WO2005004214A1 - 熱処理装置及びその校正方法 - Google Patents

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WO2005004214A1
WO2005004214A1 PCT/JP2004/009326 JP2004009326W WO2005004214A1 WO 2005004214 A1 WO2005004214 A1 WO 2005004214A1 JP 2004009326 W JP2004009326 W JP 2004009326W WO 2005004214 A1 WO2005004214 A1 WO 2005004214A1
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temperature
thermal model
heater
heat treatment
processing container
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PCT/JP2004/009326
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Youngchul Park
Kazuhiro Kawamura
Yuichi Takenaga
Original Assignee
Tokyo Electron Limited
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring

Definitions

  • the present invention relates to a method for calibrating a heat treatment apparatus for heat-treating an object to be processed such as a semiconductor wafer, and more particularly, to predicting the temperature of a contained object to be processed using a thermal model, and based on the predicted result. And a method for calibrating a thermal model of a heat treatment apparatus for performing control.
  • processing is performed according to the type and thickness of a thin film to be formed.
  • Processing conditions such as temperature, processing pressure, and gas flow rate are determined, and a recipe in which these processing conditions are written is prepared. Then, when each operator selects a recipe according to the type and thickness of the thin film, the heat treatment apparatus is operated based on predetermined processing conditions.
  • the heat treatment apparatus performs a process while controlling processing conditions such as a processing temperature, a processing pressure, and a gas flow rate to match target values defined in a recipe.
  • processing conditions such as a processing temperature, a processing pressure, and a gas flow rate to match target values defined in a recipe.
  • the pressure in the heating furnace can be measured relatively accurately by a pressure gauge, and the gas flow rate can be measured relatively accurately by a mass flow controller or the like including a flow meter arranged in a supply pipe.
  • a mass flow controller or the like including a flow meter arranged in a supply pipe.
  • a method of mounting a temperature sensor on a wafer and storing it in a heating furnace is also conceivable, but it is not possible to form a semiconductor element at the temperature sensor mounting location, and impurities from the temperature sensor may be removed from the entire heating furnace. And the yield of semiconductor devices may be reduced.
  • the thermal model of the above device is set as follows. First, a thermal model (basic model) is generated for the basic device (basic device). The generated basic model is applied to devices with the same structure. Next, setup work is performed to absorb subtle machine differences (individual differences) between the basic device and each device. In this work, the film formation work for setup is performed in each device, the difference between the formed film thickness and the target film thickness is corrected, and the thermal model is corrected. This enables the formation of a film having the same thickness between them.
  • the thermal state of the apparatus may become difficult to understand in some cases. For example, if the thermal model cannot absorb the machine difference, it is difficult to determine which part of the apparatus causes the variation in the process results (for example, the variation in the film thickness in the film forming process). was there. In other words, the thermal properties of the individual devices were not exactly known.
  • the present invention has been made under such circumstances, and a heat treatment apparatus that predicts the temperature of an object to be processed using a thermal model and performs a heat treatment based on the predicted temperature is provided. It is intended to enable accurate temperature prediction.
  • the present invention makes it possible to predict the temperature of an object to be processed using a thermal model, and to more accurately grasp temperature characteristics in a heat treatment apparatus that performs heat treatment based on the predicted temperature. That is another purpose.
  • a method for calibrating a heat treatment apparatus includes a processing vessel for accommodating an object to be processed, a plurality of heaters, and a plurality of temperature sensors.
  • a thermal model for estimating the temperature of the processing object in the processing container from the output of the processing container, and predicting the temperature of the processing object in the processing container from the output of the temperature sensor using the thermal model.
  • the thermal model can be calibrated to a state suitable for the heat treatment apparatus, and the temperature can be appropriately predicted. Therefore, the heat treatment process can be performed appropriately. In particular, it is possible to correct the difference between the expected temperature and the actual temperature based on the thermal characteristics of the heat treatment apparatus. As a result, for example, if the process results differ from what is expected and the temperature change during the process matches the expected change, it can be easily determined that the cause is other than heat.
  • the processing container is capable of accommodating a plurality of objects to be processed
  • the temperature measuring step includes: arranging a temperature sensor adjacent to the object to be processed; Measuring the temperature of the object by using the temperature sensor.
  • the calibrating step includes: obtaining a correction value of the expected value based on the measured temperature and the expected temperature; and calibrating the thermal model so that the expected value is corrected by the correction value. I do.
  • the heater in the heating step, is driven to sequentially set the inside of the processing container to a plurality of set temperatures, and the temperature measuring step includes performing the processing at each set temperature.
  • the step of measuring the temperature in the container and estimating the temperature includes estimating the temperature in the processing container at each set temperature, and the calibrating step includes the step of measuring the plurality of measured temperatures and the plurality of expected temperatures.
  • a correction value of the expected value is obtained based on the correction value, and the thermal model is calibrated so that the expected value of the thermal model is corrected by the correction value.
  • the thermal model has a function of estimating the temperature of the heater and the temperature of each temperature sensor, and the calibrating step includes the step of changing the temperature of the heater and the measured temperature of the temperature sensor.
  • a correction value is calculated based on the relationship between the temperature of the temperature sensor closest to the heater and the actual temperature of the temperature sensor.
  • the thermal model is calibrated to correct based on the value.
  • an internal heater is disposed in the processing container, the thermal model has a function of estimating a temperature of the internal heater, and the calibration step includes a temperature of the internal heater. Based on the relationship between the amount of change in the temperature sensor and the amount of change in the measured temperature of the temperature sensor, and the difference between the temperature predicted by the thermal model of the temperature sensor closest to the internal heater and the measured temperature of the temperature sensor. A correction value may be obtained, and the thermal model may be calibrated so that an expected value is corrected based on the correction value.
  • first and second heaters are arranged at an upper portion and a lower portion of the object to be processed accommodated in the processing container, respectively, and the thermal model includes the first and second heaters.
  • a first correction value is calculated based on a difference between an expected temperature of the temperature sensor by a thermal model and an actually measured temperature of the temperature sensor, and a change amount of the temperature of the second heater and measurement of the temperature sensor are measured.
  • the second correction based on the relationship between the constant temperature change amount and the difference between the predicted temperature of the temperature model closest to the second heater by the thermal model and the actually measured temperature of the temperature sensor. Value and correct the predicted value from the thermal model based on the first and second correction values. Calibrating the pre SL thermal model so that, may be.
  • the temperature in the processing container may be predicted using the thermal model calibrated by the calibration method having the above configuration, and the object may be subjected to heat treatment based on the predicted temperature.
  • a heat treatment apparatus comprises: A thermal model for estimating the temperature of the processing object in the processing container from an output of the temperature sensor, comprising: a processing container for housing the processing object; a plurality of heaters; and a plurality of temperature sensors. From the output of the temperature sensor, the temperature of the object in the processing container is predicted using the thermal model, and the heater is controlled based on the predicted temperature, so that the object is heat-treated.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a control unit shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of data stored in a thermal model storage unit and a recipe storage unit shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a setup recipe.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a temperature measuring device.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state where an arm of the temperature measuring device is inserted into a boat.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining a procedure of calibrating a reference thermal model and generating a calibration thermal model.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining a procedure for calibrating a reference thermal model and generating a calibration thermal model.
  • FIG. 9 is a diagram showing a state where an expected temperature and a measured temperature according to a reference thermal model are stored in association with each set temperature according to a setup recipe.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a method of correcting a reference thermal model. Explanation of reference numerals
  • thermocouple temperature sensor
  • the vertical heat treatment apparatus 1 includes a processing vessel (reaction tube) 11 as shown in FIG.
  • the processing container 11 accommodates a wafer W as an object to be processed and performs a predetermined heat treatment, for example, a CVD process, and is formed of a material having heat resistance and corrosion resistance, for example, quartz glass.
  • the processing container 11 has a single-pipe structure with an upper end and a lower end opened, and the upper end is narrowed to a small diameter to form an exhaust part 12.
  • the exhaust unit 12 is connected to a vacuum pump or the like via an exhaust pipe (not shown).
  • a gas introduction unit (introduction port) 13 for introducing a processing gas or an inert gas into the processing container 11 is arranged below the processing container 11.
  • the gas introduction unit 13 is provided with one or a plurality of gas supply system pipes 14 communicating with a gas source.
  • the processing gas introduced from the gas introduction unit 13 The wafer is moved up in the processing container 11 and subjected to a predetermined heat treatment of the wafer W, and then exhausted by the exhaust unit 12.
  • the lower end 15 formed in a flange shape of the processing container 11 is opened and closed by a lid 21 formed of a heat resistant and corrosion resistant material such as stainless steel.
  • the lid 21 is moved up and down by an elevator (not shown) to seal the lower end 15 of the processing container 11 at the raised position, and to open the lower end 15 of the processing container 11 at the lowered position.
  • a ring 22 for ensuring airtightness is arranged between the lower end 15 of the processing container 11 and the lid 21, a ring 22 for ensuring airtightness is arranged.
  • a rotating column 23 is erected at the center of the lid 21 so as to be rotatable, and a rotating table 24 is fixed to an upper end of the rotating column 23.
  • a drive unit 25 for rotating the rotating column 23 is provided below the lid 21.
  • a quartz glass boat (wafer boat) 26 capable of mounting 60 semiconductor wafers W at predetermined intervals in the height direction is placed.
  • the boat 26 is placed on the rotary table 24 with the lid 21 lowered, and when the lid 21 is raised to seal the lower end 15 of the processing container 11, the loading into the processing container 11 is completed. After the completion of the process, the lid 21 is unloaded by lowering.
  • the wafer W is rotated by the rotation of the rotary table 24 by the driving unit 25, and a uniform heat treatment is performed on the wafer W.
  • a peripheral heater 31 for heating the peripheral edge of the wafer W accommodated in the processing container 11 to increase the temperature is arranged.
  • the peripheral surface heater 31 is formed of, for example, a rod-shaped resistance heating element, and is disposed in a cylindrical shape so as to surround the processing container 11 in a vertical state.
  • the peripheral heater 31 includes a main heater 3 la for heating the entire periphery of the processing container 11, an upper sub-heater 31 b and a lower end sub-heater 31 c for heating the upper and lower ends of the processing container 11.
  • the main heater 31a and the sub-heaters 31b and 31c are alternately arranged in the circumferential direction of the processing container 11.
  • An upper heater 32 and a lower heater 33 are provided above and below the processing chamber 11.
  • the upper surface heater 32 is for preventing a decrease in the wafer temperature due to heat radiation on the exhaust side of the processing chamber 11, is formed in a donut shape around the exhaust unit 12, and is fixed to the support 35 by the support member 34. Have been.
  • the lower surface heater 33 prevents a decrease in wafer temperature due to heat radiation through the lid 21 and the like. And is fixed on the lid 21 by a support member 34 so as to be located below the rotary table 24 in the processing container 11.
  • the lower heater 33 has a rotating column at the center.
  • the temperature sensor S1 is disposed at a position corresponding to the upper portion of the boat 26, the temperature sensor S2 is disposed at a position corresponding to the center of the boat 26, and the temperature sensor S3 is disposed at a position corresponding to the lower portion of the boat 26.
  • a temperature sensor S4 is disposed at a position between the upper surface heater 32 in the processing container 11 and the upper end surface of the boat 26, and a position between the lower surface heater 33 and the rotary table 24 in the processing container 11.
  • the temperature sensors S4 and S5 are housed in, for example, a quartz tube to prevent metal contamination.
  • the outputs (detected temperatures) of the temperature sensors S1 and S5 are used to predict (estimate; predict) the surface temperatures of the wafer W placed on the boat 26 and the upper and lower heaters 32 and 33, as described later. used.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a control unit 100 that controls the entire apparatus.
  • the control unit 100 includes a temperature sensor S1—S5, an operation panel 121, a pressure gauge (group) 122, a heater controller 123, a mass flow controller 124, and a valve opening / closing control unit 125.
  • a vacuum pump 126 and the like are connected.
  • the temperature sensors S1 to S5 determine the temperature of the outer wall surface of the processing chamber 11 and the upper heater 3
  • the operation panel 121 has a display screen and operation buttons, transmits an operator's operation instruction to the control unit 100, and displays various information from the control unit 100 on the display screen.
  • the pressure gauge (group) 122 measures the pressure of each part in the processing vessel 11 and the exhaust part 12, and notifies the control part 100 of the measured value.
  • the heater controller 123 is for individually controlling the heaters 31a, 31b, 31c, 32, and 33. In response to an instruction from the control unit 100, the heaters 31a, 31b are controlled. , 31c, 32, and 33 to heat them, and measure the power consumption of each heater 31a, 31b, 31c, 32, and 33 individually, and notify the control unit 100.
  • the mass flow controller 124 is disposed in each pipe, controls the flow rate of gas flowing through each pipe to an amount instructed by the control unit 100, and measures the flow rate of gas actually flowing. Notify
  • the valve opening / closing control unit 125 is provided in each pipe, and controls the opening of a valve provided in each pipe to a value instructed by the control unit 100.
  • the vacuum pump 126 is connected to the exhaust unit 12 of the processing container 11 via an exhaust pipe or the like, and exhausts the inside of the processing container 11.
  • the control unit 100 includes a thermal model storage unit 111, a recipe storage unit 112, a ROM 113, a RAM 114, an I / O port 115, a CPU 116, and a CPU. And a bus 117 to be connected.
  • the thermal model storage unit 111 stores a standard thermal model Ml created using a standard apparatus having the same specifications as the thermal processing apparatus 1 and a standard thermal model Ml.
  • the calibration thermal model M2 generated by calibrating (customizing) for the device 1 is stored.
  • the reference heat model Ml is stored in the heat model storage unit 111, and the calibration heat model M2 is stored by the setup processing of the heat treatment apparatus 1.
  • the reference thermal model Ml and the calibration thermal model M2 are both output signals (measurement temperatures) of the temperature sensors S1-S5 and power supplied to the heaters 31a-33 (from the heater controller 123 connected to the heaters 31a-33). (Mathematical model; higher-order, multi-dimensional system I) from the estimated value of the power supply of the reactor), etc.
  • the reference heat model M 1 The thermal model M2 is generated using the common thermal model M2, while the calibration thermal model M2 uses the standard thermal model Ml when setting up each thermal process unit 1. It is generated by calibrating it to accurately reflect the thermal characteristics of it, and used for actual operation (process processing).
  • the reference thermal model Ml uses the output signal (measured temperature) of the temperature sensors S1 and S5 and the power supplied to the heaters 31a 33 and the like to determine whether the wafer placed on the boat 26 (the upper part of the boat) Wafer)
  • the temperature of the central part P4 and the peripheral part P5 (temperatures of five places in total), the surface temperature of the upper heater 32 and the lower heater 33, and the temperature sensor Predict the temperature of S4 and S5.
  • the reason why the temperature at the periphery of the wafer W at the center of the boat is not measured is that the center of the boat 26 is the most thermally stable area, and the temperature difference between the center P3 of the wafer W and the periphery is almost zero. Since the temperature does not occur, the temperature of the central portion P3 can represent the temperature of the entire wafer W in the central portion of the boat.
  • the reference thermal model Ml obtains the power to be supplied to each heater 31a33 in order to set the wafer temperature to the temperature (target value) specified by the recipe from the predicted wafer temperature.
  • a method for generating the thermal model itself for example, a method disclosed in US Pat. No. 5,517,594 can be used.
  • the calibration thermal model M2 has the same structure as the reference thermal model Ml, except that the calibration thermal model M2 is customized so that the temperature of each part can be accurately estimated in accordance with the thermal characteristics unique to the heat treatment apparatus 1. is there.
  • the recipe storage unit 112 stores a setup recipe R1 and one or more process recipes R2.
  • setup recipe R1 is stored at the beginning of the manufacture of the heat treatment apparatus 1.
  • the setup recipe R1 is executed when the reference thermal model Ml of the heat treatment apparatus 1 is calibrated, and as shown in FIG. 4, the temperature of the above-described five points P1 to P5 is increased stepwise with respect to time. Specifies that warming is required.
  • the process recipe R2 is a recipe prepared for each heat treatment (process) performed by the user.
  • the ROM 113 shown in FIG. 2 is a recording medium that is configured by an EEPR @ M, a flash memory, a hard disk, and the like, and stores an operation program of the CPU 116 and the like.
  • RAMI 14 is CP
  • the I / O port 115 is connected to the above-mentioned temperature sensors S1 to S5, the operation panel 121, the pressure gauge 122, the heater controller 123, the mass flow controller 124, and the valve opening / closing controller 125, and receives data and signals. Control the output.
  • the bus 117 transmits information between the units.
  • a CPU (Central Processing Unit) 116 forms a central part of the control unit 100, executes a control program stored in the ROM 113, and stores a recipe record in accordance with an instruction from the operation panel 121. The operation of the heat treatment apparatus 1 is controlled in accordance with the recipe stored in the storage unit 112.
  • CPU Central Processing Unit
  • the temperature measuring device 51 includes a column 52, and first, second, and third arms 53, 54, and 55 extending horizontally from the column 52. As shown in FIG. 6, the first, third, and third arms 53, 54, and 55 are arranged at positions that can be inserted into the upper slot, the center slot, and the lower slot of the boat 26 from the side. Further, thermocouples (temperature sensors) TC1 and TC5 are arranged on the first and third arms 53-55.
  • thermocouples TC1 and TC2 are arranged at positions facing the central portion P1 and the edge portion P2 of the wafer W in the upper slot of the boat 26 when inserted into the boat 26, respectively. It has been.
  • thermocouple TC3 is disposed on the second arm 54 at a position facing the central portion P3 of the wafer W in the central slot of the boat 26 when the second arm 54 is inserted into the boat 26.
  • thermocouples TC4 and TC5 are arranged at positions facing the central portion P4 and the edge portion P5 of the wafer W in the lower slot of the boat 26 when inserted into the boat 26. I have.
  • thermocouples TC1 to TC5 are arranged in non-contact proximity to the respective temperature monitor wafers (boat upper slot wafer, boat center slot wafer, and boat lower slot wafer) W, and the temperature measurement wafer W The surface temperature of the region P1—P5 can be measured almost exactly.
  • the output signal lines of these thermocouples TC are connected to the I / O port 115 of the control unit 100 during setup.
  • This set-up operation determines the difference in thermal characteristics based on the subtle difference between each heat treatment apparatus 1 and the reference apparatus, and stores the reference heat model Ml stored in the heat model storage unit 111 in this heat treatment apparatus 1. This is the work of calibrating to the unique calibration heat model M2.
  • the operator lowers the lid 21 and places the boat 26 on which the dummy wafer W is mounted on the turntable 24.
  • the temperature measurement device 51 the temperature measurement device 51
  • control unit 100 (its CPU 116) starts operating according to the calibration processing program stored in the ROM 113.
  • control unit 100 controls the valve opening / closing control unit 125, the vacuum pump 126, etc., monitors the output of the pressure gauge 122, and reduces the pressure inside the processing container 11 to a predetermined pressure (step S11).
  • the temperature of the region P1 P5 of the wafer W in the processing chamber 11 is set to the first temperature (for example, 400 ° C.) according to the setup recipe R1 (Step S12).
  • Step S13 the temperatures of the positions P1 to P5 of the center and the periphery of each temperature monitor wafer W are actually measured by the thermocouple TC1 to TC5 (Step S13).
  • the temperatures at the positions P1 to P5 at the center and the periphery of the temperature monitor wafer W are predicted (step S14).
  • the measured value and the predicted value are stored in the RAMI 14 in association with each other (step S15).
  • step S16 it is determined whether or not processing has been completed for all temperatures set in the setup recipe R1 (step S16). If the temperature has not been completed, that is, if there is a temperature that has not been set (step S16; No), the process returns to step S12, and the same processing is repeated for the next set temperature.
  • Step S16 when the processing for all the temperatures set in the setup recipe R1 is completed (Step S16; Yes), the correspondence table between the measured temperature and the expected temperature as shown in FIG. 14, and the process proceeds to step S18.
  • thermocouple T based on the correspondence table formed on RAMI 14, thermocouple T
  • the method of obtaining the correction value itself is arbitrary.
  • the correction value can be obtained according to the following Equation 1.
  • correction value i Predicted value by thermal model M 1 TP i-one real Jf direct TR ii: Value of 1 to 5 indicating expected temperature area (P1 to P5)
  • the correction value i may be a fixed value or may be in the form of a function.
  • T the reference thermal model Ml (Expected temperature)
  • the reference thermal model Ml is calibrated (step S19). That is, the reference heat model Ml is corrected so that the value shown in Expression 2 becomes an expected value.
  • the correction value is represented by a function f (T) as shown in FIG. 10, and the temperature predicted by the reference thermal model Ml is TO, the expected temperature force ST0—f (TO) Correct the reference thermal model Ml.
  • the reference thermal model Ml is corrected so that the surface temperatures of the upper heater 32 and the lower heater 33 in the processing chamber 11 can be accurately predicted (Step S20). This correction operation will be described with reference to FIG.
  • the temperature in the processing vessel 11 is controlled so as to be maintained at a predetermined constant value Tcons, and the system is stabilized.
  • the temperatures of the temperature sensors S4 and S5 are predicted using the reference thermal model Ml before updating. Further, the measured values of the temperature sensors S4 and S5 are obtained (step S21).
  • the correlation between the variation ATt of the surface temperature of the upper heater 32 and the variation ATs1 of the temperature of the sensors S1 to S5 is calculated from the system model including the heater controller 123. Is obtained (step S23).
  • Equation 5 a matrix Kb (Equation 5) that satisfies Equation 6 is obtained.
  • Kb [Kbl Kb2 Kb3 Kb4 Kb5]
  • ATb [Kbl Kb2 Kb3 Kb4 Kb5] ATs3
  • Temperature sensor S5CD expected temperature-measured temperature of temperature sensor S5
  • the customized reference thermal model Ml that is, the calibration thermal model M2 is stored in the thermal model storage unit 111 (step S25), and thereafter, the temperature of the position P1 P5 of the wafer W, the upper heater 32, and the lower surface. Used to predict the surface temperature of heater 33.
  • a process recipe R 2 corresponding to the process to be performed is stored in the recipe storage unit 112. Subsequently, the process proceeds while estimating the temperatures of the wafer W and the upper and lower heaters 32 and 33 using the calibration heat model M2. At this time, since the calibration heat model M2 has been calibrated for the heat treatment apparatus 1, the temperature of the wafer W and the heaters 32 and 33 can be accurately predicted. If the result of the process falls below the acceptable level, it is easy to identify whether the cause is force due to heat or other factors.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and applications are possible.
  • the temperatures of the upper heater 32 and the lower heater 33 are measured using, for example, a radiation thermometer or the like, and are based on the predicted value by the reference heat model Ml and the actually measured value by the radiation thermometer. Then, a correction value may be obtained, and the expected temperature may be corrected from the correction value.
  • the number and the arrangement position of the temperature sensors for temperature estimation can be changed as appropriate, and the number is not limited to five.
  • the arrangement position may be arranged on the inner wall of the processing container 11 or the like. .
  • the heat treatment apparatus 1 to which the present invention is applied is not limited to the above-described embodiment, and can be arbitrarily changed.
  • the processing vessel 11 has a double-tube structure
  • the number of semiconductor wafers W that can be accommodated in 26 may be a larger capacity (for example, about 100 to 150), or may be a smaller capacity (for example, 15 to 30).
  • the type of force processing described in the present invention using the CVD apparatus as an example is arbitrary, and the present invention is not limited to the CVD apparatus, and may be used in various types such as an oxidation apparatus and an etching apparatus. It is applicable to various batch type heat treatment apparatuses.
  • the device configuration and operation are not limited to the above-described embodiment.
  • the number and arrangement of the power heaters with three side heaters and two internal heaters are arbitrary.
  • the heater is not limited to the electric resistance type, and may be a lamp or the like.
  • the configuration for measuring the temperature of the wafer or the like is not limited to the thermocouple, and any temperature sensor can be applied.
  • thermal model and its design method are not limited to the model and its design method disclosed in US Pat. No. 5,517,594, and may employ any model and any design method. It is possible.
  • the computer program for performing the above-described calibration processing is stored and distributed on a computer-readable recording medium such as a CD-ROM or a DVD-ROM, and is distributed via the I / O port 115.
  • the above calibration processing may be executed by transferring the program to the RAMI 14 and executing the transferred program by the CPU 116. Alternatively, the program may be transferred to I / O port 115 via a network.

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Abstract

　本発明は、熱モデルを用いて被処理体の温度を予想し、予想した温度に基づいて温度制御を行いつつ熱処理を行う熱処理装置において、正確な温度予想を可能とすることを目的としている。熱処理装置１は、複数のウエハＷを収容する処理容器１１と複数のヒータ３１～３３と複数の温度センサＳ１～Ｓ５とを備え、熱モデルを記憶する。熱処理装置１は、温度センサＳ１～Ｓ５の出力から熱モデルを用いてウエハＷの温度を予想し、予想した温度に基づいてヒータ３１～３３を制御することにより、ウエハＷに熱処理を施す。個々の装置における熱モデルは、基本装置に基づいて設計された基準熱モデルを個々の装置用に校正して生成される。処理容器１１内を加熱し、処理容器１１内のウエハＷの温度をセンサで測定し、熱モデルを用いてウエハＷの温度を予想し、実測温度と予想温度とを比較し、実測温度が予想温度に実質的に一致するように基準熱モデルが校正される。

Description

明 細 書
熱処理装置及びその校正方法
技術分野
[0001] 本発明は、半導体ウェハ等の被処理体を熱処理する熱処理装置の校正方法に関 し、特に、収容している被処理体の温度を熱モデルを用いて予想し、予想結果に基 づいて制御を行う熱処理装置の熱モデルを校正する方法に関する。
背景技術
[0002] 多数の半導体ウェハに対して成膜処理、酸化処理あるいは拡散処理などの熱処理 を一括して行うバッチ式熱処理装置においては、成膜すべき薄膜の種類および膜厚 などに応じて、処理温度、処理圧力およびガス流量などの処理条件が決められてお り、これら処理条件を書き込んだレシピが用意されている。そして、各オペレータが薄 膜の種類及び膜厚に応じたレシピを選択することにより、予め定められた処理条件に 基づレ、て熱処理装置が運転される。
[0003] 熱処理装置は、処理温度、処理圧力およびガス流量などの処理条件がレシピに定 められた目標値に一致させるように制御しながら、処理を行う。これらの処理を適切に 行うため、ウェハの温度、加熱炉内の圧力およびガス流量などを測定する必要があ る。
[0004] 加熱炉内の圧力は圧力計により、ガス流量は供給管に配置された流量計を含むマ スフローコントローラ等により、比較的正確に測定が可能である。しかし、ウェハの温 度については、測定が困難である。例えば、ウェハに温度センサを装着して加熱炉 内に収納する手法も考えられるが、温度センサ装着箇所に半導体素子を形成するこ とができず、さらに、温度センサからの不純物が加熱炉内全体を汚染し、半導体装置 の歩留まりを低下させる虞がある。
[0005] これらの問題を解決できる技術が、 日本国特許公幸 P2002-25997A及び米国 特許 US5, 517, 594明細書に開示されている。この技術は、加熱炉に複数の温度 センサを配置し、この温度センサの出力と、ヒータへの供給電力などに基づいて、熱 モデル（数学モデル）を用いてウェハの温度を刻一刻と予想し、予想値を用いて、ヒ ータ電力を制御する技術である。この技術によれば、ウェハの温度を比較的正確に 非接触で予想して、熱処理装置を制御することができる。
[0006] 上記装置の熱モデルは、以下のようにして設定される。まず、基本となる装置（基本 装置）について熱モデル (基本モデル）を生成する。生成した基本モデルを、同一構 造の装置に適用する。次に、基本装置と個々の装置との微妙な機差 (個体差)を吸 収するため、セットアップ作業を行う。この作業は、セットアップ用の成膜作業を個々 の装置で行い、成膜された膜厚と目的とする膜厚との差異力 熱モデルを補正し、機 差によらず均一な膜、すなわち装置間で同一の厚さの膜を形成できるようにするもの である。
[0007] 基本装置と個々の装置との差異は、熱に関するものだけではなぐガスの流量ゃガ スの圧力などについても、存在している。換言すれば、装置間では、圧力計やガス流 量計の測定値のばらつきがある。
[0008] しかし、従来のセットアップ手法では、このような熱以外の要因による機差も全て熱 モデルで吸収して、装置間の個体差をみかけ上なくして、装置間で同一の膜が形成 されるようにしてレ、る。このようなセットアップ手法は、装置間に存在する差異点を細 力べ分析することなぐ実質的に均一な仕様を得ることができ、非常に有効なセットァ ップ手法である。
[0009] し力しながら、従来のセットアップ手法では、場合により、装置の熱的な状況がかえ つて分かりづらくなつてしまう場合があった。例えば、熱モデルで機差を吸収できない ような場合には、プロセス結果のばらつき（例えば、成膜処理における膜厚のばらつ き）の原因が装置のどの部分にあるのかわからなくなってしまうという問題があった。 換言すれば、個々の装置の熱特性が正確には、わからなかった。
発明の開示
[0010] 本発明は、このような事情の下に成されたものであり、熱モデルを用いて被処理体 の温度を予想し、予想した温度に基づいて、熱処理を行う熱処理装置において、より 正確な温度の予想を可能とすることを目的とする。
また、本発明は、熱モデルを用いて被処理体の温度を予想し、予想した温度に基 づいて熱処理を行う熱処理装置において、より正確な温度特性の把握を可能とする ことを他の目的とする。
[0011] 上記目的を達成するため、この発明の第 1の観点に係る熱処理装置の校正方法は 被処理体を収容する処理容器と複数のヒータと複数の温度センサとを備え、前記温 度センサの出力から前記処理容器内の被処理体の温度を推定するための熱モデル を記憶し、前記温度センサの出力から、該熱モデルを用いて、前記処理容器内の被 処理体の温度を予想し、予想した温度に基づレ、て前記ヒータを制御することにより、 前記被処理体に熱処理を施す熱処理装置の校正方法であって、
前記ヒータを駆動して、前記処理容器内を加熱する工程と、
前記処理容器内の前記被処理体の温度を測定する工程と、
測定した前記処理容器内の温度と、前記熱モデルを用いて予想した前記被処理 体の温度とを比較し、実測値に予想値が実質的に一致するように前記熱モデルを校 正する工程と、
を備えることを特 ί数とする。
[0012] 上記の方法によれば、熱モデルをその熱処理装置に適した状態に校正することが 可能となり、温度を適切に予想することができる。従って、熱処理のプロセスを適切に 行うことができる。特に、熱処理装置の熱特性を根拠とする予想温度と実際の温度の ずれを補正することが可能となる。結果として、例えば、プロセス結果が期待するもの と異なり、プロセス中の温度変化が予想された変化に一致する場合には、その原因 が熱以外の点にあることを容易に判別することができる。
[0013] 一実施形態にぉレ、て、前記処理容器は、複数の被処理体を収容可能であり、前記 温度測定工程は、前記被処理体に隣接する温度センサを配置する工程と、配置した 温度センサにより前記被処理体の温度を測定する工程を含む。
[0014] 一実施形態において、前記校正工程は、測定した温度と予想した温度とに基づい て、前記予想値の補正値を求め、予想値を前記補正値により補正するように前記熱 モデノレを校正する。
[0015] 一実施形態において、前記加熱工程は、前記ヒータを駆動して、前記処理容器内 を複数の設定温度に順次設定し、前記温度測定工程は、各設定温度での前記処理 容器内の温度を測定し、前記温度を予想する工程は、各設定温度での前記処理容 器内の温度を予想し、前記校正工程は、測定した複数の温度と予想した複数の温度 とに基づいて、前記予想値の補正値を求め、前記熱モデルの予想値を前記補正値 により補正するように前記熱モデルを校正する。
[0016] 一実施形態において、前記熱モデルは、前記ヒータの温度と各温度センサの温度 を予想する機能を備え、前記校正工程は、前記ヒータの温度の変化量と前記温度セ ンサの測定温度の変化量との関係と、前記ヒータに最も近接する温度センサの熱モ デルによる予想温度と該温度センサの実測温度との差と、に基づレ、て補正値を求め 、予想値を補正値に基づレ、て補正するように前記熱モデルを校正する。
[0017] 一実施形態において、前記処理容器内には内部ヒータが配置されており、前記熱 モデルは、前記内部ヒータの温度を予想する機能を備え、前記校正工程は、前記内 部ヒータの温度の変化量と前記温度センサの測定温度の変化量との関係と、前記内 部ヒータに最も近接する温度センサの熱モデルによる予想温度と該温度センサの実 測温度との差と、に基づいて補正値を求め、予想値を補正値に基づいて補正するよ うに前記熱モデルを校正する、ようにしてもよい。
[0018] 一実施形態において、前記処理容器内に収容される被処理体の上部と下部には、 それぞれ、第 1と第 2のヒータが配置され、前記熱モデルは、前記第 1と第 2のヒータ の温度を予想する機能を備え、前記校正工程は、前記第 1のヒータの温度の変化量 と前記温度センサの測定温度の変化量との関係と、前記第 1のヒータに最も近接する 温度センサの熱モデルによる予想温度と該温度センサの実測温度との差と、に基づ レ、て第 1の補正値を求め、前記第 2のヒータの温度の変化量と前記温度センサの測 定温度の変化量との関係と、前記第 2のヒータに最も近接する温度センサの熱モデ ルによる予想温度と該温度センサの実測温度との差と、に基づレ、て第 2の補正値を 求め、前記熱モデルによる予想値を第 1と第 2の補正値に基づいて補正するように前 記熱モデルを校正する、ようにしてもよい。
上記構成の校正方法により校正された熱モデルを用いて処理容器内の温度を予 想し、予想した温度に基づいて、被処理体に熱処理を施すようにしてもよい。
[0019] 上記目的を達成するため、この発明の第 2の観点に係る熱処理装置は、 被処理体を収容する処理容器と複数のヒータと複数の温度センサとを備え、前記温 度センサの出力から前記処理容器内の被処理体の温度を推定するための熱モデル を記憶し、前記温度センサの出力から、該熱モデルを用いて、前記処理容器内の被 処理体の温度を予想し、予想した温度に基づレ、て前記ヒータを制御することにより、 前記被処理体に熱処理を施す熱処理装置であって、
前記ヒータを駆動して、前記処理容器内を加熱する手段と、
前記処理容器内の前記被処理体の温度を測定する手段と、
測定した前記処理容器内の温度と、前記熱モデルを用いて予想した前記被処理 体の温度とを比較し、実測値に予想値が実質的に一致するように前記熱モデルを校 正する手段と、
を備えることを特 ί敷とする。
本発明によれば、個々の熱処理装置の熱特性に応じて、熱モデルをカスタマイズし て、その装置に適合した熱モデルを生成することが可能となる。
図面の簡単な説明
[図 1]本発明の実施の形態に係る熱処理装置の構成を示す図である。
[図 2]図 1に示す制御部の構成を示す図である。
[図 3]図 2に示す熱モデル記憶部とレシピ記憶部に記憶されるデータの例を示す図で ある。
[図 4]セットアップレシピの例を示す図である。
[図 5]温度測定装置の構成を示す図である。
[図 6]温度測定装置の腕部をボートに挿入した状態を示す図である。
[図 7]基準熱モデルを校正して校正熱モデルを生成する手順を説明するためのフロ 一チャートである。
[図 8]基準熱モデルを校正して校正熱モデルを生成する手順を説明するためのフロ 一チャートである。
[図 9]セットアップレシピによる各設定温度における、基準熱モデルによる予想温度と 実測温度とを対応付けて記憶する様子を示す図である。
[図 10]基準熱モデルを補正する方法を説明するための図である。 符号の説明
[0021] 1 熱処理装置
11 処理容器
15 下端部
21 蓋体
24 回転テープノレ
26 ボート
31 周面ヒータ
31a メインヒータ
31b 上端サブヒータ
31c 下端サブヒータ
32 上面ヒータ
33 下面ヒータ
100 制御部
S1— S5 温度センサ
TC1-TC5 熱電対（温度センサ）
発明を実施するための最良の形態
[0022] 本発明のバッチ式熱処理装置を縦型熱処理装置に適用した実施の形態について 説明する。
本実施の形態に係る縦型の熱処理装置 1は、図 1に示すように、処理容器 (反応管 ) 11を備える。処理容器 11は、被処理体を成すウェハ Wを収容して、所定の熱処理 、例えば、 CVD処理を施すためのものであり、耐熱性および耐食性を有する材料例 えば石英ガラスにより形成されている。処理容器 11は、上端と下端が開放された単 管構造を有し、上端は細径に絞られて、排気部 12を形成する。排気部 12は、図示せ ぬ排気管などを介して真空ポンプ等に接続されている。
[0023] 処理容器 11の下部には、処理容器 11内に処理ガスや不活性ガスを導入するガス 導入部（導入ポート） 13が配置されている。ガス導入部 13には、ガス源に通じる一又 は複数のガス供給系の配管 14が揷通される。ガス導入部 13から導入された処理ガ スは、処理容器 11内を上昇してウェハ Wの所定の熱処理に供された後、排気部 12 力 排気される。
[0024] 処理容器 11のフランジ状に形成された下端部 15は、ステンレス等の耐熱性および 耐食性を有する材料力 形成された蓋体 21により開閉される。蓋体 21は、図示せぬ エレベータにより昇降し、上昇した位置で、処理容器 11の下端部 15を密閉し、下降 した位置で、処理容器 11の下端部 15を開放する。処理容器 11の下端部 15と蓋体 2 1との間には、気密を確保するための〇リング 22が配置されてレ、る。
[0025] 蓋体 21の中央部には、回転支柱 23が回転可能に立設され、回転支柱 23の上端 には、回転テーブル 24が固定されている。また、蓋体 21の下部には、回転支柱 23を 回転駆動する駆動部 25が設けられてレ、る。
[0026] 回転テーブル 24の上には、例えば、 60枚の半導体ウェハ Wを高さ方向に所定間 隔で搭載可能な石英ガラス製のボート（ウェハボート） 26が載置される。ボート 26は、 蓋体 21が降下した状態で回転テーブル 24上に載置され、蓋体 21が上昇して処理 容器 11の下端部 15を密閉すると、処理容器 11内へのロードが完了し、処理完了後 、蓋体 21が降下することによりアンロードされる。また、プロセス中は、駆動部 25によ る回転テーブル 24の回転により回転し、ウェハ Wに均一な熱処理が施される。
[0027] 処理容器 11の周囲には、処理容器 11内に収容されたウェハ Wを周縁部力 加熱 昇温させるための周面ヒータ 31が配置されている。周面ヒータ 31は、例えば棒状の 抵抗発熱体から構成され、垂直状態で処理容器 11の周囲を取り囲むように筒状に 配設されている。周面ヒータ 31は、処理容器 11の周囲全体を加熱するメインヒータ 3 laと、処理容器 11の上端側および下端側の周囲を加熱する上端サブヒータ 31bと下 端サブヒータ 31c、から構成される。メインヒータ 31aとサブヒータ 31b、 31cは、処理 容器 11の周方向に交互に配置されている。
[0028] 処理容器 11の上下には、上面ヒータ 32と下面ヒータ 33とが設けられている。
[0029] 上面ヒータ 32は、処理容器 11の排気側の放熱によるウェハ温度の低下を防ぐため のものであり、排気部 12の周囲にドーナツ状に形成され、支持部材 34により支持体 35に固定されている。
[0030] また、下面ヒータ 33は、蓋体 21等を介した放熱によるウェハ温度の低下を防止す るためのものであり、処理容器 11内の回転テーブル 24の下に位置するように、支持 部材 34により蓋体 21上に固定されている。下面ヒータ 33は、その中央部を回転支柱
23が貫通するようにドーナツ状に形成されている。
[0031] 処理容器 11の外周面には、垂直方向に一列に 3つの温度センサ S1 S3が配置 されている。温度センサ S1はボート 26の上部に対応する位置に、温度センサ S2は ボート 26の中央部に対応する位置に、温度センサ S3はボート 26の下部に対応する 位置に、それぞれ配置されている。
[0032] また、処理容器 11内の上面ヒータ 32とボート 26の上端面との間の位置に温度セン サ S4が配置され、処理容器 11内の下面ヒータ 33と回転テーブル 24との間の位置に
、温度センサ S5が配置されている。温度センサ S4と S5とは、金属汚染を防止するた め、例えば、石英チューブに収納されている。
[0033] 温度センサ S1 S5の出力（検出温度）は、後述するように、ボート 26に配置された ウェハ Wと上面ヒータ 32および下面ヒータ 33の表面温度を予想 (推定；予測）するた めに使用される。
[0034] 熱処理装置 1は、装置全体の制御を行う制御部 100を備えている。
[0035] 図 2に示すように、制御部 100には、温度センサ S1— S5、操作パネル 121、圧力 計（群） 122、ヒータコントローラ 123、マスフローコントローラ 124、弁開閉制御部 125
、真空ポンプ 126等が接続されている。
[0036] 温度センサ S1— S5は、前述のように、処理容器 11の外壁面の温度と上面ヒータ 3
2及び下面ヒータ 33近傍の温度を測定して、制御部 100に通知する。
操作パネル 121は、表示画面と操作ボタンとを備え、オペレータの操作指示を制御 部 100に伝え、また、制御部 100からの様々な情報を表示画面に表示する。
圧力計 (群） 122は、処理容器 11内及び排気部 12内の各部の圧力を測定し、測定 値を制御部 100に通知する。
[0037] ヒータコントローラ 123は、ヒータ 31a、 31b、 31c、 32, 33を個另リに制卸するための ものであり、制 ί卸部 100力らの指示に応答して、ヒータ 31a、 31b、 31c、 32, 33に通 電してこれらを加熱し、また、各ヒータ 31a、 31b、 31c、 32, 33の消費電力を個別に 測定して、制御部 100に通知する。 [0038] マスフローコントローラ 124は、各配管に配置され、各配管を流れるガスの流量を制 御部 100から指示された量に制御すると共に実際に流れたガスの流量を測定して、 制御部 100に通知する。
[0039] 弁開閉制御部 125は、各配管に配置され、各配管に配置された弁の開度を制御部 100から指示された値に制御する。真空ポンプ 126は、処理容器 11の排気部 12に 排気パイプ等を介して接続され、処理容器 11内を排気する。
[0040] 制御部 100は、図 2に示すように、熱モデル記憶部 111と，レシピ記憶部 112と、 R OM113と、 RAM114と， I/Oポート 115と、 CPU116と、これらを木目互に接続する バス 117とから構成される。
[0041] 熱モデル記憶部 111には、図 3 (a)に示すように、この熱処理装置 1と同一仕様の 基準装置を用いて作成された基準熱モデル Mlと、基準熱モデル Mlをこの熱処理 装置 1用に校正（カスタマイズ)して生成された校正熱モデル M2とが記憶される。こ の熱処理装置 1の製造当初は、基準熱モデル Mlのみが熱モデル記憶部 111に記 憶され、熱処理装置 1のセットアップ処理により校正熱モデル M2が格納される。
[0042] 基準熱モデル Mlと校正熱モデル M2は、共に、温度センサ S1— S5の出力信号（ 測定温度）及びヒータ 31a— 33への供給電力（ヒータ 31a— 33に接続されたヒータコ ントローラ 123からの供給電力量を示す指示値)等から処理容器 11内の温度を予想 するためのモデル (数学モデル；高次 ·多次元行歹 I である。ただし、基準熱モデル M 1は、基準装置を用いて生成されたものであり、同一仕様の複数の熱処理装置 1に共 通のものである。一方、校正熱モデル M2は、各熱処理装置 1のセットアップ時に基 準熱モデル Mlを、個々の装置の熱特性を正確に反映するように校正して生成され 、実際の運用（プロセス処理）に使用される。
[0043] より詳細には、基準熱モデル Mlは、温度センサ S1 S5の出力信号 (測定温度） 及びヒータ 31a 33への供給電力等から、ボート 26の上部に載置されているウェハ (ボート上部ウェハ） Wの中心部 P1および周縁部 P2の温度と、ボート 26の中央部に 載置されているウェハ（ボート中央部ウエノ、） Wの中心部 P3の温度と、ボート 26の下 部に載置されているウエノ、（ボート下部ウェハ） Wの中心部 P4および周縁部 P5の温 度（計 5箇所の温度）と、上面ヒータ 32および下面ヒータ 33の表面温度と、温度セン サ S4と S5の温度と、を予想する。なお、ボート中央部ウェハ Wについて周縁部の温 度を測定しないのは、ボート 26の中央部は熱的に最も安定した領域であり、ウェハ W の中心部 P3と周縁部との温度差がほとんど生じないため、中心部 P3の温度でボート 中央部ウェハ W全体の温度を代表できるからである。
[0044] また、基準熱モデル Mlは、予想した各ウェハ温度から、そのウェハ温度をレシピ で規定される温度（目標値）にするために各ヒータ 31a 33に供給すべき電力を求 める。なお、この熱モデルを生成する手法自体は、例えば、米国特許 US5, 517, 5 94明細書に開示されている手法を利用できる。
[0045] また、校正熱モデル M2は、この熱処理装置 1に固有の熱特性に従って正確に各 部の温度を推定できるようにカスタマイズされたものである点以外は、基準熱モデル Mlと同一構造である。
[0046] レシピ記憶部 112には、図 3 (b)に示すように、セットアップレシピ R1と 1又は複数の プロセスレシピ R2とが記憶されてレ、る。
[0047] この熱処理装置 1の製造当初は、セットアップレシピ R1のみが格納される。セットァ ップレシピ R1は、熱処理装置 1の基準熱モデル Mlを校正する際に実行されるもの であり、図 4に示すように、時間に対して上述の 5箇所 P1— P5の温度を階段状に昇 温することを規定する。
一方、プロセスレシピ R2は、ユーザが行う熱処理（プロセス）毎に用意されるレシピ である。
[0048] 図 2に示す ROM113は、 EEPR〇M、フラッシュメモリ、ハードディスクなど力ら構成 され、 CPU116の動作プログラム等を記憶する記録媒体である。 RAMI 14は、 CP
U116のワークエリアなどとして機能する。
[0049] I/Oポート 115は、前述の温度センサ S1— S5、操作パネル 121、圧力計 122、ヒ 一タコントローラ 123、マスフローコントローラ 124、弁開閉制御部 125に接続され、 データや信号の入出力を制御する。
[0050] バス 117は、各部の間で情報を伝達する。
[0051] CPU(Central Processing Unit)116は、制御部 100の中枢を構成し、 ROM113に 記憶された制御プログラムを実行し、操作パネル 121からの指示に従って、レシピ記 憶部 112に記憶されているレシピに沿って、熱処理装置 1の動作を制御する。
[0052] 次に、熱処理装置 1のセットアップ動作で使用する温度測定装置 51について説明 する。
この温度測定装置 51は、図 5に示すように、支柱 52と、支柱 52から水平方向に伸 びる第 1、第 2および第 3の腕 53， 54, 55とを備える。第 1一第 3の腕 53， 54, 55は、 図 6に示すように、ボート 26の上部スロット、中央部スロット、下部スロットに側方から 揷入可能な位置に配置されている。さらに、第 1一第 3の腕 53— 55には、熱電対 (温 度センサ) TC1一 TC5が配置されている。
[0053] 第 1の腕 53には、ボート 26に揷入された際に、ボート 26の上部スロットのウェハ W の中央部 P1とエッジ部 P2にそれぞれ対向する位置に熱電対 TC1と TC2が配置され ている。
[0054] 第 2の腕 54には、ボート 26に揷入された際に、ボート 26の中央部スロットのウェハ Wの中央部 P3に対向する位置に熱電対 TC3が配置されている。
第 3の腕 55には、ボート 26に挿入された際に、ボート 26の下部スロットのウェハ W の中央部 P4とエッジ部 P5とにそれぞれ対向する位置に熱電対 TC4と TC5が配置さ れている。
[0055] 熱電対 TC1から TC5は、各温度モニタウェハ（ボート上部スロットウエノヽ、ボート中 央部スロットウエノ、、ボート下部スロットウェハ) Wに非接触で近接して配置され、温度 測定対象ウェハ Wの領域 P1— P5の表面温度をほぼ正確に測定可能である。これら の熱電対 TCの出力信号線は、セットアップ時に制御部 100の I/Oポート 115に接 される。
[0056] 次に、熱処理装置 1のセットアップ動作について、図 7と図 8のフローチャートを参照 して説明する。このセットアップ動作は、個々の熱処理装置 1と基準装置との微妙な 差異に基づく熱特性の差を求めて、熱モデル記憶部 111に記憶されてレ、る基準熱 モデル Mlをこの熱処理装置 1に固有の校正熱モデル M2に校正する作業である。
[0057] まず、操作者は、蓋体 21を降下させ、回転テーブル 24上に、ダミーウェハ Wを搭 載したボート 26を配置する。また、温度測定装置 51を側方からボート
26に揷入する。次に、蓋体 21を上昇して、ボート 26を処理容器 11内にロードする。 [0058] 続いて、操作者は、操作パネル 121から、基準熱モデル Mlの校正処理の開始を 指示する。
この指示に応答し、制御部 100 (その CPU116)は、 ROM113に記憶されている 校正処理用プログラムに従って動作を開始する。
[0059] まず、制御部 100は、弁開閉制御部 125，真空ポンプ 126等を制御し、圧力計 122 の出力をモニタして、処理容器 11内を所定圧力まで減圧する（ステップ S 11)。
[0060] 続いて、処理容器 11内のウェハ Wの領域 P1 P5の温度を、セットアップレシピ R1 に従って、第 1の温度（例えば、 400°C)に設定する (ステップ S12)。
[0061] ウェハ Wの温度が安定した時点で、熱電対 TC1一 TC5で各温度モニタウェハ W の中央及び周縁部の位置 P1— P5の温度を実測する（ステップ S 13)。一方、基準熱 モデル Mlを用いて、温度モニタウェハ Wの中央及び周縁部の位置 P1— P5の温度 を予想する（ステップ S 14)。
次に、実測値と予想値とを対応付けて RAMI 14に記憶する (ステップ S 15)。
[0062] 次に、セットアップレシピ R1で設定されている全ての温度についての処理が終了し たか否かを判断する (ステップ S16)。終了していない、即ち、設定していない温度が 存在する場合には（ステップ S16 ; No)、ステップ S12に戻って、次の設定温度につ いて同様の処理を繰り返す。
[0063] 一方、セットアップレシピ R1で設定されている全ての温度についての処理が終了し た場合には (ステップ S16； Yes)、図 9に示すような実測温度と予想温度との対応表 が RAMI 14上に完成しており、処理は、ステップ S18に進む。
[0064] ステップ S18においては、 RAMI 14上に形成された対応表に基づいて、熱電対 T
C 1一 TC 5で実測された温度 TR 1 TR5と、基準熱モデル M 1により予想した温度 T
P1— TP5とをそれぞれ比較し、ウェハ Wの温度の補正値を求める。
[0065] 補正値を求める手法自体は任意であるが、例えば、下記数式 1に従って、補正値を 求めことができる。
[数 1] 補正値 i 熱モデル M 1による予想値 T P i一実 Jf直 T R i i ：温度の予想エリア （P 1〜P 5 ) を示す 1〜5の値 [0066] なお、補正値 iは、固定値でもよぐ或いは、関数の形式となってもよレ、。例えば、予 想値 TPi—実測値 TRiが、図 9に示すようにばらついた場合には、例えば、最小二乗 法を用いて、これらを代表する一次関数 f (T) (Tは基準熱モデル Mlよる予想温度） を求め、これを補正値としてもよい。
[0067] 次に、基準熱モデル Mlを校正する（ステップ S 19)。即ち、数式 2の示す値が予想 値となるように、基準熱モデル Mlを補正する。
[数 2] 予想鍵 i =講熱モデル M 1で予想した i一補正値 i
[0068] 例えば、補正値が図 10に示すような関数 f (T)で表され、基準熱モデル Mlで予想 した温度が TOとすると、予想温度力 ST0— f (TO)となるように、基準熱モデル Mlを補 正する。
[0069] 次に、処理容器 11内の上面ヒータ 32と下面ヒータ 33の表面温度を正確に予想で きるように、基準熱モデル Mlを補正する（ステップ S20)。この補正動作を図 8を参照 して説明する。
まず、処理容器 11内の温度を所定の一定値 Tconsに維持するように制御し、系が 安定するのを待つ。次に、更新前の基準熱モデル Mlを用いて、温度センサ S4と S5 の温度を予想する。また、温度センサ S4と S5の測定値を求める (ステップ S21)。
[0070] 次に、温度センサ S4と S5の温度の予想値と実測値とを比較し、補正値を数式 1と 同様にして求める（ステップ S22)。
[0071] 次に、上面ヒータ 32については、ヒータコントローラ 123を含めたシステムモデルよ り、上面ヒータ 32の表面温度の変化量 ATtとセンサ S1— S5の温度の変化量 ATsl 一 ATs5との相関関係を求める（ステップ S23)。
即ち、数式 4を成立させる行列 Kt (数式 3)を求める。
[数 3]
Kt = [Ktl Kt2 Kt3 Kt4 Kt5] [数 4]
△Tsl
△Ts2
ATt = [Ktl Kt2 Kt3 Kt4 Kt5] △Ts3
△Ts4
△Ts5 次に、下面ヒータ 33については、ヒータコントローラ 123を含めたシステムモデルよ り、下面ヒータ 33の表面温度の変化量 A Tbとセンサ S1— S5の温度の変化量 A Tsl 一 ATs5との相関関係を求める（ステップ S23)。
即ち、数式 6を成立させる行列 Kb (数式 5)を求める。
[数 5]
Kb = [Kbl Kb2 Kb3 Kb4 Kb5]
[数 6]
△Tsl
△Ts2
ATb = [Kbl Kb2 Kb3 Kb4 Kb5] · ATs3
△Ts4
ATs5 次に、この相関関係を、基準熱モデル Mlの上面ヒータ 32の温度を予想する部分 と下面ヒータ 33の温度を予想する部分とに適用し、数式 7と数式 8で示すように、基 準熱モデル Mlを校正する（ステップ S 24)。
[数 7] 上面ヒー夕 3 2の ¾Jg=¾ip熱モデル M 1により した ¾J¾+
/ \
0
0
[Ktl Kt2 Kt3 Kt4 Kt5] · 0
温度センサ S4®予想温度—温度センサ S4の測定温度
0
N /
[数 8] 下面ヒータ 3 3の ¾S=¾ip熱モデル M 1により した
I V
0
0
[Kbl Kb2 Kb3 Kb4 Kb5] · 0
温度センサ S5CD予想温度—温度センサ S5の測定温度
0
\ I
[0074] 以上で、基準熱モデル Mlをこの装置用に校正（カスタマイズ)する処理が終了する 。ロードされたボート 26等は、アンロードされる。
[0075] カスタマイズされた基準熱モデル Ml、即ち、校正熱モデル M2は、熱モデル記憶 部 111に記憶され (ステップ S25)、以後の、ウェハ Wの位置 P1 P5の温度及び上 面ヒータ 32及び下面ヒータ 33の表面温度の予想に使用される。
[0076] セットアップされた熱処理装置 1により、プロセスを行う場合には、実行するプロセス に応じたプロセスレシピ R2がレシピ記憶部 112に格納される。続いて、校正熱モデ ノレ M2を用いて、ウェハ W及び上面'下面ヒータ 32， 33の温度を予想しながら、プロ セスを進める。このとき、校正熱モデル M2は、この熱処理装置 1用に校正されたもの であるので、正確にウェハ Wやヒータ 32， 33の温度を予想することができる。また、プ 口セスの結果が許容範囲以下のレベルになった場合には、その原因が熱によるもの である力、他の要因によるものであるかを容易に識別することができる。
[0077] なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能で ある。例えば、上面ヒータ 32及び下面ヒータ 33の温度を、例えば、放射温度計等を 使用して測定し、基準熱モデル Mlによる予想値と放射温度計による実測値とに基 づいて、補正値を求め、この補正値から予想温度を補正するようにしてもよい。
[0078] さらに、温度予想用の温度センサの数や配置位置は、適宜変更可能であり、数は 5 つに限定されず、配置位置は、処理容器 11の内壁に配置する等してもよい。
[0079] また、この発明を適用する熱処理装置 1も、上記実施の形態のものに限定されず、 任意に変更可能であり、例えば、処理容器 11が例えば二重管構造であったり、ボー ト 26に収容できる半導体ウェハ Wの数がより大容量 (例えば、約 100枚から 150枚） であったり、さらには、より小容量（例えば、 15 30枚）であってもよい。
[0080] また、上記実施の形態では、 CVD装置を例にこの発明を説明した力 処理の種類 は任意であり、この発明は、 CVD装置に限らず、酸化装置、エッチング装置、等の様 々なバッチ式熱処理装置に適用可能である。
[0081] また、機器構成や動作も上記実施の形態に限定されない。例えば、上記実施の形 態では、側面ヒータの数を 3つ、内部ヒータの数を 2つとした力 ヒータの数や配置は 任意である。また、ヒータは、電気抵抗型のものに限定されず、ランプなどでもよい。 また、ウェハ等の温度を測定するための構成も熱電対に限定されず、任意の温度セ ンサを適用可能である。
[0082] また、熱モデルやその設計手法も、米国特許 5, 517, 594号公報に開示されたモ デルやその設計手法に限定されるものではなぐ任意のモデル及び任意の設計手 法を採用可能である。
[0083] なお、上述の校正処理を行うためのコンピュータプログラムの少なくとも一部を CD— ROMや DVD— ROMなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し 、 I/Oポート 115を介して RAMI 14に転送し、転送したプログラムを CPU116で実 行することにより、上述の校正処理を実行するようにしてもよい。また、プログラムをネ ットワークを介して I/Oポート 115に転送するようにしてもょレ、。

Claims

請求の範囲
[1] 被処理体を収容する処理容器と複数のヒータと複数の温度センサとを備え、前記温 度センサの出力から前記処理容器内の被処理体の温度を推定するための熱モデル を記憶し、前記温度センサの出力から、該熱モデルを用いて、前記処理容器内の被 処理体の温度を予想し、予想した温度に基づレ、て前記ヒータを制御することにより、 前記被処理体に熱処理を施す熱処理装置の校正方法であって、
前記ヒータを駆動して、前記処理容器内を加熱する工程と、
前記処理容器内の前記被処理体の温度を測定する工程と、
測定した前記処理容器内の温度と、前記熱モデルを用いて予想した前記被処理 体の温度とを比較し、実測値に予想値が実質的に一致するように前記熱モデルを校 正する工程と、
を備えることを特徴とする熱処理装置の校正方法。
[2] 前記処理容器は、複数の被処理体を収容可能であり、
前記温度測定工程は、前記被処理体に隣接する温度センサを配置する工程と、 配置した温度センサにより前記被処理体の温度を測定する工程を含む、 ことを特徴とする請求項 1に記載の熱処理装置の校正方法。
[3] 前記校正工程は、測定した温度と予想した温度とに基づいて、前記予想値の補正 値を求め、予想値を前記補正値により補正するように前記熱モデルを校正する、こと を特徴とする請求項 1又は 2に記載の熱処理装置の校正方法。
[4] 前記加熱工程は、前記ヒータを駆動して、前記処理容器内を複数の設定温度に順 次設定し、
前記温度測定工程は、各設定温度での前記処理容器内の温度を測定し、 被処理体の温度を予想する工程は、各設定温度での前記処理容器内の温度を予 想し、
前記校正工程は、測定した複数の温度と予想した複数の温度とに基づいて、前記 予想値の補正値を求め、前記熱モデルの予想値を前記補正値により補正するように 前記熱モデルを校正する、
ことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の熱処理装置の校正方法。
[5] 前記熱モデルは、前記ヒータの温度と各温度センサの温度を予想する機能を備え 前記校正工程は、前記ヒータの温度の変化量と前記温度センサの測定温度の変 化量との関係と、前記ヒータに最も近接する温度センサの熱モデルによる予想温度と 該温度センサの実測温度との差と、に基づいて補正値を求め、予想値を補正値に基 づレ、て補正するように前記熱モデルを校正する、
ことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか 1項に記載の熱処理装置の校正方法。
[6] 前記処理容器内には内部ヒータが配置されており、
前記熱モデルは、前記内部ヒータの温度を予想する機能を備え、
前記校正工程は、前記内部ヒータの温度の変化量と前記温度センサの測定温度 の変化量との関係と、前記内部ヒータに最も近接する温度センサの熱モデルによる 予想温度と該温度センサの実測温度との差と、に基づいて補正値を求め、予想値を 補正値に基づいて補正するように前記熱モデルを校正する、
ことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか 1項に記載の熱処理装置の校正方法。
[7] 前記処理容器内に収容される被処理体の上部と下部には、それぞれ、第 1と第 2の ヒータが配置されており、
前記熱モデルは、前記第 1と第 2のヒータの温度を予想する機能を備え、 前記校正工程は、前記第 1のヒータの温度の変化量と前記温度センサの測定温度 の変化量との関係と、前記第 1のヒータに最も近接する温度センサの熱モデルによる 予想温度と該温度センサの実測温度との差と、に基づいて第 1の補正値を求め、前 記第 2のヒータの温度の変化量と前記温度センサの測定温度の変化量との関係と、 前記第 2のヒータに最も近接する温度センサの熱モデルによる予想温度と該温度セ ンサの実測温度との差と、に基づいて第 2の補正値を求め、
前記熱モデルによる予想値を第 1と第 2の補正値に基づいて補正するように前記熱 モデノレを校正する、
ことを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか 1項に記載の熱処理装置の校正方法。
[8] 請求項 1乃至 7のいずれ力 4項に記載の熱処理装置の校正方法により校正された 熱モデルを用いて処理容器内の温度を予想し、予想した温度に基づいて、被処理 体に熱処理を施す工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。
被処理体を収容する処理容器と複数のヒータと複数の温度センサとを備え、前記温 度センサの出力から前記処理容器内の被処理体の温度を推定するための熱モデル を記憶し、前記温度センサの出力から、該熱モデルを用いて、前記処理容器内の被 処理体の温度を予想し、予想した温度に基づレ、て前記ヒータを制御することにより、 前記被処理体に熱処理を施す熱処理装置であって、
前記ヒータを駆動して、前記処理容器内を加熱する手段と、
前記処理容器内の前記被処理体の温度を測定する手段と、
測定した前記処理容器内の温度と、前記熱モデルを用いて予想した前記被処理 体の温度とを比較し、実測値に予想値が実質的に一致するように前記熱モデルを校 正する手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
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