KR20210100190A - 열처리로의 전처리 조건의 결정 방법, 열처리로의 전처리 방법, 열처리 장치 그리고 열처리된 반도체 웨이퍼의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents
열처리로의 전처리 조건의 결정 방법, 열처리로의 전처리 방법, 열처리 장치 그리고 열처리된 반도체 웨이퍼의 제조 방법 및 제조 장치 Download PDFInfo
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Abstract
열처리로의 전(前)처리 조건의 결정 방법으로서, 상기 전처리는 상기 열처리로의 로 내를 가스를 공급하면서 가열하는 것이고, 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 후보를 복수 설정하는 것, 각 조합의 후보에 상기 전처리에 의한 제거 대상으로서 특정한 대상 금속의 종류에 따라서 결정된 점수를 부여하는 것 및, 상기 부여된 점수를 지표로 하여 상기 복수의 후보 중으로부터 전처리 조건으로서 채용하는 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합을 결정하는 것을 포함하는 열처리로의 전처리 조건의 결정 방법이 제공된다.
Description
(관련 출원의 상호 참조)
본 출원은, 2018년 12월 27일 출원의 일본특허출원 2018-245445호의 우선권을 주장하고, 그의 전체 기재는, 여기에 특별히 개시로서 원용된다.
본 발명은, 열처리로(heat treatment furnace)의 전(前)처리 조건의 결정 방법, 열처리로의 전처리 방법, 열처리 장치 그리고 열처리된 반도체 웨이퍼의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
열처리로는, 열처리 대상물을 로 내에 배치하여 각종 열처리를 행하기 위해 널리 이용되고 있다. 그러한 열처리로로서는, 예를 들면, 반도체 웨이퍼를 어닐하기 위한 어닐로, 반도체 웨이퍼에 에피택셜층을 형성하기 위한 에피택셜 성장로 등을 들 수 있다.
열처리로 내에 오염 금속이 존재하면, 그 금속이 열처리 중에 열처리 대상물에 부착되어, 열처리 대상물에 금속 오염이 발생해 버린다. 그래서, 열처리로 내의 오염 금속을 제거하기 위해, 열처리 대상물의 열처리를 행하기 전에, 전처리로서, 열처리로의 로 내를 가스를 공급하면서 가열하는 것(소위 엠프티 히팅(empty heating))이 행해지고 있다(일본공개특허공보 2002-25924호, 일본공개특허공보 2003-224122호(이들 전체 기재는, 여기에 특별히 개시로서 원용됨) 참조).
일본공개특허공보 2002-25924호 및 일본공개특허공보 2003-224122호에서는, 특정 조건하에서 열처리로를 전처리(엠프티 히팅)하는 것이 제안되어 있다(상기 공보의 특허 청구의 범위 참조). 그러나 종래, 그러한 전처리 조건을 결정하기 위해서는, 많은 시행 착오를 반복할 수 밖에 없었다.
본 발명의 일 실시 형태는, 열처리로의 전처리 조건을 효율적으로 결정하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태는,
열처리로의 전처리 조건의 결정 방법으로서,
상기 전처리는, 상기 열처리로의 로 내를 가스를 공급하면서 가열하는 것이고,
공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 후보를 복수 설정하는 것,
각 조합의 후보에, 상기 전처리에 의한 제거 대상으로서 특정한 대상 금속의 종류에 따라서 결정된 점수를 부여하는 것 및,
상기 부여된 점수를 지표로 하여, 상기 복수의 후보 중으로부터, 전처리 조건으로서 채용하는 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합을 결정하는 것,
을 포함하는, 열처리로의 전처리 조건의 결정 방법(이하, 간단히 「결정 방법」이라고도 기재함),
에 관한 것이다.
상기 결정 방법에 의하면, 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 후보마다 제거 대상으로서 특정한 금속의 종류에 따라서 결정된 점수에 기초하여, 많은 시행 착오를 반복하는 일 없이 효율적으로 전처리 조건을 결정할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 상기 점수는, 상기 대상 금속의 종류에 기초하여 열역학 평형 계산에 의해 결정된 점수일 수 있다.
일 실시 형태에서는, 상기 열역학 평형 계산은, 상기 대상 금속의 원소 및 상기 후보의 공급 가스에 포함되는 원소를 포함하는 다원계 열역학 평형 계산일 수 있다.
일 실시 형태에서는, 상기 열역학 평형 계산에 의해,
상기 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압,
상기 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 상기 대상 금속의 평형 물질량의 총합,
상기 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0 및,
상기 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0,
을 구하고, 구해진 결과를 지표로 하여 상기 점수를 결정할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 상기 점수는,
상기 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압을 지표로 하여 결정된 점수,
상기 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 상기 대상 금속의 평형 물질량의 총합을 지표로 하여 결정된 점수,
상기 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 하여 결정된 점수 및,
상기 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 하여 결정된 점수,
의 승수(乘數:multiplier)일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태는,
상기 결정 방법에 의해 열처리로의 전처리 조건을 결정하는 것 및,
상기 결정된 전처리 조건하에서 열처리로를 전처리하는 것,
을 포함하는, 열처리로의 전처리 방법(이하, 간단히 「전처리 방법」이라고도 기재함),
에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 형태는,
상기 전처리 방법에 의해 열처리로를 전처리하는 것 및,
상기 전처리된 열처리로 내에서 반도체 웨이퍼를 열처리하는 것,
을 포함하는, 열처리된 반도체 웨이퍼의 제조 방법(이하, 간단히 「제조 방법」이라고도 기재함),
에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 형태는,
열처리 장치로서,
열처리로와,
열처리로 제어부와,
상기 열처리로를 전처리하는 전처리의 조건을 결정하는 전처리 조건 결정부
를 포함하고,
상기 전처리는, 상기 열처리로의 로 내를 가스를 공급하면서 가열하는 것이고,
상기 전처리 조건 결정부는,
공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 후보를 복수 기록하는 후보 기록부와,
계산용 정보 기록부, 점수 계산부 및 조합 결정부를 갖는 해석부
를 포함하고,
상기 계산용 정보 기록부는, 상기 후보 기록부에 기록된 후보의 점수를 계산하기 위한 계산용 정보를 기록하고,
상기 계산용 정보는, 상기 전처리에 의한 제거 대상으로서 특정된 대상 금속의 종류에 따라서 결정되고,
상기 점수 계산부는, 상기 계산용 정보로부터 상기 후보 기록부에 기록된 후보의 점수를 계산하고,
상기 조합 결정부는, 상기 계산된 점수를 지표로 하여, 상기 복수의 후보 중으로부터, 상기 열처리로의 전처리 조건으로서 채용하는 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합을 결정하고,
상기 열처리로 제어부는, 상기 조합 결정부에서 결정된 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 정보를 상기 조합 결정부로부터 수신하고, 수신한 정보에 따라 상기 열처리로에 전처리를 실행시키는 전처리 실시 정보를 송신하고,
상기 열처리로는, 상기 전처리 실시 정보를 수신하고, 이 전처리 실시 정보에 따라 전처리를 실시하는, 열처리 장치,
에 관한 것이다.
일 실시 형태에서는, 상기 계산용 정보는, 상기 대상 금속의 종류에 기초하여 열역학 평형 계산에 의해 결정될 수 있다.
일 실시 형태에서는, 상기 열역학 평형 계산은, 상기 대상 금속의 원소와 상기 후보의 공급 가스에 포함되는 원소를 포함하는 다원계 열역학 평형 계산일 수 있다.
일 실시 형태에서는, 상기 계산용 정보는, 상기 열역학 평형 계산에 의해 구해지는 하기 정보:
상기 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압,
상기 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 상기 대상 금속의 평형 물질량의 총합,
상기 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0 및,
상기 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0,
을 포함할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 상기 점수는,
상기 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압을 지표로 하여 결정된 점수,
상기 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 상기 대상 금속의 평형 물질량의 총합을 지표로 하여 결정된 점수,
상기 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 하여 결정된 점수 및,
상기 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 하여 결정된 점수,
의 승수일 수 있다.
일 실시 형태에서는, 상기 열처리 장치는, 상기 계산용 정보 기록부, 상기 점수 계산부 및 상기 조합 결정부 중 하나 이상에 수정 정보를 제공하는 수정부를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태는, 상기 열처리 장치를 포함하는, 열처리된 반도체 웨이퍼의 제조 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 후보마다 제거 대상으로서 특정한 대상 금속의 종류에 따라서 결정된 점수에 기초하여, 많은 시행 착오를 반복하는 일 없이 효율적으로 전처리 조건을 결정할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 그와 같이 결정된 전처리 조건하에서 열처리로를 전처리하는 것을 포함하는 열처리로의 전처리 방법 및, 그러한 전처리가 행해진 열처리로 내에서 반도체 웨이퍼를 열처리하는 것을 포함하는 열처리된 반도체 웨이퍼의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 열처리 장치를 제공할 수 있고, 이 열처리 장치를 포함하는, 열처리된 반도체 웨이퍼의 제조 장치를 제공할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 결정 방법의 일 예를 나타내는 플로우도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 결정 방법의 다른 일 예를 나타내는 플로우도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전처리 방법의 일 예를 나타내는 플로우도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열처리 장치의 일 예의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열처리 장치의 다른 일 예의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열처리 장치의 다른 일 예의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열처리 장치의 다른 일 예의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 결정 방법의 다른 일 예를 나타내는 플로우도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전처리 방법의 일 예를 나타내는 플로우도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열처리 장치의 일 예의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열처리 장치의 다른 일 예의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열처리 장치의 다른 일 예의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열처리 장치의 다른 일 예의 구성을 나타내는 개략도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에서는, 본 발명의 일 실시 형태를 도면을 참조하여 설명하는 경우가 있지만, 본 발명은 도면에 나타나 있는 예에 한정되는 것은 아니다.
[열처리로의 전처리 조건의 결정 방법]
본 발명의 일 실시 형태는, 열처리로의 전처리 조건의 결정 방법으로서, 상기 전처리는 열처리로의 로 내를 가스를 공급하면서 가열하는 것으로, 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 후보를 복수 설정하는 것, 각 조합의 후보에 상기 열처리에 의한 제거 대상으로서 특정한 대상 금속의 종류에 따라서 결정된 점수를 부여하는 것 및, 상기 부여된 점수를 지표로 하여 상기 복수의 후보 중으로부터 전처리 조건으로서 채용하는 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합을 결정하는 것을 포함하는 열처리로의 전처리 조건의 결정 방법에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 결정 방법의 일 예를 나타내는 플로우도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 결정 방법의 다른 일 예를 나타내는 플로우도이다. 이하, 상기 결정 방법에 대해서, 도 1, 도 2를 적절히 참조하여, 더욱 상세하게 설명한다.
<열처리로>
상기 결정 방법에 의해 전처리 조건이 결정되는 열처리로는, 각종 열처리를 위해 사용 가능한 공지의 구성의 열처리로일 수 있다. 구체예로서는, 반도체 웨이퍼를 어닐하기 위한 어닐로, 반도체 웨이퍼에 에피택셜층을 형성하기 위한 에피택셜 성장로, 반도체 웨이퍼를 열 산화하기 위한 열처리로 등을 들 수 있지만, 열처리 대상물을 로 내에 배치하여 열처리를 행할 수 있는 것이라면 좋고, 상기 구체예에 한정되지 않는다. 열처리로는, 적어도 가열 수단을 구비하고, 로 내에 반응성 가스, 불활성 가스 등의 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단, 로 내 가스를 배출하기 위한 가스 배출 수단 등을 구비할 수도 있다.
<열처리로의 전처리>
열처리로에 있어서 실제로 열처리 대상물의 열처리를 실시하기 전에, 전처리가 행해진다. 이 전처리는, 열처리 대상물이 배치되지 않은 상태에서, 열처리로의 로 내를 가스를 공급하면서 가열하는 것을 말한다. 전처리를 위해 로 내에 공급되는 가스로서는, 산소 가스, 질소 가스, 아르곤 가스, 수소 가스 등의 무기 가스 및 유기 가스의 1종 또는 2종 이상의 혼합 가스를 들 수 있다. 유기 가스의 일 예로서는, 유기 염소 화합물 가스 등의 유기 할로겐 화합물 가스를 들 수 있다. 또한, 전처리 시의 로 내의 가열 온도는, 예를 들면 700∼1300℃일 수 있다. 여기에서 로 내의 가열 온도란, 열처리로의 가열 수단의 설정 온도, 로 내의 분위기 온도, 열처리로의 내벽의 표면 온도 및 로 내에 배치되어 있는 어느 하나 이상의 부재의 표면 온도로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 온도일 수 있다.
전처리에 의한 오염 금속의 제거 효율은, 동일한 전처리 조건으로 전처리를 행했다고 해도, 제거해야 할 오염 금속의 종류에 따라 상이할 수 있다. 그 때문에 종래, 전처리에 의해 열처리로 내로부터 제거해야 할 대상의 금속을 효율적으로 저감 가능한 전처리 조건을 결정하기 위해서는, 아무런 지표 없이 시행 착오를 반복하는 것이 통상이었다. 이에 대하여, 상기 결정 방법에서는, 우선, 「공급 가스의 종류」와 「가열 온도」의 조합의 후보를 복수 설정한다. 그리고, 복수의 후보의 각각에 대해서, 제거 대상으로서 특정한 대상 금속의 종류에 따라서, 점수를 부여한다. 이 점수는, 예를 들면, 대상 금속의 제거 효율이 보다 높다고 추측될수록 더욱 높은 점수가 부여되도록 결정할 수 있다. 점수의 결정은, 일 실시 형태에서는 실험적으로 행할 수 있고, 다른 일 실시 형태에서는 계산에 의해 행할 수 있다. 점수의 부여의 구체적 실시 형태에 대해서는 후술한다. 상기 결정 방법에서는, 이와 같이 각 후보에 부여된 점수를 지표로 하여, 제거해야 할 금속의 종류에 따라서, 복수의 후보 중으로부터 전처리 조건으로서 채용하는 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합을 결정한다. 이와 같이 실험적 또는 계산에 의해 결정된 점수를 지표로 하여 전처리 조건을 결정함으로써, 많은 시행 착오를 반복하는 일 없이, 열처리로의 전처리 조건을 결정하는 것이 가능해진다. 제거 대상의 금속은, 전처리 대상의 열처리로에 의해 열처리가 실시되는 열처리 대상물의 열처리 후의 용도 등을 고려하여 결정할 수 있다. 예를 들면, 열처리 대상물이 반도체 웨이퍼인 경우, 디바이스 특성에 영향을 미칠 가능성이 있는 금속 오염을 저감하는 것이 요망되기 때문에, 각종 금속(예를 들면 철, 구리, 니켈, 크롬, 알루미늄, 나트륨 등)의 1종 또는 2종 이상을, 제거 대상으로서 특정할 수 있다.
<점수의 부여>
열처리로의 전처리를 위한 「공급 가스의 종류」와 「가열 온도」의 조합의 후보로의 점수의 부여를 실험적으로 행하는 방법으로서는, 예를 들면 하기의 방법을 들 수 있다. 기지량(旣知量)의 대상 금속에 의해 의도적으로 오염시킨 열처리로를, 어느 후보의 공급 가스와 가열 온도의 조합의 조건하에서 테스트 열처리(테스트 전처리)한다(도 1 중, S11). 이 테스트 전처리 후의 열처리로 내에 잔류하고 있는 대상 금속의 일부 또는 전부를 공지의 방법에 따라 회수하고, 회수된 대상 금속량을 정량한다(도 1 중, S12). 예를 들면, 회수된 대상 금속량이 적을수록(즉 대상 금속의 제거 효율이 높을수록), 그 후보에 높은 점수가 부여되도록 점수를 결정할 수 있다(도 1 중, S13). 또는, 점수의 부여는, 테스트 전처리 또는 실제로 전처리가 행해진 후의 열처리로 내에서 열처리된 열처리물의 금속 오염량에 기초하여 가중치 부여 함수를 정하고, 이 가중치 부여 함수에 의해 실험에 따라 얻어진 값에 가중치 부여 처리를 행한 후의 값에 기초하여 행해도 좋다. 또한, 점수의 부여는, 시뮬레이션, 최적화 계산 툴 등을 이용하여 행해도 좋다.
또한, 실험적으로 행하는 방법으로서는, 하기의 방법을 들 수도 있다. 상기와 같이 테스트 전처리가 행해진 후의 열처리로 내에서, 임의의 열처리 조건하에서 샘플(예를 들면 반도체 웨이퍼, 반도체 웨이퍼 등의 반도체 재료로부터 잘려나온 테스트 피스 등)의 열처리를 행한다. 이 열처리 후의 상기 샘플의 표면에 부착되어 있는 대상 금속 및/또는 상기 샘플의 표층부 등에 확산하고 있는 대상 금속의 일부 또는 전부를, 공지의 방법에 따라 회수하여 정량한다. 정량은, 예를 들면 ICP-MS(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry) 등에 의해 행할 수 있다. 또는, 테스트 전처리 후의 샘플을 공지의 방법에 따라 분석함으로써, 대상 금속에 의한 금속 오염량을 정량한다. 분석 방법으로서는, μ-PCD(Microwave Photoconductivity Decay)법, SPV(Surface Photovoltage)법 등을 들 수 있다. 여기에서 상기 샘플에 대해서 정량된 대상 금속량이 적은 것은, 테스트 전처리 후의 열처리로에서의 열처리에 의한 샘플의 금속 오염이 적었다는 것을 의미할 수 있다. 환언하면, 테스트 전처리에 의한 대상 금속의 제거 효율이 높았다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 샘플에 대해서 정량된 대상 금속량이 적을수록(즉 대상 금속의 제거 효율이 높을수록), 그 후보에 높은 점수가 부여되도록 점수를 결정할 수 있다. 또는, 점수의 부여는, 상기와 같이 가중치 부여 처리를 행한 후의 값에 기초하여 행해도 좋고, 시뮬레이션, 최적화 계산 툴 등을 이용하여 행해도 좋다.
상기 테스트 열처리는, 실제로 전처리되는 열처리로에서 행해도 좋고, 또는, 예를 들면 실제로 전처리되는 열처리로보다도 작은 스케일의 가열로에서 행할 수도 있다.
이와 같이, 대상 금속마다 각 후보에 점수를 부여하고, 예를 들면 데이터베이스화하여 두는 것(예를 들면 점수표의 작성)을 할 수 있다(도 1 중, S14). 그러한 데이터베이스가 구축되면, 그 후는, 제거해야 할 대상 금속 등의 프로세스 조건이 결정되면(도 1 중, S15), 예를 들면 그 금속의 제거 효율이 높다고 추측되는(예를 들면 점수가 높음) 후보를, 데이터베이스로부터 선택하여, 실제로 열처리로를 전처리하는 전처리 조건(공급 가스 및 가열 온도)으로서 결정할 수 있다(도 1 중, S16). 이와 같이, 많은 시행 착오를 반복하는 일 없이, 열처리로의 전처리 조건을 결정할 수 있다.
한편, 상기의 점수의 부여를 계산에 의해 행하기 위한 계산 방법으로서는, 열역학 평형 계산을 들 수 있다. 즉, 상기의 점수는, 일 실시 형태에서는, 대상 금속의 종류에 기초하여 열역학 평형 계산에 의해 결정된 점수일 수 있다. 열역학 평형 계산이란, 깁스의 자유 에너지가 최소화되는 평형 조성을 최적화 수단에 의해 산출하는 수법으로서, 계산 방법은 공지로서, 공지의 계산 소프트에 의해 계산을 행할 수 있다. 전처리 시, 열처리로에는, 오염 금속의 원소와 공급 가스를 구성하는 원소가 존재한다. 즉, 전처리 시에 열처리로에는 복수의 원소가 존재하기 때문에, 열역학 평형 계산은, 제거 대상으로서 특정한 대상 금속의 원소 및 후보의 조합의 공급 가스에 포함되는 원소를 포함하는 다원계 열역학 평형 계산일 수 있다. 또한, 다원계 열역학 평형 계산에서는, 실제로 열처리로에서 열처리되는 열처리 대상물의 구성 원소나, 실제로 열처리 시에 열처리로에 존재하는 부재의 구성 원소도, 계산에 있어서 고려할 수 있다. 예를 들면, 전처리 후의 열처리로에서 실리콘 웨이퍼의 열처리가 행해지는 경우에는, 실리콘(Si)이나, 웨이퍼 지지 부재의 표면 피복막(예를 들면 SiO2막)의 구성 원소 등도, 제거 대상의 금속의 휘발 반응이나 오염(부착) 반응에 관여할 수 있기 때문에, 이들의 각종 원소도 다원계 열역학 평형 계산에 있어서 고려할 수 있다. 또한, 다원계 열역학 평형 계산에 의하면, 제거 대상으로서 2종 이상의 금속을 특정해도 열역학 평형 계산이 가능하다. 열역학 평형 계산을 위해 계산 소프트에 입력하는 열처리로 내의 압력(즉 계 내의 압력)은, 임의로 설정 가능하고, 예를 들면 0atm 초과 100atm 이하 정도로 할 수 있다. 이와 같이 각종 프로세스 조건을 결정하여(도 2 중, S21), 열역학 평형 계산을 행할 수 있다.
열처리로에 있어서 일어날 수 있는 반응으로서는, 열처리로에 부착하고 있던 대상 금속이 휘발하는 반응과 대상 금속이 열처리로를 오염하는(즉 열처리로에 부착)하는 반응을 들 수 있다. 대상 금속이 열처리로로부터 휘발했다고 해도, 오염(부착)이 발생하면, 열처리로로부터 대상 금속을 제거하는 효율은 저하하기 때문이다. 따라서, 열처리로로부터 대상 금속을 효율적으로 제거하기 위해서는, 열역학 평형 계산에 있어서, 열처리로에 있어서의 휘발 모델과 오염 모델의 양 모델을 고려하는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, 열처리로로부터 대상 금속을 효율적으로 제거하기 위해서는, 전처리 조건은, 「휘발 모델에 있어서 열처리로로부터의 대상 금속의 휘발물의 양이 많고, 오염 모델에 있어서 대상 금속이 부착하는 양이 적은 조건」인 것이 바람직하다. 이는 환언하면, 「대상 금속을 포함하는 가스의 증기압이 높고, 대상 금속을 포함하는 가스의 휘발 반응이 일어나기 쉬운 조건이고, 또한, 대상 금속의 고체 오염물질의 물질량이 작고, 오염 반응이 일어나기 어려운 조건」이라고 할 수 있다. 그래서, 상기 결정 방법의 일 실시 형태에서는, 점수를 부여하기 위해, 열역학 평형 계산에 의해, 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압, 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 대상 금속의 평형 물질량의 총합, 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0 및, 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 구하고, 구해진 결과를 지표로 하여 점수를 결정할 수 있다(도 2 중, S22∼S27). 상기의 지표에 기초하여 점수를 부여하는 구체적 실시 형태에 대해서 이하에 설명한다.
대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압(즉, 평형 상태에서의 휘발 가스의 분압)에 대해서는, 이 값이 클수록 대상 금속이 보다 휘발하기 쉬워 열처리로로부터 제거되기 쉽다고 할 수 있다. 따라서, 열역학 평형 계산에 의해 산출된 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압이 클수록 보다 높은 점수가 부여되도록 판단 기준을 정하고(일 예로서, 후술하는 표 1과 같은 판단 기준표를 작성하고), 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압을 지표로 하여 점수를 결정할 수 있다.
대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 대상 금속의 평형 물질량(즉, 평형 상태에서의 물질량)의 총합에 대해서는, 이 값이 작을수록 열처리로로의 대상 금속의 부착(오염)이 더욱 생기기 어렵다고 할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 열역학 평형 계산에 의해 산출된 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 대상 금속의 평형 물질량의 총합이 작을수록 높은 점수가 부여되도록 판단 기준을 정하고(일 예로서, 후술하는 표 3과 같은 판단 기준표를 작성하고), 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 대상 금속의 평형 물질량의 총합을 지표로 하여 점수를 결정할 수 있다.
대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0에 대해서는, 이 값이 작을수록 대상 금속이 보다 휘발하기 쉬워 열처리로로부터 제거되기 쉽다고 할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 열역학 평형 계산에 의해 산출된 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0이 작을수록 높은 점수가 부여되도록 판단 기준을 결정하고(일 예로서, 후술하는 표 6과 같은 판단 기준표를 작성하고), 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 하여 점수를 결정할 수 있다. 또한, 어느 후보의 공급 가스에 관하여, 대상 금속이 관여하는 휘발 반응이 다수 있을 수 있는 경우, 복수의 휘발 반응 중에서 깁스의 자유 에너지 ΔG0이 최소의 휘발 반응의 ΔG0, 최대의 ΔG0 또는 복수의 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지의 평균(예를 들면 산술 평균)을, 점수를 결정하기 위한 지표로 할 수 있고, 최소의 휘발 반응의 ΔG0 또는 최대의 ΔG0을 점수를 결정하기 위한 지표로 하는 것이 바람직하고, 최소의 휘발 반응의 ΔG0을 점수를 결정하기 위한 지표로 하는 것이 보다 바람직하다.
대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0에 대해서는, 이 값이 정(正)의 값인 쪽이 부(負)의 값인 경우에 비해 열처리로로의 대상 금속의 부착(오염)이 더욱 생기기 어렵다고 할 수 있다. 또한, 정의 값 중에서는 절대값이 보다 큰 쪽이, 부의 값 중에서는 절대값이 보다 작은 쪽이, 열처리로로의 대상 금속의 부착(오염)이 더욱 생기기 어렵다고 할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 열역학 평형 계산에 의해 산출된 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0이 정의 값인 경우가 부의 값인 경우와 비교하여 높은 점수가 부여되도록, 또한 정의 값 중에서는 절대값이 보다 큰 쪽이 높은 점수가 부여되도록, 부의 값 중에서는 절대값이 보다 작은 쪽이 높은 점수가 부여되도록, 판단 기준을 결정하고(일 예로서, 후술하는 표 9와 같은 판단 기준표를 작성하고), 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 하여 점수를 결정할 수 있다. 또한, 어느 후보의 공급 가스에 관하여, 대상 금속이 관여하는 오염 반응이 다수 있을 수 있는 경우, 복수의 오염 반응 중에서 깁스의 자유 에너지 ΔG0이 최소의 오염 반응의 ΔG0, 최대의 ΔG0 또는 복수의 오염 반응의 깁스의 자유 에너지의 평균(예를 들면 산술 평균)을, 점수를 결정하기 위한 지표로 할 수 있고, 최소의 오염 반응의 ΔG0 또는 최대의 ΔG0을 점수를 결정하기 위한 지표로 하는 것이 바람직하고, 최소의 오염 반응의 ΔG0을 점수를 결정하기 위한 지표로 하는 것이 보다 바람직하다.
이상과 같이, 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압, 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 대상 금속의 평형 물질량의 총합, 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0 및, 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0과 같은 열역학 평형 계산에 의해 산출되는 4종의 수치에 기초하여 결정된 4종의 점수에 기초하여, 일 실시 형태에서는, 이들 점수의 승수로서, 각 후보의 점수(종합 점수라고 부르는 경우도 있음)를 산출할 수 있다(도 2 중, S26, S27). 즉, 예를 들면, 어느 후보에 대해서 상기 4종의 점수가 A, B, C, D인 경우, 그 후보의 점수는, 점수＝A×B×C×D로 결정할 수 있다. 또한, 일 실시 형태에서는, 상기인 경우, 4종의 점수의 합계(A＋B＋C＋D)로서, 그 후보의 점수를 결정할 수도 있다. 각 후보의 점수를 승수로서 부여함으로써, 각 후보의 차이를 보다 강조할 수 있다.
또한, 점수의 부여를 계산에 의해 행하는 실시 형태에 있어서도, 먼저 실험적으로 점수를 부여하는 실시 형태와 마찬가지로, 점수의 부여는, 테스트 전처리 또는 실제로 전처리가 행해진 후의 열처리로 내에서 열처리된 열처리물의 금속 오염량에 기초하여 가중치 부여 함수를 정하고, 이 가중치 부여 함수에 의해 계산에 의해 얻어진 값에 가중치 부여 처리를 행한 후의 값에 기초하여 행해도 좋다. 또한, 점수의 부여는, 시뮬레이션, 최적화 계산 툴 등을 이용하여 행해도 좋다.
<전처리 조건의 결정>
이상과 같이, 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 복수의 후보의 각각에 대해서, 제거 대상으로서 특정한 대상 금속의 종류에 따라서 점수가 부여된다. 이와 같이 부여된 점수를 지표로 하여, 실제로 열처리로의 전처리를 행하기 위해 채용하는 전처리 조건을 결정할 수 있다. 결정 기준에 관해서는, 예를 들면, 일 실시 형태에서는, 점수가 소정 점수 이상의 후보 중으로부터, 전처리 조건을 결정할 수 있다. 또한, 일 실시 형태에서는, 복수의 후보 중으로부터 가장 높은 점수의 후보를 전처리 조건으로서 결정할 수 있다. 단, 실제로 전처리 조건으로서 결정하는 후보는, 가장 높은 점수의 후보에 한정되지 않는다. 예를 들면, 점수가 소정 범위 내의 후보 중으로부터, 공급 가스의 비용, 취급의 용이성 등을 고려하여 전처리 조건을 결정할 수도 있다.
[열처리로의 전처리 방법]
본 발명의 일 실시 형태는, 상기 결정 방법에 의해 열처리로의 전처리 조건을 결정하는 것 및, 상기 결정된 전처리 조건하에서 열처리로를 전처리하는 것을 포함하는 열처리로의 전처리 방법에 관한 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전처리 방법의 일 예를 나타내는 플로우도이다. 대상 금속, 실제로 열처리로에서 열처리되는 열처리 대상물의 구성 원소, 실제로 열처리 시에 열처리로에 존재하는 부재의 구성 원소 등의 각종 프로세스 조건이 결정된 후, 상세를 앞서 설명한 바와 같이 점수 부여를 행할 수 있다(도 3 중, S31, S32). 이와 같이 부여된 점수를, 예를 들면 해석 소프트로부터 출력한다(도 3 중, S33). 출력된 결과 중에서, 점수를 지표로 하여, 공급 가스와 가열 온도의 조합을 선택하여, 전처리 조건을 결정할 수 있다(도 3 중, S34, S35). 여기에서의 선택은, 자동 또는 수동으로 행할 수 있다. 그리고, 이와 같이 결정된 전처리 조건하에서 열처리로를 전처리할 수 있다(도 3 중, S36).
상기 전처리 방법에서는, 상기 결정 방법에 의해 결정된 종류의 공급 가스를 사용하여, 또한 결정된 가열 온도에서, 열처리로의 전처리를 행한다. 전처리는, 일반적으로 「엠프티 히팅」이라고도 불리고, 통상, 열처리 대상물을 열처리로 내에 배치하여 열처리를 실시하기 전에 행해진다. 예를 들면, 열처리로의 가스 공급구로부터 가스를 공급함과 함께 열처리로의 가스 배출구로부터 로 내 가스를 배출하는 환기 가능한 상태에서, 전처리 조건으로서 결정한 가열 온도로 가열된 열처리로 내로, 전처리 조건으로서 결정한 실시 형태의 가스를 공급하고, 전처리를 행함으로써, 열처리로 내를 오염하고 있는 오염 금속의 적어도 일부 또는 전부를, 열처리로 외부로 배출할 수 있다. 바람직하게는, 제거 대상으로서 특정한 대상 금속의 일부 또는 전부를 열처리로 외로 배출할 수 있다. 이러한 전처리를 행한 후에 열처리 대상물의 열처리를 행함으로써, 열처리 대상물이 열처리에 의해 금속 오염되는 것을 억제할 수 있다. 전처리 시간은, 제거 대상의 금속의 종류나 금속 오염량 등에 따라서 결정하면 좋다. 예를 들면 1분간∼20시간 정도로 할 수 있지만, 상기 범위는 예시로서, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
[반도체 웨이퍼의 제조 방법]
본 발명의 일 실시 형태는, 상기 전처리 방법에 의해 열처리로를 전처리하는 것 및, 상기 전처리된 열처리로 내에서 반도체 웨이퍼를 열처리하는 것을 포함하는, 열처리된 반도체 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다.
열처리가 실시되는 반도체 웨이퍼로서는, 실리콘 웨이퍼 등의 각종 반도체 웨이퍼를 들 수 있다. 예를 들면, 공지의 방법으로 육성된 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라낸 실리콘 단결정 웨이퍼를, 경면 연마 등의 연마 가공, 모따기 가공 등의 가공 처리의 1종 이상을 임의로 실시한 후에 열처리로로 도입하여 열처리를 행할 수 있다. 열처리의 구체예로서는, 어닐, 기상 성장, 열 산화 등의 각종 열처리를 들 수 있다. 이들 열처리는, 공지의 방법에 의해 실시할 수 있다. 상기 전처리 방법에 의해 전처리한 후의 열처리로에 있어서 반도체 웨이퍼를 열처리함으로써, 열처리로로부터의 금속 오염이 억제된 열처리 완료 반도체 웨이퍼를 제공하는 것이 가능해진다. 그러한 열처리 완료 반도체 웨이퍼로서는, 예를 들면, 실리콘 단결정 웨이퍼에 어닐 처리에 의해 개질층을 형성한 어닐 웨이퍼, 에피택셜층을 실리콘 단결정 웨이퍼 상에 갖는 에피택셜 웨이퍼, 열 산화막을 갖는 실리콘 단결정 웨이퍼 등의 각종 실리콘 웨이퍼를 들 수 있다.
[열처리 장치]
본 발명의 일 실시 형태는, 열처리로와, 열처리로 제어부와, 상기 열처리로를 전처리하는 전처리의 조건을 결정하는 전처리 조건 결정부를 포함하는 열처리 장치에 관한 것이다. 상기 전처리는, 상기 열처리로의 로 내를 가스를 공급하면서 가열하는 것이고, 상기 전처리 조건 결정부는, 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 후보를 복수 기록하는 후보 기록부와, 계산용 정보 기록부, 점수 계산부 및 조합 결정부를 갖는 해석부를 포함한다. 상기 계산용 정보 기록부는, 상기 후보 기록부에 기록된 후보의 점수를 계산하기 위한 계산용 정보를 기록한다. 상기 계산용 정보는, 상기 전처리에 의한 제거 대상으로서 특정된 대상 금속의 종류에 따라서 결정된다. 상기 점수 계산부는, 상기 계산용 정보로부터 상기 후보 기록부에 기록된 후보의 점수를 계산하고, 상기 조합 결정부는, 상기 계산된 점수를 지표로 하여, 상기 복수의 후보 중으로부터, 상기 열처리로의 전처리 조건으로서 채용하는 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합을 결정한다. 상기 열처리로 제어부는, 상기 조합 결정부에서 결정된 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 정보를 상기 조합 결정부로부터 수신하고, 수신한 정보에 따라 상기 열처리로에 전처리를 실행시키는 전처리 실시 정보를 송신하고, 상기 열처리로는, 상기 전처리 실시 정보를 수신하고, 이 전처리 실시 정보에 따라 전처리를 실시한다.
상기 열처리 장치에 의하면, 상기 결정 방법에 의한 전처리 조건의 결정 및, 결정된 전처리 조건하에서의 열처리로의 전처리를 행할 수 있다. 이러한 전처리 조건의 결정 및 전처리의 실시의 상세에 대해서는, 앞서 기재한 바와 같다.
이하에, 상기 열처리 장치의 일 예를 도면에 기초하여 설명한다. 단 상기 열처리 장치는, 도면에 나타내는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는, 각 도면에 있어서, 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호가 부여되어 있다.
도 4는, 상기 열처리 장치의 일 예의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 4에 나타나 있는 열처리 장치(1)는, 전처리 조건 결정부(10)와, 열처리로 제어부(11)와 열처리로(12)를 구비하고 있다.
전처리 조건 결정부(10)는, 후보 기록부(101)와, 해석부(102)를 갖는다.
후보 기록부(101)에는, 열처리로(12)의 전처리를 위한 「공급 가스의 종류」와 「가열 온도」의 조합의 후보가 복수 입력되고, 기록된다. 또한, 후보 기록부(101)에는, 전처리에 의한 제거 대상으로서 특정된 대상 금속의 종류도 입력하여, 기록할 수도 있다.
계산용 정보 기록부(1001)에는, 점수 계산부(1002)에 있어서 각 후보의 점수를 계산하기 위해 사용되는 정보가 입력되고, 기록된다. 계산용 정보는, 전처리에 의한 제거 대상으로서 특정된 대상 금속의 종류에 따라서 결정된다. 결정의 상세는, 앞서 기재한 바와 같다.
예를 들면, 점수의 부여를 실험적으로 행하는 실시 형태에서는, 앞서 설명한 바와 같이 데이터베이스화한 정보(예를 들면, 대상 금속마다, 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 복수의 후보에 대해서, 각각 점수가 표시된 점수표)를, 계산용 정보 기록부(1001)에 기록할 수 있다.
점수의 부여를 계산에 의해 행하는 실시 형태에서는, 예를 들면, 계산용 정보 기록부(1001)에 기록되는 계산용 정보를, 전처리에 의한 제거 대상으로서 특정된 대상 금속의 종류에 기초하여 열역학 평형 계산에 의해 결정할 수 있다. 이 계산의 상세는, 앞서 기재한 바와 같다.
점수 계산부(1002)에서는, 계산용 정보 기록부(1001)에 기록된 계산용 정보로부터, 후보 기록부(101)에 기록된 각 후보의 점수를 계산한다. 예를 들면, 후보 기록부(101)에 기록된 후보 정보를 점수 계산을 행하는 소프트에 카피하는 등 하여 취출하고, 계산용 정보 기록부(1001)에 기록된 계산용 정보를 동일한 소프트에 카피하는 등 하여 취출하고, 각 후보의 점수를, 소정의 계산 방법에 따라 계산한다. 계산의 상세는, 앞서 기재한 바와 같다. 일 예로서, 계산용 정보는, 열역학 평형 계산에 의해 구해지는 하기 정보: 제거 대상으로서 특정된 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압, 상기 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 상기 대상 금속의 평형 물질량의 총합, 상기 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0 및, 상기 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 포함할 수 있다. 그리고, 각 후보의 점수는, 상기 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압을 지표로 하여 결정된 점수, 상기 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 상기 대상 금속의 평형 물질량의 총합을 지표로 하여 결정된 점수, 상기 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 하여 결정된 점수 및, 상기 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 하여 결정된 점수의 승수일 수 있다.
조합 결정부(1003)는, 점수 계산부(1002)에서 결정된 각 후보의 점수를 지표로 하여, 후보 기록부(101)에 기록된 복수의 조합의 후보 중으로부터, 열처리로(12)의 전처리 조건으로서 채용하는 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합을 결정한다. 이 결정의 상세에 대해서는, 앞서 기재한 바와 같다.
도 5에 나타내는 열처리 장치(2)는, 해석부(102)에 수정부(1004)를 포함하는 점 이외에, 도 4에 나타내는 열처리 장치(1)와 동일한 구성을 갖는다. 수정부(1004)는, 계산용 정보 기록부(1001), 점수 계산부(1002) 및 조합 결정부(1003)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상에, 수정 정보를 제공할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 수정 정보는, 실제로 전처리가 행해진 열처리로에서 열처리된 열처리물의 금속 오염량에 기초하여, 계산용 정보 기록부(1001)에 있어서의 계산용 정보를 결정하기 위한 결정 방법을 수정하기 위한 수정 정보일 수 있다. 상기 금속 오염량은, 열처리물로부터 회수한 금속 성분을 ICP-MS 등에 의해 정량하는 방법, 열처리물을 μ-PCD법, SPV법 등에 의해 분석하는 방법 등의 공지의 방법에 따라 구할 수 있다. 또한, 일 실시 형태에서는, 수정 정보는, 실제로 전처리가 행해진 열처리로에서 열처리된 열처리물의 금속 오염량에 기초하여, 점수 계산부(1002)에 있어서 점수를 계산하기 위한 계산식을 수정하기 위한 정보일 수 있다. 또한, 일 실시 형태에서는, 수정 정보는, 조합 결정부(1003)에 있어서 전처리 조건을 결정하기 위한 결정 기준을 수정하기 위한 정보일 수 있다. 수정 정보는, 계산용 정보 기록부(1001), 점수 계산부(1002) 및 조합 결정부(1003)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개에만 제공되어도 좋고, 2개에 제공되어도 좋고, 3개 모두에 제공되어도 좋다.
이와 같이, 조합 결정부(1003)에 있어서, 점수 계산부(1002)로 계산된 점수를 지표로 하여 후보 기록부(101)에 기록된 복수의 후보 중으로부터, 열처리로(12)의 전처리 조건으로서 채용하는 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합이 결정된다.
열처리로 제어부(11)는, 이와 같이 결정된 공급 가스와 가열 온도의 조합의 정보를, 조합 결정부(1003)로부터 수신하고, 수신한 정보에 따라 열처리로(12)에 전처리를 실행시키는 전처리 실시 정보를 송신한다.
열처리로(12)는, 상기 전처리 실시 정보를 수신하고, 이 신호에 따라 전처리를 실시한다. 열처리로(12)의 상세는, 전처리 조건이 결정되는 열처리로에 대해서 앞서 기재한 바와 같다.
일 실시 형태에서는, 이와 같이 전처리가 실시된 후, 앞서 기재한 수정 정보를 얻기 위한 열처리 및 열처리물의 금속 오염량의 분석을 행하여, 분석 결과에 기초하여 수정 정보를 작성하고, 수정부(1004)에 입력할 수 있다.
도 6에 나타내는 열처리 장치(3)는, 열처리로 제어부(11)로부터의 전처리 신호가 복수의 열처리로(12a, 12b, 12c)에 의해 수신되는 점 이외에, 도 4에 나타내는 열처리로(1)와 동일한 구성을 갖는다. 도 6에는, 예시로서 열처리로를 3개 나타냈지만, 1개의 열처리로 제어부로부터 전처리 실시 정보를 수신하는 열처리로의 수는, 특별히 한정되지 않는다.
도 7에 나타내는 열처리 장치(4)는, 조합 결정부(1003)에서 결정된 정보가 복수의 열처리로 제어부(11a, 11b, 11c)에 의해 수신되는 점 이외에, 도 4에 나타내는 열처리로(1)와 동일한 구성을 갖는다. 도 7에는, 예시로서 열처리로 제어부를 3개 나타냈지만, 1개의 조합 결정부로부터 정보를 수신하는 열처리로 제어부의 수는, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 1개의 조합 결정부로부터, 복수의 열처리로 제어부로 동일한 정보를 송신해도 좋고, 복수의 열처리로를 상이한 전처리 조건으로 전처리 하기 위해 복수의 열처리로 제어부로 상이한 정보를 송신해도 좋다.
또한, 도 7에 나타내는 열처리 장치를, 1개의 열처리로 제어부로부터의 전처리 신호가 복수의 열처리로에 의해 수신되도록 변형할 수도 있다.
전처리 조건 결정부(10) 및 열처리로 제어부(11)는, 1개 또는 2개 이상의 컴퓨터에 의해 구성할 수 있고, 컴퓨터에 탑재시킨 소프트에 의해, 각 부의 각종 동작을 실행시킬 수 있다. 또한, 각종 정보의 송수신은, 유선 통신 또는 무선 통신에 의해 실행할 수 있다.
[반도체 웨이퍼의 제조 장치]
본 발명의 일 실시 형태는, 상기 열처리 장치를 포함하는, 열처리된 반도체 웨이퍼의 제조 장치에 관한 것이다.
상기 제조 장치는, 적어도 상기 열처리 장치를 포함하고, 반도체 웨이퍼에 각종 처리를 가하기 위한 1개 이상의 장치를 임의로 포함할 수 있다. 이러한 장치의 일 예로서는, 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라낸 실리콘 단결정 웨이퍼에 경면 연마 등의 연마 가공을 행하기 위한 연마 장치, 모따기 가공하기 위한 모따기 가공 장치 등을 들 수 있다.
상기 열처리 장치 및 반도체 웨이퍼의 제조 방법의 그 외의 상세에 대해서는, 결정 방법, 전처리 방법 및 제조 방법에 관한 앞선 기재를 참조할 수 있다.
실시예
이하에, 본 발명을 실시예에 기초하여 추가로 설명한다. 단, 본 발명은 실시예에 나타내는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 이하에 기재된 「％」는, 체적％이다.
1. 대상 금속의 특정
철을, 제거 대상의 금속으로서 특정했다.
2. 전처리 조건의 후보의 결정
후보의 공급 가스의 종류는, 산소(100％ O2), 질소(100％ N2), 아르곤(100％ Ar), 수소(100％ H2), 수소와 산소의 혼합 가스(80％ H2/20％ O2) 및, 1,2-디클로로에틸렌과 산소의 혼합 가스(20％ Trans-1,2-디클로로에틸렌/80％ O2)로 하고, 후보의 가열 온도는, 1100℃, 1150℃, 1200℃, 1250℃ 및, 1300℃로 하고, 열처리로 내의 압력으로서 1atm을 선택하여, 이하와 같이 열역학 평형 계산을 실시했다. 열역학 평형 계산은, 열역학 평형 계산 소프트 MALT를 사용하여, 이 소프트에 부속되는 알고리즘에 의해 실시했다. 이하의 표에서는, 수소와 산소의 혼합 가스(80％ H2/20％ O2)를 「80％ H2/O2」, Trans-1,2-디클로로에틸렌과 산소의 혼합 가스(20％ Trans-1,2-디클로로에틸렌/80％ O2)를 「20％ Trans1, 2DCE/O2」라고 표기한다.
이하에서는, 가열 온도 1200℃에 대한 계산 결과를 예로 설명한다.
3. 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압을 지표로 한 점수의 결정
상기 열역학 평형 계산 소프트에, 가열 온도(1200℃), 압력(1atm)을 입력하고, 또한, 대상 금속 원소, 후보의 공급 가스를 구성하는 원소, 실리콘(Si) 및, 실제의 열처리 시에 열처리로 내에 배치되는 부재(웨이퍼 지지 부재)의 표면에 존재하는 실리콘 산화막(SiO2)의 구성 원소에 의해 생성될 수 있는 물질을 소프트의 데이터베이스로부터 선택하여 각 물질의 물질량을 입력했다. 이들 정보가 입력되면, 상기 열역학 평형 계산 소프트에 의한 다원계 열역학 평형 계산의 계산 결과로부터, 철을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압의 총합 P가 구해졌다. 여기에서 구해진 P를 지표로 하여, 하기의 판단 기준표(표 1)에 따라, 가열 온도 1200℃와 하기표 2에 나타나 있는 공급 가스의 조합의 후보에 대해서, 철을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압을 지표로 한 점수를 표 2에 나타내도록 결정했다.
4. 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 대상 금속의 평형 물질량의 총합을 지표로 한 점수의 결정
상기 3.에서의 입력에 의해, 상기 열역학 평형 계산 소프트는, 철과 실리콘을 포함하는 고체 물질 중의 철의 평형 물질량을 산출했다. 이 산출 결과로부터, 철과 실리콘을 포함하는 고체 물질 중의 철의 평형 물질량의 총합 Mc를 구했다. 여기에서 구해진 Mc를 지표로 하여, 하기의 판단 기준표(표 3)에 따라, 가열 온도 1200℃와 하기표 4에 나타나 있는 공급 가스의 조합의 후보에 대해서, 철을 포함하는 고체 화합물 중의 철의 평형 물질량의 총합을 지표로 한 점수를 표 4에 나타내도록 결정했다.
5. 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 한 점수의 결정
상기 3.에서의 입력에 의해, 상기 열역학 평형 계산 소프트는, 선택된 물질 중의 철을 포함하는 휘발성 물질이 휘발하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 산출했다. 산출 결과를, 표 5에 나타낸다.
표 5에 나타난 각 공급 가스에 대한 각종 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0 중의 최소값을 지표로 하여, 하기의 판단 기준표(표 6)에 따라, 가열 온도 1200℃와 하기표 7에 나타나 있는 공급 가스의 조합의 후보에 대해서, 철이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 한 점수를 표 7에 나타내도록 결정했다.
6. 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 한 점수의 결정
상기 3.에서의 입력에 의해, 상기 열역학 평형 계산 소프트는, 선택된 물질 중의 철을 포함하는 물질이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 산출했다. 산출 결과를, 표 8에 나타낸다.
표 8에 나타난 각 공급 가스에 대한 각종 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0 중의 최소값을 지표로 하여, 하기의 판단 기준표(표 9)에 따라, 가열 온도 1200℃와 하기표 10에 나타나 있는 공급 가스의 조합의 후보에 대해서, 철이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 한 점수를 표 10에 나타내도록 결정했다.
7. 점수표의 작성
가열 온도 1200℃와 각 공급 가스의 조합의 후보에 대해서, 상기 3∼6에서 결정된 4종의 점수의 승수를, 각 후보의 점수로서 부여했다.
가열 온도 1100℃, 1150℃, 1250℃ 및 1300℃에 대해서도 상기 3∼6과 마찬가지로 다원계 열역학 평형 계산을 행하고, 산출 결과에 기초하여 상기 3∼6과 마찬가지로 점수를 결정했다. 이와 같이 결정된 4종의 점수의 승수를, 각 후보의 점수로서 부여했다.
이상과 같이 각 후보에 부여된 점수의 점수표가, 하기표 11이다.
8. 전처리 조건의 결정 및 전처리의 실시
동일한 로트로부터 취출한 3매의 실리콘 웨이퍼에 대하여, 각각 전처리 전 또는 하기 전처리 후에 어닐을 실시했다. 이들 3매의 실리콘 웨이퍼는, 동일한 로트의 실리콘 웨이퍼이기 때문에, 열처리 전의 철 오염 레벨은 동일하다고 간주할 수 있다.
우선, 상기표 11에 나타내는 점수표로부터 고점수의 「가열 온도 1300℃/Trans-1,2-디클로로에틸렌과 산소의 혼합 가스(20％ Trans-1,2-디클로로에틸렌/80％ O2)」의 조합을 전처리 조건으로서 결정하고, 기지량의 철로 의도적으로 오염한 반도체 웨이퍼용 어닐로의 전처리(엠프티 히팅)를 실시했다. 전처리는, 가열 온도(가열 수단의 설정 온도) 1300℃ 및 로 내 압력 1atm의 어닐로로 상기 혼합 가스를 공급함과 함께 어닐로의 배기구로부터 로 내 가스를 배출하면서, 전처리 시간 1시간으로 실시했다.
상기 전처리 후의 어닐로에 있어서 실리콘 웨이퍼의 어닐을 행했다. 전처리 전의 어닐로에서도 동일한 어닐 조건으로 실리콘 웨이퍼의 어닐을 행했다.
전처리 전의 어닐로에서 어닐된 실리콘 웨이퍼 및 전처리 후의 어닐로에서 어닐된 실리콘 웨이퍼의 표면을 동종의 회수액(산 용액)으로 주사하고, ICP-MS(유도 결합 플라즈마 질량 분석계)에 의해 주사 후의 회수액 중의 철의 정량 분석을 행했다. 이와 같이 얻어진 정량값을 회수액이 주사된 실리콘 웨이퍼 표면의 면적으로 나눈 값을, 실리콘 웨이퍼의 표면 철 농도로 했다. 이와 같이 구해진 표면 철 농도가 보다 낮을수록, 어닐로로부터의 실리콘 웨이퍼의 철 오염이 억제되어 있다고 할 수 있고, 어닐을 실시한 어닐로의 철 오염이 적다고 할 수도 있다. 전처리 전의 어닐로에서 어닐된 실리콘 웨이퍼의 표면 철 농도는 5.0×1010atoms/㎠였던 것에 대하여, 전처리 후의 어닐로에서 어닐된 실리콘 웨이퍼의 표면 철 농도는 3.0×109atoms/㎠였다. 이 결과로부터, 상기와 같이 결정된 전처리 조건하에서의 전처리에 의해, 어닐로의 철 오염을 저감할 수 있었던 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 결정된 전처리 조건과는 상이한 조건하에서의 전처리로서, 가열 온도(가열 수단의 설정 온도)를 1300℃, 공급 가스를 아르곤(100％ Ar)으로 하고, 상기와 동일한 기지량의 철로 의도적으로 오염한 반도체 웨이퍼용 어닐로의 전처리(엠프티 히팅)를 상기와 동일하게 실시하고, 전처리 후의 어닐로에서 실리콘 웨이퍼를 동일한 어닐 조건으로 어닐했다. 이 어닐 후의 실리콘 웨이퍼의 표면 철 농도를 상기와 동일하게 구한 결과, 2.0×1010atoms/㎠로, 전처리에 의해 어닐로의 철 오염을 저감할 수 있었던 것이 확인되었다.
또한, 이상의 결과로부터, 열역학 평형 계산에 의한 계산 결과에 기초하여 부여된 표 11 중의 점수가 보다 높은 전처리 조건에 의해, 열처리로의 철 오염을 더욱 저감할 수 있는 것도 확인되었다.
본 발명의 일 실시 형태는, 반도체 웨이퍼의 기술 분야를 비롯한 각종 열처리가 행해지는 기술 분야에 있어서 유용하다.
Claims (14)
- 열처리로의 전(前)처리 조건의 결정 방법으로서,
상기 전처리는, 상기 열처리로의 로 내를 가스를 공급하면서 가열하는 것이고,
공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 후보를 복수 설정하는 것,
각 조합의 후보에, 상기 전처리에 의한 제거 대상으로서 특정한 대상 금속의 종류에 따라서 결정된 점수를 부여하는 것 및,
상기 부여된 점수를 지표로 하여, 상기 복수의 후보 중으로부터, 전처리 조건으로서 채용하는 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합을 결정하는 것,
을 포함하는, 열처리로의 전처리 조건의 결정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 점수는, 상기 대상 금속의 종류에 기초하여 열역학 평형 계산에 의해 결정된 점수인, 열처리로의 전처리 조건의 결정 방법. - 제2항에 있어서,
상기 열역학 평형 계산은, 상기 대상 금속의 원소와 상기 후보의 공급 가스에 포함되는 원소를 포함하는 다원계 열역학 평형 계산인, 전처리 조건의 결정 방법. - 제3항에 있어서,
상기 열역학 평형 계산에 의해,
상기 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압,
상기 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 상기 대상 금속의 평형 물질량의 총합,
상기 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0 및,
상기 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0,
을 구하고, 구해진 결과를 지표로 하여 상기 점수를 결정하는 것을 포함하는, 열처리로의 전처리 조건의 결정 방법. - 제4항에 있어서,
상기 점수는,
상기 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압을 지표로 하여 결정된 점수,
상기 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 상기 대상 금속의 평형 물질량의 총합을 지표로 하여 결정된 점수,
상기 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 하여 결정된 점수 및,
상기 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 하여 결정된 점수,
의 승수(乘數)인, 열처리로의 전처리 조건의 결정 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 열처리로의 전처리 조건의 결정 방법에 의해, 열처리로의 전처리 조건을 결정하는 것 및,
상기 결정된 전처리 조건하에서 열처리로를 전처리하는 것,
을 포함하는, 열처리로의 전처리 방법. - 제6항에 기재된 열처리로의 전처리 방법에 의해 열처리로를 전처리하는 것 및,
상기 전처리된 열처리로 내에서 반도체 웨이퍼를 열처리하는 것,
을 포함하는, 열처리된 반도체 웨이퍼의 제조 방법. - 열처리 장치로서,
열처리로와,
열처리로 제어부와,
상기 열처리로를 전처리하는 전처리의 조건을 결정하는 전처리 조건 결정부
를 포함하고,
상기 전처리는, 상기 열처리로의 로 내를 가스를 공급하면서 가열하는 것이고,
상기 전처리 조건 결정부는,
공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 후보를 복수 기록하는 후보 기록부와,
계산용 정보 기록부, 점수 계산부 및 조합 결정부를 갖는 해석부
를 포함하고,
상기 계산용 정보 기록부는, 상기 후보 기록부에 기록된 각 후보의 점수를 계산하기 위한 계산용 정보를 기록하고,
상기 계산용 정보는, 상기 전처리에 의한 제거 대상으로서 특정된 대상 금속의 종류에 따라서 결정되고,
상기 점수 계산부는, 상기 계산용 정보로부터 상기 후보 기록부에 기록된 각 후보의 점수를 계산하고,
상기 조합 결정부는, 상기 계산된 점수를 지표로 하여, 상기 복수의 후보 중으로부터, 상기 열처리로의 전처리 조건으로서 채용하는 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합을 결정하고,
상기 열처리로 제어부는, 상기 조합 결정부에서 결정된 공급 가스의 종류와 가열 온도의 조합의 정보를 상기 조합 결정부로부터 수신하고, 수신한 정보에 따라 상기 열처리로에 전처리를 실행시키는 전처리 실시 정보를 송신하고,
상기 열처리로는, 상기 전처리 실시 정보를 수신하고, 당해 전처리 실시 정보에 따라 전처리를 실시하는, 열처리 장치. - 제8항에 있어서,
상기 계산용 정보가, 상기 대상 금속의 종류에 기초하여 열역학 평형 계산에 의해 결정되는, 열처리 장치. - 제9항에 있어서,
상기 열역학 평형 계산은, 상기 대상 금속의 원소와 상기 후보의 공급 가스에 포함되는 원소를 포함하는 다원계 열역학 평형 계산인, 열처리 장치. - 제10항에 있어서,
상기 계산용 정보는, 상기 열역학 평형 계산에 의해 구해지는 하기 정보:
상기 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압,
상기 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 상기 대상 금속의 평형 물질량의 총합,
상기 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0 및,
상기 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0,
을 포함하는, 열처리 장치. - 제11항에 있어서,
상기 점수는,
상기 대상 금속을 포함하는 가스의 평형 휘발 가스 분압을 지표로 하여 결정된 점수,
상기 대상 금속을 포함하는 고체 화합물 중의 상기 대상 금속의 평형 물질량의 총합을 지표로 하여 결정된 점수,
상기 대상 금속이 관여하는 휘발 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 하여 결정된 점수 및,
상기 대상 금속이 관여하는 오염 반응의 깁스의 자유 에너지 ΔG0을 지표로 하여 결정된 점수,
의 승수인, 열처리 장치. - 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계산용 정보 기록부, 상기 점수 계산부 및 상기 조합 결정부 중 하나 이상에 수정 정보를 제공하는 수정부를 추가로 포함하는, 열처리 장치. - 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 열처리 장치를 포함하는, 열처리된 반도체 웨이퍼의 제조 장치.
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