KR20030022311A - 열처리조건의 결정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 복수의 군으로 나누어진 복수의 기판을 열처리하는 방법에 있어서, 기판온도를 상기 군마다 각각 대응하는 설정온도 프로파일에 따라서 제어하는 방법을 위한 설정온도 프로파일의 결정방법이다. 본 발명은, 복수의 군으로 나누어진 제 1 배치의 기판에 대하여, 각각 소정의 가설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 1 열처리공정과, 기판상에 형성된 막의 막두께를 측정하는 제 1 막두께 측정공정과, 측정된 막두께에 기초하여, 열처리중에 형성되는 막두께가 군사이에서 대략 동일해지도록, 가설정온도 프로파일을 수정하는 제 1 설정온도 프로파일수정공정을 구비한다. 제 1 열처리공정중에 있어, 가설정온도 프로파일은, 설정온도가 시간의 경과와 함께 변화하는 프로파일이다.
Description
반도체 제조 프로세스에 있어서, 기판인 반도체 웨이퍼(이하 "웨이퍼"라 한다)에 대하여 열처리를 하는 장치의 하나로, 배치처리를 하는 종형열처리장치가 있다. 이 장치는, 웨이퍼 보트 등으로 불리는 웨이퍼유지구에 다수매의 웨이퍼를 선반형상으로 유지하여, 이 유지구를 종형의 열처리로 속에 반입하여 열처리, 예를 들면 CVD(Chemical Vapor Deposition)처리나 산화처리를 한다.
열처리장치로 웨이퍼를 열처리할 때에 웨이퍼면내 혹은 복수의 웨이퍼사이에서 열처리의 조건에 불균일함이 생기는 경우가 있다. 그 결과, 열처리한 웨이퍼의 웨이퍼면내 혹은 복수의 웨이퍼사이에서, 열처리의 결과 생성된 막의 막두께의 분포에 불균일이 생긴다.
복수의 웨이퍼를 균일하게 열처리하기 위해서 열처리장치 내부가 균일한 상태인 것이 이상적이지만, 열처리장치 내부를 시간적으로도 공간적으로도 항상 균일한 상태로 하는 것은 곤란하다.
그래서, 복수의 웨이퍼를 될 수 있는 한 균일에 가까운 조건에서 열처리가 이루어지도록, 열처리장치를 정밀하게 제어하는 것이 필요하다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 열처리장치를 사용하여 복수의 웨이퍼를 균일하게 열처리하기 위한 제어조건을 결정하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 종래의 열처리장치에서는, 기판면내의 열처리를 균일하게 할 목적으로, 기판의 온도가 안정하기 위한 안정화시간을 요하고 있었다. 이 때문에, 안정화시간만큼, 열처리 공정에 시간이 걸리게 되어, 스루풋이 저하하고 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 안정화시간을 단축하여도 기판면내의 열처리를 균일하게 할 수 있는 열처리장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
[발명의 요지]
본 발명은, 복수의 군으로 나누어진 복수의 기판을 열처리하는 방법에 있어서의 기판온도를 상기 군마다 각각 대응하는 설정온도 프로파일에 따라서 제어하는 방법을 위한 설정온도 프로파일의 결정방법으로서, 복수의 군으로 나누어진 제 1 배치의 기판에 대하여, 각각 소정의 가설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 1 열처리공정과, 기판상에 형성된 막의 막두께를 측정하는 제 1 막두께 측정공정과, 측정된 막두께에 기초하여, 열처리중에 형성되는 막두께가 군사이에서 대략 동일해지도록, 가설정온도 프로파일을 각각 수정하는 제 1 설정온도프로파일수정공정을 구비하고, 제 1 열처리공정중에 있어서, 가설정온도 프로파일은, 설정온도가 시간의 경과와 함께 변화하는 프로파일인 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법이다.
설정온도가 시간의 경과와 함께 변화하는 프로파일인 가설정온도 프로파일을 수정함으로써, 기판사이의 막두께 분포를 균일화할 수 있다.
가설정온도 프로파일의 수정은, 상수항성분(오프셋)을 제외하고, 대략 동일한 패턴을 유지하는 것이 바람직하다. 이 경우, 수정전후에, 기판내의 막두께 분포에 변화가 생기기 어렵게 된다.
바람직하게는, 제 1 열처리공정중에 있어, 가설정온도 프로파일의 설정온도는, 시간에 대하여 대략 일정한 구배를 가지고 있다. 이 구배의 크기는, 기판면내의 온도분포를 결정하는 요인의 하나이다. 이것을 일정하게 함으로써, 열처리중의 온도분포 나아가서는 성막 레이트의 분포상태를 시간적으로 일정하게 할 수 있다.
바람직하게는, 제 1 막두께 측정공정중에 있어, 막두께는, 각 군마다 적어도 1이상의 기판에 대하여, 각 기판의 복수개소에서 측정되도록 되어 있고, 그들 측정치의 평균치가, 해당 기판의 막두께로서 얻어지도록 되어 있다.
바람직하게는, 제 1 설정온도 프로파일수정공정중에 있어, 수정해야 할 이상설정온도의 평균치가, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계에 기초하여 산출되고, 가설정온도 프로파일은, 해당 평균치에 기초하여 수정되도록 되어 있다.
설정온도의 평균치는, 막의 성장속도의 평균과 대응하는 팩터이기 때문에, 막두께 분포의 균일화를 설정온도의 평균치에 기초하여 하는 것은 효율적이다.
막두께온도 의존관계는, 예를 들면 막두께온도계수로 표시될 수 있다. 또한, 막두께온도의존관계는, 이론식을 사용할 수도 있지만, 실험적으로 도출한 값을 사용할 수도 있다.
바람직하게는, 제 1 설정온도 프로파일수정공정 후에, 복수의 군으로 나누어진, 제 2 배치의 기판에 대하여, 각각 수정후의 제 1 설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 2 열처리공정과, 기판상에 형성된 막의 막두께를 측정하는 제 2 막두께 측정공정과, 측정된 막두께에 기초하여, 열처리중에 형성되는 막두께가 군사이에서 대략 동일해지도록, 제 1 설정온도 프로파일을 수정하는 제 2 설정온도 프로파일수정공정을 구비한 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 설정온도 프로파일의 결정방법이다.
바람직하게는, 제 2 설정온도 프로파일수정공정중에 있어서, 수정해야 할 이상설정온도의 평균치가, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계에 기초하여 산출되고, 제 1 설정온도 프로파일은, 해당 평균치에 기초하여 수정되도록 되어 있다.
바람직하게는, 제 2 설정온도 프로파일수정공정중에 있어서, 제 1 열처리공정중의 가설정온도 프로파일의 시간평균치와, 제 1 배치의 기판상의 막의 막두께와, 제 2 열처리공정중의 제 1 설정온도 프로파일의 시간평균치와, 제 2 배치의 기판상의 막의 막두께에 기초하여, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계가 수정되도록 되어 있다.
바람직하게는, 제 2 열처리공정과, 제 2 막두께 측정공정과, 제 2 설정온도 프로파일수정공정이 차례로 적어도 2회 반복된다.
또한, 본 발명은, 복수의 군으로 나누어진 복수의 기판을 열처리하는 방법에 있어서의 기판온도를 상기 군마다 각각 대응하는 설정온도 프로파일에 따라서 제어하는 방법을 위한 설정온도 프로파일의 결정방법으로서, 복수의 군으로 나누어진 복수의 기판에 대하여 군마다 설정되는 동시에, 처리가스가 도입되어 열처리가 실시되면 기판상에 군사이에서 대략 동일한 막두께의 막이 형성되도록 하는, 열처리중에 있어 설정온도가 시간의 경과와 함께 변화하지 않는 제 1 설정온도 프로파일을 결정하는 제 1 설정온도 프로파일결정공정과, 각각 제 1 설정온도 프로파일을 수정함으로써 복수의 군으로 나누어진 복수의 기판에 대하여 군마다 설정되는 동시에, 처리가스가 도입되어 열처리가 실시되면 기판상에 면내에서 대략 동일한 막두께의 막이 형성되도록 하는, 열처리중에 있어 설정온도가 시간의 경과와 함께 변화하는 제 2 설정온도 프로파일을 결정하는 제 2 설정온도 프로파일결정공정과, 각각 제 2 설정온도 프로파일을 수정함으로써 복수의 군으로 나누어진 복수의 기판에 대하여 군마다 설정되는 동시에, 처리가스가 도입되어 열처리가 실시되면 기판상에 군사이에서 대략 동일한 막두께의 막이 형성되도록 하는, 열처리중에 있어 설정온도가 시간의 경과와 함께 변화하는 제 3 설정온도 프로파일을 결정하는 제 3 설정온도 프로파일결정공정을 구비한 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법이다.
본 발명에 의하면, 기판군사이 및 기판면내의 쌍방에서 양호한 막두께 분포를 가져오는 제어조건을 용이하게 결정할 수 있다.
바람직하게는, 제 1 설정온도 프로파일결정공정은, 복수의 군으로 나누어진 제 1 배치의 기판에 대하여, 각각 소정의 가설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 1 열처리공정과, 기판상에 형성된 막의 막두께를 측정하는 제 1 막두께 측정공정과, 측정된 막두께에 기초하여, 열처리중에 형성되는 막두께가 군사이에서 대략 동일해지도록 이상(理想)정상 설정온도를 산출하는 동시에, 해당 이상정상 설정온도에 기초하여 가설정온도 프로파일을 각각 수정하는 제 1 설정온도 프로파일수정공정을 갖는다.
이 경우, 복수의 기판군사이에서 기판상의 막두께 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
이 경우, 바람직하게는, 제 1 설정온도 프로파일수정공정중에 있어, 이상정상 설정온도는, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계에 기초하여 산출된다.
막두께온도의존관계는, 이론식을 사용할 수도 있지만, 실험적으로 도출한 값을 사용할 수도 있다.
바람직하게는, 제 1 막두께 측정공정중에 있어, 막두께는, 각 군마다 적어도 1이상의 기판에 대하여, 각 기판의 복수개소에서 측정되도록 되어 있으며, 그들 측정치의 평균치가, 해당 기판의 막두께로서 얻어지도록 되어 있다.
또한, 바람직하게는, 제 1 설정온도 프로파일결정공정은, 제 1 설정온도 프로파일 수정공정 후에, 복수의 군으로 나누어진 제 2 배치의 기판에 대하여, 각각수정후의 가설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 2 열처리공정과, 기판상에 형성된 막의 막두께를 측정하는 제 2 막두께 측정공정과, 측정된 막두께에 기초하여, 열처리중에 형성되는 막두께가 군사이에서 대략 동일해지도록 이상정상 설정온도를 재산출하는 동시에, 해당 이상정상 설정온도에 기초하여 상기 수정후의 가설정온도 프로파일을 재수정하는 제 2 설정온도 프로파일수정공정을 가진다.
바람직하게는, 제 2 설정온도 프로파일수정공정중에 있어, 이상정상 설정온도는, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계에 기초하여 재산출된다.
바람직하게는, 제 2 설정온도 프로파일수정공정중에 있어, 제 1 열처리공정중의 가설정온도 프로파일의 설정온도와, 제 1 배치의 기판상의 막의 막두께와, 제 2 열처리공정중의 수정후의 가설정온도 프로파일의 설정온도와, 제 2 배치의 기판상의 막의 막두께에 기초하여, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계가 수정되도록 되어 있다.
바람직하게는, 제 2 열처리공정과, 제 2 막두께 측정공정과, 제 2 설정온도 프로파일수정공정이 차례로 적어도 2회 반복된다.
바람직하게는, 제 2 설정온도 프로파일의 열처리중에 있어서의 설정온도의 시간평균치는, 제 1 설정온도 프로파일의 열처리중에 있어서의 정상의 설정온도와 대략 같다.
바람직하게는, 제 2 설정온도 프로파일의 열처리중에 있어서의 설정온도는,시간에 대하여 대략 일정한 구배를 갖고 있다. 이에 따라, 기판면상의 온도분포, 나아가서는 막의 성장속도의 분포를 시간적으로 대략 일정하게 할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 제2의 설정온도 프로파일결정공정은, 복수의 군으로 나누어진 제 3 배치의 기판에 대하여, 각각 제 1 설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 3 열처리공정과, 기판상에 형성된 막의 막두께 분포를 측정하는 제 3 막두께 측정공정과, 측정된 막두께 분포에 따라서, 제 1 설정온도 프로파일을 각각 수정하는 제 3 설정온도 프로파일수정공정을 가진다.
이 경우, 복수의 기판군사이에서 막두께 분포의 균일성을 어느 정도 유지하면서, 기판면내의 막두께 분포를 균일화할 수 있다.
바람직하게는, 제 3 막두께 측정공정은, 기판상의 중앙 근방의 막두께를 측정하는 공정과, 기판상의 복수의 둘레가장자리 근방의 막두께를 측정하는 공정을 가진다.
바람직하게는, 제 3 막두께 측정공정은, 기판상의 막두께 분포를, 중앙근방으로부터의 거리의 함수로서 도출하는 공정을 가진다.
바람직하게는, 상기 함수는, 중앙 근방으로부터의 거리의 2승의 함수이다.
바람직하게는, 제 3 막두께 측정공정은, 기판상의 막두께 분포를, 중앙 근방의 막두께와 둘레가장자리 근방의 막두께의 차로서 도출하는 공정을 가진다.
바람직하게는, 제 3 설정온도 프로파일수정공정중에 있어, 면내에서 대략 균일한 막두께로 막이 형성되기 위해서 필요한 기판면내의 필요온도분포가, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계 및 측정된 막두께 분포에 기초하여 산출되도록 되어 있다.
열처리중의 온도는 막의 성장속도와 관련성이 강한 팩터이기 때문에, 기판면내의 온도분포를 제어하는 것으로, 기판면내의 막두께 분포의 균일화가 가능해진다.
막두께온도의존관계는, 이론식을 사용할 수도 있지만, 실험적으로 도출한 값을 사용할 수도 있다. 온도로서는, 시간변화설정온도의 시간평균치를 사용하면 취급이 용이해진다.
바람직하게는, 상기 필요온도분포는, 기판의 중앙 근방의 온도와 기판의 둘레가장자리근방의 온도의 차로 나타낸다.
바람직하게는, 제 3 설정온도 프로파일수정공정중에 있어, 수정하여 얻어야 하는 설정온도 프로파일의 시간에 대한 필요구배가, 설정온도 프로파일의 시간에 대한 구배와 기판면내의 온도분포와의 의존관계 및, 상기 필요온도분포에 따라서 산출되고, 제 1 설정온도 프로파일은, 해당 필요구배에 기초하여 수정되도록 되어 있다.
이에 따라, 기판면내의 온도분포를 바람직하게 제어할 수 있고, 기판면내의 막두께 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 제 2 설정온도 프로파일결정공정은, 제 3 설정온도 프로파일수정공정 후에, 복수의 군으로 나누어진 제 4 배치의 기판에 대하여, 각각 수정된 제 1 설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 4 열처리공정과, 기판상에 형성된 막의 막두께 분포를 측정하는 제 4 막두께 측정공정과, 측정된 막두께 분포에 따라서, 상기 수정후의 제 1 설정온도 프로파일을 각각 재수정하는 제 4 설정온도 프로파일수정공정을 가진다.
이 경우, 기판면내의 막두께 분포의 균일성을 어느 정도 유지하면서, 복수의 기판군 사이에서 막두께 분포를 미세조정할 수 있다.
바람직하게는, 제 4 설정온도 프로파일수정공정중에 있어, 면내에서 대략 균일한 막두께로 막이 형성되기 위해서 필요한 기판면내의 필요온도분포가, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계 및 측정된 막두께 분포에 기초하여 산출되도록 되어 있다.
바람직하게는, 제 4 설정온도 프로파일수정공정중에 있어, 제 3 열처리공정중의 제 1 설정온도프로파일의 시간평균치와, 제 3 배치의 기판상의 막의 막두께와, 제 4 열처리공정중의 수정후의 제 1 설정온도 프로파일의 시간평균치와, 제 4 배치의 기판상의 막의 막두께에 기초하여, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계가 수정되도록 되어 있다.
바람직하게는, 제 4 열처리공정과, 제 4 막두께 측정공정과, 제 4 설정온도 프로파일수정공정이 차례로 적어도 2회 반복된다.
바람직하게는, 제 3 설정온도 프로파일결정공정은, 복수의 군으로 나누어진 제 5 배치의 기판에 대하여, 각각 제 2 설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에막을 형성하는 제 5 열처리공정과, 기판상에 형성된 막의 막두께를 측정하는 제 5 막두께 측정공정과, 측정된 막두께에 기초하여, 열처리중에 형성되는 막두께가 군사이에서 대략 동일해지도록 설정온도의 평균치를 산출하는 동시에, 해당 설정온도의 평균치에 기초하여 제 2 설정온도 프로파일을 각각 수정하는 제 5 설정온도 프로파일수정공정을 가진다.
또한, 본 발명은, 기판이 수용되는 처리실과, 처리실에 수용된 기판을 가열하는 가열부와, 기판에 열처리를 실시하기 위한 처리가스를 처리실내에 도입하는 가스도입부와, 시간의 경과와 설정온도와의 관계를 규정하는 설정온도 프로파일을 포함하는 처리레시피에 따라서, 가열부 및 가스도입부를 제어하여 기판에 열처리를 실시하는 제어부를 구비하고, 설정온도 프로파일은, 열처리중의 기판에 대하여, 중앙 근방의 온도가 둘레가장자리근방의 온도보다도 높은 중앙고온상태와, 둘레가장자리 근방의 온도가 중앙근방의 온도보다도 높다 둘레가장자리 고온상태의 양쪽이 출현하도록 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치이다.
본 발명에 의하면, 열처리중에, 기판중앙 근방이 고온의 중앙고온상태와 기판둘레가장자리 근방이 고온의 둘레가장자리 고온상태의 쌍방의 상태를 취한다. 이 중앙고온상태와 둘레가장자리 고온상태의 쌍방이 서로 부정하는 것에 의해, 시간평균하면 중앙 온도와 둘레가장자리 온도는 근접한다. 그 결과, 안정화시간을 단축하더라도, 기판면상의 열처리를 균일하게 하기 쉬워진다.
바람직하게는, 설정온도 프로파일은, 열처리중의 기판에 대하여, 중앙근방의 온도의 시간평균치가 둘레가장자리 근방의 온도의 시간평균치와 대략 같아지도록규정되어 있다. 중앙온도의 시간평균치가, 둘레가장자리 온도의 시간평균치와 대략 같은 것에 의해, 기판면상의 열처리의 균일성의 확보가 용이해진다.
바람직하게는, 설정온도프로파일은, 열처리중에 있어, 시간의 추이와 함께 변화하도록 규정되어 있다.
바람직하게는, 설정온도 프로파일은, 열처리전에 있어, 시간의 추이와 함께 변화하도록 규정되어 있다.
또한, 본 발명은, 기판이 수용되는 처리실과, 처리실에 수용된 기판을 가열하는 가열부와, 기판에 열처리를 실시하기 위한 처리가스를 처리실내에 도입하는 가스도입부와, 시간의 경과와 설정온도와의 관계를 규정하는 설정온도 프로파일을 포함하는 처리레시피에 따라서, 가열부 및 가스도입부를 제어하여 기판에 열처리를 실시하는 제어부를 구비한 열처리장치를 사용하여 기판의 열처리를 실시하는 열처리방법으로서, 처리레시피에 따라서, 기판을 가열하는 동시에 처리가스를 처리실내에 도입하는 열처리공정을 구비하고, 열처리공정은, 기판의 중앙 근방의 온도가 둘레가장자리 근방의 온도보다도 높은 중앙고온공정과, 기판의 둘레가장자리 근방의 온도가 중앙 근방의 온도보다도 높은 둘레가장자리고온공정을 가진 것을 특징으로 하는 열처리방법이다.
본 발명에 의하면, 중앙고온상태와 둘레가장자리고온상태가 서로 부정하는 것에 의해, 안정화시간을 단축하더라도 기판면내의 열처리의 균일성의 확보가 용이해진다.
설정온도 프로파일은, 열처리공정에서, 시간의 추이와 함께 변화하도록 규정될 수 있다.
예를 들면, 설정온도프로파일은, 열처리공정에 있어서, 시간의 추이와 함께 하강하도록 규정될 수 있다. 이 경우, 바람직하게는, 둘레가장자리고온공정 후에, 중앙고온공정이 실시된다. 기판의 가열 및 방열이 기판둘레가장자리로부터 행하여지면, 시간의 경과와 함께 설정온도가 하강함에 따라서, 기판의 둘레가장자리 온도가 중앙온도 보다도 신속히 하강하기 때문이다.
혹은, 설정온도프로파일은, 열처리공정에서, 시간의 추이와 함께 상승하도록 규정될 수 있다. 이 경우, 바람직하게는, 중앙고온공정 후에, 둘레가장자리고온공정이 실시된다. 기판의 가열 및 방열이 기판둘레가장자리에서 행하여지면, 시간의 경과와 함께 설정온도가 상승함에 따라서, 기판의 둘레가장자리온도가 중앙온도보다도 신속히 상승하기 때문이다.
바람직하게는, 열처리공정에서, 기판의 중앙근방의 온도의 시간평균치가 둘레가장자리 근방의 온도의 시간평균치와 대략 같다. 이것은, 기판면내의 균일한 열처리의 확보로 이어질 수 있다.
바람직하게는, 기판의 둘레가장자리근방의 온도는, 기판의 둘레가장자리근방의 복수의 개소의 온도의 평균치이다.
바람직하게는, 열처리공정에서, 처리가스는 대략 일정한 농도로 처리실내에 도입된다. 이 경우, 기판면내의 균일한 열처리를 하는 것이 용이하다.
바람직하게는, 열처리공정에서, 처리가스는 대략 일정한 압력으로 처리실내에 도입된다. 이 경우, 기판면내의 균일한 열처리를 하는 것이 용이하다.
또한, 열처리공정 전에, 설정온도 프로파일이 시간의 추이와 함께 상승하도록 규정된 승온공정을 더욱 구비하는 것도 가능하다.
이 경우, 승온공정과 열처리공정의 사이에, 설정온도 프로파일이 시간의 추이와 함께 변화하도록 규정된 시간변화설정온도공정을 더욱 구비하는 것도 가능하다. 혹은, 승온공정과 열처리공정의 사이에, 설정온도 프로파일이 시간의 추이와 함께 변화하지 않도록 규정된 정상설정온도공정을 더욱 구비하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은, 기판을 열처리하는 방법으로서, 제 1 범위의 열출력으로, 상기 기판을 가열함으로써 해당 기판의 중앙근방의 중앙온도와 해당 기판의 둘레가장자리 근방의 둘레가장자리온도를 상승시키는 승온공정과, 처리가스분위기중에서, 상기 제 1 범위의 열출력보다 작은 제 2 범위의 열출력으로 상기 기판을 기판둘레가장자리로부터 가열함으로써, 상기 중앙온도와 상기 둘레가장자리온도를 저하시키면서, 해당 기판상에 막을 형성하는 열처리공정으로서, 또한, 해당 기판의 상기 중앙온도가 상기 둘레가장자리온도보다 높은 중앙고온공정과 해당 중앙온도보다 해당 둘레가장자리온도가 높은 둘레가장자리고온공정을 포함하는 열처리공정을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리방법이다.
본 발명에 의하면, 승온공정과 열처리공정(성막공정)과의 사이의 안정화공정을 단축하여도, 혹은, 안정화공정을 설치하지 않아도, 기판면내의 열처리의 균일성의 확보가 용이하다.
또한, 본 발명은, 열처리에 있어서의 시간의 경과와 설정온도와의 관계를 규정하는 설정온도 프로파일을 포함하는 처리레시피를 기록한 기록매체로서, 해당 처리레시피에 따라서 기판을 가열하는 동시에 해당 기판을 수용한 처리실내에 처리가스를 도입하는 열처리공정이, 기판의 중앙 근방의 온도가 둘레가장자리 근방의 온도보다도 높은 중앙고온공정과, 기판의 둘레가장자리 근방의 온도가 중앙 근방의 온도보다도 높은 둘레가장자리고온공정을 가지도록 하는 처리레시피가 기록된 기록매체이다.
본 발명은, 기판 등의 피처리체를 열처리하는 열처리장치의 제어조건을 결정하는 방법에 관한 것이며, 특히, 기판에 균일한 막을 형성하기 위한 열처리장치의 제어조건 결정방법에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명에 관한 종형열처리장치의 일실시형태를 나타낸 개략단면도이다.
도 2는, 본 발명에 관한 종형열처리장치의 일실시형태를 나타낸 개략사시도이다.
도 3은, 도 1 및 도 2의 실시형태의 종형열처리장치의 콘트롤러를 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 4는, 도 1 및 도 2의 실시형태의 종형열처리장치의 설정온도 프로파일의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 5는, 도 1 및 도 2의 실시형태의 종형열처리장치의 콘트롤러에 의한 제어 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 6은, 도 1 및 도 2의 실시형태의 설정온도 프로파일의 결정순서의 개략을 나타낸 흐름도이다.
도 7은, 도 1 및 도 2의 실시형태의 제 1 설정온도 프로파일의 결정순서를 상세하게 나타낸 흐름도이다.
도 8은, 웨이퍼상에서 막두께를 측정하는 측정점의 예를 나타낸 도면이다.
도 9는, 웨이퍼상의 막두께 분포의 예를 나타낸 도면이다.
도 10은, 수정된 설정온도 프로파일의 예 및 정상설정온도 Tsp1의 값과 웨이퍼의 위치와의 관계예를 나타낸 그래프이다.
도 11은, 제 2 설정온도 프로파일의 결정순서를 상세하게 나타낸 흐름도이다.
도 12는, 웨이퍼면내의 막두께와 웨이퍼로부터의 거리와의 관계 및, 웨이퍼면 내막두께를 균일하게 하기 위한 웨이퍼면내의 온도분포의 예를 나타낸 그래프이다.
도 13은, 설정온도 Tsp, 중앙온도 Tc, 둘레가장자리온도 Te 및 면내부온도차 ΔT의 시간변화의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 14는, 설정온도의 변화율(구배)과 면내부온도차ΔT와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 15는, 수정후의 제 1 설정온도 프로파일 Tsp2를 수정전의 설정온도 프로파일 Tsp1와 대비하여 나타낸 그래프이다.
도 16은, 수정후의 제 1 설정온도 프로파일 Tsp2에 기초한, 설정온도, 중앙온도 Tc, 둘레가장자리온도 Te 및 온도차 ΔT의 시간변화의 예를 각각 나타낸 그래프이다.
도 17은, 다른 수정후의 제 1 설정온도 프로파일 Tsp2에 근거한, 설정온도, 중앙온도 Tc, 둘레가장자리온도 Te 및 온도차 ΔT의 시간변화의 다른 예를 각각 나타낸 그래프이다.
도 18은, 제 3 설정온도 프로파일의 결정순서를 상세하게 나타낸 흐름도이다.
도 19는, 수정된 제 2 설정온도 프로파일 및 성막중의 시간변화설정온도의 평균치와 모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 위치와의 대응예를 나타낸 그래프이다.
도 20은, 본 발명에 관한 종형열처리장치의 일실시형태를 나타낸 개략단면도이다.
도 21은, 본 발명에 관한 종형열처리장치의 일실시형태를 나타낸 개략 사시도이다.
도 22는, 도 20 및 도 21의 실시형태의 종형열처리장치의 제어부를 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 23은, 도 20 및 도 21의 실시형태의 종형열처리장치의 설정온도 프로파일의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 24는, 도 20 및 도 21의 실시형태의 종형열처리장치의 제어순서를 나타낸 흐름도이다.
도 25는, 도 20 및 도 21의 실시형태의 설정온도 프로파일에 따라서 종형열처리장치를 제어한 경우에 있어서의 웨이퍼온도, 웨이퍼면 내부온도차 및 히터 출력의 시간변화를 나타낸 그래프이다.
도 26은, 비교예로서의 설정온도 프로파일에 따라서 종형열처리장치를 제어한 경우에 있어서의, 웨이퍼온도 및 웨이퍼면 내부온도차의 시간변화를 나타낸 그래프이다.
도 27은, 설정온도 프로파일의 변형예의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 28은, 설정온도 프로파일의 변형예의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 29는, 설정온도 프로파일의 변형예의 일례를 나타낸 그래프이다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
이하, 본 발명을 종형열처리장치에 적용한 경우의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 및 도 2는, 각각, 본 발명에 관한 종형열처리장치의 일실시형태를 나타내는 개략단면도 및 개략사시도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 종형열처리장치는, 예를 들어 석영으로 만들어진 내관(2a) 및 외관(2b)으로 이루어진 2중관구조의 반응관(2)을 구비하고 있다. 반응관(2)의 하부쪽에는, 금속제의 통형상의 매니폴드(21)가 접속되어 있다.
내관(2a)은, 상단 및 하단이 개구되어 있고, 매니폴드(21)의 안쪽 돌기부로 지지되어 있다. 외관(2b)은, 상단이 막혀 있고, 하단이 바깥쪽으로 플랜지형상으로 이어지고, 베이스 플레이트(22)의 아랫면과 매니폴드(21)의 윗면의 사이에서 기밀로 접합되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 반응관(2)내에는, 다수매 예를 들면 150매의 피처리체(피처리기판)로서의 반도체 웨이퍼(W)(제품웨이퍼)가, 각각 수평인 상태로 상하에 간격을 두고 유지구인 웨이퍼 보트(23)에 선반형상으로 얹어 놓여져 있다.이 웨이퍼 보트(23)는, 덮개체(24) 위에 보온통(단열체)(25)를 통해 유지되고 있다.
상기 웨이퍼 보트(23)에는, 처리의 상태를 모니터하는 모니터 웨이퍼(W1∼ W5)가 산재하여 놓여진다.
상기 덮개체(24)는, 웨이퍼 보트(23)를 반응관(2)내에 반입, 반출하기 위한 보트 엘레베이터(26) 위에 탑재되어 있다. 해당 덮개체(24)는, 그 상한위치에 상승될 때, 매니폴드(21)의 하단개구부, 즉, 반응관(2)과 매니폴드(21)로 구성되는 처리용기의 하단개구부를 막는 역할을 가진다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 반응관(2)의 주위에는, 예를 들면 저항가열체로 이루어지는 히터(3)가 설치된다. 히터(3)는 5분할되어 있는, 즉, 각 히터요소(31∼35)의 발열량이 전력 콘트롤러(41∼45)에 의해 독립적으로 제어되도록 되어 있다. 이상의 반응관(2), 매니폴드(21) 및 히터(3)에 의해, 가열로가 구성된다.
내관(2a)의 내벽에는, 각 히터요소(31∼35)에 대응하여, 열전대(熱電對) 등의 안쪽온도 센서(S1in∼S5in)가 설치되어 있다. 또한, 외관(2b)의 외벽에는, 각 히터요소(31∼35)에 대응하여, 열전대 등의 바깥쪽 온도 센서 (S1out∼S5out)가 설치되어 있다.
내관(2a)의 내부는, 히터요소(31∼35)에 대응하여, 5개의 영역(존1∼5)으로 구분하여 생각할 수 있다. 그리고, 웨이퍼는, 그 배치된 장소(존1∼5)에 대응하여, 5개의 기판군(G1∼G5)으로 구분할 수 있다. 한편, 기판군(G1∼G5)전체를 포함하여 배치(batch)라고 하기로 한다. 즉, 반응관(2)내에 놓여짐과 동시에 웨이퍼보트(23)에 얹어 놓여진 웨이퍼의 전체는, 1개의 배치를 구성하여, 함께 열처리가 이루어진다.
상술의 모니터 웨이퍼(W1∼W5)는, 각 기판군(G1∼G5)에 하나씩(각 존1∼5에 대응하여) 설치되어 있다. 즉, 모니터 웨이퍼(W1∼W5)는, 기판군(G1∼G5)을 대표하는 웨이퍼(기판)이며, 존1∼5와 1대 1로 대응하고 있다. 모니터 웨이퍼(W1∼W5)로서는, 통상은 제품웨이퍼와 동일한 웨이퍼(반도체웨이퍼)가 사용되고, 그 온도가 추정대상이 된다. 후술하는 바와 같이, 모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 온도는, 온도 센서(S1in∼S5in, S1out∼S5out)의 측정신호로부터 추정된다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 매니폴드(21)에는, 내관(2a) 내에 가스를 공급하기 위한 복수의 가스공급관이 설치된다. 도 1에서는, 편의상 2개의 가스공급관(51,52)만이 나타나 있다. 각 가스공급관(51,52)에는, 가스유량을 각각 조정하기 위한 예를 들면 매스플로우 콘트롤러 등의 유량조정부(61,62)나 밸브(도시하지 않음) 등이 개설되어 있다. 더욱이 또한, 매니폴드(21)에는, 내관(2a)과 외관 (2b)의 빈틈으로부터의 배기를 위한 배기관(27)이 접속되어 있다. 이 배기관(27)은, 도시하지 않은 진공펌프에 접속되어 있다. 배기관(27)의 도중에는, 반응관(2)내의 압력을 조정하기 위한 예를 들면 버터플라이 밸브나 밸브구동부 등을 포함한 압력조정부(28)가 설치된다.
이 종형열처리장치는, 반응관(2)내의 처리분위기의 온도, 반응관(2)내의 압력, 가스유량이라고 하는 처리 파라미터를 제어하기 위한 콘트롤러(100)를 구비하고 있다. 이 콘트롤러(100)에는, 온도 센서(S1in∼S5in, S1out∼S5out)로부터의온도측정신호가 입력된다. 그리고 콘트롤러(100)는, 히터(3)의 전력 콘트롤러(41∼45), 압력조정부(28), 유량조정부(61,62)에 제어신호를 출력한다.
도 3은, 콘트롤러(100)의 내부구성중, 히터(3)의 제어에 관한 부분을 상세하게 나타낸 블록도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 콘트롤러(100)는, 온도 센서 (S1in∼S5in, S1out∼S5out)로부터의 측정신호에 기초하여 추정한 모니터 웨이퍼 (W1∼W5)의 중앙근방의 중앙온도 T1c∼T5c와 둘레가장자리근방의 둘레가장자리온도 T1e∼T5e를 출력하는 기판온도추정부(110), 각각의 모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 중앙온도 T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도 T1e∼T5e에서 각각의 모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 대표온도 T1r∼T5r를 산출하는 대표온도산출부(120), 모니터 웨이퍼의 대표온도 T1r∼T5r 및 설정온도 프로파일기억부(130)에 기억된 설정온도 프로파일을 기초로 히터의 출력 h1∼h5 을 결정하는 히터출력결정부(140)로 구성된다. 히터출력결정부(140)로 결정된 히터출력 h1∼h5은, 제어신호로서 전력 제어기(41∼45)에 송출된다.
설정온도 프로파일은, 시간의 경과와 설정온도[웨이퍼(W)가 있어야 하는 온도]와의 관계를 나타낸 것이다. 이 일례를 도 4에 나타낸다.
도 4는, 본 실시형태에 관한 설정온도 프로파일을 나타낸 그래프이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 이 설정온도 프로파일에서는,
(A)시각 t0로부터 t1까지는 설정온도가 T0로 유지되고 있다. 이 때, 웨이퍼 (W)를 유지한 웨이퍼 보트(20)가 종형열처리로(10)내에 반입된다(로드공정).
(B)시각 t1로부터 t2까지의 사이에, 설정온도는 온도 T0에서 T1까지 일정한레이트로 상승한다(승온공정).
(C)시각 t2로부터 t3의 사이는, 설정온도는 그대로 T1로 유지된다. 실제의 웨이퍼(W)의 온도는, 열적인 관성 때문에, 설정온도를 일정하게 하고 나서 온도가 일정하게 될 때까지 다소 시간이 걸린다. 그 때문에, 웨이퍼의 온도가 안정할 때까지 다음 공정으로 옮기는 것을 멈춘다(안정화공정).
(D)시각 t3로부터 t4의 사이는, 설정온도는 그대로 T1로 유지된다. 이 때에, 가스공급관(51,52)로부터 처리가스 예를 들면 SiH2Cl2및 NH3가 종형열처리로(10)의 내부에 도입되어, 예컨대 CVD에 의한 SiN막의 형성 등이 행하여진다(성막공정).
이 성막공정의 사이의 설정온도가, 일정한 정상설정온도이다. 한편, 후술하는 바와 같이, 성막중에 설정온도를 변화시키는 경우도 있다. 이것은 시간변화설정온도라고 한다.
(E)시각 t4로부터 t5의 사이는, 설정온도가 T1로부터 T0까지 일정한 레이트로 저하한다(강온공정).
(F)시각 t5이후는, 설정온도가 T0로 유지된다. 이 때, 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(20)가 종형열처리로(10)내에서 반출된다(언로드공정). 설정온도 프로파일은, 이상과 같이 시간의 경과에 대응하여 온도를 직접 지정하는 외에, 승온 레이트 등의 온도의 변화율을 지정하거나, 혹은 히터출력을 지정하는 등의 여러가지 형태로 표현될 수 있다. 결과적으로 시간의 경과와 웨이퍼(W)의 온도를 대응시키는 것이면, 표현 형태는 특히 제한되지 않는다.
설정온도 프로파일은, 웨이퍼(W)의 열처리전체를 결정하는 처리레시피의 일부이다. 처리레시피에는, 설정온도 프로파일의 외에도, 종형열처리로(10)내로부터의 대기의 배출이나 처리가스의 도입 등의 공정이 시간경과와 대응하여 표시되고 있다.
열처리전체에서 특히 중요한 것은, 성막공정(열처리공정)이다. 처리레시피중 성막공정을 기술하는 부분을, 성막공정기술부(열처리공정기술부)라고 부르기로 한다.
도 5는, 콘트롤러(100)에 의한 히터(3)의 제어순서를 나타낸 흐름도이다. 이하, 이 흐름도에 기초하여, 종형열처리로(10)의 온도제어의 순서를 설명한다.
(A) 열처리의 프로세스가 시작되면, 온도 센서(Sin)(S1in∼S5in) 및 (Sout) (S1out∼S5out)의 측정신호가, 기판온도추정부(110)에 의해서 독해된다(S11).
(B) 기판온도추정부(110)는, 온도 센서(Sin) 및 (Sout)의 측정신호로부터 모니터 웨이퍼(W1∼W5)각각의 중앙온도 T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도T1e∼T5e를 추정한다(S12).
이 추정에는, 제어공학에서 알려져 있는 이하의 식(1), (2)을 사용할 수 있다.
x(t+1)=A·x(t)+ B·u(t) ‥‥‥식(1)
y(t)= C·x(t)+u(t) ‥‥‥식(2)
여기서, t:시간
x(t): n차원 상태 벡터
y(t): m차원 출력 벡터
u(t): r차원 입력 벡터
A, B, C: 각각 n×n, n×r, m×n의 상수행렬이다.
식(1)이 상태방정식, 식(2)가 출력방정식이라고 불린다. 식(1), (2)을 연립하여 해를 구하는 것에 의해, 입력 벡터 u(t)에 대응하는 출력 벡터y(t)를 구할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 입력 벡터 u(t)는 온도 센서(S1in∼S5in, S1out ∼S5out)의 측정신호이고, 출력 벡터 y(t)는 중앙온도 T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도 T1e∼T5e이다.
식(1), (2)에 있어서, 온도 센서(Sin, Sout)의 측정신호와 중앙온도Tc 및 둘레가장자리온도Te는, 다입출력의 관계에 있다. 즉, 각 히터요소(31∼35)[히터(3)의 존1∼5]는 대응하는 1개의 모니터 웨이퍼(W1∼W5)에만 영향을 주고 있는 것이 아니라, 모든 모니터 웨이퍼(W1∼W5)에 어떠한 영향을 주고 있다.
상태방정식으로서는, 잡음을 고려한 이하의 식(3), (4)을 사용할 수도 있다.
x(t+1)=A·x(t)+B·u(t)+K·e(t) ‥‥‥식(3)
y(t)=C·x(t)+D·u(t)+e(t) ‥‥‥식(4)
여기서, t : 시간
x(t): n차원 상태 벡터
y(t): m차원 출력 벡터
u(t): r차원 입력 벡터
e(t): m차원 잡음 벡터
A, B, C, D, K: 각각 n×n, n×r, m×n, m×m, n×m의 상수행렬이다.
여기서, 열처리장치의 열적 특성에 의해서 정해지는 상수행렬 A, B, C, D를 구하는 수법으로서는, 예를 들면 부분공간법을 적용할 수가 있다.
구체적으로는, 우선 온도 센서(S1in∼S5in 및 S1out∼S5out)의 측정신호 및 중앙온도 T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도 T1e∼T5e의 데이터를 취득한다. 그리고, 그 데이터를 예컨대 소프트웨어 Matlab(제조:The MathWorks. Inc., 판매: 사이버넷시스템주식회사)에 입력함으로써, 상수행렬 A, B, C, D를 역산할 수 있다.
이 데이터취득은, 히터요소(31∼35)의 출력을 서서히 변화시키면서, 온도 센서(S1in∼S5in) 및 (S1out∼S5out)의 측정신호와 중앙온도 T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도 T1e∼T5e와의 시간적 변동을 동시에 측정함으로써 이루어질 수 있다. 중앙온도 T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도 T1e∼T5e의 측정은, 열전대를 설치한 모니터 웨이퍼를 사용함으로써 실시가능하다.
구해진 상수행렬 A, B, C, D의 조합은, 복수 존재하는 것이 통례이다. 이 조합으로부터, 중앙온도 T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도 T1e∼T5e의 산출치[(3),(4)를 연립하여 산출한다]와 실측치가 적합하게 일치하는 것을 선택한다(모델의 평가).
상수행렬 A, B, C, D의 조합이 정해지면, 식(1), (2) 또는 식(3), (4)을 연립하여 해를 구하는 것에 의해, 온도 센서(S1in∼S5in 및 S1out∼S5out)의 측정신호로부터 중앙온도 T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도 T1e∼T5e를 산출할 수 있다.
(C) 대표온도산출부(120)는, 중앙온도 T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도 T1e∼ T5e에 기초하여, 모니터 웨이퍼(W1∼W5)각각의 온도를 대표하는 대표온도 T1r∼T5r를 산출한다(S13).
대표온도 Tr의 산출은, 예를 들면 다음 식(5)에 의해서 행해질 수 있다.
Tr=Tc·x+ Te·(1-x) ‥‥‥식(5)
여기서, x:무게(0<x<1)이다. 무게 x는, 웨이퍼(W) 상의 온도분포를 고려하여, 대표온도Tr가 웨이퍼(W)의 온도를 대표하는 값으로서 어울리게 되도록 하는 값을 채용한다. 구체적으로는, 무게 x는, 예를 들면 1/3의 값을 채용할 수 있다.
(D) 히터출력결정부(130)는, 대표온도 T1r∼T5r 및 설정온도 프로파일을 기초로, 전력 제어기(41∼45)에의 출력값 h1∼h5을 결정한다(S14).
히터출력값 h1∼h5은, 예를 들면 설정온도Tsp와 대표온도Tr의 차Tsp-Tr에 대응하여 결정될 수 있다. 혹은, 승온 레이트 등의 온도의 변화속도에 대응하여 결정될 수 있다.
(E) 히터출력결정부(140)는, 최종적으로 결정된 히터출력값 h1∼h5을 전력 제어기(41∼45)에 제어신호로서 출력하여(S15), 히터요소(31∼35) 각각의 출력이 제어된다.
(F) 열처리 프로세스가 종료하지 않으면, 스텝S11로 되돌아가 반도체웨이퍼 (W)의 온도제어가 속행된다(S16).
한편, 이 스텝S11로부터 S16은 대부분의 경우, 1초∼4초 정도의 주기로 반복된다.
계속해서, 본 실시형태에 관한 열처리장치의 설정온도 프로파일의 결정방법에 관하여 기술한다.
도 6은, 설정온도 프로파일의 결정순서의 개략을 나타낸 흐름도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 관한 설정온도 프로파일의 결정순서는, 크게 3가지 공정으로 나누어진다.
(A) 복수의 기판군(G1∼G5)사이의 막두께 분포가 양호하도록 제 1 설정온도 프로파일을 결정한다(S100).
여기서, 제 1 설정온도 프로파일은, 성막시를 정상설정온도로 한 프로파일이고, 복수의 기판군이기 때문에, 예를 들면 그들 모니터 웨이퍼(W1∼W5)마다 결정된다. 그 결과, 복수의 기판군에 있어서의 기판[예를 들면 모니터 웨이퍼(W1∼W5)]위에의 대략 동일한 막두께의 막의 형성이 가능해진다.
(B) 제 1 설정온도 프로파일을 수정하여, 웨이퍼(기판)면내의 막두께 분포가 양호하도록 제 2 설정온도 프로파일을 결정한다(S200).
여기서, 제 2 설정온도 프로파일은, 성막시를 시간변화설정온도로 한 프로파일이다. 그 결과, 동일한 기판내에서 대략 균일한 막두께의 막의 형성이 가능해진다.
이 제 2 설정온도 프로파일은, 복수의 기판군에 있어서의 기판[예를 들면 모니터 웨이퍼(W1∼W5)]마다 결정되는 것이 바람직하다. 그러나, 보다 간편하게, 대표적인 기판[예를 들면 모니터 웨이퍼(W3)]를 대상으로 하여 제 2 설정온도 프로파일을 결정하는 것도 가능하다.
(C) 제 2 설정온도 프로파일을 수정하여, 복수의 기판군 사이에서의 기판의 막두께 분포가 양호하도록 제 3 설정온도 프로파일을 결정한다(S300).
여기서, 제 3 설정온도 프로파일은, 제 2 설정온도 프로파일과 마찬가지로 성막시를 시간변화설정온도로 한 프로파일이다. 제 1 설정온도 프로파일을 수정하여 제 2 설정온도 프로파일로 한 결과, 제 1 설정온도 프로파일에서는 양호했던 기판군 사이에서의 막두께 분포가 불균일하게 되는 경우가 있다. 이 때문에, 복수의 기판군사이의 기판[예를 들면 모니터 웨이퍼(W1∼W5)]위에의 대략 동일한 막두께의 막의 형성을 다시 가능하게 하기 위해, 제 2 설정온도 프로파일을 수정하는 것이다.
(제 1 설정온도 프로파일결정공정의 상세)
S100의 제 1 설정온도 프로파일의 결정공정을 상세하게 설명한다.
도 7은, 제 1 설정온도 프로파일의 결정순서를 상세하게 나타낸 흐름도이다.
(A) 먼저, 소정의 설정온도 프로파일에 따라서, 제 1 배치에 있어서의 복수의 기판군으로 이루어지는 다수의 기판[웨이퍼(W-1)]가 열처리된다(S102). 그 후, 복수의 기판군의 기판[웨이퍼(W-1)]상에 형성된 막의 막두께가 측정된다(S104).
제 1 배치에 있어서의 복수의 기판군의 기판[웨이퍼(W-1)]는, 예를 들면 모니터 웨이퍼(W1-1∼W5-1)이다.
소정의 설정온도 프로파일은, 처리가스를 도입하여 막의 형성을 하는 성막공정중의 설정온도가 정상설정온도이도록 하는 프로파일이다. 여기서는, 복수의 제1 배치의 웨이퍼(W-1) 때문에 동일한 값의 정상설정온도가 사용된다. 소정의 설정온도 프로파일의 예가, 도 4에 나타나 있다.
막두께의 측정에는, 예를 들면 에립소미터(ellipsometer) 등의 막두께측정기를 사용할 수 있다. 막두께의 측정은, 웨이퍼(W-1)상의 1개소에서만 할 수도 있지만, 웨이퍼(W-1)상의 복수 개소의 막두께를 측정하여, 그 평균치를 각각의 웨이퍼 (W-1)의 막두께로 하는 것이 바람직하다.
이 때의 측정점의 일례를 도 8에 나타낸다. 도 8에서는, 웨이퍼(W)의 중앙 근방의 측정점A, 웨이퍼(W)의 둘레가장자리 근방의 4개의 측정점 F∼I, 웨이퍼(W)의 중앙과 둘레가장자리와의 중간점의 4개의 측정점B∼E, 의 합계 9개소의 측정점을 웨이퍼(W) 상에 설정하고 있다.
측정점 I, E, A, C, G 및 측정점 F, B, A, D, H는, 각각 직선상에 배치되어 있다.
웨이퍼(W-1)상에 막두께 분포가 있는 경우에는, 측정점 A를 막두께 분포의 중심점과 일치시킨 쪽이 바람직하다. 웨이퍼(W)의 막두께 분포의 일례를 도 9에 나타낸다. 도 9에서는, 웨이퍼(W)의 형상에서 본 형상중심(P0)과 웨이퍼(W)의 막두께 분포에서 본 막두께 분포중심(P1)이 일치하지 않는다. 여기서, Lc는 막두께의 등고선이다. 이러한 형상중심(P0)와 막두께 분포중심(P1)의 불일치는, 웨이퍼 (W)의 배치된 위치가 열처리장치의 열적인 중심에서 어긋나고 있는 것에 기인하여 생기는 경우가 많다. 이러한 경우는, 웨이퍼(W)를 배치하는 위치를 열처리장치의 열적인 중심과 일치시키거나, 혹은, 측정점A의 위치를 웨이퍼(W)의 형상중심에서움직여 막두께 분포의 중심점(P1)과 일치시키는 것이 바람직하다.
이하의 막두께측정의 전부에서, 측정점A는 막두께 분포의 중심(P1)과 일치하고 있는 것으로 한다.
(B) 측정된 복수의 기판군의 웨이퍼(W-1)의 막두께 분포가, 미리 설정한 허용범위에 있는지의 여부가 판단된다(S106).
이것은 예를 들면, 다음 식(10)에 기초하여 막두께 분포비Δ를 산출함으로써 이루어질 수 있다.
Δ=│Dmax-Dmin│/[(Dmax+ Dmin)/2] ‥‥‥식(10)
여기서,
Dmax:웨이퍼(W1-1∼W5-1)의 막두께중의 최대치
Dmin:웨이퍼(W1-1∼W5-1)의 막두께중의 최소치
이다.
산출된 막두께 분포비Δ와 설정된 허용치와가 비교된다. 막두께 분포비Δ가 허용치이하일 때, 막두께 분포가 허용범위내라고 판단되고, 그렇지 않으면, 허용범위내가 아니라고 판단된다.
S106의 판단이 Yes일 때는, 소정의 설정온도 프로파일은 수정의 필요가 없다. 따라서, 이것을 제 1 설정온도 프로파일로 하여, 제 1 설정온도 프로파일결정공정은 종료한다.
(C) S106의 판단이 NO일 때는, 막의 성장속도와 온도와의 관계를 나타낸 막두께온도계수를 기초로, 각각의 기판군의 기판(웨이퍼 W-1) 마다 성막중인 정상설정온도의 적절한 값을 산출한다(S108). 그리고, 산출된 해당 정상설정온도에 기초하여, 설정온도 프로파일이 수정된다.
정상설정온도의 산출은, 1배치(batch)의 기판군 사이에서 웨이퍼(W-1)(예를 들면, 모니터 웨이퍼(W1-1∼W5-1)의 막두께가 정리되도록, 즉, 기판군사이의 막두께 분포가 균일해지도록 행하여진다.
이 때, 웨이퍼(W-1)의 막두께를 어떤 막두께로 정리할 것인지가 제일 먼저 결정된다. 정리해야 할 목표 막두께 Dt는, 미리 결정해 두어도 좋고, 혹은, 모니터 웨이퍼(W1-1∼W5-1)의 막두께의 평균치 등으로 하여도 좋다.
그리고, 목표막두께 Dt와 각각의 기판군의 웨이퍼의 막두께 D1[예를 들면, 모니터 웨이퍼(W1-1∼W5-1) 각각의 막두께 D11∼D15]의 실측치와의 차 및 막두께 온도계수에 기초하여, 웨이퍼(W-1)의 막두께 D1을 목표 막두께 Dt에 일치시키기 위해 필요한 각각의 정상설정온도Tsp1)(Tsp11∼Tsp15)가 산출된다.
다음에, 막두께 온도계수에 대하여 설명한다.
막두께의 성장속도(성막속도)V는, 예컨대 CVD(Chemical Vapor Deposition)와 같은 막의 표면에서 이루어지는 반응과정에 의해서 성막속도가 정해지는 표면율속과정에서는, 하기 식(20)의 이론식으로 표시되는 것이 알려져 있다.
V= C·exp(-Ea/(kT)) ‥‥‥식(20)
여기서,
C: 프로세스상수(성막 프로세스에 의해서 정해지는 상수)
Ea: 활성화에너지(성막 프로세스의 종류에 의해서 정해지는 상수)
k:볼츠만 상수
T:절대온도
이다.
식(20)을 온도 T로 편미분하면 식(21)이 얻어진다.
{∂V/∂T}/V=(Ea/(k·T^2)) [1/℃] …식(21)
여기서, {∂V/∂T}/V가 막두께 온도계수S이고, 온도의 변화에 따라 성막속도가 변화하는 비율을 표시하고 있다.
활성화에너지는, 성막 프로세스의 종류(예를 들면, 반응가스 SiH2Cl2및 NH3로부터의 SiN막의 형성과 같은 반응과정)에 의해 정해지고, 이 예에서는 1.8[eV]이다.
이상과 같이, 식(21)에 활성화에너지Ea와 절대온도T를 대입하면, 막두께온도계수S(={∂V/∂T}/V)가 정해진다.
여기서, 웨이퍼(W-1)의 S102에 있어서의 정상설정온도를 T0, 웨이퍼(W-1)의 막두께를 목표막두께 Dt에 일치시키기 위해서 필요한 정상설정온도를 Tsp1로 한다. 이 때, 막두께온도계수 S(={∂V/∂T}/V)는, 다음 식(22)에 의해서 나타낼 수 있다.
S=(Dt-D0)/[D0·(Tsp1-T0)] ‥‥‥식(22)
식(21)과 식(22)을 같게 하고, 식(22)의 절대온도T를 정상설정온도T0로 두면, 이하의 식(23)을 이끌어 낼 수 있다.
Tsp1= T0+[(Dt-D0)/D0] ·[k·T0^2/Ea] …식(23)
Ea, k, T0, Dt, D0는 이미 알고 있으므로, 정상설정온도Tsp1를 구할 수 있다.
다음에, 웨이퍼(W-1)마다 구해진 정상설정온도Tsp1에 기초하여, 설정온도 프로파일을 수정한다. 수정된 설정온도 프로파일의 예를, 도 10에 나타낸다.
도 10(A)는, 수정된 설정온도 프로파일의 일례를 나타낸 그래프이고, 도 10(B)는, 이 때의 정상설정온도Tsp1의 값과 웨이퍼의 위치와의 대응의 일례를 나타낸 그래프이다. 모니터 웨이퍼(W1∼W5) 각각의 성막중(시각 t3∼t4)인 정상설정온도Tsp1의 값이 T(1)∼T(5)로 되어 있다.
이 예에서는, 모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 정상설정온도Tsp1를 각각 T(1)∼T(5)로 하는 시각(t2)이 동일하고, 따라서, 각각의 모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 안정화시간(t3-t2)이 동일하게 되어 있다.
그러나, 각각의 웨이퍼(W)의 안정화시간은, 반드시 동일하지 않아도 상관없다. 예컨대, 모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 승온속도(승온구배)가 동일하다고 하면, 모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 정상설정온도Tsp1가 각각 T(1)∼T(5)에 도달하는 시각(t2)은 다르다. 이 경우, 각각의 모니터 웨이퍼(W1∼W5)에 대하여 안정화시간이 달라지게 된다. 어떤 모니터 웨이퍼(W1∼W5)에 있어서나, 어느 정도 이상의 안정화시간이 걸리면, 성막중의 온도의 안정화는 충분히 도모할 수 있다.
요컨대, 중요한 것은 성막공정(열처리공정)에 있어서의 설정온도 프로파일이고, 그 전후의 설정온도 프로파일이 다소 변하더라도 지장이 없다.
(D) 다음에, 수정된 설정온도 프로파일에 따라서, 제 2 배치에 있어서의 복수의 기판군으로 이루어지는 다수의 웨이퍼(W-2)가 열처리된다(S1 10). 그 후, 복수의 기판군의 웨이퍼(W-2)상에 형성된 막의 막두께가 측정된다(S112). 그리고, 측정된 복수의 기판군의 웨이퍼(W-2)의 막두께 분포가, 미리 설정한 허용범위에 있는지의 여부를 판단한다(S114).
이러한 열처리, 막두께측정 및 허용범위내 판단은, 상술한 S102, S104 및 S106과 마찬가지로 실시될 수 있다.
S114의 판단이 Yes일 때에는, 먼저 수정된 설정온도 프로파일을 제 1 설정온도 프로파일로서 결정하고, 제 1 설정온도 프로파일결정공정은 종료한다.
(E) S114의 판단이 No일 때는, 제 1 배치에 있어서의 웨이퍼(W-1)의 막두께 및 제 2 배치에 있어서의 웨이퍼(W-2)의 막두께의 측정결과에 기초하여, 막두께 온도계수를 산출한다(S116). 그리고, 이 산출치에 기초하여, 각각의 기판군에 있어서의 웨이퍼(W-2)마다, 성막중의 정상설정온도의 적절한 값이 산출된다(S118). 그리고, 산출된 해당 정상설정온도에 기초하여, 설정온도 프로파일이 수정된다.
막두께 온도계수 및 정상설정온도의 산출은, 아래와 같이 이루어진다.
존i에 대하여, 제 2 배치에 있어서의 기판군의 웨이퍼(Wi-2)상의 막두께를 D2, 제 1 배치에 있어서의 기판군의 웨이퍼(Wi-1)상의 막두께를 D1로 한다. 이 때의 정상설정온도를 각각 T2, T1로 한다. 웨이퍼(W-2)의 막두께를 목표막두께 Dt에 일치하는 데에 필요한 정상설정온도를 Tsp로 한다.
막두께 온도계수 S(={∂V/∂T}/V)의 실측치는, 이하의 식(30)으로 나타낸다.
S=(D2-D1)/[D1·(T2-T1)] ‥‥‥식(30)
또한, 이 막두께 온도계수S와 목표막두께 Dt의 관계는, 이하의 식(31)으로 표시된다.
S=(Dt-D2)/[D2·(Tsp-T2)] ‥‥‥식(31)
식(30)과 (31)를 연립시키는 것으로, 적절한 정상설정온도Tsp를 산출하는 식(32)을 도출할 수 있다.
Tsp=T2+(T2-T1)·(Dt-D2)·D1/[(D2-D1)·D2] ‥‥‥식(32)
(F) 그 후, S110∼S118이 반복되어, 기판군 사이에서의 웨이퍼의 막두께 분포가 허용범위이내가 될 때까지, 정상설정온도의 산출(설정온도프로파일의 수정)이 이루어진다. 그 결과, 최종적으로 제 1 설정온도 프로파일이 결정된다.
(제 2 설정온도 프로파일결정공정의 상세)
다음에, 도 6에 있어서의 S200의 제 2 설정온도 프로파일의 결정공정을 상세하게 설명한다.
도 11은, 제 2 설정온도 프로파일의 결정순서를 상세하게 나타낸 흐름도이다.
(A) 먼저, 제 1 설정온도 프로파일에 따라서, 제 3 배치에 있어서의 웨이퍼 (W-3)가 열처리된다(S202). 그 후, 제 3 배치에 있어서의 웨이퍼(W-3)상에 형성된 막의 막두께가 측정된다(S204).
여기서는, 웨이퍼(W-3)의 면내의 막두께 분포의 균일화를 목적으로 하기 때문에, 반드시 웨이퍼(W-3)를 복수 사용할 필요는 없다. 그러나, 최종적인 목적은 기판군사이 및 면내의 쌍방의 막두께 분포의 균일화를 도모하는 것이다. 따라서,복수의 기판군에 따라서 웨이퍼(W-3)를 복수 사용하고, 그 각각에 대하여 제 2 설정온도 프로파일을 결정하는 것이 바람직하다.
이하, 설명을 간단하기 하기 위해, 단일의 웨이퍼(W-3)만이 사용되고 있는 것으로 한다.
제 1 설정온도 프로파일은, S100에 의해서 결정된 설정온도 프로파일이다.
막두께의 측정에는, 예를 들면 에립소미터 등의 막두께측정기를 사용할 수 있다. 막두께의 측정은, 웨이퍼(W-3)상의 복수의 개소에서 한다. 이 때의 측정점은, 예를 들면 도 8에서 나타낸 바와 같이, 웨이퍼의 중앙근방의 측정점A, 웨이퍼의 둘레가장자리근방의 4개의 측정점 F∼I, 웨이퍼의 중앙과 둘레가장자리와의 중간점의 4개의 측정점B∼E의 합계 9개소일 수 있다.
(B) 다음에, 측정된 웨이퍼면내의 막두께 분포가, 미리 설정한 허용범위내에 있는지의 여부가 판단된다(S206).
도 12(A)는, 웨이퍼(W-3)상의 막두께 측정결과의 일례를, 웨이퍼(W-3)중앙으로부터의 거리와 대응하여 나타낸 그래프이다.
도 12(A)에 있어서, 가로축은 웨이퍼 중심으로부터의 거리를, 세로축은 막두께를 나타낸다. 웨이퍼의 중심부근에서 막두께가 얇고, 둘레가장자리로 감에 따라 막두께가 두꺼워지고 있는 것을 알 수 있다. 측정점에 따라 다소의 불균형은 있지만, 이 그래프에서는, 웨이퍼면상의 막두께(D)는, 중심으로부터의 거리 x의 2차함수로서, 대강 다음 식(35)에 따른다.
D=a·x^2+b ‥‥‥식(35)
여기서, a, b:상수다.
식(35)에서는, 거리 x의 1차의 항이 없다. 이것은, 막두께의 면내분포가 웨이퍼의 중심에 대하여 대칭이라고 하는 상정에 의한다(거리x의 1차의 항은, 중심에 대하여 역대칭성분).
상수 a, b는, 예를 들면 최소 2곱셈을 사용하여 산출할 수가 있다. 그 결과, 웨이퍼(W-3)의 중앙에서의 이론상 막두께d0, 중간점(중앙과 둘레가장자리의 중간)에서의 이론상 막두께d1, 둘레가장자리에서의 이론상 막두께d2를 각각 산출할 수 있다. 그리고, 웨이퍼면내의 막두께 분포의 크기를 나타낸 양으로서, 식(10)과 같은 막두께 분포비Δ를 채용할 수 있다.
Δ=│d2-d0│/[(d2+d0)/2] ‥‥‥식(40)
이 막두께 분포비Δ와 소정의 허용치와의 대소를 비교하는 것으로, 면내막두께 분포가 허용범위내인지의 여부를 판단할 수 있다.
(C) S206의 판단이 Yes(막두께 분포가 소정의 허용범위내)이면, 제 1 설정온도 프로파일은 수정할 필요가 없고, 그대로 제 2 설정온도 프로파일로 하여도 좋다.
한편, S206의 판단이 No이면, 막두께 온도계수의 이론치를 사용하여, 웨이퍼면내에서의 막두께 분포를 균일하게 하기 위해서 필요한 웨이퍼면내의 온도분포가 산출된다(S208).
웨이퍼(W-3)면내에서 막두께 분포가 출현하는 요인은, 아래와 같이 2개로 나누어진다. 그러나, 요인이 어느 것이던지, 웨이퍼면내에서의 온도분포를 제어함으로써 면내의 막두께 분포의 균일화가 가능하다.
①웨이퍼면내에서 온도분포가 있다.
②웨이퍼면내로 처리가스의 농도분포가 있는 등, 온도분포이외의 요인이 있다. 요인①에 대해서는, 후술하는 바와 같이, 시간변화설정온도를 적용하는 것이 유효하다.
요인②는, 특히 감압CVD 등과 같이 처리가스가 희박한 경우에, 보다 크게 나타날 수 있다. 즉, 웨이퍼 둘레가장자리에서 처리가스가 소비되는 경우, 웨이퍼중앙에 도달하는 처리가스의 농도가 저하하여, 결과적으로 둘레가장자리의 막두께보다도 중앙의 막두께가 얇아진다. 이에 대하여, 예를 들면 열산화 등과 같이 상압의 열처리의 경우, 처리가스의 소비에 의한 처리가스의 농도변화는 작기 때문에, 요인②의 출현은 작다.
요인②를 직접 제거하는 것은 곤란하다. 그러나, 요인②가 존재하는 경우라 해도, 웨이퍼면내의 온도분포를 제어함으로써 막두께 분포를 균일하게 하는 것이 가능하다.
예를 들면, 도 12(B)는, 웨이퍼의 중심으로부터의 거리와 해당 거리에 있어서의 웨이퍼의 평균온도와의 관계의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 12(A)에서는, 웨이퍼상의 막두께가 웨이퍼의 중심으로부터 둘레가장자리를 향함에 따라서 두꺼워지고 있다. 따라서, 이에 대응하여, 도 12(B)의 평균온도는, 웨이퍼의 중심으로부터 둘레가장자리를 향함에 따라서 저하하고 있다. 이와 같이, 도 12(A)의 그래프의 막두께와는 반대의 경향의 온도분포를 웨이퍼상에 만들어냄으로써, 웨이퍼상의 막두께 분포의 균일성을 향상할 수가 있다.
다음에, 면내막두께 분포를 균일화하기 위해서 필요한 면내부온도분포를 산출하는 방법에 대하여 기술한다.
먼저, 시간변화설정온도에서는, 성막 레이트는 성막중에 있어서의 온도의 시간평균(평균온도)에 의해서 정해지는 것을 나타낸다. 즉, 시간변화설정온도에 있어서의 면내부온도분포는, 기판면내의 각각의 개소에서의 평균온도에 기초하여 나타낼 수 있다.
시간변화설정온도에서는 온도가 시간적으로 변화한다. 이 때문에, 최종적인 막두께는 막의 성장 레이트를 시간적으로 적분하는 것으로 얻어진다. 그러나, 막의 성장 레이트의 평균치는 온도의 시간평균에 의해서 정해진다. 이것을 이하에 나타낸다.
웨이퍼상에 형성되는 막의 막두께 D는, 성막 레이트(막의 성장속도)V 및 시간t로부터, 다음 식(50)과 같이 나타낸다.
D=∫ts teV(T) dt ‥‥‥식(50)
여기서, ∫: 적분기호
ts:성막공정의 개시시간
te:성막공정의 종료시간
V(T):성막 레이트V(온도T의 함수)이다.
성막 레이트V(T)는, 다음 식(51)과 같이, 온도의 정수치T0로 전개할 수 있다.
V(T)= V(T0)+V1(T0)*(T-T0) ‥‥‥식(51)
여기서,
V1(T0):dV(T0)/dt(성막 레이트 V의 시간미분)
이다.
식(50)에 식(51)을 대입하면, 다음 식(52)를 이끌어 낼 수 있다.
D=V(T0)*(te-ts)+V1(T0)*∫ts te(T-T0)dt ‥‥‥식(52)
여기서, 온도 T의 시간평균치(평균온도)T(Av)를, 다음 식(53)에 의해 정의한다.
T(Av):∫ts teT(t)dt/(te-ts) ‥‥‥식(53)
그리고, 식(53)에서, T0=T(Av)로 놓으면, 다음 식(54)이 얻어진다.
D/(te-ts)=V(T(Av)) ‥‥‥식(54)
여기서,
D/(te-ts):성막중에 있어서의 성막레이트의 평균치(평균성막레이트)이다.
즉, 식(54)은, 성막중에 온도가 변동하는 경우의 평균성막 레이트는, 평균온도 T(Av)에 의해 정해진다는 것을 의미하고 있다.
이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 성막중의 중앙온도의 시간평균치(평균중앙온도)Tc(Av)와 둘레가장자리온도의 시간평균치(평균둘레가장자리온도) Te(Av)를 제어함으로써, 웨이퍼면내막두께 분포의 균일화를 도모할 수 있다. 또, 평균중앙온도 Tc(Av)와 평균둘레가장자리온도 Te(Av)는, 다음 식으로 나타낸다.
Tc(Av)=∫ts teTc(t)dt/(te-ts) ‥‥‥식(55)
Te(Av)=∫ts teTe(t)dt/(te-ts) ‥‥‥식(56)
웨이퍼(W-3)의 평균중앙온도를 Tc1, 평균둘레가장자리온도를 Te1, 중앙의 막두께를 Dc1, 둘레가장자리의 막두께를 De1로 하고, 웨이퍼(W-3)의 목표막두께를 Dt, 이 때의 평균중앙온도를 Tc2, 평균둘레가장자리온도를 Te2로 한다. 이 때, 목표로 해야 하는 면내부온도차 ΔT2(=Te2-Tc2)는, 아래와 같이 산출할 수 있다.
웨이퍼중앙의 막두께 온도계수 Sc와, 웨이퍼둘레가장자리의 막두께온도계수 Se란, 이하의 식(57), (58)에 의해서 표시될 수 있다.
Sc=(Dt-Dc1)/[Dc1·(Tc2-Tc1)] ‥‥‥식(57)
Se=(Dt-De1)/[De1·(Te2-Te1)] ‥‥‥식(58)
여기서, Sc=Se=S, 또한
Dt=2·Dc1·De1·(Dc1+ De1) ‥‥‥식(59)
으로 놓으면,
Tc2-Tc1=-(Te2-Te1) ‥‥‥식(60)
이 도출된다.
식(57)에 식(59) 및 식(60)을 대입하여,
ΔT1=Te1-Tc1:웨이퍼(W-3)의 평균면내부온도차
ΔT2=Te2-Tc2:목표로 하는 평균면내부온도차
라고 하면, 다음 식(61)을 얻을 수 있다.
ΔT2=ΔT1+2(Dc1-De1)/[Dc1+De1)·S] ‥‥‥ 식(61)
막두께온도계수S의 이론치는, 식(21)에서, 다음 식(62)으로 표시된다.
S=(Ea/(k·T^2)) [1/℃] ‥‥‥식(62)
Ea, k, 막두께 Dc1, De1는 이미 알고 있기 때문에, 절대온도T를 웨이퍼(W-3)의 설정온도Tsp1의 시간평균치Tsp1(Av)로 하면, 식(61), (62)에 의해, 목표로 하는 평균면내부온도차ΔT2가 산출될 수 있다.
(D) 산출한 면내부온도차ΔT를 기초로, 시간변화설정온도의 시간구배가 산출된다(S210). 그리고, 이 시간구배를 기초로, 제 1 설정온도 프로파일이 수정된다.
우선, 시간변화설정온도의 적용에 의해서 웨이퍼면내의 온도분포를 제어가능한 것을 나타낸다.
도 13(A)는, 설정온도 Tsp와, 웨이퍼의 중앙근방의 중앙온도Tc와, 웨이퍼둘레가장자리 근방의 둘레가장자리온도 Te와의 시간변화를 나타낸 그래프이다. 도 13(B)는, 웨이퍼면내의 면내부온도차 ΔT(=Te-Tc)의 시간변화를 나타낸 그래프이다.
이들 그래프는, 시각t0에서 t1의 정온공정, 시각t1에서 t2의 강온공정, 시각t2에서 t3의 정온공정, 시각t3에서 t4의 승온공정, 시각t4이후의 정온공정으로 구분할 수 있다.
그리고, 승온공정 및 강온공정에서는, 면내부온도차ΔT가 생기고 있다. 이 온도차는, 승온공정과 강온공정에서 반대가 된다. 즉, 시간변화설정온도의 구배의 음양과 면내부온도차의 음양은 대응한다(일치한다).
이 온도구배와 면내부온도차와의 관계는, 적층된 웨이퍼(W)의 둘레가장자리가 히터(31∼35)에 대향하고 있는 것에 의해 생긴다. 즉, 웨이퍼의 둘레가장자리는 중앙보다도 가열되기 쉽고, 또한 방열하기 쉬운 상태로 되어 있다.
이 때문에, 강온시에는 중앙온도가 둘레가장자리온도보다도 높아져 온도차Δ T가 생긴다. 승온시에는 둘레가장자리온도가 중앙온도보다 높아져 온도차ΔT가 생긴다. 그리고, 이들 온도차ΔT는, 정온공정, 강온공정, 승온공정 등의 전환시에 다소의 시간지연(Δt1,Δt2,Δt3,Δt4)은 있지만, 각각의 공정내에서는 절대치가 거의 일정값ΔT1인 것을 알 수 있다.
도 14는, 설정온도의 변화율(=dTsp/dt)와 면내부온도차ΔT(=Te-Tc)의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 14로부터, 설정온도의 변화율(설정온도의 시간구배)와 면내부온도차는, 거의 비례한다는 것을 알 수 있다. 열처리로마다, 구체적인 설정온도의 변화율V와 면내부온도차ΔT와의 관계(비례상수)는 다르다. 그러나, 이 비례상수는, 실험적으로 구할 수 있다. 예를 들면, 소정의 승온 레이트(또는 강온 레이트)에서 웨이퍼(W)를 승온시키고, 이 때의 면내부온도차ΔT를 실측하면, 비례상수를 얻을 수 있다.
이상으로부터, 시간변화설정온도의 구배를 바꿈에 따라, 온도분포(면내부온도차ΔT)의 대소 및 정부를 제어할 수 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 상술의 도 14 등의 시간변화설정온도의 구배 dTsp/dt와 면내부온도차ΔT와의 관계를 사용하여, 산출한 필요면내부온도차ΔT2로부터 필요한 시간변화설정온도의 구배 dTsp/dt를 산출할 수가 있다.
그리고, 산출된 시간변화설정온도의 구배에 기초하여, 제 1 설정온도 프로파일이 수정된다. 이 예를 도 15에 나타낸다.
도 15는, 수정후의 제 1 설정온도 프로파일 Tsp2을 수정전의 제 1 설정온도 프로파일 Tsp1과 대비하여 나타낸 그래프이다. 수정전의 프로파일에서는, 성막중에는 정상설정온도이던데 비하여, 수정후의 프로파일에서는 시간변화설정온도로 되어 있다.
여기서, 성막중의 설정온도의 평균치는, 수정의 전후에 동일한 온도 T2로 하고 있다. 이것은, 웨이퍼상의 막두께의 평균치를 변화시키지 않기 위해서이다(식 (54)에서 나타낸 바와 같이, 막의 성장속도의 시간평균은 온도의 시간평균으로 정해진다).
제 1 설정온도 프로파일의 수정에 있어서 중요한 것은, 성막중의 설정온도를 어떻게 규정하는가이다. 반대로, 성막전후의 조건은, 다소 다르지만 상관없다. 예를 들면 시각t1에서 t2의 승온시의 승온 레이트, 승온시간, 안정화시간(t3-t2)은, 설정온도 프로파일의 수정전후에 다소 달라도 지장이 없다.
(E) 수정후의 제 1 설정온도 프로파일에 따라서, 제 4 배치에 있어서의 웨이퍼(W-4)가 열처리된다(S212). 그 후, 웨이퍼(W-4)면내의 막두께 분포가 측정된다 (S214). 그리고, 측정된 웨이퍼(W-4)면내의 막두께 분포가, 미리 설정한 허용범위에 있는지의 여부가 판단된다(S216).
도 16은, 도 15에 나타낸 설정온도 프로파일에 따라서 열처리를 한 경우의 온도의 시간변화를 표시하고 있다. 도 16(A)는, 설정온도, 웨이퍼중앙근방의 중앙온도Tc 및 웨이퍼둘레가장자리의 둘레가장자리온도Te의 시간변화를, 도 16(B)는 온도차ΔT(=Te-Tc)의 시간변화를 각각 나타낸 그래프이다.
도 16(A) 및 도 16(B)에 나타낸 바와 같이, 시각t3에서 t5의 성막중(열처리중)의 웨이퍼(W-4)에 있어서는, 웨이퍼중앙근방의 중앙온도Tc가 웨이퍼둘레가장자리의 둘레가장자리온도 Te보다 높게 되어 있다. 이것은, 이미 기술한 바와 같이, 시간변화설정온도에 구배가 있는 데에 기인한 것이다. 이와 같이, S204에서 측정된 막두께 분포에 대해서는 반대의 온도분포(만약, W-3에서 중앙보다 둘레가장자리에서 막두께가 두꺼우면, W-4 때문에 중앙을 둘레가장자리보다 고온으로 한다)를 부여함으로써, 웨이퍼(W-4)면내에서의 막두께 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
다음에, 제 1 설정온도 프로파일에 도 15에 나타낸 수정과는 다른 수정을 가한 예를 나타낸다. 도 17은, 제 1 설정온도 프로파일을 수정할 때에 특히 성막공정의 전후의 공정을 바꾼 설정온도 프로파일을 나타낸다.
도 17(A)는, 설정온도, 웨이퍼중앙근방의 중앙온도Tc 및 웨이퍼둘레가장자리의 둘레가장자리온도Te의 시간변화를, 도 17(B)은 온도차ΔT(=Te-Tc)의 시간변화를 각각 나타낸 그래프이다.
도 17(A)의 경우, 성막공정(시각t4∼t6)의 전후 각각에 승온공정(시각t3∼ t4, 시각t6∼t7)이 있다. 그리고, 시각t7이후가 제 2 안정화공정이 되고 있다.여기서, 제 1 안정화공정(시각t2∼t3)의 설정온도와, 제 2 안정화공정(시각t7이후)의 설정온도와, 성막공정(시각t4∼t6)의 설정온도의 평균이 각각 T2와 일치하고 있다. 이와 같이, 기준이 되는 설정온도(이 경우, T2)를 정하여 두면, 열처리공정의 명확화를 도모할 수 있다. 예를 들면, 일련의 열처리공정마다 기준이 되는 설정온도를 다르게 함으로써, 각각의 열처리공정을 서로 구별(표현)하기 쉬워진다.
이와 같이, 성막공정의 전후에 다소의 공정을 부가하는 것도, 성막공정에 주는 영향이 크지 않으면, 제 1 설정온도 프로파일을 수정할 때에 채용될 수 있다.
(F) S216의 판단이 Yes이면, 수정된 제 1 설정온도 프로파일이 제 2 설정온도 프로파일로서 결정되고, 제 2 설정온도 프로파일결정공정은 종료한다.
또, 도 16(A)의 경우, 성막공정이 시작할 때(t3)에 설정온도의 시간변화가 시작하기 때문에, 도 16(B)에 나타낸 바와 같이, 성막공정의 초기(t3∼t3+Δt3)의 온도분포에 과도적인 상태가 생기고 있다. 따라서, 설정온도의 시간변화의 개시부터, 처리가스의 도입 등의 실질적인 성막처리의 개시를 조금 시간적으로 늦추는 것이, 성막기간중의 막의 균일한 성장을 도모하는 데에 있어서 보다 바람직하다.
(G) S216의 판단이 No일 때는, 제 3 배치에 있어서의 웨이퍼(W-3)의 막두께 및 제 4 배치에 있어서의 W-4의 막두께의 실측결과에 기초하여, 막두께온도계수 S를 산출한다(S218).
이 산출은, 식(30)을 사용함으로써 실시될 수 있다. 단지, 이 때의 온도 T1, T2로서는, 성막중의 온도의 시간평균치T(Av)가 사용된다.
(H) 그 후, 막두께온도계수의 산출치에 기초하여, 웨이퍼면내의 막두께 분포를 균일하게 하기 위해서 필요한 웨이퍼면내의 온도분포를 산출한다(S220). 그리고, 해당 온도분포에 기초하여, 시간변화설정온도의 구배를 산출하여, 수정한 제 1 설정온도 프로파일에 더욱 수정을 가한다.
이들 공정은, S208 및 S210과 거의 대응하는 것이다. 따라서, 중복하는 설명은 생략한다.
(I) 그리고, 웨이퍼면내의 막두께 분포가 허용범위가 될 때까지, S212내지 S222의 스텝이 반복된다. 그 결과, 최종적으로, 제 2 설정온도 프로파일이 결정된다.
(제 3 설정온도 프로파일결정공정의 상세)
다음에, S300의 제 3 설정온도 프로파일의 결정공정을 상세하게 설명한다. 제 3 설정온도 프로파일의 결정공정은, 제 2 설정온도 프로파일의 결정(제 1 설정온도 프로파일의 수정)공정에 의해서 기판군 사이에서의 기판의 막두께 분포가 저하하는 경우가 있기 때문에, 이것을 시정하기 위해서 행하여진다. 즉, 제 3 설정온도 프로파일을 결정하는 목적은, 제 1 설정온도 프로파일을 결정하는 목적과 같다. 기본적인 차이는, 제 1 설정온도 프로파일은 성막중에 정상설정온도인데 비하여, 제 3 설정온도 프로파일은 성막중에 시간변화설정온도인 점에 있다.
도 18은, 제 3 설정온도 프로파일의 결정순서를 상세하게 나타낸 흐름도이다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 제 3 설정온도 프로파일의 결정공정은, 도 7에 나타낸 제 1 설정온도 프로파일의 결정공정과 대응하고 있다. 제 1 설정온도 프로파일의 결정공정에서는, S108, S116 등의 산출처리에 있어서 정상설정온도를 사용하고 있는 데 비하여, 제 3 설정온도 프로파일의 결정공정에서는, S308, S316 등의 산출처리에 있어서 시간변화설정온도의 시간평균을 사용하는 것이 상이하다.
도 19에, 도 18의 흐름에 따라서 수정된 제 2 설정온도 프로파일(제 3 설정온도 프로파일)의 일례를 나타낸다. 여기서는, 도 17에 나타낸 제 2 설정온도 프로파일이 수정되어 있다.
도 19(A)에, 기판군(G1∼G5)에 있어서의 기판[모니터 웨이퍼(W1∼W5)] 각각의 설정온도 프로파일이 나타나 있다. 도 19(B)에, 성막중의 시간변화설정온도의 평균치가 모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 위치와 대응하여 나타내고 있다. 이 도 19는, 제 1 설정온도 프로파일을 나타낸 도 10과 대응하는 것이다.
도 19의 경우, 제 2 설정온도 프로파일의 결정에 있어서, 시간변화설정온도의 구배는 단지 하나에만 규정되어 있다. 그 결과, 종형열처리로(10)의 존1∼5에 설치된 기판군(G1∼G5)[모니터 웨이퍼(W1∼W5)]의 시간변화설정온도프로파일은, 성막중(시각t4∼t6)에 있어서 상수항(오프셋)만이 다르다(시간변화설정온도의 형상 자체는 동일하다).
단, 각각의 기판군(G1∼G5)[모니터 웨이퍼(W1∼W5)]마다, 시간변화설정온도 프로파일의 형상을 다르게 하는 것도 가능하다. 이 때도, 기판군(G1∼G5)[모니터 웨이퍼(W1∼W5)]의 각각의 설정온도 프로파일은, 수정의 전후에 형상이 동일한 것으로 한다. 요컨대, 기판군(G1∼G5)[모니터 웨이퍼(W1∼W5)]마다, 웨이퍼상의 막두께의 평균치를 목표막두께 Dt에 근접하도록, 적정한 시간변화설정온도의 시간평균치의 산출과 이것에 기초한 설정온도 프로파일의 수정을 하면 좋은 것이다.
또, 이미 기술한 바와 같이, 성막공정(시각t4∼t6)의 전후에는, 설정온도 프로파일을 서로 다소 변경하는 것이 허용된다. 또한, 설정온도의 시간변화의 개시보다 조금 시간이 경과하고 나서, 처리가스도입 등의 실질적인 성막처리를 시작한 쪽이 좋다.
그 밖의 점에 대해서는, 도 7에 나타낸 제 1 설정온도 프로파일의 결정공정과 본질적으로 서로 다른 점은 없다. 따라서, 중복한 설명은 생략한다.
(그 밖의 실시형태)
이상의 실시형태는, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서, 확장, 변경이 가능하다.
우선, 제 1, 제 2, 제 3 설정온도 프로파일의 결정공정에 대해서는, 반드시 이 3개의 공정의 조합이 필수가 아니라 각각을 단독으로 실시하여도 상관없다. 제 1 및 제 3 설정온도 프로파일결정공정은, 기판군이 복수인 것이 전제이지만, 제 2 설정온도 프로파일결정공정은, 기판군이 단수이더라도 지장이 없다.
기판은, 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 예를 들면 유리기판이더라도 좋다.
시간변화설정온도의 구배는, 반드시 시간적으로 일정할 필요는 없다. 구배가 일정하지 않아도, 기판면내의 막두께 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
히터의 구분의 수는, 5에는 한정되지 않는다. 또한, 히터의 제어에는, 항상 중앙온도Tc와 둘레가장자리온도Te에서 대표온도Tr를 산출하여 하지 않으면 안된다는 것은 아니다. 어떠한 형으로 기판을 대표하는 온도를 적당히 사용할 수 있다.
또한, 중앙온도Tc 및 둘레가장자리온도Te는, 온도 센서(Sin,Sout)의 측정신호로부터 추정하는 것은 아니라, 직접 측정하더라도 상관없다. 예를 들면, (a)열전대 등의 온도 센서를 모니터 웨이퍼(W1∼W5)에 설치하는 방법, 혹은, (b)방사온도계 등에 의한 비접촉측정방법이 이용될 수 있다. 이 때, 온도 센서(Sin, Sout)의 측정신호는 이용되지 않는다.
다음에, 본 발명의 다른 일실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 20, 도 21은, 각각, 본 발명에 관한 종형열처리장치의 일실시형태를 나타낸 개략단면도 및 개략사시도이다.
본 실시형태의 종형열처리장치는, 도 20에 나타낸 바와 같이, 종형열처리로 (210)와, 웨이퍼 유지구인 웨이퍼 보트(220)와, 이 웨이퍼 보트(220)를 승강시키는 보트 엘레베이터(230)와, 제어부(300)를 구비하고 있다.
종형열처리로(210)는, 예를 들면 석영으로 이루어지는 이중구조의 반응관 (240)과, 이 반응관(240)을 둘러싸도록 설치된 저항발열체 등으로 이루어지는 히터 (250)를 가지고 있다.
반응관(240)의 바닥부에는, 가스공급관(260)및 배기관(270)이 접속되어 있다. 이에 따라, 반응관(240)의 외관(240a)에서부터, 가스구멍(241)을 통해, 내관 (240b) 속으로 가스가 흐르도록 되어 있다. 가스공급관(260)내의 가스유량은, 유량제어기(265)에 의해서 제어되도록 되어 있다. 배기관(270)으로부터의 배기량은, 배기량제어기(275)에 의해서 제어되도록 되어 있다. 한편, 245는 균열용 용기이다.
웨이퍼 보트(220)는, 예를 들면, 천정판(221) 및 바닥판(222)의 사이에 복수개의 지주(223)가 설치되어 구성되어 있다. 각 지주(223)에는, 웨이퍼(피처리체) (W)의 둘레가장자리부를 유지하기 위한 수평방향 홈이, 상하방향으로 다수 형성되어 있다. 이에 따라, 복수의 웨이퍼(W)가 선반형상으로 유지되도록 되어 있다. 웨이퍼 보트(220)는, 종형열처리로(210)의 하단의 개구부(280)를 개폐하는 덮개체 (281) 위에 설치된 보온통(282) 위에 얹어 놓여져 있다. 덮개체(281)는, 보트 엘리베이터(230)에 설치된다. 보트 엘레베이터(230)가 승강함으로써, 종형열처리로 (210)에 대한 웨이퍼 보트(220)의 반입반출이 이루어진다.
상기 히터(250)는, 5개의 히터요소(251∼255)로 분할되어 있다. 각 히터요소(251∼255)는, 각각 종형열처리로(210)내의 존(영역)(201∼205)을 주로 가열하도록 되어 있다. 존(201∼205)을 대표하는 위치에, 각각 온도 모니터용의 모니터 웨이퍼(W1∼W5)가 배치되어 있다. 즉, 모니터 웨이퍼(W1∼W5)와 존(201∼205)는, 서로 1대 1로 대응하고 있다. 각각의 히터요소(251∼255)는, 각각 전력제어기(291∼ 295)에 의해 개별로 소비전력이 제어된다.
모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 기판온도는, 직접 측정되는 것은 아니고, 히터 (250)의 근방[균열용기(245)의 외벽] 및 웨이퍼(W)의 근방[내관(240b)의 내벽)에 각각 설치된 온도 센서(Sout,Sin)의 온도측정결과를 기초로 추정된다. 이 경우, 웨이퍼(W)에 열전대 등의 온도 센서를 접촉할 필요가 없고, 웨이퍼가 금속 등에 의해서 오염되는 것이 방지될 수 있다. 온도 센서(Sin,SouT)는, 모니터 웨이퍼(W1∼ W5)에 각각 대응하여, (Sin1∼Sin5,Sout1∼SouT5가 설치되어 있다.
제어부(300)는, 종형열처리로(210)의 제어를 하는 것으로 온도 센서(Sin1∼ Sin5,Sout1∼SouT5의 측정신호가 입력되어, 전력제어기(291∼295), 유량제어기 (265) 및 배기량제어기(275)에 제어신호를 출력한다.
도 22는, 제어부(300)의 내부구성중, 히터(203)의 제어에 관한 부분을 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 22에 나타낸 바와 같이 제어부(300)는, 온도 센서(S1in∼S5in, S1out∼ S5out)으로부터의 측정신호에 기초하여 추정한 모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 중앙근방의 중앙온도 T1c∼T5c와 둘레가장자리근방의 둘레가장자리온도T1e∼T5e를 출력하는 기판온도추정부(310), 각각의 모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 중앙온도 T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도 T1e∼T5e에서 각각의 모니터 웨이퍼(W1∼W5)의 대표온도 T1∼T5를 산출하는 대표온도산출부(320), 모니터 웨이퍼의 대표온도 T1∼T5 및 설정온도 프로파일기억부(330)에 기억된 설정온도 프로파일을 기초로 히터의 출력 h1∼h5을 결정하는 히터출력결정부(340)로 구성된다. 히터출력결정부(340)로 결정된 히터출력 h1∼h5은, 제어신호로서 전력제어기(391∼395)에 송출된다.
설정온도 프로파일기억부(330)는, 임의의 공지의 기록매체, 예를 들면 하드디스크나 플로피디스크 등이 있을 수 있다.
설정온도 프로파일은, 시간의 경과와 설정온도[웨이퍼(W)가 있어야 하는 온도]와의 관계를 나타낸 것이다. 이 일례를 도 23에 나타낸다.
도 23은, 본 실시형태에 관한 설정온도 프로파일을 나타낸 그래프이다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 이 설정온도 프로파일에서는,
(A) 시각t0로부터 t1까지는 설정온도가 T0에 유지되고 있다. 이 때, 웨이퍼 (W)를 유지한 웨이퍼 보트(220)가 종형열처리로(210)내에 반입된다(로드공정).
(B) 시각t1로부터 t2까지의 사이에, 설정온도는 온도T0에서 T2까지 일정한 레이트로 상승한다(승온공정).
(C) 시각t2로부터 t3의 사이는, 설정온도는 T2로 유지된다. 실제의 웨이퍼 (W)의 온도는, 열적인 관성이기 때문에, 설정온도를 일정하게 하고 나서 온도가 일정하게 될 때까지 다소의 시간이 걸린다. 그 때문에, 웨이퍼의 온도가 안정될 때까지 다음 공정으로 옮기는 것을 멈춘다(안정화공정).
일반적으로는, 이 안정화공정은 수분이상, 경우에 따라서는 수십분, 을 요하는 것이 통례이다.
본 실시형태에서는, 이 안정화시간(t3-t2)을 단축 혹은 생략하더라도, 웨이퍼(W)의 품질의 저하를 초래하기 어렵다는 것이 특징이다.
(D) 시각 t3로부터 t4의 사이는, 설정온도는 T2에서 T1까지 서서히 저하한다. 이 때에, 가스공급관(260)으로부터 산소가스 등의 처리가스가 종형열처리로 (210)의 내부에 도입되어, 예를 들면 실리콘 웨이퍼상에의 산화막의 형성 등의 열처리가 이루어진다(성막공정).
즉, 성막중의 설정온도는, 시간의 경과와 함께 변화하는 시간변화설정온도이다. 한편, 여기서 말하는 시간변화설정온도는, 설정온도가 시간에 대하여 어떠한 변화가 있는 것을 말하며, 성막중에 일시적으로 일정값이 되는 것은 상관없는 것으로 한다. 즉, 성막공정(열처리공정)의 전체기간을 통하여 설정온도가 일정한 것이외에는, 시간변화설정온도라고 할 수 있다. 이후에도, 이와 같이 해석하는 것으로 한다.
본 실시형태는, 승온 레이트와 성막중의 시간변화설정온도를 적절히 조합시킴으로써, 안정화시간의 단축을 가능하게 하고 있다. 이 상세한 내용은 후술한다.
(E) 시각 t4로부터 t5의 사이는, 설정온도가 T1로부터 T0까지 일정한 레이트로 저하(강온공정).
(F) 시각 t5 이후는, 설정온도가 T0로 유지된다. 이 때, 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 보트(220)가 종형열처리로(210)내에서 반출된다(언로드공정).
설정온도 프로파일은, 이상과 같이 시간의 경과에 대응하여 온도를 직접 지정하는 것 외에, 승온 레이트 등의 온도의 변화율을 지정하거나, 혹은 히터출력을 지정하는 등의 여러가지의 형태로 표현될 수 있다. 결과적으로 시간의 경과와 웨이퍼(W)의 온도를 대응시키는 것이면, 표현형태는 특히 제한되지 않는다.
설정온도 프로파일은, 웨이퍼(W)의 열처리공정전체를 결정하는 처리레시피의 일부이다. 처리레시피는, 설정온도 프로파일 외에도, 종형열처리로(210)내로부터의 대기의 배출이나 처리가스의 도입 등의 공정이 시간경과와 대응하여 나타나고 있다.
열처리공정전체에서 특히 중요한 것은, 성막공정이다. 처리레시피중 성막공정을 기술하는 부분을, 성막공정기술부라고 부르기로 한다.
도 24는, 제어부(300)에 의한 히터(250)의 제어순서를 나타낸 흐름도이다. 이하, 이 흐름도에 기초하여, 종형열처리로(210)의 온도제어의 순서를 설명한다.
(A) 열처리의 프로세스가 시작되면, 온도 센서[Sin(S1in∼S5in)] 및 [Sout (S1out∼S5out)]의 측정신호가, 기판온도추정부(310)에 의해서 읽혀진다(S401).
(B) 기판온도추정부(310)는, 온도 센서(Sin 및 Sout)의 측정신호로부터 모니터 웨이퍼(W1∼W5) 각각의 중앙온도T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도 T1e∼T5e를 추정한다(S402).
이 추정에는, 제어공학에서 알려져 있는 이하의 식(201), (202)을 사용할 수 있다.
x(t+1)=A·x(t)+B·u(t) ‥‥‥식(201)
y(t)=C·x(t)+u(t) ‥‥‥식(202)
여기서, t:시간
x(t): n차원 상태 벡터
y(t): m차원 출력 벡터
u(t): r차원 입력 벡터
A, B, C : 각각 n×n, n×r, m×n의 상수행렬이다.
식(201)이 상태방정식, 식(202)를 출력방정식이라고 한다. 식(201), (202)를 연립하여 푸는 것에 의해, 입력 벡터u(t)에 대응하는 출력 벡터 y(t)를 구할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 입력 벡터u(t)는 온도 센서(S1in∼S5in, S1out∼ S5out)의 측정신호이고, 출력 벡터y(t)는 중앙온도T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도 T1e∼T5e이다.
식(201), (202)에 있어서, 온도 센서(Sin, Sout)의 측정신호와 중앙온도Tc 및 둘레가장자리온도Te는, 다수입출력의 관계에 있다. 즉, 각 히터요소(251∼255)는 대응하는 1개의 모니터 웨이퍼(W1∼W5)에만 영향을 주고 있는 것이 아니라, 모든 모니터 웨이퍼(W1∼W5)에 어떠한 영향을 주고 있다.
상태방정식으로서는, 잡음을 고려한 이하의 식(203), (204)을 사용할 수도 있다.
x(t+1)=A·x(t)+B·u(t)+K·e(t) …식(203)
y(t)= C·x(t)+ D·u(t)+e(t) …식(204)
여기서, t:시간
x(t): n차원 상태 벡터
y(t): m차원 출력 벡터
u(t): r차원 입력 벡터
e(t): m차원 잡음 벡터
A, B, C, D, K:각각 n×n, n×r, m×n, m×m, n×m의 상수행렬이다.
여기서, 열처리장치의 열적특성에 의해서 정해지는 상수행렬 A, B, C, D를 구하는 방법으로는, 예를 들면 부분공간법을 적용할 수가 있다.
구체적으로는, 우선 온도 센서(S1in∼S5in 및 S1out∼S5out)의 측정신호 및 중앙온도T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도T1e∼T5e의 데이터를 취득한다. 그리고, 그 데이터를 예를 들면 소프트웨어 Matlab(제조:The MathWorks.Inc.,판매:사이버넷시스템주식회사)에 입력함으로써, 상수행렬 A, B, C, D를 역산할 수 있다.
이 데이터취득은, 히터요소(251∼255)의 출력을 서서히 변화시키면서 온도 센서(S1in∼S5in 및 S1out∼S5out)의 측정신호와 중앙온도T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도T1e∼T5e의 시간적 변동을 동시에 측정함으로써 이루어질수 있다. 중앙온도 T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도T1e∼T5e의 측정은, 열전대를 설치한 모니터 웨이퍼를 사용함으로써 실시가능하다. 구해진 상수행렬 A, B, C, D의 조합은, 복수 존재하는 것이 통례이다. 이 조합으로부터, 중앙온도T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도T1e∼T5e의 산출치[(203),(204)를 연립하여 산출한다)와 실측치가 적합하게 일치하는 것을 선택한다(모델의 평가).
상수행렬 A, B, C, D의 조합이 정해지면, 식(201), (202) 또는 식(203), (204)을 연립하여 푸는 것에 의해, 온도 센서(S1in∼S5in 및 S1out∼S5out)의 측정신호로부터 중앙온도T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도T1e∼T5e를 산출할 수 있다.
(C) 대표온도산출부(320)는, 중앙온도 T1c∼T5c 및 둘레가장자리온도 T1e∼ T5e에 기초하여, 모니터 웨이퍼(W1∼W5) 각각의 온도를 대표하는 대표온도 T1r∼ T5r를 산출한다(S403).
대표온도 Tr의 산출은, 예를 들면 다음 식(205)에 의해서 행해질 수 있다.
Tr=Tc·x+Te·(1-x) ‥‥‥식(205)
여기서, x:무게(0<x<1)이다. 무게 x는, 웨이퍼(W) 상의 온도분포를 고려하여, 대표온도Tr가 웨이퍼(W)의 온도를 대표하는 값으로서 어울리도록 하는 값을 채용한다. 구체적으로는, 무게 x는, 예를 들면 1/3의 값을 채용할 수 있다.
(D) 히터출력결정부(330)는, 대표온도T1r∼T5r 및 설정온도 프로파일을 기초로, 히터(251∼255)의 출력값 h1∼h5를 결정한다(S404).
히터출력값 h1∼h5는, 예를 들면 설정온도Tsp와 대표온도Tr의 차Tsp-Tr에 대응하여 결정될 수 있다. 혹은, 승온 레이트 등의 온도의 변화속도에 대응하여 결정될 수 있다.
(E) 히터출력결정부(340)는, 최종적으로 결정된 히터출력값 h1∼h5을 전력제어기(291∼295)에 제어신호로서 출력하여(S405), 히터요소(251∼255)각각의 출력이 제어된다.
(F) 열처리 프로세스가 종료하지 않으면, 스텝S401로 되돌아가 반도체웨이퍼 (W)의 온도제어가 속행된다(S406).
한편, 이 스텝S402로부터 S406은, 대부분의 경우, 1초∼4초 정도의 주기로 반복된다.
이어서, 본 발명에 관한 설정온도 프로파일을 사용한 온도제어에 대하여 상세하게 설명한다.
도 25는, 도 23에 나타낸 설정온도 프로파일을 사용한 경우의 웨이퍼(W) 상의 온도의 시간적 변화를 나타낸 그래프이다. 도 25(A)가, 설정온도Tsp와 대응하는 웨이퍼(W)의 둘레가장자리 근방의 둘레가장자리온도Te 및 중앙근방의 중앙온도 Tc의 시간적 변화를 나타내고 있다. 또한, 도 25(B)는, 웨이퍼(W) 면내의 온도차ΔT(=Tc-Te)의 시간적 변화를 나타내고, 도 25(C)는, 히터(250)의 출력의 시간적 변화를 나타내고 있다.
(1) 시각 t1로부터 t2에 걸쳐서 승온이 이루어진다. 이 때, 히터(250)의 출력은, 급속한 승온 때문에 P1에서 P4로 증대된다.
히터(250)는, 웨이퍼(W)를 그 둘레가장자리로부터 가열한다. 따라서, 둘레가장자리온도Te는 중앙온도Tc보다 먼저 상승한다. 이 결과, 온도차ΔT는, 음의 값을 취한다. 즉, 이 때, 웨이퍼(W)의 둘레가장자리온도가 중앙온도보다 높은 둘레가장자리 고온상태이다.
(2) 시각 t2로부터 t3에서는, 설정온도는 T2로 일정하다. 여기서, 웨이퍼 (W)의 온도의 안정화가 도모된다. 이 때, 히터(250)의 출력은 P4에서 P3까지 저하된다.
그러나, 열적인 관성 때문에, 웨이퍼(W)의 승온은 바로 멈추지 않는다. 이 때문에, 온도차ΔT는 서서히 0에 근접해 나간다.
(3)시각 t3로부터 t5에서는, 설정온도가 서서히 T2에서 T1까지 저하한다. 이에 대응하기 위하여, 히터(250)의 출력은, P3에서 P2까지 저하된다. 이 시각 t3으로부터 t5까지의 기간에서는, 산소가스 등의 처리가스가 도입되어, 성막(열처리)이 이루어진다.
설정온도의 저하에 따라, 웨이퍼(W)의 온도도 저하한다. 여기서, 중앙온도 Tc보다도 둘레가장자리온도Te 쪽이 급속히 저하하는 경향이 있다. 이것은, 웨이퍼 (W)의 둘레가장자리로부터 방열이 행하여지는 것에 기인한다. 즉, 웨이퍼(W)의 둘레가장자리는, 가열시에도 방열시에도, 웨이퍼(W)의 중앙보다도 먼저 온도의 변화가 일어난다.
시각t1로부터 t2의 승온공정에서 둘레가장자리 고온상태로 되어있는 웨이퍼 (W)는, 시각 t3에 있어서도, 온도차ΔT가 -ΔT1으로서, 여전히 둘레가장자리 고온상태이다. 이것은, 안정화공정의 시간(t3-t2)이 짧은 데에 따른 것이다.
그러나, 설정온도가 저하할 때에 둘레가장자리온도가 중앙온도보다 먼저 저하한다. 이 때문에, 둘레가장자리 고온상태는, 서서히, 중앙온도Tc가 둘레가장자리온도Te보다 높은 중앙고온상태로 이행한다. 그리고, 시각t4에서 중앙온도와 둘레가장자리온도가 같게 되어, 즉, 온도차ΔT가 0이 된다. 그 후, 중앙고온상태가 되어, 온도차ΔT는 ΔT2에서 안정된 상태가 된다.
이상과 같이, 성막중에 중앙고온상태와 둘레가장자리고온상태의 양쪽의 상태를 취하는 것이, 본 실시형태의 특징이다. 이것은, 시간적으로 평균하여 생각하면, 웨이퍼(W)의 중앙과 둘레가장자리에서의 성막조건이 근접한 것을 의미한다. 여기서, 성막중에 온도가 변화할 때의 성막 레이트 R(막의 성장속도)의 평균치는, 온도의 시간평균T(Av)을 기준으로서 나타낼 수 있다. 이하에 이것을 나타낸다.
웨이퍼상에 형성되는 막의 막두께D는, 성막 레이트(막의 성장속도) R 및 시간t에서, 다음 식(206)과 같이 표시된다.
D=∫t3 t5R(T)dt ‥‥‥식(206)
여기서, ∫는 적분기호이다. R(T)는 성막 레이트R가 온도T의 함수인 것을 의미하고 있다.
성막 레이트R(T)는, 다음 식(207)과 같이, 온도의 정수치T0로 전개할 수 있다.
R(T)=R(T0)+ R1(T0)*(T-T0) ‥‥‥식(207)
여기서,
R1(T0):dR(T0)/dt(성막 레이트의 시간미분)
이다.
식(206)에 식(207)을 대입하면, 다음 식(208)을 이끌어 낼 수 있다.
D=R(T0)*(t5-t3)+R1(T0)*∫t3 t5(T-T0)dt ‥‥‥식(208)
여기서, 온도 T의 시간평균치(평균온도)T(Av)를, 다음 식(209)에 의해 정의한다.
T(Av)=∫t3 t5T(t)dt/(t5-t3) ‥‥‥식(209)
그리고, 식(208)에서, T0=T(Av)로 두면, 다음 식(210)을 얻을 수 있다.
D/(t5-t3)= R(T(Av)) ‥‥‥식(210)
여기서,
D/(t5-t3):성막중에 있어서의 성막 레이트의 평균치(평균성막 레이트)이다.
즉, 식(210)은, 성막중에 온도가 변하는 경우의 평균성막 레이트는 평균온도 T(Av)에 의해서 정해진다는 것을 의미하고 있다.
이상으로부터, 성막중의 중앙온도의 시간평균치(평균중앙온도)Tc(Av)와 둘레가장자리온도의 시간평균치(평균둘레가장자리온도)Te(Av)가 근접한 것이 바람직한것을 알 수 있다. 한편, 평균중앙온도Tc(Av)와 평균둘레가장자리온도Te(Av)는, 다음 식으로 표시된다.
Tc(Av)=∫t3 t5Tc(t)dt/(t5-t3) ‥‥‥식(211)
Te(Av)=∫t3 t5Te(t)dt/(t5-t3) ‥‥‥식(212)
여기서,
Tc(Av)=Te(Av) ‥‥‥식(213)으로 두면, 다음 식(214)를 도출할 수 있다.
∫t3 t5(Tc(t)-Te(t))dt=0 ‥‥‥식(214)
여기서, Tc(t)-Te(t)는, 온도차ΔT(t)이기 때문에,
∫t3 t5(ΔT(t))dt=0 ‥‥‥식(215)
이상으로부터, 웨이퍼(W)의 중앙과 둘레가장자리에서 성막이 동일하게 이루어지기 위해서는, 성막중의 평균중앙온도Tc(Av)와 평균둘레가장자리온도Te(Av)가 동일한, 즉, 온도차ΔT(t)의 적분치가 0인 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
이것은, 도 25(B)에 있어서, 시각t3로부터 t4에서의 사선의 면적과 시각t4로부터 t5의 사선의 면적이 같은 것을 의미한다.
이상과 같이, 안정화공정의 시간을 짧게 한 것에 의해, 성막공정의 초기에 중앙온도와 둘레가장자리온도의 사이에 온도차가 존재하더라도, 해당 온도차와 정부(正負)가 역인 온도차를 적극적으로 만들어냄에 따라, 웨이퍼(W)의 중앙과 둘레가장자리와의 막두께 분포를 균일하게 하는 것이 가능해진다.
단지, 온도 이외의 조건을 고려하면, 웨이퍼(W)의 중앙과 둘레가장자리의 평균온도가 같은 것이, 막두께 분포의 균일화에 반드시 최선의 조건이라고는 할 수 없다. 예를 들면, 감압 CVD에서는, 웨이퍼의 둘레가장자리에는 비교적 신선한 처리가스가 공급되고, 중앙근방에는 소비된 처리가스가 공급되는 경향이 있다. 즉, 이 때에는, 온도조건이 동일하였다고 해도, 웨이퍼(W)의 중앙의 막두께는 얇고, 둘레가장자리에서는 두꺼워지는 경향이 있다. 이 경우, 중앙온도가 둘레가장자리온도보다도 얼마간 높은 쪽이, 처리가스의 조건의 불균일을 배려하여 막두께 분포의 향상을 도모하기 위해서, 보다 바람직하다.
이와 같이, 웨이퍼(W)에 실시하는 열처리조건에 따라서, 평균중앙온도와 평균둘레가장자리온도의 관계를 조정하는 것이 바람직하다.
평균둘레가장자리온도와 평균중앙온도와의 대소를 조정하기 위해서는 이하의 방법이 있다.
① 승온공정(시각 t1로부터 t2)의 승온 레이트를 바꾼다.
승온 레이트를 크게 하면, 승온중의 둘레가장자리온도Te와 중앙온도Tc의 온도차가 증대한다. 그 결과, 이후의 성막공정에서의 평균둘레가장자리온도가 평균중앙온도에 대하여 커지는 경향이 된다.
이 반대로, 승온 레이트를 저하시키면, 승온중의 둘레가장자리온도Te와 중앙온도Tc의 온도차가 접근한다. 즉, 성막공정 초기의 둘레가장자리 고온상태에 있어서 둘레가장자리온도Te와 중앙온도Tc의 온도차가 작아진다. 그 결과, 성막공정 전체로는, 중앙고온상태가 둘레가장자리 고온상태보다 우세하게 된다. 즉, 이후의 성막공정에서의 평균둘레가장자리온도가 평균중앙온도에 대하여 작아지는 경향이 된다.
② 안정화공정(t2∼t3)의 시간(t3-t2)을 바꾼다.
안정화시간을 짧게 하면, 성막공정초기에서의 둘레가장자리온도Te와 중앙온도Tc의 온도차가 증대한다. 따라서, 평균둘레가장자리온도Te가 평균중앙온도Tc에 대하여 증대하는 경향이 된다.
이 반대로, 안정화시간을 길게 하면, 평균둘레가장자리온도Te가 평균중앙온도에 대하여 감소하는 경향이 된다.
③ 성막공정(시각t4∼T5)에 있어서의 시간변화설정온도의 시간구배[(T2-T3) /(t5-t3)]를 바꾼다.
설정온도의 시간구배를 크게 하면, 둘레가장자리온도는 중앙온도에 비하여 보다 신속히 저하한다. 그리고, 최종적인 온도차ΔT2도 커진다. 이 결과, 평균중앙온도는 평균둘레가장자리온도에 대하여 커지는 경향이 된다.
반대로, 설정온도의 시간구배를 작게 하면, 최종적인 온도차ΔT2가 작아진다. 이 결과, 평균중앙온도는 평균둘레가장자리온도에 대하여 작아지는 경향이 된다.
이상과 같이, 승온공정, 안정화공정, 성막공정에서의 설정온도 프로파일을 바꾸는 것으로, 성막공정에서의 평균중앙온도 및 평균둘레가장자리온도를 제어할 수가 있다.
(4) 시각 t5로부터 t6에서는, 설정온도는 T1에서 T0으로 저하한다. 이 때에는, 처리가스의 도입은 정지되어 있다. 그 후, 웨이퍼(W)가 종형열처리로(210)내로부터 꺼내진다.
(비교예)
다음에, 비교예로서, 성막중의 설정온도가 일정한 정상설정온도의 설정온도 프로파일의 경우를 나타낸다.
도 26은, 본 발명의 비교예를 나타낸 그래프이다. 도 26(A)는, 설정온도 Tsp, 중앙온도Tc 및 둘레가장자리온도Te의 시간경과를 나타낸 그래프이고, 도 26(B)는, 온도차ΔT(=Tc-Te)의 시간적 변화를 나타낸 그래프이다. 도 26(A)에 나타난 바와 같이, 시각t3에서 t5의 때의 설정온도Tsp가 일정한 것이, 도 25에 나타낸 설정온도 프로파일과 상이하다.
안정화공정까지는, 도 25와 특히 변하는 부분은 없기 때문에, 설명을 생략한다. 시각t3에서 t5의 성막공정에서는, 둘레가장자리온도Te와 중앙온도Tc는 서서히 정상설정온도 T1'에 근접한다. 여기서, 시각t4까지는 둘레가장자리온도Te가 중앙온도Tc보다도 높은 둘레가장자리고온상태이고, 그 후는 양자의 온도가 거의 같은 등온상태가 된다.
그 결과, 성막중에 있어서, 평균둘레가장자리온도 Te(Av)는 평균중앙온도 Tc(Av)보다도 높아진다. 즉, 웨이퍼(W)의 중앙과 둘레가장자리에서 온도조건이 다르다. 이 때문에, 웨이퍼면내에서의 막두께의 균일성이 보증되기 어려워진다.
이것을 회피하기 위해서는, 안정화시간(t3-t2)을 길게 취하면 좋다. 그러나,안정화시간을 길게 취하면, 열처리의 공정에 시간이 걸리게 된다.
(구체적 실험예)
구체적인 열처리의 일례로서, 처리가스로서 산소를 사용하여 산화막의 형성을 하였다. 그 결과를 정리한 것이 표 1이다.
표 1
| 처리 레시피 | 안정화공정 | 성막공정 | 면내막 두께 편차 |
| 레시피 1(정상설정온도) | 900℃5분 | 900℃ | 0.57% |
| 레시피 2(정상설정온도) | 900℃1분 | 900℃ | 1.25% |
| 레시피 3(시간변화설정온도) | 900℃1분 | 900℃∼889℃ | 0.50% |
열처리의 레시피로서, 정상설정온도의 레시피1(비교예) 및 레시피2(비교예), 시간변화설정온도의 레시피3(실시예)의 3종류를 사용하여, 실리콘 웨이퍼(W) 상에 산화막을 형성하였다. 어느 쪽의 경우도, 900℃까지 승온하여, 소정의 안정화공정을 경유한 후에 성막공정을 실행하였다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 레시피1에서는, 안정화시간이 5분이었다. 그 결과, 웨이퍼면내의 막두께 분포의 편차는 0.57%였다. 레시피2에서는, 안정화시간이 1분이었다. 그 결과, 웨이퍼면내의 막두께 분포의 편차는 1.25%까지 열화하였다.
이에 대하여, 레시피3에서는, 안정화시간이 1분이었지만, 설정온도가 900℃에서 889℃까지 서서히 저하되면서 성막이 이루어졌다. 그 결과, 웨이퍼면내에서 0.5%로 균일한 막두께 분포 편차를 얻을 수 있었다.
(변형예)
다음에, 설정온도 프로파일의 변형예를 나타낸다. 한편, 이하의 변형예는, 앞서 기술한 도 20에서 도 22에 나타낸 열처리장치를 사용하여 실시할 수가 있다.
도 27은, 성막공정 후의 공정이 변경된 예를 나타낸다. 도 27의 예는, 시각 t0로부터 t5까지는, 도 25의 예와 변하는 부분이 없다. 그러나, 도 27의 예에서는, 시각t5 후에 승온을 하여, 설정온도Tsp가 다시 T2까지 올려져, 그 후(시각t6'이후) 일정온도로 유지되고 있다. 그 후에 더욱 다음 공정이 예정될 때에는, 도 25와 같은 강온은 행하여지지 않는다.
이와 같이, 시각t3에서 t5의 성막공정 후에, 각종 공정이 부가될 수 있다. 이것은 본 발명의 본질에 영향을 주는 것은 아니다.
다음에, 성막공정의 앞공정이 변경된 경우의 예를 도 28에 나타낸다.
도 28에 나타낸 설정온도 프로파일은, 시각 t4''로부터 t6''의 성막공정전에, 시각 t1''로부터 t2''의 제 1 승온공정, 시각 t2''로부터 t3''의 제 1 안정화공정, 시각 t3''로부터 t4''의 제 2 승온공정을 가지고 있다. 이 점이, 도 27의 설정온도 프로파일과 다른 점이다.
그 결과, 성막공정의 설정온도 프로파일은, 그 공정의 중간의 시각t5''에 있어서, 제 1 안정화공정에서의 설정온도 T 2''를 통과한다.
이와 같이, 성막공정의 앞공정을 변경하는 것도 가능하다. 단지, 앞공정을 변경했을 때에는, 성막중의 평균중앙온도나 평균둘레가장자리온도가 변할 수 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W) 면내의 막두께 분포가 열화하는 경우도 있을 수 있다. 이 때에는, 필요에 따라, 설정온도 프로파일의 최적화(수정)을 도모한다. 이 최적화는, 중앙온도Tc 및 둘레가장자리온도Te의 추정치를 사용하여 이루어질 수 있다. 혹은, 열처리후의 웨이퍼면내의 막두께 분포에 기초하여 이루어질 수 있다.
또, 시각t7''이후의 제 2 안정화공정의 설정온도도 제 1 안정화공정과 같이 T2''로 되어 있다. 이와 같이, 성막공정 전후의 설정온도를 가지런히 하는 것도 가능하다.
그런데, 지금까지는 성막중의 시간변화설정온도의 구배가 음인 프로파일만을 설명해 왔지만, 이 구배는 양이어도 좋다. 그러한 일례를 도 29에 나타낸다.
도 29(A)는, 설정온도Tsp, 웨이퍼(W)의 중앙온도Tc 및 둘레가장자리온도Te를, 시간과 대응하여 나타낸 그래프이다. 도 29(B)는, 온도차ΔT(=Tc-Te)를, 시간과 대응하여 나타낸 그래프이다.
(1) 본 실시예에서는, 시각t0(3)에서 t1(3)까지는, 온도가 T3(3)과 일정하게 되어 있다. 이 온도 T3(3)는, 성막공정에서의 온도보다도 높아지고 있다(고온공정).
이 때의 웨이퍼(W)의 중앙온도Tc 및 둘레가장자리온도Te는, 설정온도Tsp와 같이 T3(3)인 것으로 한다.
(2) 그 후, 시각t1(3)으로부터 t2(3)에 걸쳐서, 설정온도는 T3(3)로부터 T1(3)까지 저하한다(강온공정).
이 때, 이미 기술한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 둘레가장자리로부터 방열이 이루어진다. 따라서, 둘레가장자리온도Te는 중앙온도Tc보다도 먼저 저하한다. 그결과, 중앙온도가 둘레가장자리온도보다 높은 중앙고온상태가 되어, 온도차 ΔT(=Tc-Te)는 양으로 된다.
(3) 시각t2(3)로부터 t3(3)까지, 설정온도Tsp는 일정하게 유지된다(안정화공정).
이 때, 온도차ΔT는 서서히 0에 근접한다. 그러나, 온도차ΔT가 0에 도달하기 전에, 다음 성막공정으로 이행한다. 이 안정화공정은, 경우에 따라서는 생략될 수 있다.
(4) 시각t3(3)에서 t5(3)까지는, 설정온도Tsp가 T1(3)부터 서서히 T2(3)까지 상승하는 동시에, 산소가스 등의 처리가스가 종형열처리로(210) 내에 도입되어, 성막이 이루어진다(성막공정).
이 때, 웨이퍼(W)의 둘레가장자리로부터 가열이 행하여진다. 따라서, 둘레가장자리온도Te는 중앙온도보다도 신속히 상승한다. 이 결과, 시간 t4(3)에 있어서 웨이퍼(W)는 중앙고온상태로부터 둘레가장자리고온상태로 이행하여, 이후의 온도차ΔT는 음이 된다.
이와 같이, 도 29에 나타낸 예에서도, 성막공정중에 중앙고온상태와 둘레가장자리고온상태의 2개의 상태를 취한다. 이 때문에, 성막중의 온도차 ΔT의 적분치는, 중앙고온상태와 둘레가장자리고온상태가 서로 부정한 결과, 0에 근접하게 된다. 이것은, 식(214)에 나타낸 바와 같이, 성막중의 평균중앙온도Tc(Av)와 평균둘레가장자리온도Te(Av)가 근접하는 것을 의미한다.
이 결과, 웨이퍼(W) 면내의 막두께 분포가 균일하게 근접하는 것이 기대된다.
(5) 시각t5(3)에서 t6(3)의 강온공정, 및, 시각t6(3)이후의 언로드공정에 대해서는, 이미 기술한 도 25와 본질적인 차이는 없기 때문에, 기재를 생략한다.
이상과 같이, 본 발명은, 성막중의 시간변화설정온도가 정(正)의 구배를 갖고 있는 경우에도 적용이 가능하다. 이것은, 전처리로서 어떠한 고온공정을 하여, 그 후에 열처리를 하는 경우에 적합한 경우가 있다.
(그 밖의 실시형태)
이상의 발명의 실시형태는, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서, 확장 또는 변경이 가능하다.
예를 들면, 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 예를 들면 유리기판이더라도 좋다. 열처리장치는, 종형열처리로, 혹은 배치(batch)로에 한정되지 않고, 1장씩 열처리를 하는 낱장식의 열처리장치이더라도 좋다. 단, 기판과 히터의 배치관계에 의해서는, 시간변화설정온도의 구배와 둘레가장자리고온상태 및 중앙고온상태의 출현순서가 다를 가능성이 있다.
이 관계를 표 2에 나타낸다.
표 2
| 가열방식 | 시간변화설정온도의 구배(성막중) | 고온상태의 출현순서 |
| 둘레가장자리가열(배치식 열처리로) | 양 | 중앙고온상태→둘레가장자리고온상태 |
| 음 | 둘레가장자리고온상태→중앙고온상태 | |
| 중앙가열(낱장식 열처리로) | 양 | 둘레가장자리고온상태→중앙고온상태 |
| 음 | 중앙고온상태→둘레가장자리고온상태 |
이미 기술한 바와 같이, 종형열처리로(배치식의 열처리로의 일례)에서는, 시간변화설정온도의 구배가 음이면(도 25), 둘레가장자리고온상태로부터 중앙고온상태의 순서가 되고, 시간변화설정온도의 구배가 양이면(도 29), 중앙고온상태로부터 둘레가장자리고온상태의 순서가 된다.
이것은, 종형열처리로가 웨이퍼(W)를 적층한 상태에서 열처리를 하므로, 웨이퍼(W)의 둘레가장자리로부터 가열 및 방열이 이루어지기 때문에(둘레가장자리가열방식), 둘레가장자리온도가 중앙온도에 앞서 변화하는 것에 기인하고 있다.
이에 대하여, 낱장식 열처리로에서는, 웨이퍼(W)는 1장마다 열처리가 행하여진다. 이 때문에, 통상은, 웨이퍼(W)의 표면, 즉, 중앙근방으로부터 가열 및 방열이 이루어진다(중앙가열방식). 이 결과, 중앙온도가 둘레가장자리온도에 앞서 변화하는 경향이 있어, 고온상태(중앙고온상태, 둘레가장자리고온상태)의 출현순서가 둘레가장자리가열방식과는 반대가 된다.
이와 같이, 본 발명은, 배치식, 낱장식을 막론하고 적용이 가능하다.
안정화공정이전의 앞공정이 승온공정인지 강온공정인지에 따라서, 시간변화설정온도의 구배를 구별지어 사용하는 것이 바람직하다. 이것을 표 3에 나타낸다.
표 3
| 전공정(안정화공정이전) | 시간변화설정온도의 구배(성막 중) |
| 승온(설정온도의 구배:양) | 음 |
| 강온(설정온도의 구배:음) | 양 |
즉, 앞공정이 승온공정이면, 시간변화설정온도의 구배를 음으로 하고(도 25), 앞공정이 강온공정이면, 시간변화설정온도의 구배를 양으로 하는(도 29) 것이 바람직하다.
이 관계는, 가열방식이 둘레가장자리가열방식인지 중앙가열방식인지에 관계없이 적용할 수 있다.
한편, 기판의 온도분포에 주는 영향이 작아지도록 매우 단시간의 앞공정을 무시할 수 있음은 물론이다.
또한, 시간변화설정온도의 구배는, 반드시 일정할 필요는 없다. 본 발명에서는, 성막중에 중앙고온상태와 둘레가장자리고온상태의 2개의 상태가 출현하는 데에 특징이 있는 것으로서, 시간변화설정온도의 구배가 변화하여도 좋고, 경우에 따라서는, 성막중에 구배의 정부(正負)가 변화하더라도 좋다.
또한, 중앙고온상태와 둘레가장자리고온상태의 2개의 상태는, 각각 1회씩의 출현에 한정되지 않는다. 예를 들면, 성막중에, 중앙고온상태, 둘레가장자리고온상태, 중앙고온상태의 순으로 출현하여도 좋다.
열처리의 목적은, 확산, 어닐, 열산화막의 형성, CVD(Chemical VaporDeposition)에 의한 성막(예를 들면, SiN등의 성막)의 어느 것이라도 상관없다. 즉, 기판내의 온도분포가 문제가 될 수 있는 각종 처리공정에 본 발명이 적용될 수 있다.
히터의 구분의 수(히터요소의 수)는 5에 한정되지 않는다. 또한, 히터는, 구분되어 있지 않아도 좋다. 또한, 히터의 제어에는, 항상 중앙온도Tc와 둘레가장자리온도 Te에서 대표온도 Tr를 산출하여 행하지 않으면 안된다는 것은 아니다. 어떠한 형으로 기판을 대표하는 온도가 적당히 사용될 수 있다.
또한, 중앙온도Tc 및 둘레가장자리온도Te는, 온도 센서(Sin, Sout)의 측정신호로부터 추정하는 것이 아니라, 직접 측정하여도 상관이 없다. 예를 들면, (a)열전대 등의 온도 센서를 모니터 웨이퍼(W1∼W5)에 설치하는 방법, 혹은, (b)방사온도계 등에 의한 비접촉 측정방법이 이용될 수 있다. 이 때, 온도 센서(Sin, Sout)의 측정신호는 이용되지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 기판사이(기판군사이) 혹은 기판면내에서 막두께 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
또는, 본 발명에 의하면, 열처리중에, 기판중앙 근방이 고온인 중앙고온상태와 기판둘레가장자리근방이 고온인 둘레가장자리고온상태의 쌍방의 상태를 취한다. 이 중앙고온상태와 둘레가장자리고온상태의 쌍방이 서로 부정하는, 즉, 시간평균에 있어서 중앙온도와 둘레가장자리온도가 근접하는 것에 의해, 안정화시간을 단축한 경우 등이더라도, 기판면상의 열처리의 균일성을 확보하기 쉬워진다.
Claims (50)
- 복수의 군으로 나누어진 복수의 기판을 열처리하는 방법에 있어서의 기판온도를 상기 군마다 각각 대응하는 설정온도 프로파일에 따라서 제어하는 방법을 위한 설정온도 프로파일의 결정방법으로서,복수의 군으로 나누어진 제 1 배치의 기판에 대하여, 각각 소정의 가설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 1 열처리공정과,기판상에 형성된 막의 막두께를 측정하는 제 1 막두께 측정공정과,측정된 막두께에 기초하여, 열처리중에 형성되는 막두께가 군사이에서 대략 동일해지도록, 가설정온도 프로파일을 각각 수정하는 제 1 설정온도 프로파일수정공정을 구비하고,제 1 열처리공정중에 있어, 가설정온도 프로파일은, 설정온도가 시간의 경과와 함께 변화하는 프로파일인 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 열처리공정중에,가설정온도 프로파일의 설정온도는, 시간에 대하여 대략 일정한 구배를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 막두께 측정공정중에,막두께는, 각 군마다 적어도 1이상의 기판에 대하여, 각 기판의 복수개소에서 측정되도록 되어 있고,그들 측정치의 평균치가, 해당 기판의 막두께로서 얻어지도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 설정온도 프로파일수정공정중에,수정해야 할 이상설정온도의 평균치가, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계에 기초하여 산출되고,가설정온도 프로파일은, 해당 평균치에 기초하여 수정되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 설정온도 프로파일수정공정 후에,복수의 군으로 나누어진 제 2 배치의 기판에 대하여, 각각 수정후의 제 1 설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 2 열처리공정과,기판상에 형성된 막의 막두께를 측정하는 제 2 막두께 측정공정과,측정된 막두께에 기초하여, 열처리중에 형성되는 막두께가 군사이에서 대략 동일해지도록, 제 1 설정온도 프로파일을 수정하는 제 2 설정온도 프로파일수정공정을 구비한 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 5 항에 있어서, 제 2 설정온도 프로파일수정공정중에,수정해야 할 이상설정온도의 평균치가, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계에 기초하여 산출되고,제 1 설정온도 프로파일은, 해당 평균치에 기초하여 수정되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 6 항에 있어서, 제 2 설정온도 프로파일수정공정중에,제 1 열처리공정중의 가설정온도 프로파일의 시간평균치와, 제 1 배치의 기판상의 막의 막두께와, 제 2 열처리공정중의 제 1 설정온도 프로파일의 시간평균치와, 제 2 배치의 기판상의 막의 막두께에 기초하여, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계가 수정되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 5 항에 있어서, 제 2 열처리공정과, 제 2 막두께 측정공정과, 제 2 설정온도 프로파일수정공정이 차례로 적어도 2회 반복되는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 복수의 군으로 나누어진 복수의 기판을 열처리하는 방법에 있어서의 기판온도를 상기 군마다 각각 대응하는 설정온도 프로파일에 따라서 제어하는 방법을 위한 설정온도 프로파일의 결정방법으로서,복수의 군으로 나누어진 복수의 기판에 대하여 군마다 설정되는 동시에, 처리가스가 도입되어 열처리가 실시되면 기판상에 군사이에서 대략 동일한 막두께의 막이 형성되도록 하는, 열처리중에 있어 설정온도가 시간의 경과와 함께 변화하지 않는 제 1 설정온도 프로파일을 결정하는 제 1 설정온도 프로파일결정공정과,각각 제 1 설정온도 프로파일을 수정함으로써 복수의 군으로 나누어진 복수의 기판에 대하여 군마다 설정되는 동시에, 처리가스가 도입되어 열처리가 실시되면 기판상에 면내에서 대략 동일한 막두께의 막이 형성되도록 하는, 열처리중에 있어 설정온도가 시간의 경과와 함께 변화하는 제 2 설정온도 프로파일을 결정하는 제 2 설정온도 프로파일결정공정과,각각 제 2 설정온도 프로파일을 수정함으로써 복수의 군으로 나누어진 복수의 기판에 대하여 군마다 설정되는 동시에, 처리가스가 도입되어 열처리가 실시되면기판상에 군사이에서 대략 동일한 막두께의 막이 형성되도록 하는, 열처리중에 있어 설정온도가 시간의 경과와 함께 변화하는 제 3 설정온도 프로파일을 결정하는 제 3 설정온도 프로파일결정공정을 구비한 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 9 항에 있어서, 제 1 설정온도 프로파일결정공정은,복수의 군으로 나누어진 제 1 배치의 기판에 대하여, 각각 소정의 가설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 1 열처리공정과,기판상에 형성된 막의 막두께를 측정하는 제 1 막두께 측정공정과,측정된 막두께에 기초하여, 열처리중에 형성되는 막두께가 군사이에서 대략 동일해지도록 이상정상 설정온도를 산출하는 동시에, 해당 이상정상 설정온도에 기초하여 가설정온도 프로파일을 각각 수정하는 제 1 설정온도 프로파일수정공정을 가진 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 10 항에 있어서, 제 1 설정온도 프로파일수정공정중에,이상정상 설정온도는, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 11 항에 있어서, 제 1 막두께 측정공정중에,막두께는, 각 군마다 적어도 1이상의 기판에 대하여, 각 기판의 복수개소에서 측정되도록 되어 있고,그들 측정치의 평균치가, 해당 기판의 막두께로서 얻어지도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 10 항에 있어서, 제 1 설정온도 프로파일결정공정은, 제 1 설정온도 프로파일수정공정 후에,복수의 군으로 나누어진 제 2 배치의 기판에 대하여, 각각 수정후의 가설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 2 열처리공정과,기판상에 형성된 막의 막두께를 측정하는 제 2 막두께 측정공정과,측정된 막두께에 기초하여, 열처리중에 형성되는 막두께가 군사이에서 대략 동일해지도록 이상정상 설정온도를 재산출하는 동시에, 해당 이상정상 설정온도에 기초하여 상기 수정후의 가설정온도 프로파일을 재수정하는 제 2 설정온도 프로파일수정공정을 가진 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 13 항에 있어서, 제 2 설정온도 프로파일수정공정중에,이상정상 설정온도는, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계에 기초하여 재산출되는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 14 항에 있어서, 제 2 설정온도 프로파일수정공정중에,제 1 열처리공정중의 가설정온도 프로파일의 설정온도와, 제 1 배치의 기판상의 막의 막두께와, 제 2 열처리공정중의 수정후의 가설정온도 프로파일의 설정온도와, 제 2 배치의 기판상의 막의 막두께에 기초하여, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계가 수정되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 5 항에 있어서, 제 2 열처리공정과, 제 2 막두께 측정공정과, 제 2 설정온도 프로파일수정공정이 차례로 적어도 2회 반복되는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 9 항에 있어서, 제 2 설정온도 프로파일의 열처리중에 있어서의 설정온도의 시간평균치는, 제 1 설정온도 프로파일의 열처리중에 있어서의 정상의 설정온도와 대략 같은 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 9 항에 있어서, 제 2 설정온도 프로파일의 열처리중에 있어서의 설정온도는, 시간에 대하여 대략 일정한 구배를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 9 항에 있어서, 제 2 설정온도 프로파일결정공정은, 복수의 군으로 나누어진 제 3 배치의 기판에 대하여, 각각 제 1 설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 3 열처리공정과,기판상에 형성된 막의 막두께 분포를 측정하는 제 3 막두께 측정공정과,측정된 막두께 분포에 기초하여, 제 1 설정온도 프로파일을 각각 수정하는 제 3 설정온도 프로파일수정공정을 가진 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 19 항에 있어서, 제 3 막두께 측정공정은,기판상의 중앙근방의 막두께를 측정하는 공정과,기판상의 복수의 둘레가장자리근방의 막두께를 측정하는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 19 항에 있어서, 제 3 막두께 측정공정은,기판상의 막두께 분포를, 중앙근방으로부터의 거리의 함수로서 도출하는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 함수는, 중앙근방으로부터의 거리의 2승의 함수인 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 19 항에 있어서, 제 3 막두께 측정공정은,기판상의 막두께 분포를, 중앙근방의 막두께와 둘레가장자리근방의 막두께의 차로서 도출하는 공정을 가진 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 19 항에 있어서, 제 3 설정온도 프로파일수정공정중에,면내에서 대략 균일한 막두께로 막이 형성되기 위해서 필요한 기판면내의 필요온도분포가, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계 및 측정된 막두께 분포에 기초하여 산출되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 24 항에 있어서, 상기 필요온도분포는, 기판의 중앙근방의 온도와 기판의 둘레가장자리근방의 온도의 차로 나타낸 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 24 항에 있어서, 제 3 설정온도 프로파일수정공정중에,수정하여 얻어야 하는 설정온도 프로파일의 시간에 대한 필요구배가, 설정온도 프로파일의 시간에 대한 구배와 기판면내의 온도분포와의 의존관계 및, 상기 필요온도분포에 기초하여 산출되고,제 1 설정온도 프로파일은, 해당 필요구배에 기초하여 수정되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 19 항에 있어서, 제 2 설정온도 프로파일결정공정은, 제 3 설정온도 프로파일수정공정 후에,복수의 군으로 나누어진 제 4 배치의 기판에 대하여, 각각 수정된 제 1 설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 4 열처리공정과,기판상에 형성된 막의 막두께 분포를 측정하는 제 4 막두께 측정공정과,측정된 막두께 분포에 기초하여, 상기 수정후의 제 1 설정온도 프로파일을 각각 재수정하는 제 4 설정온도 프로파일수정공정을 가진 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 27 항에 있어서, 제 4 설정온도 프로파일수정공정중에,면내에서 대략 균일한 막두께로 막이 형성되기 위해서 필요한 기판면내의 필요온도분포가, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계 및 측정된 막두께 분포에 기초하여 산출되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 28 항에 있어서, 제 4 설정온도 프로파일수정공정중에,제 3 열처리공정중의 제 1 설정온도 프로파일의 시간평균치와, 제 3 배치의 기판상의 막의 막두께와, 제 4 열처리공정중의 수정후의 제 1 설정온도 프로파일의 시간평균치와, 제 4 배치의 기판상의 막의 막두께에 기초하여, 기판온도와 막두께와의 막두께온도의존관계가 수정되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 27 항에 있어서, 제 4 열처리공정과, 제 4 막두께 측정공정과, 제 4 설정온도 프로파일수정공정이 차례로 적어도 2회 반복되는 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 제 10 항에 있어서, 제 3 설정온도 프로파일결정공정은, 복수의 군으로 나누어진 제 5 배치의 기판에 대하여, 각각 제 2 설정온도 프로파일에 따라서, 기판온도를 상기 군마다 제어하는 동시에, 처리가스를 도입하여 열처리를 실시하여 기판상에 막을 형성하는 제 5 열처리공정과,기판상에 형성된 막의 막두께를 측정하는 제 5 막두께 측정공정과,측정된 막두께에 기초하여, 열처리중에 형성되는 막두께가 군사이에서 대략 동일해지도록 설정온도의 평균치를 산출하는 동시에, 해당 설정온도의 평균치에 기초하여 제 2 설정온도프로파일을 각각 수정하는 제 5 설정온도프로파일수정공정을 가진 것을 특징으로 하는 설정온도 프로파일의 결정방법.
- 기판이 수용되는 처리실과,처리실에 수용된 기판을 가열하는 가열부와,기판에 열처리를 실시하기 위한 처리가스를 처리실내에 도입하는 가스도입부와,시간의 경과와 설정온도와의 관계를 규정하는 설정온도 프로파일을 포함하는 처리레시피에 따라서, 가열부 및 가스도입부를 제어하여 기판에 열처리를 실시하는 제어부를 구비하고,설정온도 프로파일은, 열처리중의 기판에 대하여, 중앙근방의 온도가 둘레가장자리근방의 온도보다도 높은 중앙고온상태와, 둘레가장자리근방의 온도가 중앙근방의 온도보다도 높은 둘레가장자리고온상태의 양쪽이 출현하도록 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제 32 항에 있어서, 설정온도 프로파일은, 열처리중의 기판에 대하여, 중앙근방의 온도의 시간평균치가 둘레가장자리근방의 온도의 시간평균치와 대략 같아지도록 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제 32 항에 있어서, 설정온도프로파일은, 열처리중에 있어, 시간의 추이와 함께 변화하도록 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제 34 항에 있어서, 설정온도프로파일은, 열처리전에 있어, 시간의 추이와 함께 변화하도록 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 기판이 수용되는 처리실과,처리실에 수용된 기판을 가열하는 가열부와,기판에 열처리를 실시하기 위한 처리가스를 처리실내에 도입하는 가스도입부와, 시간의 경과와 설정온도와의 관계를 규정하는 설정온도 프로파일을 포함하는 처리레시피에 따라서, 가열부 및 가스도입부를 제어하여 기판에 열처리를 실시하는 제어부를 구비한 열처리장치를 사용하여 기판의 열처리를 실시하는 열처리방법으로서,처리레시피에 따라서, 기판을 가열하는 동시에 처리가스를 처리실내에 도입하는 열처리공정을 구비하고,열처리공정은,기판의 중앙근방의 온도가 둘레가장자리근방의 온도보다도 높은 중앙고온공정과,기판의 둘레가장자리근방의 온도가 중앙근방의 온도보다도 높은 둘레가장자리고온공정을 가진 것을 특징으로 하는 열처리방법.
- 제 36 항에 있어서, 설정온도프로파일은, 열처리공정에서, 시간의 추이와 함께 변화하도록 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리방법.
- 제 37 항에 있어서, 설정온도프로파일은, 열처리공정에서, 시간의 추이와 함께 하강하도록 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리방법.
- 제 38 항에 있어서, 둘레가장자리고온공정 후에, 중앙고온공정이 실시되는 것을 특징으로 하는 열처리방법.
- 제 37 항에 있어서, 설정온도 프로파일은, 열처리공정에서, 시간의 추이와 함께 상승하도록 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 열처리방법.
- 제 40 항에 있어서, 중앙고온공정 후에, 둘레가장자리고온공정이 실시되는 것을 특징으로 하는 열처리방법.
- 제 36 항에 있어서, 열처리공정에서, 기판의 중앙근방의 온도의 시간평균치가 둘레가장자리근방의 온도의 시간평균치와 대략 같은 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제 36 항에 있어서, 기판의 둘레가장자리근방의 온도는, 기판의 둘레가장자리근방의 복수의 개소의 온도의 평균치인 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제 36 항에 있어서, 열처리공정에서, 처리가스는 대략 일정한 농도로 처리실내에 도입되고 있는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제 36 항에 있어서, 열처리공정에서, 처리가스는 대략 일정한 압력으로 처리실내에 도입되는 것을 특징으로 하는 열처리장치.
- 제 36 항에 있어서, 열처리공정전에, 설정온도 프로파일이 시간의 추이와 함께 상승하도록 규정된 승온공정을 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 열처리방법.
- 제 46 항에 있어서, 승온공정과 열처리공정의 사이에, 설정온도 프로파일이 시간의 추이와 함께 변화하도록 규정된 시간변화설정온도공정을 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 열처리방법.
- 제 46 항에 있어서, 승온공정과 열처리공정의 사이에, 설정온도프로파일이 시간의 추이와 함께 변화하지 않도록 규정된 정상설정온도공정을 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 열처리방법.
- 기판을 열처리하는 방법으로서,제 1 범위의 열출력으로, 상기 기판을 가열함으로써 해당 기판의 중앙근방의 중앙온도와 해당 기판의 둘레가장자리근방의 둘레가장자리온도를 상승시키는 승온공정과,처리가스분위기중에서, 상기 제 1 범위의 열출력보다 작은 제 2 범위의 열출력으로 상기 기판을 기판둘레가장자리로부터 가열함으로써, 상기 중앙온도와 상기 둘레가장자리온도를 저하시키면서, 해당 기판상에 막을 형성하는 열처리공정으로서, 또한, 해당 기판의 상기 중앙온도가 상기 둘레가장자리온도보다 높은 중앙고온공정과 해당 중앙온도보다 해당 둘레가장자리온도가 높은 둘레가장자리고온공정을 포함하는 열처리공정을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리방법.
- 열처리에 있어서의 시간의 경과와 설정온도와의 관계를 규정하는 설정온도 프로파일을 포함하는 처리레시피를 기록한 기록매체로서,해당 처리레시피에 따라서 기판을 가열하는 동시에 해당 기판을 수용한 처리실내에 처리가스를 도입하는 열처리공정이,기판의 중앙근방의 온도가 둘레가장자리근방의 온도보다도 높은 중앙고온공정과,기판의 둘레가장자리근방의 온도가 중앙근방의 온도보다도 높은 둘레가장자리고온공정을 갖도록 하는 처리레시피가 기록된 기록매체.
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