TWI433239B - 熱處理裝置、熱處理裝置之溫度調整方法、及程式 - Google Patents

Description

熱處理裝置、熱處理裝置之溫度調整方法、及程式 【相關申請案的交互參照】

本申請案係基於先前之日本專利申請案第2008-67754號，申請日期為2008年3月17日；日本專利申請案第2008-67755號，申請日期為2008年3月17日；日本專利申請案第2009-11383號，申請日期為2009年1月21日；以及日本專利申請案第2009-11384號，申請日期為2009年1月21日，並由該等申請案主張優先權。該等申請案的整體內容藉由參考文獻方式合併於此。

本發明係關於一種用以熱處理如半導體晶圓之待處理物體的熱處理裝置、一種熱處理裝置之溫度調整方法、以及一種程式。

在半導體裝置的製造步驟中，已使用一熱處理裝置，用以對例如半導體晶圓之待處理物體執行膜沉積製程等等。在熱處理裝置中備有配方，在該配方中，依據待沉積之薄膜類型及膜厚度而寫入例如處理溫度、處理壓力、及氣體流速等處理條件。藉由選擇這些配方的其中一者，基於預定之處理條件而執行熱處理。

因為膜沉積氣體之溫度在接近供應膜沉積氣體的噴嘴之區域有降低的傾向，所以即使在基於預定之處理條件下執行熱處理時，仍有未能充分活化膜沉積氣體的可能性。若不充分活化膜沉積氣體，則無法使薄膜適當地沉積在半導體晶圓上，舉例而言，此情形可能減少形成在半導體晶圓上之薄膜的膜厚度均一性。

為了解決此問題，專利文獻1提出了一種膜沉積方法及一種膜沉積裝置，其藉由在即將供給膜沉積氣體至處理容器中之前，以預熱裝置預熱膜沉積氣體，而可改善待形成於半導體晶圓上之薄膜的膜厚度均一性。

[專利文獻1]JP2003-209099A

然而，即使在基於預定處理條件而使用此裝置執行熱處理時，仍可能依裝置與待處理之半導體晶圓的類型之間的個別差異，而減少待形成於半導體晶圓上之薄膜的膜厚度均一性。於是，裝置之操作者基於經驗及智識來調整加熱器及預熱裝置的溫度，以達到待形成於半導體晶圓表面上之薄膜的膜厚度均一性。

亦即，在膜沉積製程中，對於在熱處理裝置及熱處理方面不熟練的操作者而言，難以達到待形成於半導體晶圓上之薄膜一致的膜厚度。於是，需要即使由不熟練的操作者亦可輕易調整其溫度的熱處理裝置，使待形成於半導體晶圓上之薄膜的膜厚度均一性得以達成。

鑒於以上之情況已作成本發明，且本發明之目的為提供可輕易調整溫度之熱處理裝置、熱處理裝置之溫度調整方法、及程式。

本發明為一種熱處理裝置，包含：可容納複數個待處理物體之處理室；用以加熱處理室之內側的加熱單元；用以供應處理氣體至處理室中之處理氣體供應單元；用以在將由處理氣體供應單元所供應之處理氣體供應至處理室之前加熱處理氣體的預熱單元；依據製程內容儲存處理條件的處理條件儲存單元，該處理條件包含由加熱單元所加熱之處理室內的內側溫度、由預熱單元所加熱之處理氣體的溫度、該製程之平面內均一性、以及該製程之平面間均一性；用以在儲存於處理條件儲存單元中之處理條件下處理待處理物體的處理單元；處理氣體溫度調整單元，其係用以：判斷由處理單元所執行之製程的結果，是否滿足儲存於處理條件儲存單元中之平面內均一性；當判定未滿足平面內均一性時，計算由預熱單元所加熱之處理氣體的溫度，藉由該溫度可滿足平面內均一性；將由預熱單元所加熱、包含於處理條件儲存單元中所儲存之處理條件內的處理氣體之溫度，變更成經計算的處理氣體之溫度；及調整處理氣體之溫度，使得待處理物體在經變更之處理條件下進行處理；以及處理室溫度調整單元，其係用以：判斷由處理單元所執行之製程的結果，是否滿足儲存於處理條件儲存單元中之平面間均一性；當判定未滿足平面間均一性時，計算由加熱單元所加熱之處理室的溫度，藉由該溫度可滿足平面間均一性；及調整處理室之溫度，使得待處理物體係在下列處理條件下進行處理：由加熱單元所加熱、包含於處理條件儲存單元中所儲存之處理條件內的處理室之溫度，已被變更成經計算的處理室之溫度。

在本發明之熱處理裝置中，當處理氣體之溫度由處理氣體調整單元所調整時，處理室溫度調整單元基於由處理單元在處理氣體之溫度已經過調整之處理條件下執行的製程之結果，來判斷處理氣體之溫度是否滿足該製程之平面間均一性。

本發明係製程內容為膜沉積製程的熱處理裝置。

本發明係處理室被分隔成複數個區域，且加熱單元能個別地設定處理室中之各區域的溫度之熱處理裝置。

本發明為一種熱處理裝置之溫度調整方法，該熱處理裝置包含：可容納複數個待處理物體之處理室；用以加熱處理室之內側的加熱單元；用以供應處理氣體至處理室中之處理氣體供應單元；用以在將由處理氣體供應單元所供應之處理氣體供應至處理室中之前加熱處理氣體的預熱單元；依據製程內容儲存處理條件的處理條件儲存單元，該處理條件包含由加熱單元所加熱之處理室內的內側溫度、由預熱單元所加熱之處理氣體的溫度、製程之平面內均一性、以及製程之平面間均一性；以及用以在儲存於處理條件儲存單元中之處理條件下處理待處理物體的處理單元；該方法包含：處理氣體溫度調整步驟，包含以下步驟：判斷由處理單元所執行之製程的結果是否滿足儲存於處理條件儲存單元中之平面內均一性；及當判定未滿足平面內均一性時，計算由預熱單元所加熱之處理氣體之溫度，其中藉由該溫度可滿足平面內均一性，並將包含於處理條件儲存單元中所儲存之處理條件內的由預熱單元所加熱之處理氣體的溫度，變更成經計算的處理氣體之溫度，且調整處理氣體之溫度，使得待處理物體係在經變更之處理條件下進行處理；以及處理室溫度調整步驟，包含以下步驟：判斷由處理單元所執行之製程的結果是否滿足儲存於處理條件儲存單元中之平面間均一性；及當判定未滿足平面間均一性時，計算由加熱單元所加熱之處理室之溫度，其中藉由該溫度可滿足平面間均一性，且調整處理室之溫度使得待處理物體係在下列處理條件下進行處理：已將包含於處理條件儲存單元中所儲存的處理條件內的由加熱單元所加熱之處理室的溫度，變更成經計算的處理室之溫度；其中在已執行處理氣體溫度調整步驟及處理室溫度調整步驟其中一者之後，執行處理氣體溫度調整步驟及處理室溫度調整步驟其中另一者。

本發明係在已執行處理氣體溫度調整步驟之後，執行處理室溫度調整步驟的熱處理裝置之溫度調整方法。

本發明係製程內容為膜沉積製程的熱處理裝置之溫度調整方法。

本發明係處理室被分隔成複數個區域，且加熱單元能個別地設定處理室中之各區域的溫度之熱處理裝置之溫度調整方法。

本發明為可在電腦中執行之電腦程式，用以執行熱處理裝置之溫度調整方法，該熱處理裝置包含：可容納複數個待處理物體之處理室；用以加熱處理室之內側的加熱單元；用以供應處理氣體至處理室中之處理氣體供應單元；用以在將由處理氣體供應單元所供應之處理氣體供應至處理室之前加熱處理氣體的預熱單元；依據製程內容儲存處理條件的處理條件儲存單元，該處理條件包含由加熱單元所加熱之處理室內的內側溫度、由預熱單元所加熱之處理氣體的溫度、製程之平面內均一性、以及製程之平面間均一性；以及用以在儲存於處理條件儲存單元中之處理條件下處理待處理物體的處理單元；該方法包含：處理氣體溫度調整步驟，包含以下步驟：判斷由處理單元所執行之製程的結果，是否滿足儲存於處理條件儲存單元中之平面內均一性；及當判定未滿足平面內均一性時，計算由預熱單元所加熱之處理氣體之溫度，其中藉由該溫度可滿足平面內均一性，並將包含於處理條件儲存單元中所儲存之處理條件內的由預熱單元所加熱之處理氣體的溫度，變更成經計算的處理氣體之溫度，且調整處理氣體之溫度，使得待處理物體係在經變更之處理條件下進行處理；以及處理室溫度調整步驟，包含以下步驟：判斷由處理單元所執行之製程的結果，是否滿足儲存於處理條件儲存單元中之平面間均一性；及當判定未滿足平面間均一性時，計算由加熱單元所加熱之處理室之溫度，其中藉由該溫度可滿足平面間均一性，且調整處理室之溫度，使得待處理物體係在下列處理條件下進行處理：已將包含於處理條件儲存單元中所儲存的處理條件內、由加熱單元所加熱之處理室的溫度，變更成經計算的處理室之溫度；其中在已執行處理氣體溫度調整步驟及處理室溫度調整步驟其中一者之後，執行處理氣體溫度調整步驟及處理室溫度調整步驟其中另一者。

本發明為一種熱處理裝置，包含：可容納複數個待處理物體之處理室；用以加熱處理室之內側的加熱單元；用以供應處理氣體至處理室中之複數個處理氣體供應單元；分別設置於處理氣體供應單元上之複數個預熱單元，該預熱單元係用以在將由處理氣體供應單元所供應之處理氣體供應至處理室中之前，加熱處理氣體；依據製程內容儲存處理條件之處理條件儲存單元，該處理條件包含由加熱單元所加熱之處理室內的內側溫度、由預熱單元所加熱之處理氣體的個別溫度、該製程之平面內均一性、以及該製程之平面間均一性；用以在儲存於處理條件儲存單元中之處理條件下處理待處理物體的處理單元；以及處理氣體溫度調整單元，其係用以：判斷由處理單元所執行之製程的結果，是否滿足儲存於處理條件儲存單元中之製程的平面內均一性及製程的平面間均一性；當判定未滿足平面內均一性及平面間均一性之至少一者時，計算由預熱單元所加熱之處理氣體的個別溫度，其中藉由該溫度可滿足平面內均一性及平面間均一性；將由預熱單元所加熱、包含於處理條件儲存單元中所儲存之處理條件內的處理氣體之個別溫度，變更成經計算的處理氣體之溫度；及調整處理氣體之溫度，使得待處理物體係在經變更之處理條件下進行處理。

本發明係製程內容為膜沉積製程的熱處理裝置。

在本發明之熱處理裝置中，儲存於處理條件儲存單元中之處理條件包含待處理物體上之沉積膜的平均膜厚度；當判定由處理單元所執行之製程的結果未滿足平均膜厚度之條件時，處理氣體溫度調整單元計算由預熱單元所加熱的處理氣體之個別溫度，藉由該溫度可滿足平面內均一性、平面間均一性、及平均膜厚度之條件；將包含於處理條件儲存單元中之處理條件內的由預熱單元所加熱的處理氣體之個別溫度，變更成經計算的處理氣體之溫度；及調整處理氣體之溫度，使得待處理物體係在經變更之處理條件下進行處理。

本發明係處理室被分隔成複數個區域，且加熱單元能個別地設定處理室中之各區域的溫度之熱處理裝置。

本發明為一種熱處理裝置之溫度調整方法，該熱處理裝置包含：可容納複數個待處理物體之處理室；用以加熱處理室之內側的加熱單元；用以供應處理氣體至處理室中之複數個處理氣體供應單元；分別設置於處理氣體供應單元上之複數個預熱單元，該預熱單元係用以在將由處理氣體供應單元所供應之處理氣體供應至處理室中之前，加熱處理氣體；依據製程內容儲存處理條件的處理條件儲存單元，該處理條件包含由加熱單元所加熱之處理室的溫度、由預熱單元所加熱之處理氣體的個別溫度、製程之平面內均一性、以及製程之平面間均一性；以及用以在儲存於處理條件儲存單元中之處理條件下處理待處理物體的處理單元；該方法包含：判斷步驟，判斷由處理單元所執行之製程的結果是否滿足製程之平面內均一性及製程之平面間均一性；以及處理氣體溫度調整步驟，當判定未滿足平面內均一性及平面間均一性之至少一者時，計算由預熱單元所加熱之處理氣體之個別溫度，其中藉由該溫度可滿足平面內均一性及平面間均一性，並將包含於處理條件儲存單元中所儲存之處理條件內、由預熱單元所加熱之處理氣體的溫度，分別變更成經計算的處理氣體之溫度，且調整處理氣體之溫度，使得待處理物體係在經變更之處理條件下進行處理。

本發明係製程內容為膜沉積製程的熱處理裝置之溫度調整方法。

在本發明之熱處理裝置之溫度調整方法中，儲存於處理條件儲存單元中之處理條件包含待處理物體上之沉積膜的平均膜厚度；在判斷步驟中，更進一步判斷由處理單元所執行之製程的結果是否滿足平均膜厚度之條件；在處理氣體溫度調整步驟中，當判定未滿足平均膜厚度之條件時，分別計算由預熱單元所加熱的處理氣體之溫度，藉由該溫度可滿足平面內均一性、平面間均一性、及平均膜厚度之條件；將包含於處理條件儲存單元中儲存之處理條件內、由預熱單元所加熱的處理氣體之溫度，分別變更成經計算的處理氣體之個別溫度；及調整處理氣體之溫度，使得待處理物體係在經變更之處理條件下進行處理。

本發明係處理室被分隔成複數個區域，且加熱單元能個別地設定處理室中之各區域的溫度之熱處理裝置之溫度調整方法。

本發明為一種可在電腦中執行之電腦程式，用以執行熱處理裝置之溫度調整方法，該熱處理裝置包含：可容納複數個待處理物體之處理室；用以加熱處理室之內側的加熱單元；用以供應處理氣體至處理室中之複數個處理氣體供應單元；分別設置於處理氣體供應單元上之複數個預熱單元，該預熱單元係用以在將由處理氣體供應單元所供應之處理氣體供應至處理室之前，加熱處理氣體；依據製程內容儲存處理條件的處理條件儲存單元，該處理條件包含由加熱單元所加熱之處理室的溫度、由預熱單元所加熱之處理氣體的個別溫度、製程之平面內均一性、以及製程之平面間均一性；以及用以在儲存於處理條件儲存單元中之處理條件下處理待處理物體的處理單元；該方法包含：判斷步驟，判斷由處理單元所執行之製程的結果是否滿足製程之平面內均一性及製程之平面間均一性；以及處理氣體溫度調整步驟，當判定未滿足平面內均一性及平面間均一性之至少一者時，計算由預熱單元所加熱之處理氣體之個別溫度，其中藉由該溫度可滿足平面內均一性及平面間均一性，並將包含於處理條件儲存單元中所儲存之處理條件內、由預熱單元所加熱之處理氣體的溫度，分別變更成經計算的處理氣體之溫度，且調整處理氣體之溫度，使得待處理物體係在經變更之處理條件下進行處理。

可依據本發明輕易調整溫度。

第一實施例

以下提供用以說明第一實施例之實例，其中將本發明之熱處理裝置、熱處理裝置之溫度調整方法、以及程式應用於圖1所示之批式直立型熱處理裝置。在此實施例中，藉由使用例如二氯矽烷(dichlorosilane,SiH₂ Cl₂ )及一氧化二氮(dinitrogen monoxide,N₂ O)作為膜沉積氣體，而在半導體晶圓上形成SiO₂ 膜。

如圖1所示，本實施例中之熱處理裝置1包含具有頂板之實質上為圓柱形的反應管(處理室)2。配置反應管2使得其長度方向定位於垂直方向上。反應管2係由例如石英之具有優良耐熱性及優良耐蝕性的材質所製成。

實質上為圓柱形之歧管3係設置於反應管2下方。歧管3之上端及反應管2之下端互相氣密地接合。經由其排出反應管2中之氣體的排氣管4係與歧管3氣密地連接。排氣管4設有由例如閥門及真空泵所組成之壓力調整部5，藉此可將反應管之內側調整至所需之壓力(真空度)。

外蓋構件6係設於歧管3(反應管2)下方。外蓋構件6可由晶舟昇降機7朝上或朝下移動。當外蓋構件6被晶舟昇降機7升高時，歧管3(反應管2)之下側(爐開口部)關閉，且當外蓋構件6被晶舟昇降機7降低時，反應管2之下側(爐開口部)開啟。

晶舟9係透過保溫管(絕熱構件)8設置於外蓋構件6之上方。晶舟9為可容納(固持)如半導體晶圓W之待處理物體的晶圓支架。在本實施例中，晶舟9可以預定的晶圓間垂直間距容納複數個(例如150個)半導體晶圓W。藉由升高具有容納半導體晶圓W之晶舟9置於其上的外蓋構件6，可將半導體晶圓W裝載至反應管2內。

由例如加熱電阻所形成之加熱部10係設置於反應管2周圍，以環繞該反應管2。由於加熱部10，故可將反應管2之內側加熱至預定溫度，使得半導體晶圓W被加熱至預定溫度。加熱部10由垂直排列之五加熱器11至15所組成。電控制器16至20分別連接至加熱器11至15。藉由獨立地供應電力至各電控制器16至20，可獨立地將加熱器11至15加熱至所需的溫度。亦即，反應管2之內側被加熱器11至15分隔成以下參照圖3說明的五個區域。

歧管3設有用以供應處理氣體至反應管2中的處理氣體供應管21。處理氣體供應管21具備流速調整部22及預熱部23。流速調整部22係由例如質量流量控制器(mass flow controller,MFC)所形成，用以調整處理氣體之流速。預熱部23係由例如圍著連接至處理氣體供應管21之石英容器的外側纏繞加熱器而形成。於是，在其流速被流速調整部22調整至所需之流速，以及其溫度被預熱部23加熱至所需之溫度的情況下，將由處理氣體供應管21所供應的處理氣體供應至反應管2中。

熱處理裝置1包含用以控制如反應管2中之氣體流速、壓力、及溫度等處理參數的控制部(控制器)50。控制部50輸出控制信號至流速調整部22、壓力調整部5、及電控制器16至20。圖2顯示控制部50的構造。

如圖2所示，控制部50係由模型儲存部51、配方儲存部52、ROM 53、RAM 54、I/O埠55、CPU 56、及將這些部份互相連接的匯流排57所組成。

模型儲存部51儲存了計算加熱器11至15之溫度(對應至由加熱器11至15所加熱之反應管2中之內側溫度)、及預熱部23之溫度(對應至由預熱部23所加熱之處理氣體溫度)所需的模型。具體而言，模型儲存部51儲存了顯示加熱器11至15之溫度與半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型，以及顯示預熱部23之溫度與各半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型。這些模型的細節於以下說明。

配方儲存部52儲存了用以依據熱處理裝置所執行之膜沉積製程的類型而決定控制步驟的製程配方。製程配方是為了由使用者實際執行的各製程而作成的配方。在整個始於從將半導體晶圓W裝載至反應管2中時，至將半導體晶圓W由該處卸載的製程中，製程配方定義了各部份的溫度變異、反應管2中之壓力變異、開始供應氣體的時序、停止供應氣體的時序、及氣體供應速率。此外，製程配方儲存了各沉積膜之平面內均一性(單一平面中之膜厚度差異)、沉積膜之平面間均一性(平面之間之膜厚度差異)、及平均膜厚度等的限制條件。

ROM 53為由EEPROM、快閃記憶體、或硬碟所形成的記錄媒體，其儲存了CPU 56之操作程式。

RAM 54之功能在於作為CPU 56之工作區域。

I/O埠供應關於溫度、壓力、及氣體流速之測量信號至CPU 56，且輸出由CPU 56所輸出之控制信號至各部份(電控制器16至20、流速調整部22、及壓力調整部5)。操作面板58係連接至I/O埠55，而操作者藉由操作面板58來操作熱處理裝置1。

構成控制部50之中央部份的CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)56依據儲存於配方儲存部52中之製程配方，執行儲存於ROM 53中之操作程式，且基於來自操作面板58之指示而控制熱處理裝置1之操作。

CPU 56基於儲存在模型儲存部51中之模型、半導體晶圓W之膜厚度資料、及半導體晶圓W所需之膜厚度，來計算加熱器11至15之溫度及預熱部23之溫度。然後，CPU 56輸出控制信號至電控制器16至20，以調整加熱器11至15之溫度及預熱部23之溫度，使得其溫度成為經計算之溫度。CPU 56將儲存於相對應之配方儲存部52中的加熱器11至15之溫度及預熱部23之溫度更新成經計算的溫度。

匯流排57在各部份之間傳輸資訊。

然後，說明儲存於模型儲存部51中之模型。如以上所述，模型儲存部51儲存了顯示加熱器11至15之溫度與半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型，以及顯示預熱部23之溫度與半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型。

在本實施例中，儲存了顯示加熱器11至15之溫度與半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之關係式(以下之算式(2))，作為顯示加熱器11至15之溫度與半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型。關係式顯示當加熱器之每一者之溫度變動1℃時，半導體晶圓W之膜厚度的變異量。

一般而言，在例如CVD(Chemical Vapor Deposition,化學氣相沉積)製程之膜沉積製程中的反應速度(膜沉積速度)係由以下的算式(1)表示。

V=A×exp^-Ea/kT ...算式(1)，

其中V為反應速度(膜沉積速度)，A為頻率因數，Ea為活化能量，k為波茲曼常數(Boltzmann’s constant)，且T為絕對溫度。活化能量Ea係由膜沉積製程之類型所決定，且在本實例之反應中為1.8(eV)。

藉由將算式(1)對溫度T作偏微分，可得到以下之算式(2)。

d厚度/dt=厚度×Ea/kT² …(2)

在算式(2)中，左側之{d厚度/dt}顯示了溫度與膜厚度之間的關係，亦即，當加熱器11至15之每一者之溫度變動1℃時的膜厚度變異量。基於算式(2)，可計算用以達到所需的半導體晶圓W之膜厚度的加熱器11至15之溫度。

顯示預熱部23之溫度與各半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型，係為顯示當預熱部23之溫度變動1℃時，各半導體晶圓W之膜厚度的變異量之模型。圖4顯示此模型之實例。

一般而言，當升高預熱部23之溫度時，薄膜有易於沉積的傾向。此趨勢影響了形成於半導體晶圓W中心之薄膜的膜厚度、以及形成於其邊緣之薄膜的膜厚度。此外，半導體晶圓W之置放位置(區域)影響形成於半導體晶圓W上之薄膜的膜厚度。於是，如圖4所示，此模型顯示了當預熱部23之溫度由400℃、500℃、600℃、及700℃升高1℃時，薄膜之膜厚度的變異量。更詳細地，此模型顯示了形成於半導體晶圓W之中心(Ctr)及距離中心150mm之邊緣(Edge)的薄膜之膜厚度變異量。更進一步地，此模型顯示了形成於容納在區域1至5(空槽)之每一者中的半導體晶圓W上之薄膜的膜厚度變異量。在預熱部23之溫度為在此模型中所寫入之溫度以外者(如550℃)的情形中，可藉由獲得膜厚度變異資料之加權平均值的方式使用該模型。

為了建立此模型，在保持預熱部23之溫度以外的條件不變的情況下，在變動預熱部23之溫度時形成薄膜。在晶圓中心及其邊緣測量薄膜之每一者的膜厚度，使得每1℃之膜厚度變異量經過計算。例如，在預熱部23之溫度為700℃的情形中，在將預熱部23之溫度設定在695℃及705℃的情況下形成薄膜。然後，在其中心及其邊緣測量薄膜之膜厚度。藉由將膜厚度之間的差異值(膜厚度變異量)以10(℃)除之，來計算每1℃之膜厚度變異量。

為了調整加熱器11至15及預熱部23之溫度，當加熱器11至15之每一者及預熱部23之溫度變動1℃時，對於顯示預熱部23之溫度與各半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型、以及顯示加熱器11至15之溫度與半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型而言，係足以顯示各半導體晶圓W之膜厚度變異量。且可使用前面提及的模型以外之各種模型。

此外，可考慮到這些模型之內定值可能並非依據處理條件及裝置條件的最佳值。於是，可增加延伸之卡曼濾波器(Kalman filter)至用以計算溫度之軟體以賦予其學習之功能，使得該軟體學習膜厚度-溫度模型。可例如使用美國專利第5991525號所揭露之方法，作為由卡曼濾波器所提供之學習功能。

然後，說明一種使用以上所建構之熱處理裝置1調整加熱器11至15之溫度及預熱部23之溫度的方法(溫度調整程序)。溫度調整程序可在膜沉積製程之前進行的設定階段中進行，或可與膜沉積製程同時進行。圖5為用以說明溫度調整程序的流程圖。

操作者操控操作面板58以選擇製程之類型(在此實例中為用以沉積由二氯矽烷及一氧化二氮(N₂ O)所製成之SiO₂ 膜的膜沉積製程(DCS-HTO))，及輸入SiO₂ 膜之目標膜厚度。

若在膜沉積製程中具有限制條件，操作者可操控操作面板58以輸入限制條件。限制條件可為例如製程時間(如20與30分鐘之間)、預熱部23及/或加熱器11至15之溫度範圍(如600℃與800℃之間)、預計之平面內均一性(單一平面內之膜厚度差異)、預計之膜間均一性(平面間之膜厚度差異)、平均膜厚度等等。

首先，控制部50(CPU 56)判斷是否已輸入製程類型(步驟S1)。當CPU 56判定已輸入所需之資訊時(步驟S1；是)，CPU 56由配方儲存部52讀出對應至所輸入之製程類型的製程配方(步驟S2)。如圖6所示，製程配方儲存了使用二氯矽烷及一氧化二氮沉積SiO₂ 膜的一般處理條件。

然後，CPU 56降低晶舟昇降機7(外蓋構件6)，使得將半導體晶圓W(測試晶圓)容納在至少各區域1至5中的晶舟9被置於外蓋構件6上。在此之後，CPU 56升高晶舟昇降機7(外蓋構件6)，以裝載晶舟9(測試晶圓)至反應管2中。然後，CPU 56基於由配方儲存部52所讀取之配方，而控制電控制部16至20、流速調整部22、及壓力調整部5，使得SiO₂ 膜沉積於測試晶圓上(步驟S3)。

在膜沉積製程終止之後，CPU 56降低晶舟昇降機7(外蓋構件6)以卸載已形成SiO₂ 膜於其上之測試晶圓。然後CPU 56輸送經卸載之測試晶圓至例如測量裝置(未顯示)，且利用測量裝置測量沉積於測試晶圓上之SiO₂ 膜的膜厚度(步驟S4)。在測量裝置已測量沉積於各測試晶圓上之SiO₂ 膜的膜厚度之後，測量裝置發送所測量之SiO₂ 膜的膜厚度資料至熱處理裝置1(CPU 56)。

在接收經測量之SiO₂ 膜的膜厚度資料時，CPU 56轉換膜厚度資料(步驟S5)。如圖7所示，此因經測量之各SiO₂ 膜的膜厚度資料顯示了在多達九點(亦即，半導體晶圓W之一中心點及八邊緣點)所測量之膜厚度。在本實施例中，將經測量之SiO₂ 膜的膜厚度資料轉換為顯示兩膜厚度(亦即，半導體晶圓W之一中心厚度及一邊緣厚度)的膜厚度資料。

具體而言，晶圓之平面中的膜厚度分佈曲線係由所獲得之膜厚度資料利用最小平方法來計算。亦即，形成於半導體晶圓W上之薄膜的膜厚度Y係以由半導體晶圓W之中心點起算之距離X的二次方程式(Y=aX² +b)代表，且圖8所示之近似曲線係藉由從所接收之膜厚度資料獲得(a)及(b)而計算。

接著，由所計算之各空槽的近似曲線，來計算半導體晶圓W之中心膜厚度d0(Ctr)，以及距離半導體晶圓W之中心150mm的邊緣膜厚度d1(Edge)。於是，圖7所示之膜厚度資料被轉換成圖9所示之僅顯示兩膜厚度(亦即，一中心厚度(Ctr)及一邊緣厚度(Edge))的膜厚度資料。

然後，CPU 56判斷是否滿足儲存於所讀出之配方中的平面內均一性(平面內均一性是否OK)(步驟S6)。具體而言，CPU 56判斷經轉換之膜厚度資料的邊緣(Edge)膜厚度與中心(Ctr)膜厚度之間的膜厚度差異，是否小於配方內所儲存之平面內膜厚度差異。當CPU 56判定未滿足平面內均一性時(步驟S6；否)，CPU 56計算(調整)預熱部23之溫度(步驟S7)。

預熱部23之溫度係利用如線性規劃或二次規劃之最佳化演算法所計算，使得膜厚度差異可變得小於所讀出之配方中儲存的平面內均一性，且所計算之溫度在這些條件下可使位於所有點之膜厚度的誤差減至最小。具體而言，如圖10所示，計算可使所有空槽之平面內膜厚度差異小於所讀出之配方內儲存的平面內膜厚度差異、且可使各空槽之平面內膜厚度差異成為最小的預熱部23之溫度。亦即，當計算預熱部23之溫度時，不需考慮以下說明的各空槽之膜厚度、平面間均一性、及平均膜厚度。舉例而言，可使各空槽之膜厚度大幅變薄。如以下所說明，這些可藉由調整加熱器11至15之溫度而改善。其後，CPU 56將所讀出之配方內儲存的預熱部23之溫度更新為經計算之溫度(步驟S8)，且回到步驟S3。

當CPU 56判定已滿足平面內均一性時(步驟S6；是)，CPU 56接著判斷是否滿足儲存於經讀出之配方中的平面間均一性及平均膜厚度(平面間均一性及平均膜厚度是否OK)(步驟S9)。當CPU 56判定未滿足平面間均一性及平均膜厚度時(步驟S9；否)，CPU 56計算(調整)加熱器11至15之溫度。

藉由獲得目前膜厚度與目標膜厚度之間的差異值，以及藉由計算某加熱器的溫度變異量以算出差異值，而使用儲存於模型儲存部51中之算式(2)來計算加熱器11至15之溫度。當將780℃之溫度、5nm之膜厚度、及1.8eV之活化能量等本實例中之處理條件代入儲存於模型儲存部51中之算式(2)時，變動加熱器11至15之溫度1℃時的膜厚度變異量為0.1(nm/℃)。例如，在如圖11所示之空槽115的情形中，Ctr厚度為2.57nm，Edge厚度為3.07nm，且其平均厚度為2.82nm。由於2.82nm之平均厚度與5nm之目標厚度的差異為2.18nm，所以藉由將2.18(nm)除以0.1(nm/℃)而得到加熱器15之溫度變異量，亦即21.8℃。於是，如圖12所示，藉由升高加熱器15之溫度達到高於加熱器15之目前溫度21.8℃的751.8℃，可獲得具有膜厚度5nm之薄膜。

在類似的步驟之後，得到各加熱器11至14溫度變異量，以計算加熱器11至14的溫度。然後，如圖12所示，CPU 56將儲存於經讀出之配方中的各加熱器11至15之溫度更新成經計算之溫度(步驟S8)，且回到步驟S3。當CPU 56判定已滿足平面間均一性及平均膜厚度時(步驟S9；是)，CPU 56終止製程。

如以上所述，依據本實施例，可僅藉由輸入製程類型及薄膜之目標膜厚度，來調整加熱器11至15之溫度及預熱部23之溫度，以達到沉積於半導體晶圓W表面上之SiO₂ 膜的膜厚度均一性。於是，即使是在熱處理裝置及熱處理方面不熟練的操作者，仍可輕易調整溫度。

此外，依據本實施例，形成於半導體晶圓W上之SiO₂ 膜的平面內均一性係由預熱部23之溫度所調整，且平面間均一性及膜厚度(平均膜厚度)係由加熱器11至15之溫度所調整。亦即，由於加熱器11至15之溫度及預熱部23之溫度並非同時調整，故可減少干擾，而此情形導致相對穩定之溫度調整。

本發明並不限於前述之實施例，且本發明之各種變化例及應用皆屬可能。以下說明可適用於本發明之其他實施例。

在以上之實施例中，已提出一情形作為實例來說明本發明，在該情形中，在調整預熱部23的溫度之後，調整加熱器11至15之溫度。然而，只要各別地進行預熱部23之溫度調整及加熱器11至15之溫度調整，即可實施本發明。例如，可在調整加熱器11至15的溫度之後，調整預熱部23之溫度。

在以上之實施例中，已提出經測量之SiO₂ 膜的膜厚度資料被轉換之情形作為實例來說明本發明。然而，在不轉換經測量之SiO₂ 膜的膜厚度資料的情況下，仍可調整預熱部23及加熱器11至15之溫度。

在以上之實施例中，已提出熱處理裝置係用以形成SiO₂ 膜之情形作為實例來說明本發明。然而，可自由選擇製程之類型，且可將本發明應用於各種如CVD裝置之批式熱處理裝置及用以形成另一類型之薄膜的氧化裝置。

在以上之實施例中，已提出調整由膜沉積製程所形成之薄膜的膜厚度之情形作為實例來說明本發明。然而，可使用本發明作成各種適當的製程結果，例如不純物擴散製程中之擴散濃度或擴散深度、蝕刻速率、反射率、鑲嵌性質、及階梯覆蓋。

在以上之實施例中，已提出單管結構之批式熱處理裝置作為實例來說明本發明。然而，可將本發明應用於雙管結構之批式熱處理裝置，在該雙管結構中，反應管2係由內管及外管所組成。更進一步地，可選擇性地設定加熱器之數目(區域數目)及選自各區域之測試晶圓的數目。再者，本發明並不限於半導體晶圓之製程，且可將其應用於例如FPD基板、玻璃基板、及PDP基板之製程。

本實施例中之控制部50不僅可由限定用途之系統所實施，且可由一般的電腦系統所實施。例如，藉由從儲存程式之記錄媒體(例如軟碟、CD-ROM)安裝用以在多用途電腦中執行前述之製程的程式，可構成用以執行前述之製程的控制部50。

在提供程式之裝置上具有可選擇性。可透過預定之記錄媒體提供程式。或者，可透過例如通信線路、通信網路、及通信系統提供程式。在此情形中，可將程式顯示於通信網路之電子佈告欄系統(bulletin board system,BBS)上，且可藉由在載波上疊加程式來透過通信網路提供程式。相似於其他應用程式，前述之製程可藉由啟動所提供之程式，及在作業系統(OS)的控制下執行該程式而進行。

第二實施例

現提出一實例以說明第二實施例，該第二實施例係將本發明之熱處理裝置、熱處理裝置之溫度調整方法、及程式，應用於圖13所示之批式直立型熱處理裝置。在本實施例中，藉由使用例如二氯矽烷(SiH₂ Cl₂ )及一氧化二氮(N₂ O)作為膜沉積氣體，而在半導體晶圓上形成SiO₂ 膜。

如圖13所示，本實施例中之熱處理裝置1包含實質上為圓柱形之具有頂板的反應管(處理室)2。配置反應管2使得其長度方向朝向垂直方向。反應管2係由例如具有良好耐熱性及良好耐蝕性之石英的材料所製成。

實質上為圓柱形之歧管3係設置於反應管2下方。歧管3之上端及反應管2之下端係互相氣密地接合。經由其排出反應管2中之氣體的排氣管4係氣密地連接至歧管3。排氣管4設有由例如閥門及真空泵所組成之壓力調整部5，藉此可將反應管之內側調整至所需之壓力(真空度)。

外蓋構件6係設於歧管3(反應管2)下方。外蓋構件6可由晶舟昇降機7朝上或朝下移動。當外蓋構件6被晶舟昇降機7升高時，歧管3(反應管2)之下側(爐開口部)關閉，且當外蓋構件6被晶舟昇降機7降低時，反應管2之下側(爐開口部)開啟。

晶舟9係透過保溫管(絕熱構件)8設置於外蓋構件6之上方。晶舟9為可容納(固持)如半導體晶圓W之待處理物體的晶圓支架。在本實施例中，晶舟9可以預定的晶圓間垂直間距容納例如150之複數個半導體晶圓W。藉由升高具有容納半導體晶圓W之晶舟9置於其上的外蓋構件6，可將半導體晶圓W裝載至反應管2內。

由例如加熱電阻所形成之加熱部10係設置於反應管2周圍，以環繞該反應管2。由於加熱部10，所以可將反應管2之內側加熱至預定溫度，使得半導體晶圓W被加熱至預定溫度。加熱部10由垂直排列之纖維加熱器11至15所組成。電控制器16至20分別連接至加熱器11至15。藉由獨立地供應電力至各電控制器16至20，可獨立地將加熱器11至15加熱至所需的溫度。亦即，反應管2之內側被加熱器11至15分隔成以下參照圖3說明的五個區域。

歧管3設有用以供應處理氣體至反應管2內的複數個處理氣體供應管。在本實施例中，歧管3設有三個處理氣體供應管21a至23a。處理氣體供應管21a由歧管3之側部延伸至接近晶舟9之頂部(TOP)的部份。處理氣體供應管22a由歧管3之側部延伸至接近晶舟9之中心部(CTR)的部份。處理氣體供應管23a由歧管3之側部延伸至接近晶舟9之底部(BTM)的部份。

處理氣體供應管21a至23a分別具有流速調整部24a至26a，及預熱部27a至29a。流速調整部24a至26a之每一者係由例如質量流量控制器(mass flow controller,MFC)所形成，用以調整流經處理氣體供應管21a至23a之每一者的處理氣體之流速。預熱部27a至29a之每一者係由例如圍著連接至處理氣體供應管21a至23a之每一者之石英容器的外側纏繞加熱器而形成。電控制器(未顯示)係連接至各預熱部27a至29a。藉由獨立地供應電力至各電控制器，可獨立地將預熱部27a至29a加熱至所需的溫度。於是，在其流速分別被流速調整部24a至26a調整至其所需之流速，以及其溫度分別被預熱部23加熱至其所需之溫度的情況下，將由處理氣體供應管21a至23a所供應的處理氣體供應至反應管2中。

熱處理裝置1包含用以控制如反應管2中之處理環境的氣體流速、壓力、及溫度等製程參數的控制部(控制器)50。控制部50輸出控制信號至流速調整部24a至26a、預熱部27a至29a之電控制器、壓力調整部5、及加熱器11至15之電控制器16至20。圖2顯示控制部50的構造。

如圖2所示，控制部50係由模型儲存部51、配方儲存部52、ROM 53、RAM 54、I/O埠55、CPU 56、及將這些部份互相連接的匯流排57所組成。

模型儲存部51儲存了計算預熱部27a至29a之溫度所需的模型。具體而言，模型儲存部51儲存了顯示預熱部27a至29a之溫度與各半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型。此模型的細節於以下說明。

配方儲存部52儲存了用以依據熱處理裝置1所執行之膜沉積製程的類型而決定控制步驟的製程配方。製程配方是為了由使用者實際執行的各製程而製備的配方。在整個從將半導體晶圓W裝載至反應管2中時開始，至將半導體晶圓W由該處卸載的製程中，製程配方定義了各部份之溫度變異、反應管2中之壓力變異、停止供應氣體的時序、及氣體供應速率。此外，製程配方儲存了由膜沉積製程所形成之各薄膜的平面內均一性(單一平面中之膜厚度差異)、沉積膜之膜間均一性(平面之間之膜厚度差異)、及平均膜厚度等的限制條件。

ROM 53為由EEPROM、快閃記憶體、或硬碟所形成的記錄媒體，其儲存了CPU 56之操作程式。

RAM 54如同CPU 56之工作區域般運作。

I/O埠供應關於溫度、壓力、及氣體流速之測量信號至CPU 56，且輸出由CPU 56所輸出之控制信號至各部份(壓力調整部5、加熱器11至15之電控制器16至20、流速調整部24a至26a、預熱部27a至29a之電控制器等等)。操作面板58係連接至I/O埠55，而操作者藉由操作面板58來操作熱處理裝置1。

構成控制部50之中央部份的CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)56依據儲存於配方儲存部52中之製程配方，執行儲存於ROM 53中之操作程式，且基於來自操作面板58之指示而控制熱處理裝置1之操作。

CPU 56基於儲存在模型儲存部51中之模型、半導體晶圓W之膜厚度資料、及半導體晶圓W所需之膜厚度，來計算預熱部27a至29a之溫度。然後，CPU 56輸出控制信號至電控制器及類似物等以調整其溫度，使得預熱部27a至29a之溫度成為經計算之溫度。CPU 56將儲存於相對應之配方儲存部52中的預熱部27a至29a之溫度更新成經計算的溫度。

匯流排57在各部份之間傳輸資訊。

然後，說明儲存於模型儲存部51中之模型。如以上所述，模型儲存部51儲存了顯示預熱部27a至29a之溫度與各半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型。顯示預熱部27a至29a之溫度與各半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型顯示了當預熱部27a至29a之每一者的溫度變動1℃時，各半導體晶圓W之膜厚度的變異量。圖14顯示該模型之實例。

一般而言，當升高預熱部27a至29a之溫度時，薄膜有易於沉積的傾向。此趨勢影響形成於半導體晶圓W中心之薄膜的膜厚度、以及形成於其邊緣之薄膜的膜厚度。此外，半導體晶圓W之置放位置(區域)影響形成於半導體晶圓W上之薄膜的膜厚度。於是，如圖14所示，此模型顯示了當預熱部27a至29a之每一者的溫度由400℃、500℃、600℃、及700℃升高1℃時，薄膜之膜厚度變異量。更詳細地，此模型顯示了形成於半導體晶圓W之中心(Ctr)及距離中心150mm之邊緣(Edge)的薄膜之膜厚度變異量。更進一步地，此模型顯示了形成於容納在區域1至5(空槽)之每一者中的半導體晶圓W上之薄膜的膜厚度變異量。在預熱部27a至29a之溫度為在此模型中所寫入之溫度以外者(如550℃)的情形中，可藉由獲得膜厚度變異資料之加權平均值的方式使用該模型。

為了產生此模型，在預熱部27a至29a之溫度以外的條件保持不變的情況下，在變動預熱部27a至29a之一者的溫度時形成薄膜。在晶圓中心及其邊緣測量薄膜之每一者的膜厚度，使得每1℃之膜厚度變異量經過計算。例如，在預熱部29a之溫度為700℃的情形中，在將預熱部29a之溫度設定在695℃及705℃的情況下形成薄膜。然後，在其中心及其邊緣測量薄膜之膜厚度。藉由將膜厚度之間的差異值(膜厚度變異量)以10(℃)除之，來計算每1℃之膜厚度變異量。

為了調整預熱部27a至29a之溫度，當預熱部27a至29a之每一者的溫度變動1℃時，對於顯示預熱部27a至29a之溫度與各半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型而言，係足以顯示各半導體晶圓W之膜厚度變異量，且可使用前述的模型以外之各種模型。

此外，可考慮到這些模型之內定值可能並非依據處理條件及裝置條件的最佳值。於是，可增加延伸之卡曼濾波器(Kalman filter)至用以計算溫度之軟體以賦予其學習之功能，使得該軟體學習膜厚度-溫度模型。可例如使用美國專利第5991525號所揭露之方法，作為由卡曼濾波器所提供之學習功能。

然後，說明一種使用以上所建構之熱處理裝置1調整預熱部27a至29a之溫度的方法(溫度調整程序)。溫度調整程序可在膜沉積製程之前進行的設定階段中進行，或可與膜沉積製程同時進行。圖15為用以說明溫度調整程序的流程圖。

操作者操控操作面板58以選擇製程之類型(在此實例中為用以沉積由二氯矽烷及一氧化二氮(N₂ O)所製成之SiO₂ 膜的膜沉積製程(DCS-HTO))，及輸入SiO₂ 膜之目標膜厚度。

若在膜沉積製程中具有限制條件，操作者可操控操作面板58以輸入限制條件。限制條件可為例如製程時間(如20與30分鐘之間)、預熱部27a至29a之溫度範圍(如600℃與800℃之間)、預計之平面內均一性(單一平面內之膜厚度差異)、預計之膜間均一性(平面間之膜厚度差異)、平均膜厚度等等。

首先，控制部50(CPU 56)判斷是否已輸入製程類型(步驟S1)。當CPU 56判定已輸入所需之資訊時(步驟S1；是)，CPU 56由配方儲存部52讀出對應至所輸入之製程類型的製程配方(步驟S2)。如圖16所示，製程配方儲存了使用二氯矽烷及一氧化二氮沉積SiO₂ 膜的一般處理條件。

然後，CPU 56降低晶舟昇降機7(外蓋構件6)，使得至少在各區域1至5中容納半導體晶圓W(測試晶圓)的晶舟9被置於外蓋構件6上。在此之後，CPU 56升高晶舟昇降機7(外蓋構件6)，以裝載晶舟9(測試晶圓)至反應管2中。然後，CPU 56基於由配方儲存部52所讀取之配方，而控制壓力調整部5、加熱器11至15之電控制部16至20、流速調整部24a至26a、及預熱部27a至29a之電控制部，使得SiO₂ 膜沉積於測試晶圓上(步驟S3)。

在膜沉積製程終止之後，CPU 56降低晶舟昇降機7(外蓋構件6)以卸載已形成SiO₂ 膜於其上之測試晶圓。然後CPU 56傳送所卸載之測試晶圓至例如測量裝置(未顯示)，且利用測量裝置測量沉積於測試晶圓上之SiO₂ 膜的膜厚度(步驟S4)。在測量裝置已測量沉積於各測試晶圓上之SiO₂ 膜的膜厚度之後，測量裝置發送所測量之SiO₂ 膜的膜厚度資料至熱處理裝置1(CPU 56)。

在接收經測量之SiO₂ 膜的膜厚度資料時，CPU 56轉換膜厚度資料(步驟S5)。如圖17所示，此因經測量之各SiO₂ 膜的膜厚度資料顯示了在多達九點(亦即，半導體晶圓W之一中心點及八邊緣點)所測量之膜厚度。在本實施例中，將經測量之SiO₂ 膜的膜厚度資料轉換為顯示兩膜厚度(亦即，半導體晶圓W之一中心厚度及一邊緣厚度)的膜厚度資料。

具體而言，晶圓之平面中的膜厚度分佈曲線係由所獲得之膜厚度資料利用最小平方法來計算，以將膜厚度資料轉換成顯示各半導體晶圓W之中心厚度及邊緣厚度的膜厚度資料。亦即，形成於半導體晶圓W上之薄膜的膜厚度Y係以由半導體晶圓W之中心點起算之距離X的二次方程式(Y=aX² +b)代表，且圖8所示之近似曲線係藉由從所接收之膜厚度資料獲得(a)及(b)而計算。接著，由所計算之各空槽的近似曲線，來計算半導體晶圓W之中心膜厚度d0(Ctr)，以及距離半導體晶圓W之中心150mm的邊緣膜厚度d1(Edge)。於是，圖17所示之膜厚度資料被轉換成圖18所示之僅顯示兩膜厚度(亦即，一中心厚度(Ctr)及一邊緣厚度(Edge))的膜厚度資料。

然後，CPU 56判斷經轉換之膜厚度資料是否滿足儲存於所讀出之配方中的平面內均一性、平面間均一性、及平均膜厚度等之限制條件(步驟S6)。例如，當判斷是否滿足平面內均一性時，CPU 56判斷經轉換之膜厚度資料的邊緣厚度(Edge)與中心厚度(Ctr)之間的差異是否小於配方中儲存的平面內均一性。當判斷是否滿足平面間均一性時，CPU 56判斷經轉換之膜厚度資料的區域1(空槽11)及區域5(空槽115)之膜間厚度差異是否小於配方中儲存的膜間厚度差異。當判斷是否滿足平均膜厚度時，CPU 56判斷經轉換之膜厚度資料的平均膜厚度是否滿足配方中儲存的平均膜厚度之條件。

當CPU 56判定未滿足平面內均一性、平面間均一性、及平均膜厚度之任一者時(步驟S6；否)，CPU 56計算(調整)預熱部27a至29a之溫度(步驟S7)。

預熱部27a至29a之溫度係利用如線性規劃或二次規劃之最佳化演算法所計算，使得所計算之溫度可滿足平面內均一性、平面間均一性、及平均膜厚度之限制條件，且使得所計算之溫度將這些條件下的位於所有點之膜厚度的誤差減至最小。例如，如圖19所示，基於圖14所示之顯示預熱部27a至29a之溫度與各半導體晶圓W之膜厚度之間的關係之模型，藉由獲得各空槽之中心厚度及邊緣厚度與所獲得之其目標厚度之間的差異，而利用最佳化演算法來計算各預熱部27a至29a之溫度，使得各預熱部27a至29a之溫度將目前的膜厚度與目標膜厚度之間的差異減至最小，同時滿足平面內均一性、平面間均一性、及平均膜厚度之限制條件。

其後，CPU 56將儲存於讀出之配方內的預熱部27a至29a之溫度更新成經計算之溫度(步驟S8)，且返回步驟S3。當CPU 56判定已滿足平面內均一性、平面間均一性、及平均膜厚度等之限制條件(步驟S6；是)時，CPU 56終止製程。

如以上所述，依據本實施例，僅藉由輸入製程類型及薄膜之目標膜厚度，即可調整預熱部27a至29a之溫度以達到沉積於半導體晶圓W之表面上的SiO₂ 膜之膜厚度均一性。於是，即使是在熱處理裝置及熱處理方面不熟練的操作者，亦能輕易地調整溫度。

本發明並不限於前述之實施例，且本發明之各種變化例及應用皆屬可能。以下說明可適用於本發明之其他實施例。

在以上之實施例中，已提出一情形作為實例來說明本發明，在該情形中，當未滿足平面內均一性、平面間均一性、及平均膜厚度之限制條件的任一者時，調整預熱部27a至29a的溫度。然而，當未滿足平面內均一性及平面間均一性之限制條件的其中一者時，仍可調整預熱部27a至29a的溫度。在此情形中，可藉由變動製程時間以調整平均膜厚度，來達到沉積於半導體晶圓W之表面上的SiO₂ 膜之膜厚度均一性。

在以上之實施例中，已提出設於熱處理裝置中之預熱部27a至29a的數目為3之實例來說明本發明。然而，可將預熱部之數目自由選擇地設定為例如2或4或更多。更進一步地，可自由選擇地設定加熱器之數目(區域之數目)及從各區域挑出的測試晶圓之數目。

在以上之實施例中，已提出經測量之SiO₂ 膜的膜厚度資料被轉換之情形作為實例來說明本發明。然而，在不轉換經測量之SiO₂ 膜的膜厚度資料的情況下，仍可調整預熱部27a至29a之溫度。

在以上之實施例中，已提出SiO₂ 膜係藉由使用二氯矽烷及一氧化二氮而沉積之情形作為實例來說明本發明。然而，可將本發明應用於藉由使用二氯矽烷及阿摩尼亞(NH₃ )來沉積SiN膜的情形。

在以上之實施例中，已提出熱處理裝置係用以形成SiO₂ 膜之情形作為實例的方式來說明本發明。然而，可自由選擇製程之類型，且可將本發明應用於各種如CVD裝置之批式熱處理裝置及用以形成另一類型之薄膜的氧化裝置。

在以上之實施例中，已提出調整由膜沉積製程所形成之薄膜的膜厚度之情形作為實例來說明本發明。然而，可使用本發明作成各種適當的製程結果，例如不純物擴散製程中之擴散濃度或擴散深度、蝕刻速率、反射率、鑲嵌性質、及階梯覆蓋。

在以上之實施例中，已提出單管結構之批式熱處理裝置作為實例來說明本發明。然而，可將本發明應用於雙管結構之批式熱處理裝置，在該雙管結構中，反應管2係由內管及外管所組成。再者，本發明並不限於半導體晶圓之製程，且可將其應用於例如FPD基板、玻璃基板、及PDP基板之製程。

本實施例中之控制部50不僅可由限定用途之系統所實施，且可由一般的電腦系統所實施。例如，藉由從儲存程式之記錄媒體(例如軟碟、CD-ROM)安裝用以在多用途電腦中執行前述之製程的程式，可構成用以執行前述之製程的控制部50。

在提供程式之裝置上具有可選擇性。可透過預定之記錄媒體提供程式。或者，可透過例如通信線路、通信網路、及通信系統提供程式。在此情形中，可將程式顯示於通信網路之電子佈告欄系統(BBS)上，且可藉由在載波上疊加程式來透過通信網路提供程式。相似於其他應用程式，前述之製程可藉由啟動以如此方式提供之程式，及在作業系統(OS)的控制下執行該程式而進行。

本發明係有助於調整熱處理裝置之溫度。

1．．．熱處理裝置

2．．．反應管

3．．．歧管

4．．．排氣管

5．．．壓力調整部

6．．．外蓋構件

7．．．晶舟昇降機

8．．．保溫管

9．．．晶舟

10．．．加熱部

11．．．加熱器

12．．．加熱器

13．．．加熱器

14．．．加熱器

15．．．加熱器

16．．．電控制器

17．．．電控制器

18．．．電控制器

19．．．電控制器

20．．．電控制器

21．．．處理氣體供應管

21a．．．處理氣體供應管

22．．．流速調整部

22a．．．處理氣體供應管

23．．．預熱部

23a．．．處理氣體供應管

24a．．．流速調整部

25a．．．流速調整部

26a．．．流速調整部

27a．．．預熱部

28a．．．預熱部

29a．．．預熱部

50．．．控制部

51．．．模型儲存部

52．．．配方儲存部

53．．．ROM

54．．．RAM

55．．．I/O埠

56．．．CPU

57．．．匯流排

58．．．操作面板

W．．．半導體晶圓

圖1顯示依據本發明之熱處理裝置的第一實施例之構造。

圖2顯示圖1所示之控制部的構造性實例。

圖3顯示反應管中之區域。

圖4顯示預熱部之溫度與各半導體晶圓之膜厚度之間的關係。

圖5為用以說明溫度調整程序之流程圖。

圖6(a)、6(b)、及6(c)顯示製程配方之實例。

圖7顯示經測量之SiO₂ 膜的膜厚度資料之實例。

圖8說明膜厚度資料之轉換。

圖9顯示經轉換之膜厚度資料的實例。

圖10(a)及10(b)說明預熱部之溫度調整。

圖11說明加熱器之溫度變異量。

圖12說明加熱器之溫度調整。

圖13顯示依據本發明之熱處理裝置的第二實施例之構造。

圖14顯示預熱部之溫度與各半導體晶圓之膜厚度之間的關係。

圖15為用以說明溫度調整程序之流程圖。

圖16(a)、16(b)、及16(c)顯示製程配方之實例。

圖17顯示經測量之SiO₂ 膜的膜厚度資料之實例。

圖18顯示經轉換之膜厚度資料的實例。

圖19(a)、19(b)、及19(c)說明預熱部之溫度調整。

1．．．熱處理裝置

2．．．反應管

3．．．歧管

4．．．排氣管

5．．．壓力調整部

6．．．外蓋構件

7．．．晶舟昇降機

8．．．保溫管

9．．．晶舟

10．．．加熱部

11．．．加熱器

12．．．加熱器

13．．．加熱器

14．．．加熱器

15．．．加熱器

16．．．電控制器

17．．．電控制器

18．．．電控制器

19．．．電控制器

20．．．電控制器

21．．．處理氣體供應管

22．．．流速調整部

23．．．預熱部

50．．．控制部

W．．．半導體晶圓

Claims (18)

1. 一種熱處理裝置，包含：一處理室，可容納複數個待處理物體；一加熱單元，用以加熱該處理室之內側；一處理氣體供應單元，用以供應一處理氣體至該處理室中；一預熱單元，用以在將由該處理氣體供應單元所供應之該處理氣體供應至該處理室之前，加熱該處理氣體；一處理條件儲存單元，其依據一製程內容儲存處理條件，該處理條件包含由該加熱單元所加熱之該處理室內的內側溫度、由該預熱單元所加熱之該處理氣體的溫度、製程之一平面內均一性、以及製程之一平面間均一性；一處理單元，用以在儲存於該處理條件儲存單元中之處理條件下，處理該待處理物體；一處理氣體溫度調整單元，其係用以：判斷由該處理單元所執行之製程的結果，是否滿足儲存於該處理條件儲存單元中之該平面內均一性；當判定未滿足該平面內均一性時，計算由該預熱單元所加熱之處理氣體的溫度，藉由該溫度可滿足該平面內均一性；將由該預熱單元所加熱、包含於該處理條件儲存單元中所儲存之該處理條件內的處理氣體之溫度，變更成該經計算的處理氣體之溫度；藉由經變更的處理條件，處理該被處理體，並調整處理氣體之溫度；以及一處理室溫度調整單元，其係用以：判斷由該處理單元所執行之製程的結果是否滿足儲存於該處理條件儲存單元中之該平面間均一性；當判定未滿足該平面間均一性時，計算由該加熱單元所加熱之該處理室的溫度，藉由該溫度可滿足該平面間均一性；藉由將以該處理條件儲存單元中所儲存之處理條件內的該處理溫度變更為該經計算的處理室內的溫度的處理條件，來處理被處理體，並調整處理室內的溫度；該處理氣體溫度調整單元，在判定未滿足該平面內均一性時，計算出一溫度，其在滿足該平面內均一性的同時，使表示該 平面內均一性的值的誤差成為最小，並將該溫度作為以該預熱單元所加熱之氣體的溫度。
2. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中：當該處理氣體之溫度由該處理氣體調整單元加以調整時，該處理室溫度調整單元基於由該處理單元在該處理氣體之溫度已經過調整之處理條件下所執行的製程之結果，來判斷該處理氣體之溫度是否滿足該製程之該平面間均一性。
3. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中該製程內容為一膜沉積製程。
4. 如申請專利範圍第1項之熱處理裝置，其中：該處理室被分隔成複數個區域；且該加熱單元能個別地設定該處理室中之各區域的溫度。
5. 一種熱處理裝置之溫度調整方法，該熱處理裝置包含：可容納複數個待處理物體之一處理室；用以加熱該處理室之內側的一加熱單元；用以供應一處理氣體至該處理室中之一處理氣體供應單元；用以在將由該處理氣體供應單元所供應之該處理氣體供應至該處理室之前加熱該處理氣體的一預熱單元；依據一製程內容儲存處理條件的一處理條件儲存單元，該處理條件包含由該加熱單元所加熱之該處理室內的內側溫度、由該預熱單元所加熱之處理氣體的溫度、製程之一平面內均一性、以及製程之一平面間均一性；以及用以在儲存於該處理條件儲存單元中之處理條件下處理該待處理物體的一處理單元；該方法包含：一處理氣體溫度調整步驟，包含以下步驟：判斷由該處理單元所執行之製程的結果，是否滿足儲存於該處理條件儲存單元中之該平面內均一性；及當判定未滿足該平面內均一性時，計算由 該預熱單元所加熱之該處理氣體之溫度，其中藉由該溫度可滿足該平面內均一性，並將包含於該處理條件儲存單元中所儲存之該處理條件內的由該預熱單元所加熱之該處理氣體的溫度，變更成該經計算的處理氣體之溫度，藉由經變更的處理條件，處理該被處理體，並調整處理氣體之溫度；以及一處理室溫度調整步驟，包含以下步驟：判斷由該處理單元所執行之製程的結果，是否滿足儲存於該處理條件儲存單元中之該平面間均一性；及當判定未滿足該平面間均一性時，計算由該加熱單元所加熱之該處理室之溫度，其中藉由該溫度可滿足該平面間均一性，並藉由將以該處理條件儲存單元中所儲存之處理條件內的該處理溫度變更為該經計算的處理室內的溫度的處理條件，來處理被處理體，且調整處理室內的溫度；其中在已執行處理氣體溫度調整步驟及處理室溫度調整步驟其中一者之後，執行該處理氣體溫度調整步驟及該處理室溫度調整步驟其中另一者；該處理氣體溫度調整步驟，在判定未滿足該平面內均一性時，計算出一溫度，其在滿足該平面內均一性的同時，使表示該平面內均一性的值的誤差成為最小，並將該溫度作為以該預熱單元所加熱之氣體的溫度。
6. 如申請專利範圍第5項之熱處理裝置之溫度調整方法，其中：在已執行該處理氣體溫度調整步驟之後，執行該處理室溫度調整步驟。
7. 如申請專利範圍第5項之熱處理裝置之溫度調整方法，其中該製程內容為一膜沉積製程。
8. 如申請專利範圍第5項之熱處理裝置之溫度調整方法，其中該處理室被分隔成複數個區域；且該加熱單元能個別地設定該處理室中之各區域的溫度。
9. 一種可在電腦中執行之電腦程式，用以執行一熱處理裝置之溫度調整方法，該熱處理裝置包含：可容納複數個待處理物體之一處理室；用以加熱該處理室之內側的一加熱單元；用以供應一處理氣體至該處理室中之一處理氣體供應單元；用以在將由該處理氣體供應單元所供應之該處理氣體供應至該處理室之前加熱該處理氣體的一預熱單元；依據一製程內容儲存處理條件的一處理條件儲存單元，該處理條件包含由該加熱單元所加熱之該處理室內的內側溫度、由該預熱單元所加熱之該處理氣體的溫度、製程之一平面內均一性、以及製程之一平面間均一性；以及用以在儲存於該處理條件儲存單元中之處理條件下處理該待處理物體的一處理單元；該方法包含：一處理氣體溫度調整步驟，包含以下步驟：判斷由該處理單元所執行之製程的結果，是否滿足儲存於該處理條件儲存單元中之該平面內均一性；及當判定未滿足該平面內均一性時，在其中計算由該預熱單元所加熱之該處理氣體之溫度，其中藉由該溫度可滿足該平面內均一性，並將包含於該處理條件儲存單元中所儲存之該處理條件內的由該預熱單元所加熱之處理氣體的溫度，變更成該經計算的處理氣體之溫度，藉由經變更的處理條件，處理該被處理體，並調整處理氣體之溫度；以及一處理室溫度調整步驟，包含以下步驟：判斷由該處理單元所執行之製程的結果，是否滿足儲存於該處理條件儲存單元中之該平面間均一性；及當判定未滿足該平面間均一性時，計算由該加熱單元所加熱之該處理室之溫度，其中藉由該溫度可滿足該平面間均一性，並藉由將以該處理條件儲存單元中所儲存之處理條件內的該處理溫度變更為該經計算的處理室內的溫度的處理條件，來處理被處理體，且調整處理室內的溫度；其中在已執行處理氣體溫度調整步驟及處理室溫度調整步驟其中一者之後，執行該處理氣體溫度調整步驟及該處理室溫度調 整步驟其中另一者；該處理氣體溫度調整步驟，在判定未滿足該平面內均一性時，計算出一溫度，其在滿足該平面內均一性的同時，使表示該平面內均一性的值的誤差成為最小，並將該溫度作為以該預熱單元所加熱之氣體的溫度。
10. 一種熱處理裝置，包含：一處理室，可容納複數個待處理物體；一加熱單元，用以加熱該處理室之內側；複數個處理氣體供應單元，用以供應處理氣體至該處理室中；複數個預熱單元，分別設置於該處理氣體供應單元上，該預熱單元係用以在將由該處理氣體供應單元所供應之處理氣體供應至該處理室之前，加熱該處理氣體；一處理條件儲存單元，其依據一製程內容儲存處理條件，該處理條件包含由該加熱單元所加熱之該處理室內的內側溫度、由該預熱單元所加熱之處理氣體的個別溫度、製程之一平面內均一性、以及製程之一平面間均一性；一處理單元，其係用以在儲存於該處理條件儲存單元中之該處理條件下，處理該待處理物體；以及一處理氣體溫度調整單元，其係用以：判斷由該處理單元所執行之製程的結果，是否滿足儲存於該處理條件儲存單元中之製程的該平面內均一性及製程的該平面間均一性；當判定未滿足該平面內均一性及該平面間均一性之至少一者時，計算由該預熱單元所加熱之該處理氣體的個別溫度，其中藉由該溫度可滿足該平面內均一性及該平面間均一性；將由該預熱單元所加熱、包含於該處理條件儲存單元中所儲存之該處理條件內的該處理氣體之該個別溫度，變更成該經計算的處理氣體之溫度；藉由經變更的處理條件，處理該被處理體，並調整處理氣體之溫度；該處理氣體溫度調整單元，在判定未滿足該平面內均一性時，計算出一溫度，其在滿足該平面內均一性的同時，使表示該 平面內均一性的值的誤差成為最小，並將該溫度作為以該預熱單元所加熱之氣體的溫度。
11. 如申請專利範圍第10項之熱處理裝置，其中該製程內容為一膜沉積製程。
12. 如申請專利範圍第10項之熱處理裝置，其中儲存於該處理條件儲存單元中之該處理條件包含該待處理物體上之沉積膜的平均膜厚度；當判定由該處理單元所執行之製程的結果未滿足該平均膜厚度之條件時，該處理氣體溫度調整單元計算由該預熱單元所加熱的該處理氣體之個別溫度，藉由該溫度可滿足該平面內均一性、該平面間均一性、及該平均膜厚度之條件；將包含於該處理條件儲存單元中之處理條件內的由該預熱單元所加熱的該處理氣體之該個別溫度，變更成該經計算的該處理氣體之溫度；及調整該處理氣體之溫度，使得該待處理物體係在該經變更之處理條件下進行處理。
13. 如申請專利範圍第10項之熱處理裝置，其中該處理室被分隔成複數個區域；且該加熱單元能個別地設定該處理室中之各區域的溫度。
14. 一種熱處理裝置之溫度調整方法，該熱處理裝置包含：可容納複數個待處理物體之一處理室；用以加熱該處理室之內側的一加熱單元；用以供應處理氣體至該處理室中之複數個處理氣體供應單元；分別設置於該處理氣體供應單元上之複數個預熱單元，該預熱單元係用以在將由該處理氣體供應單元所供應之處理氣體供應至該處理室之前，加熱處理氣體；依據一製程內容儲存處理條件的一處理條件儲存單元，該處理條件包含由該加熱單元所加熱之該處理室的溫度、由該預熱單元所加熱之該處理氣 體的個別溫度、製程之一平面內均一性、以及製程之一平面間均一性；以及用以在儲存於該處理條件儲存單元中之該處理條件下處理該待處理物體的一處理單元；該方法包含：一判斷步驟，判斷由該處理單元所執行之製程的結果，是否滿足該製程之該平面內均一性及該製程之平面間均一性；以及一處理氣體溫度調整步驟，當判定未滿足該平面內均一性及該平面間均一性之至少一者時，計算由該預熱單元所加熱之處理氣體之個別溫度，其中藉由該溫度可滿足該平面內均一性及該平面間均一性，並將包含於該處理條件儲存單元中所儲存之該處理條件內、由該預熱單元所加熱之該處理氣體的溫度，分別變更成該經計算的處理氣體之溫度，藉由經變更的處理條件，處理該被處理體，並調整處理氣體之溫度；該處理氣體溫度調整步驟，在判定未滿足該平面內均一性時，計算出一溫度，其在滿足該平面內均一性的同時，使表示該平面內均一性的值的誤差成為最小，並將該溫度作為以該預熱單元所加熱之氣體的溫度。
15. 如申請專利範圍第14項之熱處理裝置之溫度調整方法，其中該製程內容為一膜沉積製程。
16. 如申請專利範圍第14項之熱處理裝置之溫度調整方法，其中儲存於該處理條件儲存單元中之該處理條件包含該待處理物體上之沉積膜的平均膜厚度；在該判斷步驟中，更進一步判斷由該處理單元所執行之該製程的結果是否滿足該平均膜厚度之條件；在該處理氣體溫度調整步驟中，當判定未滿足該平均膜厚度之條件時，分別計算由該預熱單元所加熱的該處理氣體之溫度，藉由該溫度可滿足該平面內均一性、該平面間均一性、及該平均膜厚度之條件；將包含於該處理條件儲存單元中儲存之處理條件 內、由該預熱單元所加熱的該處理氣體之溫度，分別變更成該經計算的處理氣體之個別溫度；及調整該處理氣體之溫度，使得該待處理物體係在該經變更之處理條件下進行處理。
17. 如申請專利範圍第14項之熱處理裝置之溫度調整方法，其中該處理室被分隔成複數個區域；且該加熱單元能個別地設定該處理室中之個別區域的溫度。
18. 一種可在電腦中執行之電腦程式，用以執行一熱處理裝置之一溫度調整方法，該熱處理裝置包含：可容納複數個待處理物體之一處理室；用以加熱該處理室之內側的一加熱單元；用以供應處理氣體至該處理室中之複數個處理氣體供應單元；分別設置於該處理氣體供應單元上之複數個預熱單元，該預熱單元係用以在將由該處理氣體供應單元所供應之處理氣體供應至該處理室之前，加熱處理氣體；依據一製程內容儲存處理條件的一處理條件儲存單元，該處理條件包含由該加熱單元所加熱之處理室的溫度、由該預熱單元所加熱之該處理氣體的個別溫度、製程之一平面內均一性、以及製程之一平面間均一性；以及用以在儲存於該處理條件儲存單元中之該處理條件下處理該待處理物體的一處理單元；該方法包含：一判斷步驟，判斷由該處理單元所執行之製程的結果，是否滿足該製程之該平面內均一性及該製程之平面間均一性；以及一處理氣體溫度調整步驟，當判定未滿足該平面內均一性及該平面間均一性之至少一者時，計算由該預熱單元所加熱之處理氣體之個別溫度，其中藉由該溫度可滿足該平面內均一性及該平面間均一性，並將包含於該處理條件儲存單元中所儲存之處理條件內、由該預熱單元所加熱之該處理氣體的溫度，分別變更成該經計算的處理氣體之溫度，藉由經變更的處理條件，處理該被處理體，並調整處理氣體之溫度； 該處理氣體溫度調整步驟，在判定未滿足該平面內均一性時，計算出一溫度，其在滿足該平面內均一性的同時，使表示該平面內均一性的值的誤差成為最小，並將該溫度作為以該預熱單元所加熱之氣體的溫度。