TWI433250B - 基板處理裝置及基板處理裝置之控制方法 - Google Patents

基板處理裝置及基板處理裝置之控制方法 Download PDF

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TWI433250B
TWI433250B TW097141625A TW97141625A TWI433250B TW I433250 B TWI433250 B TW I433250B TW 097141625 A TW097141625 A TW 097141625A TW 97141625 A TW97141625 A TW 97141625A TW I433250 B TWI433250 B TW I433250B
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Yuichi Takenaga
Takahito Kasai
Minoru Obata
Yoshihiro Takezawa
Kazuo Yabe
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Description

基板處理裝置及基板處理裝置之控制方法
本發明係關於基板處理裝置及基板處理裝置之控制方法。
在一半導體之一製程中，使用一基板處理裝置，其處理作為一基板之一半導體晶圓(下文中稱為"晶圓")。例如，一垂直熱處理裝置係用作該基板處理裝置。在該垂直熱處理裝置中，能夠以一層狀方式固持若干晶圓之一托架係位於一垂直熱處理爐中，並且藉由一CVD(化學汽相沈積)製程、一氧化製程等等來在該等基板上形成膜。
當藉由該基板處理裝置來使晶圓經受一膜沈積製程時，該(等)晶圓上的膜厚之均勻度較為重要。為了改良該膜厚之均勻度，已開發一種方法，其中在改變一溫度時沈積膜。(例如，參見JP 2002-110552A。特定言之，章節0099)。藉由在該膜沈積製程期間改變一溫度，該等晶圓上之一溫度分佈受到控制，使得可使一膜厚分佈均勻。明確地說，使用一適合的設定溫度量變曲線，可獲得一有利的膜厚分佈。
然而，並不總是容易選擇一適合的設定溫度量變曲線。
已在上述情況下實施本發明。本發明之目的係提供一能夠促進一適合的設定溫度量變曲線之決定的基板處理裝置及此一基板處理裝置之一控制方法。
本發明係一基板處理裝置，其包含：
一儲存部分，其儲存一設定溫度量變曲線，該設定溫度量變曲線包括：
一第一步驟，其中在一第一時間週期期間將一溫度自一第一溫度改變至一第二溫度；
一第二步驟，其中在一第二時間週期期間將該溫度保持於該第二溫度；以及
一第三步驟，其中將該溫度自該第二溫度改變至一第三溫度；
一基板處理部分，其藉由依據該設定溫度量變曲線來加熱該基板並藉由在該第三步驟中供應一製程氣體來在一基板上沈積一膜；
一第一導出部分，其導出當該基板係依據其中該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度之至少一者係變動之一變動溫度量變曲線進行處理時溫度與膜厚之間之一第一關係，該第一關係為一溫度改變量與一基板上複數個位置處的膜厚改變量之間之一對應關係；
一輸入部分，已依據一預定設定溫度量變曲線藉由基板處理部分實際處理的基板上之複數個位置處之測量膜厚係輸入至該輸入部分；
一第一決定部分，其基於溫度與膜厚之間的第一關係、於複數個位置處之測量膜厚及一預定目標膜厚來決定該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度；
一預期膜厚計算部分，其計算要依據對應於該決定的第一溫度、該決定的第二溫度及該決定的第三溫度之設定溫度量變曲線來實際處理的一基板上之複數個位置處的預期膜厚；
一第二導出部分，其在預定情況下改變該第一時間週期、該第二時間週期及該第三時間週期之至少一者，並導出當該基板係依據其中該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度之一者係變動之另一變動溫度量變曲線進行處理時溫度與膜厚之間之一第二關係，該第二關係為一溫度改變量與於該基板上之複數個位置處的膜厚改變量之間之一對應關係；以及
一第二決定部分，其基於溫度與膜厚之間的第二關係、於複數個位置處之測量膜厚及該預定目標膜厚來重新決定該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度。
依據本發明，可明顯使一適合的設定溫度量變曲線之決定更為容易。
較佳的係，該等預定情況係其中該複數個位置處的預期膜厚不在相對於該預定目標膜厚之一預定容許範圍內的情況。
此外，例如，該儲存部分儲存複數個設定溫度量變曲線。在此情況下，該基板處理部分包括：一固持部分，其可以一層狀方式來固持複數個基板；以及複數個加熱部分，其熱值可依據該等個別設定溫度量變曲線來進行控制。
在此情況下，較佳的係，該第一導出部分經組態用以導出當該基板係依據在其任一者中該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度之至少一者係變動之複數個變動溫度量變曲線進行處理時溫度與膜厚之間之第一關係，該第一關係為一溫度改變量與一基板上複數個位置處的膜厚改變量之間之一對應關係；該輸入部分經組態以使得分別與複數個加熱部分對應的複數個基板上之複數個位置處之測量膜厚被輸入，該等基板已依據該複數個預定設定溫度量變曲線藉由該基板處理部分來實際處理；以及該第一決定部分，其經組態用以基於溫度與膜厚之間的第一關係、該複數個基板上之複數個位置處之測量膜厚及該預定目標膜厚來決定該複數個設定溫度量變曲線之每一者的第一溫度、第二溫度及第三溫度。
此外，例如，該第一導出部分包括：一第一計算部分，其計算當該基板係依據其中該第一溫度係變動之一設定溫度量變曲線進行處理時該複數個位置處的第一預期膜厚；一第二計算部分，其計算當該基板係依據其中該第二溫度係變動之另一設定溫度量變曲線進行處理時該複數個位置處的第二預期膜厚；一第三計算部分，其計算當該基板係依據其中該第三溫度係變動之另一設定溫度量變曲線進行處理時該複數個位置處的第三預期膜厚；一第四計算部分，其計算當該基板係依據其中該等溫度皆無變動之原始設定溫度量變曲線進行處理時計算該複數個位置處的第四預期膜厚；以及一差計算部分，其計算該第一至第三預期膜厚之每一者與該等第四預期膜厚之間的差。
替代地，本發明係一基板處理裝置之一控制方法，該基板處理裝置藉由依據一設定溫度量變曲線加熱該基板及藉由在該第三步驟中供應一製程氣體來在一基板上沈積一膜，該設定溫度量變曲線包括：一第一步驟，其中在一第一時間週期期間將一溫度自一第一溫度改變至一第二溫度；一第二步驟，其中在一第二時間週期期間將該溫度保持於該第二溫度；以及一第三步驟，其中將該溫度自該第二溫度改變至一第三溫度；該方法包含以下步驟：
導出當該基板係依據其中該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度之至少一者係變動之一變動溫度量變曲線進行處理時溫度與膜厚之間之一第一關係，該第一關係為一溫度改變量與一基板上複數個位置處的膜厚改變量之間之一對應關係；
輸入已依據該預定設定溫度量變曲線進行實際處理的基板上之複數個位置處之測量膜厚；
基於溫度與膜厚之間的第一關係、於複數個位置處之測量膜厚及一預定目標膜厚來決定該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度；
計算要依據對應於該決定的第一溫度、該決定的第二溫度及該決定的第三溫度之設定溫度量變曲線來實際處理的一基板上之複數個位置處的預期膜厚；
在預定情況下，改變該第一時間週期、該第二時間週期及該第三時間週期之至少一者，並接著導出當該基板係依據其中該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度之一者係變動之另一變動溫度量變曲線進行處理時溫度與膜厚之間之一第二關係，該第二關係為一溫度改變量與該基板上複數個位置處的膜厚改變量之間之一對應關係；以及
基於溫度與膜厚之間的第二關係、於複數個位置處之測量膜厚及該預定目標膜厚來重新決定該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度。
依據本發明，可明顯使一適合的設定溫度量變曲線之決定更為容易。
較佳的係，該等預定情況係其中該複數個位置處的預期膜厚不在相對於該預定目標膜厚之一預定容許範圍內的情況。
替代地，本發明係儲存可在一電腦上運作之一電腦程式的一儲存媒體，該電腦程式包括用以實施具有上述特徵之一基板處理裝置的控制方法之步驟。
下面將參考該等圖式詳細地說明本發明之一具體實施例。圖1係顯示本發明之一具體實施例中之一基板處理裝置100的示意性斷面圖。該基板處理裝置100係由一基板處理部分110與一控制部分120構成。在圖1中，該基板處理部分110係由一所謂的垂直熱處理裝置形成。圖1示意性顯示其一縱向斷面。
該基板處理部分110具有包括由(例如)石英製成之一內管2a與一外管2b的一雙管結構之一反應管2。一圓柱形金屬歧管21係佈置於該反應管2之一下部部分上。
該內管2a之一上部端係開啟，而其一下部端係藉由該歧管21之一內端支撐。該外管2b之一上部端係關閉，而其一下部端係密封地結合至該歧管21之一上部端。
在該反應管2中，定位作為一托架之一晶舟23。該晶舟23係經由一儲熱管(熱絕緣部件)25保持於一蓋部件24上。作為基板的若干晶圓W(生產晶圓Wp與監視晶圓Wm1至Wm5)係置於該晶舟23中。
該蓋部件24係配置於一舟升降機26之一上部表面上，該舟升降機係用於裝載該晶舟23至該反應管2與自該反應管2卸載該晶舟23。於一上限位置處，該蓋部件24係調適以關閉該歧管21之一下部端開口，即由該反應管2與該歧管21構成之一製程容器之一下部端開口。
在該反應管2周圍，提供由(例如)一加熱電阻器形成之一加熱器3。該加熱器3係分成五個元件，即加熱元件31至35。該等加熱元件31至35經組態用以分別藉由功率控制器41至45進行控制，使得可獨立控制該等個別加熱元件31至35之加熱值。在此具體實施例中，該反應管2、該歧管21及該加熱器3構成一加熱爐。
配置於該內管2a之一內壁上的係內溫度感測器S1in至S5in(例如熱電耦)，以便對應於該等加熱元件31至35。此外，配置於該外管2b之一外壁上的係外溫度感測器S1out至S5out(例如熱電耦)，以便對應於該等加熱元件31至35。
相應地對於該等加熱元件31至35，可假設該內管2a之一內部係分成五個區(區1至5)。然而，應注意，置於該反應管2中之晶舟23中的複數個晶圓整體構成一個批次，並且該等晶圓係(同時)一起熱處理。
在此範例中，該等監視晶圓Wm1至Wm5係配置以便對應於該等個別區1至5。然而，一般而言，區的數目與監視晶圓Wm的數目不必彼此對應。例如，可針對五個區配置十個或三個監視晶圓Wm。甚至當區的數目與監視晶圓Wm的數目並不彼此對應時，仍可最佳化一設定溫度量變曲線。
為了將一氣體供應至該內管2a中，複數個氣體供應管係連接至該歧管21。為方便起見，圖1顯示兩個氣體供應管51與52。佈置於該等個別氣體供應管51與52中的係流動速率調整部分61與62(例如用於調整流動速率的質量流量控制器)及閥(未顯示)。
此外，連接至該歧管21的係一排氣管27，透過其空氣係自該內管2a與該外管2b之間之一間隙排出。該排氣管27係連接至一真空幫浦(未顯示)。用於調整該反應管2中之一壓力的一壓力調整部分28(例如，其包括一蝶閥與一閥驅動部分)係佈置於該排氣管27上。
該控制部分120具有用於控制製程參數(例如該反應管2中之一製程大氣之一溫度、該反應管2中之製程大氣之一壓力、一氣體流動速率等等)之一功能。輸入至該控制部分120中的係來自該等溫度感測器S1in至S5in與S1out至S5out的測量信號。該控制部分120將控制信號輸出至該加熱器3之功率控制器41至45、該壓力調整部分28及該等流動速率調整部分61與62。
該控制部分120係由(例如)一電腦形成，並因而包括一中央處理單元(CPU)、一輸入與輸出器件及一儲存器件。該控制部分120係藉由一程式來控制以便實現以下部分1)至5)之功能。
1)　一儲存部分，其儲存一設定溫度量變曲線
2)　一導出部分，其導出溫度與膜厚之間之一關係
3)　一輸入部分，一基板之一測量膜厚係輸入至該輸入部分
4)　一決定部分，其決定第一至第三溫度(溫度T1至T3)
5)　一預期膜厚計算部分，其計算一基板(晶圓W)之一預期膜厚
基於該等設定溫度量變曲線，該控制部分120控制該等功率控制器41至45。因而，晶圓W係藉由該等加熱元件31至35來加熱。本文中，該設定溫度量變曲線提出時間的流逝與一設定溫度(該晶圓W應處於之溫度)之間之一關係。
圖2係顯示屬於時間與溫度之間之一關係的一設定溫度量變曲線之一範例的圖表。圖2中之(A)至(C)之每一者皆係一設定溫度量變曲線，如下面所說明。
(A)固定溫度製程1
此係其中在一時間週期TVS3期間(其間晶圓W係處理)及亦在先於與晚於該時間週期TVS3的特定時間週期期間一設定溫度係固定(恆定)且其中針對該等區1至5之設定溫度係相同之一量變曲線。
(B)固定溫度製程2
此係其中在該時間週期TVS3期間(其間晶圓W係處理)及亦在先於與晚於該時間週期TVS3的特定時間週期期間一設定溫度係固定且針對該等區1至5之設定溫度彼此不同之一量變曲線。為了產生該等晶圓W(監視晶圓Wm1至Wm5)之間的均勻膜厚(為了使晶圓之間之一膜厚分佈均勻)，使該等區1至5之設定溫度各不相同。
一般藉由上面的(A)量變曲線(固定溫度製程1)或上面的(B)量變曲線(固定溫度製程2)來處理晶圓W。
(C)變動溫度製程
此量變曲線中，一設定溫度在該時間週期TVS3(晶圓W於其間被處理)期間係變動且針對該等區1至5之設定溫度彼此不同。為了使各晶圓W上之一膜厚均勻(為了使一晶圓內之一膜厚分佈均勻)，在晶圓W之製程時間週期(TVS3)期間該溫度變動以便控制該晶圓W上之一溫度分佈。在處理該等晶圓W之前(在時間週期TVS1與TVS2期間)的溫度控制亦有助於該晶圓W上的溫度分佈之控制。此外，為了使晶圓之間之一膜厚分佈均勻，使針對該等區1至5之設定溫度各不相同。
下面，說明該設定溫度量變曲線(C)之細節。
(1)自一時間點t0至一時間點t1，一設定溫度係保持於T0。此時，將固持晶圓W的晶舟23裝載至該基板處理部分110中(裝載步驟)。
(2)在該時間點t1與一時間點t2之間，將該設定溫度以一恆定速率自該溫度T0增加至一溫度T1(T11至T15)(溫度增加步驟)。應注意，根據該等區1至5，該等溫度T11至T15彼此不同。因而，該溫度增加步驟之一結束時間點在某種程度上隨區的不同而改變。
(3)　在該時間點t2與一時間點t3之間，該設定溫度不變並係保持於T1(T11至T15)。此係因為甚至在該設定溫度已係固定之後，由於一熱慣性所致該晶圓W之一實際溫度變為恆定仍要花費一些時間。即，直至該晶圓的溫度係穩定化，該方法不進行至下一步驟(穩定化步驟)。
(4)　使用自該時間點t3至一時間點t5之一時間週期作為針對一膜沈積之一準備步驟，其用於精細調整膜沈積之後之一溫度分佈。相反，自該時間點t3至該時間點t5之設定溫度量變曲線對膜沈積之後的溫度分佈具有一較大影響。
1)在該時間點t3與一時間點t4之間，該設定溫度T1(T11至T15)係以一恆定速率增加至一溫度T2(T21至T25)(TVS1：溫度增加步驟)。
2)在該範例(C)中，在該時間點t4與該時間點t5之間，該設定溫度不變並係保持於該溫度T2(T21至T25)(TVS2：固定溫度步驟)。然而，可使用一變動溫度步驟(溫度增加步驟或溫度減小步驟)來取代該步驟TVS2。換言之，在該時間點t4與該時間點t5之間，可將該設定溫度自該溫度T2改變至一溫度T2'。(在此情況下，隨後的步驟TVS3並非自該溫度T2開始而係自該溫度T2'開始。)
(5)　在該時間點t5與一時間點t6之間，該設定溫度係以一恆定速率自該溫度T2(T21至T25)減小至一溫度T3(T31至T35)。在此時間週期期間，將製程氣體(例如SiH2 Cl2 與NH3 )自該等氣體供應管51與52引入至該基板處理部分110中，使得藉由CVD來沈積一SiN膜(TVS3：溫度減小/膜沈積步驟)。
(6)　使用自該時間點t6至一時間點t8之一時間週期作為其中該晶圓W之溫度係返回至該溫度T1(T11至T15)的時間週期。
1)　在該時間點t6與一時間點t7之間，將該設定溫度以一恆定速率自該溫度T3(T31至T35)增加至一溫度T1(T11至T15)(溫度增加步驟)。
2)　在該時間點t7與該時間點t8之間，該設定溫度不變並係保持於該溫度T1(固定溫度步驟)。
(7)　在該時間點t8與一時間點t9之間，將該設定溫度以一恆定速率自該溫度T1(T11至T15)減小至該溫度T0(溫度減小步驟)。因為該等溫度T11至T15根據該等區1至5而彼此不同，故該溫度減小步驟之一結束時間點在某種程度上隨區的不同而改變。
(8)　在該時間點t9之後，該設定溫度係保持於T0。在該時間點t9之後，自該基板處理部分110卸載固持該等晶圓W的晶舟23(卸載步驟)。
在上述設定溫度量變曲線(C)中，自該時間點t3至該時間點t6的(若干)時間週期(自步驟TVS1至步驟TVS3)較為重要。可藉由該溫度T1(T11至T15)、該溫度T2(T21至T25)、該溫度T3(T31至T35)、一時間週期tt1(=t4-t3)、一時間週期tt2(=t5-t4)及一時間週期tt3(=t6-t3)來界定自該步驟TVS1至該步驟TVS3的設定溫度量變曲線。
該步驟TVS3係該膜沈積步驟，並對該晶圓W之一膜厚與一膜厚分佈產生最大的影響。當該溫度T2、該溫度T3及該時間週期tt3係變動時，該晶圓W上的一時間平均溫度之一分佈係變動，使得該晶圓W之膜厚與膜厚分佈係變動。
由於晶圓平面中之一溫度分佈及/或該晶圓平面中的一製程氣體之一濃度分佈，該晶圓W之一平面中之一膜厚分佈出現。與該原因無關，藉由控制該晶圓W之平面中的溫度分佈，可使一膜厚分佈均勻。
例如，該晶圓W之一溫度在該晶圓W之一邊緣部分與一中心部分之間不同。因為該晶圓W之邊緣部分更接近該晶圓W之一外部(例如加熱器3)，故該邊緣部分容易係加熱與冷卻。另一方面，該晶圓W之中心部分遠離該晶圓W之外部，該中心部分難以係加熱與冷卻。因而，在該溫度減小步驟中，與該中心部分處的溫度相比較，於該晶圓W之邊緣部分處的溫度係首先減小。因此，在該溫度減小步驟中，該晶圓W之邊緣部分處的溫度(時間平均溫度)傾向於低於該晶圓W之中心部分處的溫度(時間平均溫度)。因而，藉由改變該溫度係以其改變的一速率之正負號(正/負)與程度，可調整該晶圓W上的溫度分佈之正負號(正/負)與程度。
同時，該步驟TVS1與該步驟TVS2亦對該晶圓W之膜厚具有影響。此係因為當該步驟TVS1與該步驟TVS2(溫度T1、時間週期tt1、時間週期tt2)變化時，該膜沈積之後(特定言之，在該膜沈積開始時)的晶圓W之溫度分佈係變動。與該步驟TVS3相比較，該步驟TVS1與該步驟TVS2在改變其本身中具有更大的自由度，並因而更易於使用該等步驟TVS1與TVS2以用於控制該膜厚分佈。(因為該步驟TVS3僅係一膜沈積製程，故改變該步驟TVS3的自由度係關於一目標膜厚Dt而受限。)
如上面所說明，該設定溫度量變曲線依據時間的流逝來直接指定一溫度。除此以外，可使用各種其他方式。例如，該設定溫度量變曲線可指定該溫度係變動之一比率(例如一溫度增加速率)，或可指定一加熱器輸出。只要時間的流逝與該晶圓W之一溫度彼此相關，在指定一特定因數中便不存在限制。
該設定溫度量變曲線係決定該晶圓W之總體熱製程的一製程製法之一部分。除該設定溫度量變曲線以外，該製程製法一般還指定依據時間的流逝自該基板處理部分110排出氣體之一步驟及/或將一製程氣體引入其中之一步驟。
(用於操作基板處理裝置100之製程)
接下來，說明用於操作該基板處理裝置100之一製程的範例。圖3係顯示用於操作該基板處理裝置100之一製程之一範例的流程圖。
本文中，假定在已依據該固定溫度製程2(圖2(B))處理晶圓W之後，該等晶圓W係依據該變動溫度製程(圖2(C))進一步處理，其中調整該等設定溫度T1(T11至T15)至T3(T31至T35)與該等設定時間週期tt1至tt3。重要的係獲得該等溫度T1(T11至T15)至T3(T31至T35)與該等時間週期tt1至tt3，其允許晶圓之間的膜厚之均勻度並亦允許各晶圓平面內的膜厚之均勻度。
A.　製程條件之輸入(步驟S11)
如圖3所示，首先輸入製程條件。圖4顯示要輸入之製程條件之一範例。如圖4所示，輸入至該控制部分120的係(1)目標膜厚Dt與(2)用於先前製程中的製法。
(1)目標膜厚Dt
輸入針對一晶圓W之一目標膜厚Dt[nm]。該目標膜厚Dt係該晶圓W之膜厚之一目標值。在此範例中，該目標膜厚Dt在所有晶圓W之所有位置上係相同的(共同)。然而，該目標膜厚Dt可針對所有晶圓W而不相同。例如，藉由將該等晶圓W分成複數個群組，可針對個別群組(或個別晶圓W)設定不同的目標膜厚Dt。
(2)用於先前製程中的製法(設定時間週期、設定溫度、氣體流動速率、壓力)
針對該等步驟TVS1至TVS3之每一者輸入一設定時間週期或類似者。該設定時間週期[min]係該步驟TVS1至TVS3之時間週期tt1至tt3之每一者。一設定溫度[℃]係該等區1至5之設定溫度T1(T11至T15)至T3(T31至T35)之每一者。該等溫度T1至T3係固定(對應於該固定溫度製程2(圖2(B)))。僅在該步驟TVS3中，SiH2 Cl2 的流動速率不係零。因而，僅在該步驟TVS3中，沈積一膜。一氣體流動速率[sccm]係針對每一種反應氣體(例如，SiH2 Cl2 、NH3 、N2 或O2 )來定義。一壓力[Torr]係一總壓力。
B.　溫度與膜厚之間之關係的導出(步驟S12)
接著，依據以下步驟(1)與(2)，導出溫度與膜厚之間之一關係(溫度與膜厚之間之一第一關係)。溫度與膜厚之間的關係係當依據其中該等溫度T1(T11至T15)至T3(T31至T35)之一者係變動的變動溫度量變曲線來處理該晶圓W時溫度之一改變量與一晶圓W之膜厚之一改變量之間的對應關係。
(1)預期膜厚Dij之計算
計算當該等溫度T1(T11至T15)至T3(T31至T35)之一者(Tkl)係升高1℃(ΔTkl)時之一預期膜厚Dij(Tkl+ΔTkl)。本文中，針對該等個別監視晶圓Wm1至Wm5來預期於兩個位置(中心部分與邊緣部分)處的膜厚。參數i至l具有如下面所說明的意義。
i(=1至5)：用於識別該等監視晶圓Wm1至Wm5之每一者的參數
j(=1,2)：用於識別該基板上之一位置的參數，其中1表示該基板之一中心位置而2表示該基板之一邊緣部分
k(=1至3)：用於識別一改變物件(溫度T1至T3之一者)的參數
l(=1至5)：用於識別區1至5之每一者的參數
在此具體實施例中，相應地針對該五個區1至5與該等溫度T1至T3計算十五組預期膜厚Dij。此外，亦計算在尚未改變之一設定溫度量變曲線的情況中之一預期膜厚Dij(Tkl)。接下來說明計算一預期膜厚D之一方法的細節。
(2)膜厚之間的差ΔDij之計算
計算當該等溫度T1至T3之一者係變動時的預期膜厚Dij(Tkl+ΔTkl)與當該等溫度T1至T3無一係變動時的預期膜厚Dij(Tkl)之間的差ΔDij。
ΔDij=Dij(Tkl+ΔTkl)-Dij(Tkl)
此差動值ΔDij表示該溫度之一改變量與該基板之膜厚之一改變量之間的對應關係(溫度與膜厚之間的關係)。可在一矩陣或類似者中分類該等差動值ΔDij。圖5顯示溫度與膜厚之間之導出的關係之一範例。
(3)計算預期膜厚D之方法的細節
說明計算該預期膜厚D之方法的細節。為了計算該預期膜厚D，首先估計該基板溫度，如以下項目1)與2)所說明。使用該估計的基板溫度來計算一膜厚。
1)　晶圓W上之溫度的估計
基於該設定溫度量變曲線，該控制部分120針對該等個別監視晶圓Wm1至Wm5估計一中心部分處的溫度(中心溫度)Tc1至Tc5與一邊緣部分處的溫度(邊緣溫度)Te1至Te5。
針對此估計使用以下表達式(1)與(2)，其在控制工程中為人所知。
x(t+1)=A‧x(t)+B‧u(t)…表達式(1)
y(t)=C‧x(t)+u(t)　…表達式(2)
其中
t：時間週期，
x(t)：n維狀態向量，
y(t)：m維輸出向量，
u(t)：r維輸入向量，以及
A、B、C：分別係nxn、nxr及mxn之常數矩陣。
表達式(1)係稱為狀態等式，而表達式(2)係稱為輸出等式。藉由同時求解表達式(1)與(2)，可計算對應於該輸入向量u(t)之輸出向量y(t)。
在此具體實施例中，該輸入向量u(t)在該設定溫度量變曲線之下下降，而該輸出向量y(t)在該等中心溫度Tc1至Tc5與該等邊緣溫度Te1至Te5之下下降。
在表達式(1)與(2)中，該設定溫度量變曲線具有與該中心溫度Tc及該邊緣溫度Te之一多輸入輸出關係。即，該加熱器3之加熱元件31至35(區1至5)之每一者都不獨立影響該等監視晶圓Wm1至Wm5之每一者，但該等加熱元件31至35之每一者都以一方式或另一方式來影響每一監視晶圓。
在已決定該等常數矩陣A、B及C之一組合之後，同時求解表達式(1)與(2)。接著，可自該設定溫度量變曲線來計算該等中心溫度Tc1至Tc5與該等邊緣溫度Te1至Te5。藉由該基板處理部分110之熱特性來決定該等常數矩陣A、B及C。作為用於獲得該等常數矩陣之一方法，(例如)可應用一次空間方法。
替代地，取代上述方法，可使用諸如一卡門濾波器(Kalman filter)之一方法。
2)　膜厚之計算
在其中一膜沈積速率係藉由在一膜之表面上實行之一製程(例如一CVD(化學汽相沈積))來決定之一交錯速率決定製程中，已知該膜厚之一生長速率(膜沈積速率)V係藉由以下表達式(3)之一理論等式(阿瑞尼斯等式(Arrhenius's equation))來表達。
V=C‧exp(-Ea/(kT))　…表達式(3)
其中
C：製程常數(藉由一膜沈積製程決定之常數)，
Ea：活化能量(藉由一種膜沈積製程決定之常數)，
k：波子曼常數，以及
T：絕對溫度。
例如，在其中一SiN膜係自反應氣體SiH2 Cl2 與NH3 沈積之一情況下，Ea=1.8[eV]。
藉由將活化能量Ea與該絕對溫度T(估計的中心溫度Tc與估計的邊緣溫度Te)代入表達式(3)中，決定該晶圓之中心位置處的膜沈積速率V及邊緣位置處的膜沈積速率V。藉由對該膜沈積速率V實行一90度時間相移，可計算一膜厚值(預期膜厚Dij)。
本文中，藉由表達式(3)來計算該膜沈積速率V。即，假定滿足該阿瑞尼斯等式。然而，根據製程條件及/或裝置條件，存在阿瑞尼斯等式可能具有某一誤差的可能性，因為要針對該活化能量Ea代入之一值可能並非最佳。為了校正該誤差，可採用一學習函數。即，藉由使用實際測量的值來重複計算以便明白該實際溫度與該等實際膜厚之間之一關係，可依據該關係來精細調整用於該計算中的參數。可將該卡門濾波器用於此學習函數中。可將此學習函數添加至該等步驟S12與S14之任一者。
C.　測量膜厚之輸入(步驟S13)
輸入已依據預定的設定溫度量變曲線(本文中係(B)固定溫度製程2之量變曲線)進行處理的監視晶圓Wm1至Wm5之中心部分與邊緣部分處沈積之膜的厚度之測量的值D0ij。
為了測量該膜厚，可使用一膜厚測量器件，例如一橢圓偏光計。作為該測量的值D0ij，可使用該中心部分/邊緣部分處的膜厚之一實際測量的值。然而，取代其，可藉由基於在該晶圓W上之複數個位置處測量的厚度之一計算來獲得該中心部分/邊緣部分處之一膜厚。藉由使用各種計算，可使用一更精確的值作為該中心部分/邊緣部分處之一膜厚。
例如，在一個晶圓W上之九個點(一個點在該中心部分處、四個點在該邊緣部分處及四個點在該中心與該邊緣之間)處測量一膜厚，可獲得符合測量結果之一表達式(例如，以下表達式(10))。表達式(10)係一模型表達式，其與自晶圓之中心的距離x成二次函數地表示晶圓表面上的膜厚D。
D=a‧x2 +b　…表達式(10)
其中
a與b：常數。
可藉由使用一最小平方方法來計算該等常數a與b。因而，可計算該晶圓W之中心部分與邊緣部分處的膜厚D0ij。
D.　設定溫度之計算(步驟S14)
可依據以下製程來計算該等設定溫度T1(T11至T15)至T3(T31至T35)。如上面所說明，可將該學習函數添加至該步驟S14。
1)　測量膜厚D0ij與目標膜厚Dt之間的差(膜厚差)ΔD0ij之計算
可自以下表達式導出該差。
ΔD0ij=D0ij-Dt
2)　溫度改變量ΔTkl之計算
基於該膜厚差ΔD0ij，可計算該設定溫度之一改變量(溫度改變量)ΔTkl。為了藉由該膜厚差ΔD0ij來改變該預期膜厚Dij，必須滿足以下表達式(20)。另一方面，如表達式(21)所示，例如，可設定該溫度改變量ΔTkl之一實際值範圍。
ΔD0ij=Σ(ΔDij(Tkl)*ΔTkl)…表達式(20)
-ΔT<ΔTkl<ΔT　…表達式(21)
本文中，例如，ΔT為50℃。表達式(20)係一種線性近似，並且有效範圍(符合該實際值)並不總是較廣。因而，有效的係藉由表達式(21)來限制該範圍。此外，在膜品質方面，溫度範圍之此類限制亦有效。即，當針對該晶圓W之製程溫度超過一預定範圍時，可能不會在該晶圓W上沈積(一所需膜品質之)一所需膜，以從而引起一製造的半導體器件中之一缺陷。
因為表達式(20)本身係一聯立線性等式，其中要獲得的溫度改變量Δkl之數目係十五而表達式的數目係十，故可獲得該等溫度改變量ΔTkl之組合。然而，考量表達式(21)的限制，存在可能無解的可能性。因而，有效的係藉由以下方法來計算該溫度改變量ΔTkl。即，在表達式(21)之條件下，計算最小化以下量S的溫度改變量ΔTkl。該量S係表示該目標膜厚Dt與該膜厚差之一均方根的量。
S=Σ(ΔD0ij-Σ(ΔDij(Tkl)*ΔTkl))2 　…表達式(22)
3)　設定溫度Tkl之計算
在已如上面所說明計算該溫度差ΔTkl之後，藉由將用於先前製程(依據量變曲線(B)固定溫度製程2之製程)中的設定溫度Tkl表示為T0kl，可自以下表達式(23)來計算用於隨後製程之一設定溫度T1kl。
T1kl=TOkl+ΔTkl　...表達式(23)
E.　預期膜厚D1ij之計算(步驟S15)
接著，計算於該設定溫度T1kl之預期膜厚D1ij。
類似於上述方法，估計該晶圓W上之一溫度，並接著計算該預期膜厚D1ij。
F.　預期膜厚是否在容許範圍內之判斷及設定時間週期tt1至tt3之改變(步驟S16與17)
判斷該預期膜厚D1ij是否在一預定容許範圍(均勻度)內(步驟S16)。例如，判斷|D1ij-Dt|之全部或一部分是否等於或小於一容許量Th。
|D1ij-Dt|<Th　…表達式(24)
當該等預期膜厚D1ij不在該容許範圍內時，改變該設定時間週期，並重複該等步驟S12至S16。
例如，增加或減小該時間週期tt1三分鐘，並增加或減小該時間週期tt2三分鐘。在此情況中，形成九個條件圖案，其包括其中時間週期tt1或tt2皆非變動之一圖案。對於此等九個條件而言，導出溫度與膜厚之間之一第二關係，並決定(重新決定)一設定溫度或類似者。
圖6顯示該等設定時間週期的九個組合。在圖案0中，該等設定溫度T1至T3均非變動。在圖案a至h中，該等設定溫度T2與T3之一者係變動。
可先決定該等設定時間週期之改變的內容(該等設定溫度T1至T3之設定時間週期係變動(完全變動或部分變動)，並改變該等個別設定溫度T1至T3之寬度)，並且可將該等內容儲存於該控制部分120之儲存器件中。替代地，回應來自該基板處理裝置100之一詢問，一使用者可適當輸入該等內容。此外，一使用者可適當輸入該設定時間週期是否係變動。
在以上具體實施例中，基於該預期膜厚D1ij是否在該容許範圍內的事實，決定(判斷)該等設定時間週期tt1至tt3是否係變動。然而，亦可取代其使用以下方式。即，預設用於改變該等設定時間週期tt1至tt3的次數，並且計算該預期膜厚D1ij該預定次數。接著，選擇可提供膜厚之最佳均勻度的設定溫度T1至T3與設定時間週期tt1至tt3之一組合。
G.　基板(晶圓W)之製程(步驟S18)
基於該設定溫度Tk1，處理晶圓W。即，將該等晶圓W裝載至該基板處理部分110中，並依據圖2(C)所示之設定溫度量變曲線來使該等晶圓W經受一熱製程(膜沈積製程)。
H.　測量膜厚是否在容許範圍內之判斷(步驟S19)
測量該處理的晶圓W之膜厚。當該等測量膜厚不在該容許範圍內時，重複該等步驟S12至S19的製程。此時，可根據情況(例如，當顯示溫度與膜厚之間之關係的表未係較大改變時)省略導出顯示溫度與膜厚之間的關係之一表的導出步驟(步驟S12)。例如，可存在其中再次實行計算而不對顯示溫度與膜厚之間之關係的表施加任何影響的情況，或其中該學習函數係添加至該步驟S14的情況。
(其他具體實施例)
可在本發明之概念的範疇內延伸或修改上面說明的具體實施例。該基板並不限於一半導體晶圓，但可以係一玻璃基板。劃分該加熱器的數目並不限於五。
2．．．反應管
2a．．．內管
2b．．．外管
3．．．加熱器
21．．．圓柱形金屬歧管
23．．．晶舟
24．．．蓋部件
25．．．儲熱管(熱絕緣部件)
26．．．舟升降機
27．．．排氣管
28．．．壓力調整部分
31至35．．．加熱元件
41至45．．．功率控制器
51．．．氣體供應管
52．．．氣體供應管
61．．．流動速率調整部分
62．．．流動速率調整部分
100．．．基板處理裝置
110．．．基板處理部分
120．．．控制部分
S1in至S5in．．．內溫度感測器
S1out至S5out．．．外溫度感測器
Wm1至Wm5．．．監視晶圓
圖1係顯示本發明之一具體實施例中之一基板處理裝置的示意性斷面圖。
圖2(a)至(c)係顯示一設定溫度量變曲線之一範例的圖表。
圖3係顯示用於操作該基板處理裝置之一製程之一範例的流程圖。
圖4係顯示要輸入之製程條件之一範例的表。
圖5係顯示溫度與膜厚之間的關係之一範例的表。
圖6係顯示改變的設定時間週期之組合的表。
2．．．反應管
2a．．．內管
2b．．．外管
3．．．加熱器
21．．．圓柱形金屬歧管
23．．．晶舟
24．．．蓋部件
25．．．儲熱管(熱絕緣部件)
26．．．舟升降機
27．．．排氣管
28．．．壓力調整部分
31至35．．．加熱元件
41至45．．．功率控制器
51．．．氣體供應管
52．．．氣體供應管
61．．．流動速率調整部分
62．．．流動速率調整部分
100．．．基板處理裝置
110．．．基板處理部分
120．．．控制部分
S1in至S5in．．．內溫度感測器
S1out至S5out．．．外溫度感測器
Wm1至Wm5．．．監視晶圓

Claims (8)

  1. 一種基板處理裝置，其包含：一儲存部分，其儲存一設定溫度量變曲線，該設定溫度量變曲線包括：一第一步驟，其中在一第一時間週期期間將一溫度自一第一溫度改變至一第二溫度；一第二步驟，其中在一第二時間週期期間將該溫度保持於該第二溫度；以及一第三步驟，其中在一第三時間週期期間將該溫度自該第二溫度改變至一第三溫度；一基板處理部分，其藉由依據該設定溫度量變曲線加熱該基板並藉由在該第三步驟中供應一製程氣體，而在一基板上沈積一膜；一第一導出部分，其導出當一基板係依據其中該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度之至少一者係變動之一變動溫度量變曲線進行處理時溫度與膜厚度之間之一第一關係，該第一關係為一溫度改變量與該基板上複數個位置處的膜厚改變量之間之一對應關係；一輸入部分，已依據一預定設定溫度量變曲線藉由該基板處理部分實際處理的該基板上之該複數個位置處之測量膜厚係輸入至該輸入部分；一第一決定部分，其基於溫度與膜厚之間的該第一關係、於該複數個位置處之該測量膜厚及一預定目標膜厚來決定該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度； 一預期膜厚計算部分，其計算欲依據與該決定的第一溫度、該決定的第二溫度及該決定的第三溫度對應之該設定溫度量變曲線來實際處理的一基板上之複數個位置處的預期膜厚；一第二導出部分，其在預定情況下改變該第一時間週期、該第二時間週期及該第三時間週期之至少一者，並導出當該基板係依據其中該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度之一者係變動之另一變動溫度量變曲線進行處理時溫度與膜厚度之間之一第二關係，該第二關係為一溫度改變量與該基板上之該複數個位置處的膜厚改變量之間之一對應關係；以及一第二決定部分，其基於溫度與膜厚之間的該第二關係、該複數個位置處之該測量膜厚及該預定目標膜厚來重新決定該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度。
  2. 如請求項1之基板處理裝置，其中該等預定情況係其中該複數個位置處的該等預期膜厚不在相對於該預定目標膜厚之一預定容許範圍內的情況。
  3. 如請求項1之基板處理裝置，其中該儲存部分儲存複數個設定溫度量變曲線；且該基板處理部分包括：一保持部分，其可以一層狀方式來保持複數個基板；以及複數個加熱部分，其熱值可依據該等個別設定溫度量變曲線加以控制。
  4. 如請求項3之基板處理裝置，其中： 該第一導出部分經組態用以導出當一基板係依據在其任一者中該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度之至少一者係變動之複數個變動溫度量變曲線進行處理時溫度與膜厚度之間之該第一關係，該第一關係為一溫度改變量與該基板上之複數個位置處的膜厚改變量之間之一對應關係；該輸入部分經組態以使得分別與該複數個加熱部分對應的複數個基板上之該複數個位置處之測量膜厚被輸入，該等基板已依據該複數個預定設定溫度量變曲線藉由該基板處理部分來實際處理；以及該第一決定部分，其經組態用以基於溫度與膜厚之間的該第一關係、該複數個基板上之該複數個位置處之該等測量膜厚及該預定目標膜厚來決定該複數個設定溫度量變曲線之每一者的該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度。
  5. 如請求項1之基板處理裝置，其中該第一導出部分包括：一第一計算部分，其計算當該基板係依據其中該第一溫度係變動之一設定溫度量變曲線進行處理時該複數個位置處的第一預期膜厚；一第二計算部分，其計算當該基板依據其中該第二溫度係變動之另一設定溫度量變曲線進行處理時該複數個位置處的第二預期膜厚；一第三計算部分，其計算當該基板係依據其中該第三 溫度係變動之另一設定溫度量變曲線進行處理時該複數個位置處的第三預期膜厚；一第四計算部分，其計算當該基板係依據其中該等溫度皆無變動之原始設定溫度量變曲線進行處理時該複數個位置處的第四預期膜厚；以及一差計算部分，其計算該等第一至第三預期膜厚之每一者與該等第四預期膜厚之間的差。
  6. 一種基板處理裝置之控制方法，該基板處理裝置藉由依據一設定溫度量變曲線加熱一基板及藉由在第三步驟中供應一製程氣體而在該基板上沈積一膜，該設定溫度量變曲線包括：一第一步驟，其中在一第一時間週期期間將一溫度自一第一溫度改變至一第二溫度；一第二步驟，其中在一第二時間週期期間將該溫度保持於該第二溫度；以及該第三步驟，其中在一第三時間週期期間將該溫度自該第二溫度改變至一第三溫度；該方法包含以下步驟：導出當一基板係依據其中該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度之至少一者係變動之一變動溫度量變曲線進行處理時溫度與膜厚之間之一第一關係，該第一關係為一溫度改變量與該基板上複數個位置處的膜厚改變量之間之一對應關係；輸入已依據該設定溫度量變曲線進行實際處理的該基板上之該複數個位置處之測量膜厚；基於溫度與膜厚之間的該第一關係、該複數個位置處 之該等測量膜厚及一預定目標膜厚來決定該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度；計算欲依據與該決定的第一溫度、該決定的第二溫度及該決定的第三溫度對應之該設定溫度量變曲線來實際處理的一基板上之複數個位置處的預期膜厚；在預定情況下，改變該第一時間週期、該第二時間週期及該第三時間週期之至少一者，並接著導出當該基板係依據其中該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度之一者係變動之另一變動溫度量變曲線進行處理時溫度與膜厚之間之一第二關係，該第二關係為一溫度改變量與該基板上之該複數個位置處的膜厚改變量之間之一對應關係；以及基於溫度與膜厚之間的該第二關係、該複數個位置處之該等測量膜厚及該預定目標膜厚來重新決定該第一溫度、該第二溫度及該第三溫度。
  7. 如請求項6之基板處理裝置之控制方法，其中該等預定情況係其中該複數個位置處的該等預期膜厚不在相對於該預定目標膜厚之一預定容許範圍內的情況。
  8. 一種儲存媒體，其儲存可在一電腦上運作之一電腦程式，該電腦程式包括用以實施如請求項6之基板處理裝置之控制方法之步驟。
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