KR101149170B1 - 열처리 장치, 열처리 장치의 온도 조정 방법, 및 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체 - Google Patents

열처리 장치, 열처리 장치의 온도 조정 방법, 및 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 온도 조정을 용이하게 행할 수 있는 열처리 장치, 열처리 장치의 온도 조정 방법, 및 프로그램을 제공하는 것이다.
열처리 장치(1)의 제어부(50)는 반도체 웨이퍼(W)에 SiO2막을 성막하고, SiO2막이 면내 균일성을 만족시키는지 여부를 판별한다. 제어부(50)는 면내 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면 면내 균일성을 만족시키는 예비 가열부(23)의 온도를 산출한다. 제어부(50)는 산출한 예비 가열부(23)의 온도로 변경한 처리 조건에서 반도체 웨이퍼(W)에 SiO2막을 성막하고, 예비 가열부(23)의 온도 조정을 행한다. 또한, 제어부(50)는 면내 균일성을 만족시킨다고 판별하면, 면간 균일성에 대해서도 같은 순서로 히터(11 내지 15)의 온도 조정을 행한다.
열처리 장치, 반도체 웨이퍼, 예비 가열부, 압력 조정부, 보트 엘리베이터

Description

열처리 장치, 열처리 장치의 온도 조정 방법, 및 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체{HEAT TREATMENT APPARATUS, TEMPERATURE ADJUSTMENT METHOD FOR HEAT TREATMENT APPARATUS AND RECORDING MEDIUM RECORDING COMPUTER PROGRAM}
본 특허 출원은, 2008년 3월 17일에 제출된 일본 출원인 특허 출원 제2008-67754, 2008년 3월 17일에 제출된 일본 출원인 특허 출원 제2008-67755, 2009년 1월 21일에 제출된 일본 출원인 특허 출원 제2009-11383, 2009년 1월 21일에 제출된 일본 출원인 특허 출원 제2009-11384의 이익을 향수한다. 이들의 선 출원에 있어서의 모든 개시 내용은 인용함으로써 본 명세서의 일부가 된다.
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리체를 열처리하는 열처리 장치, 열처리 장치의 온도 조정 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서는 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼의 성막 처리 등을 행하는 열처리 장치가 사용되고 있다. 이 열처리 장치에서는, 예를 들어 성막하기 위해 박막의 종류, 막 두께 등에 따라서, 처리 온도, 처리 압력, 가스 유량 등의 처리 조건을 기입한 레시피가 준비되어 있고, 이 레시피를 선택함으로써 미리 정해진 처리 조건을 기초로 한 열처리가 행해진다.
그런데, 이와 같은 처리 조건을 기초로 한 열처리를 행해도, 예를 들어 성막 가스가 공급되는 노즐 근방에서는 그 온도가 낮아지기 쉽기 때문에, 성막 가스가 충분한 활성 상태로 되지 않는 경우가 있다. 이와 같이, 성막 가스가 충분한 활성 상태로 되지 않으면, 반도체 웨이퍼에 대한 막 부착이 나빠지고, 예를 들어 반도체 웨이퍼에 형성되는 박막의 막 두께 균일성이 나빠져 버린다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 예를 들어 특허문헌 1에는 성막 가스를 처리 용기 내로 공급하기 직전에 예비 가열 장치에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼에 형성되는 박막의 막 두께 균일성을 향상시킬 수 있는 성막 방법 및 성막 장치가 제안되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2003-209099호 공보
그런데, 이와 같은 장치를 사용하여 미리 정해진 처리 조건을 기초로 한 열처리를 행해도, 장치의 개체차의 영향이나, 처리하는 반도체 웨이퍼의 종류에 따라 반도체 웨이퍼에 형성되는 박막의 막 두께 균일성이 나빠지는 경우가 있다. 이로 인해, 장치의 조작자는 경험이나 감을 기초로 하여 히터 및 예비 가열 장치의 온도를 조정하여, 반도체 웨이퍼의 표면에 성막되는 박막의 막 두께 균일성을 확보하고 있다.
이와 같이, 성막 처리에 있어서, 열처리 장치나 프로세스에 관한 지식이나 경험이 없는 조작자가 반도체 웨이퍼에 형성되는 박막의 막 두께 균일성을 확보하는 것은 곤란하다. 이로 인해, 이러한 사람들이라도 반도체 웨이퍼에 형성되는 박막의 막 두께 균일성을 확보할 수 있도록 온도 조정을 용이하게 행할 수 있는 열처 리 장치 등이 요구되고 있다.
본 발명은, 상기 실상에 비추어 이루어진 것으로, 온도 조정을 용이하게 행할 수 있는 열처리 장치, 열처리 장치의 온도 조정 방법 및 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명은, 복수매의 피처리체를 수용하는 처리실 내와, 이 처리실 내를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과, 상기 처리 가스 공급 수단에 의해 공급되는 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하기 전에 가열하는 예비 가열 수단과, 상기 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도, 상기 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도, 처리의 면내 균일성 및 처리의 면간 균일성을 포함하는, 처리 내용에 따른 처리 조건을 기억하는 처리 조건 기억 수단과, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하는 처리 수단과, 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면내 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하고, 상기 면내 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 당해 면내 균일성을 만족시키는 온도를 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 처리 가스 온도 조정 수단과, 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하고, 상기 면간 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 가열 수단에 의해 가열하는 처리실 내의 온도가 당해 면간 균일성을 만족시키는 온도를 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도를 상기 산출한 처리실 내의 온도로 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리실 내의 온도를 조정하는 처리실 온도 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
본원 발명은, 상기 처리실 온도 조정 수단은, 상기 처리 가스 온도 조정 수단에 의해 처리 가스의 온도가 조정되었을 때, 상기 처리 가스의 온도가 조정된 처리 조건에서 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과를 기초로 하여 처리의 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
본원 발명은, 상기 처리 내용은 성막 처리인 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
본원 발명은, 상기 처리실은 복수의 영역(zone)으로 구분되어, 상기 가열 수단은 상기 처리실 내의 영역마다 온도 설정 가능한 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
본원 발명은, 복수매의 피처리체를 수용하는 처리실과, 이 처리실 내를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과, 상기 처리 가스 공급 수단에 의해 공급되는 처리 가스를 상기 처리실 내에 공 급하기 전에 가열하는 예비 가열 수단과, 상기 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도, 상기 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도, 처리의 면내 균일성 및 처리의 면간 균일성을 포함하는, 처리 내용에 따른 처리 조건을 기억하는 처리 조건 기억 수단과, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하는 처리 수단을 구비하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이며, 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면내 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 공정과, 상기 면내 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 당해 면내 균일성을 만족시키는 온도를 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 공정을 포함하는 처리 가스 온도 조정 공정과, 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 공정과, 상기 면간 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 가열 수단에 의해 가열하는 처리실 내의 온도가 당해 면간 균일성을 만족시키는 온도를 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도를 상기 산출한 처리실 내의 온도로 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리실 내의 온도를 조정하는 공정을 포함하는 처리실 온도 조정 공정을 구비하고, 상기 처리 가스 온도 조정 공정 및 상기 처리실 온도 조정 공정 중 한쪽 공정을 행한 후에 다른 쪽 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이다.
본원 발명은, 상기 처리 가스 온도 조정 공정을 행한 후에 상기 처리실 온도 조정 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이다.
본원 발명은, 상기 처리 내용은 성막 처리인 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이다.
본원 발명은, 상기 처리실은 복수의 영역으로 구분되어, 상기 가열 수단은 상기 처리실 내의 영역마다 온도 설정 가능하고, 상기 처리실 온도 조정 공정에서는 상기 처리실 내의 영역마다 온도를 조정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이다.
본원 발명은, 컴퓨터에 열처리 장치의 온도 조정 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램에 있어서, 열처리 장치의 온도 조정 방법은, 복수매의 피처리체를 수용하는 처리실과, 이 처리실 내를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과, 상기 처리 가스 공급 수단에 의해 공급되는 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하기 전에 가열하는 예비 가열 수단과, 상기 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도, 상기 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도, 처리의 면내 균일성 및 처리의 면간 균일성을 포함하는, 처리 내용에 따른 처리 조건을 기억하는 처리 조건 기억 수단과, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하는 처리 수단을 구비하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이며, 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과 가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면내 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 공정과, 상기 면내 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 당해 면내 균일성을 만족시키는 온도를 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 공정을 포함하는 처리 가스 온도 조정 공정과, 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 공정과, 상기 면간 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 가열 수단에 의해 가열하는 처리실 내의 온도가 당해 면간 균일성을 만족시키는 온도를 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도를 상기 산출한 처리실 내의 온도로 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리실 내의 온도를 조정하는 공정을 포함하는 처리실 온도 조정 공정을 구비하고, 상기 처리 가스 온도 조정 공정 및 상기 처리실 온도 조정 공정 중 한쪽 공정을 행한 후에 다른 쪽 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램이다.
본원 발명은, 복수매의 피처리체를 수용하는 처리실 내와, 이 처리실을 가열하는 가열 수단과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 복수의 처리 가스 공급 수단과, 상기 복수의 처리 가스 공급 수단에 각각 설치되어, 상기 처리 가스 공급 수단에 의해 공급되는 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하기 전에 가열하는 복수 의 예비 가열 수단과, 상기 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도, 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 각각의 온도, 처리의 면내 균일성 및 처리의 면간 균일성을 포함하는, 처리 내용에 따른 처리 조건을 기억하는 처리 조건 기억 수단과, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하는 처리 수단과, 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면내 균일성 및 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하고, 이들 중 어느 하나를 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 당해 면내 균일성 및 면간 균일성을 만족시키는 온도를 각각 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 각각 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 처리 가스 온도 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
본원 발명은, 상기 처리 내용은 성막 처리인 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
본원 발명은, 상기 처리 조건 기억 수단에 기억되는 처리 조건에는, 성막된 박막의 평균 막 두께에 관한 조건이 포함되고, 상기 처리 가스 온도 조정 수단은, 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 평균 막 두께에 관한 조건을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 상기 면내 균일성, 상기 면간 균일성 및 상기 평균 막 두께에 관한 조 건을 만족시키는 온도를 각각 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 각각의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
본원 발명은, 상기 처리실은 복수의 영역으로 구분되고, 상기 가열 수단은 상기 처리실 내의 영역마다 온도 설정 가능한 것을 특징으로 하는 열처리 장치이다.
본원 발명은, 복수매의 피처리체를 수용하는 처리실과, 이 처리실 내를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 복수의 처리 가스 공급 수단과, 상기 복수의 처리 가스 공급 수단에 각각 설치되어, 상기 처리 가스 공급 수단에 의해 공급되는 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하기 전에 가열하는 복수의 예비 가열 수단과, 상기 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도, 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 각각의 온도, 처리의 면내 균일성, 및 처리의 면간 균일성을 포함하는, 처리 내용에 따른 처리 조건을 기억하는 처리 조건 기억 수단과, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하는 처리 수단을 구비하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이며, 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면내 균일성 및 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 판별 공정과, 이들 중 어느 하나를 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 당해 면내 균일성 및 면간 균일성을 만 족시키는 온도를 각각 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 각각 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 처리 가스 온도 조정 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이다.
본원 발명은, 상기 처리 내용은 성막 처리인 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이다.
본원 발명은, 상기 처리 조건 기억 수단에 기억되는 처리 조건에는 성막된 박막의 평균 막 두께에 관한 조건이 포함되고, 상기 판별 공정에서는, 또한 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 평균 막 두께에 관한 조건을 만족시키는지 여부를 판별하는 동시에, 처리 가스 온도 조정 공정에서는 평균 막 두께에 관한 조건을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 상기 면내 균일성, 상기 면간 균일성 및 상기 평균 막 두께에 관한 조건을 만족시키는 온도를 각각 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 각각 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이다.
본원 발명은, 상기 처리실은 복수의 영역으로 구분되고, 상기 가열 수단은 상기 처리실 내의 영역마다 온도 설정 가능한 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이다.
본원 발명은, 컴퓨터에, 열처리 장치의 온도 조정 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램에 있어서, 열처리 장치의 온도 조정 방법은, 복수매의 피처리체를 수용하는 처리실과, 이 처리실 내를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 복수의 처리 가스 공급 수단과, 상기 복수의 처리 가스 공급 수단에 각각 설치되어, 상기 처리 가스 공급 수단에 의해 공급되는 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하기 전에 가열하는 복수의 예비 가열 수단과, 상기 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도, 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 각각의 온도, 처리의 면내 균일성 및 처리의 면간 균일성을 포함하는, 처리 내용에 따른 처리 조건을 기억하는 처리 조건 기억 수단과, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하는 처리 수단을 구비하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이며, 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면내 균일성 및 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 판별 공정과, 이들 중 어느 하나를 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 당해 면내 균일성 및 면간 균일성을 만족시키는 온도를 각각 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 각각 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 처리 가스 온도 조정 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램이다.
본 발명에 따르면, 온도 조정을 용이하게 행할 수 있다.
(제1 실시 형태)
이하, 본 발명의 열처리 장치, 열처리 장치의 온도 조정 방법 및 프로그램을, 도 1에 도시하는 뱃치(batch)식 종형의 열처리 장치에 적용한 경우를 예로 본 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 성막용 가스로서, 디클로로실란(SiH2Cl2)과 일산화이질소(N2O)를 사용하여, 반도체 웨이퍼에 SiO2막을 형성하는 경우를 예로 본 발명을 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 열처리 장치(1)는 대략 원통 형상으로 천장이 있는 반응관(처리실)(2)을 구비하고 있다. 반응관(2)은 그 길이 방향이 수직 방향으로 향하도록 배치되어 있다. 반응관(2)은 내열 및 내부식성이 우수한 재료, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다.
반응관(2)의 하측에는 대략 원통 형상의 매니폴드(3)가 설치되어 있다. 매니폴드(3)는 그 상단부와 반응관(2)의 하단부가 기밀하게 접합되어 있다. 매니폴드(3)에는 반응관(2) 내의 가스를 배기하기 위한 배기관(4)이 기밀하게 접속되어 있다. 배기관(4)에는 밸브, 진공 펌프 등으로 이루어지는 압력 조정부(5)가 설치되어 있고, 반응관(2) 내를 원하는 압력(진공도)으로 조정한다.
매니폴드(3)[반응관(2)]의 하방에는 덮개(6)가 배치되어 있다. 덮개(6)는 보트 엘리베이터(7)에 의해 상하 이동 가능하게 구성되고, 보트 엘리베이터(7)에 의해 덮개(6)가 상승하면 매니폴드(3)[반응관(2)]의 하방측(노구 부분)이 폐쇄되고, 보트 엘리베이터(7)에 의해 덮개(6)가 하강하면 반응관(2)의 하방측(노구 부분)이 개방되도록 배치되어 있다.
덮개(6)의 상부에는, 보온통(단열체)(8)을 사이에 두고 웨이퍼 보트(9)가 설치되어 있다. 웨이퍼 보트(9)는 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼(W)를 수용(보유 지지)하는 웨이퍼 보유 지지구이며, 본 실시 형태에서는 반도체 웨이퍼(W)가 수직 방향으로 소정의 간격을 두고 복수매, 예를 들어 150매 수용 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 웨이퍼 보트(9)에 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여, 보트 엘리베이터(7)에 의해 덮개(6)를 상승시킴으로써, 반도체 웨이퍼(W)가 반응관(2) 내에 로드된다.
반응관(2)의 주위에는 반응관(2)을 둘러싸도록, 예를 들어 저항 발열체로 이루어지는 히터부(10)가 설치되어 있다. 이 히터부(10)에 의해 반응관(2)의 내부가 소정 온도로 가열되고, 이 결과, 반도체 웨이퍼(W)가 소정 온도로 가열된다. 히터부(10)는 예를 들어 5단으로 배치된 히터(11 내지 15)로 구성되고, 히터(11 내지 15)에는 각각 전력 컨트롤러(16 내지 20)가 접속되어 있다. 이로 인해, 이 전력 컨트롤러(16 내지 20)에 각각 독립하여 전력을 공급함으로써, 히터(11 내지 15)를 각각 독립적으로 원하는 온도로 가열할 수 있다. 이와 같이, 반응관(2) 내는 이 히터(11 내지 15)에 의해, 후술하는 도 3에 도시한 바와 같은 5개의 영역으로 구분되어 있다.
또한, 매니폴드(3)에는 반응관(2) 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급관(21)이 설치되어 있다. 처리 가스 공급관(21)에는 유량 조정부(22)와, 예비 가열부(23)가 설치되어 있다. 유량 조정부(22)는 처리 가스의 유량을 조정하기 위한 매스 플로우 컨트롤러(MFC) 등으로 구성되어 있다. 예비 가열부(23)는, 예를 들어 처리 가스 공급관(21)에 접속된 석영 용기의 외부에 가열 히터 등을 권취한 구조로 형성되어 있다. 이로 인해, 처리 가스 공급관(21)으로부터 공급되는 처리 가스는 유량 조정부(22)에 의해 원하는 유량으로 조정되어, 예비 가열부(23)에 의해 원하는 온도로 가열되어 반응관(2) 내에 공급된다.
또한, 열처리 장치(1)는 반응관(2) 내의 가스 유량, 압력, 처리 분위기의 온도 등의 처리 매개 변수를 제어하기 위한 제어부(컨트롤러)(50)를 구비하고 있다. 제어부(50)는 유량 조정부(22), 압력 조정부(5), 전력 컨트롤러(16 내지 20) 등에 제어 신호를 출력한다. 도 2에 제어부(50)의 구성을 도시한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제어부(50)는 모델 기억부(51)와, 레시피 기억부(52)와, ROM(53)과, RAM(54)과, I/O 포트(55)와, CPU(56)와, 이들을 서로 접속하는 버스(57)로 구성되어 있다.
모델 기억부(51)에는 히터(11 내지 15)의 온도, 및 예비 가열부(23)의 온도를 산출하는 데 필요한 모델이 기억되어 있다. 구체적으로는, 모델 기억부(51)에는 히터(11 내지 15)의 온도와 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모델과, 예비 가열부(23)의 온도와 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모델이 기억되어 있다. 또한, 이들 모델의 상세에 대해서는 후술한다.
레시피 기억부(52)에는 이 열처리 장치에서 실행되는 성막 처리의 종류에 따라서 제어 순서를 정하는 프로세스용 레시피가 기억되어 있다. 프로세스용 레시피는 사용자가 실제로 행하는 처리(프로세스)마다 준비되는 레시피로, 반응관(2)에의 반도체 웨이퍼(W)의 로드로부터 처리된 반도체 웨이퍼(W)를 언로드할 때까지의, 각 부의 온도의 변화, 반응관(2) 내의 압력 변화, 가스 공급의 개시 및 정지의 타이밍과 공급량 등을 규정한다. 또한, 프로세스용 레시피에는 성막된 박막의 면내 균일성(면내 막 두께차), 면간 균일성(면간 막 두께차), 평균 막 두께에 관한 제약 조건이 기억되어 있다.
ROM(53)은 EEPROM, 플래시 메모리, 하드 디스크 등으로 구성되고, CPU(56)의 동작 프로그램 등을 기억하는 기록 매체이다.
RAM(54)은 CPU(56)의 작업 영역 등으로서 기능한다.
I/O 포트(55)는 온도, 압력, 가스의 유량에 관한 측정 신호를 CPU(56)에 공급하는 동시에, CPU(56)가 출력하는 제어 신호를 각 부[전력 컨트롤러(16 내지 20), 유량 조정부(22), 압력 조정부(5)]로 출력한다. 또한, I/O 포트(55)에는 조작자가 열처리 장치(1)를 조작하는 조작 패널(58)이 접속되어 있다.
CPU(Central Processing Unit)(56)는 제어부(50)의 중추를 구성하고, ROM(53)에 기억된 동작 프로그램을 실행하고, 조작 패널(58)로부터의 지시에 따라서 레시피 기억부(52)에 기억되어 있는 프로세스용 레시피를 따라 열처리 장치(1)의 동작을 제어한다.
또한, CPU(56)는 모델 기억부(51)에 기억되어 있는 모델과, 반도체 웨이 퍼(W)의 막 두께 데이터 및 필요한 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께를 기초로 하여 히터(11 내지 15)의 온도와, 예비 가열부(23)의 온도를 산출한다. 그리고, 히터(11 내지 15) 및 예비 가열부(23)의 온도가 산출된 온도가 되도록, 전력 컨트롤러(16 내지 20) 등에 제어 신호를 출력하여 이들 온도를 조정한다. 또한, CPU(56)는 대응하는 레시피 기억부(52)에 기억되어 있는 히터(11 내지 15), 및 예비 가열부(23)의 온도를 산출한 온도로 갱신한다.
버스(57)는 각 부 사이에서 정보를 전달한다.
다음에, 모델 기억부(51)에 기억되어 있는 모델에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이, 모델 기억부(51)에는 히터(11 내지 15)의 온도와 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모델과, 예비 가열부(23)의 온도와 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모델이 기억되어 있다.
히터(11 내지 15)의 온도와 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모델로서, 본 실시 형태에서는 히터(11 내지 15)의 온도와 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계식[후술하는 식 (2)]이 기억되어 있다. 이 관계식은, 히터의 온도를 1℃ 변화시켰을 때, 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께가 얼만큼 변화하는지를 나타낸 식이다.
일반적으로, CVD(화학 증착법)와 같은 성막 처리에 있어서의 반응 속도(성막 속도)는 이하의 식 1로 나타낸다.
Figure 112009015552944-pat00001
여기서, V는 반응 속도(성막 속도), A는 빈도 인자, Ea는 활성화 에너지, k는 볼쯔만 상수, T는 절대 온도이다. 또한, 활성화 에너지 -Ea라 함은 성막 프로세스의 종류에 의해 결정되고, 본 예의 반응에서는 1.8(eV)이다.
이 식 1을 온도 T로 편미분하면, 이하의 식 2를 얻을 수 있다.
Figure 112009015552944-pat00002
이 식 2의 {dThickness/dt}가 온도와 막 두께의 관계를 나타내고, 히터(11 내지 15)의 온도를 1℃ 변화시켰을 때의 막 두께 변화량이 된다. 이 식 2에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께를 원하는 막 두께로 하기 위한 히터(11 내지 15)의 온도가 산출된다.
예비 가열부(23)의 온도와 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모델은 예비 가열부(23)의 온도를 1℃ 변화시켰을 때, 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께가 얼만큼 변화하는지를 나타낸 모델이다. 도 4에 이 모델의 일례를 나타낸다.
일반적으로, 예비 가열부(23)의 온도를 높게 하면 성막하기 쉬워진다. 이 경향은 반도체 웨이퍼(W)의 중심과 단부에 형성되는 박막의 막 두께에도 영향을 미친다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 수용 위치(ZONE)에 의해서도 반도체 웨이퍼(W)에 형성되는 박막의 막 두께에 영향을 미친다. 이로 인해, 이 모델에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이 예비 가열부(23)의 온도를 400℃, 500℃, 600℃, 및 700℃로부터 1℃ 상승시켰을 때의 박막의 막 두께 변화량을 나타내고 있다. 또한, 이 모델에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 중심(센터 : Ctr) 및 중심으로부터의 거리 150㎜(에지 : Edge)에 형성된 박막의 막 두께 변화량을 나타내고 있다. 또한, 이 모델에서는, ZONE 1 내지 ZONE 5에 수용된 반도체 웨이퍼(W)(슬롯)마다 반도체 웨이퍼(W)에 형성되는 막 두께의 변화량을 나타내고 있다. 또한, 예비 가열부(23)의 온도가, 예를 들어 550℃와 같이 이 이외의 온도인 경우에는, 막 두께 변화량의 데이터를 가중 평균함으로써 이 모델을 사용할 수 있다.
이 모델의 작성에 있어서는, 예비 가열부(23)의 온도 이외의 조건을 고정하여, 예비 가열부(23)의 온도를 변화시키고, 형성된 박막에 대해 센터 및 에지에 형성된 박막의 막 두께를 측정하여 1℃당 막 두께 변화량을 산출하였다. 예를 들어, 예비 가열부(23)의 온도가 700℃인 경우, 예비 가열부(23)의 온도를 695℃와 705℃로 하여 형성된 박막에 대해, 센터, 및 에지에 형성된 박막의 막 두께를 측정하고, 양자의 차(막 두께 변화량)를 10(℃)으로 나눔으로써, 1℃당 막 두께 변화량을 산출하였다.
또한, 예비 가열부(23)의 온도와 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모델이나 히터(11 내지 15)와 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모델은, 히터(11 내지 15) 및 예비 가열부(23)의 온도 조정이 가능하도록, 이들 온도를 1℃ 변화시켰을 때에 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께가 얼만큼 변화하는 지를 나타낼 수 있는 것이면 되고, 이들 이외의 다양한 모델을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 이들 모델은 프로세스 조건이나 장치의 상태에 의해 디폴트의 수치가 최적이 아닌 경우도 생각할 수 있으므로, 온도를 계산하는 소프트웨어에 확장 칼만 필터 등을 부가하여, 학습 기능을 탑재하고, 막 두께-온도 모델의 학습을 행하는 것이라도 좋다. 이 칼만 필터에 의한 학습 기능에 대해서는, 예를 들어 미국 특허 제5,991,525호 공보 등에 개시되어 있는 방법을 이용할 수 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 열처리 장치(1)를 사용하여, 히터(11 내지 15) 및 예비 가열부(23)의 온도를 조정하는 온도 조정 방법(온도 조정 처리)에 대해 설명한다. 이 온도 조정 처리는 성막 처리를 행하기 전의 셋업의 단계에서 행해도 좋고, 성막 처리와 동시에 행해도 좋다. 도 5는 온도 조정 처리를 설명하기 위한 흐름도이다.
조작자는 조작 패널(58)을 조작하여, 프로세스 종별, 본 예에서는, 디클로로실란과 일산화이질소(N2O)의 SiO2막의 성막(DCS-HTO)을 선택하는 동시에, 타겟으로 하는 SiO2막의 막 두께를 입력한다.
또한, 조작자는 성막에 있어서의 제약 조건이 있으면, 조작 패널(58)을 조작하여 제약 조건을 입력해도 좋다. 제약 조건으로서는, 예를 들어 프로세스 시간(예를 들어, 20 내지 30분), 예비 가열부(23)나 히터(11 내지 15)의 온도의 범위(예를 들어, 600 내지 800℃), 목표로 하는 면내 균일성(면내 막 두께차), 면간 균 일성(면간 막 두께차), 평균 막 두께 등이 있다.
제어부(50)[CPU(56)]는 우선 프로세스 종별 등이 입력되었는지 여부를 판별한다(스텝 S1). CPU(56)는, 필요한 정보가 입력되어 있다고 판별하면(스텝 S1 ; 예), 입력된 프로세스 종별에 대응하는 프로세스용 레시피를 레시피 기억부(52)로부터 판독한다(스텝 S2). 프로세스용 레시피에는, 도 6에 도시한 바와 같이 디클로로실란과 일산화이질소를 사용한 일반적인 SiO2막의 프로세스 조건 등이 기억되어 있다.
다음에, CPU(56)는 보트 엘리베이터(7)[덮개(6)]를 강하시켜, 적어도 각 ZONE 1 내지 ZONE 5에 반도체 웨이퍼(W)(모니터 웨이퍼)를 탑재한 웨이퍼 보트(9)를 덮개(6) 상에 배치한다. 계속해서, CPU(56)는 보트 엘리베이터(7)[덮개(6)]를 상승시켜 웨이퍼 보트(9)(모니터 웨이퍼)를 반응관(2) 내에 로드한다. 그리고, CPU(56)는 레시피 기억부(52)로부터 판독한 레시피에 따라서, 전력 컨트롤러(16 내지 20), 유량 조정부(22), 압력 조정부(5) 등을 제어하여, 모니터 웨이퍼에 SiO2막을 성막한다(스텝 S3).
CPU(56)는 성막 처리가 종료되면, 보트 엘리베이터(7)[덮개(6)]를 강하시켜 SiO2막이 성막된 모니터 웨이퍼를 언로드하고, 이 모니터 웨이퍼를, 예를 들어 도시하지 않은 측정 장치로 반송하여, 모니터 웨이퍼에 성막된 SiO2막의 막 두께를 측정시킨다(스텝 S4). 측정 장치에서는, 각 모니터 웨이퍼에 형성된 SiO2막의 성막 두 께를 측정하면, 측정한 SiO2막의 막 두께 데이터를 열처리 장치(1)[CPU(56)]에 송신한다.
CPU(56)는 측정된 SiO2막의 막 두께 데이터를 수신하면, 이 막 두께 데이터를 가공한다(스텝 S5). 이는, 측정된 SiO2막의 막 두께 데이터가, 도 7에 도시한 바와 같이 반도체 웨이퍼(W)의 중심의 1점과 단부측의 8점의 합계 9점으로 많기 때문이다. 본 실시 형태에서는, 측정된 SiO2막의 막 두께 데이터를, 반도체 웨이퍼(W)의 중심과 단부의 합계 2점으로 데이터를 가공한다.
구체적으로는, 취득한 막 두께 데이터의 웨이퍼 면내의 막 두께 분포 곡선을 최소 제곱법에 의해 산출한다. 즉, 반도체 웨이퍼(W)에 형성된 막 두께 Y를, 반도체 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리 X의 이차함수(Y=aX2+b)로서 나타내고, 수신한 막 두께 데이터로부터 a, b를 구함으로써, 도 8에 나타내는 근사 곡선을 산출한다.
계속해서, 산출한 근사 곡선으로부터, 각 슬롯에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 중심(Ctr)의 막 두께 d0과, 반도체 웨이퍼(W) 중심으로부터의 거리 150㎜(Edge)의 막 두께 d1을 산출한다. 이에 의해, 도 7에 나타내는 막 두께 데이터를, 도 9에 나타낸 바와 같은 중심(Ctr) 1점과 단부(Edge) 1점의 합계 2점으로 이루어지는 막 두께 데이터로 가공한다.
다음에, CPU(56)는 판독한 레시피에 기억된 면내 균일성을 만족시키고 있는(면내 균일성 OK)지 여부를 판별한다(스텝 S6). 구체적으로는, CPU(56)는 가공된 막 두께 데이터의 단부(Edge)와 중심(Ctr)의 막 두께차가 레시피에 기억된 면내 막 두께차보다 작은지 여부를 판별한다. CPU(56)는 면내 균일성을 만족시키고 있지 않다고 판별하면(스텝 S6 ; 아니오), 예비 가열부(23)의 온도를 산출(조정)한다(스텝 S7).
예비 가열부(23)의 온도의 산출은 선형 계획법이나 2차 계획법 등의 최적화 알고리즘을 이용하여, 판독한 레시피에 기억된 면내 균일성보다 작게 하면서, 이 조건하에서 전체 포인트의 막 두께의 어긋남이 최소가 되는 온도를 산출한다. 구체적으로는, 도 10에 도시한 바와 같이, 모든 슬롯의 면내 막 두께차가 판독한 레시피에 기억된 면내 막 두께차보다 작아지고, 또한 가장 각 슬롯의 면내 막 두께차가 작아지는 예비 가열부(23)의 온도를 산출한다. 즉, 이 예비 가열부(23)의 온도의 산출에 있어서는, 각 슬롯의 막 두께나, 후술하는 면간 균일성 및 평균 막 두께를 고려할 필요는 없고, 예를 들어 각 슬롯의 막 두께가 매우 얇아져도 좋다. 또한, 이들에 대해서는, 후술하는 바와 같이 히터(11 내지 15)의 온도를 조정함으로써 개선된다. 계속해서, CPU(56)는 판독한 레시피의 예비 가열부(23)의 온도를 산출한 온도로 갱신하고(스텝 S8), 스텝 S3으로 복귀한다.
CPU(56)는 면내 균일성을 만족시키고 있다고 판별하면(스텝 S6 ; 예), 판독한 레시피에 기억된 면간 균일성 및 평균 막 두께를 만족시키고 있는(면간 균일성, 평균 막 두께 OK)지 여부를 판별한다(스텝 S9). CPU(56)는 면간 균일성 및 평균 막 두께를 만족시키고 있지 않다고 판별하면(스텝 S9 ; 아니오), 히터(11 내지 15)의 온도를 산출(조정)한다(스텝 S10).
히터(11 내지 15)의 온도의 산출은, 목표로 하는 막 두께와의 차를 구하여, 이 차를 보충하기 위한 히터의 온도 변화량을 모델 기억부(51)에 기억되어 있는 식 2를 이용하여 산출한다. 모델 기억부(51)에 기억되어 있는 식 2에, 본 예의 프로세스 조건인 온도 780℃, 막 두께 5㎚, 활성화 에너지 1.8eV 등을 대입하면, 히터(11 내지 15)의 온도를 1℃ 변화시켰을 때의 막 두께 변화량은 0.1(㎚/℃)이 된다. 예를 들어, 슬롯 115의 경우, 도 11에 도시한 바와 같이, 그 Ctr이 2.57㎚, Edge가 3.07㎚이며, 그 평균은 2.82㎚이다. 목표의 5㎚에는 2.18㎚의 차가 있으므로, 히터(15)의 온도 변화량은 2.18(㎚)/0.1(㎚/℃)=21.8℃가 된다. 이로 인해, 도 12에 도시한 바와 같이, 히터(15)의 온도를 종래보다 21.8℃ 높은 751.8℃로 함으로써, 막 두께를 5㎚로 할 수 있다.
같은 순서에 의해, 히터(11 내지 14)의 온도 변화량을 구하여, 히터(11 내지 14)의 온도를 산출한다. 계속해서, CPU(56)는 판독한 레시피의 히터(11 내지 15)의 온도를 도 12에 나타낸 바와 같이 산출한 온도로 갱신하고(스텝 S8), 스텝 S3으로 복귀한다. CPU(56)는 면간 균일성 및 평균 막 두께를 만족시키고 있다고 판별하면(스텝 S9 ; 예), 이 처리를 종료한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 프로세스 종별과, 타겟으로 하는 박막의 막 두께를 입력하는 것만으로, 히터(11 내지 15) 및 예비 가열부(23)의 온도를 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 성막되는 SiO2막의 막 두께 균일성을 확보할 수 있다. 이로 인해, 열처리 장치나 프로세스에 관한 지식이나 경험이 없는 조작자라도 온도 조정을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 반도체 웨이퍼(W)에 형성되는 SiO2막의 면내 균일성을 예비 가열부(23)의 온도로 조정하고, 면간 균일성 및 막 두께(평균 막 두께)를 히터(11 내지 15)의 온도로 조정하고 있다. 이로 인해, 히터(11 내지 15)와, 예비 가열부(23)의 온도 조정을 동시에 행하고 있지 않아, 외란이 저감되어 비교적 안정된 조정을 행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 변형, 응용이 가능하다. 이하, 본 발명에 적용 가능한 다른 실시 형태에 대해 설명한다.
상기 실시 형태에서는, 예비 가열부(23)의 온도를 조정한 후에 히터(11 내지 15)의 온도를 조정한 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 예비 가열부(23)의 온도 조정과 히터(11 내지 15)의 온도 조정을 각각 행하면 되고, 예를 들어 히터(11 내지 15)의 온도를 조정한 후에 예비 가열(23)의 온도를 조정해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 측정된 SiO2막의 막 두께 데이터를 가공한 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 측정된 SiO2막의 막 두께 데이터를 가공하지 않고, 예비 가열부(23) 및 히터(11 내지 15)의 온도를 조정해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, SiO2막 형성용 열처리 장치를 예로 본 발명을 설명하였지만, 처리의 종류는 임의로, 다른 종류의 막을 형성하는 CVD 장치, 산화 장치 등의 다양한 뱃치식 열처리 장치에 적용 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 성막 처리에 의해 형성된 막의 두께를 조정하는 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 예를 들어 불순물 확산 처리에서의 확산 농도 혹은 확산 깊이, 에칭률, 반사율, 매립 특성, 스텝 커버리지 등의 다양한 처리 결과의 적정화에 사용해도 좋다.
상기 실시 형태에서는 단관 구조의 뱃치식 열처리 장치의 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 예를 들어 반응관(2)이 내관과 외관으로 구성된 이중관 구조의 뱃치식 종형 열처리 장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 또한, 히터의 단수(영역의 수)나, 각 영역으로부터 추출하는 모니터 웨이퍼의 수 등은 임의로 설정 가능하다. 또한, 본 발명은 반도체 웨이퍼의 처리에 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 FPD 기판, 글래스 기판, PDP 기판 등의 처리에도 적용 가능하다.
본 발명의 실시 형태에 관한 제어부(50)는 전용 시스템에 의존하지 않고, 통상의 컴퓨터 시스템을 사용하여 실현 가능하다. 예를 들어, 범용 컴퓨터에, 상술한 처리를 실행하기 위한 프로그램을 저장한 기록 매체(플렉시블 디스크, CD-ROM 등)로부터 당해 프로그램을 인스톨함으로써, 상술한 처리를 실행하는 제어부(50)를 구성할 수 있다.
그리고, 이들 프로그램을 공급하기 위한 수단은 임의이다. 상술한 바와 같이 소정의 기록 매체를 통해 공급할 수 있는 것 외에, 예를 들어 통신 회선, 통신 네트워크, 통신 시스템 등을 통해 공급해도 좋다. 이 경우, 예를 들어 통신 네트워크의 게시판(BBS)에 당해 프로그램을 게시하여, 이를 네트워크를 통해 반송파에 중첩하여 제공해도 좋다. 그리고, 이와 같이 제공된 프로그램을 기동하여, OS의 제어하에서 다른 어플리케이션 프로그램과 마찬가지로 실행함으로써, 상술한 처리를 실행할 수 있다.
(제2 실시 형태)
이하, 본 발명의 열처리 장치, 열처리 장치의 온도 조정 방법, 및 프로그램을 도 13에 도시하는 뱃치식 종형의 열처리 장치에 적용한 경우를 예로 본 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 성막용 가스로서, 디클로로실란(SiH2Cl2)과 일산화이질소(N2O)를 사용하여, 반도체 웨이퍼에 SiO2막을 형성하는 경우를 예로 본 발명을 설명한다.
도 13에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 열처리 장치(1)는 대략 원통 형상이고 천장이 있는 반응관(처리실)(2)을 구비하고 있다. 반응관(2)은 그 길이 방향이 수직 방향으로 향하도록 배치되어 있다. 반응관(2)은 내열 및 내부식성이 우수한 재료, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다.
반응관(2)의 하측에는, 대략 원통 형상의 매니폴드(3)가 설치되어 있다. 매니폴드(3)는 그 상단부와 반응관(2)의 하단부가 기밀하게 접합되어 있다. 매니폴드(3)에는 반응관(2) 내의 가스를 배기하기 위한 배기관(4)이 기밀하게 접속되어 있다. 배기관(4)에는 밸브, 진공 펌프 등으로 이루어지는 압력 조정부(5)가 설치되어 있고, 반응관(2) 내를 원하는 압력(진공도)으로 조정한다.
매니폴드(3)[반응관(2)]의 하방에는 덮개(6)가 배치되어 있다. 덮개(6)는 보트 엘리베이터(7)에 의해 상하 이동 가능하게 구성되고, 보트 엘리베이터(7)에 의해 덮개(6)가 상승하면 매니폴드(3)[반응관(2)]의 하방측(노구 부분)이 폐쇄되고, 보트 엘리베이터(7)에 의해 덮개(6)가 하강하면 반응관(2)의 하방측(노구 부분)이 개방되도록 배치되어 있다.
덮개(6)의 상부에는, 보온통(단열체)(8)을 거쳐 웨이퍼 보트(9)가 설치되어 있다. 웨이퍼 보트(9)는 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼(W)를 수용(보유 지지)하는 웨이퍼 보유 지지구이며, 본 실시 형태에서는 반도체 웨이퍼(W)가 수직 방향으로 소정의 간격을 두고 복수매, 예를 들어 150매 수용 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 웨이퍼 보트(9)에 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여, 보트 엘리베이터(7)에 의해 덮개(6)를 상승시킴으로써, 반도체 웨이퍼(W)가 반응관(2) 내에 로드된다.
반응관(2)의 주위에는 반응관(2)을 둘러싸도록, 예를 들어 저항 발열체로 이루어지는 히터부(10)가 설치되어 있다. 이 히터부(10)에 의해 반응관(2)의 내부가 소정 온도로 가열되고, 이 결과, 반도체 웨이퍼(W)가 소정 온도로 가열된다. 히터부(10)는, 예를 들어 5단으로 배치된 히터(11 내지 15)로 구성되고, 히터(11 내지 15)에는 각각 전력 컨트롤러(16 내지 20)가 접속되어 있다. 이로 인해, 이 전력 컨트롤러(16 내지 20)에 각각 독립하여 전력을 공급함으로써, 히터(11 내지 15)를 각각 독립적으로 원하는 온도로 가열할 수 있다. 이와 같이, 반응관(2) 내는 이 히터(11 내지 15)에 의해, 후술하는 도 3에 나타내는 바와 같은 5개의 영역으로 구분되어 있다.
또한, 매니폴드(3)에는, 반응관(2) 내에 처리 가스를 공급하는 복수의 처리 가스 공급관이 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 매니폴드(3)에 3개의 처리 가 스 공급관(21a 내지 23a)이 설치되어 있다. 처리 가스 공급관(21a)은 매니폴드(3)의 측방으로부터 웨이퍼 보트(9)의 상부(TOP) 부근까지 연장되도록 형성되고 있다. 처리 가스 공급관(22a)은 매니폴드(3)의 측방으로부터 웨이퍼 보트(9)의 중앙(CTR) 부근까지 연장되도록 형성되어 있다. 처리 가스 공급관(23a)은 매니폴드(3)의 측방으로부터 웨이퍼 보트(9)의 하부(BTM) 부근까지 연장되도록 형성되고 있다.
각 처리 가스 공급관(21a 내지 23a)에는, 각각 유량 조정부(24a 내지 26a)와, 예비 가열부(27a 내지 29a)가 설치되어 있다. 유량 조정부(24a 내지 26a)는 처리 가스 공급관(21a 내지 23a) 내를 흐르는 처리 가스의 유량을 조정하기 위한 매스 플로우 컨트롤러(MFC) 등으로 구성되어 있다. 예비 가열부(27a 내지 29a)는, 예를 들어 처리 가스 공급관(21a 내지 23a)에 접속된 석영 용기의 외부에 가열 히터 등을 권취한 구조로 형성되어 있다. 또한, 예비 가열부(27a 내지 29a)는 각각 도시하지 않은 전력 컨트롤러가 접속되어 있다. 그리고, 이 전력 컨트롤러에 각각 독립하여 전력을 공급함으로써, 예비 가열부(27a 내지 29a)를 각각 독립적으로 원하는 온도로 가열할 수 있다. 이로 인해, 처리 가스 공급관(21a 내지 23a)으로부터 공급되는 처리 가스는 유량 조정부(24a 내지 26a)에 의해 원하는 유량으로 조정되고, 예비 가열부(27a 내지 29a)에 의해 원하는 온도로 가열되어 각각 반응관(2) 내에 공급된다.
또한, 열처리 장치(1)는 반응관(2) 내의 가스 유량, 압력, 처리 분위기의 온도 등의 처리 매개 변수를 제어하기 위한 제어부(컨트롤러)(50)를 구비하고 있다. 제어부(50)는 유량 조정부(24a 내지 26a), 예비 가열부(27a 내지 29)의 전력 컨트 롤러, 압력 조정부(5), 히터(11 내지 15)의 전력 컨트롤러(16 내지 20) 등에 제어 신호를 출력한다. 도 2는 제어부(50)의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제어부(50)는 모델 기억부(51)와, 레시피 기억부(52)와, ROM(53)과, RAM(54)과, I/O 포트(55)와, CPU(56)와, 이들을 서로 접속하는 버스(57)로 구성되어 있다.
모델 기억부(51)에는 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도를 산출하는 데 필요한 모델이 기억되어 있다. 구체적으로는, 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도와 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모델이 기억되어 있다. 또한, 이 모델의 상세에 대해서는 후술한다.
레시피 기억부(52)에는, 이 열처리 장치(1)에서 실행되는 성막 처리의 종류에 따라서 제어 순서를 정하는 프로세스용 레시피가 기억되어 있다. 프로세스용 레시피는 사용자가 실제로 행하는 처리(프로세스)마다 준비되는 레시피이며, 반응관(2)으로의 반도체 웨이퍼(W)의 로드부터 처리된 반도체 웨이퍼(W)를 언로드할 때까지의, 각 부의 온도의 변화, 반응관(2) 내의 압력 변화, 가스 공급의 개시 및 정지의 타이밍, 공급량 등을 규정한다. 또한, 프로세스용 레시피에는 이 성막 처리에 의해 성막된 박막의 면내 균일성(면내 막 두께차), 면간 균일성(면간 막 두께차), 평균 막 두께에 관한 제약 조건이 기억되어 있다.
ROM(53)은 EEPROM, 플래시 메모리, 하드 디스크 등으로 구성되고, CPU(56)의 동작 프로그램 등을 기억하는 기록 매체이다.
RAM(54)은 CPU(56)의 작업 영역 등으로서 기능한다.
I/O 포트(55)는 온도, 압력, 가스의 유량에 관한 측정 신호를 CPU(56)에 공급하는 동시에, CPU(56)가 출력하는 제어 신호를 각 부[압력 조정부(5), 히터(11 내지 15)의 전력 컨트롤러(16 내지 20), 유량 조정부(24a 내지 26a), 예비 가열부(27a 내지 29a)의 전력 컨트롤러 등]로 출력한다. 또한, I/O 포트(55)에는 조작자가 열처리 장치(1)를 조작하는 조작 패널(58)이 접속되어 있다.
CPU(Central Processing Unit)(56)는 제어부(50)의 중추를 구성하고, ROM(53)에 기억된 동작 프로그램을 실행하고, 조작 패널(58)로부터의 지시에 따라서 레시피 기억부(52)에 기억되어 있는 프로세스용 레시피를 따라 열처리 장치(1)의 동작을 제어한다.
또한, CPU(56)는 모델 기억부(51)에 기억되어 있는 모델과, 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께 데이터 및 필요한 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께를 기초로 하여 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도를 산출한다. 그리고, 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도가 산출된 온도가 되도록, 전력 컨트롤러 등에 제어 신호를 출력하여 이들의 온도를 조정한다. 또한, CPU(56)는 대응하는 레시피 기억부(52)에 기억되어 있는 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도를 산출한 온도로 갱신한다.
버스(57)는 각 부 사이에서 정보를 전달한다.
다음에, 모델 기억부(51)에 기억되어 있는 모델에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이, 모델 기억부(51)에는 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도와 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모델이 기억되어 있다. 이 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도와 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모 델은, 예비 가열부(27a 내지 29a)의 각각의 온도를 1℃ 변화시켰을 때, 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께가 얼만큼 변화하는지를 나타낸 모델이다. 도 14에 이 모델의 일례를 나타낸다.
일반적으로, 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도를 높게 하면 성막하기 쉬워진다. 이 경향은 반도체 웨이퍼(W)의 중심과 단부에 형성되는 박막의 막 두께에도 영향을 미친다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 수용 위치(ZONE)에 따라서도 반도체 웨이퍼(W)에 형성되는 박막의 막 두께에 영향을 미친다. 이로 인해, 이 모델에서는, 도 14에 도시한 바와 같이 예비 가열부(27a 내지 29a)의 각각에 대해, 이 온도를 400℃, 500℃, 600℃ 및 700℃로부터 1℃ 상승시켰을 때의 박막의 막 두께 변화량을 나타내고 있다. 또한, 이 모델에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 중심(센터 : Ctr) 및 중심으로부터의 거리 150㎜(에지 : Edge)에 형성된 박막의 막 두께 변화량을 나타내고 있다. 또한, 이 모델에서는, ZONE 1 내지 ZONE 5에 수용된 반도체 웨이퍼(W)(슬롯)마다 반도체 웨이퍼(W)에 형성되는 막 두께의 변화량을 나타내고 있다. 또한, 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도가, 예를 들어 550℃와 같이 이 이외의 온도인 경우에는, 막 두께 변화량의 데이터를 가중 평균함으로써 이 모델을 사용할 수 있다.
이 모델의 작성에 있어서는, 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도 이외의 조건을 고정하여, 예비 가열부(27a 내지 29a) 중 어느 하나의 온도를 변화시켜, 형성된 박막에 대해 센터 및 에지에 형성된 박막의 막 두께를 측정하여, 1℃당 막 두께 변화량을 산출하였다. 예를 들어, 예비 가열부(29a)의 온도가 700℃인 경우, 예비 가열부(29a)의 온도를 695℃와 705℃로 하여 형성된 박막에 대해, 센터 및 에지에 형성된 박막의 막 두께를 측정하고, 양자의 차(막 두께 변화량)를 10(℃)으로 나눔으로써, 1℃당 막 두께 변화량을 산출하였다.
또한, 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도와 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모델은, 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도 조정이 가능하도록, 이들 온도를 1℃ 변화시켰을 때에 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께가 얼만큼 변화하는지를 나타낼 수 있는 것이면 되고, 이들 이외의 다양한 모델을 사용해도 좋다.
또한, 이 모델은 프로세스 조건이나 장치의 상태에 의해 디폴트의 수치가 최적이 아닌 경우도 생각할 수 있으므로, 온도를 계산하는 소프트웨어에 확장 칼만 필터 등을 부가하여, 학습 기능을 탑재하고, 막 두께-온도 모델의 학습을 행하는 것이라도 좋다. 이 칼만 필터에 의한 학습 기능에 대해서는, 예를 들어 미국 특허 제5,991,525호 공보 등에 개시되어 있는 방법을 이용할 수 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 열처리 장치(1)를 사용하여, 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도를 조정하는 온도 조정 방법(온도 조정 처리)에 대해 설명한다. 이 온도 조정 처리는 성막 처리를 행하기 전의 셋업의 단계에서 행해도 성막 처리와 동시에 행해도 좋다. 도 15는 온도 조정 처리를 설명하기 위한 흐름도이다.
조작자는 조작 패널(58)을 조작하여, 프로세스 종별, 본 예에서는 디클로로실란과 일산화이질소(N2O)의 SiO2막의 성막(DCS-HTO)을 선택하는 동시에, 타겟으로 하는 SiO2막의 막 두께를 입력한다.
또한, 조작자는 성막에 있어서의 제약 조건이 있으면, 조작 패널(58)을 조작하여 제약 조건을 입력해도 좋다. 제약 조건으로서는, 예를 들어 프로세스 시간(예를 들어, 20 내지 30분), 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도의 범위(예를 들어, 600 내지 800℃), 목표로 하는 면내 균일성(면내 막 두께차), 면간 균일성(면간 막 두께차), 평균 막 두께 등이 있다.
우선, 제어부(50)[CPU(56)]는 프로세스 종별 등이 입력되었는지 여부를 판별한다(스텝 S1). CPU(56)는 필요한 정보가 입력되어 있다고 판별하면(스텝 S1 ; 예), 입력된 프로세스 종별에 대응하는 프로세스용 레시피를 레시피 기억부(52)로부터 판독한다(스텝 S2). 프로세스용 레시피에는, 도 16에 도시한 바와 같이 디클로로실란과 일산화이질소를 사용한 일반적인 SiO2막의 프로세스 조건 등이 기억되어 있다.
다음에, CPU(56)는 보트 엘리베이터(7)[덮개(6)]를 강하시켜, 적어도 각 ZONE 1 내지 ZONE 5에 반도체 웨이퍼(W)(모니터 웨이퍼)를 탑재한 웨이퍼 보트(9)를 덮개(6) 상에 배치한다. 계속해서, CPU(56)는 보트 엘리베이터(7)[덮개(6)]를 상승시켜, 웨이퍼 보트(9)(모니터 웨이퍼)를 반응관(2) 내에 로드한다. 그리고, CPU(56)는 레시피 기억부(52)로부터 판독한 레시피에 따라서, 압력 조정부(5), 히터(11 내지 15)의 전력 컨트롤러(16 내지 20), 유량 조정부(24a 내지 26a), 예비 가열부(27a 내지 29a)의 전력 컨트롤러 등을 제어하여, 모니터 웨이퍼에 SiO2막을 성막한다(스텝 S3).
CPU(56)는 성막 처리가 종료되면, 보트 엘리베이터(7)[덮개(6)]를 강하시켜, SiO2막이 성막된 모니터 웨이퍼를 언로드하고, 이 모니터 웨이퍼를, 예를 들어 도시하지 않은 측정 장치에 반송하여, 모니터 웨이퍼에 성막된 SiO2막의 막 두께를 측정시킨다(스텝 S4). 측정 장치에서는, 각 모니터 웨이퍼에 형성된 SiO2막의 막 두께를 측정하면, 측정한 SiO2막의 막 두께 데이터를 열처리 장치(1)[CPU(56)]에 송신한다.
CPU(56)는 측정된 Si02막의 막 두께 데이터를 수신하면, 이 막 두께 데이터를 가공한다(스텝 S5). 이는, 측정된 SiO2막의 막 두께 데이터가, 도 17에 도시한 바와 같이 반도체 웨이퍼(W)의 중심의 1점과 단부측의 8점의 합계 9점으로 많기 때문이다. 본 실시 형태에서는, 측정된 Si02막의 막 두께 데이터를, 반도체 웨이퍼(W)의 중심과 단부의 합계 2점으로 데이터를 가공한다.
구체적으로는, 취득한 막 두께 데이터의 웨이퍼 면내의 막 두께 분포 곡선을 최소 제곱법에 의해 산출하여, 산출한 막 두께 분포 곡선으로부터 반도체 웨이퍼(W)의 중심 및 단부의 막 두께 데이터로 가공한다. 즉, 반도체 웨이퍼(W)에 형성된 막 두께 Y를 반도체 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리 X의 이차함수(Y=aX2+b)로서 나타내고, 수신한 막 두께 데이터로부터 a, b를 구함으로써, 도 8에 나타내는 근사 곡선을 산출한다. 계속해서, 산출한 근사 곡선으로부터, 각 슬롯에 대해, 반도체 웨이퍼(W)의 중심(Ctr)의 막 두께 d0과, 반도체 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 거리 150㎜(Edge)의 막 두께 d1을 산출한다. 이에 의해, 도 17에 나타내는 막 두께 데이터가 도 18에 나타내는 중심(Ctr) 1점과 단부(Edge) 1점의 합계 2점으로 이루어지는 막 두께 데이터로 가공된다.
다음에, CPU(56)는 가공한 막 두께 데이터가 판독한 레시피에 기억된 면내 균일성, 면간 균일성 및 평균 막 두께에 관한 제약 조건을 만족시키고 있는지 여부를 판별한다(스텝 S6). 예를 들어, 면내 균일성을 만족시키고 있는지 여부의 판별에서는, CPU(56)는 가공된 막 두께 데이터의 단부(Edge)와 중심(Ctr)의 막 두께차가 레시피에 기억된 면내 막 두께차보다 작은지 여부를 판별한다. 면간 균일성을 만족시키고 있는지 여부의 판별에서는, CPU(56)는 영역 1(슬롯 11)과 영역 5(슬롯 115)의 가공된 막 두께 데이터의 평균 막 두께(단부와 중심과의 평균 막 두께)가 레시피에 기억된 면간 막 두께차보다 작은지 여부를 판별한다. 평균 막 두께를 만족시키고 있는지 여부의 판별에서는, CPU(56)는 가공된 막 두께 데이터의 평균 막 두께가 레시피에 기억된 평균 막 두께의 조건을 만족시키고 있는지 여부를 판별한다.
CPU(56)는 면내 균일성, 면간 균일성 및 평균 막 두께에 관한 제약 조건 중 어느 하나를 만족시키고 있지 않다고 판별하면(스텝 S6 ; 아니오), 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도를 산출(조정)한다(스텝 S7).
예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도의 산출은 선형 계획법이나 2차 계획법 등 의 최적화 알고리즘을 이용하여, 판독한 레시피에 기억된 면내 균일성, 면간 균일성 및 평균 막 두께에 관한 제약 조건을 만족시키면서, 이 조건하에서 전체 포인트의 막 두께의 어긋남이 최소가 되는 온도를 각각 산출한다. 예를 들어, 도 19에 나타낸 바와 같이, 각 슬롯의 중심 및 단부에 대해 목표와의 막 두께의 차를 구하여, 도 14에 나타내는 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도와 각 반도체 웨이퍼(W)의 막 두께의 관계를 나타내는 모델로부터, 면내 균일성, 면간 균일성 및 평균 막 두께에 관한 제약 조건을 만족시키면서, 가장 목표와의 막 두께의 차가 작아지는 예비 가열부(27a 내지 29a)의 각각의 온도를 최적화 알고리즘을 이용하여 산출한다.
계속해서, CPU(56)는 판독한 레시피의 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도를 산출한 온도로 갱신하고(스텝 S8), 스텝 S3으로 복귀한다. CPU(56)는 면내 균일성, 면간 균일성 및 평균 막 두께에 관한 제약 조건을 만족시키고 있다고 판별하면(스텝 S6 ; 예), 이 처리를 종료한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 프로세스 종별과, 타겟으로 하는 박막의 막 두께를 입력하는 것만으로, 예비 가열부(27a 내지 29a)의 각각의 온도를 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 성막되는 SiO2막의 막 두께 균일성을 확보할 수 있다. 이로 인해, 열처리 장치나 프로세스에 관한 지식이나 경험이 없는 조작자라도 온도 조정을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 변형, 응용이 가능하다. 이하, 본 발명에 적용 가능한 다른 실시 형태에 대해 설명한다.
상기 실시 형태에서는, 면내 균일성, 면간 균일성 및 평균 막 두께에 관한 제약 조건 중 어느 하나를 만족시키고 있지 않은 경우에 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도를 조정하는 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 예를 들어 면내 균일성 및 면간 균일성에 관한 제약 조건 중 어느 하나를 만족시키지 않은 경우에 예비 가열부(27a 내지 29a)의 온도를 조정해도 좋다. 이 경우, 평균 막 두께에 대해서는, 프로세스 시간을 변화시켜 조정함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 성막되는 SiO2막의 막 두께 균일성을 확보할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 열처리 장치(1)에 3개의 예비 가열부(27a 내지 29a)가 설치되어 있는 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 예비 가열부의 수는 2개라도 좋고, 4개 이상이라도 좋고, 임의로 설정 가능하다. 또한, 히터의 단수(영역의 수)나, 각 영역으로부터 추출하는 모니터 웨이퍼의 수 등은 임의로 설정 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 측정된 SiO2막의 막 두께 데이터를 가공한 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 측정된 SiO2막의 막 두께 데이터를 가공하지 않고 예비 가열부(27 내지 29)의 온도를 조정해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 디클로로실란과 일산화이질소를 사용한 SiO2막의 성막 처리의 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 예를 들어 디클로로실란과 암모니아(NH3)를 사용한 SiN막의 성막에도 본 발명을 적용 가능하다.
상기 실시 형태에서는, SiO2막의 성막 처리의 경우를 예로 본 발명을 설명하 였지만, 처리의 종류는 임의로, 다른 종류의 막을 형성하는 CVD 장치, 산화 장치 등의 다양한 뱃치식 열처리 장치에 적용 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에서는 성막 처리에 의해 형성된 막의 막 두께를 조정하는 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 예를 들어 불순물 확산 처리에서의 확산 농도 혹은 확산 깊이, 에칭률, 반사율, 매립 특성, 스텝 커버리지 등의 다양한 처리 결과의 적정화에 사용해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 단관 구조의 뱃치식 열처리 장치의 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 예를 들어 반응관(2)이 내관과 외관으로 구성된 이중관 구조의 뱃치식 종형 열처리 장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명은 반도체 웨이퍼의 처리에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 FPD 기판, 글래스 기판, PDP 기판 등의 처리에도 적용 가능하다.
본 발명의 실시 형태에 관한 제어부(50)는 전용 시스템에 의존하지 않고, 통상의 컴퓨터 시스템을 사용하여 실현 가능하다. 예를 들어, 범용 컴퓨터에 상술한 처리를 실행하기 위한 프로그램을 저장한 기록 매체(플렉시블 디스크, CD-ROM 등)로부터 당해 프로그램을 인스톨함으로써, 상술한 처리를 실행하는 제어부(50)를 구성할 수 있다.
그리고, 이들 프로그램을 공급하기 위한 수단은 임의이다. 상술한 바와 같이 소정의 기록 매체를 통해 공급할 수 있는 것 외에, 예를 들어 통신 회선, 통신 네트워크, 통신 시스템 등을 통해 공급해도 좋다. 이 경우, 예를 들어 통신 네트워크의 게시판(BBS)에 당해 프로그램을 게시하고, 이를 네트워크를 통해 반송파에 중첩하여 제공해도 좋다. 그리고, 이와 같이 제공된 프로그램을 기동하여, OS의 제어하에서 다른 어플리케이션 프로그램과 마찬가지로 실행함으로써, 상술한 처리를 실행할 수 있다.
본 발명은, 열처리 장치의 온도 조정에 유용하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 열처리 장치의 구조를 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 제어부의 구성예를 나타내는 도면.
도 3은 반응관 내의 영역을 나타내는 도면.
도 4는 예비 가열부의 온도와 각 반도체 웨이퍼의 막 두께의 관계를 나타내는 도면.
도 5는 온도 조정 처리를 설명하기 위한 흐름도.
도 6의 (a), 도 6의 (b), 도 6의 (c)는 프로세스용 레시피의 일례를 나타내는 도면.
도 7은 측정된 SiO2막의 막 두께 데이터의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 막 두께 데이터의 가공을 설명하기 위한 도면.
도 9는 가공된 막 두께 데이터의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 예비 가열부의 온도 조정을 설명하기 위한 도면.
도 11은 히터의 온도 변화량을 설명하기 위한 도면.
도 12는 히터의 온도 조정을 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 열처리 장치의 구조를 도시하는 도면.
도 14는 예비 가열부의 온도와 각 반도체 웨이퍼의 막 두께의 관계를 나타내 는 도면.
도 15는 온도 조정 처리를 설명하기 위한 흐름도.
도 16의 (a), 도 16의 (b), 도 16의 (c)는 프로세스용 레시피의 일례를 나타내는 도면.
도 17은 측정된 SiO2막의 막 두께 데이터의 일례를 나타내는 도면.
도 18은 가공된 막 두께 데이터의 일례를 나타내는 도면.
도 19의 (a), 도 19의 (b), 도 19의 (c)는 예비 가열부의 온도 조정을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 열처리 장치
2 : 반응관
3 : 매니폴드
4 : 배기관
5 : 압력 조정부
6 : 덮개
7 : 보트 엘리베이터
8 : 보온통
9 : 웨이퍼 보트
10 : 히터부

Claims (18)

  1. 복수매의 피처리체를 수용하는 처리실 내와,
    이 처리실 내를 가열하는 가열 수단과,
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과,
    상기 처리 가스 공급 수단에 의해 공급되는 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하기 전에 가열하는 예비 가열 수단과,
    상기 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도, 상기 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도, 처리의 면내 균일성 및 처리의 면간 균일성을 포함하는, 처리 내용에 따른 처리 조건을 기억하는 처리 조건 기억 수단과,
    상기 예비 가열 수단의 온도와 상기 피처리체에 형성되는 막 두께 사이의 관계를 나타내는 제1모델 및 상기 가열 수단의 온도와 상기 피처리체에 형성되는 막 두께 사이의 관계를 나타내는 제2모델을 기억하는 모델 기억 수단과,
    상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하는 처리 수단과,
    상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면내 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하고, 상기 면내 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 제1모델을 이용하여 상기 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 당해 면내 균일성을 만족시키는 온도를 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 처리 가스 온도 조정 수단과,
    상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하고, 상기 면간 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 제2모델을 이용하여 상기 가열 수단에 의해 가열하는 처리실 내의 온도가 상기 면간 균일성을 만족시키는 온도를 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도를 상기 산출한 처리실 내의 온도로 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리실 내의 온도를 조정하는 처리실 온도 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리실 온도 조정 수단은, 상기 처리 가스 온도 조정 수단에 의해 처리 가스의 온도가 조정되었을 때, 상기 처리 가스의 온도가 조정된 처리 조건에서 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과를 기초로 하여 처리의 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는, 열처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 처리 내용은 성막 처리인 것을 특징으로 하는, 열처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 처리실은 복수의 영역으로 구분되고,
    상기 가열 수단은 상기 처리실 내의 영역마다 온도 설정 가능한 것을 특징으로 하는, 열처리 장치.
  5. 복수매의 피처리체를 수용하는 처리실과, 이 처리실 내를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과, 상기 처리 가스 공급 수단에 의해 공급되는 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하기 전에 가열하는 예비 가열 수단과, 상기 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도, 상기 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도, 처리의 면내 균일성 및 처리의 면간 균일성을 포함하는, 처리 내용에 따른 처리 조건을 기억하는 처리 조건 기억 수단과, 상기 예비 가열 수단의 온도와 상기 피처리체에 형성되는 막 두께 사이의 관계를 나타내는 제1모델 및 상기 가열 수단의 온도와 상기 피처리체에 형성되는 막 두께 사이의 관계를 나타내는 제2모델을 기억하는 모델 기억 수단과, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하는 처리 수단을 구비하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이며,
    상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면내 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 공정과, 상기 면내 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 제1모델을 이용하여 상기 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 당해 면내 균일성을 만족시키는 온도를 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 공정을 포함하는 처리 가스 온도 조정 공정과,
    상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 공정과, 상기 면간 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 제2모델을 이용하여 상기 가열 수단에 의해 가열하는 처리실 내의 온도가 당해 면간 균일성을 만족시키는 온도를 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도를 상기 산출한 처리실 내의 온도로 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리실 내의 온도를 조정하는 공정을 포함하는 처리실 온도 조정 공정을 구비하고,
    상기 처리 가스 온도 조정 공정 및 상기 처리실 온도 조정 공정 중 한쪽 공정을 행한 후에 다른 쪽 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 열처리 장치의 온도 조정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 처리 가스 온도 조정 공정을 행한 후에 상기 처리실 온도 조정 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 열처리 장치의 온도 조정 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 처리 내용은 성막 처리인 것을 특징으로 하는, 열처리 장치의 온도 조정 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 처리실은 복수의 영역으로 구분되어, 상기 가열 수단은 상기 처리실 내의 영역마다 온도 설정 가능하고,
    상기 처리실 온도 조정 공정에서는 상기 처리실 내의 영역마다 온도를 조정하는 것을 특징으로 하는, 열처리 장치의 온도 조정 방법.
  9. 컴퓨터에 열처리 장치의 온도 조정 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체에 있어서,
    열처리 장치의 온도 조정 방법은,
    복수매의 피처리체를 수용하는 처리실과, 이 처리실 내를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과, 상기 처리 가스 공급 수단에 의해 공급되는 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하기 전에 가열하는 예비 가열 수단과, 상기 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도, 상기 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도, 처리의 면내 균일성 및 처리의 면간 균일성을 포함하는, 처리 내용에 따른 처리 조건을 기억하는 처리 조건 기억 수단과, 상기 예비 가열 수단의 온도와 상기 피처리체에 형성되는 막 두께 사이의 관계를 나타내는 제1모델 및 상기 가열 수단의 온도와 상기 피처리체에 형성되는 막 두께 사이의 관계를 나타내는 제2모델을 기억하는 모델 기억 수단과, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하는 처리 수단을 구비하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이며,
    상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면내 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 공정과, 상기 면내 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 제1모델을 이용하여 상기 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 당해 면내 균일성을 만족시키는 온도를 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 공정을 포함하는 처리 가스 온도 조정 공정과,
    상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 공정과, 상기 면간 균일성을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 제2모델을 이용하여 상기 가열 수단에 의해 가열하는 처리실 내의 온도가 당해 면간 균일성을 만족시키는 온도를 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도를 상기 산출한 처리실 내의 온도로 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리실 내의 온도를 조정하는 공정을 포함하는 처리실 온도 조정 공정을 구비하고,
    상기 처리 가스 온도 조정 공정 및 상기 처리실 온도 조정 공정 중 한쪽 공정을 행한 후에 다른 쪽 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체.
  10. 복수매의 피처리체를 수용하는 처리실 내와,
    이 처리실을 가열하는 가열 수단과,
    상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 복수의 처리 가스 공급 수단과,
    상기 복수의 처리 가스 공급 수단에 각각 설치되어, 상기 처리 가스 공급 수단에 의해 공급되는 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하기 전에 가열하는 복수의 예비 가열 수단과,
    상기 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도, 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 각각의 온도, 처리의 면내 균일성 및 처리의 면간 균일성을 포함하는, 처리 내용에 따른 처리 조건을 기억하는 처리 조건 기억 수단과,
    상기 복수의 예비 가열 수단의 온도와 상기 피처리체에 형성되는 막 두께 사이의 관계를 나타내는 제1모델을 기억하는 모델 기억 수단과,
    상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하는 처리 수단과,
    상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면내 균일성 및 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하고, 이들 중 어느 하나를 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 제1모델을 이용하여 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 당해 면내 균일성 및 면간 균일성을 만족시키는 온도를 각각 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 각각 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 처리 가스 온도 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 열처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 처리 내용은 성막 처리인 것을 특징으로 하는, 열처리 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 처리 조건 기억 수단에 기억되는 처리 조건에는 성막된 박막의 평균 막 두께에 관한 조건이 포함되고,
    상기 처리 가스 온도 조정 수단은, 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 평균 막 두께에 관한 조건을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 제1모델을 이용하여 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 상기 면내 균일성, 상기 면간 균일성 및 상기 평균 막 두께에 관한 조건을 만족시키는 온도를 각각 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 각각의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 것을 특징으로 하는, 열처리 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 처리실은 복수의 영역으로 구분되어,
    상기 가열 수단은 상기 처리실 내의 영역마다 온도 설정 가능한 것을 특징으로 하는, 열처리 장치.
  14. 복수매의 피처리체를 수용하는 처리실과, 이 처리실 내를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 복수의 처리 가스 공급 수단과, 상기 복수의 처리 가스 공급 수단에 각각 설치되어, 상기 처리 가스 공급 수단에 의해 공급되는 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하기 전에 가열하는 복수의 예비 가열 수단과, 상기 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도, 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 각각의 온도, 처리의 면내 균일성 및 처리의 면간 균일성을 포함하는, 처리 내용에 따른 처리 조건을 기억하는 처리 조건 기억 수단과, 상기 복수의 예비 가열 수단의 온도와 상기 피처리체에 형성되는 막 두께 사이의 관계를 나타내는 제1모델을 기억하는 모델 기억 수단과, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하는 처리 수단을 구비하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이며,
    상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면내 균일성 및 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 판별 공정과, 이들 중 어느 하나를 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 제1모델을 이용하여 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 당해 면내 균일성 및 면간 균일성을 만족시키는 온도를 각각 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 각각 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 처리 가스 온도 조정 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 열처리 장치의 온도 조정 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 처리 내용은 성막 처리인 것을 특징으로 하는, 열처리 장치의 온도 조정 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 처리 조건 기억 수단에 기억되는 처리 조건에는 성막된 박막의 평균 막 두께에 관한 조건이 포함되고,
    상기 판별 공정에서는, 또한 상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 평균 막 두께에 관한 조건을 만족시키는지 여부를 판별하는 동시에, 처리 가스 온도 조정 공정에서는 평균 막 두께에 관한 조건을 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 제1모델을 이용하여 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 상기 면내 균일성, 상기 면간 균일성 및 상기 평균 막 두께에 관한 조건을 만족시키는 온도를 각각 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 각각 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 것을 특징으로 하는, 열처리 장치의 온도 조정 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 처리실은 복수의 영역으로 구분되어, 상기 가열 수단은 상기 처리실 내의 영역마다 온도 설정 가능한 것을 특징으로 하는, 열처리 장치의 온도 조정 방법.
  18. 컴퓨터에,
    열처리 장치의 온도 조정 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체에 있어서,
    열처리 장치의 온도 조정 방법은,
    복수매의 피처리체를 수용하는 처리실과, 이 처리실 내를 가열하는 가열 수단과, 상기 처리실 내에 처리 가스를 공급하는 복수의 처리 가스 공급 수단과, 상기 복수의 처리 가스 공급 수단에 각각 설치되어, 상기 처리 가스 공급 수단에 의해 공급되는 처리 가스를 상기 처리실 내에 공급하기 전에 가열하는 복수의 예비 가열 수단과, 상기 가열 수단에 의해 가열되는 처리실 내의 온도, 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 각각의 온도, 처리의 면내 균일성 및 처리의 면간 균일성을 포함하는, 처리 내용에 따른 처리 조건을 기억하는 처리 조건 기억 수단과, 상기 복수의 예비 가열 수단의 온도와 상기 피처리체에 형성되는 막 두께 사이의 관계를 나타내는 제1모델을 기억하는 모델 기억 수단과, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하는 처리 수단을 구비하는 열처리 장치의 온도 조정 방법이며,
    상기 처리 수단에 의해 처리된 처리 결과가 상기 처리 조건 기억 수단에 기억된 처리의 면내 균일성 및 면간 균일성을 만족시키는지 여부를 판별하는 판별 공정과, 이들 중 어느 하나를 만족시키지 않는다고 판별하면, 상기 제1모델을 이용하여 상기 복수의 예비 가열 수단에 의해 가열하는 처리 가스의 온도가 당해 면내 균일성 및 면간 균일성을 만족시키는 온도를 각각 산출하고, 상기 처리 조건 기억 수단에 의해 기억된 처리 조건의 예비 가열 수단에 의해 가열되는 처리 가스의 온도를 상기 산출한 처리 가스의 온도로 각각 변경하고, 변경한 처리 조건에서 상기 피처리체를 처리하여 처리 가스의 온도를 조정하는 처리 가스 온도 조정 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체.
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