專(zhuān)利名稱(chēng)：熱處理方法和熱處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及統(tǒng)一地對(duì)多個(gè)半導(dǎo)體晶片等的基板進(jìn)行熱處理的分批式熱處理方法和熱處理裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)制造半導(dǎo)體器件時(shí)，對(duì)半導(dǎo)體晶片(以下稱(chēng)為晶片)進(jìn)行氧化或CVD(chemical vapor deposition(化學(xué)氣相沉積))等的熱處理。作為進(jìn)行該熱處理的分批式熱處理裝置，立式熱處理裝置是眾所周知的。在該裝置中，將多枚晶片棚架狀地保持在稱(chēng)為晶片保持器的保持器具中，例如從立式熱處理爐的下方側(cè)將上述保持器具搬入該熱處理爐內(nèi)。此后，將在熱處理爐內(nèi)的氣氛作為規(guī)定溫度的加熱氣氛，進(jìn)行熱處理。一般，以將在熱處理爐的被加熱區(qū)域分成上下多個(gè)，能夠?qū)γ總€(gè)區(qū)域進(jìn)行溫度控制的方式，對(duì)每個(gè)區(qū)域設(shè)置加熱單元和溫度控制器。
圖10是作為立式熱處理裝置的一個(gè)例子的氧化處理裝置的縱剖面圖。圖中11是下方側(cè)開(kāi)口的反應(yīng)容器。在反應(yīng)容器11的下端部，連接著用于將氧化處理用的氣體例如氧氣和氯化氫氣體供給反應(yīng)容器11內(nèi)的氣體供給管12、13和伸入到排氣泵14的排氣管15。以向上立在反應(yīng)容器11的內(nèi)部，在該反應(yīng)容器11的頂棚部分近旁開(kāi)口，從那里供給各種氣體的方式，配置氣體供給管12、13。又圖中16是在反應(yīng)容器11的周?chē)睦缟舷路较蚍指钤O(shè)置的多個(gè)加熱器，17是棚架狀地保持許多晶片W的晶片保持器。
如果簡(jiǎn)單地說(shuō)明用圖10的裝置的氧化處理的流程，則首先將在表面上形成硅層的例如140枚晶片W移載到晶片保持器17中。此后，將晶片保持器17搬入到反應(yīng)容器11內(nèi)。這時(shí)，由設(shè)置在晶片保持器17下端的蓋體18，氣密地封住反應(yīng)容器11的下端開(kāi)口部19。接著，使反應(yīng)容器11內(nèi)的溫度上升到規(guī)定溫度，并且將該反應(yīng)容器11內(nèi)維持在輕微減壓狀態(tài)。在這種狀態(tài)中，將處理氣體例如氧氣和氯化氫氣體供給反應(yīng)容器11內(nèi)，使晶片W的表面氧化形成硅氧化膜。
為了進(jìn)行上述氧化處理，以上述硅氧化膜的膜厚在晶片間大致均勻的方式，進(jìn)行預(yù)先調(diào)整每個(gè)加熱器16的溫度設(shè)定值的作業(yè)(例如日本特開(kāi)2001-77041號(hào)專(zhuān)利公報(bào)(權(quán)利要求1和段落0003))。而且，由圖中未畫(huà)出的溫度控制單元，以將各加熱器16維持在上述溫度設(shè)定值上的方式，對(duì)每個(gè)加熱器16進(jìn)行溫度控制。
在調(diào)整溫度設(shè)定值的作業(yè)中，例如，首先將形成了硅氧化膜的偽晶片，以與要處理的制品晶片的配置排列相應(yīng)的設(shè)計(jì)，保持在晶片保持器17中。而且，以使得到的氧化膜大致形成作為目標(biāo)的膜厚的方式，用規(guī)定的溫度設(shè)定值進(jìn)行熱處理(氧化處理)。而且，例如對(duì)于熱處理氣氛的每個(gè)區(qū)域測(cè)定硅氧化膜的膜厚，例如根據(jù)預(yù)先求得的膜厚的變化部分和每個(gè)加熱器16的溫度設(shè)定值的變化部分的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，校正溫度設(shè)定值。
在通過(guò)1次校正，膜厚分布還是不平坦的情形中，重復(fù)進(jìn)行上述校正(調(diào)整作業(yè))直到收斂到目標(biāo)膜厚的誤差范圍內(nèi)。
可是，本發(fā)明者研究了通過(guò)使反應(yīng)管內(nèi)為減壓氣氛，以規(guī)定流量比向反應(yīng)管內(nèi)導(dǎo)入氫氣和氧氣，并且例如在約1000℃左右進(jìn)行加熱，生成含有O自由基和OH自由基的活性種，由這些自由基在晶片上形成氧化膜的方法。如果根據(jù)該方法，則因?yàn)檠趸Ρ雀裳趸蜐裱趸瘡?qiáng)，所以能夠得到膜質(zhì)良好的氧化膜。
另一方面，在上述公報(bào)中，記載了將制品晶片用于溫度調(diào)整的情形。但是，調(diào)整溫度的作業(yè)，因?yàn)榘殡S著多次熱處理，所以在用制品晶片，特別是大口徑晶片的情形中，使成本負(fù)擔(dān)增大，不是上策。因此在使溫度匹配的作業(yè)中，通常都用偽晶片。
但是，如上所述在用自由基的氧化處理中，即便用偽晶片調(diào)整溫度設(shè)定值，也使在制品晶片上形成氧化膜的膜厚的面間均勻性惡化，特別是存在著位于處理氣體下游側(cè)的晶片的膜厚比位于處理氣體上游側(cè)的晶片的膜厚薄的傾向(加載效應(yīng))。
圖11是為了掌握該加載效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)關(guān)于膜厚得到某種程度的面間均勻性時(shí)，各區(qū)域的加熱器16的溫度設(shè)定值調(diào)整為預(yù)測(cè)的值。而且，將晶片W滿載在晶片保持器17中。關(guān)于全部晶片W都是偽晶片、搭載22塊表面具有槽溝構(gòu)造的晶片(槽溝晶片)和搭載39塊槽溝晶片這樣3種情形，分別在相同條件下進(jìn)行由自由基產(chǎn)生的氧化處理，測(cè)定各個(gè)膜厚分布。◆與全部晶片都是偽晶片時(shí)的結(jié)果對(duì)應(yīng)，▲與用22塊槽溝晶片時(shí)的結(jié)果對(duì)應(yīng)，■與用39塊槽溝晶片時(shí)的結(jié)果對(duì)應(yīng)。
如從這些結(jié)果可以看到的那樣，關(guān)于形成充分厚的氧化膜的偽晶片，盡管可以看到下游側(cè)的晶片的膜厚具有多少變薄的傾向，但是面間均勻性并沒(méi)有那樣地惡化。但是，當(dāng)用槽溝晶片時(shí)，位于下游側(cè)的晶片的膜厚變薄的傾向很強(qiáng)，隨著槽溝晶片的枚數(shù)增加，這種傾向變得更強(qiáng)。
關(guān)于其原因，本發(fā)明者進(jìn)行如下考慮。即，我們推測(cè)因?yàn)榫哂猩顪蠄D案(槽溝)的晶片(槽溝晶片)的表面積大，所以自由基的消耗量多。與此相對(duì)，我們推測(cè)因?yàn)閭尉跊](méi)有圖案的平坦的表面上形成厚的氧化膜，所以在該氧化膜表面上的自由基的消耗量比槽溝晶片少。
另一方面，當(dāng)增加處理氣體流量時(shí)，各基板上的膜厚的面內(nèi)均勻性降低，又，反應(yīng)容器11內(nèi)的壓力增加，因此自由基容易失去活性，自由基的存活期變短。從而不能夠?qū)⒘髁吭O(shè)定得如此之大。所以，在用自由基的氧化處理中，用已有的方法受到加載效應(yīng)的影響，關(guān)于氧化膜的膜質(zhì)要確保高的面間均勻性是困難的。
進(jìn)一步又，當(dāng)與制品晶片的配置排列相應(yīng)地決定溫度等的處理?xiàng)l件時(shí)，處理?xiàng)l件的設(shè)定作業(yè)很麻煩。又，也存在著當(dāng)熱處理時(shí)與搭載在晶片保持器中的制品晶片的枚數(shù)和配置排列相應(yīng)地設(shè)定處理?xiàng)l件，例如反應(yīng)管的各區(qū)域的溫度、壓力、氣體流量、處理時(shí)間等時(shí)，容易引起操作錯(cuò)誤那樣的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是上述那些問(wèn)題提出的，本發(fā)明的目的是提供能夠統(tǒng)括地對(duì)多個(gè)基板進(jìn)行熱處理在各基板的表面上形成薄膜，針對(duì)該薄膜的膜厚提高面間均勻性的技術(shù)。又本發(fā)明的其它目的是提供能夠與進(jìn)行熱處理的制品枚數(shù)無(wú)關(guān)地得到同樣的處理結(jié)果，而且操作者負(fù)擔(dān)少的技術(shù)。
本發(fā)明的熱處理方法是具有熱處理工序組的熱處理方法，包含將多個(gè)基板保持在基板保持器具中的工序；將上述基板保持器具搬入反應(yīng)容器內(nèi)的工序；由多個(gè)加熱單元分別加熱上述反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的加熱工序；和將處理氣體導(dǎo)入上述反應(yīng)容器內(nèi)在上述多個(gè)基板的表面上形成薄膜的工序，該熱處理方法的特征是備有，用形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比制品基板少的多個(gè)第一基板作為上述多個(gè)基板，實(shí)施上述熱處理工序組的第一熱處理工序；在上述反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定在上述第一基板的表面上形成的薄膜的膜厚的第一測(cè)定工序；根據(jù)上述第一測(cè)定工序中的測(cè)定結(jié)果，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的上述各個(gè)膜厚具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，設(shè)定多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的第一設(shè)定工序；用形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比上述第一基板多的多個(gè)第二基板作為上述多個(gè)基板，并且使上述加熱單元的各個(gè)為在上述第一設(shè)定工序中設(shè)定的各個(gè)溫度設(shè)定值，實(shí)施上述熱處理工序組的第二熱處理工序；在上述反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定在上述第二基板的表面上形成的薄膜的膜厚的第二測(cè)定工序；根據(jù)上述第二測(cè)定工序中的測(cè)定結(jié)果，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的上述各個(gè)膜厚具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，校正多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的第二校正工序；和至少用多個(gè)制品基板作為上述多個(gè)基板，并且使上述加熱單元的各個(gè)為在上述第二校正工序中校正的各溫度設(shè)定值，實(shí)施上述熱處理工序組的第三熱處理工序。
這里，反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域不一定是物理地劃分的，區(qū)域間也可以沒(méi)有明確的境界。需要時(shí)，可以與每個(gè)接受加熱的區(qū)域?qū)?yīng)地設(shè)置各加熱單元。
又，關(guān)于薄膜膜厚的測(cè)定，除了直接測(cè)定第一基板甚至第二基板上的薄膜的膜厚外，也包含將多個(gè)第一基板乃至第二基板的一部分置換成測(cè)定用的監(jiān)控基板進(jìn)行熱處理，取得在該監(jiān)控基板上形成的薄膜的膜厚，作為第一基板乃至第二基板上的薄膜的膜厚的方式。在后者的情形中，優(yōu)選以一定間隔配置監(jiān)控基板。
如果根據(jù)本發(fā)明，則因?yàn)槔锰幚須怏w的消耗量比制品基板少的第一基板設(shè)定熱處理時(shí)的溫度設(shè)定值，利用處理氣體的消耗量比第一基板多的第二基板校正上述溫度設(shè)定值，所以即便存在加載效應(yīng)(由于處理氣體上游側(cè)的基板消耗處理氣體，在處理氣體下游側(cè)的基板上形成的薄膜的膜厚變薄的現(xiàn)象)，也能夠通過(guò)溫度設(shè)定值的校正抵消由加載效應(yīng)產(chǎn)生的與目標(biāo)膜厚的差。因此，在用校正后的溫度設(shè)定值進(jìn)行的熱處理中，針對(duì)區(qū)域間的制品基板上的薄膜的膜厚能夠得到高的均勻性。
優(yōu)選，能夠根據(jù)預(yù)先求得的溫度設(shè)定值的變化量和薄膜膜厚的變化量的關(guān)系進(jìn)行上述第一設(shè)定工序和上述第二校正工序。
又，例如，在上述熱處理工序組中，能夠使上述處理氣體活性化生成活性種，由該活性種在基板的表面上形成硅氧化膜那樣的氧化膜。這時(shí)，例如，上述處理氣體包含氫氣和氧氣。這時(shí)，優(yōu)選上述第一基板是預(yù)先形成了平均膜厚為50nm以上的氧化膜的基板。又，這時(shí)，優(yōu)選上述第二基板是裸硅基板。
或者，例如，在上述熱處理工序組中，能夠用化學(xué)蒸鍍法在基板表面上形成薄膜。這時(shí)，優(yōu)選上述第一基板是在表面上不形成圖案的基板，上述第二基板是在表面上形成圖案的基板。
一般地說(shuō)，能夠在上述第一熱處理工序中，將第一基板滿載在基板保持器具中的被處理基板的保持區(qū)域中，在上述第二熱處理工序中，將第二基板滿載在基板保持器具中的被處理基板的保持區(qū)域中。
在上述第三熱處理工序中，也可以將制品基板滿載在基板保持器具中的被處理基板的保持區(qū)域中，但是也可以只搭載較少枚數(shù)的制品基板。在后者的情形中，優(yōu)選將制品基板搭載在基板保持器具中的被處理基板的保持區(qū)域中的位于導(dǎo)入反應(yīng)容器內(nèi)的處理氣體流的上游側(cè)的一部分上，將第一基板搭載在下游側(cè)的剩余部分中。這時(shí)，無(wú)論在1批中處理的制品具有多少枚，也能夠得到同樣的熱處理結(jié)果。而且，因?yàn)榉磻?yīng)容器內(nèi)的各區(qū)域的溫度設(shè)定值是共用的，所以能夠減輕操作者的負(fù)擔(dān)，防止錯(cuò)誤地設(shè)定溫度。
此外，在上述第二熱處理工序和上述第三熱處理工序中，反應(yīng)容器內(nèi)的壓力、處理氣體的流量和熱處理時(shí)間可以是共用的。
又，本發(fā)明的熱處理裝置的特征是它是備有，保持多個(gè)基板的基板保持器具；搬入上述基板保持器具的反應(yīng)容器；分別加熱上述反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的多個(gè)加熱單元；將用于通過(guò)熱處理在上述多個(gè)基板的表面上形成薄膜的處理氣體導(dǎo)入上述反應(yīng)容器內(nèi)的處理氣體導(dǎo)入單元；對(duì)形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比制品基板少的多個(gè)第一基板實(shí)施熱處理，根據(jù)在該第一基板的表面上形成的薄膜的膜厚，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的上述各個(gè)膜厚具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，設(shè)定多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的溫度設(shè)定單元；按照由溫度設(shè)定單元設(shè)定的各溫度設(shè)定值對(duì)形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比上述第一基板多的多個(gè)第二基板實(shí)施熱處理，根據(jù)在該第二基板的表面上形成的薄膜的膜厚，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的上述膜厚的各個(gè)具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，校正多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的溫度校正單元；和按照由溫度校正單元校正的各溫度設(shè)定值，至少對(duì)多個(gè)制品基板實(shí)施熱處理的制品基板熱處理單元。
例如，當(dāng)對(duì)多個(gè)第一基板實(shí)施熱處理時(shí)，將第一基板滿載在基板保持器具中的被處理基板的保持區(qū)域中，當(dāng)對(duì)多個(gè)第二基板實(shí)施熱處理時(shí)，將第二基板滿載在基板保持器具中的被處理基板的保持區(qū)域中。
優(yōu)選，熱處理裝置進(jìn)一步備有將基板移載到基板保持部中的基板移載單元，上述制品基板熱處理單元，當(dāng)至少對(duì)多個(gè)制品基板實(shí)施熱處理時(shí)，以將制品基板搭載在基板保持器具中被處理基板的保持區(qū)域中的位于導(dǎo)入反應(yīng)容器內(nèi)的處理氣體流的上游側(cè)的一部分上，將第一基板搭載在下游側(cè)的剩余部分中的方式，控制上述基板移載單元。
又，優(yōu)選，上述制品基板熱處理單元具有判斷制品基板的枚數(shù)的判斷單元。
或者，本發(fā)明是用于熱處理裝置的控制裝置，該熱處理裝置具有保持多個(gè)基板的基板保持器具，被搬入上述基板保持器具的反應(yīng)容器、分別加熱上述反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的多個(gè)加熱單元和將處理氣體導(dǎo)入上述反應(yīng)容器內(nèi)在上述多個(gè)基板的表面上形成薄膜的處理氣體導(dǎo)入單元，該控制裝置的特征是備有對(duì)形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比制品基板少的多個(gè)第一基板實(shí)施熱處理，根據(jù)在該第一基板的表面上形成的薄膜的膜厚，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的上述各個(gè)膜厚具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，設(shè)定多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的溫度設(shè)定單元；和按照在溫度設(shè)定程序中設(shè)定的各溫度設(shè)定值對(duì)形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比上述第一基板多的多個(gè)第二基板實(shí)施熱處理，根據(jù)在該第二基板的表面上形成的薄膜的膜厚，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的上述膜厚的各個(gè)具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，校正多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的溫度校正單元。
或者，本發(fā)明是用于熱處理裝置的控制程序，該熱處理裝置具有保持多個(gè)基板的基板保持器具、被搬入上述基板保持器具的反應(yīng)容器、分別加熱上述反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的多個(gè)加熱單元、和將處理氣體導(dǎo)入上述反應(yīng)容器內(nèi)在上述多個(gè)基板的表面上形成薄膜的處理氣體導(dǎo)入單元，該控制程序的特征是備有，根據(jù)通過(guò)對(duì)形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比制品基板少的多個(gè)第一基板實(shí)施熱處理而在該第一基板的表面上形成的薄膜的膜厚，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的上述各個(gè)膜厚具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，設(shè)定多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的溫度設(shè)定程序；和根據(jù)通過(guò)按照在溫度設(shè)定程序中設(shè)定的各溫度設(shè)定值對(duì)形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比上述第一基板多的多個(gè)第二基板實(shí)施熱處理而在該第二基板的表面上形成的薄膜的膜厚，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的上述膜厚的各個(gè)具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，校正多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的溫度校正程序。


圖1是表示與本發(fā)明有關(guān)的熱處理裝置的一個(gè)實(shí)施方式中的加熱爐及其周邊裝置的縱剖面圖。
圖2是表示上述熱處理裝置中的控制單元、加熱爐和其它裝置的連接狀況的概略說(shuō)明圖。
圖3是用于說(shuō)明控制單元構(gòu)成的方框圖。
圖4是用于說(shuō)明本實(shí)施方式的作用的工序圖。
圖5是從膜厚與晶片的保持位置的關(guān)系表示本實(shí)施方式的調(diào)整溫度的方式的特性圖。
圖6是表示本發(fā)明的其它實(shí)施方式的說(shuō)明圖。
圖7是從膜厚與晶片的保持位置的關(guān)系表示本實(shí)施方式的調(diào)整溫度的方式的特性圖。
圖8是表示根據(jù)本實(shí)施方式經(jīng)過(guò)熱處理的晶片的保持位置與膜厚的關(guān)系的特性圖。
圖9是表示根據(jù)比較例經(jīng)過(guò)熱處理的晶片的保持位置與膜厚的關(guān)系的特性圖。
圖10是表示已有的立式熱處理裝置的概略縱剖面圖。
圖11是用于說(shuō)明本發(fā)明要解決的課題的特性圖。
具體實(shí)施例方式
下面，作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，我們說(shuō)明作為立式熱處理裝置的氧化處理裝置。圖1是表示本實(shí)施方式的氧化處理裝置的縱剖面圖。立式加熱爐21例如具有封閉頂棚部分的筒狀隔熱體22、和沿該隔熱體22的內(nèi)壁面設(shè)置在周向的成為加熱單元的例如由電阻發(fā)熱體構(gòu)成的加熱器2。加熱爐21的下端部固定在基體23上。以可以個(gè)別地對(duì)上下方向的多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域進(jìn)行加熱控制的方式，將加熱器2分割成例如4段(加熱器2a、2b、2c、2d)。又在加熱爐21中，設(shè)置構(gòu)成反應(yīng)容器，只封閉上端，并且在其內(nèi)部形成熱處理氣氛的立式的例如由石英構(gòu)成的反應(yīng)管24。該反應(yīng)管24例如經(jīng)過(guò)筒狀的隔熱部件25固定在基體23上。
在反應(yīng)管24的下端近旁，連接著經(jīng)過(guò)閥門(mén)V1配置到排氣泵26a的排氣管26、第一氣體供給管27和第二氣體供給管28。第一氣體供給管27一端經(jīng)過(guò)閥門(mén)V2與供給第一處理氣體例如氧(O2)氣的第一處理氣體供給源27a連接。此外，第一氣體供給管27在閥門(mén)V2的下游側(cè)分開(kāi)成2根(第一氣體供給管27b、27c)。第二氣體供給管28一端經(jīng)過(guò)閥門(mén)V3與供給第二處理氣體例如氫(H2)氣的第二處理氣體供給源28a連接。第二氣體供給管28在閥門(mén)V3的下游側(cè)分開(kāi)成2根(第二氣體供給管28b、28c)。而且，第一氣體供給管27b、27c和第二氣體供給管28b、28c的另一端從外部貫通隔熱部件25地進(jìn)行配置。第一氣體供給管27b和第二氣體供給管28b垂直向上地豎立在反應(yīng)管24的內(nèi)部，它們的前端位于該反應(yīng)管24的頂棚部分近旁。以在反應(yīng)管24的中心部分附近向頂棚部分吹入處理氣體的方式，彎曲地設(shè)置本實(shí)施方式的第一氣體供給管27b和第二氣體供給管28b的前端部。第一氣體供給管27c和第二氣體供給管28c的前端，以當(dāng)將后述的晶片保持器3搬入反應(yīng)管24內(nèi)時(shí)能夠向該晶片保持器3的基板保持區(qū)域的下方側(cè)供給處理氣體的方式，位于反應(yīng)管24的下部。又，圖中27d、27e、28d、28e例如是由質(zhì)量流控制器構(gòu)成的流量調(diào)節(jié)單元。
進(jìn)一步，該氧化處理裝置備有作為基板的晶片W的保持器具的晶片保持器3。晶片保持器3，例如，在頂板31和底板32之間具有多個(gè)支柱33，以由在支柱33中形成的圖中未畫(huà)出的槽溝棚架狀地保持晶片W的邊緣的方式構(gòu)成。經(jīng)過(guò)保溫筒35將晶片保持器3載置在開(kāi)閉反應(yīng)管24的下端開(kāi)口部24a的蓋體34上。將蓋體34設(shè)置在保持器升降機(jī)30上。通過(guò)該保持器升降機(jī)30的升降，進(jìn)行晶片保持器3到加熱爐21(反應(yīng)管24)的搬入搬出。此外，例如也可以在保持器升降機(jī)30中設(shè)置馬達(dá)等的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在處理過(guò)程中由該轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使晶片保持器3圍繞垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
下面，我們一面參照?qǐng)D2，一面說(shuō)明上述構(gòu)成要素和控制系統(tǒng)的關(guān)系。圖中4是控制單元，與用于控制各加熱器2(2a～2d)的溫度控制器5(5a、5b、5c、5d)連接。因此，控制單元4能夠進(jìn)行構(gòu)成熱處理氣氛的各區(qū)域的溫度控制。進(jìn)一步，控制單元4備有經(jīng)過(guò)移載控制器5 1控制圖中未畫(huà)出的晶片移載單元的功能。這里晶片移載單元不僅包含將晶片W交付給晶片保持器3的晶片臂，而且包含將晶片盒搬運(yùn)到晶片臂的存取位置的圖中未畫(huà)出的晶片盒移載機(jī)等。在本實(shí)施方式中的立式熱處理裝置中，除了在晶片盒C內(nèi)準(zhǔn)備好制品晶片W3外，為了進(jìn)行加熱器2(2a～2d)的溫度設(shè)定值的調(diào)整(使匹配)作業(yè)，也在晶片盒C內(nèi)準(zhǔn)備好偽晶片W1和裸晶片W2。由晶片移載單元將這些晶片W(W1、W2、W3)移載到晶片保持器3中。
進(jìn)一步又，例如在立式熱處理裝置附近，設(shè)置測(cè)定晶片W的膜厚的膜厚測(cè)定單元6。控制單元4也與該膜厚測(cè)定單元6連接。膜厚測(cè)定單元6，以在后述的使各加熱器2(2a～2d)的溫度設(shè)定值調(diào)整作業(yè)中，例如測(cè)定在偽晶片W1和裸晶片W2的各個(gè)表面上形成的薄膜的膜厚，將該測(cè)定值發(fā)送給控制單元4的方式進(jìn)行構(gòu)成。
這里，如果與權(quán)利要求書(shū)中記載的文句對(duì)應(yīng)地進(jìn)行說(shuō)明，則偽晶片W1與處理氣體(在本例中是自由基)的消耗量比制品基板少的第一基板相當(dāng)，是在不形成圖案的平坦的表面上，以幾乎看不到已經(jīng)述說(shuō)了的加載效應(yīng)的影響的程度，形成充分厚的硅氧化膜的晶片。裸晶片W2與處理氣體(在本例中是自由基)的消耗量比第一基板多的第二基板相當(dāng)，是在不形成圖案的平坦的表面上露出硅的晶片。
下面我們說(shuō)明控制單元4的構(gòu)成。如圖3所示，溫度控制器5(5a～5d)、移載控制器51和膜厚測(cè)定單元6，以按照來(lái)自控制單元4內(nèi)的CPU41的控制信號(hào)，對(duì)各控制對(duì)象進(jìn)行控制的方式進(jìn)行構(gòu)成，又在控制單元4內(nèi)，輸入單元42、處理處方儲(chǔ)存單元43、程序儲(chǔ)存單元44和存儲(chǔ)單元45分別與總線40連接。
輸入單元42是例如用于輸入氧化處理中的參數(shù)和選擇儲(chǔ)存在處理處方儲(chǔ)存單元43內(nèi)的處理處方的輸入單元，例如由設(shè)置在裝置前面的觸摸面板和鍵操作單元等構(gòu)成。
在處理處方儲(chǔ)存單元43中，與晶片的種類(lèi)、積載在晶片保持器3中的晶片的枚數(shù)和/或它的配置排列等對(duì)應(yīng)地，預(yù)先準(zhǔn)備好多個(gè)記錄在晶片上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚、處理氣體流量和壓力等的處理處方。
在程序儲(chǔ)存單元44中，儲(chǔ)存著在用偽晶片W1進(jìn)行氧化處理后，以在反應(yīng)管24內(nèi)的熱處理氣氛的各區(qū)域的偽晶片W1的膜厚具有大致與制品晶片W3的目標(biāo)膜厚相同的值的方式，設(shè)定各加熱器2(2a～2d)的溫度設(shè)定值的第一程序、根據(jù)由該第一程序設(shè)定的溫度設(shè)定值對(duì)裸晶片W2進(jìn)行氧化處理后，根據(jù)上述各區(qū)域的裸晶片W2的膜厚和制品晶片W3的目標(biāo)膜厚，對(duì)上述溫度設(shè)定值進(jìn)行校正的第二程序、和用校正后的溫度設(shè)定值對(duì)制品晶片W3進(jìn)行熱處理的第三程序。
存儲(chǔ)單元45是用于存儲(chǔ)由膜厚測(cè)定單元6得到的與加熱器2a～2d對(duì)應(yīng)的各區(qū)域的晶片表面的氧化膜的膜厚和溫度設(shè)定值等的存儲(chǔ)單元。
此外，處理處方儲(chǔ)存單元43、程序儲(chǔ)存單元44和存儲(chǔ)單元45，實(shí)際上，都是由例如稱(chēng)為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和硬盤(pán)的計(jì)算機(jī)用的存儲(chǔ)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的，但是在圖3中為了方便起見(jiàn)都用方框表示。
下面，我們一面參照?qǐng)D4所示的工序圖，一面說(shuō)明本實(shí)施方式的作用。
最初，如工序S1所示，由輸入單元42輸入用偽晶片(第一基板)W1的氧化處理所需的參數(shù)。在該工序S1，輸入與此后進(jìn)行氧化處理的制品晶片用的處理處方(例如氣體流量、反應(yīng)管24內(nèi)的壓力和處理時(shí)間等)相同的參數(shù)。在工序S1的輸入作業(yè)中，操作者既可以每次輸入各種參數(shù)中的一個(gè)，也可以從處理處方儲(chǔ)存單元43選擇預(yù)先準(zhǔn)備好的處理處方。
在輸入?yún)?shù)后，例如通過(guò)在輸入單元42中的操作，開(kāi)始對(duì)偽晶片W1進(jìn)行氧化處理(工序S2)。該氧化處理是由第一程序?qū)嵤┑?。如后述的那樣，即便在用其它晶?裸晶片W2和制品晶片W3)的處理中，除了溫度設(shè)定值外，氧化處理的參數(shù)和移載到晶片保持器3的晶片配置排列也都是共用地設(shè)定的。從而，在第二和第三程序中也可以原封不動(dòng)地使用這些條件。此外，所謂晶片配置排列是共同的，不限于晶片枚數(shù)和晶片保持器3上的保持槽溝(槽口)的號(hào)碼(是第幾段保持槽溝的號(hào)碼)完全相同的情形，例如可以是當(dāng)用某個(gè)處理處方進(jìn)行熱處理時(shí)能夠得到良好的面間均勻性的設(shè)計(jì)。
關(guān)于晶片配置排列，例如當(dāng)滿載成批地處理制品晶片時(shí)，即當(dāng)將制品晶片滿載在晶片保持器3中的制品晶片的保持區(qū)域中進(jìn)行處理時(shí)，將偽晶片W1滿載在該制品晶片的保持區(qū)域中。
此外，本發(fā)明不限于將晶片無(wú)間隙地搭載在晶片保持器3中的樣態(tài)，也能夠應(yīng)用于例如以在制品晶片的保持區(qū)域中余留空隙區(qū)域的方式，保持制品晶片的情形。
下面，對(duì)偽晶片W1進(jìn)行氧化處理。簡(jiǎn)單地說(shuō)明該工序的流程。
首先，由圖中未畫(huà)出的晶片移載單元，按照對(duì)晶片保持器3設(shè)定的配置排列，移載偽晶片W1。因此，將偽晶片W1上下方向棚架狀地保持在晶片保持器3中。此后，將晶片保持器3搬入反應(yīng)管內(nèi)。
而且，使反應(yīng)管24內(nèi)的壓力降低到規(guī)定的真空度，并且用各加熱器2(2a～2d)使熱處理氣氛在每個(gè)區(qū)域中升溫到設(shè)定溫度。而且，將氧(O2)氣和氫(H2)氣供給反應(yīng)管24內(nèi)，使反應(yīng)管24內(nèi)維持在例如0.35Torr(約46.6Pa)的壓力。使熱處理氣氛的溫度例如大致為1000℃左右。又，關(guān)于氧(O2)氣和氫(H2)氣的流量，例如以O(shè)2∶H2＝9∶1的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。由各流量調(diào)節(jié)單元27d、27e、28d、28e分別調(diào)整第一氣體供給管27b、27c和第二氣體供給管28b、28c的流量。這里，只從延伸到反應(yīng)管24的頂棚部分的第一氣體供給管27b和第二氣體供給管28b供給氣體。這時(shí)，在低壓高溫下使從晶片保持器3的上方供給的O2氣和H2氣活性化，例如形成O自由基和OH自由基等活性種流向下方側(cè)。與此相伴，在各晶片的表面上進(jìn)行氧化反應(yīng)。
當(dāng)這種氧化處理結(jié)束時(shí)，從立式熱處理裝置搬出偽晶片W1，搬送到膜厚測(cè)定單元6。而且，如工序S3所示，用膜厚測(cè)定單元6測(cè)定偽晶片W1上的膜厚。這里，為了方便起見(jiàn)，滿載偽晶片W1，測(cè)定偽晶片W1自身的膜厚，但是現(xiàn)實(shí)中，因?yàn)橐呀?jīng)在偽晶片W1上形成了氧化膜，所以也可能存在不能夠測(cè)定在其上形成的氧化膜的膜厚的情形。這時(shí)，將作為監(jiān)控基板的例如由裸晶片構(gòu)成的監(jiān)控晶片保持在偽晶片W1的配列組中以預(yù)訂間隔設(shè)定的監(jiān)控晶片保持區(qū)域中，測(cè)定該裸晶片上的膜厚，能夠?qū)⒃撃ず褡鳛閭尉琖1的膜厚測(cè)定值進(jìn)行處理。這樣，即便這樣配置監(jiān)控晶片，如果將偽晶片W1滿載在其它的保持區(qū)域中，則實(shí)質(zhì)上，也與將偽晶片W1滿載在保持區(qū)域中的狀況相等。
對(duì)例如與各加熱器2a～2d對(duì)應(yīng)的熱處理氣氛的各區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域進(jìn)行膜厚測(cè)定。例如，當(dāng)在每個(gè)區(qū)域一枚一枚地測(cè)定共計(jì)4枚的膜厚時(shí)，將這些膜厚T(T1、T2、T3、T4與各區(qū)域?qū)?yīng)的偽晶片W1的膜厚)的數(shù)據(jù)發(fā)送給控制單元4。而且，根據(jù)第一程序，判斷膜厚T1～T4是否都在制品晶片中的目標(biāo)膜厚的誤差范圍內(nèi)。
如果無(wú)論哪個(gè)膜厚都收斂在上述誤差范圍內(nèi)，則不變更現(xiàn)在這次熱處理中用的各加熱器2(2a～2d)的溫度設(shè)定值。另一方面，如果膜厚T1～T4中的某一個(gè)離開(kāi)目標(biāo)膜厚超過(guò)規(guī)定量，則調(diào)整溫度設(shè)定值，以使這些膜厚T1～T4與目標(biāo)膜厚大致相同(工序S4)。
關(guān)于溫度設(shè)定值的調(diào)整，根據(jù)預(yù)先求得的膜厚變化部分和溫度設(shè)定值的變化部分的關(guān)系，計(jì)算為了使膜厚的測(cè)定值與目標(biāo)膜厚大致相等而使溫度設(shè)定值從現(xiàn)在的值只改變多少就可以。因此，算出在現(xiàn)在這次處理?xiàng)l件下為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)膜厚的合適的溫度設(shè)定值。此外，作為與在第一程序中使用的“膜厚變化部分和溫度設(shè)定值的變化部分的關(guān)系”，可以使用例如以與測(cè)定的膜厚值對(duì)應(yīng)，由于溫度設(shè)定值上升1℃膜厚要增減多少nm的方式，使溫度和膜厚變化量對(duì)應(yīng)起來(lái)的表等。具體地說(shuō)，例如當(dāng)溫度設(shè)定值為y1，膜厚的測(cè)定值為x1，目標(biāo)膜厚為x0，膜厚變化部分和溫度變化部分的關(guān)系為Δy/Δx時(shí)，溫度設(shè)定值成為y1+(x0-x1)·Δy/Δx。
如上所述，當(dāng)利用用偽晶片W1的氧化處理算出適合的溫度設(shè)定值時(shí)，如工序S5所示，將該溫度設(shè)定值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元45中。從而，結(jié)束溫度設(shè)定值的設(shè)定。這里圖5是表示氧化處理后的晶片的膜厚分布的特性圖?？v軸表示膜厚，橫軸表示晶片保持器3中的晶片槽的位置。橫軸中第一段(左端)為最上段，第140段(右端)為最下段。在該圖5中，由◆表示的膜厚分布是用由該工序S5設(shè)定的溫度設(shè)定值，令目標(biāo)膜厚為14.7nm，對(duì)偽晶片W1進(jìn)行氧化處理時(shí)的膜厚分布。這時(shí)，我們看到以在任何一個(gè)區(qū)域中都使氧化膜的膜厚與目標(biāo)膜厚大致相同的方式，設(shè)定各加熱器2(2a～2d)的溫度設(shè)定值。
如上所述，在用偽晶片W1進(jìn)行溫度設(shè)定作業(yè)后，使作為第二基板的裸晶片W2移載到在晶片保持器3中的制品晶片W3的保持區(qū)域中，進(jìn)行工序S6所示的氧化處理。這里，用先前存儲(chǔ)的各加熱器2(2a～2d)的新的溫度設(shè)定值。關(guān)于溫度設(shè)定值以外的條件，是與工序S2的氧化處理相同的條件。
當(dāng)氧化處理結(jié)束時(shí)，從立式熱處理裝置搬出裸晶片W2，搬送到膜厚測(cè)定單元6。而且，如工序S7所示，測(cè)定裸晶片2上的膜厚。因此，得到膜厚T′(T1′、T2′、T3′、T4′與各區(qū)域?qū)?yīng)的裸晶片的膜厚)。裸晶片W2，因?yàn)樵谡麄€(gè)表面上露出硅，所以自由基的消耗量多。從而，不能夠向處理氣體的下游側(cè)供給充分量的自由基。因此，即便根據(jù)用偽晶片W1得到的溫度設(shè)定值進(jìn)行氧化處理，也不能使膜厚分布在目標(biāo)膜厚近旁成為平直的。例如當(dāng)令目標(biāo)膜厚為14.7nm時(shí)，如圖5中◇所示的那樣，該膜厚分布向右下降低，膜厚最大變薄約0.7～1.0nm左右。
這樣，當(dāng)?shù)玫侥ず馮′時(shí)，由第二程序進(jìn)行工序S8所示的溫度設(shè)定值的校正。即，當(dāng)用如裸晶片W2那樣容易產(chǎn)生已經(jīng)述說(shuō)了的加載效應(yīng)的那種晶片時(shí)，校正溫度設(shè)定值，使膜厚分布大致與目標(biāo)膜厚相同(平直)。
我們用圖5具體地說(shuō)明這種校正。
在工序S7結(jié)束的時(shí)刻，與各加熱器2(2a～2d)對(duì)應(yīng)的各區(qū)域的目標(biāo)膜厚例如都為14.7nm。但是，實(shí)際上，如圖5所示，各膜厚T1′～T4′形成比目標(biāo)膜厚低的膜厚，進(jìn)一步，各膜厚T1′～T4′與目標(biāo)膜厚的膜厚差各不相同。如已經(jīng)述說(shuō)的那樣，在圖5中由◆表示的膜厚分布是當(dāng)用自由基消耗少的偽晶片W1時(shí)在偽晶片上的氧化膜的膜厚分布。又，由◇表示的膜厚分布是如上述那樣當(dāng)用自由基消耗多的裸晶片W2時(shí)在裸晶片上的氧化膜的膜厚分布。在前者中，完全沒(méi)有或幾乎沒(méi)有加載效應(yīng)。在后者中，加載效應(yīng)大。即，圖中的◆和◇的差是基于兩者的加載效應(yīng)的膜厚差。
因此，第二程序，為了基于上述加載效應(yīng)的膜厚差相互抵消，以例如只以現(xiàn)在的目標(biāo)膜厚和膜厚T′差的部分加厚各區(qū)域中目標(biāo)膜厚的方式，即例如以針對(duì)在偽晶片W1上的氧化膜得到圖5中由△表示的膜厚分布，決定(校正)各加熱器2(2a～2d)的溫度設(shè)定值。當(dāng)決定該溫度設(shè)定值時(shí)，如已經(jīng)述說(shuō)的那樣用預(yù)先求得的膜厚變化部分和溫度設(shè)定值的變化部分的關(guān)系，算出每個(gè)區(qū)域(每個(gè)峰值)的各個(gè)溫度設(shè)定值。
而且，如工序S9所示，將校正后的溫度設(shè)定值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元45中。
此后，如工序S10所示，例如作為在工序S1設(shè)定的氧化處理?xiàng)l件中的溫度設(shè)定值，將在工序S8校正了的溫度設(shè)定值寫(xiě)入處理處方中，將該處理處方儲(chǔ)存在處理處方儲(chǔ)存單元43內(nèi)。
此后，用該處理處方，對(duì)制品晶片進(jìn)行同樣的氧化處理(工序S11)。
如果如上所述地根據(jù)本實(shí)施方式，則通過(guò)對(duì)晶片分批式地進(jìn)行氧化處理(熱處理)，在各晶片的表面上形成氧化膜，用完全沒(méi)有或幾乎沒(méi)有加載效應(yīng)(由晶片上的氧化膜消耗自由基產(chǎn)生的在下游側(cè)的晶片上的氧化膜的膜厚變薄的現(xiàn)象)的偽晶片W1調(diào)整溫度設(shè)定值，接著用具有加載效應(yīng)的裸晶片W2求得由加載效應(yīng)引起的從目標(biāo)膜厚的膜厚減少量，以補(bǔ)償該膜厚減少量即由加載效應(yīng)引起的膜厚差的方式，提高溫度設(shè)定值。從而，當(dāng)用這樣設(shè)定的溫度設(shè)定值對(duì)制品晶片W3進(jìn)行氧化處理時(shí)，加載效應(yīng)相互抵消，關(guān)于晶片上的氧化膜的膜厚能夠在區(qū)域之間得到高的均勻性。
又，因?yàn)槔糜猛耆珱](méi)有或幾乎沒(méi)有加載效應(yīng)的偽晶片W1的氧化處理調(diào)整溫度設(shè)定值，此后利用用顯現(xiàn)加載效應(yīng)的裸晶片W2的氧化處理求得由加載效應(yīng)引起的膜厚從目標(biāo)膜厚的偏離量，與該偏離量相應(yīng)地再次調(diào)整溫度設(shè)定值，所以與例如用制品晶片W3通過(guò)試錯(cuò)法調(diào)整溫度設(shè)定值的情形比較，溫度設(shè)定值調(diào)整的作業(yè)變得容易了。
此外，將在本實(shí)施方式中使用的裸晶片看作制品晶片使用。因此，如果是與制品晶片同樣消耗處理氣體的晶片，則也可以具有圖案，并且不限定圖案的形狀。例如，如果制品晶片是預(yù)先在表面上形成圖案的晶片，則代替裸晶片，也可以用制品晶片本身或形成同樣圖案的晶片。
可是，最近，出現(xiàn)了小批量多品種地生產(chǎn)晶片的傾向。因此，也存在著在制品晶片的枚數(shù)不滿足晶片保持器的最大制品晶片搭載枚數(shù)的狀態(tài)中進(jìn)行制品晶片的熱處理的情形?，F(xiàn)在我們說(shuō)明適當(dāng)?shù)膶?shí)施方式。在該實(shí)施方式中，也與前面的實(shí)施方式相同，進(jìn)行圖4所示的各工序S1～S10。即，在將作為第一基板的偽晶片W1滿載在晶片保持器3中的制品晶片的保持區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)中，進(jìn)行圖4的工序S2中的偽晶片W1的熱處理，又，在將作為第二基板的裸晶片W2滿載在上述保持區(qū)域內(nèi)的狀態(tài)中，進(jìn)行圖4的工序S6中的裸晶片W2的熱處理。
圖6是表示該實(shí)施方式的圖。將已經(jīng)設(shè)定的溫度設(shè)定值，即，在圖4所示的工序S8中經(jīng)過(guò)校正的溫度設(shè)定值儲(chǔ)存在控制單元4的圖中未畫(huà)出的存儲(chǔ)單元中。而且，當(dāng)對(duì)制品晶片W3進(jìn)行熱處理時(shí)，控制單元4判斷在1批中進(jìn)行熱處理的制品晶片W3的枚數(shù)。該判斷，例如，是由CPU根據(jù)從實(shí)施上一工序的工作臺(tái)的計(jì)算機(jī)通過(guò)聯(lián)機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的枚數(shù)信息，或者，來(lái)自設(shè)置在熱處理裝置中的映像傳感器的枚數(shù)信息進(jìn)行的。
下面，控制單元4經(jīng)過(guò)移載控制器51對(duì)晶片移載單元52進(jìn)行控制，晶片移載單元52從圖2所示的晶片盒C內(nèi)取出制品晶片W移載到晶片保持器3中。這時(shí)，如圖6所示，在晶片保持器3中的制品晶片W3的保持區(qū)域中，從供給的處理氣體流的上游側(cè)(在本例中是上方側(cè))將制品晶片W3裝填移載到反應(yīng)容器中。而且，將偽晶片W1裝填移載到余下的制品晶片W3的保持區(qū)域中，形成滿批量(滿載)的狀態(tài)。此后，將晶片保持器3搬入反應(yīng)容器內(nèi)，進(jìn)行熱處理，在制品晶片W3上形成氧化膜。在該熱處理中，與制品晶片W3的枚數(shù)無(wú)關(guān)，使用儲(chǔ)存在存儲(chǔ)單元中的上述溫度設(shè)定值。又，關(guān)于溫度以外的處理參數(shù)例如反應(yīng)容器內(nèi)的壓力、處理氣體的流量和熱處理時(shí)間等，使用與在工序S6中當(dāng)裸晶片W2的熱處理時(shí)使用的相同的值。
如果根據(jù)本實(shí)施方式，則如從后述的實(shí)施例可以看到的那樣，一面形成共用的處理?xiàng)l件，一面與制品晶片W3的枚數(shù)不同無(wú)關(guān)，對(duì)于制品晶片W3能夠得到相同的成膜結(jié)果即氧化膜的膜厚同等的結(jié)果。從而，與對(duì)制品晶片W3的每個(gè)枚數(shù)設(shè)定處理?xiàng)l件的情形比較，處理?xiàng)l件的設(shè)定作業(yè)變得簡(jiǎn)單了。又，因?yàn)楫?dāng)每次改變制品晶片W3的枚數(shù)時(shí)也不需要選擇處理?xiàng)l件，所以減輕了操作者的負(fù)擔(dān)。又，也能夠防止錯(cuò)誤地設(shè)定處理?xiàng)l件。
此外，本發(fā)明也可以應(yīng)用于能夠產(chǎn)生加載效應(yīng)的其它種類(lèi)的熱處理。例如，除了氧化處理以外，也可以應(yīng)用于作為處理氣體使用二氯硅烷SiH2C12和氨(NH3)，給予熱能使它們分解，通過(guò)氣相反應(yīng)在晶片表面上形成例如氮化硅(SiN)的薄膜那樣的用化學(xué)蒸鍍法(CVD)進(jìn)行成膜的裝置。這時(shí)，在CVD中使用的處理氣體的消耗量只與在晶片表面上形成的圖案的槽溝的大小(表面積大小)有關(guān)地發(fā)生變化。因此，作為第一晶片可以用處理氣體的消耗量小的晶片，例如沒(méi)有圖案的已經(jīng)述說(shuō)過(guò)的偽晶片或裸晶片，作為第二晶片可以用處理氣體的消耗量大的具有槽溝的晶片，例如形成有與制品晶片相同的圖案的晶片。而且，通過(guò)用這種第一和第二基板，與已經(jīng)述說(shuō)過(guò)的氧化處理時(shí)同樣地對(duì)溫度設(shè)定值進(jìn)行校正，能夠提高在制品晶片上形成的薄膜的膜厚的面間均勻性。
又，在以上的說(shuō)明中，在加熱爐21內(nèi)的處理氣體的供給方向(流動(dòng)方向)不限定于從晶片保持器3的上方部分向下的方向。例如，也能夠從設(shè)置在下方部分的第一氣體供給管27c和第二氣體供給管28c輔助地供給處理氣體。進(jìn)一步，也可以使排氣管26的一端與反應(yīng)管2的頂棚部分連接，只從反應(yīng)管24的下方部分供給處理氣體，使處理氣體的流動(dòng)與上述實(shí)施方式相反(從下方部分向上流動(dòng))。
(實(shí)施例)用在制品晶片的保持區(qū)域中的最大保持枚數(shù)為100枚的晶片保持器，將偽晶片保持在全部制品晶片的保持區(qū)域中進(jìn)行作為熱處理的氧化處理。此外，在晶片保持器中的制品晶片的保持區(qū)域以外的區(qū)域，例如晶片保持器的上端側(cè)和下端側(cè)，保持例如稱(chēng)為邊側(cè)偽晶片等的偽晶片。關(guān)于熱處理?xiàng)l件，令熱處理氣氛的溫度為1000℃，O2氣和H2氣的流量比為O2∶H2＝2∶1。這里熱處理氣氛的溫度例如是制品晶片保持區(qū)域的上下方向的中央部分的設(shè)定溫度。而且，以使分別位于晶片保持器中的保持溝的第100段、第50段、第80段、第110段中的監(jiān)視器用晶片(膜厚監(jiān)視器)的各膜厚大致與目標(biāo)膜厚一致的方式，調(diào)整反應(yīng)容器的各區(qū)域的溫度設(shè)定值。
調(diào)查在為了調(diào)整溫度設(shè)定值而進(jìn)行的熱處理中形成的氧化膜的膜厚，得到圖7的◆表示的結(jié)果。
下面，將裸晶片滿載在晶片保持器中的制品晶片的保持區(qū)域中，在同樣的處理?xiàng)l件下進(jìn)行熱處理，同樣地調(diào)查氧化膜的膜厚，得到圖7的◇表示的結(jié)果。
而且，以使由在各區(qū)域中的熱處理成膜的氧化膜的膜厚只增加制品基板的目標(biāo)膜厚和由◇表示的膜厚之差的厚度的方式，如已經(jīng)述說(shuō)的那樣，對(duì)各區(qū)域的溫度設(shè)定值進(jìn)行校正。即，以使對(duì)偽晶片形成的氧化膜得到圖7中由△表示的膜厚分布的方式，對(duì)各區(qū)域的溫度設(shè)定值進(jìn)行校正。
這樣，設(shè)定各區(qū)域的溫度，將裸晶片看作制品晶片進(jìn)行評(píng)價(jià)。即，將裸晶片(裸硅晶片)保持在晶片保持器的制品晶片的保持區(qū)域中，一面對(duì)該保持枚數(shù)進(jìn)行種種變更，一面在同樣的處理?xiàng)l件下進(jìn)行熱處理，測(cè)定在各裸晶片上的氧化膜的膜厚。具體地說(shuō)，設(shè)定裸硅晶片的保持枚數(shù)為25枚、50枚、75枚和100枚這樣4種情形。在無(wú)論哪種情形中，從制品晶片的保持區(qū)域的上游側(cè)(在本例中是上方側(cè))裝填保持裸硅晶片。在該例中，從晶片保持器的保持溝上從第10段起順次地配置裸硅晶片。又，將偽晶片搭載在余下的保持區(qū)域中。在無(wú)論哪個(gè)熱處理中，除了裸晶片的枚數(shù)外，都具有相同的處理?xiàng)l件。
膜厚的測(cè)定結(jié)果如圖8所示。此外涂白的數(shù)據(jù)(○、△、□)是偽晶片的氧化膜的膜厚。進(jìn)一步，在圖8中也用粗線表示在全部晶片保持區(qū)域中保持偽晶片進(jìn)行熱處理時(shí)的膜厚。
如從該結(jié)果可以看到的那樣，在保持偽晶片的區(qū)域中，膜厚發(fā)生零散，但是在保持裸晶片的區(qū)域中，膜厚的均勻性高。從而，為了對(duì)具有加載效應(yīng)的晶片進(jìn)行熱處理，如已經(jīng)述說(shuō)過(guò)的實(shí)施方式那樣，能夠通過(guò)各區(qū)域的溫度設(shè)定值調(diào)整，與制品晶片的枚數(shù)無(wú)關(guān)，一面在共同的處理?xiàng)l件下，一面進(jìn)行在晶片間膜厚均勻性高的處理。
(比較例)在不進(jìn)行用裸晶片調(diào)整溫度設(shè)定值的操作，而只進(jìn)行用偽晶片調(diào)整溫度的操作的情形中，即，在得到圖7的◆表示的結(jié)果的狀態(tài)中進(jìn)行與實(shí)施例同樣的試驗(yàn)，得到圖9所示的結(jié)果。如從該結(jié)果可以看到的那樣，裸晶片上的氧化膜，受到加載效應(yīng)的影響，裸晶片的處理枚數(shù)越多，在下方側(cè)的位置上膜厚減少越多。
權(quán)利要求
1.一種熱處理方法，該熱處理方法包含熱處理工序組，該熱處理工序組具有將多個(gè)基板保持在基板保持器具中的工序；將所述基板保持器具搬入反應(yīng)容器內(nèi)的工序；由多個(gè)加熱單元分別加熱所述反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的加熱工序；和將處理氣體導(dǎo)入所述反應(yīng)容器內(nèi)在所述多個(gè)基板的表面上形成薄膜的工序的，其特征在于，該熱處理方法具有用形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比制品基板少的多個(gè)第一基板作為所述多個(gè)基板，實(shí)施所述熱處理工序組的第一熱處理工序；在所述反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定在所述第一基板的表面上形成的薄膜的膜厚的第一測(cè)定工序；根據(jù)所述第一測(cè)定工序中的測(cè)定結(jié)果，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的所述各個(gè)膜厚具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，設(shè)定多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的第一設(shè)定工序；用形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比所述第一基板多的多個(gè)第二基板作為所述多個(gè)基板，并且使所述加熱單元中的各個(gè)為在所述第一設(shè)定工序中設(shè)定的各溫度設(shè)定值，實(shí)施所述熱處理工序組的第二熱處理工序；在所述反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定在所述第二基板的表面上形成的薄膜的膜厚的第二測(cè)定工序；根據(jù)所述第二測(cè)定工序中的測(cè)定結(jié)果，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的所述各個(gè)膜厚具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，校正多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的第二校正工序；和至少用多個(gè)制品基板作為所述多個(gè)基板，并且使所述加熱單元的各個(gè)為在所述第二校正工序中校正的各溫度設(shè)定值，實(shí)施所述熱處理工序組的第三熱處理工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于根據(jù)預(yù)先求得的溫度設(shè)定值的變化量和薄膜的膜厚變化量的關(guān)系實(shí)施所述第一設(shè)定工序和所述第二校正工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱處理方法，其特征在于在所述熱處理工序組中，使所述處理氣體活性化生成活性種，由該活性種在基板的表面上形成氧化膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱處理方法，其特征在于所述處理氣體包含氫氣和氧氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的熱處理方法，其特征在于所述第一基板是預(yù)先形成了平均膜厚為50nm以上的氧化膜的基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求3到5中任何一項(xiàng)所述的熱處理方法，其特征在于所述第二基板是裸硅基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱處理方法，其特征在于在所述熱處理工序組中，用化學(xué)蒸鍍法在基板表面上形成薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱處理方法，其特征在于所述第一基板是在表面上未形成圖案的基板；所述第二基板是在表面上形成有圖案的基板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任何一項(xiàng)所述的熱處理方法，其特征在于在所述第一熱處理工序中，將第一基板滿載在基板保持器具中的被處理基板的保持區(qū)域中；在所述第二熱處理工序中，將第二基板滿載在基板保持器具中的被處理基板的保持區(qū)域中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱處理方法，其特征在于在所述第三熱處理工序中，將制品基板搭載在基板保持器具中被處理基板的保持區(qū)域中的、導(dǎo)入反應(yīng)容器內(nèi)的處理氣體流的上游側(cè)的一部分上，將第一基板搭載在下游側(cè)的剩余部分中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱處理方法，其特征在于所述第二熱處理工序和所述第三熱處理工序中，反應(yīng)容器內(nèi)的壓力、處理氣體的流量和熱處理時(shí)間是共同的。
12.一種熱處理裝置，其特征在于，備有保持多個(gè)基板的基板保持器具；被搬入所述基板保持器具的反應(yīng)容器；分別加熱所述反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的多個(gè)加熱單元；將用于通過(guò)熱處理在所述多個(gè)基板的表面上形成薄膜的處理氣體導(dǎo)入所述反應(yīng)容器內(nèi)的處理氣體導(dǎo)入單元；根據(jù)對(duì)形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比制品基板少的多個(gè)第一基板實(shí)施熱處理而在該第一基板的表面上形成的薄膜的膜厚，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的所述各個(gè)膜厚具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，設(shè)定多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的溫度設(shè)定單元；根據(jù)按照由溫度設(shè)定單元設(shè)定的各溫度設(shè)定值對(duì)形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比所述第一基板多的多個(gè)第二基板實(shí)施熱處理而在該第二基板的表面上形成的薄膜的膜厚，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的所述膜厚的各個(gè)具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，校正多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的溫度校正單元；和按照由溫度校正單元校正的各溫度設(shè)定值，至少對(duì)多個(gè)制品基板實(shí)施熱處理的制品基板熱處理單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱處理裝置，其特征在于當(dāng)對(duì)多個(gè)第一基板實(shí)施熱處理時(shí)，將第一基板滿載在基板保持器具中的被處理基板的保持區(qū)域中；當(dāng)對(duì)多個(gè)第二基板實(shí)施熱處理時(shí)，將第二基板滿載在基板保持器具中的被處理基板的保持區(qū)域中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱處理裝置，其特征在于還具有將基板移載到基板保持部用的基板移載單元；所述制品基板熱處理單元，當(dāng)至少對(duì)多個(gè)制品基板實(shí)施熱處理時(shí)，以將制品基板搭載在基板保持器具中的被處理基板的保持區(qū)域中的、導(dǎo)入反應(yīng)容器內(nèi)的處理氣體流的上游側(cè)的一部分上，將第一基板搭載在下游側(cè)的剩余部分中的方式，控制所述基板移載單元。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱處理裝置，其特征在于所述制品基板熱處理單元具有判斷制品基板的個(gè)數(shù)的判斷單元。
16.一種控制裝置，該控制裝置用于熱處理裝置，該熱處理裝置具有保持多個(gè)基板的基板保持器具；被搬入所述基板保持器具的反應(yīng)容器；分別加熱所述反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的多個(gè)加熱單元；和將處理氣體導(dǎo)入所述反應(yīng)容器內(nèi)在所述多個(gè)基板的表面上形成薄膜的處理氣體導(dǎo)入單元，其特征在于，該控制裝置具有根據(jù)對(duì)形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比制品基板少的多個(gè)第一基板實(shí)施熱處理而在該第一基板的表面上形成的薄膜的膜厚，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的所述各個(gè)膜厚具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，設(shè)定多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的溫度設(shè)定單元；根據(jù)按照由溫度設(shè)定程序設(shè)定的各溫度設(shè)定值對(duì)形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比所述第一基板多的多個(gè)第二基板實(shí)施熱處理而在該第二基板的表面上形成的薄膜的膜厚，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的所述膜厚的各個(gè)具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，校正多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的溫度校正單元。
17.一種控制程序，該控制程序用于熱處理裝置，該熱處理裝置具有保持多個(gè)基板的基板保持器具；被搬入所述基板保持器具的反應(yīng)容器；分別加熱所述反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的多個(gè)加熱單元；和將處理氣體導(dǎo)入所述反應(yīng)容器內(nèi)在所述多個(gè)基板的表面上形成薄膜的處理氣體導(dǎo)入單元，其特征在于，該控制程序具有根據(jù)通過(guò)對(duì)形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比制品基板少的多個(gè)第一基板實(shí)施熱處理而在該第一基板的表面上形成的薄膜的膜厚，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的所述各個(gè)膜厚具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，設(shè)定多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的溫度設(shè)定程序；和根據(jù)通過(guò)按照由溫度設(shè)定程序設(shè)定的各溫度設(shè)定值對(duì)形成薄膜時(shí)的處理氣體的消耗量比所述第一基板多的多個(gè)第二基板實(shí)施熱處理而在該第二基板的表面上形成的薄膜的膜厚，以在多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中測(cè)定的所述膜厚的各個(gè)膜厚具有與在制品基板上形成的薄膜的目標(biāo)膜厚大致相同的值的方式，校正多個(gè)加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的溫度校正程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱處理方法，該熱處理方法具有利用多個(gè)加熱單元分別加熱反應(yīng)容器內(nèi)的熱處理氣氛的多個(gè)區(qū)域的加熱工序；和將處理氣體導(dǎo)入反應(yīng)容器內(nèi)而在多個(gè)基板的表面形成薄膜的工序，該熱處理工序組包括使用處理氣體的消耗量比制品基板少的多個(gè)第一基板的第一熱處理工序、在每個(gè)區(qū)域中測(cè)定薄膜的膜厚的第一測(cè)定工序、和以該各個(gè)膜厚變?yōu)槟繕?biāo)值的方式，設(shè)定加熱單元的各個(gè)的溫度設(shè)定值的第一設(shè)定工序、對(duì)處理氣體的消耗量比第一基板多的多個(gè)第二基板使用所述溫度設(shè)定值的第二熱處理工序、在多個(gè)區(qū)域的每一個(gè)測(cè)定在所述第二基板的表面上形成的薄膜的膜厚的第二測(cè)定工序、和校正多個(gè)加熱單元的各個(gè)的所述溫度設(shè)定值的第二校正工序、和對(duì)多個(gè)制品基板使用所述校正過(guò)的各溫度設(shè)定值而實(shí)施所述熱處理工序組的第三熱處理工序。
文檔編號(hào)C23C16/52GK1669127SQ0381637
公開(kāi)日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2003年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月9日
發(fā)明者鈴木啟介, 王文凌, 米川司, 池內(nèi)俊之, 佐藤享 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社