the correlation with the temperature, the heat treatment temperature at each point and the state of this distribution can be obtained.
[0012]
Therefore, unlike a conventional temperature measurement method using a thermocouple with a lead wire, the semiconductor wafer for temperature monitoring itself can be automatically loaded into and unloaded from the processing container, so that it is connected to, for example, a load lock chamber. The temperature at the time of the heat treatment is determined in a short time without exposing the inside of the processing vessel to the atmosphere and without waiting for the heat treatment apparatus or the wafer temperature to cool down to about room temperature. And its temperature distribution. Therefore, by feeding back this result to the temperature control means of the heating means by the process condition adjusting means, even if the thermal conditions change, such as changes over time, or replacement of internal components of the heat treatment apparatus, Since the target temperature during the heat treatment can always be maintained, the in-plane uniformity of the temperature distribution and the reproducibility of the processing temperature can always be maintained.
[0013]
  In this case, for exampleClaim 2In the semiconductor wafer for temperature monitoring, the tilt angle and the twist angle are set to optimum values so as not to cause channeling, and the impurity is ion beam implanted.
  Also for example billingItem 3As defined, the temperature monitoring semiconductor wafer is formed by introducing impurities at a predetermined concentration on the surface of the semiconductor wafer.
  Also for exampleIn claim 4As specified, the surface of the semiconductor wafer is P-type and the impurity is phosphorus.
  Also for example billingItem 5As described above, the heating means is divided into a plurality of sections corresponding to the plurality of heating zones partitioned in the mounting table, and the heating means is capable of temperature control independently for each section. Yes.
[0014]
  For example, as defined in claim 6, the heat treatment is any one of a heat treatment, a plasma treatment, a non-plasma treatment, a film formation treatment, an annealing treatment, and an etching treatment.
  Further, for example, as defined in claim 7, the model function is obtained in consideration of a temperature difference between the mounting table and the temperature monitoring semiconductor wafer caused by the pressure in the processing container. Yes.
  According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a heat treatment system for performing a predetermined heat treatment on an object to be processed, in order to perform the predetermined heat treatment on a mounting table in a processing container. A plurality of heat treatment apparatuses having temperature control means for controlling the temperature of the heating means based on a target temperature, a common transfer chamber connected to the heat treatment apparatus via a gate valve that can be opened and closed, and the object to be processed A transport mechanism provided in the common transport chamber for transport, a sheet resistance measurement chamber connected via a gate valve that can be opened and closed with respect to the common transport chamber, and a precoat layer on the surface of the mounting table A sheet resistance measurement device provided in the sheet resistance measurement chamber for measuring the sheet resistance of the surface of the semiconductor wafer for temperature monitoring when heat treatment is performed in a state where A memory for storing in advance a model function indicating a relationship between a sheet resistance and a heat treatment temperature when a semiconductor wafer for temperature monitoring is preheated in a state where a precoat layer is formed on the surface of the table; When the predetermined heat treatment is performed, a precoat layer is formed on the surface of the mounting tableHeat treatment in the stateThe target temperature is adjusted based on the sheet resistance obtained by the sheet resistance measuring device, the model function stored in the memory, and the input set value of the process temperature for the controlled temperature monitoring semiconductor wafer. And a process condition adjusting means to be obtained.
  According to this, since the sheet resistance measuring device is provided in the heat treatment system, the sheet resistance of the surface is measured without taking the semiconductor wafer for temperature monitoring out of the heat treatment system, and the result is obtained as the process condition. It is possible to feed back from the adjustment means side to the temperature control means side.
[0015]
  The invention according to claim 9 is provided in the heat treatment system for performing a predetermined heat treatment on the object to be processed, so as to perform the predetermined heat treatment on the mounting table in the processing container. A plurality of heat treatment apparatuses having temperature control means for controlling the temperature of the heating means based on a target temperature, a common transfer chamber connected to the heat treatment apparatus via a gate valve that can be opened and closed, and the object to be processed In order to measure the sheet resistance of the surface of the semiconductor wafer for temperature monitoring when the heat treatment is carried out in a state where the precoat layer is formed on the surface of the mounting table and the transport mechanism provided in the common transport chamber for transporting Seat provided onA sheet resistance measuring chamber having a resistance measuring device;A memory for storing in advance a model function indicating a relationship between a sheet resistance and a heat treatment temperature when the temperature monitoring semiconductor wafer is preheated in a state where the precoat layer is formed on the surface of the mounting table; When the predetermined heat treatment is performed on the body, a precoat layer is formed on the surface of the mounting table.Heated in stateThe target temperature is adjusted based on the sheet resistance obtained by the sheet resistance measuring device, the model function stored in the memory, and the input set value of the process temperature for the processed temperature monitoring semiconductor wafer. And a process condition adjusting means to be obtained.
[0016]
  In this case, for example, the claimTo 10As specified, the inside of the heat treatment apparatus, the common transfer chamber, and the sheet resistance measurement chamber are evacuated and are in a vacuum atmosphere.
  For example, claims11As described above, the inside of the heat treatment apparatus and the common transfer chamber are evacuated so as to be in a vacuum atmosphere, and the sheet resistance measuring apparatus is installed in an atmospheric pressure atmosphere.It is.
[0017]
  Also for example billingItem 12As described above, in the semiconductor wafer for temperature monitoring, the tilt angle and the twist angle are set to optimum values so as not to cause channeling, and impurities are ion beam implanted.
  Also for example billingItem 13As defined, the temperature monitoring semiconductor wafer is formed by introducing impurities at a predetermined concentration on the surface of the semiconductor wafer.
  Also for example billingIn item 14As specified, the surface of the semiconductor wafer is P-type and the impurity is phosphorus.
  Also for exampleIn claim 15As defined, the heating means is divided into a plurality of zones corresponding to a plurality of heating zones partitioned in the mounting table, and the heating means is capable of temperature control independently for each of the sections. Yes.
[0018]
  For example, as defined in claim 16, the heat treatment is any one of a heat treatment, a plasma treatment, a non-plasma treatment, a film formation treatment, an annealing treatment, and an etching treatment.
  Further, for example, as defined in claim 17, the model function is obtained in consideration of a temperature difference between the mounting table and the temperature monitoring semiconductor wafer generated due to the pressure in the processing container. Yes.
  For example, as defined in claim 18, the target temperature is adjusted individually in each of the plurality of heat treatment apparatuses.
  The invention of claim 19 prescribes a method invention performed by the heat treatment apparatus or the heat treatment system, that is, heating to be processed controlled on the mounting table in the processing vessel by the temperature control means. In the temperature control method of a heat treatment apparatus that performs predetermined heat treatment by heating by means, the semiconductor wafer for temperature monitoring is preheated in the processing vessel in a state where the precoat layer is formed on the surface of the mounting table. A step of storing in advance a relative relationship indicating the relationship between the sheet resistance and the heat treatment temperature, and a temperature monitoring semiconductor wafer in the processing container in a state where a precoat layer is formed on the surface of the mounting table.Heat treatment at a temperature ofA heat treatment step, a measurement step of taking out the temperature monitoring semiconductor wafer after the heat treatment from the inside of the processing vessel and measuring sheet resistance at a plurality of locations on the surface of the temperature monitoring semiconductor wafer, and When performing a predetermined heat treatment, a target temperature, which is a parameter to be output to the temperature control means, based on the sheet resistance obtained by the measurement, the correlation stored in advance and the set value of the process temperature, A temperature control method for a heat treatment apparatus, comprising: a parameter adjustment step for adjustment.
[0019]
  In this case, for example, billingItem 20For example, when the sheet resistance value is outside the allowable range, an abnormality is notified.
  Also for example billingItem 21As described above, each step is performed periodically or irregularly if necessary, and each sheet resistance value obtained is stored so as to be displayed as a history of change over time.It is.
[0020]
  Also for example billingItem 22As stipulated, the temperature monitoring semiconductor wafer is ion beam implanted with the tilt angle and twist angle set to optimum values that do not cause channeling.
  Also for example billingItem 23As described above, the temperature monitoring semiconductor wafer is formed by introducing impurities at a predetermined concentration into the surface of the semiconductor wafer.
  For example, claimsNo. 24As can be seen, the surface of the semiconductor wafer is P-type and the impurity is phosphorus.
  Also for example billingItem 25As described above, the heating means is divided into a plurality of sections corresponding to the plurality of heating zones partitioned in the mounting table, and the heating means is capable of temperature control independently for each section. Yes.
  Also for example billingItem 26As defined, the heating means is formed in a plurality of layers in the thickness direction of the mounting table, and is divided into a plurality of zones corresponding to a plurality of heating zones partitioned in the mounting table, The temperature can be controlled independently for each section of each layer.
  The related technology of the present invention is the heatIn the temperature control method of the processing apparatus, the heat treatment process for heat treating the semiconductor wafer for temperature monitoring, the measurement process for measuring the sheet resistance of the semiconductor wafer for temperature monitoring, and the sheet resistance measured this time and the sheet resistance measured this time are compared. And a step of issuing an alarm when the comparison result is open to a predetermined value or more.
  MaFor example, the aboveThe sheet resistance is measured regularly or irregularly.
  AlsoFor example, the heatThe treatment is any one of heat treatment, plasma treatment, non-plasma treatment, film formation treatment, annealing treatment, and etching treatment.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a heat treatment apparatus, a heat treatment system, and a temperature measurement method for the heat treatment apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a heat treatment system including a heat treatment apparatus, and FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of heating means provided on the mounting table.
First, a heat treatment system including a heat treatment apparatus for carrying out the method of the present invention will be schematically described. The heat treatment system 2 includes a heat treatment apparatus 4 for performing a predetermined heat treatment on a workpiece, for example, a semiconductor wafer W, a load lock chamber 6 connected to the heat treatment apparatus 4 through a gate valve G1 so as to be able to communicate and shut off, Further, the load lock chamber 6 is mainly constituted by a cassette chamber 8 connected to the load lock chamber 6 through a gate valve G2 so as to be able to communicate and block.
[0022]
The cassette chamber 8 is provided with a cassette table 12 on which a cassette 10 capable of accommodating a large number of semiconductor wafers W is placed. The cassette table 12 is provided at the upper end of an elevating bar 14 that penetrates the bottom of the cassette chamber 8. It is provided and can be moved up and down and turned. The side wall of the cassette chamber 8 is provided with a gate door G3 for carrying the cassette 10 in and out.2 A gas introduction port 16 for introducing an inert gas such as a gas and a gas exhaust port 18 for discharging the indoor atmosphere are also provided. In the illustrated example, for example, one temperature monitoring semiconductor wafer (hereinafter also referred to as “monitor wafer”) Wm used in the method of the present invention is accommodated in the cassette 10.
[0023]
On the other hand, a transfer arm 20 having a multi-joint structure is provided in the load lock chamber 6 so as to be able to bend and extend in order to transfer the semiconductor wafer W between the cassette chamber 8 and the heat treatment apparatus 4. The load lock chamber 6 has N inside.2 A gas introduction port 22 for introducing an inert gas such as a gas and a gas exhaust port 24 for discharging the internal atmosphere are provided. The gas exhaust port 24 is connected to an evacuation system 28 having a vacuum pump 26 interposed therebetween, so that the load lock chamber 6 can be evacuated.
[0024]
On the other hand, the heat treatment apparatus 4 has a processing container 30 formed into a cylindrical shape with aluminum or the like, for example, and a mounting table 32 on which a wafer W is mounted is provided inside. As shown in FIG. 2, for example, a heater 34 is embedded in the mounting table 32 as heating means divided into three concentric zones so that the wafer W can be heated. . Here, the zone is divided into three zones, an inner circumference, a middle circumference, and an outer circumference, and heaters 34A, 34B, and 34C are arranged in each zone. Note that the number of zones is not particularly limited, and the form of the zones is not limited to a concentric shape, and may be a zone division such as a collection of circles. Each of the heaters 34A to 34C can control the input power for each zone, and a thermocouple (not shown) is embedded for each zone for the control. The heaters 34A to 34C are connected to temperature control means 35 for controlling the respective temperatures based on predetermined control target parameters, and can be individually controlled as described above.
[0025]
Further, the mounting table 32 is provided with lifter pins (not shown) that move up and down when the wafer W is loaded and unloaded. For example, a shower head portion 36 is provided on the ceiling portion of the processing container 30 as a gas supply means for introducing necessary processing gas into the processing container 30, and an internal atmosphere is provided at the bottom. A gas exhaust port 38 for exhaust is provided. The gas exhaust port 38 is connected to a vacuum exhaust system 42 with a vacuum pump 40 in the middle, so that the inside of the processing vessel 30 can be evacuated. The temperature control means 35 is connected to a process condition adjusting means 44 made of, for example, a microcomputer, and is controlled by the temperature control means 35 based on the sheet resistance of the monitor wafer Wm as will be described later. Parameters can be adjusted as needed. Here, the monitor wafer Wm is formed by introducing the second conductivity type impurity at a predetermined concentration into the surface of the silicon substrate containing the first conductivity type impurity by ion beam implantation or the like. .
[0026]
The process condition adjusting means 44 has a memory 46 for storing data required at the time of adjustment, and an alarm unit 48 for issuing an alarm to the operator in a predetermined case. have. Here, the sheet resistance is directly input manually by an operator, or a measured value from a sheet resistance measuring apparatus described later is directly input automatically. The memory 46 stores a model function determined in advance by obtaining a correlation between the sheet resistance of the monitor wafer Wm and the temperature of the mounting table 32, that is, the resistance heater 34 in this case. By making the model function refer to the sheet resistance, the measurement of the mounting table 32, that is, the temperature of the resistance heater 34 can be specified. In other words, there is a correlation between the temperature at which the monitor wafer Wm is exposed and the sheet resistance, so that the temperature at which the monitor wafer Wm is exposed can be known by knowing the sheet resistance. In an actual process, a temperature difference of several to several tens of degrees centigrade occurs between the wafer W (monitor wafer Wm) and the mounting table 32 (heating means 34) depending on the pressure in the processing container 30 at that time. Thus, the temperature of the mounting table 32 is higher than the wafer temperature. Since the temperature difference is uniquely determined by the pressure in the container at that time, a model function taking the temperature difference into consideration is prepared when the model function is prepared. In the entire heat treatment system 2, the operation control of each part including process conditions is performed by a main control part (not shown) composed of a computer.
Here, the example of the heaters 34A, 34B, and 34C in which a plurality of heating zones are concentrically arranged on the same plane has been described, but each heating zone is configured in a plurality of layer structures in the vertical direction, and each layer is configured for each layer. It is also possible to control heating independently. As an example, it can be applied to a mounting table as disclosed in, for example, International Publication No. WO 00/70658. For example, as shown in the cross-sectional view of the mounting table in which the heater is a two-layer structure in FIG. The heaters on the same plane of the three zones are provided independently as two layers of heaters 34A to 34C and 34D to 34F, respectively, and a total of six independent heaters 34A to 34C and 34D to 34F are used for the wafer. In-plane uniform heating can be achieved.
[0027]
Next, the method of this invention performed using the heat processing system 2 comprised as mentioned above is demonstrated.
First, in order to transfer the semiconductor wafer W between the cassette chamber 8 and the heat treatment apparatus 4 in general, the transfer arm 20 in the load lock chamber 6 is bent and extended and swung. The inside of the cassette chamber 8 is always maintained at about atmospheric pressure with an inert gas, and the inside of the processing chamber 30 is in a vacuum state (reduced pressure atmosphere) while wafers are continuously processed. Therefore, in the load lock chamber 6, the atmospheric pressure state and the vacuum state are repeatedly adjusted between the load lock chamber 6 and the processing container 30 for pressure adjustment every time the wafer W is loaded and unloaded. In addition, the wafer W is loaded and unloaded without breaking the vacuum state in the processing container 30.
[0028]
By the way, with respect to the heaters 34A to 34C in the mounting table 32, the wafer W mounted on the mounting table 32 is charged in advance so that the target process temperature can be maintained while the in-plane temperature is highly uniform. Although the power is determined, for example, when the inside of the processing container 30 is cleaned, when the processing recipe is changed, when various maintenance such as replacement of parts inside the container is performed, there are various characteristics. There is a risk that the wafer may not be maintained at the target process temperature as described above, or the in-plane uniformity of the heating temperature may not be maintained high.
[0029]
For this reason, it is necessary to inspect whether or not the proper in-plane temperature distribution as before is maintained using the temperature monitoring semiconductor wafer Wm and whether or not the target process temperature can be maintained. And when not maintaining, adjustment to increase / decrease the input power as a whole or increase / decrease the input power to the heaters 34A to 34C individually is required.
The temperature monitoring semiconductor wafer Wm may be stored in the cassette 10 in advance, or may be introduced into the cassette chamber 8 via the gate door G3 of the cassette chamber 8 when necessary. As the temperature monitoring semiconductor wafer Wm, a substrate of a first conductivity type, for example, a P-type Si single crystal, is used, and an N-type impurity, for example, phosphorus ions, of a second conductivity type, is added thereto at a predetermined concentration. Introduce in.
[0030]
In this case, as ion implantation conditions, for example, phosphorus ions are implanted at an energy of, for example, 80 KeV, and the concentration (dose amount) is a value equal to or higher than the critical dose amount, for example, 5 × 10.14atms / cm2 Further, the tilt angle is set to 7 degrees and the twist angle is set to about 35 degrees so that channeling does not occur during ion implantation.
Thus, if the introduction process which introduce | transduces an impurity into a wafer is complete | finished, it will transfer to a heat treatment process next. First, the inside of the load lock chamber 6 is returned to approximately the same atmospheric pressure as the inside of the cassette chamber 8, and the gate valve G2 is opened. Then, the transfer arm 20 in the load lock chamber 6 is bent and stretched, and the temperature monitoring semiconductor wafer Wm in the cassette 10 is picked up through the opened gate valve G2, and is taken into the load lock chamber 6. Next, after closing the gate valve G2, the atmosphere in the load lock chamber 6 is evacuated to a pressure substantially equal to the pressure in the processing container 30.
[0031]
In this way, when the pressure in the load lock chamber 6 and the pressure in the processing container 30 become substantially the same pressure, the gate valve G1 is opened to allow the load lock chamber 6 and the processing container 30 to communicate with each other for temperature monitoring. The semiconductor wafer Wm is carried into the processing container 30 and placed on the mounting table 32. Then, the gate valve G1 is closed, and a predetermined heat treatment is performed on the temperature monitoring semiconductor wafer Wm. Here, for example, an 8-inch wafer is used, and the heat treatment condition at this time is, for example, N from the shower head 36.2 Gas is supplied at a flow rate of 200 sccm, the process pressure is set to 0.3 Torr (40 Pa), and the process temperature is set to a process temperature at which no impurity scattering occurs, for example, 680 ° C. (heater temperature). The process time is set to 180 seconds, for example. In this way, by heat-treating the temperature monitoring semiconductor wafer Wm, the dopant atoms are replaced with Si (silicon) atoms on the lattice at the portion where the crystal is broken by the previous ion implantation, and free electrons are generated here. And become active. Since the amount of free electrons generated at this time depends on the actual heat treatment temperature at that portion of the monitor wafer surface, that is, the temperature exposed at that time, measure the sheet resistance of each portion of the monitor wafer surface as described later. To know the local actual temperature. As a specific example, by measuring each sheet resistance on the surface of the monitor wafer corresponding to each heating zone of the three concentric heaters 34A, 34B and 34C shown in FIG. Data to be used can be obtained.
[0032]
When the heat treatment process is completed in this way, the process proceeds to the measurement process. Here, first, the heat-treated temperature monitoring semiconductor wafer Wm on the mounting table 32 is cooled to a temperature at which it can be transported, for example, about 100 ° C., and the gate valve G1 is opened, so The monitor wafer Wm that has been heat-treated communicates with the inside of the load lock chamber 6 maintained in a vacuum state, and is taken into the load lock chamber 6. After the gate valve G1 is closed, the load lock chamber 6 has N2 The gas is introduced to return to atmospheric pressure, and the gate valve G2 is opened to communicate with the cassette chamber maintained at atmospheric pressure, and the heat-treated monitor wafer Wm is loaded into the cassette 10. Thereafter, the heat-treated monitor wafer Wm is taken out, and the operator measures and obtains sheet resistances at many points, for example, 49 points on the monitor wafer surface. When the measurement process is thus completed, the process proceeds to a temperature search process. Here, the monitor wafer is pre-heated under the same heat treatment conditions (gas species, gas flow rate, process pressure, process temperature, treatment time, etc.) as described above, and the sheet resistance and heat treatment temperature (heater and mounting table temperatures) obtained in advance. A table or graph showing the relationship between the process condition adjustment means 44 and a graph or a graph indicating the relationship with the process condition adjustment means 44 is stored in advance. The model function is created by using a conventional temperature measurement method in which a plurality of thermocouples are attached to the monitor wafer surface. As a result, the correlation between the sheet resistance and the local actual temperature history is uniquely determined. In this case, as described above, a temperature difference depending on the process pressure at the time of the heat treatment is generated between the monitor wafer and the mounting table 32 (heating means 34). Therefore, this temperature difference uniquely determined by the process pressure. A model function is created in consideration of (several degrees to several tens of degrees). The temperature at the time of heat treatment of each corresponding portion is obtained from the sheet resistance at 49 locations obtained in the measurement step with reference to this model function. By plotting this, the temperature, temperature distribution, and in-plane uniformity of temperature of the temperature monitoring semiconductor wafer Wm can be obtained.
[0033]
The operation for obtaining the temperature, temperature distribution, and in-plane uniformity of the monitor wafer Wm from the sheet resistance is automatically performed, for example, by inputting the sheet resistance measured by the operator to the process condition adjusting means 44, for example, a mounting table. 32 (heater heaters 34A to 34C) adjust the control target parameter to the temperature control means 35 so that the target temperature is maintained and the in-plane uniformity of the temperature is maintained. Further, the process temperature is input to the process condition adjusting means 44 as a setting parameter.
Accordingly, the sheet resistance is obtained by heat-treating the monitor wafer Wm as described above periodically or irregularly as necessary after the cleaning process or when the components in the container are replaced. By adjusting the control target parameter, the process temperature when processing the product wafer can always be maintained at the target process temperature, and the uniformity in the temperature can be maintained high. In addition to the above, the measurement of the sheet resistance of the monitor wafer Wm can be performed whenever necessary, such as when the apparatus is started up or when a trouble occurs.
[0034]
Further, according to the method of the present invention, the temperature, the temperature distribution, and the in-plane uniformity of the temperature monitor semiconductor wafer Wm can be known without using a thermocouple and without breaking the vacuum state in the processing chamber 30. Therefore, the pressure adjustment time in the processing container 30 and the cooling time of the wafer temperature are shortened, and the uniformity of the in-plane temperature can be quickly evaluated.
In addition, since the heat treatment temperature can be recognized simply by measuring the sheet resistance without physically providing a thermocouple, a detailed temperature distribution can be obtained by measuring the sheet resistance at a number of locations.
[0035]
Furthermore, since there is no need to form or remove an insulating film for preventing impurity scattering as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-181436, the temperature distribution can be obtained more rapidly.
Further, since the sheet resistance of the monitor wafer Wm measured periodically or irregularly is information indicating a change with time, it is stored in the memory 46 as a change history with time, and this change history with time is not shown if necessary. It can be displayed on the display means and confirmed by the operator.
Further, when the sheet resistance of the monitor wafer Wm is measured and this value is greatly changed beyond the allowable amount compared to the previous measurement, it is assumed that an abnormality has occurred, for example, the alarm unit 48 is activated. This can be notified to the operator.
[0036]
Here, in order to obtain the optimum impurity concentration, only the ion concentration of the temperature monitoring semiconductor wafer Wm used in the above-described embodiment is variously changed, and other conditions are set exactly the same, and the same temperature as described above. Measurements were made. The relationship between the sheet resistance at that time and the temperature of the heater is shown in FIG.
Here, the ion concentration of impurity phosphorus is 5 × 10 5.14atms / cm2 (Example described above) 1 × 1015atms / cm2 And 3 × 1015atms / cm2 The following three types are used. In addition, the sheet resistance on the vertical axis has a logarithmic scale, and the graph plots the average value of 49 measurement points. As apparent from the graph shown in FIG. 4, regardless of the ion concentration of phosphorus, which is an impurity, each curve shows that the temperature of the heater (mounting table) increases from 530 ° C. to 720 ° C. (some from 600 ° C.). The sheet resistance gradually decreased, and it was confirmed that there was a clear correlation between the two. In particular, the ion concentration of impurities is 5 × 10.14atms / cm2 In this case, the change state of the sheet resistance is very linear, and it has been found that it is very convenient and preferable for obtaining the temperature during the heat treatment from the sheet resistance. The sheet resistance characteristic curve obtained here is stored in advance in the memory 46 of the process condition adjusting means 44 as a model function.
[0037]
Next, the impurity ion implantation concentration for the temperature monitoring semiconductor wafer is 5 × 10 5.14atms / cm2 When the heat treatment conditions such as the gas type, gas flow rate, process pressure, and treatment time are set to the same conditions as the above heat treatment conditions and heat treatment is performed on a number of semiconductor wafers for temperature monitoring A reproducibility test was performed. The results of this reproducibility test are shown in FIG. Here, the date was changed for three days from the first day to the third day, and each time, the temperature of the heater was heat-treated at a plurality of points (six points) within a range of 530 ° C. to 720 ° C.
As is apparent from the graph shown in FIG. 5, in the graph in which the vertical axis of the sheet resistance is a logarithmic scale, the sheet resistance is approximately increased as the temperature increases within the range of the heater temperature of 530 ° C. to 720 ° C. Since it is linearly lowered, a clear correlation is shown, and even when the date is changed, there is almost no deviation between them, and it can be confirmed that the reproducibility is very good. Thereby, the point which can obtain temperature and temperature distribution with high accuracy has been confirmed.
[0038]
It should be noted that the heat treatment conditions used in this embodiment are merely examples, and are not limited to those described above. The model function as described above is obtained in advance for other heat treatment conditions, and this model function is stored in the memory 46 in advance. This point will be described later.
[0039]
  Here, the operation of the process condition adjusting means 44 will be described. As the configuration of the process condition adjusting means 44, for example, the technique previously disclosed by the present applicant in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-343726 can be used.
  The set parameter input to the process condition adjusting means 44 indicates a parameter that affects the control target parameter. The set parameter is based on a recipe from a computer (not shown) that controls the overall operation of the heat treatment system 2. Output process temperature. The control target parameter output from the process condition adjusting unit 44 to the temperature control unit 35 corresponds to a target temperature that is an actual target temperature of the heater.
  The process temperature, which is the setting parameter, is supplied from a host computer or the like according to a preset recipe. Here, the heater, which is a parameter to be controlled, is used here.Target temperature r t Is obtained by the process condition adjusting means 44.
[0040]
  Now, this process condition adjustment meansIn the memory 6 of 44,A model function defined by the correlation between the heater temperature (mounting table temperature) and the sheet resistance as shown in FIGS. 4 and 5 is stored in advance, and a setting value D of a setting parameter input thereto is stored.t That is, here, the target temperature r of the parameter to be controlled based on the set value of the process temperaturet Is calculated. When the process temperature of the wafer is 500 ° C., the above process temperature can be realized by initially heating the heater to 520 ° C. However, if the heater is not heated to 550 ° C. due to changes over time, the above process temperature is set. This is because it may not be possible. As described above, the graphs shown in FIGS. 4 and 5 are prepared in advance taking into account the temperature difference between the heater temperature and the actual wafer temperature.
[0041]
The above points will be specifically described. As described above, a model function that is a correlation between the monitor wafer Wm and the sheet resistance when the monitor wafer Wm is heated is obtained in advance, and this model function is stored in the memory 46 of the process condition adjusting means 44. .
Here, in this embodiment, the model function includes an autoregressive moving-average model (ARMA), an autoregressive model (AR), a sequential least square method, a Kalman filter, and a maximum likelihood estimation method. Etc. can be used.
[0042]
By the way, in the general film forming process, the same film type as the film type to be formed on the wafer is thinned in advance on the surface of the mounting table 32 or the inner wall surface of the processing container 30 before actually forming the film on the product wafer. The precoat film is formed and the thermal condition inside the container is stabilized, but the monitor wafer Wm is heated after the precoat film is formed even when the graphs shown in FIGS. 4 and 5 are obtained. It is desirable to process (anneal) and take sheet resistance data. However, before the precoat film is formed, the monitor wafer Wm may be subjected to heat treatment (annealing) to obtain sheet resistance data. In this case, this data is obtained by adjusting the heater 34 of the mounting table 32, for example. Can be used when doing. In other words, the sheet resistance can be easily measured using the monitor wafer Wm whenever necessary, regardless of the presence or absence of the precoat film.
[0043]
The heat treatment to which the present invention can be applied can be applied to all heat treatments that heat-treat the wafer W including plasma treatment and non-plasma treatment. For example, thermal CVD film formation treatment, oxidation diffusion treatment, annealing treatment, modification treatment, ashing The present invention can be applied to all heat treatments such as processing, plasma CVD film forming processing, etching processing, and preclean processing for removing a natural oxide film.
Also, the type (dose type) of impurities to be ion-implanted is not limited to phosphorus, and many elements such as H, Li, Be, B, C, N, O, F, Ne, Na, Mg, and Al are used. be able to. In this case, an element having a lighter atomic weight is easily activated with less thermal energy, and thus is suitable for use in creating a model function for heat treatment at a lower temperature. Conversely, when a relatively heavy element is used among the above elements, it is suitable for use in creating a model function when heat treatment is performed at a higher temperature. The ion concentration to be implanted is 5 × 10.13~ 5x1015atoms / cm2 The higher the ion concentration, the better the heat treatment at a low temperature, and the lower the ion concentration, the better the heat treatment at a high temperature.
[0044]
As described above, the monitor wafer Wm of the present invention can cope with a wide range of 200 to 1200 ° C. by appropriately selecting the dose type and ion concentration for ion implantation.
The acceleration energy at the time of ion implantation is not particularly limited. For example, a monitor wafer Wm having a magnitude of about 10 KeV to 400 KeV and a sufficient correlation between sheet resistance and heating temperature can be obtained.
Of course, the process condition adjusting means 44 stores in advance a model function of the monitor wafer Wm that has been heat-treated in accordance with the processing conditions such as the process temperature of the recipe executed in the heat treatment apparatus.
[0045]
Next, another specific example of the actual model function will be described.
FIG. 6 is a graph showing a second example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table). As shown in FIG. 6, it can be understood that a sufficient correlation with the sheet resistance appears in the range of 500 to 680 ° C. here. Regarding the ion implantation conditions for the monitor wafer Wm here, the implantation element is phosphorus and the ion concentration is 1.5 × 10.14atoms / cm2 It is. The heat treatment condition for the monitor wafer Wm is N2 The gas flow rate is 3600 sccm, the pressure is 5 Torr (665 Pa), and the processing time is 180 seconds. This model function is used in a heat treatment apparatus for forming a TiN film, for example.
[0046]
FIG. 7 is a graph showing a third example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table). As shown in FIG. 7, it can be understood that the correlation with the sheet resistance appears sufficiently in a state close to a straight line in the range of 450 to 550 ° C. Regarding the ion implantation conditions of the monitor wafer Wm here, the implanted element is phosphorus and the ion concentration is 5.0 × 10.14atoms / cm2 It is. The heat treatment conditions for the monitor wafer Wm are three types of Ar gas flow rate of 500 sccm, pressure of 93.3 Pa, treatment time of 3 minutes, 5 minutes and 10 minutes. This model function is used, for example, in a heat treatment apparatus for forming a WSi (tungsten silicide) film.
[0047]
FIG. 8 is a graph showing a fourth example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table). As shown in FIG. 8, it can be understood that the correlation with the sheet resistance appears sufficiently in the range of 500 to 600 ° C. here. Note that at a temperature of 500 ° C. or lower, the sheet resistance is substantially saturated, so this region is difficult to use for temperature measurement. Regarding the ion implantation conditions for the monitor wafer Wm here, the implanted element is arsenic and the ion concentration is 1.0 × 10 6.15atoms / cm2 It is. The heat treatment condition for the monitor wafer Wm is N2 The gas flow rate is 1000 sccm, the pressure is 1 Torr (133 Pa), and the processing time is 180 seconds. This model function is used in, for example, a heat treatment apparatus for forming a metal film by CVD.
[0048]
FIG. 9 is a graph showing a fifth example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table). As shown in FIG. 9, it can be understood that the correlation with the sheet resistance appears sufficiently within a relatively low temperature range of 200 to 500 ° C. Regarding the ion implantation conditions for the monitor wafer Wm here, the implanted element is boron, and the ion concentration is 1.0 × 10.15atoms / cm2 It is. The heat treatment condition for the monitor wafer Wm is N2 The gas flow rate is 1000 sccm, the pressure is 51 Torr (6783 Pa), and the processing time is 30 minutes. This model function is used in, for example, a heat treatment apparatus for forming a metal film by CVD.
[0049]
Further, since the dose type at the time of ion implantation of the monitor wafer Wm and the applicable temperature range of the monitor wafer Wm when the ion concentration (dose amount) is variously changed, the evaluation result will be described. FIG. 10 is a diagram showing the evaluation results. As is apparent from this figure, when a relatively light element such as B, H, He, Li, or Be is used as a dose species, the sheet resistance and heating can be achieved even in a low temperature range of 100 to 500 ° C. where the temperature is relatively low. It turns out that a correlation with temperature is obtained.
Moreover, when this dose amount is appropriately changed using P (phosphorus), it is found that the application temperature range can be applied to an intermediate temperature range of 350 to 720 ° C., and further to a high temperature range of 700 to 1200 ° C. In particular, even when B, As, or the like is used, it is found that the present invention can also be applied in a high temperature range of 700 to 1200 ° C. In this case, the dose is 5.0 × 1013~ 5.0 × 1015atoms / cm2 Various modifications can be made within the range of Further, the acceleration voltage at the time of ion implantation can be appropriately selected within the range of 10 KeV to 400 KeV.
[0050]
The tilt angle at the time of ion implantation is 7 degrees, the twist angle is in the range of 22 to 45 degrees, and the crystal orientation plane of the silicon substrate of the monitor wafer Wm is [100]. Here, when a plurality of heat treatments having different process temperatures are performed by one heat treatment apparatus, a plurality of model functions corresponding to the respective process temperatures are stored in advance in the memory 46 (see FIG. 1) of the process condition adjusting means 44. Like that.
For reference, an example of a process in which the heater is adjusted using the monitor wafer Wm is shown in FIG. As shown in FIG. 11, pre-clean process, Ti film formation process, TiN film formation process, W (tungsten) film formation process, WSi2 Film formation process, TaO film formation process, OThree The temperature of the heater can be adjusted using the monitor wafer Wm in a heat treatment apparatus that performs various processes such as a modification process using a metal film and a metal film formation process. In FIG. 11, for reference, a temperature range, a pressure range, a processing time range, and a gas flow rate range when performing each process are described. Further, as described above, the monitor wafer Wm can be applied to a heat treatment apparatus for performing heat treatment other than that shown in FIG.
[0051]
Furthermore, the heat treatment of the heat treatment apparatus to which the monitor wafer Wm can be applied is not limited to the reduced pressure (vacuum) treatment, and can be applied to an apparatus that performs heat treatment at atmospheric pressure or heat treatment at a positive pressure higher than atmospheric pressure. .
In the heat treatment system shown in FIG. 1, an example of a system in which a single heat treatment apparatus is used and an operator measures the sheet resistance with a sheet resistance measurement apparatus provided outside the treatment system is shown. The present invention can also be applied to a heat treatment system provided with a sheet resistance measuring device and provided with a plurality of heat treatment devices.
FIG. 12 is a schematic plan view showing a second embodiment of the heat treatment system as described above, and FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a sheet resistance measuring apparatus.
[0052]
As shown in FIG. 12, this heat treatment system is a so-called cluster tool heat treatment system. Specifically, this heat treatment system is provided with a plurality of heat treatment apparatuses 4A, 4B, 4C in the illustrated example for performing a predetermined heat treatment in a vacuum atmosphere, and in each of the heat treatment apparatuses 4A to 4C, There are provided mounting tables 32A, 32B and 32C on which the wafer W is mounted by being heated by a heating means (not shown). And the temperature of each mounting base 32A-32C is individually controlled by the temperature control means 35A, 35B, 35C connected to each.
[0053]
Each of the heat treatment apparatuses 4A, 4B, and 4C is connected to a common transfer chamber 60 having a hexagonal shape that can be evacuated through gate valves G11, G12, and G13 that can be opened and closed, respectively. A sheet resistance measurement chamber 62 that can be evacuated is connected to the common transfer chamber 60 via a gate valve G14. The sheet resistance measurement chamber 62 has a sheet resistance of the monitor wafer Wm. The sheet resistance measuring device 64 for setting the value is accommodated. As the sheet resistance measuring device 64, for example, a device as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-106388 can be used. Specifically, as shown in FIG. The monitor table 66 on which the monitor wafer Wm is placed and fixed, and the four-terminal measuring head 68 disposed opposite thereto. The four-terminal measuring head 68 can be arbitrarily moved in the planar direction and the vertical direction by the driving mechanism 70, and the sheet resistance can be measured at multiple points on the monitor wafer Wm. .
[0054]
It should be noted that the configuration of the sheet resistance measuring device 64 is merely an example and is of course not limited to this configuration. The sheet resistance measuring device 64 is connected to the process condition adjusting means 44 and the memory 46 having the same configuration as that described with reference to FIG. In FIG. 12, the alarm unit 48 is not shown. The single process condition adjusting means 44 is connected to all the temperature control means 35A to 35C, and can individually adjust the control target parameters. Accordingly, a plurality of individual model functions corresponding to recipes for different heat treatments performed in the respective heat treatment apparatuses 4A to 4C are stored in advance in the memory 46, and are appropriately selected and used as necessary. .
[0055]
In the common transfer chamber 60, there is provided a vacuum transfer mechanism 72 composed of a two-pick articulated arm that can be bent and stretched to transfer the wafer W. The common transfer chamber 60 is connected to two load lock chambers 74A and 74B that can be evacuated via gate valves G15 and G16, respectively. Further, the opposite sides of the load lock chambers 74A and 74B are connected to a horizontally long atmosphere-side transfer chamber 76 through gate valves G17 and G18, respectively. The atmosphere side transfer chamber 76 has N2 Atmospheric pressure is always maintained with gas and cleaning air.
[0056]
The common transfer chamber 60 side is always in a vacuum atmosphere during the heat treatment, and when the wafer W is transferred to and from the atmosphere-side transfer chamber 76 side, the load lock chambers 74A and 74B are evacuated and in the atmosphere. By repeating between the states, the wafer W is loaded and unloaded without breaking the vacuum on the common transfer chamber 60 side.
In addition, in the atmosphere-side transfer chamber 76, a two-pick atmosphere-side transfer mechanism 78 that is movable in the longitudinal direction and can be expanded and contracted and turned to transfer the wafer W is provided. A positioning mechanism 80 for positioning the wafer W is provided at one end of the atmosphere-side transfer chamber 76, and the cassette 10 can be placed on one side of the atmosphere-side transfer chamber 76 that is horizontally long. A plurality of load ports 82 in the illustrated example are provided.
[0057]
In the heat treatment system configured as described above, either the wafer W or the monitor wafer Wm accommodated in the cassette 10 is taken into the system by the atmosphere-side transfer mechanism 78 and is positioned by the positioning mechanism 80, and either one of them. Is taken into the common transfer chamber 60 through the load lock chamber 74A or 74B. Then, the wafer W that has been subjected to the predetermined processing in some or all of the heat treatment apparatuses 35A to 35C returns along a path opposite to the above-described path and is carried out.
On the other hand, the monitor wafer Wm that has been subjected to the heat treatment for adjusting the heater by any one of the heat treatment apparatuses is carried into the sheet resistance measurement chamber 62 by the vacuum carrying mechanism 72, and the vacuum state is maintained therein. As described with reference to FIG. 1, the sheet resistance is automatically measured, for example, at 49 points on the surface, and the measured value data is sent to the process condition adjusting means 44 side. Become. Note that the monitor wafer Wm after the sheet resistance measurement is carried out along a path opposite to the path at the time of loading, similarly to the processed wafer W.
[0058]
Then, the process condition adjusting means 44 that has received the sheet resistance data, with respect to the temperature control means of the corresponding heat treatment apparatus, adjusts the temperature of the heater (the control target) as described above with reference to FIG. Parameter adjustment).
According to this heat treatment system, the parameters to be controlled can be individually adjusted as necessary for the plurality of heat treatment apparatuses 4A to 4C. The temperature of 32C can be adjusted and maintained at the target temperature, and the in-plane uniformity of the temperature of the mounting tables 32A to 32C can be maintained high, and the reproducibility of the heat treatment can be improved.
[0059]
In the case shown in FIG. 12, the sheet resistance measuring device 64 is connected to the common transfer chamber 60 side so that the sheet resistance measuring operation is performed in a vacuum atmosphere. As in the third embodiment, the sheet resistance measuring device 64 is provided on the other end side of the horizontally long air-side transfer chamber 76, and the sheet resistance measuring operation is automatically performed in an atmospheric pressure atmosphere. Good. The specific example of the heat treatment system is merely an example, and it is needless to say that the heat treatment system is not limited to the one described here.
[0060]
Further, the tilt angle and twist angle at the time of ion implantation of impurities are not limited to those described above, and may be set to any values as long as they do not cause channeling by ion implantation.
In the above embodiment, the temperature of the wafer is measured, but the conditions in the processing container change by comparing the previous sheet resistance value and the current sheet resistance value without measuring the wafer temperature. It can be detected. As a result, when a change over time is detected, a change in the processing container or the like can be detected by comparing only the change in the sheet resistance value of the semiconductor wafer for temperature monitoring. If it is above the value, an alarm may be issued by an interlock.
Further, here, the case where a resistance heater is used as the heating means has been described as an example, but the present invention can be similarly applied to a case where a heating lamp is used instead of the resistance heater. Further, the target object to be heat-treated is not limited to a semiconductor wafer, and the present invention can also be applied to a heat treatment apparatus for heat-treating an LCD substrate, a glass substrate, or the like.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the heat treatment apparatus, the heat treatment system, and the temperature measurement method of the heat treatment apparatus of the present invention, the following excellent effects can be exhibited.
The semiconductor wafer for temperature monitoring formed by implanting impurities into the semiconductor wafer in an ion state is in an amorphous state with the crystal broken, and this temperature monitoring semiconductor wafer is heat-treated (annealed) at a predetermined temperature. Thus, the recrystallized dopant atoms which are implanted impurities are replaced with, for example, Si atoms, and free electrons and holes are generated depending on the activated state, that is, the combination of conductivity types. Since the amount of free electrons and holes is determined depending on the processing temperature during the heat treatment, a history of the processing temperature remains in the temperature monitoring semiconductor wafer. After the temperature monitoring semiconductor wafer has been cooled to some extent or after it has cooled naturally, the sheet resistance at a desired single point or multiple points on the surface is measured, and the measured sheet resistance is obtained in advance. By referring to the correlation between the placed sheet resistance and the temperature of the object itself or the temperature of the mounting table on which the object to be processed is placed, the heat treatment temperature of each point and the state of this distribution can be obtained.
Therefore, unlike a conventional temperature measurement method using a thermocouple with a lead wire, the temperature monitoring semiconductor wafer itself can be automatically carried in and out of the processing container, so that the processing container can be connected, for example. Semiconductor for temperature monitoring in a short time without opening the inside of the processing vessel connected to the load lock chamber in the system in the system to the atmosphere and without waiting for the heat treatment apparatus or the wafer temperature to cool to about room temperature. The sheet resistance on the surface of the wafer can be obtained to know the temperature during the heat treatment and the temperature distribution. Therefore, by feeding this result back to the temperature control means of the heating means by means of setting or adjusting the process conditions, various conditions such as changes with time occur, or internal components of the heat treatment apparatus are replaced. Even if the thermal conditions change, the target temperature during the heat treatment can always be maintained, or the temperature can be changed to a new desired temperature during the heat treatment. And process temperature reproducibility can always be maintained, and the wafer process can be executed with a new temperature distribution.
Further, even if the temperature is not obtained, by comparing the sheet resistance, it is possible to know the abnormality of the heating means without opening the apparatus to the atmosphere.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a heat treatment system including a heat treatment apparatus.
FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of heating means provided on the mounting table.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the mounting table.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between sheet resistance and heater temperature when heat treatment is performed with only the ion concentration changed.
FIG. 5 is a graph showing the results of a reproducibility test when heat treatment is performed on a large number of temperature monitoring semiconductor wafers with the same heat treatment conditions.
FIG. 6 is a graph showing a second example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table).
FIG. 7 is a graph showing a third example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table).
FIG. 8 is a graph showing a fourth example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table).
FIG. 9 is a graph showing a fifth example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table).
FIG. 10 is a diagram showing an applicable temperature range when the dose type and ion concentration (dose amount) at the time of ion implantation of a monitor wafer are variously changed.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a process in which a heater is adjusted using a monitor wafer.
FIG. 12 is a schematic plan view showing a second embodiment of the heat treatment system.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a sheet resistance measuring apparatus.
FIG. 14 is a schematic plan view showing a third embodiment of the heat treatment system.
[Explanation of symbols]
2 Heat treatment system
4,4A-4C Heat treatment equipment
6 Load lock room
8 Cassette room
30 Processing container
32, 32A to 32C mounting table
34, 34A to 34C, 34D to 34F Heater (heating means)
35 Temperature control means
36 Shower head (gas supply means)
44 Process condition adjusting means
60 Common transfer room
62 Sheet resistance measurement room
64 Sheet resistance measuring device
66 Monitor stand
68 4-terminal measuring head
76 Atmosphere side transfer chamber
W Semiconductor wafer
Wm Semiconductor wafer for temperature monitoring

Claims (26)

被処理体に対して所定の熱処理を行う熱処理装置において、
排気可能になされた処理容器と、
被処理体を載置する載置台と、
前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で温度モニタ用半導体ウエハを予め加熱処理した時のシート抵抗と熱処理温度との関係を示すモデル関数を予め記憶するメモリと、
前記被処理体に対して前記所定の熱処理を行なうとき、温度モニタ用半導体ウエハを加熱処理した時のシート抵抗と前記メモリに記憶されているモデル関数と入力されるプロセス温度の設定値とに基づいて目標温度を調整して求めるプロセス条件調整手段と、
前記加熱手段の温度を前記目標温度に基づいて制御する温度制御手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。In a heat treatment apparatus for performing a predetermined heat treatment on an object to be processed,
A processing vessel made evacuable;
A mounting table for mounting the object to be processed;
Gas supply means for supplying gas into the processing vessel;
Heating means for heating the object to be processed;
A memory for storing in advance a model function indicating the relationship between the sheet resistance and the heat treatment temperature when the temperature monitoring semiconductor wafer is preheated in a state where the precoat layer is formed on the surface of the mounting table;
The time when one target object performs the predetermined heat treatment, to a set value of the process temperature input model function stored in the sheet resistance and the memory when heated handles semiconductor wafer for temperature monitoring Process condition adjusting means for adjusting the target temperature based on
Temperature control means for controlling the temperature of the heating means based on the target temperature;
A heat treatment apparatus comprising: 前記温度モニタ用半導体ウエハは、チルト角とツイスト角がチャネルリングを生じないような最適値に設定されて不純物がイオンビーム注入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 heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the temperature monitoring semiconductor wafer is set to an optimum value so that channeling does not occur in a tilt angle and a twist angle, and an impurity is ion beam implanted. 前記温度モニタ用半導体ウエハは、半導体ウエハの表面に不純物を所定の濃度で導入して形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱処理装置。  3. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the temperature monitoring semiconductor wafer is formed by introducing impurities into the surface of the semiconductor wafer at a predetermined concentration. 前記半導体ウエハ表面はＰ形であり、前記不純物はリンであ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 surface of the semiconductor wafer is P-type and the impurity is phosphorus. 前記加熱手段は、前記載置台において区画された複数の加熱ゾーンに対応させて複数に区分されており、前記加熱手段は前記区分毎に独立して温度制御が可能になされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱処理装置。  The heating means is divided into a plurality of zones corresponding to a plurality of heating zones partitioned in the mounting table, and the heating means is capable of temperature control independently for each of the sections. The heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4. 前記熱処理は、加熱処理、プラズマ処理、非プラズマ処理、成膜処理、アニーリング処理、エッチング処理の内のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱処理装置。  6. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the heat treatment is any one of a heat treatment, a plasma treatment, a non-plasma treatment, a film formation treatment, an annealing treatment, and an etching treatment. . 前記モデル関数は、前記処理容器内の圧力に起因して生ずる前記載置台と前記温度モニタ用半導体ウエハとの間の温度差を加味して求められていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱処理装置。  7. The model function is obtained by taking into account a temperature difference between the mounting table and the temperature monitoring semiconductor wafer generated due to the pressure in the processing container. The heat processing apparatus as described in any one of these. 被処理体に対して所定の熱処理を行う熱処理システムにおいて、
前記被処理体に対して処理容器内の載置台上で所定の熱処理を行うために、内部に設けた加熱手段を目標温度に基づいて温度制御をする温度制御手段を有する複数の熱処理装置と、
前記熱処理装置に開閉可能になされたゲートバルブを介して連結された共通搬送室と、
前記被処理体を搬送するために前記共通搬送室内に設けられた搬送機構と、
前記共通搬送室に対して開閉可能になされたゲートバルブを介して連結されるシート抵抗測定室と、
前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で加熱処理した時の温度モニタ用半導体ウエハの表面のシート抵抗を測定するために前記シート抵抗測定室内に設けられたシート抵抗測定装置と、
前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で温度モニタ用半導体ウエハを予め加熱処理した時のシート抵抗と熱処理温度との関係を示すモデル関数を予め記憶するメモリと、
前記被処理体に対して前記所定の熱処理を行なうときに、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で加熱処理された温度モニタ用半導体ウエハに対して前記シート抵抗測定装置で求められたシート抵抗と前記メモリに記憶されているモデル関数と入力されるプロセス温度の設定値とに基づいて目標温度を調整して求めるプロセス条件調整手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理システム。In a heat treatment system for performing a predetermined heat treatment on a workpiece,
A plurality of heat treatment apparatuses having temperature control means for controlling the temperature of a heating means provided therein in order to perform a predetermined heat treatment on a mounting table in a processing container with respect to the object to be processed;
A common transfer chamber connected to the heat treatment apparatus via a gate valve that can be opened and closed;
A transfer mechanism provided in the common transfer chamber for transferring the object to be processed;
A sheet resistance measurement chamber connected via a gate valve that can be opened and closed with respect to the common transfer chamber;
A sheet resistance measuring device provided in the sheet resistance measuring chamber for measuring the sheet resistance of the surface of the semiconductor wafer for temperature monitoring when heat treatment is performed in a state where the precoat layer is formed on the surface of the mounting table;
A memory for storing in advance a model function indicating the relationship between the sheet resistance and the heat treatment temperature when the temperature monitoring semiconductor wafer is preheated in a state where the precoat layer is formed on the surface of the mounting table;
When the predetermined heat treatment is performed on the object to be processed, the sheet resistance measuring device obtains the temperature monitoring semiconductor wafer that is heat-treated in a state where the precoat layer is formed on the surface of the mounting table. Process condition adjustment means for adjusting the target temperature based on the sheet resistance, the model function stored in the memory, and the input set value of the process temperature;
A heat treatment system characterized by comprising: 被処理体に対して所定の熱処理を行う熱処理システムにおいて、
前記被処理体に対して処理容器内の載置台上で所定の熱処理を行うために、内部に設けた加熱手段を目標温度に基づいて温度制御をする温度制御手段を有する複数の熱処理装置と、
前記熱処理装置に開閉可能になされたゲートバルブを介して連結された共通搬送室と、
前記被処理体を搬送するために前記共通搬送室内に設けられた搬送機構と、
前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で加熱処理した時の温度モニタ用半導体ウエハの表面のシート抵抗を測定するために設けられたシート抵抗測定装置を有するシート抵抗測定室と、
前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で温度モニタ用半導体ウエハを予め加熱処理した時のシート抵抗と熱処理温度との関係を示すモデル関数を予め記憶するメモリと、
前記被処理体に対して前記所定の熱処理を行なうときに、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で加熱処理された温度モニタ用半導体ウエハに対して前記シート抵抗測定装置で求められたシート抵抗と前記メモリに記憶されているモデル関数と入力されるプロセス温度の設定値とに基づいて目標温度を調整して求めるプロセス条件調整手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理システム。In a heat treatment system for performing a predetermined heat treatment on a workpiece,
A plurality of heat treatment apparatuses having temperature control means for controlling the temperature of a heating means provided therein in order to perform a predetermined heat treatment on a mounting table in a processing container with respect to the object to be processed;
A common transfer chamber connected to the heat treatment apparatus via a gate valve that can be opened and closed;
A transfer mechanism provided in the common transfer chamber for transferring the object to be processed;
A sheet resistance measurement chamber having a sheet resistance measurement device provided for measuring the sheet resistance of the surface of the semiconductor wafer for temperature monitoring when the pre-coat layer is formed on the surface of the mounting table.
A memory for storing in advance a model function indicating the relationship between the sheet resistance and the heat treatment temperature when the temperature monitoring semiconductor wafer is preheated in a state where the precoat layer is formed on the surface of the mounting table;
When the predetermined heat treatment is performed on the object to be processed, the sheet resistance measuring device obtains the temperature monitoring semiconductor wafer that is heat- treated in a state where the precoat layer is formed on the surface of the mounting table. Process condition adjusting means for adjusting and obtaining a target temperature based on the received sheet resistance, a model function stored in the memory and a set value of the input process temperature;
A heat treatment system characterized by comprising: 前記熱処理装置内と、前記共通搬送室内と、前記シート抵抗測定室内は、真空引き可能になされて真空雰囲気下になされていることを特徴とする請求項８記載の熱処理システム。  9. The heat treatment system according to claim 8, wherein the inside of the heat treatment apparatus, the common transfer chamber, and the sheet resistance measurement chamber are evacuated and are in a vacuum atmosphere. 前記熱処理装置内と、前記共通搬送室内は、真空引き可能になされて真空雰囲気下になされており、前記シート抵抗測定装置は大気圧雰囲気下に設置されていることを特徴とする請求項９記載の熱処理システム。  10. The inside of the heat treatment apparatus and the common transfer chamber are evacuated so as to be in a vacuum atmosphere, and the sheet resistance measuring apparatus is installed in an atmospheric pressure atmosphere. Heat treatment system. 前記温度モニタ用半導体ウエハは、チルト角とツイスト角がチャネルリングを生じないような最適値に設定されて不純物がイオンビーム注入されていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の熱処理システム。  12. The temperature monitoring semiconductor wafer is characterized in that an impurity is ion-beam-implanted with the tilt angle and twist angle set to optimum values that do not cause channeling. The heat treatment system described in 1. 前記温度モニタ用半導体ウエハは、半導体ウエハの表面に不純物を所定の濃度で導入して形成されていることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の熱処理システム。  13. The heat treatment system according to claim 8, wherein the temperature monitoring semiconductor wafer is formed by introducing impurities at a predetermined concentration on a surface of the semiconductor wafer. 半導体ウエハ表面はＰ形であり、前記不純物はリンであることを特徴とする請求項１３記載の熱処理システム。  14. The heat treatment system according to claim 13, wherein the surface of the semiconductor wafer is P-type and the impurity is phosphorus. 前記加熱手段は、前記載置台において区画された複数の加熱ゾーンに対応させて複数に区分されており、前記加熱手段は前記区分毎に独立して温度制御が可能になされていることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか一項に記載の熱処理システム。  The heating means is divided into a plurality of sections corresponding to a plurality of heating zones partitioned in the mounting table, and the heating means is capable of temperature control independently for each of the sections. The heat treatment system according to any one of claims 8 to 14. 前記熱処理は、加熱処理、プラズマ処理、非プラズマ処理、成膜処理、アニーリング処理、エッチング処理の内のいずれかであることを特徴とする請求項８乃至１５のいずれか一項に記載の熱処理システム。  The heat treatment system according to any one of claims 8 to 15, wherein the heat treatment is any one of heat treatment, plasma treatment, non-plasma treatment, film formation treatment, annealing treatment, and etching treatment. . 前記モデル関数は、前記処理容器内の圧力に起因して生ずる前記載置台と前記温度モニタ用半導体ウエハとの間の温度差を加味して求められていることを特徴とする請求項８乃至１６のいずれか一項に記載の熱処理システム。  17. The model function is obtained by taking into account a temperature difference between the mounting table and the temperature monitoring semiconductor wafer generated due to the pressure in the processing container. The heat processing system as described in any one of. 前記目標温度の調整は、前記複数の熱処理装置においてそれぞれ個別的に行なうようになされていることを特徴とする請求項８乃至１７のいずれか一項に記載の熱処理システム。  The heat treatment system according to any one of claims 8 to 17, wherein the target temperature is adjusted individually in each of the plurality of heat treatment apparatuses. 処理容器内の載置台上に載置された被処理体を温度制御手段により制御される加熱手段により加熱して所定の熱処理を行うようにした熱処理装置の温度制御方法において、
前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で温度モニタ用半導体ウエハを前記処理容器内で予め加熱処理したときのシート抵抗と熱処理温度との関係を示す相対関係を予め記憶する工程と、
前記載置台の表面にプリコート層が形成されている状態で温度モニタ用半導体ウエハを前記処理容器内で所定の温度で熱処理する熱処理工程と、
熱処理後の前記温度モニタ用半導体ウエハを前記処理容器内から取り出して前記温度モニタ用半導体ウエハの表面の複数の箇所のシート抵抗を測定する測定工程と、
前記被処理体に前記所定の熱処理を行なうときに、前記測定により得られたシート抵抗と前記予め記憶されている相関関係とプロセス温度の設定値とに基づいて前記温度制御手段へ向けて出力するパラメータである目標温度を調整するパラメータ調整工程と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置の温度制御方法。In a temperature control method of a heat treatment apparatus that performs a predetermined heat treatment by heating an object to be processed placed on a placing table in a processing container by a heating means controlled by a temperature control means,
Storing in advance a relative relationship indicating a relationship between a sheet resistance and a heat treatment temperature when the semiconductor wafer for temperature monitoring is preheated in the processing container in a state where the precoat layer is formed on the surface of the mounting table; ,
A heat treatment step of heat treating the semiconductor wafer for temperature monitoring at a predetermined temperature in the processing vessel in a state where a precoat layer is formed on the surface of the mounting table;
A measuring step of taking out the temperature monitoring semiconductor wafer after the heat treatment from the processing container and measuring sheet resistance at a plurality of locations on the surface of the temperature monitoring semiconductor wafer;
When the predetermined heat treatment is performed on the object to be processed, output to the temperature control unit based on the sheet resistance obtained by the measurement, the correlation stored in advance and the set value of the process temperature A parameter adjustment process for adjusting the target temperature as a parameter;
A temperature control method for a heat treatment apparatus, comprising: 前記シート抵抗値が、前回に測定されたシート抵抗値よりも許容範囲外の大きさになった時は、異常を報知することを特徴とする請求項１９記載の熱処理装置の温度制御方法。  20. The temperature control method for a heat treatment apparatus according to claim 19, wherein an abnormality is notified when the sheet resistance value is out of an allowable range with respect to a sheet resistance value measured last time. 前記各工程は、定期的、或いは必要に応じて不定期的に行われて求められた各シート抵抗値は経時変化履歴として表示可能に記憶されていることを特徴とする請求項１９または２０記載の熱処理装置の温度制御方法。  21. Each sheet resistance value obtained by performing each step periodically or irregularly as necessary is stored so as to be displayed as a time-dependent change history. Temperature control method for heat treatment apparatus. 前記温度モニタ用半導体ウエハは、チルト角とツイスト角がチャネルリングを生じないような最適値に設定されて不純物がイオンビーム注入されていることを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか一項に記載の熱処理装置の温度制御方法。  The semiconductor wafer for temperature monitoring is set to an optimum value such that a tilt angle and a twist angle do not cause channeling, and an impurity is ion-beam-implanted. The temperature control method of the heat processing apparatus as described in 2. 前記温度モニタ用半導体ウエハは、半導体ウエハの表面に不純物を所定の濃度で導入して形成されていることを特徴とする請求項１９乃至２２のいずれか一項に記載の熱処理装置の温度制御方法。  23. The temperature control method for a heat treatment apparatus according to claim 19, wherein the temperature monitoring semiconductor wafer is formed by introducing impurities at a predetermined concentration into a surface of the semiconductor wafer. . 前記半導体ウエハ表面はＰ形であり、前記不純物はリンであることを特徴とする請求項２３記載の熱処理装置の温度制御方法。  24. The temperature control method of a heat treatment apparatus according to claim 23, wherein the surface of the semiconductor wafer is P-type and the impurity is phosphorus. 前記加熱手段は、前記載置台において区画された複数の加熱ゾーンに対応させて複数に区分されており、前記加熱手段は前記区分毎に独立して温度制御が可能になされていることを特徴とする請求項１９乃至２４のいずれか一項に記載の熱処理装置の温度制御方法。  The heating means is divided into a plurality of zones corresponding to a plurality of heating zones partitioned in the mounting table, and the heating means is capable of temperature control independently for each of the sections. The temperature control method for a heat treatment apparatus according to any one of claims 19 to 24. 前記加熱手段は、前記載置台の厚さ方向に複数層形成されると共に、前記載置台において区画された複数の加熱ゾーンに対応させて複数に区分されており、前記加熱手段は前記各層の区分毎に独立して温度制御が可能になされていることを特徴とする請求項１９乃至２４のいずれか一項に記載の熱処理装置の温度制御方法。  The heating means is formed in a plurality of layers in the thickness direction of the mounting table, and is divided into a plurality corresponding to a plurality of heating zones partitioned in the mounting table, and the heating means is divided into the layers. The temperature control method for a heat treatment apparatus according to any one of claims 19 to 24, wherein the temperature control can be performed independently for each time.
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