KR100615763B1

KR100615763B1 - 열처리 장치의 온도 교정 방법

Info

Publication number: KR100615763B1
Application number: KR1020000050637A
Authority: KR
Inventors: 후지오 스즈키; 코이치 사카모토; 웬링 왕; 모유루 야스하라; 프라디프 팬디; 선일 샤
Original assignee: 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2006-08-25
Also published as: KR20010030160A; TW476997B; JP2001077041A; JP4426024B2; US6329643B1

Abstract

참조용의 제 1 종형 열처리 장치(1A)에 의한 열처리 결과에 근거하여 제 2 종형 열처리 장치(1B)의 온도 교정을 실행한다. 우선, 제 1 장치(1A)에 있어서, 온도 측정용 웨이퍼(MW)를 히터(47 내지 49)에 의해 가열하여, 측정 온도를 온도 목표값에 수렴시키기 위한 온도 제어기(51 내지 53)의 온도 설정값을 구한다. 다음에 제 1 장치(1A)에 있어서, 이들의 온도 설정값을 사용하여, 열처리용의 웨이퍼(W)를 산화 처리하여, 산화막을 형성한다. 그리고, 이 산화막의 두께를 측정하여, 이것을 기준 막두께로서 기록한다. 다음에 제 2 장치(1B)에 있어서, 온도 목표값 근방에서 열처리용의 웨이퍼(W)를 산화 처리하여, 산화막을 형성한다. 그리고 이 산화막의 두께를 측정하여, 기준 막두께와의 막두께 차를 구한다. 제 2 장치(1B)에 있어서의 산화 처리를 반복하여, 막두께 차가 "0"으로 될 때의 제 2 장치(1B)의 온도 제어기(51 내지 53)의 온도 설정값을 구한다. 이와 같이 하여 얻어진 온도 설정값에 근거하여, 제 2 장치(1B)의 온도 교정을 실행한다.

Description

열처리 장치의 온도 교정 방법{METHOD OF TEMPERATURE-CALIBRATING HEAT TREATING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 종형 열처리 장치를 나타내는 사시도,

도 2는 도 1에 도시한 종형 열처리 장치의 단면도,

도 3은 실제의 웨이퍼의 온도 측정값과 온도 제어기의 온도 설정값과의 관계를 모식적으로 도시하는 설명도,

도 4는 온도 제어기의 온도 설정값을 임의의 값으로 설정하여 웨이퍼(W)에 산화 처리를 실행하고, 그 웨이퍼의 산화막의 막두께를 측정하는 상태를 나타내는 설명도,

도 5는 웨이퍼의 온도에 대한 레시피의 일례를 나타내는 온도 특성도,

도 6은 웨이퍼 산화막의 막두께를 측정하여, 그 측정 결과에 근거하여 온도 제어기의 온도 설정값을 조정하는 상태를 나타내는 설명도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 종형 열처리 노 1A: 참조 장치

1B: 장착 장치 2: 웨이퍼 보트

41: 처리실 42: 가열부

47, 48, 49: 히터 51, 52, 53: 온도 제어기

W: 반도체 웨이퍼 MW: 측정용 웨이퍼

본 발명은 반도체 처리에 있어서, 참조용의 제 1 열처리 장치에 의한 열처리 결과에 근거하여 제 2 열처리 장치의 온도 교정을 실행하는 방법에 관한 것이다. 또한, 여기서 반도체 처리란, 반도체 웨이퍼나 LCD 기판 등의 피처리 기판상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성하는 것에 의해, 해당 피처리 기판상에 반도체 장치나, 반도체 장치에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해서 실시되는 여러가지의 처리를 의미한다.

반도체 처리에 있어서, 한번에 다수개의 반도체 웨이퍼에 대하여 성막 처리, 산화 처리, 확산 처리 등의 열처리를 실행하는 배치식(batch type) 처리 장치로서 종형 열처리 장치가 알려져 있다. 종형 열처리 장치는 웨이퍼 보트라고 칭하여지는 유지구에 다수개의 웨이퍼를 수직 방향으로 간격을 두고 배열하여 유지하고, 이 유지구를 종형의 열처리실 안에 반입하여 열처리, 예컨대 산화 처리를 실행하기 위해서 사용된다.

웨이퍼를 열처리하는 경우, 웨이퍼의 온도를 정확히 제어해야 한다. 예컨대 산화 처리에 의해 웨이퍼상에 산화막을 형성하는 경우, 웨이퍼의 온도에 의해서 형성되는 막의 막두께에 영향이 미친다. 이 때문에 히터의 온도 제어기의 교정을 고정밀도로 실행해야 한다.

종래에는 온도 교정을 해야 하는 열처리 장치의 처리실내에 열전쌍을 장착한 웨이퍼를 넣어서 웨이퍼의 온도를 측정하고, 이 측정값과 온도 제어기의 지시값에 근거하여 교정을 실행한다. 예컨대, 일본 특허 공개 제 1991-145121 호에 개시된 종형 열처리 장치에 있어서는, 열전쌍을 장착한 웨이퍼의 온도와, 처리실내의 온도와, 히터의 온도와의 상관 관계에 근거하여, 해당 열처리 장치의 온도 제어가 실행된다. 그러나, 열전쌍을 장착한 웨이퍼를 열처리실내에 넣으면, 열전쌍을 이루는 금속이 열처리실내로 비산하여 부착되고, 부착된 금속이 처리 웨이퍼에 부착되어 금속 오염을 일으킬 우려가 있다.

한편, 열전쌍 대신에 웨이퍼로부터 방사되는 복사광을 포착하여 광전 소자에 의해 전기 신호로 변환하여, 웨이퍼의 온도를 측정하는 방사형 온도계를 이용하는 것이 검토되고 있다. 이 경우, 웨이퍼 이외의 부위로부터의 복사광도 수광부에 들어가기 때문에, 방사율의 보정이 어렵다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 피처리체를 오염시킬 우려가 없고, 또한 높은 정밀도로 열처리 장치의 온도 교정을 가능하게 하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 참조용의 제 1 열처리 장치에 의한 열처리 결과에 근거하 여 제 2 열처리 장치의 온도 교정을 실행하는 방법으로서, 상기 제 1 열처리 장치는 제 1 처리실과, 상기 제 1 처리실의 내부를 가열하기 위한 제 1 가열부와, 상기 제 1 가열부의 온도를 설정하기 위한 제 1 제어기를 포함하고, 상기 제 2 열처리 장치는 제 2 처리실과, 상기 제 2 처리실의 내부를 가열하기 위한 제 2 가열부와, 상기 제 2 가열부의 온도를 설정하기 위한 제 2 제어기를 포함하며, 여기서 상기 제 1 및 제 2 처리실은 서로 실질적으로 동일 구조를 가짐과 동시에, 상기 제 1 및 제 2 가열부는 서로 실질적으로 동일한 구조를 갖는, 상기 방법에 있어서,

온도 측정용의 측정용 기판을 상기 제 1 처리실내의 선택 위치에서 상기 제 1 가열부에 의해 가열하고, 상기 측정용 기판의 측정 온도를 온도 목표값에 수렴시키기 위한 상기 제 1 제어기의 제 1 온도 설정값을 구하는 온도 측정 공정과,

상기 제 1 제어기를 상기 제 1 온도 설정값으로 설정하고, 제 1 기판을 상기 제 1 처리실내의 상기 선택 위치에서 상기 제 1 가열부에 의해 가열하면서, 상기 제 1 기판상에 제 1 박막을 형성하는 1차측 열처리 공정으로서, 상기 제 1 박막은 그 성장 속도가 온도를 함수로서 변화하도록 선택된 선택 처리 압력 및 선택 처리 가스 조건으로 형성되는, 공정과,

상기 제 1 기판과 실질적으로 동일한 치수 및 재질을 갖는 제 2 기판을 상기 제 2 처리실내의 상기 선택 위치에 대응하는 위치에서 상기 제 2 가열부에 의해 가열하면서, 상기 제 2 기판상에 상기 제 1 박막과 동일한 재질의 제 2 박막을 상기 선택 처리 압력 및 선택 처리 가스 조건으로 형성하는 2차측 열처리 공정과,

상기 제 1 박막의 두께와 상기 제 2 박막의 두께가 동일하게 될 때의 상기 제 2 제어기의 제 2 온도 설정값을 구하고, 이에 의해 상기 제 2 제어기의 설정 온도가 상기 제 2 온도 설정값일 때에, 상기 제 2 처리실내의 상기 선택 위치에 대응하는 위치에서 상기 온도 목표값이 얻어지는 것으로 하여, 상기 제 2 열처리 장치를 온도 교정하는 교정 공정을 포함하는 열처리 장치의 온도 교정 방법이 제공된다.

본 발명의 실시예에 따른 온도 교정 방법에 있어서, 참조용의 제 1 종형 열처리 장치와, 온도 교정이 이루어지는 제 2 종형 열처리 장치가 언급된다. 양 열처리 장치는 동일한 디자인의 장치로서, 즉 양 장치의 각 부분은 서로 동일한 구조를 갖는다. 도 1 및 도 2는 이 디자인의 종형 열처리 장치를 나타내는 사시도 및 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 이 장치는 기밀인 반응관, 즉 처리실(41)과, 이 처리실(41)을 둘러싸는 가열부(42)를 포함하는 종형 열처리 노(1)를 구비한다. 처리실(41)은, 예컨대 석영제의 외관(41a) 및 내관(41b)으로 이루어지는 2중관 구조를 갖는다. 내관(41b)의 정상부에 구멍(40)이 복수개 형성되어, 구멍(40)을 통하여 외관(41a)과 내관(41b)이 연통된다. 외관(41a)의 바닥부 근방에 가스 공급관(43)이 접속되고, 내관(41b)의 바닥부 근방에 배기관(44)이 접속된다.

처리실(41)은 균열(均熱)용 용기(45)에 의해 피복되고, 또한 그 외측을 온도 제어부(5)에 의해 제어되는 가열부(42)가 둘러싼다. 가열부(42)는 처리실(41)내의 높이가 서로 상이한 수평 영역(zone)을 각각 가열하도록 복수개, 예컨대 상, 중, 하의 3단 히터(47, 48, 49)로 이루어진다. 히터(47 내지 49)는 저항발열체 등으로 이루어지고, 각각에 온도 제어부(5)의 온도 제어기(51, 52, 53)가 접속된다. 히터(47 내지 49)는 온도 제어기(51 내지 53)에 의해 공급 전력이 조정됨으로써, 발열량이 서로 독립적으로 제어된다. 즉, 온도 제어기(51 내지 53)는 웨이퍼 보트(유지구)(2)에 유지된 다수개의 반도체 웨이퍼(W)의 상부의 그룹, 중앙부의 그룹, 하부의 그룹의 온도를 각각 담당하도록 설정된다.

처리실(41)에 대하여, 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 웨이퍼 보트(2)가 수직 방향으로 이동됨으로써 로딩/언로딩된다. 웨이퍼 보트(2)는, 예컨대 상부판(21) 및 바닥판(22)과, 그것들을 접속하는 복수의 지주(23)로 형성된다. 지주(23)에는 수직 방향으로 간격을 두고 다수의 홈이 형성되고, 이들에 의해 웨이퍼를 위한 수평 지지 레벨이 규정된다. 이들의 홈에 웨이퍼(W)의 주연부를 삽입함으로써, 다수의 웨이퍼(W)가 수직 방향으로 간격을 두고 배열되어 유지된다.

웨이퍼 보트(2)는 처리실(41)의 하단부의 개구부(6)를 개폐하는 덮개(61) 위에 설치된 보온통(62) 위에 탑재된다. 덮개(61)는 보트 엘리베이터(3)에 설치되고, 보트 엘리베이터(3)가 덮개(61)를 승강시킴으로써, 처리실(41)에 대하여 웨이퍼 보트(2)의 로딩/언로딩이 실행된다.

다음에, 본 발명의 실시예에 따른 온도 교정 방법에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 참조용의 제 1 종형 열처리 장치는 참조 장치(1A)로서, 온도 교 정이 이루어지는 제 2 종형 열처리 장치는 장착 장치(1B)로서 언급하지만, 이들 장치(1A, 1B)는 전술하는 바와 같이 모두 도 1 및 도 2에 도시된 구조를 갖는다.

(온도 측정 공정)

참조용의 제 1 종형 열처리 장치로서, 예컨대 열처리 장치의 제조자측이 보유하는 참조 장치(1A)를 사용한다. 그리고, 도 3에 도시하는 바와 같이, 이 참조 장치(1A)의 처리실(41)내에 온도 측정용 웨이퍼(temperature measurement wafer)(MW)를 탑재한 웨이퍼 보트(2)를 로딩한다. 웨이퍼 보트(2)에는 측정용 웨이퍼(MW)에 부가하여, 통상의 웨이퍼(W)[장치(1A 및 1B)에서 열처리될 예정의 반도체 웨이퍼와 동일한 치수 및 재질을 갖는 것을 의미함]를 적절한 지지 레벨에, 필요하다면 지지 레벨이 완전히 채워질 될 때까지 탑재할 수 있다. 또한, 측정용 웨이퍼(MW)는 처리실(41)내의 각 히터(47 내지 49)에 의해 가열되는, 높이가 상이한 영역내의 각각에 적어도 1개 배치되도록 한다.

측정용 웨이퍼(MW)는, 예컨대 통상의 웨이퍼(W)[도 1 및 도 2에 도시된 종형 열처리 장치(1)에서 처리되는 제품용 반도체 웨이퍼]와 동일한 치수 및 재질의 기판(11)과, 그 기판(11)상에 배치된 열전쌍 등의 온도 측정 소자(12)를 갖는다. 만약 방사형 온도계를 사용한다면, 측정용 웨이퍼(MW)로서, 통상의 웨이퍼를 사용하는 것이 가능해진다. 또한, 열전쌍이 부착된 측정용 웨이퍼를 사용한 온도 측정 방법의 상세한 점은 미국 특허 제 5,616,264 호에 개시되어 있고, 그 개시 내용은 본 명세서에 참조로 인용 합체된다.

다음에, 처리실(41)내의 적당한 가열 온도의 목표값을 설정하고, 온도 제어 부(5)에 의해 가열부(42)의 발열량을 조정하면서, 측정용 웨이퍼(MW) 등의 가열을 개시한다. 이 때, 측정용 웨이퍼(MW)를 통하여 측정된 측정 온도를 온도 표시 장치(7)에 표시한다. 이 때문에, 온도 측정 소자(12)의 신호선은, 도 3에는 도시되어 있지 않지만, 웨이퍼 보트(2)의 바닥부로부터 덮개(61)를 거쳐서 처리실(41) 밖으로 도출되어, 온도 표시 장치(7)에 접속된다. 그리고, 측정 온도를 관찰하여, 측정 온도를 상기 온도 목표값에 수렴시키기 위한 온도 제어부(5)의 온도 설정값을 구한다.

도 3은 이 상태를 모식적으로 나타낸다. 각 히터(47 내지 49)의 가열 영역(가열 담당 범위)내에 측정용 웨이퍼(MW)를 유지하고, 그 온도 측정 소자(12)로부터의 측정 온도를 온도 표시 장치(7)의 각 표시부(71, 72, 73)에 각각 표시한다. 히터(47 내지 49)의 발열량은 온도 제어기(51 내지 53)에 의해 각각 조정된다. 즉, 각 온도 제어기(51 내지 53)에 의해, 대응하는 가열 영역의 측정용 웨이퍼(MW)의 온도가 조정된다.

예컨대, 온도 목표값이 900℃라고 하면, 온도 제어기(51 내지 53)의 온도 설정값을 조정하여, 대응하는 온도 표시부(71 내지 73)의 온도 표시가 900℃로 되도록 한다. 도 3에 있어서는, 온도 제어기(51 내지 53)의 온도 설정값이 각각 902℃, 898℃, 901℃(이들의 수치는 설명의 편의상의 수치임)일 때, 각 가열 영역의 측정용 웨이퍼(MW)의 온도가 900℃로 된다. 이렇게 해서, 가열 영역마다 웨이퍼(MW)가 온도 목표값(이 예에서는 900℃)으로 될 때의 온도 제어기(51 내지 53)의 온도 설정값을 구하여, 이들을 1차측 온도 설정값으로서 기록한다.

또한, 필요하다면, 900℃ 이외의 복수의 온도 목표값을 설정하여, 복수의 온도 목표값의 각각에 대하여 이 온도 측정 공정을 실행한다. 이에 의해, 900℃ 이외의 온도 목표값에 대해서도 온도 제어기(51 내지 53)의 온도 설정값을 얻을 수 있다.

(1차측 열처리 공정)

다음에, 참조 장치(1A)의 처리실(41)내에 열처리용의 통상의 웨이퍼(W)를 온도 측정 공정과 동일 형태로 탑재한 웨이퍼 보트(2)를 로딩한다. 그리고, 각 온도 제어기(51 내지 53)를 900℃용의 1차측 온도 설정값으로 설정하여 산화 처리를 실행하여, 웨이퍼(W)에 산화막을 형성한다. 또한, 여기서 웨이퍼 보트(2)에 통상의 웨이퍼(W)를 온도 측정 공정과 동일 형태로 탑재하는 것은 전술한 온도 측정 공정에 있어서의 측정용 웨이퍼(MW)와 통상의 웨이퍼(W)의 합계와 동일한 수의 통상의 웨이퍼(W)를 온도 측정 공정과 동일한 지지 레벨에 배치하는 것을 의미한다. 특히, 온도 측정 공정에서 측정용 웨이퍼(MW)를 배치한 지지 레벨에는 이 1차측 열처리 공정에서 반드시 웨이퍼(W)를 배치하여 열처리를 실행하도록 한다.

도 4의 상부는 이 상태를 모식적으로 도시한다. 도 4에 있어서, 중간단의 가열 영역에 대응하는 온도 제어기(52)에 대해서만 도시한다. 그러나, 상단 및 하단의 온도 제어기(51, 53)에 대해서도 마찬가지로 900℃용의 온도 설정값으로 설정된다.

도 5는 처리 웨이퍼(W)에 대하여 산화 처리를 실행하는 경우의 가열 영역의 온도에 관한 방법의 일례이다. 예컨대, 300℃에서 웨이퍼(W)를 열처리 노(1)내에 반입(로딩)하고, 처리 온도(이 예에서는 900℃)까지 승온한다. 온도 안정후에 예컨대 산소 가스를 열처리 노(1)내에 공급하여 웨이퍼(W)에 대하여 산화 처리를 실행하여, 어닐링 후에 감온한다. 여기서, 각 온도 제어기(51 내지 53)를 900℃용의 온도 설정값으로 설정하여, 웨이퍼(W)의 처리 온도를 900℃에 맞추도록 한다. 이 때, 처리 압력 및 처리 가스 조건은 산화막의 성장 속도가 온도의 함수로서 변화하도록 선택한다.

다음에, 산화 처리를 실행한 웨이퍼(W)에 대하여, 도 4의 하부에 도시하는 바와 같이 막두께 측정 장치(8), 예컨대 엘립소미터(ellipsometer)에 의해 산화막의 막두께를 측정한다. 그리고, 이것을 1차측 열처리 공정에 의해서 얻어진 900℃에 있어서의 기준 막두께로서 기록한다. 또한 막두께의 수치는 설명의 편의상의 수치이다.

다음에, 처리 온도를 조금 바꾸어, 예컨대 905℃로 바꾸어 마찬가지의 방법에 의해 동일한 산화 처리를 실행하여, 산화막의 막두께를 측정한다. 동일한 산화 처리란 웨이퍼(W)의 로딩시의 온도, 승온 속도 등, 처리 온도 이외에는 동일한 방법인 것을 의미한다. 또한, 전술한 온도 측정 공정에 있어서, 900℃ 이외의 온도 목표값으로서 905℃를 사용하여 온도 제어기(51 내지 53)의 온도 설정값을 미리 구해 놓으면, 해당 공정에서 정확히 905℃의 처리 온도를 얻을 수 있다. 그러나, 905℃용의 온도 제어기(51 내지 53)의 온도 설정값을 미리 구하지 않은 경우에도, 900℃부터의 온도차는 근소하기 때문에, 거의 정확히 905℃의 처리 온도를 얻을 수 있다.

이렇게 해서, 900℃일 때의 산화막의 막두께와, 905℃일 때의 산화막의 막두께에 근거하여, 기준 막두께의 변화량과, 처리 온도의 변화량의 관계를 대표하는 조정 데이터를 얻을 수 있다. 본 실시예에 있어서, 조정 데이터로서, 처리 온도를 1℃ 변화시키면 막두께가 얼마만큼 변화하는가를 나타내는 막두께 온도 계수(막두께 변화량/온도 변화량)를 사용한다. 예컨대, 일례로서 처리 온도가 900℃ 및 905℃일 때의 막두께가 각각 11.0㎚ 및 11.6㎚라고 하면, 막두께 온도 계수는 (11.6-11.0)/(905-900)=0.12㎚/℃로 된다. 또한 도 4에서는 설명의 편의상, 중간단의 히터(48)의 가열 영역의 웨이퍼(W) 및 온도 제어기(52)에 대하여 기재하였지만, 당연히 다른 히터(47, 49)의 가열 영역의 웨이퍼(W)에 대해서도 마찬가지의 수속이 실행된다.

(2차측 열처리 공정)

전술한 온도 측정 공정 및 1차측 열처리 공정은 예컨대 종형 열처리 장치의 제조자측에서 실행된다. 한편, 종형 열처리 장치의 사용자측에서는, 예컨대 처리 온도 900℃일 때의 기준 막두께, 처리 방법, 막두께 온도 계수의 정보를 제조자측으로부터 수취하여 이하와 같이 하여 온도 교정을 실행한다.

즉, 도 6에 도시하는 바와 같이 온도 교정이 이루어지는 제 2 종형 열처리 장치로서, 사용자측의 장착 장치(1B)를 사용한다. 그리고, 장착 장치(1B)의 처리실(41)내에, 열처리용의 통상의 웨이퍼(W)를 1차측 열처리 공정과 동일 형태로 탑재한 웨이퍼 보트(2)를 로딩한다. 그리고, 각 온도 제어기(51 내지 53)를 900℃용의 임의의 온도 설정값으로 설정하여 산화 처리를 실행하여, 웨이퍼(W)에 산화막을 형성한다. 여기서, 1차측 열처리 공정에서 산화막의 막두께를 측정한 웨이퍼(W)를 배치한 지지 레벨에는, 이 2차측 열처리 공정에서도 반드시 웨이퍼(W)를 배치하여 열처리를 실행하도록 한다.

도 6에 있어서, 중간단의 가열 영역에 대응하는 온도 제어기(52)에 대해서만 도시한다. 그러나, 상단 및 하단의 온도 제어기(51, 53)에 대해서도 마찬가지로 이하의 조작이 실행된다.

2차측 열처리 공정은 1차측 열처리 공정과 동일한 조건으로 실행되는 것을 기본으로 한다. 즉, 이 산화 처리에 있어서는, 도 5에 도시된 방법에 따라서, 처리실(41)내의 각 가열 영역의 승온, 온도 유지, 및 감온을 실행한다. 또한, 처리 압력 및 처리 가스 조건도 1차측 열처리 공정에서 선택된 조건과 동일하게 한다.

다음에, 산화 처리를 실행한 웨이퍼(W)에 대하여 막두께 측정 장치(8)에 의해 산화막의 막두께를 측정한다. 예컨대, 온도 제어기(52)의 온도 설정값을 898℃로 설정한 경우, 이 온도 제어기(52)가 제조자측의 참조 장치(1A)의 그것과 완전 동일하면, 웨이퍼(W)의 처리 온도는 900℃로 된다. 그러나, 참조 장치(1A)와 장착 장치(1B) 사이에서는, 양자가 동일한 디자인이더라도, 개체 차가 존재하기 때문에, 통상적으로 처리 온도는 900℃로 되지 않으며, 따라서 산화막의 막두께도 11.0㎚로는 되지 않는다.

그래서, 2차측 열처리 공정에서 측정한 막두께와, 전술한 1차측 열처리 공정에서 얻어진 기준 막두께와의 차를 구한다. 웨이퍼(W)의 처리 온도가 900℃이면, 이 차는 "0"이지만, 900℃가 아니면 "0"으로는 되지 않아, 임의의 값(막두께 차)으 로 된다. 한편, 이 산화막의 막두께 온도 계수를 이미 얻었으므로, 전술한 2차측 열처리 공정에 있어서, 막두께 차와 막두께 온도 계수에 근거하여 처리 온도가 900℃에서 몇 ℃ 차이가 나는지를 알 수 있다.

다음에, 이 온도의 차이만큼 온도 제어기(52)의 온도 설정값을 조정하여, 대응하는 가열 영역이 900℃로 되도록 한다. 마찬가지로, 온도 제어기(51, 53)의 온도 설정값도 온도의 차이만큼 조정한다. 그리고, 장착 장치(1B)의 처리실(41)내에, 새로운 웨이퍼(W)를 탑재한 웨이퍼 보트(2)를 로딩하여, 다시 한 번 2차측 열처리 공정을 실행한다.

즉, 여기서 필요한 온도 설정값의 조정량은 온도차(온도 변화량)= 막두께 차(막두께 변화량)/막두께 온도 계수의 식에 근거하여 얻어진다. 예컨대 1차측 열처리 공정에서 얻어진 기준 막두께보다도, 2차측 열처리 공정에서 얻어진 막두께가 0.24㎚ 크면(즉, 막두께 차가 0.24㎚이면), 온도차는 0.24(㎚)/0.12(㎚/℃)=2℃로 된다. 이 경우, 2차측 열처리 공정은 902℃에서 열처리가 실행된 것으로 추측되기 때문에, 다음 2차측 열처리 공정에서는 온도 제어기(52)의 온도 설정값을 2℃ 낮게 하여 처리를 실행하도록 한다.

이렇게 하여, 2차측 열처리 공정에서 얻어진 막두께가 1차측 열처리 공정에서 얻어진 기준 막두께와 동일하게 될 때까지, 2차측 열처리 공정을 반복하여 실행한다. 그리고, 온도 제어기(51 내지 53)의 각각에 대하여, 2차측 열처리 공정에서 얻어진 막두께가 상기 기준 막두께와 동일하게 될 때의 온도 설정값을 구하여, 이들을 2차측 온도 설정값으로서 기록한다. 즉, 이들의 2차측 온도 설정값은 참조 장치(1A)에서 설정한 온도 목표값인 900℃에 대응한다.

따라서, 사용자측의 장착 장치(1B)에 있어서, 온도 제어기(51 내지 53)의 설정 온도가 각각의 2차측 온도 설정값일 때에, 처리실(41)내의 상단, 중간단, 하단의 가열 영역에 있어서 온도 목표값인 900℃가 얻어진다고 하여, 장치(1B)를 온도 교정한다. 이렇게 해서, 가열 영역의 실제의 온도와 온도 제어기(51 내지 53)의 온도 설정값과의 관계를 기록하여, 이 관계를 기초로 가열함으로써, 웨이퍼의 온도를 정확히 제어할 수 있다.

전술한 실시예에 의하면, 미리 참조 장치(1A)내에서의 측정용 웨이퍼(MW)의 온도를 열전쌍 등의 온도 측정 소자(12)에 의해 검출함과 동시에, 그 온도에서 통상의 웨이퍼(W)에 대하여 열처리인 열산화 처리를 실행하여, 산화막의 막두께를 검출한다. 다음에, 온도 교정을 실행하는 장착 장치(1B)에서, 동일한 처리를 실행하여, 산화막의 막두께를 매체로 하여 온도 제어부(5)의 온도 교정을 실행한다. 이 때문에, 온도 교정을 실행하는 장착 장치(1B)내에는 온도 측정 소자(12)를 넣지 않아도 되기 때문에, 장착 장치(1B)내에서 나중에 처리되는 웨이퍼(W)에 대하여 열전쌍 등의 온도 측정 소자(12)를 원인으로 하는 금속 오염을 피할 수 있다.

전술한 실시예에서는, 온도 측정 공정에 있어서 온도 표시부(71 내지 73)에서 표시되는 900℃에 대한 온도 제어기(51 내지 53)의 설정값을 1차측 열처리 공정에서 그대로 사용하여 산화 처리를 실행한다. 그러나, 1차측 열처리 공정에 있어서, 예컨대 온도 제어기(51 내지 53)의 지시값을 수회 조정하여 예컨대 5℃만큼 작게 하여 산화 처리를 실행하여, 895℃에 있어서의 기준 막두께를 얻을 수도 있다. 이 경우에는, 산화막의 막두께를 거쳐서 895℃를 온도 목표값으로 하여 장착 장치(1B)를 온도 교정한다. 이와 같이, 온도 측정 공정에 있어서 사용하는 임의의 온도 목표값과, 잠재적인 실제의 온도 목표값이 상이한 경우에도, 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

또한, 전술한 실시예에서는, 900℃ 및 905℃의 2가지의 처리 온도를 설정하여, 실제로 막두께 온도 계수를 구한다. 그러나, 이 막두께 온도 계수는 미리 실험에 의해 구한 값을 이용하여도 무방하다.

막두께의 성장 속도는 일반적으로 하기 수학식 1의 식으로 나타내고, 이것을 온도(T)에 대하여 편미분하면 수학식 2의 식을 얻을 수 있다.

(수학식 1)

V=A·exp(-E/KT)

(수학식 2)

{∂V/∂T}/V=(E/K·T2)*100[%/℃]

단지, V는 막두께의 성장 속도, K는 볼트만 상수, T는 절대 온도, E는 활성화 에너지이다. 수학식 2의 식은 막두께 온도 계수를 나타내기 때문에, 실험에서 구한 활성화 에너지, 온도, 막두께를 대입하면, 막두께 온도 계수의 값이 구해진다.

막두께 온도 계수를 이용하면, 온도 제어부(5)의 온도 설정값을 용이하게 목표값에 접근시켜, 맞출 수 있다. 그러나, 막두께 온도 계수를 이용하지 않고, 시행 착오로 온도 설정값을 조정하여 막두께가 동일하게 되도록 처리를 반복하여도 무방하다. 또한, 전술한 설명에서는 열처리 장치의 제조자측, 사용자측으로 나누어 일반적인 모델을 기재하였지만, 사용자측에서 상기의 공정을 모두 실행하여도 무방하다.

또한, 열처리로서는 산화 처리에 한정하지 않고, 예컨대 암모니아와 디클로로실란을 이용하여 질화막을 성막하는 경우 등, 임의의 성막 처리로 할 수 있다. 또한, 온도 측정 공정에 있어서 측정용 웨이퍼의 온도를 측정하는 경우, 열전쌍 등의 온도 측정 소자(12)를 이용하지 않고서, 방사 온도계 등을 이용하여도 무방하다. 또한, 본 발명에 관한 온도 교정 방법은 배치식의 열처리 장치에 한정하지 않고, 1개씩 열처리를 실행하는 낱장식의 열처리 장치에 대해서도 적용할 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 피처리체를 오염시킬 우려가 없이, 또한 높은 정밀도로 열처리 장치의 온도 교정을 수행할 수 있다.

Claims

참조용의 제 1 열처리 장치에 의한 열처리 결과에 근거하여 제 2 열처리 장치의 온도 교정을 실행하는 방법으로서, 상기 제 1 열처리 장치는 제 1 처리실과, 상기 제 1 처리실의 내부를 가열하기 위한 제 1 가열부와, 상기 제 1 가열부의 온도를 설정하기 위한 제 1 제어기를 포함하고, 상기 제 2 열처리 장치는 제 2 처리실과, 상기 제 2 처리실의 내부를 가열하기 위한 제 2 가열부와, 상기 제 2 가열부의 온도를 설정하기 위한 제 2 제어기를 포함하며, 여기서 상기 제 1 및 제 2 처리실은 서로 실질적으로 동일 구조를 가짐과 동시에, 상기 제 1 및 제 2 가열부는 서로 실질적으로 동일한 구조를 갖는, 상기 열처리 장치의 온도 교정 방법에 있어서,

온도 측정용의 측정용 기판을 상기 제 1 처리실내의 선택 위치에서 상기 제 1 가열부에 의해 가열하고, 상기 측정용 기판의 측정 온도를 온도 목표값에 수렴시키기 위한 상기 제 1 제어기의 제 1 온도 설정값을 구하는 온도 측정 공정과,

상기 제 1 제어기를 상기 제 1 온도 설정값으로 설정하고, 제 1 기판을 상기 제 1 처리실내의 상기 선택 위치에서 상기 제 1 가열부에 의해 가열하면서, 상기 제 1 기판상에 제 1 박막을 형성하는 1차측 열처리 공정으로서, 상기 제 1 박막은 그 성장 속도가 온도를 함수로서 변화하도록 선택된 선택 처리 압력 및 선택 처리 가스 조건으로 형성되는, 공정과,

상기 제 1 기판과 실질적으로 동일한 치수 및 재질을 갖는 제 2 기판을 상기 제 2 처리실내의 상기 선택 위치에 대응하는 위치에서 상기 제 2 가열부에 의해 가열하면서, 상기 제 2 기판상에 상기 제 1 박막과 동일한 재질의 제 2 박막을 상기 선택 처리 압력 및 선택 처리 가스 조건으로 형성하는 2차측 열처리 공정과,

상기 제 1 박막의 두께와 상기 제 2 박막의 두께가 동일하게 될 때의 상기 제 2 제어기의 제 2 온도 설정값을 구하고, 이에 의해 상기 제 2 제어기의 설정 온도가 상기 제 2 온도 설정값일 때에, 상기 제 2 처리실내의 상기 선택 위치에 대응하는 위치에서 상기 온도 목표값이 얻어지는 것으로 하여, 상기 제 2 열처리 장치를 온도 교정하는 교정 공정을 포함하는

열처리 장치의 온도 교정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 온도 설정값을 구하기 위해서, 상기 2차측 열처리 공정을 복수의 제 2 기판에 대응하여 복수회 실행하고, 여기서 상기 복수의 제 2 기판 사이에서 상기 제 2 제어기를 상이한 온도 설정값으로 설정하는

열처리 장치의 온도 교정 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 복수의 제 2 기판에 대응하여 상기 제 2 열처리 공정을 복수회 실행할 때, 상기 제 1 박막의 막두께의 변화량과, 상기 제 1 박막을 형성할 때의 온도의 변화량과의 관계를 대표하는 조정 데이터에 근거하여, 상기 제 2 제어기를 상기 상이한 온도 설정값으로 설정하는

열처리 장치의 온도 교정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 측정용 기판은 그 위에 배치된 온도 측정 소자를 포함하는

열처리 장치의 온도 교정 방법.
참조용의 제 1 종형 열처리 장치에 의한 열처리 결과에 근거하여, 실질적으로 동일한 윤곽 치수를 갖는 복수의 피처리 기판에 대하여 동시에 열처리를 실시하기 위한 제 2 종형 열처리 장치의 온도 교정을 실행하는 방법으로서, 상기 제 1 열처리 장치는 제 1 처리실과, 상기 제 1 처리실의 내부의 상이한 높이 레벨의 영역을 가열하도록 배치된 복수의 제 1 히터를 갖는 제 1 가열부와, 상기 제 1 히터의 온도를 각각 설정하기 위한 복수의 제 1 제어기를 포함하고, 상기 제 2 열처리 장치는 제 2 처리실과, 상기 제 2 처리실의 내부의 상이한 높이 레벨의 영역을 가열하도록 배치된 복수의 제 2 히터를 갖는 제 2 가열부와, 상기 제 2 히터의 온도를 각각 설정하기 위한 복수의 제 2 제어기를 포함하며, 여기서 상기 제 1 및 제 2 처리실은 서로 실질적으로 동일한 구조를 가짐과 동시에, 상기 제 1 및 제 2 가열부는 서로 실질적으로 동일 구조를 갖는, 상기 열처리 장치의 온도 교정 방법에 있어서,

온도 측정용의 복수의 측정용 기판을 상기 제 1 처리실의 상기 영역내에 각각 위치하는 복수의 선택 위치에서 상기 제 1 히터의 각각에 의해 가열하고, 상기 각 측정용 기판의 측정 온도를 온도 목표값에 수렴시키기 위한 상기 각 제 1 제어기의 제 1 온도 설정값을 구하는 온도 측정 공정과,

상기 각 제 1 제어기를 상기 제 1 온도 설정값으로 설정하고, 복수의 제 1 기판을 상기 제 1 처리실내의 상기 선택 위치의 각각에서 상기 제 1 히터의 각각에 의해 가열하면서, 상기 각 제 1 기판상에 제 1 박막을 형성하는 1차측 열처리 공정으로서, 상기 제 1 박막은 그 성장 속도가 온도의 함수로서 변화하도록 선택된 선택 처리 압력 및 선택 처리 가스 조건으로 형성되는, 공정과,

상기 제 1 기판과 실질적으로 동일한 치수 및 재질을 갖는 복수의 제 2 기판을 상기 제 2 처리실내의 상기 선택 위치에 각각 대응하는 위치에서 상기 제 2 히터의 각각에 의해 가열하면서, 상기 각 제 2 기판상에 상기 제 1 박막과 동일한 재질의 제 2 박막을 상기 선택 처리 압력 및 선택 처리 가스 조건으로 형성하는 2차측 열처리 공정과,

상기 제 1 박막의 두께와 상기 제 2 박막의 두께가 동일하게 될 때의, 상기 각 제 2 제어기의 제 2 온도 설정값을 구하고, 이에 의해 상기 각 제 2 제어기의 설정 온도가 상기 제 2 온도 설정값일 때에, 상기 제 2 처리실내의 상기 선택 위치에 각각 대응하는 위치에서 상기 온도 목표값이 얻어지는 것으로 하여, 상기 제 2 종형 열처리 장치를 온도 교정하는 교정 공정을 포함하는

열처리 장치의 온도 교정 방법.