DE60133206T2 - Verfahren zur bestimmung von parametern einer thermischen behandlung - Google Patents

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Description

  • BEREICH DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bestimmungsverfahren einer Steuerungsbedingung für ein thermisches (Wärme-)Behandlungssystem, welches einen thermischen Prozeß für ein zu bearbeitendes Objekt, wie z. B. ein Substrat, ausführt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Bestimmungsverfahren einer Steuerungsbedingung eines thermischen Behandlungssystems zum Ausbilden eines gleichförmigen Films auf einem Substrat.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Als eine der Anlagen, die für einen Herstellungsprozeß eines Halbleiterbauelements einen Wärmeprozeß an einem Halbleiterwafer (nachfolgend Wafer) als Substrat ausführen, gibt es einen vertikalen Typ von Wärmebehandlungsanlage, die einen Batch-Prozeß ausführt. Die Anlage nimmt viele Wafer mit einer Wafer-Haltevorrichtung, die als ein Wafer-Boot oder dergleichen bezeichnet wird, in einer stapelartigen Weise auf und befördert die Haltevorrichtung in einen vertikalen Wärmebehandlungsofen zum Ausführen eines CVD(Chemische Dampfabscheidung)-Prozesses oder eines Oxidationsprozesses.
  • Wenn ein Wafer einem Wärmeprozeß mittels einer thermischen Behandlungsanlage unterzogen wird, dann kann eine Ungleichförmigkeit in einer Wärmeprozessbedingung innerhalb der Oberfläche ein und desselben Wafers oder zwischen mehreren Wafer auftreten. Im Ergebnis kann eine Unebenheit in der Dickenverteilung eines Films, der durch den Wärmeprozeß ausgebildet wird, in der Oberfläche ein und desselben bearbeiteten Wafers oder zwischen mehreren bearbeiteten Wafer erzeugt werden.
  • In der JP-A-05291143 wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines dünnen Films auf einem Wafer in einem Batch-Prozeß offenbart, indem eine Steuerung der optimalen Heizeinrichtungtemperatur berechnet wird. Eine Korrelationsdatenbank verändert die Temperatur einer Heizeinrichtung von einer Bezugstemperatur aus auf verschiedene Weise, erzeugt einen dünnen Film auf der Waferoberfläche und registriert die Korrelationsdaten zwischen der Verteilung des Filmdickenwachstumsbetrages an jeder Stelle in einem Ofen und der Verteilung des Heizeinrichtungtemperaturänderungswertes gegenüber der Bezugstemperatur. Ein Verarbeitungsteil berechnet die optimale Heizeinrichtungtemperatur aus den Daten der Filmdickenverteilung im Ofen und der Heizeinrichtungtemperatur in der vorausgehenden Bearbeitung und steuert die Heizeinrichtung.
  • In der JP-A-03082017 und der JP-A-57063826 werden auch Verfahren zum Bereitstellen eines dünnen Films auf einem Wafer einschließlich der Dickenmessung des Wafers und der Temperatursteuerung entsprechend der gemessenen Dicke beschrieben.
  • In der US-A-5,561,087 wird ein Verfahren zur Wärmebehandlung von mehreren, auf einem Boot angeordneten Wafer beschrieben, welche nicht in mehrere Gruppen eingestuft sind. In US-A-5,561,087 wird dargelegt, daß der Wafer bis auf 650°C erhitzt wird, er dann mit einer Geschwindigkeit von 17°C/Minute auf ungefähr 550°C abgekühlt wird, und der Wafer wieder mit einer Geschwindigkeit von 100°C/Minute auf ungefähr 650°C erhitzt wird. Somit wird der Wafer wiederholt erhitzt und abgekühlt, und die Materialgase werden dem Reaktor wiederholt zugeführt. Die Materialgase werden nur dann zugeführt, wenn die Durchschnittstemperatur eines Umfangsabschnitts des Wafers 30°C niedriger ist als die des Mittenabschnitts. Dieses gesteuerte Aufheizen und Abkühlen des Wafers wie auch das gesteuerte Zuführen von Materialgasen nur dann, wenn ein bestimmter Temperaturgradient zwischen der Mitte und dem Umfang des Wafers vorliegt, bringt einen Film zustande, der eine weitgehend gleichmäßige Dicke über die Oberfläche des Wafers hinweg aufweist.
  • Es ist ideal, wenn es einen gleichförmigen Zustand in der thermischen Behandlungsanlage gibt, um einen Wärmeprozeß an mehreren Wafer gleichförmig auszuführen. Es ist jedoch schwierig, einen Zustand in der thermischen Behandlungsanlage immer gleichförmig sowohl hinsichtlich der Zeit als auch des Raumes zu machen.
  • Deshalb ist es erforderlich, die thermische Behandlungsanlage genau zu steuern, um einen Wärmeprozeß an mehreren Wafer unter einer gleichförmigeren Bedingung auszuführen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde erdacht, um ein solches Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung einer Steuerungsbedingung für das gleichförmige Ausführen eines Wärmeprozesses an mehreren Wafer mittels einer Wärmebehandlungsanlage bereitzustellen.
  • Zusätzlich ist in einer herkömmlichen Wärmebehandlungsanlage eine Stabilisierungszeit erforderlich, um eine Temperatur eines Substrats zum Zwecke der gleichförmigen Ausführung eines Wärmeprozesses innerhalb einer Oberfläche des Substrats zu stabilisieren. Somit wird eine lange Zeit benötigt, um den Wärmeprozeß bis zum Stabilisierungszeitpunkt auszuführen, so daß sich der Ausstoß verschlechtert.
  • Die vorliegende Erfindung wurde erdacht, um ein derartiges Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmebehandlungsanlage bereitzustellen, welche selbst dann, wenn die Stabilisierungszeit verkürzt wird, einen Wärmeprozeß gleichförmig innerhalb einer Oberfläche eines Substrats ausführen kann.
  • OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von mehreren Substraten, die in mehrere Gruppen eingestuft sind, nach Anspruch 1.
  • Die Filmdickenverteilung zwischen den Substraten kann gleichförmig gemacht werden, indem die vorläufigen Solltemperaturprofile korrigiert werden, bei denen es sich um Profile handelt, deren Solltemperaturen sich im Zeitverlauf ändern.
  • Mit Ausnahme der Komponenten von konstanten Ausdrücken (Offsets) ist es bevorzugt, im wesentlichen die gleichen Muster beizubehalten, wenn die vorläufigen Solltemperaturprofile geändert werden. In diesem Fall wird es erschwert, daß sich die Dickenverteilung in einem Substrat zwischen vor und nach der Korrektur verändert.
  • Vorzugsweise weisen die Solltemperaturen der vorläufigen Solltemperaturprofile im ersten Wärmebehandlungsschritt einen weitgehend konstanten Gradienten bezüglich der Zeit auf. Die Steilheit des Gradienten ist ein Faktor, welcher die Temperaturverteilung in einer Oberfläche der Schicht bestimmt. Dadurch, daß der Gradient konstant gemacht wird, kann die Temperaturverteilung während des Wärmeprozesses und somit die Verteilung der Filmbildungsrate konstant bezüglich der Zeit gemacht werden.
  • Vorzugsweise wird in dem ersten Filmdickenmeßschritt für mindestens ein Substrat in jeder von den mehreren Gruppen die Filmdicke an mehreren Punkten eines jeden Substrats gemessen, und es wird ein Mittelwert der Meßwerte als eine Filmdicke des Substrats erhalten.
  • Vorzugsweise werden in dem ersten Solltemperaturprofil-Korrektur- oder -Änderungsschritt Mittelwerte von zu korrigierenden bzw. ändernden idealen Solltemperaturen auf Basis einer Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke berechnet, und die vorläufigen Solltemperaturprofile werden auf Basis der Mittelwerte korrigiert bzw. geändert.
  • Mittelwerte der Solltemperaturen sind Faktoren, welche den Mittelwerten von Filmwachstumsraten entsprechen. Somit ist es effektiv, die Filmdickenverteilung auf Basis der Mittelwerte der Solltemperaturen gleichförmig zu machen.
  • Die Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung kann zum Beispiel durch einen Dicke-Temperatur-Koeffizienten dargestellt werden. Außerdem kann als eine Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung eine theoretische Gleichung verwendet werden. Es können auch Werte verwendet werden, die aus Experimenten erhalten wurden.
  • Vorzugsweise ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Solltemperaturprofils gemäß Anspruch 1, das ferner nach dem ersten Solltemperatur-Korrekturschritt folgendes umfaßt: einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Steuern der jeweiligen Substrattemperaturen von den mehreren Gruppen entsprechend den jeweiligen korrigierten ersten Solltemperaturprofilen für Substrate des zweiten Batch, die in die mehreren Gruppen eingestuft wurden, und zum Einleiten eines Prozeßgases für das Ausführen eines Wärmeprozesses, um Filme auf den Substraten auszubilden; einen zweiten Filmdickenmeßschritt zum Messen einer Dicke der Filme, die auf den Substraten ausgebildet sind; und einen zweiten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt, um auf Basis der gemessenen Dicke die ersten Solltemperaturprofile jeweils auf eine solche Weise zu korrigieren, daß eine Dicke der Filme, die während eines Wärmeprozesses ausgebildet wurden, zwischen den mehreren Gruppen im wesentlichen gleich ist.
  • Vorzugsweise werden in dem zweiten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt Mittelwerte von idealen Solltemperaturen, die zu korrigieren sind, auf Basis einer Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke berechnet, und die ersten Solltemperaturprofile werden auf Basis der Mittelwerte korrigiert.
  • Vorzugsweise wird in dem zweiten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt die Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke korrigiert auf Basis von: den zeitlichen Mittelwerten der vorläufigen Solltemperaturprofile während des ersten Wärmebehandlungsschrittes, der Filmdicke der Filme auf den Substraten des ersten Batch, den zeitlichen Mittelwerten der ersten Solltemperaturprofile während des zweiten Wärmebehandlungsschrittes und der Filmdicke der Filme auf den Substraten des zweiten Batch.
  • Vorzugsweise werden der zweite Wärmebehandlungsschritt, der zweite Filmdickenmeßschritt und der zweite Solltemperaturprofil-Korrekturschritt mindestens zweimal in dieser Reihenfolge wiederholt.
  • Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Solltemperaturprofils für ein Verfahren zum Steuern der jeweiligen Substrattemperaturen von den mehreren Gruppen entsprechend den jeweiligen zugehörigen Solltemperaturprofilen in einem Verfahren zur Wärmebehandlung mehrerer Substrate, die in die mehreren Gruppen eingestuft sind, wobei das Verfahren zum Bestimmen eines Solltemperaturprofils folgendes umfaßt: einen ersten Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt zum Bestimmen erster Solltemperaturprofile, von denen jedes für eine jede Gruppe von mehreren Substratgruppen eingestellt bzw. vorgegeben ist, entsprechend denen Filme mit einer Dicke, die zwischen den mehreren Gruppen im wesentlichen gleich ist, auf den Substraten ausgebildet werden, wenn ein Prozeßgas eingeleitet wird, um einen Wärmeprozeß auszuführen, und deren Solltemperaturen sich im Zeitverlauf während des Wärmeprozesses nicht verändern; einen zweiten Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt zum Bestimmen zweiter Solltemperaturprofile, von denen jedes für eine jede Gruppe aus den mehreren Substratgruppen durch Korrigieren eines jeden ersten Solltemperaturprofils eingestellt wird, entsprechend denen ein Film mit einer im wesentlichen gleichen Dicke auf jedem der Substrate ausgebildet wird, wenn ein Prozeßgas eingeleitet wird, um einen Wärmeprozeß auszuführen, und deren Solltemperaturen sich im Zeitverlauf während des Wärmeprozesses verändern; und einen dritten Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt zum Bestimmen dritter Solltemperaturprofile, von denen jedes für eine jede Gruppe aus den mehreren Substratgruppen durch Korrigieren eines jeden zweiten Solltemperaturprofils eingestellt wird, entsprechend denen Filme mit einer Dicke, die zwischen den mehreren Gruppen im wesentlichen gleich ist, auf den Substraten ausgebildet werden, wenn ein Prozeßgas eingeleitet wird, um einen Wärmeprozeß auszuführen, und deren Solltemperaturen sich im Zeitverlauf während des Wärmeprozesses verändern.
  • Gemäß der Erfindung kann leicht eine Steuerungsbedingung bestimmt werden, mit der sowohl zwischen den mehreren Substratgruppen als auch innerhalb einer Oberfläche eines jeden Substrats eine gute Filmdickenverteilung erhalten werden kann.
  • Vorzugsweise enthält der erste Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt folgendes: einen ersten Wärmebehandlungsschritt zum Steuern der jeweiligen Substrattemperaturen von den mehreren Gruppen entsprechend den jeweiligen zuvor festgelegten vorläufigen Solltemperaturprofilen für Substrate des ersten Batch, welche in die mehreren Gruppen eingestuft sind, und zum Einleiten eines Prozeßgases für das Ausführen eines Wärmeprozesses, um Filme auf den Substraten auszubilden; einen ersten Filmdickenmeßschritt zum Messen einer Dicke der auf den Substraten ausgebildeten Filme; und einen ersten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt zum Berechnen idealer konstanter Solltemperaturen auf Basis der gemessenen Dicke, derart daß eine Dicke der während eines Wärmeprozesses ausgebildeten Filme im wesentlichen zwischen den mehreren Gruppen gleich ist, und zur jeweiligen Korrektur der vorläufigen Solltemperaturprofile auf Basis der idealen konstanten Solltemperaturen.
  • In diesem Fall kann die Filmdickenverteilung auf den Substraten gleichförmig zwischen den mehreren Substratgruppen gemacht werden.
  • Vorzugsweise werden in dem ersten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt die idealen konstanten Solltemperaturen auf Basis einer Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke berechnet.
  • Als Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung kann eine theoretische Gleichung verwendet werden, und es können auch Werte verwendet werden, die aus Experimenten erhalten wurden.
  • Vorzugsweise wird in dem ersten Filmdickenmeßschritt die Filmdicke für mindestens ein Substrat aus jeder von den mehreren Gruppen an mehreren Punkten eines jeden Substrats gemessen, und es wird ein Mittelwert der gemessenen Werte als eine Filmdicke des Substrats erhalten.
  • Darüber hinaus enthält der erste Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt nach dem ersten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt vorzugsweise folgendes: einen zweiten Wärmebehandlungsschritt zum Steuern der jeweiligen Substrattemperaturen der mehreren Gruppen entsprechend den jeweiligen korrigierten vorläufigen Solltemperaturprofilen für die Substrate des zweiten Batch, welche in die mehreren Gruppen eingestuft sind, und zum Einleiten eines Prozeßgases für das Ausführen eines Wärmeprozesses, um Filme auf den Substraten auszubilden; einen zweiten Filmdickenmeßschritt zum Messen einer Dicke der auf den Substraten ausgebildeten Filme; und einen zweiten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt zum erneuten Berechnen idealer konstanter Solltemperaturen auf Basis der gemessenen Dicke, derart daß eine Dicke der während eines Wärmeprozesses ausgebildeten Filme im wesentlichen zwischen den mehreren Gruppen gleich ist, und zur jeweiligen erneuten Korrektur der korrigierten vorläufigen Solltemperaturprofile auf Basis der idealen konstanten Solltemperaturen.
  • Vorzugsweise werden im zweiten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt die idealen konstanten Solltemperaturen erneut auf Basis einer Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke berechnet.
  • Vorzugsweise wird in dem zweiten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt die Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke korrigiert auf Basis von: den Solltemperaturen der vorläufigen Solltemperaturprofile während des ersten Wärmebehandlungsschrittes, der Filmdicke der Filme auf den Substraten des ersten Batch, den Solltemperaturen der korrigierten vorläufigen Solltemperaturprofile während des zweiten Wärmebehandlungsschrittes und der Filmdicke der Filme auf den Substraten des zweiten Batch.
  • Vorzugsweise werden der zweite Wärmebehandlungsschritt, der zweite Filmdickenmeßschritt und der zweite Solltemperaturprofil-Korrekturschritt mindestens zweimal in dieser Reihenfolge wiederholt.
  • Vorzugsweise sind die zeitlichen Mittelwerte der Solltemperaturen der zweiten Solltemperaturprofile während des Wärmeprozesses im wesentlichen die gleichen wie die konstanten Solltemperaturen der ersten Solltemperaturprofile während des Wärmeprozesses.
  • Vorzugsweise weisen die Solltemperaturen der zweiten Solltemperaturprofile während des Wärmeprozesses einen im wesentlichen konstanten Gradienten bezüglich der Zeit auf. Somit kann die Temperaturverteilung auf einer Oberfläche des Substrats und demzufolge die Verteilung der Filmwachstumsraten im wesentlich konstant bezüglich der Zeit gemacht werden.
  • Vorzugsweise schließt der zweite Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt folgendes ein: einen dritten Wärmebehandlungsschritt zum Steuern der jeweiligen Substrattemperaturen der mehreren Gruppen entsprechend den jeweiligen ersten Solltemperaturprofilen für Substrate des dritten Batch, welche in die mehreren Gruppen eingestuft sind, und zum Einleiten eines Prozeßgases für das Ausführen eines Wärmeprozesses, um Filme auf den Substraten auszubilden; einen dritten Filmdickenmeßschritt zum Messen einer Dickenverteilung der auf den Substraten ausgebildeten Filme; und einen dritten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt, um jeweils die ersten Solltemperaturprofile auf Basis der gemessenen Dickenverteilung zu korrigieren.
  • In diesem Fall kann die Filmdickenverteilung gleichförmig innerhalb einer Oberfläche eines jeden Substrats gemacht werden, wobei die Gleichförmigkeit in der Filmdickenverteilung zwischen den mehreren Gruppen von Substraten bis zu einem gewissen Grad aufrechterhalten werden kann.
  • Vorzugsweise schließt der dritte Filmdickenmeßschritt folgendes ein: einen Schritt zum Messen einer Filmdicke auf dem Substrat in der Nähe eines Mittenabschnitts desselben und einen Schritt zum Messen einer Filmdicke auf dem Substrat in der Nähe mehrerer Umfangsabschnitte desselben.
  • Vorzugsweise schließt der dritte Filmdickenmeßschritt folgendes ein: einen Schritt, um die Dickenverteilung auf den Substraten als eine Funktion eines Abstandes von im wesentlichen der Mitte derselben zu erhalten.
  • Vorzugsweise ist die Funktion eine Funktion des Quadrates des Abstandes von im wesentlichen der Mitte derselben.
  • Vorzugsweise schließt der dritte Filmdickenmeßschritt folgendes ein: einen Schritt, um die Dickenverteilung auf den Substraten als eine Differenz zwischen einer Filmdicke in der Nähe eines Mittenabschnitts derselben und einer Filmdicke in der Nähe eines Umfangsabschnitts derselben zu erhalten.
  • Vorzugsweise ist in dem dritten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt eine erforderliche Temperaturverteilung in einem Substrat, die für das Ausbilden eines Films erforderlich ist, dessen Dicke im wesentlichen gleichförmig in einer Oberfläche des Substrats ist, geeignet, auf Basis einer Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke und der gemessenen Dickenverteilung berechnet zu werden.
  • Da die Temperatur während des Wärmeprozesses ein Faktor ist, der in hohem Maße mit der Filmwachstumsrate zusammenhängt, kann die Filmdickenverteilung in einer Oberfläche eines jeden Substrats gleichförmig gemacht werden, indem die Temperaturverteilung in der Oberfläche eines jeden Substrats gesteuert wird.
  • Als Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung kann eine theoretische Gleichung verwendet werden, und es können auch Werte verwendet werden, die aus Experimenten erhalten wurden. Wenn als Temperatur zeitliche Mittelwerte der Solltemperaturen verwendet werden, die sich im Zeitverlauf verändern, dann ist die Handhabung einfach.
  • Vorzugsweise wird die erforderliche Temperaturverteilung durch eine Differenz zwischen einer Temperatur des Substrats in der Nähe des Mittenabschnitts desselben und einer Temperatur des Substrats in der Nähe eines Umfangsabschnitts desselben repräsentiert.
  • Vorzugsweise werden in dem dritten Solltemperatur-Korrekturschritt die erforderlichen zeitbezogenen Gradienten der durch Korrektur zu erhaltenden Solltemperaturprofile auf Basis einer Abhängigkeitsbeziehung zwischen den zeitbezogenen Gradienten der Solltemperaturprofile und der Temperaturverteilung im Substrat und der erforderlichen Temperaturverteilung berechnet, und die ersten Solltemperaturprofile sind geeignet, um auf Basis der erforderlichen Gradienten korrigiert zu werden.
  • Somit kann die Temperaturverteilung in der Oberfläche eines jeden Substrats auf geeignete Weise gesteuert werden, so daß die Filmdickenverteilung in der Oberfläche eines jeden Substrats gleichförmig gemacht werden kann.
  • Darüber hinaus schließt der zweite Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt nach dem dritten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt vorzugsweise folgendes ein: einen vierten Wärmebehandlungsschritt zum Steuern der jeweiligen Substrattemperaturen der mehreren Gruppen entsprechend den jeweiligen korrigierten ersten Solltemperaturprofilen für Substrate des vierten Batch, die in die mehreren Gruppen eingestuft sind, und zum Einleiten eines Prozeßgases für das Ausführen eines Wärmeprozesses, um auf den Substraten Filme auszubilden; einen vierten Filmdickenmeßschritt zum Messen einer Dickenverteilung der auf den Substraten ausgebildeten Filme; und einen vierten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt zum jeweiligen erneuten Korrigieren der korrigierten ersten Solltemperaturprofile auf Basis der gemessenen Dickenverteilung.
  • In diesem Fall kann die Filmdickenverteilung zwischen den mehreren Gruppen von Substraten angepaßt werden, wobei die Gleichförmigkeit in der Filmdickenverteilung in einer Oberfläche eines jeden Substrats bis zu einem gewissen Grad aufrechterhalten werden kann.
  • Vorzugsweise wird in dem vierten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt eine erforderliche Temperaturverteilung in einem Substrat angepaßt, die für das Ausbilden eines Films erforderlich ist, dessen Dicke in einer Oberfläche des Substrats im wesentlichen gleichförmig ist, um auf Basis einer Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke und der gemessenen Dickenverteilung berechnet zu werden.
  • Vorzugsweise wird in dem vierten Solltemperaturprofil-Korrekturschritt die Dicke-Temperatur-Abhängigkeitsbeziehung zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke korrigiert auf Basis von: den zeitlichen Mittelwerten der ersten Solltemperaturprofile während des dritten Wärmebehandlungsschrittes, der Filmdicke der Filme auf den Substraten des dritten Batch, den zeitlichen Mittelwerten der korrigierten ersten Solltemperaturprofile während des vierten Wärmebehandlungsschrittes und der Filmdicke der Filme auf den Substraten des vierten Batch.
  • Vorzugsweise werden der vierte Wärmebehandlungsschritt, der vierte Filmdickenmeßschritt und der vierte Solltemperaturprofil-Korrekturschritt mindestens zweimal in dieser Reihenfolge wiederholt.
  • Vorzugsweise schließt der dritte Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt folgendes ein: einen fünften Wärmebehandlungsschritt zum Steuern der jeweiligen Substrattemperaturen von den mehreren Gruppen entsprechend den jeweiligen zweiten Solltemperaturprofilen für Substrate des fünften Batch, welche in die mehreren Gruppen eingestuft sind, und zum Einleiten eines Prozeßgases für das Ausführen eines Wärmeprozesses, um Filme auf den Substraten auszubilden; einen fünften Filmdickenmeßschritt zum Messen einer Dicke der auf den Substraten ausgebildeten Filme; und einen fünften Solltemperaturprofil-Korrekturschritt zum Berechnen von Mittelwerten von Solltemperaturen auf Basis der gemessenen Dicke, derart daß eine Dicke der während eines Wärmeprozesses ausgebildeten Filme im wesentlichen zwischen den mehreren Gruppen gleich ist, und zur jeweiligen Korrektur der zweiten Solltemperaturprofile auf Basis der Mittelwerte der Solltemperaturen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines vertikalen thermischen Behandlungssystems gemäß vorliegender Erfindung;
  • 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Ausführungsform des vertikalen thermischen Behandlungssystems gemäß vorliegender Erfindung;
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das einen Ausschnitt aus einem Steuergerät zeigt, das in dem vertikalen thermischen Behandlungssystem in der Ausführungsform, die in den 1 und 2 dargestellt ist, enthalten ist;
  • 4 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für ein Solltemperaturprofil für das vertikale thermische Behandlungssystem in der Ausführungsform zeigt, die in den 1 und 2 dargestellt ist;
  • 5 ist ein Flußdiagramm, das ein Steuerungsverfahren zeigt, das durch das Steuergerät des vertikalen thermischen Behandlungssystems in der Ausführungsform, die in den 1 und 2 dargestellt ist, auszuführen ist;
  • 6 ist ein Flußdiagramm, das schematisch einen Bestimmungsvorgang eines Solltemperaturprofils in der Ausführungsform zeigt, die in den 1 und 2 dargestellt ist;
  • 7 ist ein Flußdiagramm, das einen Ausschnitt aus einem Bestimmungsvorgang eines ersten Solltemperaturprofils in der Ausführungsform zeigt, die in den 1 und 2 dargestellt ist;
  • 8 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für Meßpunkte für das Messen einer Dicke eines Films auf einem Wafer zeigt;
  • 9 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Dickenverteilung des Films auf einem Wafer zeigt;
  • 10 zeigt graphische Darstellungen, die Beispiele für korrigierte Solltemperaturprofile und ein Beispiel für eine Beziehung zwischen Werten der konstanten Solltemperatur Tsp1 und den Orten des Wafers zeigt;
  • 11 ist ein Flußdiagramm, das einen Ausschnitt aus einem Bestimmungsvorgang eines zweiten Solltemperaturprofils zeigt;
  • 12 zeigt graphische Darstellungen, die ein Beispiel für eine Beziehung zwischen der Filmdicke innerhalb einer Oberfläche des Wafers und den Abständen von der Wafermitte sowie ein Beispiel für die Temperaturverteilung innerhalb der Oberfläche des Wafers zeigen, um die Filmdicke innerhalb der Oberfläche des Wafers gleichförmig zu machen;
  • 13 zeigt graphische Darstellungen, die ein Beispiel für zeitliche Veränderungen einer Solltemperatur Tsp, einer Mittentemperatur Tc, einer Umfangstemperatur Te und einer Temperaturdifferenz ΔT innnerhalb einer Oberfläche zeigen;
  • 14 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Veränderungsgeschwindigkeit (Gradient) einer Solltemperatur und einer Temperaturdifferenz ΔT innerhalb einer Oberfläche zeigt;
  • 15 ist eine graphische Darstellung, die ein korrigiertes erstes Solltemperaturprofil Tsp2 verglichen mit einem Solltemperaturprofil Tsp1 vor der Korrektur zeigt;
  • 16 zeigt graphische Darstellungen, die ein Beispiel für zeitliche Veränderungen einer Solltemperatur, einer Mittentemperatur Tc, einer Umfangstemperatur Te und einer Temperaturdifferenz ΔT zeigen, die auf dem korrigierten ersten Solltemperaturprofil Tsp2 basieren;
  • 17 zeigt graphische Darstellungen, die ein Beispiel für zeitliche Veränderungen einer Solltemperatur, einer Mittentemperatur Tc, einer Umfangstemperatur Te und einer Temperaturdifferenz ΔT zeigen, die auf einem weiteren korrigierten ersten Solltemperaturprofil Tsp2 basieren;
  • 18 ist ein Flußdiagramm, das einen Ausschnitt aus einem Bestimmungsvorgang eines dritten Solltemperaturprofils zeigt; und
  • 19 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für die Übereinstimmung zwischen den korrigierten zweiten Solltemperaturprofilen und Mittelwerten von zeitlich veränderlichen Solltemperaturen während der Abscheidung und den Orten von Überwachungswafern W1 bis W5 zeigt.
  • BESTE ART, DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHREN
  • Mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird ein vertikales thermisches Behandlungssystem in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung beschrieben.
  • Die 1 und 2 sind eine schematische Schnittansicht bzw. eine schematische perspektivische Ansicht eines vertikalen thermischen Behandlungssystems in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist das vertikale thermische Behandlungssystem mit einem doppelwandigen Reaktionsrohr 2 versehen, das ein Innenrohr 2a, zum Beispiel aus Quarz, und ein Außenrohr 2b, zum Beispiel aus Quarz, umfaßt. Ein rohrförmiger Verteiler 21 aus einem Metall ist mit dem unteren Ende des Reaktionsrohrs 2 verbunden.
  • Das Innenrohr 2a weist offene obere und untere Enden auf und ist auf Auskragungen gelagert, die von der Innenfläche des Verteilers 21 aus vorstehen. Das Außenrohr 2b weist ein geschlossenes oberes Ende und ein unteres Ende auf, das mit einem Flansch versehen ist. Der Flansch des Außenrohrs 2b ist luftdicht mit der unteren Fläche einer Grundplatte 22 und der oberen Fläche des Verteilers 21 verbunden.
  • Wie in 2 gezeigt ist, werden viele Halbleiterwafer W (zu bearbeitende Substrate), zum Beispiel 150 Halbleiterwafer, in einer horizontalen stapelartigen Weise in vertikalen Abständen auf einem Wafer-Boot 23, d. h. einer Wafer-Haltevorrichtung, im Reaktionsrohr 2 gelagert. Das Wafer-Boot 23 wird auf einem Wärmeisolationsrohr (Wärmeisolationsbauteil) 25 festgehalten, das auf einer Abdeckung 24 festgehalten wird.
  • Auf dem Wafer-Boot 23 sind Überwachungswafer W1 bis W5 verteilt, um die Prozeßbedingungen zu überwachen.
  • Die Abdeckung 24 ist auf einer Boot-Hebevorrichtung 26 befestigt, um das Wafer-Boot 23 in das Reaktionsrohr 2 hinein und aus ihm heraus zu befördern. Die Abdeckung 24 schließt das untere offene Ende des Verteilers 21, d. h. das untere offene Ende des aus dem Reaktionsrohr 2 und dem Verteiler 21 bestehenden Bearbeitungsgefäßes, wenn es bis zu einer oberen Grenzlage angehoben wird.
  • Wie in 1 gezeigt ist, umschließt eine Heizeinrichtung 3, die zum Beispiel mit Widerstandsheizelementen versehen ist, das Reaktionsrohr 2. Die Heizeinrichtung 3 ist in fünf Heizsegmente unterteilt. Das heißt, die Leistungssteuergeräte 41 bis 45 steuern jeweils einzeln die jeweiligen Wärmeerzeugungsraten der Heizsegmente 31 bis 35. Das Reaktionsrohr 2, der Verteiler 21 und die Heizeinrichtung 3 bilden einen Wärmeofen.
  • Auf der Innenfläche des Innenrohrs 2a sind an den Orten, die jeweils den Heizsegmenten 31 bis 35 entsprechen, innere Temperatursensoren S1in bis S5in, wie z. B. Thermoelemente, angeordnet. Auf der Außenfläche des Außenrohrs 2b sind an den Orten, die jeweils den Heizsegmenten 31 bis 35 entsprechen, äußere Temperatursensoren S1out bis S5out, wie z. B. Thermoelemente, angeordnet.
  • Es kann angenommen werden, daß die Innenseite des Innenrohrs 2a entsprechend den Heizsegmenten 31 bis 35 in fünf Zonen (Zone 1 bis 5) unterteilt ist. Dann können die Wafer entsprechend den jeweiligen Orten, wo die Wafer angeordnet sind (Zonen 1 bis 5), in fünf Gruppen G1 bis G5 eingestuft werden. Die Gesamtheit der Gruppen G1 bis G5 wird als ein Batch bezeichnet. Das heißt, alle Wafer, die im Reaktionsrohr 2 angeordnet und auf dem Wafer-Boot 23 plaziert sind, bilden ein Batch, das gemeinsam zugleich thermisch zu bearbeiten ist.
  • Ein jeder der obigen Überwachungswafer W1 bis W5 ist in einer der Gruppen G1 bis G5 (entsprechend einer jeden Zone 1 bis 5) angeordnet. Das heißt, die Überwachungswafer W1 bis W5 sind Wafer (Substrate), die jeweils die Gruppen G1 bis G5 repräsentieren, und entsprechen den Zonen 1 bis 5 auf eine eineindeutige Weise. Normalerweise werden als Überwachungswafer W1 bis W5 die gleichen Wafer (Halbleiterwafer) verwendet wie die Produktwafer, und ihre Temperaturen werden zu Zielgrößen, die abzuschätzen sind. Wie unten beschrieben ist, werden die Temperaturen der Überwachungswafer W1 bis W5 aus den Meßsignalen abgeschätzt, welche von den Temperatursensoren S1in bis S5in und S1out bis S5out geliefert werden.
  • Wie in 1 gezeigt ist, erstrecken sich im Verteiler 21 mehrere Zuführungsrohre, um Gase in einen Raum einzuleiten, der durch das Innenrohr 2a festgelegt ist. 1 zeigt nur die zwei Gaszuführungsrohre 51 und 52. Flußsteuergeräte 61 und 62 zum Steuern der Durchflußrate der Gase, wie z. B. Massenstrom-Steuergeräte, und (nicht dargestellte) Ventile sind in den Gaszuführungsleitungen 51 und 52 angeordnet. An den Verteiler 21 ist eine Abflußleitung 27 angeschlossen, um ein Gas aus dem Raum zwischen dem Innenrohr 2a und dem Außenrohr 2b abzusaugen. Die Abflußleitung 27 ist mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden. Die Abflußleitung 27 ist mit einer Druckregeleinheit 28 ausgestattet, die zum Beispiel ein Drosselklappenventil zum Regeln des Drucks im Reaktionsrohr 2 und/oder ein Ventilbetätigungsgerät enthält.
  • Das vertikale thermische Behandlungssystem umfaßt ein Steuergerät 100 zum Steuern der Prozeßparameter einschließlich der Temperatur einer Prozeßatmosphäre, die im Reaktionsrohr 2 erzeugt wird, und des Druckes im Reaktionsrohr 2 sowie der Durchflußraten der Gase. Die Temperaturmeßsignale, welche durch die Temperatursensoren S1in bis S5in und S1out bis S5out geliefert werden, werden in das Steuergerät 100 eingegeben. Das Steuergerät 100 gibt Steuersignale an die Leistungssteuergeräte 41 bis 45, um die der Heizeinrichtung 3 zuzuführende Leistung zu steuern, an die Druckregeleinheit 28 und an die Flußregler 61 und 62 aus.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das einen Ausschnitt von einem im Steuergerät 100 enthaltenen Bauteil zeigt, das einer Steuerung der Heizeinrichtung 3 zugeordnet ist. Wie in 3 dargestellt ist, umfaßt das Steuergerät 100 folgendes: eine Substrattemperatur-Abschätzeinheit 110, welche die Mittentemperaturen T1c bis T5c in der Nähe der jeweiligen Mittenabschnitte der Überwachungswafer W1 bis W5 und die Umfangstemperaturen T1e bis T5e in der Nähe der jeweiligen Umfangsabschnitte der Überwachungswafer W1 bis W5 ausgibt, die auf Basis der Meßsignale abgeschätzt werden, welche durch die Temperatursensoren S1in bis S5in und S1out bis S5out geliefert werden; eine Repräsentativtemperatur-Berechnungseinheit 120, welche die jeweiligen Repräsentativtemperaturen T1r bis T5r der Überwachungswafer W1 bis W5 aus den Mittentemperaturen T1c bis T5c und den Umfangstemperaturen T1e bis T5e der Überwachungswafer W1 bis W5 berechnet; und eine Heizeinrichtungs-Ausgangsleistungs-Bestimmungseinheit 140, welche die Heizeinrichtungs-Ausgangsleistungen h1 bis h5 auf Basis der Repräsentativtemperaturen T1r bis T5r der Überwachungswafer W1 bis W5 und der in einer Solltemperaturprofil-Speichereinheit 130 gespeicherten Solltemperaturen bestimmt. Die durch die Heizeinrichtungs-Ausgangsleistungs-Bestimmungseinheit 140 bestimmten Heizeinrichtungs-Ausgangsleistungen h1 bis h5 werden den Leistungssteuereinheiten 41 bis 45 als Steuersignale zugeführt.
  • Das Solltemperaturprofil stellt eine Beziehung zwischen einem Zeitablauf und einer Solltemperatur (einer Temperatur, welche der Wafer W aufweisen sollte) dar. Ein Beispiel für das Solltemperaturprofil ist in 4 dargestellt.
  • 4 ist eine graphische Darstellung des Solltemperaturprofils der Ausführungsform. Wie in 4 gezeigt ist, wird in dem Solltemperaturprofil:
    • (A) die Solltemperatur von einem Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t1 auf T0 gehalten. In dieser Zeit wird das Wafer-Boot 20, das die Wafer W trägt, in den vertikalen Wärmebehandlungsofen 10 befördert (Ladeschritt);
    • (B) die Solltemperatur vom Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t2 mit einer konstanten Geschwindigkeit von T0 auf T1 erhöht (Aufheizschritt);
    • (C) die Solltemperatur vom Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3 auf T1 gehalten. Hinsichtlich der tatsächlichen Temperaturen der Wafer W kann es wegen der thermischen Trägheit einige Zeit dauern, bis die Temperaturen konstant werden, nachdem die Solltemperatur konstant eingestellt wurde. Somit wird mit dem anschließenden Schritt gewartet, bis die Wafertemperaturen stabilisiert sind (Stabilisierungsschritt);
    • (D) die Solltemperatur vom Zeitpunkt t3 bis zu einem Zeitpunkt t4 auf T1 gehalten. In dieser Zeit wird ein Prozeßgas, wie z. B. SiH2Cl2 und NH3, in den vertikalen Wärmebehandlungsofen 10 eingeleitet, und es wird zum Beispiel mittels CVD ein Filmbildungsprozeß eines SiN-Films ausgeführt (Filmbildungsschritt). Die Solltemperatur während des Filmbildungsschrittes ist eine konstante Solltemperatur. Wie nachfolgend beschrieben ist, kann die Solltemperatur während des Filmbildungsschrittes verändert werden. Dies wird als eine zeitlich veränderliche Solltemperatur bezeichnet.
    • (E) die Solltemperatur vom Zeitpunkt t4 bis zu einem Zeitpunkt t5 mit einer konstanten Geschwindigkeit von T1 auf T0 abgesenkt (Abkühlschritt);
    • (F) die Solltemperatur nach dem Zeitpunkt t5 auf T0 gehalten. In dieser Zeit wird das Wafer-Boot 20, das die Wafer W trägt, aus dem vertikalen Wärmebehandlungsofen 10 herausbefördert (Entladeschritt).
  • Das Solltemperaturprofil kann dargestellt werden, indem die Temperatur entsprechend dem Zeitverlauf direkt vorgegeben wird, wie oben beschrieben ist, oder indem eine Veränderungsgeschwindigkeit der Temperatur, wie z. B. eine Aufheizgeschwindigkeit, vorgegeben wird oder indem die Heizeinrichtungs-Ausgangsleistung vorgegeben wird oder auf irgendeine andere unterschiedliche Weise. Die Darstellungsweise ist nicht beschränkt, und es muß nur dafür gesorgt werden, daß der Zeitverlauf und die Temperatur des Wafers W einander entsprechen.
  • Das Solltemperaturprofil ist ein Teil eines Prozeßrezepts, das den gesamten Wärmeprozeß an den Wafern W bestimmt. Im Prozeßrezept werden zusätzlich zum Solltemperaturprofil Schritte dargestellt, um entsprechend dem Zeitablauf die Atmosphäre aus dem Inneren des vertikalen Wärmebehandlungsofens 10 auszupumpen und das Prozeßgas dort hinein einzuleiten.
  • Der wichtigste Schritt im gesamten Aufheizprozeß ist der Filmbildungsschritt (Wärmebehandlungsschritt). Ein Teil, der den Filmbildungsschritt im Prozeßrezept beschreibt, wird als ein Filmbildungsschritt-Beschreibungsteil (Wärmebehandlungsschritt-Beschreibungsteil) bezeichnet.
  • 5 ist ein Flußdiagramm, das ein Steuerungsverfahren zeigt, das von dem Steuergerät 100 auszuführen ist, um die Heizeinrichtung 3 zu steuern. Ein Temperatursteuerungsverfahren des vertikalen Wärmebehandlungsofens 10 wird mit Bezugnahme auf das Flußdiagramm erläutert.
    • (A) Wenn der Wärmeprozeß beginnt, dann werden die Meßsignale der Temperatursensoren Sin (S1in bis S5in) und Sout (S1out bis S5out) von der Substrattemperatur-Abschätzeinheit 110 gelesen (S11).
    • (B) Die Substrattemperatur-Abschätzeinheit 110 schätzt die Mittentemperaturen T1c bis T5c und die Umfangstemperaturen T1e bis T5e der Überwachungswafer W1 bis W5 aus den Meßsignalen der Temperatursensoren Sin und Sout ab (S12).
  • Die folgenden Ausdrücke (1) und (2), die aus dem Bereich der Steuerungstechnik bekannt sind, werden für die Abschätzung verwendet. X(t + 1) = A·x(t) + B·u(t) (1) Y(t) = C·x(t) + u(t) (2)mit:
    • t:
    Zeit
    x(t):
    n-dimensionaler Zustandsvektor
    y(t):
    m-dimensionaler Output-Vektor
    u(t):
    r-dimensionaler Input-Vektor
    A, B, C:
    n × n, n × r und m × n Konstantenmatrizen.
  • Die Ausdrücke (1) und (2) werden als eine Zustandsgleichung bzw. eine Output-Gleichung bezeichnet. Der Output-Vektor y(t) kann erhalten werden, indem das simultane Gleichungssystem der Ausdrücke (1) und (2) gelöst werden.
  • In dieser Ausführungsform stellt der Input-Vektor u(t) die Meßsignale dar, welche durch die Temperatursensoren S1in bis S5in und die Temperatursensoren S1out bis S5out geliefert werden. Der Output-Vektor y(t) stellt die Mittentemperaturen T1c bis T5c und die Umfangstemperaturen T1e bis T5e dar.
  • In den Ausdrücken (1) und (2) stehen die Meßsignale, die durch die Temperatursensoren Sin und Sout geliefert werden, und die Mittentemperaturen Tc sowie die Umfangstemperaturen Te in einer Multi-Input-Output-Beziehung. Die Heizsegmente 31 bis 35 der Heizeinrichtung 3, die den Zonen 1 bis 5 entsprechen, wirken nicht nur auf die entsprechenden Überwachungswafer W1 bis W5 ein, sondern haben einen gewissen Einfluß auf alle Überwachungswafer W1 bis W5.
  • Die folgenden Ausdrücke (3) und (4), die das Rauschen berücksichtigen, können als Zustandsgleichungen verwendet werden. X(t + 1) = A·x(t) + B·u(t) + K·e(t) (3) Y(t) = C·x(t) + D·u(t) + e(t) (4)mit:
    • t:
    Zeit
    x(t):
    n-dimensionaler Zustandsvektor
    y(t):
    m-dimensionaler Output-Vektor
    u(t):
    r-dimensionaler Input-Vektor
    e(t):
    m-dimensionaler Rausch-Vektor
    A, B, C, D, K:
    n × n, n × r und m × n, m × m und n × m Konstantenmatrizen.
  • Die Konstantenmatrizen A, B, C und D, die von den thermischen Charakteristiken des thermischen Behandlungssystems abhängen, können zum Beispiel durch ein Unterraum-Verfahren ermittelt werden.
  • Zuerst werden die Meßsignale, die von den Temperatursensoren S1in in bis S5out und S1out bis S5out geliefert werden, und die Daten, welche die Mittelpunkttemperaturen T1c bis T5c sowie die Umfangspunkttemperaturen T1e bis T5e darstellen, erhalten. Die Konstantenmatrizen A, B, C und D können durch Bearbeiten der Daten, zum Beispiel mittels der Software Matlab, gefunden werden, die von The Math Works Inc. hergestellt wird und von Cybernet System Co. Kommerziell erhältlich ist.
  • Die Daten können erhalten werden durch schrittweises Verändern der Ausgangsleistungen der Heizsegmente 31 bis 35 und gleichzeitiges Messen der von den Temperatursensoren S1in bis S5in und S1out bis S5out gelieferten Meßsignale, der Mittelpunkttemperaturen T1c bis T5c sowie der Umfangspunkttemperaturen T1e bis T5e, die zeitlich veränderlich sind. Die Mittentemperaturen T1c bis T5c und Umfangstemperaturen T1e bis T5e können unter Verwendung von Thermoelementen gemessen werden, die an die Überwachungswafer angeschlossen sind.
  • Üblicherweise sind mehrere Kombinationen der so erhaltenen Konstantenmatrizen A, B, C und D möglich. Es wird eine Kombination der Konstantenmatrizen A, B, C und D ausgewählt, welche die berechneten Mittentemperaturen T1c bis T5c und Umfangstemperaturen T1e bis T5e (die unter Verwendung des Gleichungssystems der Ausdrücke (3) und (4) berechnet werden können) mit den gemessenen Temperaturen befriedigend übereinstimmen läßt (Modellfindung).
  • Nachdem die Kombination der Konstantenmatrizen A, B, C und D ausgewählt worden ist, können die Mittentemperaturen T1c bis T5c und die Umfangstemperaturen T1e bis T5e durch Verarbeiten der Meßsignale der Temperatursensoren S1in bis S5in und S1out bis S5out unter Verwendung des Gleichungssystems der Ausdrücke (1) und (2) oder der Ausdrücke (3) und (4) berechnet werden.
    • (C) Die Repräsentativtemperatur-Berechnungseinheit 120 berechnet die Repräsentativtemperaturen T1r bis T5r, welche die Temperaturen der Überwachungswafer W1 bis W5 verkörpern, auf Basis der Mittentemperaturen T1c bis T5c und der Umfangstemperaturen T1e bis T5e (S13).
  • Die Repräsentativtemperatur T4 kann unter Verwendung des folgenden Ausdrucks (5) berechnet werden. Tr = Tc·x + Te·(1 – x )(5)wobei x eine Gewichtung ist, für die 0 < x < 1 gilt.
  • Unter Berücksichtigung der Temperaturverteilung auf dem Wafer W wird als Gewichtung x ein Wert derart angenommen, daß die Repräsentativtemperatur Tr die Temperatur des Wafers W richtig wiedergibt. Konkret kann die Gewichtung x zum Beispiel 1/3 sein.
    • (D) Die Heizeinrichtungs-Ausgangsleistungs-Bestimmungseinheit 130 bestimmt die Ausgangswerte h1 bis h5 für die Leistungssteuergeräte 41 bis 45 auf Basis der Repräsentativtemperaturen T1r bis T5r und der Solltemperaturprofile (S14).
  • Die Heizeinrichtungs-Ausgangsleistungen h1 bis h5 können entsprechend den Differenzen (Tsp – Tr) zwischen den Solltemperaturen Tsp und den Repräsentativtemperaturen Tr ermittelt werden. Alternativ können sie entsprechend den Veränderungsgeschwindigkeiten der Temperatur, wie z. B. den Aufheizgeschwindigkeiten, ermittelt werden.
    • (E) Der Heizeinrichtungs-Ausgangsleistungs-Bestimmungsteil 140 gibt die abschließend bestimmten Heizeinrichtungs-Ausgangsleistungen h1 bis h5 an die Leistungssteuergeräte 41 bis 45 als Steuersignale aus (S15), und dementsprechend werden die jeweiligen Ausgangsleistungen der Heizeinrichtungs-Segmente 31 bis 35 gesteuert.
    • (F) Wenn der Wärmeprozeß nicht abgeschlossen ist, kehrt der Ablauf zum Schritt S11 zurück, um den Temperatursteuervorgang zum Steuern der Temperatur des Halbleiterwafers W zu wiederholen (S16).
  • Eine Schleife der Schritte S11 bis S16 wird mit einer Periode im Bereich von 1 bis 4 Sekunden wiederholt.
  • Als nächstes wird ein Bestimmungsverfahren eines Solltemperaturprofils in dem thermischen Behandlungssystem gemäß der Ausführungsform erläutert.
  • 6 ist ein Flußdiagramm, das einen Ablauf zum Bestimmen eines Solltemperaturprofils schematisch darstellt. Wie in 6 gezeigt ist, ist der Ablauf zum Bestimmen eines Solltemperaturprofils in der Ausführungsform grob in 3 Schritte unterteilt.
    • (A) Ein erstes Solltemperaturprofil wird auf eine solche Weise bestimmt, daß die Filmdickenverteilung zwischen den mehreren Substratgruppen G1 bis G5 gut ist (S100).
  • Hierbei ist das erste Solltemperaturprofil ein Profil, dessen Solltemperatur während des Filmbildungsschritts konstant ist, und es wird für jeden Überwachungswafer W1 bis W5 bestimmt. Somit können Filme, die im wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen, auf den Substraten (zum Beispiel den Überwachungswafern W1 bis W5) in den mehreren Gruppen ausgebildet werden.
    • (B) Das erste Solltemperaturprofil wird korrigiert, und ein zweites Solltemperaturprofil wird derart bestimmt, daß die Filmdickenverteilung in einer Oberfläche eines jeden Wafer (Substrat) gut ist (S200).
  • Hierbei ist das zweite Solltemperaturprofil ein Profil, dessen Solltemperatur eine während des Filmbildungsschrittes zeitlich veränderliche Solltemperatur ist. Somit kann ein Film ausgebildet werden, der eine im wesentlichen gleichförmige Dicke in demselben Substrat aufweist.
  • Es ist vorzuziehen, daß das zweite Solltemperaturprofil für ein Substrat in jeder der mehreren Gruppen (zum Beispiel für jeden Überwachungswafer W1 bis W5) bestimmt wird. Einfacher ist es jedoch möglich, das zweite Solltemperaturprofil für ein repräsentatives Substrat (zum Beispiel den Überwachungswafer W3) zu bestimmen.
    • (C) Das zweite Solltemperaturprofil wird korrigiert, und ein drittes Solltemperaturprofil wird auf eine solche Weise bestimmt, daß die Filmdickenverteilung zwischen den mehreren Substratgruppen gut ist (S300).
  • Hierbei ist das dritte Solltemperaturprofil, ähnlich wie das zweite Solltemperaturprofil, ein Profil, dessen Solltemperatur eine während des Filmbildungsschrittes zeitlich veränderliche Solltemperatur ist. Da das erste Solltemperaturprofil zum zweiten Solltemperaturprofil hin korrigiert wurde, kann die Filmdickenverteilung zwischen den mehreren Substratgruppen, die im ersten Solltemperaturschritt gut gewesen ist, ungleichförmig werden. Somit wird das zweite Solltemperaturprofil korrigiert, um wieder die Ausbildung eines Films zu ermöglichen, der auf den Substraten der mehreren Gruppen (zum Beispiel auf den Überwachungswafern W1 bis W5) im wesentlichen die gleiche Dicke aufweist.
  • (Ausschnitt aus dem Bestimmungsschritt des ersten Solltemperaturprofils)
  • Der Bestimmungsschritt des ersten Solltemperaturprofils S100 wird im Detail erläutert.
  • 7 ist ein Flußdiagramm, welches den Bestimmungsvorgang des ersten Solltemperaturprofils im Detail zeigt.
    • (A) Zuerst durchlaufen viele Substrate (Wafer W-1), die aus mehreren Gruppen bestehen und einen ersten Batch bilden, einen Wärmeprozeß entsprechend einem zuvor festgelegten Solltemperaturprofil (S102). Dann wird die Dicke der Filme, die auf den Substraten der mehreren Gruppen (Wafer W-1) ausgebildet sind, gemessen (S104).
  • Die Substrate der mehreren Gruppen des ersten Batch (Wafer W-1) sind zum Beispiel die Überwachungswafer W1-1 bis W5-1.
  • Das vorbestimmte Solltemperaturprofil ist ein Profil, dessen Solltemperatur eine konstante Solltemperatur während des Filmbildungsschrittes ist, in welchem ein Prozeßgas eingeleitet wird, um einen Film auszubilden. Hierbei wird für die Wafer W-1 des ersten Batch eine konstante Solltemperatur verwendet, die denselben Wert aufweist. Ein Beispiel für das vorbestimmte Solltemperaturprofil ist in 4 dargestellt.
  • Ein Dickenmeßgerät, wie zum Beispiel ein Ellipsometer, kann zur Messung der Dicke der Filme verwendet werden. Die Dickenmessung kann an einem Punkt auf jedem Wafer W-1 ausgeführt werden. Es ist jedoch vorzuziehen, die Filmdicke an mehreren Punkten auf jedem Wafer W-1 zu messen und daraus einen Mittelwert als eine Dicke eines jeden Wafers W-1 zu berechnen.
  • In 8 ist ein Beispiel für die Meßpunkte dargestellt. In 8 werden auf einem Wafer W neun Meßpunkte festgelegt, die sich zusammensetzen aus einem Meßpunkt A in der Nähe einer Mitte eines Wafers W, vier Meßpunkten F bis I in der Nähe eines Umfangs des Wafers W und vier Meßpunkten B bis E zwischen der Mitte und dem Umfang des Wafers W. Die Meßpunkte I, E, A, C und G und die Meßpunkte F, B, A, D und H liegen jeweils auf einer Geraden.
  • Wenn es eine Filmdickenverteilung auf dem Wafer W-1 gibt, dann ist vorzuziehen, den Meßpunkt A mit einer Mitte der Filmdickenverteilung übereinstimmen zu lassen. In 9 ist ein Beispiel der Filmdickenverteilung auf dem Wafer W dargestellt. In 9 stimmt eine Formmitte P0, die sich auf eine Form des Wafers W bezieht, nicht mit einer Filmdickenverteilungsmitte P1, die sich auf eine Filmdickenverteilung auf dem Wafer W bezieht, überein. Hierbei stellt Lc die Höhenlinien der Filmdicke dar. Die Differenz zwischen der Formmitte PO und der Filmdickenverteilungsmitte P1 kann oft durch einen Abstand zwischen einer Anordnungslage des Wafers W und einer thermischen Mitte des thermischen Behandlungssystems verursacht sein. In einem solchen Fall ist es vorzuziehen, die Anordnungslage des Wafers W dazu zu bringen, daß sie mit der thermischen Mitte des thermischen Behandlungssystems übereinstimmt. Alternativ ist es vorzuziehen, die Lage des Meßpunktes A dazu zu bringen, daß sie mit der Filmdickenverteilungsmitte P1 übereinstimmt, indem die Lage des Meßpunktes A von der Formmitte PO des Wafers W wegbewegt wird.
  • In den anschließenden Filmdickemessungen stimmt der Meßpunkt A mit der Filmdickenverteilungsmitte P1 überein.
    • (B) Es wird entschieden, ob die gemessene Filmdickenverteilung der Wafer W-1 der mehreren Gruppen innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Bereiches liegt oder nicht (S106).
  • Die Entscheidung kann zum Beispiel getroffen werden, indem ein Filmdickenverteilungsquotient Δ auf Basis des folgenden Ausdrucks (10) berechnet wird. Δ = |Dmax – Dmin|/[(Dmax + Dmin)/2] (10)mit:
    • Dmax:
    ein Maximum der Filmdicke der Wafer W1-1 bis W5-1
    Dmin:
    ein Minimum der Filmdicke der Wafer W1-1 bis W5-1
  • Der berechnete Filmdickenverteilungsquotient Δ wird mit dem vorgegebenen zulässigen Wert verglichen. Ist der Filmdickenverteilungsquotient Δ nicht größer als der zulässige Wert, dann wird entschieden, daß die Filmdickenverteilung innerhalb des zulässigen Bereichs liegt. Andernfalls wird entschieden, daß die Filmdickenverteilung nicht innerhalb des zulässigen Bereichs liegt.
  • Ist die Entscheidung von S106 Ja, dann ist es nicht erforderlich, das zuvor festgelegte Solltemperaturprofil zu korrigieren. Somit wird das zuvor festgelegte Solltemperaturprofil als ein erstes Solltemperaturprofil eingesetzt, und der Bestimmungsschritt des ersten Solltemperaturprofils ist abgeschlossen.
    • (C) Ist die Entscheidung von S106 Nein, dann wird während des Filmbildungsschrittes für jede Gruppe von Substraten (Wafer W-1) ein geeigneter Wert einer konstanten Solltemperatur auf Basis eines Dicken-Temperatur-Koeffizienten berechnet, der eine Beziehung zwischen Wachstumsraten des Films und Temperaturen verkörpert (S108). Dann wird das Solltemperaturprofil auf Basis der berechneten konstanten Solltemperatur korrigiert.
  • Die Berechnung der konstanten Solltemperatur wird auf eine solche Weise ausgeführt, daß die Dicke der Filme zwischen den Gruppen von Substraten eines Batch (zum Beispiel zwischen den Überwachungswafern W1-1 bis W5-1) ausgeglichen ist, das heißt, auf eine solche Weise, daß die Filmdickenverteilung zwischen den Substratgruppen gleichförmig ist.
  • Dann wird zuerst bestimmt, welche Filmdicke ein Standard für die Filmdicke der Wafer W-1 sein sollte. Die Zielsetzungs-Filmdicke Dt kann im voraus festgelegt werden. Alternativ kann die Zielsetzungs-Filmdicke ein Mittelwert aus der Filmdicke der Überwachungswafer W1-1 bis W5-1 sein.
  • Danach werden auf Basis der Differenzen zwischen der Zielsetzungs-Filmdicke Dt und den gemessenen Werten der Filmdicke D1 auf den Wafer der jeweiligen Gruppen (zum Beispiel der jeweiligen Filmdicke D11 bis D15 auf den Überwachungswafern W1-1 bis W5-1) und des Dicke-Temperaturkoeffizienten die jeweiligen konstanten Solltemperaturen Tsp1 (Tsp11 bis Tsp15) berechnet, die benötigt werden, um eine Übereinstimmung der Filmdicke D1 der Wafer W-1 mit der Zielsetzungs-Filmdicke Dt zu bewirken.
  • Anschließend wird der Dicke-Temperatur-Koeffizient erläutert.
  • Es ist bekannt, daß eine Wachstumsrate der Filmdicke (eine Filmausbildungsrate) V dargestellt wird durch den nachfolgenden theoretischen Ausdruck (20) in einem Oberflächenraten-Bestimmungsprozeß, wobei die Filmbildungsrate durch einen Reaktionsprozeß bestimmt wird, der auf einer Oberfläche des Films abläuft, wie z. B. einen CVD(Chemische Dampfabscheidung)-Prozeß. V = C·exp(–Ea/(kT)) (20)mit:
    • C:
    eine Prozeßkonstante (eine Konstante, die durch einen Filmbildungsprozeß festgelegt ist)
    Ea:
    Aktivierungsenergie (eine Konstante, die durch eine Art des Filmbildungsprozesses festgelegt ist)
    k:
    Boltzmannkonstante
    T:
    absolute Temperatur.
  • Wird der Ausdruck (20) partiell nach der Temperatur T abgeleitet, dann wird die folgende Gleichung (21) erhalten. {∂V/∂T}/V = (–Ea/(k·T^2))[1/°C] (21)
  • Hierbei ist {∂V/∂T}/V ein Dicke-Temperaturkoeffizient S, der ein Veränderungsverhältnis der Filmbildungsrate darstellt, wenn sich die Temperatur verändert.
  • Die Aktivierungsenergie wird durch eine Art des Filmbildungsprozesses (zum Beispiel einen Reaktionsverlauf beim Bilden eines SiN-Filmes aus den Reaktionsgasen SiH2Cl2 und NH3) festgelegt. In dem Beispiel ist die Aktivierungsenergie 1,8 [eV].
  • Wie oben beschrieben ist, wird der Dicke-Temperatur Koeffizient S (={∂V/∂T}/V) ermittelt, wenn die Aktivierungsenergie Ea und die absolute Temperatur T in den Ausdruck (21) eingesetzt werden.
  • Hierbei wird die konstante Solltemperatur der Wafer W-1 in S102 durch T0 dargestellt, und die konstante Solltemperatur, die erforderlich ist, um die Übereinstimmung der Filmdicke der Wafer W-1 mit der Zielsetzungs-Filmdicke zu erreichen, wird durch Tsp1 dargestellt. Dann kann der Dicke-Temperatur-Koeffizient S (= {∂V/∂T}/V) durch den folgenden Ausdruck (22) dargestellt werden. S = (Dt – D0)/[D0·(Tsp1 – T0)] (22)
  • Unter der Annahme, daß der Ausdruck (21) gleich dem Ausdruck (22) ist und daß die absolute Temperatur T in dem Ausdruck (22) die konstante Solltemperatur T0 ist, wird der folgende Ausdruck (23) erhalten. Tsp1 = T0 + [(Dt – D0)/D0]·[k·T0^2/Ea] (23)
  • Hierbei sind Ea, k, T0, Dt und D0 bekannt, so daß die konstante Solltemperatur Tsp1 erhalten werden kann.
  • Als nächstes werden die Solltemperaturprofile auf Basis der konstanten Solltemperaturen Tsp1 korrigiert, die für die jeweiligen Wafer W-1 erhalten wurden. Ein Beispiel für das korrigierte Solltemperaturprofil ist in 10 dargestellt.
  • 10(A) ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für korrigierte Solltemperaturprofile zeigt, und 10(B) ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für eine Übereinstimmung zwischen Werten der konstanten Solltemperatur Tsp1 und den Orten des Wafers zeigt. Die Werte der konstanten Solltemperatur Tsp1 der Überwachungswafer W1 bis W5 während des Filmbildungsschrittes (vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4) sind T(1) bis T(5).
  • In dem Beispiel ist der Zeitpunkt (t2), um die konstanten Solltemperaturen Tsp1 der Überwachungswafer W1 bis W5 auf T(1) bis T(5) einzustellen, der gleiche. Somit ist die Stabilisierungszeit (t3 – t2) für die jeweiligen Überwachungswafer W1 bis W5 die gleiche.
  • Es kann jedoch sein, daß die Stabilisierungszeit für die jeweiligen Wafer W nicht notwendigerweise gleich ist. Wenn zum Beispiel die Aufheizgeschwindigkeiten (Aufheizgradienten) der Überwachungswafer W1 bis W5 die gleichen sind, dann ist der Zeitpunkt (t2), zu dem die konstanten Solltemperaturen Tsp1 der Überwachungswafer W1 bis W5 jeweils die T(1) bis T(5) erreichen, unterschiedlich. In dem Fall ist die Stabilisierungszeit für die jeweiligen Überwachungswafer W1 bis W5 unterschiedlich. Wenn die gesicherte Stabilisierungszeit bezüglich aller Überwachungswafer W1 bis W5 länger als ein Grad ist, dann kann die Temperatur während des Filmbildungsschrittes zufriedenstellend stabilisiert werden.
  • Kurz gesagt ist das Solltemperaturprofil während des Filmbildungsschrittes (Wärmebehandlungsschrittes) wichtig, und das Solltemperaturprofil vor und nach diesem Schritt kann sich ohne irgendwelche Probleme irgendwie verändern.
    • (D) Als nächstes durchlaufen viele Wafer W-2, die aus mehreren Gruppen bestehen und einen zweiten Batch bilden, einen Wärmeprozeß entsprechend dem korrigierten Solltemperaturprofil (S110). Dann wird die Dicke der Filme, die sich auf den Wafer W-2 der mehreren Gruppen ausgebildet haben, gemessen (S112). Dann wird entschieden, ob die gemessene Filmdickenverteilung der Wafer W-2 der mehreren Gruppen innerhalb eines zuvor festgelegten Bereiches liegt oder nicht (S114).
  • Der Wärmeprozeß, die Messung der Filmdicke und die Entscheidung, innerhalb des zulässigen Bereiches zu liegen, können ähnlich zu den obigen Schritten S102, S104 und S106 ausgeführt werden.
  • Ist die Entscheidung von S114 Ja, dann wird das zuvor korrigierte Solltemperaturprofil als ein erstes Solltemperaturprofil gesetzt, und der Bestimmungsschritt des Solltemperaturprofils ist abgeschlossen.
    • (E) Ist die Entscheidung von S114 Nein, dann wird ein Dicke-Temperatur-Koeffizient auf Basis eines Meßergebnisses zur Filmdicke auf den Wafern W-1 des ersten Batch und der Filmdicke auf den Wafer W-2 des zweiten Batch berechnet (S116). Dann wird auf Basis des berechneten Wertes ein geeigneter Wert einer konstanten Solltemperatur während des Filmbildungsschrittes für jede der Gruppen von Wafer W-2 berechnet (S118). Dann wird das Temperaturprofil auf Basis der berechneten konstanten Solltemperatur korrigiert.
  • Die Berechnung des Dicke-Temperatur-Koeffizienten und der konstanten Solltemperatur wird wie folgt ausgeführt.
  • Bezüglich einer Zone i wird die Filmdicke auf den Wafer Wi-2 des zweiten Batch durch D2 dargestellt, und die Filmdicke auf den Wafer Wi-1 des ersten Batch wird durch D1 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt sind die konstanten Solltemperaturen T2 bzw. T1. Konstante Solltemperaturen, die erforderlich sind, um eine Übereinstimmung der Filmdicke der Wafer W-2 mit der Zielsetzungs-Filmdicke Dt zu bewirken, werden durch Tsp dargestellt.
  • Ein gemessener Wert des Dicke-Temperatur-Koeffizienten S (={∂V/∂T}/V) wird durch den folgenden Ausdruck (30) dargestellt. S = (D2 – D1)/[D1·(T2 – T1)] (30)
  • Außerdem wird die Beziehung zwischen dem Dicke-Temperatur-Koeffizienten S und der Zielsetzungs-Filmdicke Dt durch den folgenden Ausdruck (31) dargestellt. S = (Dt – D2)/[D2·(Tsp – T2)] (31)
  • Der folgende Ausdruck (32) zur Berechnung einer geeigneten konstanten Solltemperatur Tsp kann durch Lösen der Ausdrücke (30) und (31) als gekoppelte Gleichungen erhalten werden. Tsp = T2 + (T2 – T1)·(Dt – D2)·D1/[(D2 – D1)·D2] (32)
    • (F) Dann werden die Schritte S110 bis S118 wiederholt, um die konstante Solltemperatur zu berechnen (um das Solltemperaturprofil zu korrigieren), bis die Filmdickenverteilung zwischen den mehreren Gruppen der Wafer innerhalb des zulässigen Bereiches liegt.
  • (Details des Bestimmungsschritts des zweiten Solltemperaturprofils)
  • Als nächstes wird der Bestimmungsschritt des zweiten Solltemperaturprofils bei S200 in 6 im Detail erläutert.
  • 11 ist ein Flussdiagramm, welches den Bestimmungsschritt des zweiten Solltemperaturprofils im Detail zeigt.
    • (A) Zuerst durchlaufen die Wafer W-3 eines dritten Batch einen Wärmeprozeß entsprechend dem ersten Solltemperaturprofil (S202). Dann wird die Dicke der Filme, die auf den Wafer W-3 des dritten Batch ausgebildet sind, gemessen (S204).
  • Hierbei besteht die Aufgabe des Schrittes darin, die Filmdickenverteilung innerhalb einer Oberfläche eines jeden Wafers W-3 gleichförmig zu machen. Somit ist es nicht erforderlich, mehrere Wafer W-3 zu verwenden. Das Endziel ist jedoch, die Filmdickenverteilung sowohl zwischen den mehreren Gruppen von Wafern als auch innerhalb der Oberfläche eines jeden Wafers gleichförmig zu machen. Deshalb ist es bevorzugt, mehrere Wafer W-3 entsprechend den mehreren Gruppen zu verwenden und für jeden der mehreren Wafer W-3 ein zweites Solltemperaturprofil zu bestimmen.
  • In der nachfolgenden Erläuterung wird jedoch ein einziger Wafer W-3 verwendet, um die Erläuterung zu vereinfachen.
  • Das erste Solltemperaturprofil ist das Solltemperaturprofil, das bei S100 bestimmt wurde.
  • Zum Messen der Filmdicke kann ein Dickenmeßgerät, wie zum Beispiel ein Ellipsometer, verwendet werden. Die Dickenmessung wird an mehreren Punkten auf dem Wafer W-3 ausgeführt. Wie in 8 dargestellt ist, können die Meßpunkte zum Beispiel neun Meßpunkte sein, die sich zusammensetzen aus einem Meßpunkt A in der Nähe einer Mitte eines Wafers, vier Meßpunkten F bis I in der Nähe eines Umfangs des Wafers und vier Meßpunkten B bis E zwischen der Mitte und dem Umfang des Wafers.
    • (B) Es wird entschieden, ob die gemessene Filmdickenverteilung in der Oberfläche des Wafers innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Bereiches liegt oder nicht (S206).
  • 12(A) ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für ein Meßergebnis der Filmdicke auf dem Wafer
    W-3 entsprechend den Abständen von der Mitte des Wafers W-3 zeigt.
  • In 12(A) bedeutet die Abszisse den Abstand von der Wafermitte, und die Ordinate bedeutet die Filmdicke. Es zeigt sich, daß die Filmdicke in der Nähe der Wafermitte klein ist und daß die Filmdicke zum Umfang des Wafers hin größer wird. Obwohl in der graphischen Darstellung abhängig von den Meßpunkten eine gewisse Ungleichförmigkeit vorliegt, genügt die Filmdicke D auf dem Wafer näherungsweise dem folgenden Ausdruck (35) als einer quadratischen Funktion eines Abstandes x von der Mitte D = a·x^2 + b (35)wobei
    • a, b:
    Konstanten sind.
  • In dem Ausdruck (35) gibt es kein Glied, das im Abstand x linear ist. Das folgt aus der Annahme, daß die Filmdickenverteilung in der Oberfläche symmetrisch bezüglich der Mitte des Wafers ist (das im Abstand x lineare Glied ist eine Komponente, die asymmetrisch bezüglich der Mitte des Wafers ist).
  • Die Konstanten a, b können zum Beispiel unter Verwendung des Verfahrens der kleinsten Quadrate berechnet werden. Somit können jeweils eine theoretische Filmdicke d0 an der Mitte des Wafers W-3, eine theoretische Filmdicke d1 an einem mittleren Punkt (zwischen der Mitte und dem Umfang) und eine theoretische Filmdicke d2 am Umfang berechnet werden. Dann kann ein Filmdickenverteilungsquotient Δ ähnlich zu dem Ausdruck (10) als ein Wert eingeführt werden, der das Ausmaß der Filmdickenverteilung in der Oberfläche des Wafers repräsentiert. Δ = |d2 – d0|/[(d2 + d0)/2] (40)
  • Der Filmdickenverteilungsquotient Δ wird verglichen mit einem zuvor festgelegten zulässigen Wert, um zu entscheiden, ob die Filmdickenverteilung in der Oberfläche innerhalb des zulässigen Bereichs liegt oder nicht.
    • (C) Ist die Entscheidung von S206 Ja (wenn die Filmdickenverteilung innerhalb des zuvor festgelegten zulässigen Bereichs liegt), dann ist es nicht erforderlich, das erste Solltemperaturprofil zu korrigieren, welches als ein zweites Solltemperaturprofil gesetzt werden kann.
  • Ist die Entscheidung von S206 Nein, dann wird unter Verwendung eines theoretischen Wertes des Dicke-Temperatur-Koeffizienten die Temperaturverteilung in der Oberfläche des Wafers berechnet, die benötigt wird, um die Filmdickenverteilung in der Oberfläche des Wafers gleichförmig zu machen (S208).
  • Die Faktoren, welche das Auftreten der Filmdickenverteilung in der Oberfläche des Wafers W-3 bedingen, werden in die folgenden zwei unterteilt. Welche Faktoren auch immer vorliegen, die Filmdickenverteilung in der Oberfläche kann dennoch gleichförmig gemacht werden, indem die Temperaturverteilung in der Oberfläche des Wafers gesteuert wird.
    • ➀: es gibt eine Temperaturverteilung in der Oberfläche des Wafers.
    • ➁ : es gibt einen Faktor außer der Temperaturverteilung, zum Beispiel die Dichteverteilung des Prozeßgases in der Oberfläche des Wafers.
  • Wie nachfolgend beschrieben ist, ist es hinsichtlich des Faktors ➀ effektiv, eine zeitlich veränderliche Solltemperatur zu verwenden.
  • Der Faktor ➁ kann stärker dominieren, wenn das Prozeßgas dünn ist, wenn zum Beispiel ein CVD-Prozeß bei einem verringerten Druck oder dergleichen ausgeführt wird. Das heißt, weil das Prozeßgas am Umfang des Wafers verbraucht wird, ist die Dichte des Prozeßgases, das die Wafermitte erreicht, vermindert, so daß die Filmdicke in der Mitte dünner wird als die Filmdicke am Umfang. Wenn andererseits der Wärmeprozeß bei einem normalen Druck ausgeführt wird, zum Beispiel wenn ein thermischer Oxidationsprozeß ausgeführt wird, dann verändert sich die Dichte des Prozeßgases, selbst wenn das Prozeßgas verbraucht wird, nur wenig. Somit kann der Faktor ➁ weniger dominant sein.
  • Es ist schwierig, den Faktor ➁ zu beseitigen. Selbst dann, wenn es einen Faktor ➁ gibt, kann die Filmdickenverteilung jedoch gleichförmig gemacht werden, indem die Temperaturverteilung innerhalb der Oberfläche des Wafers gesteuert wird.
  • 12(B) ist zum Beispiel eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für die Beziehung zwischen den Abständen von der Wafermitte und den Durchschnittstemperaturen des Wafers bei diesen Abständen zeigt.
  • In 12(A) wird die Filmdicke des Wafers von der Mitte des Wafers zum Umfang hin größer. Dementsprechend nehmen somit die in 12(B) dargestellten Durchschnittstemperaturen von der Mitte des Wafers zum Umfang hin ab. Das heißt, die Gleichförmigkeit der Filmdickenverteilung auf dem Wafer kann durch Herstellen einer Temperaturverteilung auf dem Wafer verbessert werden, welche eine umgekehrte Tendenz zur Filmdicke der in 12(A) gezeigten graphischen Darstellung aufweist.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Berechnen einer Temperaturverteilung innerhalb der Oberfläche erläutert, das benötigt wird, um die Filmdickenverteilung in der Oberfläche gleichförmig zu machen.
  • Zuerst wird hinsichtlich einer zeitlich veränderlichen Solltemperatur offenbart, daß eine Filmbildungsrate durch einen zeitlichen Mittelwert der Temperatur (Durchschnittstemperatur) während des Filmbildungsprozesses bestimmt wird. Das heißt, die Temperaturverteilung in der Oberfläche durch die zeitlich veränderliche Solltemperatur kann auf Basis der Durchschnittstemperaturen an den jeweiligen Orten auf der Oberfläche des Substrats dargestellt werden.
  • Bei der zeitlich veränderlichen Solltemperatur verändert sich die Temperatur im Zeitverlauf. Somit kann die endgültige Filmdicke durch Integration der Wachstumsrate des Films über die Zeit erhalten werden. Ein Mittelwert der Wachstumsrate des Films ist jedoch durch den Mittelwert der Temperatur festgelegt. Das wird wie folgt offenbart.
  • Die Filmdicke D des auf dem Wafer ausgebildeten Films wird durch den folgenden Ausdruck (50) dargestellt, indem eine Filmbildungsrate (eine Wachstumsrate des Films) V und die Zeit t verwendet werden. D = ∫ts teV(T)dt (50)mit:
    • ∫:
    Integrationssymbol
    ts:
    Startzeitpunkt des Filmbildungsschritts
    te:
    Endzeitpunkt des Filmbildungsschritts
    V(T):
    eine Filmbildungsrate V (eine Funktion der Temperatur T)
  • Die Filmbildungsrate V(T) kann bei einem konstanten Term der Temperatur T0 in den folgenden Ausdruck (51) entwickelt werden. V(T) = V(T0) + V1(T0) × (T – T0) (51)mit:
    • V1(T0):
    dV(T0)/dt (Ableitung der Filmbildungsrate V nach der Zeit).
  • Der folgende Ausdruck (52) kann durch Substituieren (Zuweisen) des Ausdrucks (51) für den Ausdruck (50) erhalten werden. D = V(T0) × (te – ts) + V1(T0) × ∫ts te(T – T0)dt (52)
  • Hierin ist ein zeitlicher Mittelwert der Temperatur T (Durchschnittstemperatur) T(Av) durch den folgenden Ausdruck (53) definiert. T(Av) = ∫ts teT(t)dt/(te – ts) (53)
  • Wird in dem Ausdruck (53) T0 = T(Av) angenommen, dann kann der folgende Ausdruck (54) erhalten werden. D/(te – ts) = V(T(Av)) (54)mit:
    • D/(te – ts):
    ein Mittelwert der Filmbildungsrate während des Filmbildungsschritts (durchschnittliche Filmbildungsrate).
  • Der Ausdruck (54) bedeutet nämlich, daß die mittlere Filmbildungsrate durch die Durchschnittstemperatur T(Av) festgelegt ist, wenn sich die Temperatur während des Filmbildungsschrittes verändert.
  • Wie aus der obigen Erläuterung ersichtlich wird, kann die Filmdickenverteilung in der Oberfläche des Wafers gleichförmig gemacht werden, indem ein zeitlicher Mittelwert einer Mittentemperatur (durchschnittliche Mittentemperatur) Tc(Av) und ein zeitlicher Mittelwert einer Umfangstemperatur (durchschnittliche Umfangstemperatur) Te(Av) während des Filmbildungsschritts gesteuert werden. Die durchschnittliche Mittentemperatur Tc(Av) und die durchschnittliche Umfangstemperatur Te(Av) werden durch die folgenden Ausdrücke dargestellt. Tc(Av) = ∫ts teTc(t)dt/(te – ts) (55) Te(Av) = ∫ts teTe(t)dt/(te – ts) (56)
  • Die durchschnittliche Mittentemperatur des Wafers W-3 wird durch Tc1, seine durchschnittliche Umfangstemperatur durch Te1, die Filmdicke in der Mitte durch Dc1, die Filmdicke am Umfang durch De1, die Zielsetzungs-Filmdicke des Wafers W-3 durch Dt, eine durchschnittliche Mittentemperatur zu diesem Zeitpunkt durch Tc2 und eine durchschnittliche Umfangstemperatur zu diesem Zeitpunkt durch Te2 dargestellt. Dann kann eine Zielsetzungs-Temperaturdifferenz in der Oberfläche ΔT2 (= Te2 – Tc2) wie folgt berechnet werden.
  • Ein Dicke-Temperatur-Koeffizient Sc in der Wafermitte und ein Dicke-Temperatur-Koeffizient Se am Umfang des Wafers können durch die folgenden Ausdrücke (57) und (58) dargestellt werden. Sc = (Dt – Dc1)/[Dc1·(Tc2 – Tc1)] (57) Se = (Dt – De1)/[De1·(Te2 – Te1)] (58)
  • Es wird Sc = Se = S angenommen, und es kann Dt = 2·Dc1·De1·(Dc1 + De1) (59) Tc2 – Tc1 = –(Te2 – Te1) (60)erhalten werden.
  • Durch Substituieren (Einsetzen) der Ausdrücke (59) und (60) in den Ausdruck (57) und unter Verwendung von:
    • ΔT1 = Te1 – Tc1: eine Durchschnittstemperaturdifferenz in der Oberfläche des Wafers W-3 und
    • ΔT2 = Te2 – Tc2: eine Zielsetzungs-Durchschnittstemperaturdifferenz in der Oberfläche kann der folgende Ausdruck (61) erhalten werden.
    ΔT2 = ΔT1 + 2(Dc1 – De1)/[(Tc1 + Te1)·S] (61)
  • Ein theoretischer Wert des Dicke-Temperaturkoeffizienten S wird durch den folgenden Ausdruck (62) aus dem Ausdruck (21) dargestellt. S = (Ea/(k·T^2))[1/°C] (62)
  • Ea, k, die Filmdicke Dc1 und De1 sind bekannt, so daß die Zielsetzungs-Durchschnittstemperaturdifferenz in der Oberfläche ΔT2 aus den Ausdrücken (61) und (62) berechnet werden kann, indem der zeitliche Mittelwert Tsp1(Av) der Solltemperatur Tsp l des Wafers W-3 für die absolute Temperatur T substituiert wird.
    • (D) Ein zeitlicher Gradient der zeitlich veränderlichen Solltemperatur wird auf Basis der berechneten Temperaturdifferenz in der Oberfläche ΔT berechnet (S210). Dann wird das erste Solltemperaturprofil auf Basis des zeitlichen Gradienten korrigiert.
  • Zuerst wird offenbart, daß die Temperaturverteilung in der Oberfläche des Wafers unter Verwendung der zeitlich veränderlichen Solltemperatur gesteuert werden kann.
  • 13(A) ist eine graphische Darstellung, welche die Veränderungen einer Solltemperatur Tsp, einer Mittentemperatur Tc in der Nähe der Mitte eines Wafers und einer Umfangstemperatur Te in der Nähe des Umfangs des Wafers im Zeitverlauf zeigt. 13(B) ist eine graphische Darstellung, die eine Veränderung einer Temperaturdifferenz in der Oberfläche des Wafers ΔT (= Te – Tc) im Zeitverlauf zeigt.
  • Diese graphischen Darstellungen können in einen Konstanttemperaturschritt von einem Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t1, einen Abkühlungsschritt vom Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t2, einen Konstanttemperaturschritt vom Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3, einen Aufheizschritt vom Zeitpunkt t3 bis zu einem Zeitpunkt t4 und einen Konstanttemperaturschritt nach dem Zeitpunkt t4 unterteilt werden.
  • Im Aufheizschritt und im Abkühlungsschritt wird eine Temperaturdifferenz in der Oberfläche ΔT erzeugt. Die Temperaturdifferenz kehrt sich zwischen dem Aufheizschritt und dem Abkühlungsschritt um. Das heißt, das Positive und Negative des Gradienten in der zeitlich veränderlichen Solltemperatur entspricht (fällt zusammen mit) dem Positiven und Negativen der Temperaturdifferenz in der Oberfläche.
  • Die Beziehung zwischen dem Temperaturgradienten und der Temperaturdifferenz in der Oberfläche bildet sich heraus, weil die Ränder der geschichteten Wafer W den Heizeinrichtungen 31 bis 35 gegenüberstehen. Das heißt, die Ränder der Wafer sind leichter aufzuheizen und strahlen die Wärme leichter ab, als die Wafermitten.
  • Somit wird dann, wenn die Temperatur abgesenkt wird, die Mittentemperatur höher als die Umfangstemperatur, so daß die Temperaturdifferenz ΔT erzeugt wird. Hingegen wird bei einer Erhöhung der Temperatur die Umfangstemperatur höher als die Mittentemperatur, so daß die Temperaturdifferenz ΔT erzeugt wird. Außerdem wurde gefunden, daß diese Temperaturdifferenz ΔT im wesentlichen den gleichen Absolutwert ΔT1 während der jeweiligen Schritte aufweist, obwohl es einige zeitliche Verzögerungen beim Übergang auf die Konstantschritte, den Abkühlungsschritt, den Aufheizschritt oder dergleichen gibt.
  • 14 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen Veränderungsgeschwindigkeiten (= dTsp/dt) einer Solltemperatur und Temperaturdifferenzen in einer Oberfläche ΔT (= Te – Tc) zeigt. Aus 14 wird ersichtlich, daß die Veränderungsgeschwindigkeit einer Solltemperatur (ein zeitlicher Gradient einer Solltemperatur) proportional zur Temperaturdifferenz in einer Oberfläche ist. Eine konkrete Beziehung (eine Proportionalitätskonstante) zwischen der Veränderungsgeschwindigkeit einer Solltemperatur V und der Temperaturdifferenz in der Oberfläche ΔT ist in Abhängigkeit von jedem Wärmebehandlungsofen unterschiedlich. Die Proportionalitätskonstante kann jedoch experimentell erhalten werden. Die Proportionalitätskonstante kann zum Beispiel erhalten werden, wenn zum Beispiel ein Wafer W mit einer vorgegebenen Aufheizgeschwindigkeit erhitzt (oder mit einer vorgegebenen Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt) und eine Temperaturdifferenz in der Oberfläche ΔT in dieser Zeit gemessen wird.
  • Wie aus der obigen Erläuterung ersichtlich ist, kann die Größe und das Positive oder Negative der Temperaturverteilung (die Temperaturdifferenz in der Oberfläche ΔT) gesteuert werden, indem der Gradient der zeitlich veränderlichen Solltemperatur verändert wird.
  • Wie oben beschrieben ist, kann ein erforderlicher Gradient der zeitlich veränderlichen Solltemperatur dTsp/dt aus der berechneten erforderlichen Temperaturdifferenz in der Oberfläche ΔT2 ermittelt werden, indem die Beziehung zwischen dem Gradienten der zeitlich veränderlichen Solltemperatur dTsp/dt und der Temperaturdifferenz in der Oberfläche ΔT, zum Beispiel die in 14 dargestellte Beziehung, verwendet wird.
  • Dann wird das erste Solltemperaturprofil auf Basis des berechneten Gradienten der zeitlich veränderlichen Solltemperatur korrigiert. Dieses Beispiel ist in 15 dargestellt.
  • 15 ist eine graphische Darstellung, die ein korrigiertes erstes Solltemperaturprofil Tsp2 im Vergleich mit einem ersten Solltemperaturprofil Tsp1 vor der Korrektur zeigt. Die Solltemperatur während des Filmbildungsschrittes ist in dem Profil vor der Korrektur eine Konstante, in dem korrigierten Profil ist sie aber zeitlich veränderlich.
  • Hierbei ist vor und nach der Korrektur ein Mittelwert der Solltemperatur während des Filmbildungsschrittes die gleiche Temperatur T2. Dies gilt, weil keine Veränderung eines Mittelwertes der Filmdicke verursacht werden darf (wie im Ausdruck (54) gezeigt ist, wird der zeitliche Mittelwert der Wachstumsrate des Films durch den zeitlichen Mittelwert der Temperatur bestimmt).
  • Wenn das erste Solltemperaturprofil korrigiert wird, dann ist von Bedeutung, wie die Solltemperatur während des Filmbildungsschrittes festzulegen ist. Im Gegensatz dazu können die Bedingungen vor und nach dem Filmbildungsschritt ohne irgendwelche Probleme etwas unterschiedlich sein. Zum Beispiel können die Aufheizgeschwindigkeit im Aufheizschritt vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2, die Aufheizzeit und/oder die Stabilisierungszeit (t3 – t2) vor und nach der Korrektur des Solltemperaturprofils ohne irgendwelche Probleme etwas unterschiedlich sein.
    • (E) Entsprechend dem korrigierten ersten Solltemperaturprofil durchlaufen die Wafer W-4 eines vierten Batch einen Wärmeprozeß (S212). Dann wird die Filmdickenverteilung auf jedem der Wafer W-4 gemessen (S214). Dann wird entschieden, ob die gemessene Filmdickenverteilung in jeder Oberfläche der Wafer W-4 innerhalb eines zuvor festgelegten zulässigen Bereiches liegt oder nicht (S216).
  • 16 zeigt zeitliche Veränderungen der Temperaturen, wenn ein Wärmeprozeß gemäß dem in 15 dargestellten Solltemperaturprofil ausgeführt wird. 16(A) ist eine graphische Darstellung, die zeitliche Veränderungen einer Solltemperatur, einer Mittentemperatur Tc in der Nähe der Wafermitte und einer Umfangstemperatur Te in der Nähe des Umfangs des Wafers zeigt, beziehungsweise ist 16(B) eine graphische Darstellung, die eine zeitliche Veränderung einer Temperaturdifferenz ΔT (= Te – Tc) zeigt.
  • Wie in den 16(A) und 16(B) gezeigt ist, ist während des Filmbildungsschrittes (während des Wärmebearbeitungsschrittes) mit Hinblick auf den Wafer W-4 die Mittentemperatur Tc in der Nähe der Wafermitte höher als die Umfangstemperatur Te in der Nähe des Umfangs des Wafers. Das wird dadurch hervorgerufen, daß die zeitlich veränderliche Solltemperatur einen Gradienten aufweist, wie oben beschrieben ist. Somit kann dann, wenn eine Temperaturverteilung gegeben ist, die der in S204 gemessenen Filmdickenverteilung entgegengesetzt ist (wobei die Mittentemperatur für den Wafer W-4 höher angesetzt wird als die Umfangstemperatur, wenn die Filmdicke im Wafer W-3 am Umfang größer ist als in der Mitte), eine Filmdickenverteilung in der Oberfläche des Wafers W-4 gleichförmig gemacht werden.
  • Als nächstes wird ein weiteres Beispiel für die Korrektur des ersten Solltemperaturprofils erläutert, die sich von der in 15 dargestellten unterscheidet. 17 zeigt ein Solltemperaturprofil, in dem Schritte vor und nach dem Filmbildungsschritt verändert werden, wenn das erste Solltemperaturprofil korrigiert wird.
  • 17(A) ist eine graphische Darstellung, die zeitliche Veränderungen einer Solltemperatur, einer Mittentemperatur Tc in der Nähe der Wafermitte und einer Umfangstemperatur Te in der Nähe des Umfangs des Wafers zeigt, beziehungsweise ist 17(B) eine graphische Darstellung, die eine zeitliche Veränderung einer Temperaturdifferenz ΔT (= Te – Tc) zeigt.
  • Im Fall der 17(A) gibt es Aufheizschritte (von einem Zeitpunkt t3 bis zu einem Zeitpunkt t4 und von einem Zeitpunkt t6 bis zu einem Zeitpunkt t7), sowohl vor als auch nach dem Filmbildungsschritt (vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t6). Außerdem gibt es einen zweiten Stabilisierungsschritt nach dem Zeitpunkt t7. Hierbei stimmen die Solltemperatur während des ersten Stabilisierungsschrittes (vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3), die Solltemperatur während des zweiten Stabilisierungsschrittes (nach dem Zeitpunkt t7) und ein Mittelwert der Solltemperatur während des Filmbildungsschrittes (vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t6) jeweils mit T2 überein. Wenn eine Standard-Solltemperatur (in dem Fall T2) festgelegt wird, kann somit auch der Wärmebehandlungsschritt eindeutig festgelegt werden. Zum Beispiel können die jeweiligen Wärmebehandlungsschritte leicht voneinander unterschieden werden, wenn die Standardsolltemperatur für jede Folge von Wärmebehandlungsschritten unterschiedlich ist.
  • Falls der Filmbildungsschritt nicht stark beeinflußt wird, kann somit akzeptiert werden, daß einige Schritte vor und nach dem Filmbildungsschritt hinzugefügt werden, wenn das erste Solltemperaturprofil korrigiert wird.
    • (F) Ist die Entscheidung in S216 Ja, dann wird das korrigierte erste Solltemperaturprofil als ein zweites Solltemperaturprofil festgelegt, und der Bestimmungsschritt des zweiten Solltemperaturprofils ist abgeschlossen.
  • Hierbei beginnt im Fall der 16(A) die zeitliche Veränderung der Solltemperatur an einem Startpunkt des Filmbildungsschrittes (t3). Somit wird, wie in 16(B) gezeigt ist, ein Übergangszustand in der Temperaturverteilung für einen Anfangszeitabschnitt des Filmbildungsschrittes (vom Zeitpunkt t3 bis zu einem Zeitpunkt t3 + Δt3) erzeugt. Um eine gleichförmiges Wachstum des Films während des Filmbildungszeitabschnitts zu erreichen, ist es somit vorzuziehen, den Startzeitpunkt des maßgeblichen Filmbildungsprozesses, wie z. B. das Einleiten des Prozeßgases, gegenüber dem Startpunkt der zeitlichen Veränderung der Solltemperatur ein wenig zu verzögern.
    • (G) Ist die Entscheidung von S216 Nein, dann wird auf Basis eines Meßergebnisses der Filmdicke auf den Wafern W-3 des dritten Batch und der Filmdicke auf den Wafern W-4 des vierten Batch ein Dicke-Temperatur-Koeffizient S berechnet (S218).
  • Die Berechnung kann unter Verwendung des Ausdrucks (30) ausgeführt werden. Hierbei wird für die Temperaturen T1 und T2 der zeitliche Mittelwert der Temperatur während des Filmbildungsschrittes T(Av) verwendet.
    • (H) Dann wird auf Basis des berechneten Wertes des Dicke-Temperatur-Koeffizienten eine Temperaturverteilung in der Oberfläche des Wafers berechnet, die erforderlich ist, um die Filmdickenverteilung in der Oberfläche des Wafers gleichförmig zu machen (S220). Dann wird auf Basis der Temperaturverteilung ein Gradient der zeitlich veränderlichen Solltemperatur berechnet und eine weitere Korrektur des zuvor korrigierten ersten Solltemperaturprofils vorgenommen.
  • Diese Schritte entsprechen im wesentlichen den Schritten S208 und S210. Somit wird eine Erläuterung weggelassen, die übernommen werden kann.
    • (I) Dann werden die Schritte S212 bis S222 wiederholt, bis die Filmdickenverteilung in der Oberfläche des Wafers in den zulässigen Bereich hinein kommt. Somit ist das zweite Solltemperaturprofil endgültig bestimmt.
  • (Details des Bestimmungsschritts des dritten Solltemperaturprofils)
  • Als nächstes wird der Bestimmungsschritt des dritten Solltemperaturprofils in S300 im Detail erläutert. Der Bestimmungsschritt des dritten Solltemperaturprofils wird ausgeführt, um die Verschlechterung in der Filmdickenverteilung zwischen den mehreren Substratgruppen, welche durch den Bestimmungsschritt des zweiten Solltemperaturprofils (Korrekturschritt des ersten Solltemperaturprofils) verursacht sein kann, aufzubessern. Das heißt, die Aufgabe zur Bestimmung des dritten Solltemperaturprofils ist die gleiche wie die Aufgabe zur Bestimmung des ersten Solltemperaturprofils. Der Hauptunterschied zwischen ihnen besteht in dem Punkt, daß die Solltemperatur während des Filmbildungsschrittes im ersten Solltemperaturprofil konstant, im dritten Solltemperaturprofil aber zeitlich veränderlich ist.
  • 18 ist ein Flußdiagramm, das den Bestimmungsprozeß des dritten Solltemperaturprofils im Detail zeigt.
  • Wie in 18 gezeigt ist, entspricht der Bestimmungsschritt des dritten Solltemperaturprofils dem Bestimmungsschritt des ersten Solltemperaturprofils, der in 7 dargestellt ist. Im Bestimmungsschritt des ersten Solltemperaturprofils wird die konstante Solltemperatur für die Berechnungsvorgänge, wie z. B. S108 und S116, verwendet. Im Unterschied dazu wird im Bestimmungsschritt des dritten Solltemperaturprofils jedoch ein zeitlicher Mittelwert der zeitlich veränderlichen Solltemperatur für die Berechnungsvorgänge, wie z. B. S308 und S316, verwendet.
  • 19 zeigt ein Beispiel für ein zweites Solltemperaturprofil, das entsprechend dem in 18 dargestellten Ablauf korrigiert ist (das heißt, ein Beispiel für ein drittes Solltemperaturprofil). Hierbei wird das in 17 dargestellte zweite Solltemperaturprofil korrigiert.
  • In 19(A) sind Solltemperaturprofile für die jeweiligen Substrate in den Gruppen G1 bis G5 (für die Überwachungswafer W1 bis W5) dargestellt. Mittelwerte der zeitlich veränderlichen Solltemperaturen während des Filmbildungsschrittes sind entsprechend den Orten der Überwachungswafer W1 bis W5 in 19(B) dargestellt. 19 entspricht 10, die das erste Solltemperaturprofil zeigt.
  • Im Fall von 19 wird im Bestimmungsschritt des zweiten Solltemperaturprofils nur ein Gradient für die zeitlich veränderlichen Solltemperaturen festgelegt. Somit unterscheiden sich die zeitlich veränderlichen Solltemperaturen für die Gruppen G1 bis G5 der Substrate (die Überwachungswafer W1 bis W5), die in den Zonen 1 bis 5 des vertikalen Wärmebehandlungsofens 10 angeordnet sind, voneinander nur in ihren konstanten Ausdrücken (Offsets) während des Filmbildungsschrittes (das heißt, die Kurvenverläufe der zeitlich veränderlichen Solltemperaturen sind die gleichen).
  • Jedoch können sich die Kurvenverläufe der zeitlich veränderlichen Solltemperaturen zwischen den Gruppen G1 bis G5 (den Überwachungswafern W1 bis W5) unterscheiden. Auch in diesem Fall ist der Kurvenverlauf der zeitlich veränderlichen Solltemperatur für jede Gruppe G1 bis G5 (die Überwachungswafer W1 bis W5) vor und nach der Korrektur der gleiche. Kurz gesagt, für jede Substratgruppe G1 bis G5 (die Überwachungswafer W1 bis W5) genügt es, eine Berechnung eines geeigneten zeitlichen Mittelwertes der zeitlich veränderlichen Solltemperatur durchzuführen und auf Basis der Berechnung eine Korrektur des Solltemperaturprofils auf eine solche Weise vorzunehmen, daß ein Mittelwert der Filmdicke auf den Wafern näher an die Zielsetzungs-Filmdicke Dt herankommt.
  • Wie oben bereits beschrieben wurde, kann darüber hinaus das Solltemperaturprofil vor und nach dem Filmbildungsschritt (vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t6) etwas verändert werden. Außerdem ist zu bevorzugen, daß der maßgebliche Filmbildungsprozesses, wie z. B. das Einleiten des Prozeßgases, beginnt, nachdem die zeitliche Veränderung der Solltemperatur begonnen hat und außerdem eine kurze Zeit verstrichen ist.
  • Hinsichtlich der anderen Punkte unterscheidet sich dieser Schritt im wesentlichen nicht von dem Bestimmungsschritt des ersten Solltemperaturprofils, der in 7 dargestellt ist. Somit wird eine Erläuterung weggelassen, die übernommen werden kann.
  • (Andere Ausführungsformen)
  • Die obigen Ausführungsformen können im Gültigkeitsbereich eines technischen Konzepts der Erfindung erweitert oder modifiziert werden.
  • Erstens ist es hinsichtlich der Bestimmungsschritte des ersten, zweiten und dritten Temperaturprofils nicht erforderlich, die drei Schritte zu kombinieren. Jeder von ihnen kann ohne irgendwelche Probleme allein ausgeführt werden. Für die Bestimmungsschritte des ersten, zweiten und dritten Temperaturprofils gibt es eine Voraussetzung dahingehend, daß die Substrate in mehrere Gruppen eingeteilt sind. Für den Bestimmungsschritt des zweiten Solltemperaturprofils kann es jedoch sein, daß die Substrate nur eine Gruppe bilden.
  • Das Substrat ist nicht auf einen Halbleiterwafer beschränkt, sondern kann zum Beispiel ein Glassubstrat sein.
  • Der Gradient der zeitlich veränderlichen Solltemperatur braucht nicht notwendigerweise zeitlich konstant zu sein. Selbst wenn der Gradient nicht konstant ist, kann die Filmdickenverteilung in der Oberfläche des Substrats gleichförmig gemacht werden.
  • Die Anzahl der Unterteilungssegmente der Heizeinrichtung ist nicht auf fünf beschränkt. Außerdem müssen die Repräsentativtemperaturen Tr für die Steuerung der Heizeinrichtung nicht immer aus der Mittentemperatur Tc und der Umfangstemperatur Te berechnet werden. Es kann eine beliebige andere Temperatur geeignet verwendet werden, die irgendwie das Substrat repräsentiert.
  • Die Mittentemperaturen T1 und die Umfangstemperaturen T5 können direkt gemessen werden, anstatt sie aus den Meßsignalen der Temperatursensoren Sin und Sout abzuschätzen. Zum Beispiel kann (a) ein Verfahren zum Anbringen von Sensoren, wie z. B. Thermoelementen, auf den Überwachungswafern W1 bis W5 oder (b) ein berührungsloses Meßverfahren unter Verwendung von Strahlungspyrometern oder dergleichen eingesetzt werden. In dem Fall werden die Meßsignale der Temperatursensoren Sin und Sout nicht verwendet.

Claims (23)

  1. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Vielzahl von Substraten, die in mehrere Gruppen eingestuft sind, mit dem Schritt des Bestimmens eines Solltemperaturprofils zum Steuern entsprechender Substrattemperaturen der mehreren Gruppen gemäß entsprechenden korrespondierenden Solltemperaturprofilen und mit dem weiteren Verfahrensschritt: ein erster Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt (S100) zum Bestimmen erster fester Solltemperaturprofile, von denen jedes für jede der mehreren Substratgruppen eingestellt wird, wobei mit diesen Profilen Filme von im wesentlichen derselben Dicke zwischen den mehreren Gruppen auf den Substraten ausgebildet werden, wenn ein Prozessgas eingeleitet wird, um einen Wärmeprozess durchzuführen, um wobei ihre Solltemperaturen während des Filmbildungsintervalls des Wärmeprozesses keine zeitliche Veränderung erfahren, gekennzeichnet durch: einen zweiten Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt (S200) zum Bestimmen zweiter Solltemperaturprofile, von denen jedes für jede der mehreren Substratgruppen eingestellt wird, indem jedes der ersten Solltemperaturprofile verändert wird, wobei mit den Profilen ein Film von im wesentlichen derselben Dicke über der Oberfläche jedes der Substrate ausgebildet wird, wenn ein Prozessgas eingeleitet wird, um einen Wärmeprozess durchzuführen, und wobei sich ihre Solltemperaturen während des Filmbildungsintervalls des Wärmeprozesses zeitlich ändern, und ein dritter Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt (S300) zum Bestimmen dritter Solltemperaturprofile, von denen jedes für jede der mehreren Substratgruppen eingestellt wird, indem jedes der zweiten Solltemperaturprofile verändert wird, und wobei mit diesen Profilen Filme von im wesentlichen derselben Dicke zwischen den mehreren Gruppen auf den Substraten ausgebildet werden, wenn ein Prozessgas eingeleitet wird, um einen Wärmeprozess durchzuführen, und wobei sich ihre Solltemperaturen während des Filmformungsintervalls des Wärmeprozesses zeitlich verändern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt (S100) umfasst: einen ersten Wärmeverarbeitungsschritt (S102) zum Steuern jeweiliger Substrattemperaturen der mehreren Gruppen gemäß entsprechenden vorgegebenen vorläufigen Solltemperaturprofilen für Substrate eines ersten Batches, welche in die verschiedenen Gruppen eingestuft sind, und zum Einleiten eines Prozessgases zum Durchführen eines Wärmeprozesses zum Ausbilden der Filme auf den Substraten; ein erster Filmdicken-Messschritt (S104) zum Messen einer Dicke der auf den Substraten ausgebildeten Filme; und ein erster Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S108) zum Berechnen idealer konstanter Solltemperaturen gestützt auf die gemessene Dicke derart, dass die Dicken der während des Wärmeprozesses gebildeten Filme zwischen den mehreren Gruppen in wesentlichen gleich sind, und zum entsprechenden Verändern der vorläufigen Solltemperaturprofile gestützt auf die idealen konstanten Sollttemperaturen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei in dem ersten Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S108) die idealen konstanten Solltemperaturen basierend auf einer von Dicke und Temperatur abhängigen Beziehung zwischen den Substrattemperaturen und den Filmdicken berechnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei in dem ersten Filmdicken-Messschritt (S104) für wenigstens ein Substrat in jeder der mehreren Gruppen die Filmdicke an mehreren Punkten jedes Substrats gemessen und ein Mittelwert der gemessenen Werte als eine Filmdicke des Substrats erhalten wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt (S100) nach dem ersten Solltemperatur-Veränderungsschritt (S108) folgendes umfasst: ein zweiter Wärmeverarbeitungsschritt (S110) zum Steuern der jeweiligen Substrattemperaturen der mehreren Gruppen gemäß entsprechenden veränderten vorläufigen Solltemperaturprofilen für Substrate eines zweiten Batches, die in mehrere Gruppen eingestuft sind, und zum Einleiten eines Prozessgases zum Durchführen eines Wärmeprozesses zum Ausbilden von Filmen auf den Substraten; ein zweiter Filmdicken-Messschritt (S112) zum Messen einer Dicke der auf den Substraten gebildeten Filme; und ein zweiter Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S118) zum erneuten Berechnen idealer konstanter Solltemperaturen gestützt auf die gemessene Dicke derart, dass die Dicken der während des Wärmeprozesses gebildeten Filme zwischen den mehreren Gruppen im wesentlichen gleich sind, und zum erneuten Verändern der veränderten vorläufigen Solltemperaturprofile basierend auf den idealen konstanten Solltemperaturen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei in dem zweiten Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S118) die idealen konstanten Solltemperaturen erneut basierend auf einer von Dicke und Temperatur abhängigen Beziehung zwischen den Substrattemperaturen und den Filmdicken berechnet werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei in dem zweiten Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S118) die von Dicke und Temperatur abhängige Beziehung zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke basierend auf Solltemperaturen der vorläufigen Solltemperaturprofile während des ersten Wärmeverarbeitungsschrittes (S102), der Filmdicke der Filme auf den Substraten des ersten Batches, den Solltemperaturen der veränderten vorläufigen Solltemperaturprofile während des zweiten Wärmeverarbeitungsschrittes und den Filmdicken der Filme auf den Substraten des zweiten Batches verändert werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zweiten Wärmeverarbeitungsschritt (S110), der zweiten Filmdicken-Messschritt (S112) und der zweite Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S116) wenigstens zweimal in dieser Reihenfolge wiederholt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zeitliche Mittelwerte der Solltemperaturen der zweiten Solltemperaturprofile während des Wärmeprozesses im wesentlichen gleich den konstanten Solltemperaturen der ersten Solltemperaturprofile während des Wärmeprozesses sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Solltemperaturen der zweiten Solltemperaturprofile während des Wärmeprozesses einen im wesentlichen konstanten zeitlichen Gradienten haben.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt (S200) umfasst: einen dritten Wärmeverarbeitungsschritt (S202) zum Steuern jeweiliger Substrattemperaturen der mehreren Gruppen gemäß den jeweiligen ersten Solltemperaturprofilen für Substrate eines dritten Batches, welche in die mehreren Gruppen eingestuft werden, und zum Einleiten eines Prozessgases zum Durchführen eines Wärmeprozesses zum Ausbilden von Filmen auf den Substraten; einen dritten Filmdicken-Messschritt (S204) zum Messen einer Dickenverteilung der auf den Substraten ausgebildeten Filme; und einen dritten Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S210) zum jeweiligen Verändern der ersten Solltemperaturprofile gestützt auf die gemessene Dickenverteilung.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der dritte Filmdicken-Messschritt (S204) umfasst: einen Schritt zum Messen einer Filmdicke auf dem Substrat in der Nähe eines mittleren Abschnitts des Substrats und einen Schritt zum Messen einer Filmdicke auf dem Substrat in der Nähe mehrerer Umfangsabschnitte des Substrats.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der dritte Filmdicken-Messschritt (S204) umfasst: einen Schritt zum Erhalten der Dickenverteilung auf den Substraten als eine Funktion des Abstandes von im wesentlichen dem Zentrum der Substrate.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Funktion eine Funktion des Quadrates des Abstands von im wesentlichen dem Zentrum der Substrate ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der dritte Filmdicken-Messschritt (S204) umfasst: ein Schritt zum Erhalten der Dickenverteilung auf den Substraten als eine Differenz zwischen einer Filmdicke in der Nähe eines Mittenabschnitts der Substrate und einer Filmdicke in der Nähe eines Umfangsabschnitts der Substrate.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei in dem dritten Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S210) eine notwendige Temperaturverteilung in einem Substrat, die zum Ausbilden eines Films, dessen Dicke auf der Oberfläche des Substrats im wesentlichen gleichmäßig ist, notwendig ist, gestützt auf eine von Dicke und Temperatur abhängige Beziehung zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke und der gemessenen Dickenverteilung berechnet werden kann.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die notwendige Temperaturverteilung durch eine Differenz zwischen einer Temperatur des Substrats in der Nähe eines Mittenabschnitts des Substrats und einer Temperatur des Substrats in der Nähe eines Umfangsabschnitts des Substrats wiedergegeben wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei in dem dritten Solltemperatur-Veränderungsschritt (S210) notwendige zeitliche Gradienten der Solltemperaturprofile, welche durch die Veränderung erhalten werden sollen, gestützt auf eine Beziehung zwischen zeitlichen Gradienten der Solltemperaturprofile und der Temperaturverteilung innerhalb des Substrats sowie der notwendigen Temperaturverteilung berechnet werden und die ersten Solltemperaturprofile gestützt auf die notwendigen Gradienten verändert werden können.
  19. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der zweite Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt (S200) nach dem dritten Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S210) umfasst: einen vierten Wärmeverarbeitungsschritt (S212) zum Steuern der jeweiligen Substrattemperaturen der mehreren Gruppen gemäß entsprechender veränderter erster Solltemperaturprofile für Substrate eines vierten Batches, die in die mehrere Gruppen eingestuft sind, und zum Einleiten eines Prozessgases zum Durchführen eines Wärmeprozesses zum Ausbilden von Filmen auf den Substraten; einen vierten Filmdicken-Messschritt (S214) zum Messen der Dickenverteilung der auf den Substraten ausgebildeten Filme; und einen vierten Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S222) zum jeweiligen erneuten Verändern der veränderten ersten Solltemperaturprofile gestützt auf die gemessene Dickenverteilung.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei in dem vierten Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S222) eine notwendige Temperaturverteilung in einem Substrat, die zum Ausbilden eines Films, dessen Dicke auf der Oberfläche des Substrats im wesentlichen gleichmäßig, notwendig ist, gestützt auf eine Beziehung zwischen Dicke und Temperatur zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke und der gemessenen Dickenverteilung berechnet werden kann.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei in dem vierten Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S222) die Beziehung zwischen Dicke und Temperatur zwischen den Substrattemperaturen und der Filmdicke gestützt auf zeitliche Mittelwerte der ersten Solltemperaturprofile während des dritten Wärmeverarbeitungsschrittes, der Filmdicke der Filme auf den Substraten des dritten Batches, der zeitlichen Mittelwerte der veränderten ersten Solltemperaturprofile während des vierten Wärmeverarbeitungsschrittes und der Filmdicke der Filme der Substrate des vierten Batches verändert wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der vierte Wärmeverarbeitungsschritt (S212), der vierte Filmdicken-Messschritt (S214) und der vierte Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S222) wenigstens zweimal in dieser Reihenfolge wiederholt werden.
  23. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der dritte Solltemperaturprofil-Bestimmungsschritt (S300) umfasst: einen fünften Wärmeverarbeitungsschritt (S302) zum Steuern der jeweiligen Substrattemperaturen der mehreren Gruppen gemäß den jeweiligen zweiten Solltemperaturprofile für Substrate eines fünften Batches, welche in die mehreren Gruppen eingestuft sind, und zum Einleiten eines Prozessgases zum Durchführen eines Wärmeprozesses zum Ausbilden von Filmen auf den Substraten; einen fünfter Filmdicken-Messschritt (S304) zum Messen der Dicken der auf den Substraten ausgebildeten Filme; und einen fünfter Solltemperaturprofil-Veränderungsschritt (S308) zum Berechnen von Mittelwerten der Solltemperaturen basierend auf den gemessenen Dicken derart, dass die Dicken der während des Wärmeprozesses gebildeten Filme zwischen den mehreren Gruppen im wesentlichen gleich sind, und zum entsprechenden Verändern der zweiten Solltemperaturprofile gestützt auf die Mittelwerte der Solltemperaturen.
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