JP2004335621A

JP2004335621A - Heat treatment apparatus, temperature control method thereof and heat treatment system

Info

Publication number: JP2004335621A
Application number: JP2003127502A
Authority: JP
Inventors: Masashi Murakami; 誠志村上; Masahiro Horigome; 正弘堀込; Shigeru Kasai; 河西　　繁
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-02
Also published as: JP4586333B2; CN100466201C; CN1542927A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treatment apparatus capable of quickly obtaining a temperature and its temperature distribution of a semiconductor wafer for temperature monitoring at the time of heat treatment without opening a processing container to the air. <P>SOLUTION: The heat treatment apparatus for applying predetermined heat treatment to an object W to be treated is provided with a treatment container 30 formed so as to be able to discharge air, placing stage 32 for placing the object W, gas supplying means 36 for supplying a gas into the processing container, heating means 34 for heating the object W, temperature control means 35 for controlling the temperature of the heating means on the basis of a predetermined parameter to be controlled, and process condition adjusting means 44 for adjusting the parameter to be controlled on the basis of sheet resistance of the semiconductor wafer Wm for temperature monitoring. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の熱処理装置、熱処理システム及び熱処理装置の温度測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路の製造工程においては、半導体ウエハの表面に配線パターンやホール穴埋めや層間絶縁膜の形成のために、各種の成膜、例えばＷ，ＷＳｉ，Ｔｉ，ＴｉＮ，ＴｉＳｉ，ＳｉＯ_２等の成膜熱処理が繰り返し施される。また、この成膜熱処理の他にも、エッチング処理、酸化拡散処理、アッシング処理等の各種の熱処理も行なわれる。また、この熱処理は、加熱処理、プラズマ処理、非プラズマ処理、アニーリング処理も含まれる。
この場合、歩留り等を向上させるためには、各種の熱処理をウエハ面内に亘って均一に施すことが必要であり、このためには、プロセス圧力、処理ガスの流量、プロセス温度等を精度良く管理してコントロールしなければならず、とりわけプロセス温度の管理が重要である。すなわち、プロセス時にウエハ面内において温度差が生ずるとそれによって熱処理の均一性も低下してしまうので、熱処理プロセスの間、ウエハ温度の面内均一性を保持する必要がある。
【０００３】
この場合、熱処理中にウエハ自体の温度を測定することは非常に困難であり、また、ウエハを載置する載置台の温度やこれに埋め込まれる加熱ヒータを熱電対により検出したとしても、これらの温度とウエハ自体の温度との間には数１０℃もの温度差が生じているのが一般的であり、ウエハ自体の温度を正確に測定するのはかなり困難である。例えば加熱ヒータ温度が６８０℃程度でもウエハの実際の温度は、これよりも８０℃程度も低い例えば６００℃程度となり、測定温度値がウエハ温度を正確に反映しているのではない。
【０００４】
そこで、他のウエハ面内温度の均一性を確保する手法として熱電対を用いた以下のような手法も知られている。すなわち熱処理時におけるウエハ自体の温度を正確に知るために、温度測定用モニタウエハの表面に複数、例えば５個程度の熱電対を面内略均等に設け、これを処理容器内へ導入して目標とする温度条件（面内温度の均一条件）となる加熱ヒータへの投入電力量や埋め込み熱電対の温度検出値等の基準となる値を求めておく。そして、実際に製品ウエハを熱処理する際には、上記温度測定用モニタウエハを用いて求めていた投入電力量や埋め込み熱電対の温度検出値等を維持するようにコントロールしてウエハ面内の温度均一性を確保するようにしている。
【０００５】
この場合、加熱手段が加熱ヒータの時には載置台内に例えば同心状にゾーンに区分されて設けられており、また、加熱手段が複数の加熱ランプならば、主に照射するエリアが複数に区分されており、ゾーン毎に或いはエリア毎に投入電力の個別制御が可能となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、熱処理装置内をメンテナンスした時、処理容器内をクリーニングした時、或いは処理レシピを変える時など多くの場合に、上述したような熱電対を複数個取り付けた温度測定用モニタウエハを用いて目標通りの温度に加熱されているか否か、更に目標通りの面内温度の均一性を高く維持しているか否かの検証を行なうことが一般的に必要である。
この場合、熱電対付きの温度測定用モニタウエハを載置台へ設置したり、或いは測定後にこれより取り外したりする必要があるので、その都度、処理容器内の圧力を昇降させて大気開放する必要があるばかりか、モニタウエハも人間がハンドリングできる常温程度まで低下させる必要があり、その結果、測定に多くの時間、例えば２日間も要してしまう場合もあって、生産性を低下させる原因となっていた。
【０００７】
また、温度測定に熱電対を用いることから、ウエハ表面に取り付ける個数も物理的にそれ程多くすることはできず、ウエハ面内の詳細な温度分布を知ることができないという不便もあった。
また、熱処理時の温度を測定する手法として、特許文献１等に開示されているように、半導体ウエハ表面に絶縁膜を形成してウエハ内に不純物を導入し、これを熱処理後に上記絶縁膜を除去してウエハ表面のシート抵抗を測定し、これにより、上記熱処理時の温度を知る方法も提案されている。
しかしながら、この手法では、熱処理温度が１０００〜１２００℃程度の比較的高温度の熱処理を対象としていることから、不純物の飛散の防止等のための上記絶縁層の形成や除去が必要となり、その分、工程数が多くて手間がかかるという問題があった。尚、本件は本出願人が先に開示した特許文献２の改良発明である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１−１８１４３６号公報
【特許文献２】
特開２０００−２０８５２４号公報
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、温度モニタ用半導体ウエハの熱処理時の温度及びその温度分布を、処理容器内または処理容器が連通可能に構成された複数の処理容器からなる熱処理システムを大気開放することなく迅速に求めることができる熱処理装置、熱処理システム及び熱処理装置の温度制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、被処理体に対して所定の熱処理を行う熱処理装置において、排気可能になされた処理容器と、被処理体を載置する載置台と、前記処理容器内へガスを供給するガス供給手段と、前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の温度を所定のパラメータに基づいて制御する温度制御手段と、温度モニタ用半導体ウエハのシート抵抗に基づいて前記パラメータを調整するプロセス条件調整手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
【００１１】
このように、例えば半導体ウエハに不純物をイオン状態で打ち込んで注入することにより形成された温度モニタ用半導体ウエハは結晶が崩れてアモルファス状態となっており、この温度モニタ用半導体ウエハを所定の温度で熱処理（アニール）することにより再結晶化し、注入された不純物であるドーパント原子が例えばＳｉ原子と置き換わり、活性化状態、すなわち、導電形の組み合わせにもよるが自由電子や正孔ができる。この自由電子や正孔の量は、上記熱処理時の処理温度に依存して決まるので、処理温度の履歴が残ることになる。この温度モニタ用半導体ウエハをある程度冷却した後に、表面上の所望の多数点のシート抵抗を測定し、更に、測定したシート抵抗を予め求めておいたシート抵抗と被処理体を載置する載置台の温度との相関関係に参照させることにより、上記各点の熱処理温度及びこの分布の状況が求めることができる。
【００１２】
従って、リード線のついている熱電対を用いた従来の温度測定方法と異なり、温度モニタ用半導体ウエハ自体を処理容器に対して自動的に搬出入することができるので、例えばロードロック室に連接された処理容器内を大気開放することなく、しかも熱処理装置やウエハ温度が室温程度まで冷却することも待つことなく、短時間で温度モニタ用半導体ウエハの表面のシート抵抗を求めてその熱処理時の温度及びその温度分布を知ることができる。従って、この結果をプロセス条件調整手段により加熱手段の温度制御手段にフィードバックさせることにより、経時変化が生じたり、熱処理装置の内部構成部品を交換したりして、熱的条件が変化しても、目標とする熱処理時の温度を常に維持できるので、温度分布の面内均一性や処理温度の再現性を常に維持することができる。
【００１３】
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記プロセス条件調整手段は、前記シート抵抗と載置台の温度との相関関係を求めることにより予め定められたモデル関数を有している。
また例えば請求項３に規定するように、前記モデル関数は、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている場合のモデル関数である。
また例えば請求項４に規定するように、前記温度モニタ用半導体ウエハは、チルト角とツイスト角がチャネルリングを生じないような最適値に設定されて不純物がイオンビーム注入されている。
また例えば請求項５に規定するように、前記温度モニタ用半導体ウエハは、半導体ウエハの表面に不純物を所定の濃度で導入して形成されている。
また例えば請求項６に規定するように、前記半導体ウエハ表面はＰ形であり、前記不純物はリンである。
また例えば請求項７に規定するように、前記加熱手段は、前記載置台において区画された複数の加熱ゾーンに対応させて複数に区分されており、前記加熱手段は前記区分毎に独立して温度制御が可能になされている。
【００１４】
また例えば請求項８に規定するように、前記熱処理は、加熱処理、プラズマ処理、非プラズマ処理、成膜処理、アニーリング処理、エッチング処理の内のいずれかである。
請求項９に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を行う熱処理システムにおいて、前記被処理体に対して所定の熱処理を行うために、内部に設けた加熱手段を所定のパラメータに基づいて温度制御をする温度制御手段を有する複数の熱処理装置と、前記熱処理装置に開閉可能になされたゲートバルブを介して連結された共通搬送室と、前記被処理体を搬送するために前記共通搬送室内に設けられた搬送機構と、前記共通搬送室に対して開閉可能になされたゲートバルブを介して連結されるシート抵抗測定室と、温度モニタ用半導体ウエハの表面のシート抵抗を測定するために前記シート抵抗測定室内に設けられたシート抵抗測定装置と、前記シート抵抗測定装置で求めたシート抵抗に基づいて前記パラメータを調整するプロセス条件調整手段と、を備えたことを特徴とする熱処理システムである。
これによれば、熱処理システム内にシート抵抗測定装置を設けるようにしているので、温度モニタ用半導体ウエハを熱処理システムの外へ出すことなくこの表面のシート抵抗を測定し、その結果を、プロセス条件調整手段側から温度制御手段側にフィードバックさせることができる。
【００１５】
請求項１０に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を行う熱処理システムにおいて、前記被処理体に対して所定の熱処理を行うために、内部に設けた加熱手段を所定のパラメータに基づいて温度制御をする温度制御手段を有する複数の熱処理装置と、前記熱処理装置に開閉可能になされたゲートバルブを介して連結された共通搬送室と、前記被処理体を搬送するために前記共通搬送室内に設けられた搬送機構と、温度モニタ用半導体ウエハの表面のシート抵抗を測定するために設けられたシート抵抗測定装置と、前記シート抵抗測定装置で求めたシート抵抗に基づいて前記パラメータを調整するプロセス条件調整手段と、を備えたことを特徴とする熱処理システムである。
【００１６】
この場合、例えば請求項１１に規定するように、前記熱処理装置内と、前記共通搬送室内と、前記シート抵抗測定室内は、真空引き可能になされて真空雰囲気下になされている。
また例えば請求項１２に規定するように、前記熱処理装置内と、前記共通搬送室内は、真空引き可能になされて真空雰囲気下になされており、前記シート抵抗測定装置は大気圧雰囲気下に設置されている。
また例えば請求項１３に規定するように、前記プロセス条件調整手段は、前記シート抵抗と載置台の温度との相関関係を求めることにより予め定められたモデル関数を有している。
また例えば請求項１４に規定するように、前記モデル関数は、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている場合のモデル関数である。
【００１７】
また例えば請求項１５に規定するように、前記温度モニタ用半導体ウエハは、チルト角とツイスト角がチャネルリングを生じないような最適値に設定されて不純物がイオンビーム注入されている。
また例えば請求項１６に規定するように、前記温度モニタ用半導体ウエハは、半導体ウエハの表面に不純物を所定の濃度で導入して形成されている。
また例えば請求項１７に規定するように、半導体ウエハ表面はＰ形であり、前記不純物はリンである。
また例えば請求項１８に規定するように、前記加熱手段は、前記載置台において区画された複数の加熱ゾーンに対応させて複数に区分されており、前記加熱手段は前記区分毎に独立して温度制御が可能になされている。
【００１８】
また例えば請求項１９に規定するように、前記熱処理は、加熱処理、プラズマ処理、非プラズマ処理、成膜処理、アニーリング処理、エッチング処理の内のいずれかである。
請求項２０の発明は、上記熱処理装置や熱処理システムで行われる方法発明を規定しており、すなわち、処理容器内の載置台上に載置された被処理体を加熱手段により加熱して所定の熱処理を行うようにした熱処理装置の温度制御方法において、温度モニタ用半導体ウエハを前記処理容器内で所定の温度で熱処理する熱処理工程と、熱処理後の前記温度モニタ用半導体ウエハを前記処理容器内から取り出して前記温度モニタ用半導体ウエハの表面の複数の箇所のシート抵抗を測定する測定工程と、得られたシート抵抗と、予め求めたシート抵抗と載置台の温度との相関関係とに基づいて前記温度制御手段のパラメータを調整するパラメータ調整工程と、を備えたことを特徴とする熱処理装置の温度制御方法である。
【００１９】
この場合、例えば請求項２１に規定するように、例えば前記シート抵抗値が、許容範囲外の大きさになった時は、異常を報知する。
また例えば請求項２２に規定するように、前記各工程は、定期的、或いは必要に応じて不定期的に行われて求められた各シート抵抗値は経時変化履歴として表示可能に記憶されている。
また例えば請求項２３に規定するように、前記パラメータ調整工程では、前記シート抵抗と載置台の温度との相関関係を求めることにより予め定められたモデル関数を参照する。
また例えば請求項２４に規定するように、前記モデル関数は、前記載置台の表面にプリコート層が形成されている場合のモデル関数である。
【００２０】
また例えば請求項２５に規定するように、前記温度モニタ用半導体ウエハは、チルト角とツイスト角がチャネルリングを生じないような最適値に設定されて不純物がイオンビーム注入されている。
また例えば請求項２６に規定するように、前記温度モニタ用半導体ウエハは、半導体ウエハの表面に不純物を所定の濃度で導入して形成されている。
また例えば請求項２７に規定するように、半導体ウエハ表面はＰ形であり、前記不純物はリンである。
また例えば請求項２８に規定するように、前記加熱手段は、前記載置台において区画された複数の加熱ゾーンに対応させて複数に区分されており、前記加熱手段は前記区分毎に独立して温度制御が可能になされている。
また例えば請求項２９に規定するように、前記加熱手段は、前記載置台の厚さ方向に複数層形成されると共に、前記載置台において区画された複数の加熱ゾーンに対応させて複数に区分されており、前記加熱手段は前記各層の区分毎に独立して温度制御が可能になされている。
請求項３０に係る発明は、熱処理装置の温度制御方法において、温度モニタ用半導体ウエハを熱処理する熱処理工程と、前記温度モニタ用半導体ウエハのシート抵抗を測定する測定工程と、前回測定したシート抵抗と今回測定したシート抵抗とを比較する工程と、前記比較結果が所定値以上開いているときには警報を出す工程と、を備えたことを特徴とする熱処理装置の温度制御方法である。
また例えば請求項３１に規定するように、前記シート抵抗の測定は、定期的、或いは不定期的に行われる。
また例えば請求項３２に規定するように、前記熱処理は、加熱処理、プラズマ処理、非プラズマ処理、成膜処理、アニーリング処理、エッチング処理の内のいずれかである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る熱処理装置、熱処理システム及び熱処理装置の温度測定方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１実施例＞
図１は熱処理装置を含む熱処理システムの第１実施例を示す概略構成図、図２は載置台に設けられる加熱手段の一例を示す概略平面図である。
まず、本発明方法を実施するための熱処理装置を含む熱処理システムについて概略的に説明する。この熱処理システム２は、被処理体である例えば半導体ウエハＷに対して所定の熱処理を施す熱処理装置４と、これにゲートバルブＧ１を介して連通及び遮断可能に接続されたロードロック室６と、更にこのロードロック室６にゲートバルブＧ２を介して連通及び遮断可能に接続されたカセット室８とにより主に構成されている。
【００２２】
上記カセット室８は、半導体ウエハＷを多数枚収容できるカセット１０を載置するカセット台１２が内部に設けられており、このカセット台１２はカセット室８の底部を貫通する昇降バー１４の上端に設けられて、昇降及び旋回可能になされている。このカセット室８の側壁には、カセット１０を搬出入するゲートドアＧ３が設けられ、また、カセット室８内にＮ_２ガス等の不活性ガスを導入するガス導入口１６及び室内の雰囲気を排出するガス排気口１８もそれぞれ設けられる。尚、図示例では本発明方法で用いられる温度モニタ用半導体ウエハ（以下、「モニタウエハ」とも称す）Ｗｍが例えば１枚、カセット１０内に収容されている。
【００２３】
一方、上記ロードロック室６内には、半導体ウエハＷを上記カセット室８及び熱処理装置４との間で受け渡しするために多関節構造の搬送アーム２０が屈伸及び旋回可能に設けられる。また、このロードロック室６には、内部にＮ_２ガス等の不活性ガスを導入するガス導入口２２及び内部の雰囲気を排出するガス排気口２４がそれぞれ設けられる。そして、このガス排気口２４には、途中で真空ポンプ２６を介設した真空排気系２８が接続されており、ロードロック室６内を真空引きできるようになっている。
【００２４】
一方、上記熱処理装置４は、例えばアルミニウム等により円筒状に成形された処理容器３０を有しており、この内部には、上面にウエハＷを載置する載置台３２が設けられる。この載置台３２内には、図２にも示すように例えば同心円状に３つにゾーン区分された加熱手段としての加熱ヒータ３４が埋め込まれており、ウエハＷを加熱し得るようになっている。ここでは内周、中周、外周の各ゾーンに３つに区分され、各区分には加熱ヒータ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃがそれぞれ配置されている。尚、このゾーン数は特に限定されず、またゾーンの形態は同心円状に限定されず、例えば円の集合体のようなゾーン区分でもよい。上記各加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃはゾーン毎に投入電力の制御が可能であり、その制御のためにゾーン毎に熱電対（図示せず）も埋め込まれている。そして、上記加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃは所定の制御対象パラメータに基づいてそれぞれの温度を制御する温度制御手段３５に接続されており、上述したように個別に温度制御できるようになっている。
【００２５】
また、この載置台３２には、ウエハＷの搬入搬出時にこの昇降を行なうリフタピン（図示せず）が設けられる。上記処理容器３０内の天井部には、処理容器３０内へ必要な処理ガス等を導入するためのガス供給手段として例えばシャワーヘッド部３６が設けられており、また、底部には、内部雰囲気を排出するガス排気口３８が設けられる。そして、このガス排気口３８には、途中に真空ポンプ４０を介設した真空排気系４２が接続されており、処理容器３０内を真空引き可能としている。そして、上記温度制御手段３５には例えばマイクロコンピュータ等よりなるプロセス条件調整手段４４が接続して設けられており、後述するようにモニタウエハＷｍのシート抵抗に基づいて上記温度制御手段３５の制御対象パラメータを必要に応じて調整し得るようになっている。ここで上記モニタウエハＷｍは、第１の導電形の不純物が入っているシリコン基板の表面に第２の導電形の不純物をイオンビーム注入法等により所定の濃度で導入することにより形成されている。
【００２６】
そして、上記プロセス条件調整手段４４は、調整時に必要とされるデータ等を記憶するためのメモリ４６を有していると共に、所定の場合にはオペレータに対して警報等を発するための警報部４８を有している。ここで上記シート抵抗は、オペレータによりマニュアルにより直接入力されたり、或いは後述するシート抵抗測定装置からの測定値を直接的に、自動的に入力されたりする。そして、上記メモリ４６には、モニタウエハＷｍのシート抵抗と載置台３２、すなわちここでは抵抗加熱ヒータ３４の温度との相関関係を予め求めることにより予め定められたモデル関数が記憶されており、このモデル関数にシート抵抗を参照させることによって載置台３２の測定、すなわち抵抗加熱ヒータ３４の温度を特定できるようになっている。換言すれば、モニタウエハＷｍが晒された温度とこのシート抵抗との間には相関関係が発生するので、このシート抵抗を知ることにより、モニタウエハＷｍが晒された温度を知ることができる。実際のプロセスでは、ウエハＷ（モニタウエハＷｍ）と載置台３２（加熱手段３４）との間にはその時の処理容器３０内の圧力に依存して数℃〜数１０℃の温度差が発生してウエハ温度よりも載置台３２の温度の方が高くなっている。そして、上記温度差は、その時の容器内圧力により一義的に定まるので、上記モデル関数を作製する時には、上記温度差を加味したモデル関数を作製しておく。尚、この熱処理システム２の全体は、コンピュータよりなる図示しない主制御部により、プロセス条件を含めて各部の動作制御が行われる。
ここでは、同一平面上に複数の加熱ゾーンを同心円状に並べた加熱ヒータ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの例につき説明したが、各加熱ゾーンを垂直方向に複数の層構造に構成して、各層毎に独立して加熱制御ができるようにすることもできる。一例としては、例えば国際公開番号ＷＯ００／７０６５８に開示されているような載置台にも適用でき、例えば図３に加熱ヒータが２層構造になっている載置台の断面図で示されるように、前記３ゾーンの同一平面上の加熱ヒータを、各２層の加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃ、３４Ｄ〜３４Ｆとして独立して設けて、合計６個の独立した加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃ、３４Ｄ〜３４Ｆにより、ウエハの面内均一加熱を達成するように構成することができる。
【００２７】
次に、以上のように構成された熱処理システム２を用いて行なわれる本発明方法について説明する。
まず、一般的に半導体ウエハＷをカセット室８と熱処理装置４との間で受け渡しを行なうには、ロードロック室６内の搬送アーム２０を屈伸及び旋回させてこれを行なう。上記カセット室８内は、常時不活性ガスで大気圧程度に維持され、また、処理容器３０内はウエハの連続処理が行なわれている間は真空状態（減圧雰囲気）になされている。従って、ロードロック室６内は、ウエハＷの搬入及び搬出のたびにロードロック室６及び処理容器３０との間が圧力調整のために大気圧状態と真空状態とを繰り返すことになり、結果的に、処理容器３０内の真空状態を破ることなく、ウエハＷの搬入及び搬出が行なわれる。
【００２８】
ところで、載置台３２内の加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃに関しては、載置台３２上に載置されるウエハＷを面内温度の均一性が高い状態で且つ目標とするプロセス温度を維持できるように予め投入電力が決定されているが、例えば処理容器３０内のクリーニングを行なった時、処理レシピを変更した時、容器内部の部品を交換するなどの各種のメンテナンスを行なった時などは、種々の特性が変わってしまって上述したようなウエハを目標とするプロセス温度に維持できなくなったり、或いは加熱温度の面内均一性を高く維持できなくなる恐れが生ずる。
【００２９】
そのため、温度モニタ用半導体ウエハＷｍを用いて従前通りの適正な面内温度分布を維持しているか否か及び目標とするプロセス温度に加熱維持できるか否かを検査する必要が生ずる。そして、維持していない場合には、投入電力を全体的に増減したり、或いは各加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃへの投入電力を個別に増減したりする調整が必要となる。
この温度モニタ用半導体ウエハＷｍは、予めカセット１０内に収容しておいてもよいし、必要時に、カセット室８のゲートドアＧ３を介してカセット室８内へ導入してもよい。この温度モニタ用半導体ウエハＷｍとしては、第１の導電形、例えばＰ形のＳｉ単結晶の基板を用い、これに第２の導電形であるＮ形の不純物、ここでは例えばリンイオンを所定の濃度で導入しておく。
【００３０】
この場合、イオン注入条件は、例えばリンイオンを例えば８０ＫｅＶのエネルギーで注入し、濃度（ドーズ量）は臨界ドーズ量以上の値、例えば５×１０^１４ａｔｍｓ／ｃｍ^２程度にしておき、更に、イオン注入時にチャネリングが生じないようにチルト角は７度、ツイスト角は３５度程度にそれぞれ設定する。
このように、ウエハへ不純物を導入する導入行程が終了したならば、次に、熱処理工程へ移行する。まず、ロードロック室６内をカセット室８内と略同じ大気圧程度まで復帰させてゲートバルブＧ２を開く。そして、このロードロック室６内の搬送アーム２０を屈伸させて、開放されたゲートバルブＧ２を介してカセット１０内の温度モニタ用半導体ウエハＷｍを取り上げ、これをロードロック室６内に取り込む。次に、上記ゲートバルブＧ２を閉じた後、このロードロック室６内の雰囲気を真空引きして処理容器３０内の圧力と略同圧とする。
【００３１】
このように、ロードロック室６内の圧力と処理容器３０内の圧力が略同圧となったならば、ゲートバルブＧ１を開いてロードロック室６と処理容器３０内を連通し、温度モニタ用半導体ウエハＷｍを処理容器３０内へ搬入してこれを載置台３２上に載置する。そして、ゲートバルブＧ１を閉じて、上記温度モニタ用半導体ウエハＷｍに所定の熱処理を施す。ここでは、例えば８インチサイズのウエハを用いており、この時の熱処理条件に関しては、シャワーヘッド部３６から例えばＮ_２ガスを２００ｓｃｃｍの流量で供給し、プロセス圧力を０．３Ｔｏｒｒ（４０Ｐａ）とし、更に、プロセス温度は、例えば不純物飛散が生じないようなプロセス温度、例えば６８０℃（ヒータ温度）に設定する。そして、プロセス時間を例えば１８０秒とする。このように、温度モニタ用半導体ウエハＷｍを熱処理（アニール）することにより、先のイオン注入により結晶が崩れた部分においてドーパント原子が格子上のＳｉ（シリコン）原子と置き換わってここでは自由電子が発生し、活性状態となる。この時に発生する自由電子の量はモニタウエハ表面のその部分における実際の熱処理温度、すなわちその時に晒された温度に依存するので、後述するようにモニタウエハ表面の各部分のシート抵抗を測定することによりその局部的な実際の温度を知ることができる。具体的な実施例として、図２に示す３つの同心円状の加熱ヒータ３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの各加熱ゾーンに対応したモニタウエハ表面の各シート抵抗を測定することで、相互の温度比較の目的に使用するデータを得ることができる。
【００３２】
このようにして、熱処理工程が終了したならば、次に、測定工程へ移行する。ここでは、まず、載置台３２上の熱処理済みの温度モニタ用半導体ウエハＷｍを搬送可能な温度、例えば１００℃程度まで冷却し、ゲートバルブＧ１を開くことにより、予め処理容器３０内と同じ圧力の真空状態に維持されているロードロック室６内と連通し、熱処理済みのモニタウエハＷｍをロードロック室６内に取り込む。そして、このゲートバルブＧ１を閉じた後、ロードロック室６内にＮ_２ガスを導入して大気圧に復帰し、更にゲートバルブＧ２を開いて大気圧状態に維持されているカセット室と連通し、この熱処理済みのモニタウエハＷｍをカセット１０内へ搬入する。その後は、この熱処理済みのモニタウエハＷｍを外へ取り出して、オペレータがモニタウエハ表面の多数点、例えば４９箇所のシート抵抗を測定して求める。このように測定工程が終了したならば、次に、温度探究工程へ移行する。ここでは、前述したと同じ熱処理条件（ガス種、ガス流量、プロセス圧力、プロセス温度、処理時間等）でモニタウエハを予め熱処理し、予め求めたシート抵抗と熱処理温度（加熱ヒータや載置台の温度）との関係を示すテーブル或いはグラフがモデル関数として予め用意されてプロセス条件調整手段４４のメモリ４６に予め記憶されている。このモデル関数の作成には、モニタウエハ表面に複数の熱電対を付着させた従来の温度測定方法が用いられている。これにより、シート抵抗とその局所の実際の温度履歴との相関関係が一義的に定まることになる。この場合、前述したようにモニタウエハと載置台３２（加熱手段３４）との間にはこの熱処理時のプロセス圧力に依存した温度差が生じているので、プロセス圧力により一義的に定まるこの温度差（数度〜数１０度）を加味してモデル関数を作製する。このモデル関数を参照して上記測定工程で求めた４９箇所のシート抵抗より、それぞれの対応する部分の熱処理時の温度を求める。これをプロットすることにより、温度モニタ用半導体ウエハＷｍの温度や温度分布や温度の面内均一性を得ることができる。
【００３３】
このシート抵抗からモニタウエハＷｍの温度や温度分布や面内均一性を得る操作は、例えばオペレータが測定したシート抵抗を上記プロセス条件調整手段４４へ入力することにより自動的に行われ、例えば載置台３２（加熱ヒータ３４Ａ〜３４Ｃ）が目標の温度を維持し、且つ温度の面内均一性を維持するように温度制御手段３５に対して制御対象パラメータを調整する。また、このプロセス条件調整手段４４へは設定パラメータとしてプロセス温度を入力するようになっている。
これにより、定期的に、或いはクリーニング処理後や容器内の構成部品等を交換した時などに必要に応じて不定期的に、上記したようにモニタウエハＷｍを熱処理してそのシート抵抗を求めて制御対象パラメータを調整することにより、製品ウエハを処理する時のプロセス温度を常に目標とするプロセス温度に維持でき、しかも、温度の面内均一性も高く維持することができる。このようなモニタウエハＷｍのシート抵抗の測定は、上記の外に、装置の立ち上げ時、トラブルが発生した時等、必要な時にはいつでも行うことができる。
【００３４】
また本発明方法によれば、熱電対を用いず、しかも処理容器３０内の真空状態を破ることなく温度モニタ用半導体ウエハＷｍの熱処理時の温度、その温度分布及びその面内均一性を知ることができるので、処理容器３０内の圧力調整時間、ウエハ温度の冷却時間が短時間となり、迅速に面内温度の均一性の評価を行なうことができる。
また、物理的に熱電対を設けることなくシート抵抗を測定するだけで熱処理温度を認識できるので、多数箇所のシート抵抗を測定することにより、詳細な温度分布を求めることができる。
【００３５】
更には、特開平１−１８１４３６号公報で示されるような不純物飛散防止用の絶縁膜を形成したり、除去する必要がないので、一層迅速に温度分布を求めることができる。
また上記定期的、或いは不定期的に測定されるモニタウエハＷｍのシート抵抗は経時変化を示す情報なので、経時変化履歴としてメモリ４６に記憶されており、必要に応じてこの経時変化履歴を図示しない表示手段に表示してオペレータが確認することができる。
また、モニタウエハＷｍのシート抵抗を測定した時には、この値が前回の測定時よりも許容量を超えて大きく変化している場合には、異常が発生したものとして例えば警報部４８を起動させて、その旨をオペレータに知らせることができる。
【００３６】
ここで、最適な不純物濃度を求めるために、上述した実施例で用いた温度モニタ用半導体ウエハＷｍのイオン濃度のみを種々変更し、他の条件を全く同じに設定して上述したと同様な温度測定を行なった。その時のシート抵抗と加熱ヒータとの温度との関係を図４に示す。
ここでは、不純物リンのイオン濃度として、５×１０^１４ａｔｍｓ／ｃｍ^２（先に説明した実施例）、１×１０^１５ａｔｍｓ／ｃｍ^２及び３×１０^１５ａｔｍｓ／ｃｍ^２の３種類を用いている。また、縦軸のシート抵抗は対数目盛をとっており、グラフは測定箇所４９点の平均値をプロットしている。図４に示すグラフから明らかなように不純物であるリンのイオン濃度に関係なく、各曲線は加熱ヒータ（載置台）の温度が５３０℃から７２０℃まで（一部は６００℃から）上昇するに従って、シート抵抗は次第に低下してきており、両者間には相関関係が明確に存在することが確認できた。特に、不純物のイオン濃度が５×１０^１４ａｔｍｓ／ｃｍ^２の場合には、シート抵抗の変化状態が非常に直線的になっており、シート抵抗から熱処理時の温度を求める上で使い勝手が非常に良くて好ましいことが判明した。ここで得られるシート抵抗の特性曲線が上記プロセス条件調整手段４４のメモリ４６にモデル関数として予め記憶されることになる。
【００３７】
次に、温度モニタ用半導体ウエハに対する不純物のイオン注入濃度を５×１０^１４ａｔｍｓ／ｃｍ^２に固定的に設定し、ガス種、ガス流量、プロセス圧力、処理時間等の熱処理条件を上記熱処理条件と同じ条件に設定して多数枚の温度モニタ用半導体ウエハに対して熱処理を施した時の再現性の試験を行なった。この再現性試験の結果を図５に示す。ここでは、日付を第１日目〜第３日目まで３日間変え、更にその都度、加熱ヒータの温度を５３０℃〜７２０℃の範囲内の複数点（６点）で熱処理を行なった。
この図５に示すグラフから明らかなように、縦軸のシート抵抗の目盛を対数目盛にしたグラフにおいて、加熱ヒータの温度が５３０℃〜７２０℃の範囲内においてシート抵抗は温度が高くなるに従って略直線的に下がっているので、明確に相関関係が表れており、更に、日付を異ならせて行なった場合でも相互間のズレがほとんどなく、非常に再現性が良好であることが確認できた。これにより、精度の高い温度及び温度分布を得ることが可能な点が確認できた。
【００３８】
尚、本実施例で用いた熱処理条件は、単に一例を示したに過ぎず、前述したものに限定されないのは勿論である。他の熱処理条件についても予め上記したようなモデル関数を求めておき、このモデル関数をメモリ４６に予め記憶させておく。この点については後述する。
【００３９】
ここで上記プロセス条件調整手段４４における動作について説明する。このプロセス条件調整手段４４の構成は、例えば本出願人が先に特開２００２−３４３７２６号公報で開示した技術を転用することができる。
上記プロセス条件調整手段４４へ入力される設定パラメータは上記制御対象パラメータに影響を与えるパラメータを指し、この設定パラメータはこの熱処理システム２の全体の動作を制御するコンピュータ（図示せず）よりレシピに基づいて出力されるプロセス温度である。またこのプロセス条件調整手段４４から上記温度制御手段３５へ向けて出力される制御対象パラメータは、加熱ヒータの実際の目標とする温度である目標温度が対応する。
上記設定パラメータであるプロセス温度は、予め設定されたレシピによりホストコンピュータ等より供給され、また、ここでは制御対象パラメータである加熱ヒータの目標値温度ｒ_ｔは上記プロセス条件調整手段４４により求められる。
【００４０】
さて、このプロセス条件調整手段４４には、図４や図５に示すような加熱ヒータ温度（載置台温度）とシート抵抗との相関関係で定められるモデル関数が予め記憶されていると共に、これに入力される設定パラメータの設定値Ｄ_ｔ、すなわちここではプロセス温度の設定値に基づいて制御対象パラメータの目標温度ｒ_ｔを算出するようになっている。ウエハのプロセス温度が５００度の場合、当初は加熱ヒータを５２０度まで加熱すれば上記プロセス温度を実現できたが、その後、経時変化等で加熱ヒータを５５０度まで加熱しなければ上記プロセス温度を実現できない場合があるからである。尚、前述したように上記図４及び図５に示すグラフは加熱ヒータの温度と実際のウエハの温度との温度差を加味して予め作製されている。
【００４１】
以上の点について具体的に説明する。前述したように、モニタウエハＷｍと、これを加熱処理した時のシート抵抗との相関関係であるモデル関数を予め求めて、このモデル関数を上記プロセス条件調整手段４４のメモリ４６に記憶させておく。
ここで、本実施例ではモデル関数としては、自己回帰移動平均モデル（ＡＲＭＡ：ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅｍｏｖｉｎｇ−ａｖｅｒａｇｅｍｏｄｅｌ）、自己回帰モデル（ＡＲ：ａｕｔｏｒｅｇｒｓｓｉｖｅｍｏｄｅｌ）、逐次形最小２乗法、カルマンフィルター、最尤推定法等を用いることができる。
【００４２】
ところで、一般の成膜処理では、製品ウエハに実際に成膜するに先立って載置台３２の表面や処理容器３０の内壁面等に、ウエハ上に成膜する膜種と同じ膜種を予め薄く形成してプリコート膜を設けて、容器内部の熱的条件を安定化させているが、上記図４及び図５に示すグラフを得る場合にも、プリコート膜が形成された後にモニタウエハＷｍを加熱処理（アニール）してシート抵抗のデータを取るのが望ましい。ただし、プリコート膜を形成する前にモニタウエハＷｍを加熱処理（アニール）してシート抵抗のデータを取ってもよく、この場合には、このデータは例えば載置台３２の加熱ヒータ３４の調整等を行う際に使用することができる。換言すれば、プリコート膜の有り無しに関係なく、必要に応じていつでも簡単にモニタウエハＷｍを用いてシート抵抗を測定することができる。
【００４３】
また本発明を適用できる熱処理としては、プラズマ処理、非プラズマ処理を含めウエハＷを加熱処理する全ての熱処理について適用でき、例えば熱ＣＶＤ成膜処理、酸化拡散処理、アニール処理、改質処理、アッシング処理、プラズマＣＶＤ成膜処理、エッチング処理、自然酸化膜を除去するプリクリーン処理等の全ての熱処理に適用することができる。
またイオン注入される不純物の種類（ドーズ種）もリンに限定されず、多くの元素、例えばＨ、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｎｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ等を用いることができる。この場合、原子量が軽い元素程、少ない熱エネルギーで容易に活性化するので、より低温での熱処理を行う時のモデル関数を作製する時に用いることに適する。また逆に、上述の元素の中で比較的重い元素を用いる場合には、より高温で熱処理を行う時のモデル関数を作製する時に用いることに適する。また注入されるイオン濃度は、５×１０^１３〜５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２程度の範囲内で十分であり、イオン濃度が大きい程、低温の熱処理に対応でき、イオン濃度が小さい程、高温の熱処理に対応することができる。
【００４４】
上述のように、イオン注入されるドーズ種やイオン濃度を適宜選択することにより、本発明のモニタウエハＷｍは２００〜１２００℃の広い範囲に亘って対応することができる。
またイオン注入時の加速エネルギーは特に限定されないが、例えば１０ＫｅＶ〜４００ＫｅＶ程度の大きさで、シート抵抗と加熱温度との相関関係が十分に有るモニタウエハＷｍを得ることができる。
尚、プロセス条件調整手段４４には、当該熱処理装置で実行されるレシピのプロセス温度等の処理条件に対応させて熱処理したモニタウエハＷｍのモデル関数が予め記憶されているのは勿論である。
【００４５】
次に、実際のモデル関数の他の具体例について説明する。
図６はシート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第２例を示すグラフである。図６に示すように、ここでは５００〜６８０℃の範囲内でシート抵抗との相関関係が十分に現れていることが理解できる。ここでのモニタウエハＷｍのイオン注入条件に関しては、注入元素はリンであり、イオン濃度は１．５×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２である。モニタウエハＷｍの熱処理条件は、Ｎ_２ガスの流量が３６００ｓｃｃｍ、圧力が５Ｔｏｒｒ（６６５Ｐａ）、処理時間が１８０秒である。尚、このモデル関数は例えばＴｉＮ膜の成膜用の熱処理装置に用いられる。
【００４６】
図７はシート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第３例を示すグラフである。図７に示すように、ここでは４５０〜５５０℃の範囲内でシート抵抗との相関関係が直線に近い状態で十分に現れていることが理解できる。ここでのモニタウエハＷｍのイオン注入条件に関しては、注入元素はリンであり、イオン濃度は５．０×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２である。モニタウエハＷｍの熱処理条件は、Ａｒガスの流量が５００ｓｃｃｍ、圧力が９３．３Ｐａ、処理時間が３分、５分、１０分の３種類である。尚、このモデル関数は例えばＷＳｉ（タングステンシリサイド）膜の成膜用の熱処理装置に用いられる。
【００４７】
図８はシート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第４例を示すグラフである。図８に示すように、ここでは５００〜６００℃の範囲内でシート抵抗との相関関係が十分に現れていることが理解できる。尚、温度５００℃以下では、シート抵抗が略飽和しているのでこの領域は温度測定に用いることが困難である。ここでのモニタウエハＷｍのイオン注入条件に関しては、注入元素は砒素であり、イオン濃度は１．０×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２である。モニタウエハＷｍの熱処理条件は、Ｎ_２ガスの流量が１０００ｓｃｃｍ、圧力が１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）、処理時間が１８０秒である。尚、このモデル関数は例えば金属膜のＣＶＤによる成膜用の熱処理装置に用いられる。
【００４８】
図９はシート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第５例を示すグラフである。図９に示すように、ここでは２００〜５００℃の比較的低温の範囲内でシート抵抗との相関関係が十分に現れていることが理解できる。ここでのモニタウエハＷｍのイオン注入条件に関しては、注入元素はボロンであり、イオン濃度は１．０×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２である。モニタウエハＷｍの熱処理条件は、Ｎ_２ガスの流量が１０００ｓｃｃｍ、圧力が５１Ｔｏｒｒ（６７８３Ｐａ）、処理時間が３０分である。尚、このモデル関数は例えば金属膜のＣＶＤによる成膜用の熱処理装置に用いられる。
【００４９】
更にモニタウエハＷｍのイオン注入時のドーズ種、及びイオン濃度（ドーズ量）を種々変更した時のモニタウエハＷｍの適用可能な温度範囲を検討したので、その評価結果について説明する。図１０は上記評価結果を示す図である。この図から明らかなように、Ｂ、Ｈ、Ｈｅ、Ｌｉ、Ｂｅ等の比較的軽い元素をドーズ種として用いると、比較的温度が低い１００〜５００℃の低温域の範囲内でもシート抵抗と加熱温度との相関関係が得られることが判明する。
またＰ（リン）を用いてこのドーズ量を適宜変化させると、その適用温度範囲も３５０〜７２０℃の中温域、更には７００〜１２００℃の範囲の高温域まで適用できることが判明する。特に、ＢやＡｓ等を用いた場合にも、７００〜１２００℃の範囲の高温域でも適用できることが判明する。この場合、ドーズ量は５．０×１０^１３〜５．０×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の範囲内で種々変更することができる。またイオン注入時の加速電圧も１０ＫｅＶ〜４００ＫｅＶの範囲内で適宜選択することができる。
【００５０】
尚、イオン注入時のチルト角は７度であり、ツイスト角は２２〜４５度の範囲内であり、モニタウエハＷｍのシリコン基板の結晶方位面は［１００］である。ここで１つの熱処理装置でプロセス温度が異なる複数の熱処理を行う場合には、各プロセス温度に対応した複数のモデル関数をプロセス条件調整手段４４のメモリ４６（図１参照）に予め記憶させておくようにする。
ここで参考として、上記モニタウエハＷｍを用いて加熱ヒータの調整を行ったプロセスの一例を図１１に示す。図１１に示すように、プリクリーン処理、Ｔｉ成膜処理、、ＴｉＮ成膜処理、Ｗ（タングステン）成膜処理、ＷＳｉ_２成膜処理、ＴａＯ成膜処理、Ｏ_３を用いた改質処理、金属膜の成膜処理等の各処理を行う熱処理装置にて、モニタウエハＷｍを用いて加熱ヒータの温度調整を行うことができる。尚、図１１中には、参考として各プロセスを行う時の温度範囲、圧力範囲、処理時間の範囲、各ガス流量の範囲を記載している。また、図１１に示す以外の他の熱処理を行う熱処理装置にも上記モニタウエハＷｍを適用できることは前述した通りである。
【００５１】
更に、モニタウエハＷｍが適用できる熱処理装置の熱処理としては、減圧（真空）処理に限定されず、大気圧での熱処理、大気圧より高い陽圧状態での熱処理を行う装置でも適用することができる。
図１に示す熱処理システムでは１つの熱処理装置を用い、処理システムの外部に設けたシート抵抗測定装置でオペレータがシート抵抗を測定するシステム例を示したが、これに限定されず、処理システム自体にシート抵抗測定装置を設け、且つ複数の熱処理装置を設けた熱処理システムにも本発明を適用することができる。
図１２は上述したような熱処理システムの第２実施例を示す概略平面図、図１３はシート抵抗測定装置を示す概略構成図である。
【００５２】
図１２に示すように、この熱処理システムは、いわゆるクラスタツール化された熱処理システムである。具体的には、この熱処理システムは、真空雰囲気下で所定の熱処理を行うための複数、図示例では３つの熱処理装置４Ａ、４Ｂ、４Ｃが設けられると共に、各熱処理装置４Ａ〜４Ｃ内には、加熱手段（図示せず）により加熱されてその上にウエハＷを載置する載置台３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが設けられる。そして、各載置台３２Ａ〜３２Ｃの温度は、それぞれに接続される温度制御手段３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃにより個別に制御される。
【００５３】
上記各熱処理装置４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、真空排気可能になされた例えば６角形状になされた共通搬送室６０にそれぞれ開閉可能になされたゲートバルブＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３を介して接続されている。そして、この共通搬送室６０には、ゲートバルブＧ１４を介して、真空引き可能になされたシート抵抗測定室６２が接続されると共に、このシート抵抗測定室６２内には、モニタウエハＷｍのシート抵抗を設定するためのシート抵抗測定装置６４が収容されている。このシート抵抗測定装置６４は、例えば特開平７−１０６３８８号公報に開示されているような装置を用いることができ、具体的には、図１３にも示すように、このシート抵抗測定装置６４は、モニタウエハＷｍを載置して固定するモニタ台６６と、これに対向して配置される４端子測定ヘッド６８とよりなる。そして、この４端子測定ヘッド６８は、駆動機構７０により平面方向及び上下方向へ任意に移動できるようになされており、上記モニタウエハＷｍ上の多点でこのシート抵抗を測定できるようになっている。
【００５４】
尚、このシート抵抗測定装置６４の構成は単に一例を示したに過ぎず、この構成に限定されないのは勿論である。そして、このシート抵抗測定装置６４は、図１において説明したものと同様な構成のプロセス条件調整手段４４及びメモリ４６に接続されている。尚、図１２では警報部４８の記載は省略している。そして、この１台のプロセス条件調整手段４４が、上記全ての温度制御手段３５Ａ〜３５Ｃに接続されており、各個別に独立して制御対象パラメータを調整できるようになっている。従って、このメモリ４６には各熱処理装置４Ａ〜４Ｃで行われる異なる熱処理のレシピに対応する個別の複数のモデル関数が予め記憶されており、必要に応じて適宜選択されて使用されることになる。
【００５５】
また、上記共通搬送室６０内には、ウエハＷを搬送するために屈伸及び旋回可能になされた２ピックの多関節アームよりなる真空搬送機構７２が設けられる。そして、この共通搬送室６０には、真空排気可能になされた２つのロードロック室７４Ａ、７４ＢがそれぞれゲートバルブＧ１５、Ｇ１６を介して連結されている。また、これらのロードロック室７４Ａ、７４Ｂの反対側は、それぞれゲートバルブＧ１７、Ｇ１８を介して横長の大気側搬送室７６に連結されている。この大気側搬送室７６内は、Ｎ_２ガスや洗浄空気で常時大気圧に維持されている。
【００５６】
そして、上記共通搬送室６０側は、熱処理時には常時真空雰囲気になされており、大気側搬送室７６側との間でウエハＷを搬送する時には、上記ロードロック室７４Ａ、７４Ｂ内を真空状態と大気状態との間を繰り返すことで、共通搬送室６０側の真空を破ることなくウエハＷの搬入搬出を行う。
また上記大気側搬送室７６内には、ウエハＷを搬送するためにその長手方向へ移動可能になされて伸縮及び旋回が可能になされた２ピックの大気側搬送機構７８が設けられている。そして、この大気側搬送室７６の一端部には、ウエハＷの位置決めを行う位置決め機構８０が設けられると共に、この大気側搬送室７６の横長の一側には、カセット１０を載置することができる複数、図示例では３つのロードポート８２が設けられている。
【００５７】
このように構成された熱処理システムでは、カセット１０内に収容されたウエハＷやモニタウエハＷｍは、大気側搬送機構７８によってシステム内部に取り込まれ、位置決め機構８０にて位置合わせされた後にいずれか一方のロードロック室７４Ａ、或いは７４Ｂを介して共通搬送室６０内に取り込まれる。そして、一部の、或いは全部の熱処理装置３５Ａ〜３５Ｃ内で所定の処理が行われたウエハＷは、上記した経路とは逆の経路を戻って搬出されることになる。
これに対して、いずれかの熱処理装置にて加熱ヒータ調整のための熱処理が行われたモニタウエハＷｍは、真空搬送機構７２によりシート抵抗測定室６２内に搬入され、この中で真空状態が維持されたままでシート抵抗測定装置６４により、図１において説明したようにその表面の例えば４９箇所でシート抵抗が自動的に測定され、その測定値のデータがプロセス条件調整手段４４側へ送られることになる。尚、シート抵抗測定後のモニタウエハＷｍは、処理済み後のウエハＷと同様に、搬入時の経路とは逆の経路を戻って搬出されて行くことになる。
【００５８】
そして、上記シート抵抗のデータを受けたプロセス条件調整手段４４は、該当する熱処理装置の温度制御手段に対して、先に図１を参照して説明したと同様な加熱ヒータの温度調整（制御対象パラメータの調整）を行うことになる。
この熱処理システムによれば、複数の熱処理装置４Ａ〜４Ｃに対して、必要に応じてそれぞれ個別的に制御対象パラメータの調整を行うことができるので、経時変化等が生じても各載置台３２Ａ〜３２Ｃの温度調整を行って目標温度に維持することができ、また載置台３２Ａ〜３２Ｃの温度の面内均一性も高く維持することができ、熱処理の再現性を高めることができる。
【００５９】
また図１２に示す場合には、シート抵抗測定装置６４を共通搬送室６０側に連結してシート抵抗測定操作を真空雰囲気中で行うようにしたが、これに限定されず、図１４に示す第３実施例のように、このシート抵抗測定装置６４を、横長の大気側搬送室７６の他端部側に設けるようにし、シート抵抗測定操作を大気圧雰囲気中で自動的に行うようにしてもよい。尚、上記熱処理システムに具体例は、単に一例を示したに過ぎず、ここで説明したものに限定されないのは勿論である。
【００６０】
また、不純物のイオン注入時のチルト角やツイスト角は前述したものに限定されず、イオン注入によってチャネリングを起こさないような角度ならばどのような値に設定してもよい。
また上記実施例では、ウエハの温度を測定していたが、ウエハの温度を測定しなくても、前回のシート抵抗値と今回のシート抵抗値を比較することで、処理容器内の条件が変化したことは検出することができる。このことにより、経時的変化を検出する場合に、温度モニタ用半導体ウエハのシート抵抗値の変化だけ比較すれば、処理容器内等の変化を検出することができ、このシート抵抗値の変化が所定値以上ならば、インターロックで警報を出すようにしてもよい。
また、加熱手段としてここでは抵抗加熱ヒータを用いた場合を例にとって説明したが、抵抗加熱ヒータに替えて加熱ランプを用いた場合にも同様に適用することができる。また熱処理の対象となる被処理体も、半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等を熱処理する熱処理装置にも本発明を適用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱処理装置、熱処理システム及び熱処理装置の温度測定方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
半導体ウエハに不純物をイオン状態で打ち込んで注入することにより形成された温度モニタ用半導体ウエハは結晶が崩れてアモルファス状態となっており、この温度モニタ用半導体ウエハを所定の温度で熱処理（アニール）することにより再結晶化し、注入された不純物であるドーパント原子が例えばＳｉ原子と置き換わり、活性化状態、すなわち、導電形の組み合わせにもよるが自由電子や正孔ができる。この自由電子や正孔の量は、上記熱処理時の処理温度に依存して決まるので、処理温度の履歴が前記温度モニタ用半導体ウエハに残ることになる。この温度モニタ用半導体ウエハをある程度冷却した後、または自然に冷却するのをまった後に、表面上の所望の単一点または複数点のシート抵抗を測定し、更に、測定したシート抵抗を予め求めておいたシート抵抗と被処理体自体の温度または被処理体を載置する載置台の温度との相関関係に参照させることにより、上記各点の熱処理温度及びこの分布の状況が求めることができる。
従って、リード線のついている熱電対を用いた従来の温度測定方法と異なり、温度モニタ用半導体ウエハ自体を処理容器に対して自動的に搬出入することができるので、例えば前記処理容器が連接可能に設けられているシステム中のロードロック室に連接された処理容器内を大気開放することなく、しかも熱処理装置やウエハ温度が室温程度まで冷却することも待つことなく、短時間で温度モニタ用半導体ウエハの表面のシート抵抗を求めてその熱処理時の温度及びその温度分布を知ることができる。従って、この結果をプロセス条件の設定手段または、調整手段により加熱手段の温度制御手段にフィードバックさせることにより、様々な条件、例えば経時変化が生じたり、熱処理装置の内部構成部品を交換したりして、熱的条件が変化しても、目標とする熱処理時の温度を常に維持したり、新たな所望する熱処理時の温度への変更をしたりすることができるので、温度分布の面内均一性や処理温度の再現性を常に維持することができたり、新たな温度分布でのウエハのプロセスの実行ができる。
また、温度を求めなくても、シート抵抗を比較することで、装置内を大気開放することなく加熱手段の異常を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱処理装置を含む熱処理システムの第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】載置台に設けられる加熱手段の一例を示す概略平面図である。
【図３】載置台の他の例を示す断面図である。
【図４】イオン濃度のみを変更して熱処理を行なった時のシート抵抗と加熱ヒータの温度との関係を示すグラフである。
【図５】熱処理条件を同じ条件に設定して多数枚の温度モニタ用半導体ウエハに対して熱処理を施した時の再現性の試験の結果を示すグラフである。
【図６】シート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第２例を示すグラフである。
【図７】シート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第３例を示すグラフである。
【図８】シート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第４例を示すグラフである。
【図９】シート抵抗と加熱ヒータ（載置台）の温度との相関関係の第５例を示すグラフである。
【図１０】モニタウエハのイオン注入時のドーズ種、及びイオン濃度（ドーズ量）を種々変更した時の適用可能な温度範囲を示す図である。
【図１１】モニタウエハを用いて加熱ヒータの調整を行ったプロセスの一例を示す図である。
【図１２】熱処理システムの第２実施例を示す概略平面図である。
【図１３】シート抵抗測定装置を示す概略構成図である。
【図１４】熱処理システムの第３実施例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
２熱処理システム
４，４Ａ〜４Ｃ熱処理装置
６ロードロック室
８カセット室
３０処理容器
３２，３２Ａ〜３２Ｃ載置台
３４，３４Ａ〜３４Ｃ、３４Ｄ〜３４Ｆ加熱ヒータ（加熱手段）
３５温度制御手段
３６シャワーヘッド部（ガス供給手段）
４４プロセス条件調整手段
６０共通搬送室
６２シート抵抗測定室
６４シート抵抗測定装置
６６モニタ台
６８４端子測定ヘッド
７６大気側搬送室
Ｗ半導体ウエハ
Ｗｍ温度モニタ用半導体ウエハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat treatment apparatus, a heat treatment system, and a temperature measurement method for a heat treatment apparatus for an object to be processed such as a semiconductor wafer.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In general, in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, various film formations such as W, WSi, Ti, TiN, TiSi, SiO are formed on a surface of a semiconductor wafer in order to fill a wiring pattern, a hole, or an interlayer insulating film. ₂ And the like are repeatedly performed. In addition to the film formation heat treatment, various heat treatments such as an etching treatment, an oxidation diffusion treatment, and an ashing treatment are performed. The heat treatment also includes a heat treatment, a plasma treatment, a non-plasma treatment, and an annealing treatment.
In this case, in order to improve the yield and the like, it is necessary to perform various heat treatments uniformly over the wafer surface, and for this purpose, the process pressure, the flow rate of the process gas, the process temperature, and the like are accurately adjusted. It must be controlled and controlled, especially the control of the process temperature. That is, if a temperature difference occurs in the wafer surface during the process, the uniformity of the heat treatment is also reduced, so that it is necessary to maintain the wafer temperature uniformity during the heat treatment process.
[0003]
In this case, it is very difficult to measure the temperature of the wafer itself during the heat treatment, and even if the temperature of the mounting table on which the wafer is mounted or the heater embedded therein is detected by a thermocouple, these temperatures are not considered. Generally, a temperature difference of several tens of degrees Celsius occurs between the temperature and the temperature of the wafer itself, and it is quite difficult to accurately measure the temperature of the wafer itself. For example, even when the heater temperature is about 680 ° C., the actual temperature of the wafer is about 80 ° C. lower than this, for example, about 600 ° C., and the measured temperature value does not accurately reflect the wafer temperature.
[0004]
Therefore, the following method using a thermocouple is also known as another method for ensuring the uniformity of the temperature within the wafer surface. That is, in order to accurately know the temperature of the wafer itself during the heat treatment, a plurality of thermocouples, for example, about five thermocouples are provided on the surface of the monitor wafer for temperature measurement substantially uniformly in the plane, and the thermocouples are introduced into the processing chamber to set a target. A reference value such as the amount of electric power supplied to the heater and the temperature detection value of the embedded thermocouple that satisfies the temperature condition (in-plane temperature uniform condition) is obtained in advance. Then, when actually heat-treating the product wafer, the temperature in the wafer surface is controlled by controlling the supplied electric energy and the temperature detection value of the embedded thermocouple, etc., which were obtained using the temperature measurement monitor wafer. We try to ensure uniformity.
[0005]
In this case, when the heating means is a heating heater, the heating means is provided, for example, concentrically divided into zones in the mounting table, and when the heating means is a plurality of heating lamps, the area to be mainly irradiated is divided into a plurality. This makes it possible to individually control the input power for each zone or each area.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in many cases, such as when maintaining the inside of the heat treatment apparatus, cleaning the inside of the processing container, or changing the processing recipe, the target is set using the temperature measurement monitor wafer having a plurality of thermocouples attached as described above. It is generally necessary to verify whether or not the wafer is heated to the desired temperature and whether or not the uniformity of the in-plane temperature is maintained as high as the target.
In this case, the monitor wafer for temperature measurement with a thermocouple needs to be installed on the mounting table or removed after measurement, so that the pressure in the processing vessel needs to be raised and lowered to open to the atmosphere each time. In addition, it is necessary to lower the temperature of the monitor wafer to a room temperature that can be handled by humans. As a result, the measurement may take a long time, for example, two days, which may cause a decrease in productivity. I was
[0007]
In addition, since a thermocouple is used for temperature measurement, the number of devices mounted on the surface of the wafer cannot be physically increased so much that there is an inconvenience that a detailed temperature distribution in the surface of the wafer cannot be known.
As a technique for measuring the temperature during heat treatment, as disclosed in Patent Document 1 or the like, an insulating film is formed on the surface of a semiconductor wafer, impurities are introduced into the wafer, and after the heat treatment, the insulating film is removed. There has also been proposed a method of measuring the sheet resistance of the wafer surface by removing the wafer, thereby obtaining the temperature at the time of the heat treatment.
However, since this method is intended for heat treatment at a relatively high temperature of about 1000 to 1200 ° C., it is necessary to form or remove the insulating layer for preventing scattering of impurities and the like. However, there is a problem that the number of steps is large and it takes time. This case is an improved invention of Patent Document 2 previously disclosed by the present applicant.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-1-181436
[Patent Document 2]
JP 2000-208524 A
[0009]
The present invention has been devised in view of the above problems and effectively solving the problems. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to quickly control the temperature and temperature distribution of a semiconductor wafer for temperature monitoring during heat treatment without opening a heat treatment system including a plurality of processing vessels in or within the processing vessel so that the processing vessels can communicate with each other. Another object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus, a heat treatment system, and a temperature control method for a heat treatment apparatus, which can be obtained from the above.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention as defined in claim 1 is a heat treatment apparatus for performing a predetermined heat treatment on an object to be processed, a processing vessel evacuable, a mounting table for mounting the object to be processed, and a gas introduced into the processing vessel. A gas supply unit for supplying a gas, a heating unit for heating the object to be processed, a temperature control unit for controlling the temperature of the heating unit based on a predetermined parameter, and the temperature monitoring unit based on the sheet resistance of the semiconductor wafer for monitoring. And a process condition adjusting means for adjusting a parameter.
[0011]
Thus, for example, a semiconductor wafer for temperature monitoring formed by implanting impurities into a semiconductor wafer in an ion state is in an amorphous state in which the crystal is broken, and the semiconductor wafer for temperature monitoring is heated at a predetermined temperature. The heat treatment (annealing) causes recrystallization, and the dopant atoms, which are the implanted impurities, are replaced with, for example, Si atoms, and free electrons and holes are formed in an activated state, that is, depending on the combination of conductivity types. Since the amount of free electrons and holes is determined depending on the processing temperature during the heat treatment, a history of the processing temperature remains. After the semiconductor wafer for temperature monitoring is cooled to some extent, the sheet resistance at a desired number of points on the surface is measured, and the measured sheet resistance is determined in advance. By referring to the correlation with the temperature, the heat treatment temperature at each point and the state of this distribution can be obtained.
[0012]
Therefore, unlike the conventional temperature measurement method using a thermocouple with a lead wire, the semiconductor wafer itself for temperature monitoring can be automatically carried in and out of the processing container, and thus, for example, the semiconductor wafer for temperature monitoring is connected to the load lock chamber. The sheet resistance of the surface of the semiconductor wafer for temperature monitoring can be determined in a short time without releasing the inside of the processing vessel to the atmosphere, and without waiting for the heat treatment apparatus or cooling the wafer temperature to about room temperature. And its temperature distribution. Therefore, by feeding back this result to the temperature control means of the heating means by the process condition adjusting means, a change over time occurs, or even if the internal components of the heat treatment apparatus are replaced, and the thermal conditions change, Since the target temperature during the heat treatment can always be maintained, the in-plane uniformity of the temperature distribution and the reproducibility of the processing temperature can always be maintained.
[0013]
In this case, for example, as defined in claim 2, the process condition adjusting means has a predetermined model function by obtaining a correlation between the sheet resistance and the temperature of the mounting table.
In addition, for example, as defined in claim 3, the model function is a model function when a precoat layer is formed on the surface of the mounting table.
Further, for example, as defined in claim 4, the semiconductor wafer for temperature monitoring is ion beam-implanted with impurities set at an optimum value such that a tilt angle and a twist angle do not cause channel ring.
In addition, for example, the temperature monitoring semiconductor wafer is formed by introducing impurities into the surface of the semiconductor wafer at a predetermined concentration.
Further, for example, the surface of the semiconductor wafer is P-type, and the impurity is phosphorus.
Further, for example, as defined in claim 7, the heating means is divided into a plurality of sections corresponding to the plurality of heating zones sectioned on the mounting table, and the heating section independently controls the temperature for each section. Control has been made possible.
[0014]
Further, for example, the heat treatment is any one of a heat treatment, a plasma treatment, a non-plasma treatment, a film formation treatment, an annealing treatment, and an etching treatment.
According to a ninth aspect of the present invention, in the heat treatment system for performing a predetermined heat treatment on the object to be processed, a heating unit provided therein is controlled based on a predetermined parameter in order to perform the predetermined heat treatment on the object to be processed. A plurality of heat treatment apparatuses having temperature control means for controlling the temperature of the heat treatment apparatus, a common transfer chamber connected to the heat treatment apparatus via a gate valve that can be opened and closed, and the common transfer chamber for transferring the object to be processed. A transfer mechanism provided in the room, a sheet resistance measurement chamber connected via a gate valve made openable and closable with respect to the common transfer chamber, and for measuring the sheet resistance of the surface of the semiconductor wafer for temperature monitoring. A sheet resistance measuring device provided in the sheet resistance measuring chamber, and a process condition adjustment for adjusting the parameter based on the sheet resistance obtained by the sheet resistance measuring device. A thermal processing system, characterized in that it comprises a means.
According to this, since the sheet resistance measuring device is provided in the heat treatment system, the sheet resistance of this surface is measured without taking the semiconductor wafer for temperature monitoring out of the heat treatment system, and the result is referred to as the process condition. Feedback can be made from the adjustment means to the temperature control means.
[0015]
According to a tenth aspect of the present invention, in the heat treatment system for performing a predetermined heat treatment on the object to be processed, a heating means provided inside the heat treatment system based on a predetermined parameter for performing the predetermined heat treatment on the object to be processed. A plurality of heat treatment apparatuses having temperature control means for controlling the temperature of the heat treatment apparatus, a common transfer chamber connected to the heat treatment apparatus via a gate valve that can be opened and closed, and the common transfer chamber for transferring the object to be processed. A transport mechanism provided in the room, a sheet resistance measuring device provided for measuring the sheet resistance of the surface of the semiconductor wafer for temperature monitoring, and adjusting the parameters based on the sheet resistance obtained by the sheet resistance measuring device. And a process condition adjusting means.
[0016]
In this case, for example, the inside of the heat treatment apparatus, the common transfer chamber, and the sheet resistance measurement chamber are evacuated to be in a vacuum atmosphere.
Further, for example, as defined in claim 12, the inside of the heat treatment apparatus and the common transfer chamber are evacuated and made under a vacuum atmosphere, and the sheet resistance measuring apparatus is installed under an atmospheric pressure atmosphere. ing.
Further, for example, as defined in claim 13, the process condition adjusting means has a predetermined model function by obtaining a correlation between the sheet resistance and the temperature of the mounting table.
Further, for example, the model function is a model function when a precoat layer is formed on the surface of the mounting table.
[0017]
Further, for example, in the temperature monitoring semiconductor wafer, the tilt angle and the twist angle are set to optimal values so as not to cause channel ring, and the impurity is ion-implanted into the semiconductor wafer for temperature monitoring.
In addition, for example, the temperature monitoring semiconductor wafer is formed by introducing impurities at a predetermined concentration on the surface of the semiconductor wafer.
Further, for example, the surface of the semiconductor wafer is P-type, and the impurity is phosphorus.
Further, for example, as defined in claim 18, the heating means is divided into a plurality of sections corresponding to a plurality of heating zones sectioned on the mounting table, and the heating section independently has a temperature for each section. Control has been made possible.
[0018]
Further, for example, the heat treatment is any one of a heat treatment, a plasma treatment, a non-plasma treatment, a film formation treatment, an annealing treatment, and an etching treatment.
The invention according to claim 20 defines a method invention performed by the heat treatment apparatus or the heat treatment system, that is, by heating an object to be processed placed on a mounting table in a processing vessel by a heating means, and performing a predetermined process. In the temperature control method of the heat treatment apparatus configured to perform the heat treatment, a heat treatment step of performing a heat treatment on the temperature monitoring semiconductor wafer at a predetermined temperature in the processing container, and removing the temperature monitoring semiconductor wafer after the heat treatment from the inside of the processing container. A measuring step of taking out and measuring the sheet resistance at a plurality of locations on the surface of the temperature monitoring semiconductor wafer; and obtaining the sheet resistance, based on the correlation between the sheet resistance and the mounting table temperature determined in advance. And a parameter adjusting step of adjusting a parameter of the temperature control means.
[0019]
In this case, for example, when the sheet resistance value is out of an allowable range, an abnormality is notified.
Further, for example, as set forth in claim 22, the respective sheet resistance values obtained by performing the respective steps periodically or irregularly as necessary are stored so as to be displayed as a time-dependent change history. .
Further, for example, in the parameter adjusting step, a predetermined model function is referred to by obtaining a correlation between the sheet resistance and the temperature of the mounting table.
Further, for example, the model function is a model function when a precoat layer is formed on the surface of the mounting table.
[0020]
In addition, for example, as defined in claim 25, the semiconductor wafer for temperature monitoring is ion beam-implanted with the tilt angle and the twist angle set to optimal values so as not to cause channel ring.
In addition, for example, the temperature monitoring semiconductor wafer is formed by introducing impurities at a predetermined concentration on the surface of the semiconductor wafer.
Further, for example, the surface of the semiconductor wafer is P-type, and the impurity is phosphorus.
Further, for example, as defined in claim 28, the heating means is divided into a plurality of sections corresponding to a plurality of heating zones sectioned on the mounting table, and the heating section independently has a temperature for each section. Control has been made possible.
Further, for example, as defined in claim 29, the heating means is formed in a plurality of layers in the thickness direction of the mounting table, and is divided into a plurality corresponding to the plurality of heating zones defined in the mounting table. The temperature of the heating means can be controlled independently for each section of each layer.
The invention according to claim 30 is a temperature control method for a heat treatment apparatus, wherein a heat treatment step of heat treating the semiconductor wafer for temperature monitoring, a measurement step of measuring a sheet resistance of the semiconductor wafer for temperature monitoring, and a sheet resistance measured last time. A temperature control method for a heat treatment apparatus, comprising: a step of comparing the sheet resistance measured this time; and a step of issuing an alarm when the comparison result is larger than a predetermined value.
Further, for example, the measurement of the sheet resistance is performed periodically or irregularly.
Further, for example, the heat treatment is any one of a heat treatment, a plasma treatment, a non-plasma treatment, a film formation treatment, an annealing treatment, and an etching treatment.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a heat treatment apparatus, a heat treatment system, and a method of measuring a temperature of the heat treatment apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a first embodiment of a heat treatment system including a heat treatment apparatus, and FIG. 2 is a schematic plan view illustrating an example of a heating unit provided on a mounting table.
First, a heat treatment system including a heat treatment apparatus for performing the method of the present invention will be schematically described. The heat treatment system 2 includes a heat treatment apparatus 4 that performs a predetermined heat treatment on a target object, for example, a semiconductor wafer W, a load lock chamber 6 that is connected to the heat treatment apparatus 4 via a gate valve G1 so as to be able to communicate and shut off, and Further, it is mainly constituted by a cassette chamber 8 connected to the load lock chamber 6 via a gate valve G2 so as to be able to communicate and shut off.
[0022]
The cassette chamber 8 is provided therein with a cassette table 12 on which a cassette 10 capable of accommodating a large number of semiconductor wafers W is placed. The cassette table 12 is provided at the upper end of an elevating bar 14 passing through the bottom of the cassette chamber 8. It is provided to be able to move up and down and turn. A gate door G3 for carrying in / out the cassette 10 is provided on the side wall of the cassette chamber 8, and N ₂ A gas inlet 16 for introducing an inert gas such as a gas and a gas exhaust port 18 for exhausting the indoor atmosphere are also provided. In the illustrated example, one semiconductor wafer Wm for temperature monitoring (hereinafter also referred to as "monitor wafer") Wm used in the method of the present invention is accommodated in the cassette 10, for example.
[0023]
On the other hand, in the load lock chamber 6, a transfer arm 20 having a multi-joint structure is provided so as to be capable of bending and extending and turning in order to transfer the semiconductor wafer W between the cassette chamber 8 and the heat treatment apparatus 4. The load lock chamber 6 has N inside. ₂ A gas inlet 22 for introducing an inert gas such as a gas and a gas outlet 24 for discharging an internal atmosphere are provided. The gas exhaust port 24 is connected to a vacuum exhaust system 28 provided with a vacuum pump 26 on the way, so that the inside of the load lock chamber 6 can be evacuated.
[0024]
On the other hand, the heat treatment apparatus 4 has a processing container 30 formed of, for example, aluminum or the like in a cylindrical shape, and a mounting table 32 on which the wafer W is mounted is provided inside the processing container 30. As shown in FIG. 2, for example, a heating heater 34 as heating means divided into three zones concentrically is embedded in the mounting table 32 so as to heat the wafer W. . Here, three zones are divided into inner, middle, and outer zones, and heaters 34A, 34B, 34C are arranged in each zone. The number of zones is not particularly limited, and the form of the zones is not limited to concentric circles. For example, the zones may be divided into zones such as an aggregate of circles. The heaters 34A to 34C can control the input power for each zone, and a thermocouple (not shown) is embedded in each zone for the control. The heaters 34A to 34C are connected to temperature control means 35 for controlling respective temperatures based on predetermined control target parameters, so that the temperature can be individually controlled as described above.
[0025]
Further, the mounting table 32 is provided with lifter pins (not shown) for raising and lowering the wafer W when loading and unloading the wafer W. For example, a shower head unit 36 is provided as a gas supply unit for introducing a necessary processing gas or the like into the processing container 30 at a ceiling portion in the processing container 30, and an internal atmosphere is provided at a bottom portion. A gas exhaust port 38 for discharging is provided. The gas exhaust port 38 is connected to a vacuum exhaust system 42 provided with a vacuum pump 40 on the way, so that the inside of the processing container 30 can be evacuated. The temperature control means 35 is provided with a process condition adjusting means 44 comprising, for example, a microcomputer, and is controlled by the temperature control means 35 based on the sheet resistance of the monitor wafer Wm as described later. The parameters can be adjusted as needed. Here, the monitor wafer Wm is formed by introducing an impurity of the second conductivity type into the surface of the silicon substrate containing the impurity of the first conductivity type at a predetermined concentration by an ion beam implantation method or the like. .
[0026]
The process condition adjusting means 44 has a memory 46 for storing data and the like required at the time of adjustment, and an alarm unit 48 for issuing an alarm or the like to an operator in a predetermined case. have. Here, the sheet resistance is directly input manually by an operator, or a measured value from a sheet resistance measuring device described later is directly and automatically input. The memory 46 stores a predetermined model function by previously obtaining a correlation between the sheet resistance of the monitor wafer Wm and the temperature of the mounting table 32, that is, the temperature of the resistance heater 34 here. The measurement of the mounting table 32, that is, the temperature of the resistance heater 34 can be specified by referring the sheet resistance to the model function. In other words, since there is a correlation between the temperature to which the monitor wafer Wm is exposed and the sheet resistance, the temperature to which the monitor wafer Wm is exposed can be known by knowing the sheet resistance. In an actual process, a temperature difference of several degrees to several tens degrees Celsius occurs between the wafer W (monitor wafer Wm) and the mounting table 32 (heating means 34) depending on the pressure in the processing chamber 30 at that time. Therefore, the temperature of the mounting table 32 is higher than the wafer temperature. Since the temperature difference is uniquely determined by the pressure in the container at that time, a model function considering the temperature difference is prepared when the model function is prepared. The operation of each part of the heat treatment system 2 including the process conditions is controlled by a main control unit (not shown) including a computer.
Here, the example of the heaters 34A, 34B, and 34C in which a plurality of heating zones are concentrically arranged on the same plane has been described. However, each heating zone is configured to have a plurality of layer structures in the vertical direction, and each layer has It is also possible to control the heating independently. As an example, the present invention can be applied to a mounting table as disclosed in, for example, International Publication No. WO00 / 70658. For example, as shown in a cross-sectional view of a mounting table in which a heater has a two-layer structure in FIG. Heaters on the same plane of the three zones are independently provided as heaters 34A to 34C and 34D to 34F for each two layers, and a total of six independent heaters 34A to 34C and 34D to 34F Can be configured to achieve in-plane uniform heating.
[0027]
Next, the method of the present invention performed using the heat treatment system 2 configured as described above will be described.
First, generally, in order to transfer a semiconductor wafer W between the cassette chamber 8 and the heat treatment apparatus 4, the transfer arm 20 in the load lock chamber 6 is bent and extended and turned. The interior of the cassette chamber 8 is always maintained at about atmospheric pressure with an inert gas, and the interior of the processing chamber 30 is kept in a vacuum state (reduced pressure atmosphere) while continuous processing of wafers is being performed. Therefore, in the load lock chamber 6, between the load lock chamber 6 and the processing container 30, the atmospheric pressure state and the vacuum state are repeated for the pressure adjustment every time the wafer W is loaded and unloaded. Then, the wafer W is loaded and unloaded without breaking the vacuum state in the processing chamber 30.
[0028]
By the way, as for the heaters 34A to 34C in the mounting table 32, the wafer W mounted on the mounting table 32 is supplied in advance so that the in-plane temperature is high and the target process temperature can be maintained. Although the power is determined, for example, when the inside of the processing container 30 is cleaned, when a processing recipe is changed, or when various maintenances such as replacing parts inside the container are performed, various characteristics are obtained. As a result, the wafer may not be maintained at the target process temperature as described above, or the in-plane uniformity of the heating temperature may not be maintained at a high level.
[0029]
Therefore, it is necessary to inspect whether or not the appropriate in-plane temperature distribution as before and whether or not the heating can be maintained at the target process temperature using the temperature monitoring semiconductor wafer Wm. If not maintained, it is necessary to adjust the input power as a whole or to adjust the input power to each of the heaters 34A to 34C individually.
The semiconductor wafer Wm for temperature monitoring may be stored in the cassette 10 in advance, or may be introduced into the cassette chamber 8 through the gate door G3 of the cassette chamber 8 when necessary. As the semiconductor wafer Wm for temperature monitoring, a substrate of a first conductivity type, for example, a P-type Si single crystal is used, and an N-type impurity, which is a second conductivity type, for example, phosphorus ions is used here at a predetermined concentration. Introduce in.
[0030]
In this case, for the ion implantation conditions, for example, phosphorus ions are implanted at an energy of, for example, 80 KeV, and the concentration (dose amount) is a value equal to or more than a critical dose amount, for example, 5 × 10 ¹⁴ atms / cm ² The tilt angle is set to about 7 degrees and the twist angle is set to about 35 degrees so that channeling does not occur during ion implantation.
After the introduction step of introducing impurities into the wafer is completed, the process proceeds to a heat treatment step. First, the inside of the load lock chamber 6 is returned to approximately the same atmospheric pressure as the inside of the cassette chamber 8, and the gate valve G2 is opened. Then, the transfer arm 20 in the load lock chamber 6 is bent and stretched to pick up the temperature monitoring semiconductor wafer Wm in the cassette 10 via the opened gate valve G2, and takes it into the load lock chamber 6. Next, after closing the gate valve G2, the atmosphere in the load lock chamber 6 is evacuated to a pressure substantially equal to the pressure in the processing chamber 30.
[0031]
As described above, when the pressure in the load lock chamber 6 and the pressure in the processing vessel 30 become substantially the same, the gate valve G1 is opened to communicate the load lock chamber 6 with the inside of the processing vessel 30 and to monitor the temperature. The semiconductor wafer Wm is carried into the processing chamber 30 and is mounted on the mounting table 32. Then, the gate valve G1 is closed, and a predetermined heat treatment is performed on the temperature monitoring semiconductor wafer Wm. Here, for example, an 8-inch size wafer is used. Regarding the heat treatment condition at this time, for example, N ₂ The gas is supplied at a flow rate of 200 sccm, the process pressure is set to 0.3 Torr (40 Pa), and the process temperature is set, for example, to a process temperature at which no impurities are scattered, for example, 680 ° C. (heater temperature). Then, the process time is set to, for example, 180 seconds. As described above, by performing the heat treatment (annealing) on the semiconductor wafer Wm for temperature monitoring, the dopant atoms are replaced with the Si (silicon) atoms on the lattice in the portion where the crystal is broken by the previous ion implantation, and free electrons are generated here. Then, it becomes active. Since the amount of free electrons generated at this time depends on the actual heat treatment temperature at that part of the monitor wafer surface, that is, the temperature exposed at that time, measure the sheet resistance of each part of the monitor wafer surface as described later. , The local actual temperature can be known. As a specific example, by measuring each sheet resistance of the monitor wafer surface corresponding to each heating zone of the three concentric heaters 34A, 34B, and 34C shown in FIG. You can get the data to use.
[0032]
When the heat treatment process is completed in this way, the process proceeds to the measurement process. Here, first, the temperature monitoring semiconductor wafer Wm on the mounting table 32 is cooled to a temperature at which it can be transported, for example, about 100 ° C., and the gate valve G1 is opened. The heat-treated monitor wafer Wm is taken into the load lock chamber 6 by communicating with the inside of the load lock chamber 6 maintained in a vacuum state. After the gate valve G1 is closed, N ₂ The gas is introduced to return to the atmospheric pressure, and the gate valve G2 is further opened to communicate with the cassette chamber maintained at the atmospheric pressure, and the heat-treated monitor wafer Wm is carried into the cassette 10. Thereafter, the heat-treated monitor wafer Wm is taken out, and the operator measures and obtains sheet resistance at many points, for example, 49 points on the monitor wafer surface. When the measurement process is completed as described above, the process proceeds to a temperature search process. Here, the monitor wafer is heat-treated in advance under the same heat treatment conditions (gas type, gas flow rate, process pressure, process temperature, process time, etc.) as described above, and the sheet resistance and heat treatment temperature (heater or mounting table temperature) determined in advance. Is prepared in advance as a model function and stored in the memory 46 of the process condition adjusting means 44 in advance. A conventional temperature measurement method in which a plurality of thermocouples are attached to the surface of a monitor wafer is used to create this model function. As a result, the correlation between the sheet resistance and the actual temperature history in the local area is uniquely determined. In this case, as described above, a temperature difference is generated between the monitor wafer and the mounting table 32 (heating means 34) depending on the process pressure at the time of this heat treatment. (Several degrees to several tens degrees) is taken into account to create a model function. With reference to this model function, the temperature at the time of heat treatment of each corresponding portion is obtained from the 49 sheet resistances obtained in the above measurement step. By plotting this, it is possible to obtain the temperature, the temperature distribution, and the in-plane uniformity of the temperature of the temperature monitoring semiconductor wafer Wm.
[0033]
The operation of obtaining the temperature, temperature distribution, and in-plane uniformity of the monitor wafer Wm from the sheet resistance is automatically performed, for example, by inputting the measured sheet resistance to the process condition adjusting means 44 by, for example, the mounting table. 32 (heating heaters 34A to 34C) adjusts the control target parameter to the temperature control means 35 so that the target temperature is maintained and the in-plane uniformity of the temperature is maintained. Further, a process temperature is input to the process condition adjusting means 44 as a setting parameter.
Accordingly, the monitor wafer Wm is heat-treated as described above to determine its sheet resistance periodically or irregularly as necessary after the cleaning process or when replacing components or the like in the container. By adjusting the control target parameter, the process temperature when processing the product wafer can always be maintained at the target process temperature, and the in-plane uniformity of the temperature can be maintained high. In addition to the above, the measurement of the sheet resistance of the monitor wafer Wm can be performed at any time when necessary, such as when the apparatus is started up or when a trouble occurs.
[0034]
Further, according to the method of the present invention, it is possible to know the temperature at the time of heat treatment of the temperature monitoring semiconductor wafer Wm, its temperature distribution and its in-plane uniformity without using a thermocouple and without breaking the vacuum state in the processing chamber 30. Accordingly, the time for adjusting the pressure in the processing chamber 30 and the time for cooling the wafer temperature are reduced, and the uniformity of the in-plane temperature can be quickly evaluated.
Further, since the heat treatment temperature can be recognized only by measuring the sheet resistance without physically providing a thermocouple, a detailed temperature distribution can be obtained by measuring the sheet resistance at a number of places.
[0035]
Further, since it is not necessary to form or remove an insulating film for preventing scattering of impurities as disclosed in JP-A-1-181436, the temperature distribution can be obtained more quickly.
Further, the sheet resistance of the monitor wafer Wm measured periodically or irregularly is information indicating a temporal change, and thus is stored in the memory 46 as a temporal change history, and the temporal change history is not illustrated as necessary. The information is displayed on the display means and can be confirmed by the operator.
Further, when the sheet resistance of the monitor wafer Wm is measured, if this value greatly changes beyond the allowable amount as compared with the previous measurement, it is determined that an abnormality has occurred, for example, the alarm unit 48 is activated. Can be notified to the operator.
[0036]
Here, in order to obtain the optimum impurity concentration, only the ion concentration of the temperature monitoring semiconductor wafer Wm used in the above-described embodiment was variously changed, and the other conditions were set to be exactly the same and the same temperature as described above. A measurement was made. FIG. 4 shows the relationship between the sheet resistance and the temperature of the heater at that time.
Here, the ion concentration of the impurity phosphorus is 5 × 10 ¹⁴ atms / cm ² (Example described above) 1 × 10 ^Fifteen atms / cm ² And 3 × 10 ^Fifteen atms / cm ² Are used. Further, the sheet resistance on the vertical axis is on a logarithmic scale, and the graph plots the average value of 49 measurement points. As is clear from the graph shown in FIG. 4, regardless of the ion concentration of phosphorus as an impurity, each curve shows that as the temperature of the heater (mounting table) increases from 530 ° C. to 720 ° C. (partially from 600 ° C.). The sheet resistance gradually decreased, and it was confirmed that there was a clear correlation between the two. In particular, when the ion concentration of the impurity is 5 × 10 ¹⁴ atms / cm ² In the case of (1), the change state of the sheet resistance was very linear, and it was found that the usability was very good and preferable in obtaining the temperature during heat treatment from the sheet resistance. The characteristic curve of the sheet resistance obtained here is stored in the memory 46 of the process condition adjusting means 44 as a model function in advance.
[0037]
Next, the ion implantation concentration of the impurity into the semiconductor wafer for temperature monitoring is set to 5 × 10 5 ¹⁴ atms / cm ² When heat treatment is performed on a large number of temperature monitoring semiconductor wafers by setting the heat treatment conditions such as gas type, gas flow rate, process pressure, and processing time to the same conditions as the above heat treatment conditions. A reproducibility test was performed. FIG. 5 shows the results of the reproducibility test. Here, the date was changed for three days from the first day to the third day, and each time, the heat treatment was performed at a plurality of points (six points) within the range of 530 ° C. to 720 ° C. each time.
As is clear from the graph shown in FIG. 5, in the graph in which the scale of the sheet resistance on the vertical axis is a logarithmic scale, when the temperature of the heater is in the range of 530 ° C. to 720 ° C., the sheet resistance increases substantially as the temperature increases. Since the values are linearly lowered, a clear correlation is apparent. Furthermore, even when the dates are changed, there is almost no deviation between the dates, and it was confirmed that the reproducibility was very good. Thereby, it was confirmed that a highly accurate temperature and temperature distribution can be obtained.
[0038]
It should be noted that the heat treatment conditions used in this embodiment are merely examples, and are not limited to those described above. For other heat treatment conditions, a model function as described above is obtained in advance, and this model function is stored in the memory 46 in advance. This will be described later.
[0039]
Here, the operation of the process condition adjusting means 44 will be described. As the configuration of the process condition adjusting means 44, for example, the technology disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-343726 can be diverted.
The setting parameters input to the process condition adjusting means 44 refer to parameters that affect the control target parameters, and the setting parameters are based on a recipe from a computer (not shown) that controls the overall operation of the heat treatment system 2. Output process temperature. The control target parameter output from the process condition adjusting means 44 to the temperature control means 35 corresponds to a target temperature which is an actual target temperature of the heater.
The process temperature, which is the set parameter, is supplied from a host computer or the like according to a preset recipe, and here, the target temperature r of the heater, which is a parameter to be controlled, _t Is obtained by the process condition adjusting means 44.
[0040]
In the process condition adjusting means 44, a model function determined by the correlation between the heater temperature (mounting table temperature) and the sheet resistance as shown in FIG. 4 and FIG. The set value D of the setting parameter to be input _t That is, here, the target temperature r of the control target parameter is set based on the set value of the process temperature. _t Is calculated. When the process temperature of the wafer is 500 ° C., the above process temperature can be realized by heating the heater to 520 ° C. at first. However, if the heater is not heated to 550 ° C. due to aging or the like, the process temperature may be increased. This is because it may not be possible. As described above, the graphs shown in FIGS. 4 and 5 are prepared in advance in consideration of the temperature difference between the heater temperature and the actual wafer temperature.
[0041]
The above points will be specifically described. As described above, a model function which is a correlation between the monitor wafer Wm and the sheet resistance when the monitor wafer Wm is subjected to the heat treatment is obtained in advance, and this model function is stored in the memory 46 of the process condition adjusting means 44. .
Here, in the present embodiment, as a model function, an autoregressive moving-average model (ARMA), an autoregressive model (AR), an autoregressive model (AR), a sequential least squares method, a Kalman filter, and a maximum likelihood estimation method are used. Etc. can be used.
[0042]
By the way, in a general film formation process, the same film type as the film type formed on the wafer is thinned on the surface of the mounting table 32 or the inner wall surface of the processing vessel 30 before actually forming the film on the product wafer. Although the thermal conditions inside the container are stabilized by forming the pre-coat film, the monitor wafer Wm is heated after the pre-coat film is formed even when the graphs shown in FIGS. 4 and 5 are obtained. It is desirable to perform processing (annealing) and obtain sheet resistance data. However, before the precoat film is formed, the monitor wafer Wm may be subjected to a heat treatment (annealing) to obtain sheet resistance data. In this case, the data may be used to adjust the heater 34 of the mounting table 32, for example. Can be used when doing. In other words, the sheet resistance can be easily measured using the monitor wafer Wm whenever necessary, regardless of the presence or absence of the precoat film.
[0043]
The heat treatment to which the present invention can be applied can be applied to all heat treatments for heating the wafer W, including plasma treatment and non-plasma treatment. For example, thermal CVD film formation treatment, oxidation diffusion treatment, annealing treatment, modification treatment, and ashing It can be applied to all heat treatments such as treatment, plasma CVD film formation, etching, and pre-clean treatment for removing a natural oxide film.
Further, the type (dose type) of the impurity to be ion-implanted is not limited to phosphorus, and many elements such as H, Li, Be, B, C, N, O, F, Ne, Na, Mg, and Al are used. be able to. In this case, an element having a lower atomic weight is more easily activated with less heat energy, and thus is suitable for use in preparing a model function for performing a heat treatment at a lower temperature. Conversely, when a relatively heavy element is used among the above-described elements, it is suitable for use in producing a model function for performing heat treatment at a higher temperature. The ion concentration to be implanted is 5 × 10 ^Thirteen ~ 5 × 10 ^Fifteen atoms / cm ² The range of the degree is sufficient. The higher the ion concentration, the higher the heat treatment at a lower temperature, and the lower the ion concentration, the higher the heat treatment at a high temperature.
[0044]
As described above, the monitor wafer Wm of the present invention can support a wide range of 200 to 1200 ° C. by appropriately selecting the dose type and the ion concentration for ion implantation.
The acceleration energy at the time of ion implantation is not particularly limited. For example, a monitor wafer Wm having a sufficient correlation between the sheet resistance and the heating temperature can be obtained with a magnitude of, for example, about 10 KeV to 400 KeV.
The process condition adjusting means 44 stores in advance a model function of the monitor wafer Wm that has been heat-treated in accordance with the processing conditions such as the process temperature of the recipe executed by the heat treatment apparatus.
[0045]
Next, another specific example of the actual model function will be described.
FIG. 6 is a graph showing a second example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table). As shown in FIG. 6, it can be understood that a sufficient correlation with the sheet resistance appears here in the range of 500 to 680 ° C. Regarding the ion implantation conditions of the monitor wafer Wm, the implantation element is phosphorus and the ion concentration is 1.5 × 10 ¹⁴ atoms / cm ² It is. The heat treatment condition of the monitor wafer Wm is N ₂ The gas flow rate is 3600 sccm, the pressure is 5 Torr (665 Pa), and the processing time is 180 seconds. This model function is used, for example, in a heat treatment apparatus for forming a TiN film.
[0046]
FIG. 7 is a graph showing a third example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table). As shown in FIG. 7, it can be understood that the correlation with the sheet resistance sufficiently appears in a range close to a straight line within the range of 450 to 550 ° C. Regarding the ion implantation conditions for the monitor wafer Wm, the implantation element is phosphorus and the ion concentration is 5.0 × 10 5 ¹⁴ atoms / cm ² It is. There are three heat treatment conditions for the monitor wafer Wm: an Ar gas flow rate of 500 sccm, a pressure of 93.3 Pa, and a processing time of 3 minutes, 5 minutes, and 10 minutes. This model function is used, for example, in a heat treatment apparatus for forming a WSi (tungsten silicide) film.
[0047]
FIG. 8 is a graph showing a fourth example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table). As shown in FIG. 8, it can be understood that the correlation with the sheet resistance sufficiently appears in the range of 500 to 600 ° C. At a temperature of 500 ° C. or lower, the sheet resistance is substantially saturated, so that it is difficult to use this region for temperature measurement. Regarding the ion implantation conditions for the monitor wafer Wm, the implantation element is arsenic and the ion concentration is 1.0 × 10 ^Fifteen atoms / cm ² It is. The heat treatment condition of the monitor wafer Wm is N ₂ The gas flow rate is 1000 sccm, the pressure is 1 Torr (133 Pa), and the processing time is 180 seconds. This model function is used, for example, in a heat treatment apparatus for forming a metal film by CVD.
[0048]
FIG. 9 is a graph showing a fifth example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table). As shown in FIG. 9, it can be understood that the correlation with the sheet resistance sufficiently appears in a relatively low temperature range of 200 to 500 ° C. Regarding the ion implantation conditions for the monitor wafer Wm, the implantation element is boron and the ion concentration is 1.0 × 10 ^Fifteen atoms / cm ² It is. The heat treatment condition of the monitor wafer Wm is N ₂ The gas flow rate is 1000 sccm, the pressure is 51 Torr (6783 Pa), and the processing time is 30 minutes. This model function is used, for example, in a heat treatment apparatus for forming a metal film by CVD.
[0049]
Furthermore, the dose type at the time of ion implantation of the monitor wafer Wm and the applicable temperature range of the monitor wafer Wm when the ion concentration (dose amount) is variously changed are examined. The evaluation results will be described. FIG. 10 is a diagram showing the evaluation results. As is apparent from this figure, when relatively light elements such as B, H, He, Li, and Be are used as the dose species, the sheet resistance and the heating can be increased even within a relatively low temperature range of 100 to 500 ° C. It turns out that a correlation with temperature is obtained.
When the dose is appropriately changed using P (phosphorus), it is found that the applicable temperature range can be applied to a middle temperature range of 350 to 720 ° C, and further to a high temperature range of 700 to 1200 ° C. In particular, even when B, As, or the like is used, it is found that the method can be applied even in a high temperature range of 700 to 1200 ° C. In this case, the dose amount is 5.0 × 10 ^Thirteen ~ 5.0 × 10 ^Fifteen atoms / cm ² Can be variously changed within the range of. Further, the acceleration voltage at the time of ion implantation can be appropriately selected within the range of 10 KeV to 400 KeV.
[0050]
The tilt angle at the time of ion implantation is 7 degrees, the twist angle is in the range of 22 to 45 degrees, and the crystal orientation plane of the silicon substrate of the monitor wafer Wm is [100]. Here, when a plurality of heat treatments with different process temperatures are performed by one heat treatment apparatus, a plurality of model functions corresponding to each process temperature are stored in the memory 46 (see FIG. 1) of the process condition adjusting means 44 in advance. To do.
Here, for reference, FIG. 11 shows an example of a process in which the heater is adjusted using the monitor wafer Wm. As shown in FIG. 11, a pre-clean process, a Ti film forming process, a TiN film forming process, a W (tungsten) film forming process, a WSi ₂ Film forming process, TaO film forming process, O ₃ The temperature of the heater can be adjusted using the monitor wafer Wm in a heat treatment apparatus that performs various processes such as a reforming process using a metal film and a metal film forming process. Note that FIG. 11 shows a temperature range, a pressure range, a processing time range, and a gas flow rate range for performing each process for reference. Also, as described above, the monitor wafer Wm can be applied to a heat treatment apparatus that performs another heat treatment other than that shown in FIG.
[0051]
Furthermore, the heat treatment of the heat treatment apparatus to which the monitor wafer Wm can be applied is not limited to the reduced pressure (vacuum) treatment, but can be applied to an apparatus that performs a heat treatment at atmospheric pressure or a heat treatment at a positive pressure higher than atmospheric pressure. .
Although the heat treatment system shown in FIG. 1 uses one heat treatment apparatus and shows an example of a system in which an operator measures sheet resistance using a sheet resistance measurement device provided outside the processing system, the present invention is not limited to this. The present invention is also applicable to a heat treatment system provided with a sheet resistance measuring device and a plurality of heat treatment devices.
FIG. 12 is a schematic plan view showing a second embodiment of the above-described heat treatment system, and FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a sheet resistance measuring device.
[0052]
As shown in FIG. 12, this heat treatment system is a so-called cluster tool heat treatment system. Specifically, this heat treatment system is provided with a plurality of heat treatment devices 4A, 4B, and 4C in the illustrated example for performing a predetermined heat treatment in a vacuum atmosphere, and each of the heat treatment devices 4A to 4C includes: Mounting tables 32A, 32B and 32C are provided which are heated by a heating means (not shown) and on which the wafer W is mounted. The temperatures of the mounting tables 32A to 32C are individually controlled by temperature control means 35A, 35B, and 35C connected to the respective mounting tables.
[0053]
The heat treatment apparatuses 4A, 4B, and 4C are connected to, for example, a hexagonal common transfer chamber 60 that can be evacuated via gate valves G11, G12, and G13 that can be opened and closed. The common transfer chamber 60 is connected to a sheet resistance measurement chamber 62 that can be evacuated via a gate valve G14, and has a sheet resistance of the monitor wafer Wm in the sheet resistance measurement chamber 62. The sheet resistance measuring device 64 for setting the value is stored. As the sheet resistance measuring device 64, for example, a device as disclosed in JP-A-7-106388 can be used. Specifically, as shown in FIG. , A monitor table 66 on which the monitor wafer Wm is placed and fixed, and a four-terminal measuring head 68 arranged opposite to the monitor table 66. The four-terminal measuring head 68 can be arbitrarily moved in the plane direction and the vertical direction by the driving mechanism 70, and can measure the sheet resistance at multiple points on the monitor wafer Wm. .
[0054]
Note that the configuration of the sheet resistance measuring device 64 is merely an example, and it is a matter of course that the configuration is not limited to this configuration. The sheet resistance measuring device 64 is connected to the process condition adjusting means 44 and the memory 46 having the same configuration as that described in FIG. In FIG. 12, the description of the alarm unit 48 is omitted. The single process condition adjusting means 44 is connected to all of the temperature control means 35A to 35C so that the control target parameters can be adjusted individually and independently. Therefore, a plurality of individual model functions corresponding to the recipes of different heat treatments performed by the heat treatment apparatuses 4A to 4C are stored in the memory 46 in advance, and are appropriately selected and used as needed. .
[0055]
Further, in the common transfer chamber 60, there is provided a vacuum transfer mechanism 72 composed of a two-pick multi-joint arm capable of bending, stretching, and turning to transfer the wafer W. Two load lock chambers 74A and 74B that can be evacuated are connected to the common transfer chamber 60 via gate valves G15 and G16, respectively. The opposite sides of the load lock chambers 74A and 74B are connected to a horizontally long atmosphere-side transfer chamber 76 via gate valves G17 and G18, respectively. The inside of the atmosphere side transfer chamber 76 is N ₂ It is constantly maintained at atmospheric pressure with gas and cleaning air.
[0056]
The common transfer chamber 60 is always kept in a vacuum atmosphere during the heat treatment. When the wafer W is transferred between the common transfer chamber 60 and the atmosphere-side transfer chamber 76, the load lock chambers 74A and 74B are kept in a vacuum state and the atmosphere. By repeating the state, the loading / unloading of the wafer W is performed without breaking the vacuum on the common transfer chamber 60 side.
In the atmosphere-side transfer chamber 76, there is provided a two-pick atmosphere-side transfer mechanism 78 which is movable in the longitudinal direction thereof and is capable of expanding and contracting and turning in order to transfer the wafer W. At one end of the atmosphere-side transfer chamber 76, a positioning mechanism 80 for positioning the wafer W is provided, and on one side of the atmosphere-side transfer chamber 76, the cassette 10 can be placed. A plurality of, in the illustrated example, three load ports 82 are provided.
[0057]
In the heat treatment system configured as described above, the wafer W and the monitor wafer Wm stored in the cassette 10 are taken into the system by the atmosphere-side transfer mechanism 78, and are positioned by the positioning mechanism 80. Is taken into the common transfer chamber 60 via the load lock chamber 74A or 74B. Then, the wafer W that has been subjected to the predetermined processing in some or all of the heat treatment apparatuses 35A to 35C is carried out by returning along a path opposite to the path described above.
On the other hand, the monitor wafer Wm that has been subjected to the heat treatment for adjusting the heater in any of the heat treatment apparatuses is carried into the sheet resistance measurement chamber 62 by the vacuum transfer mechanism 72, and the vacuum state is maintained therein. As described with reference to FIG. 1, the sheet resistance is automatically measured at, for example, 49 points on the surface of the sheet resistance measuring device 64, and the data of the measured value is sent to the process condition adjusting means 44 side. Become. Note that the monitor wafer Wm after the sheet resistance measurement is carried out along the path reverse to the path at the time of carrying in, like the wafer W after the processing.
[0058]
Then, the process condition adjusting means 44 having received the data of the sheet resistance controls the temperature control means of the corresponding heat treatment apparatus to adjust the temperature of the heater similar to that described above with reference to FIG. Parameter adjustment).
According to this heat treatment system, the parameters to be controlled can be individually adjusted as needed for each of the plurality of heat treatment apparatuses 4A to 4C. The temperature adjustment of 32C can be performed to maintain the target temperature, and the in-plane uniformity of the temperature of the mounting tables 32A to 32C can be maintained high, and the reproducibility of the heat treatment can be improved.
[0059]
In the case shown in FIG. 12, the sheet resistance measuring device 64 is connected to the common transfer chamber 60 to perform the sheet resistance measuring operation in a vacuum atmosphere. However, the present invention is not limited to this. As in the third embodiment, the sheet resistance measuring device 64 may be provided at the other end of the horizontally long atmosphere-side transfer chamber 76, and the sheet resistance measuring operation may be automatically performed in an atmospheric pressure atmosphere. Good. It should be noted that specific examples of the above-described heat treatment system are merely examples, and are not limited to those described here.
[0060]
Further, the tilt angle and the twist angle at the time of ion implantation of impurities are not limited to those described above, and may be set to any value as long as channeling does not occur by ion implantation.
Further, in the above embodiment, the temperature of the wafer was measured. However, even if the temperature of the wafer was not measured, the condition in the processing chamber was changed by comparing the previous sheet resistance value with the current sheet resistance value. What can be done can be detected. Thus, when detecting a change with time, a change in the inside of the processing container or the like can be detected by comparing only a change in the sheet resistance value of the semiconductor wafer for temperature monitoring, and the change in the sheet resistance value is determined to be a predetermined value. If the value is equal to or more than the value, an alarm may be issued by an interlock.
Further, although a case where a resistance heater is used as the heating means has been described as an example here, the present invention can be similarly applied to a case where a heating lamp is used instead of the resistance heater. The object to be heat-treated is not limited to a semiconductor wafer, and the present invention can be applied to a heat treatment apparatus for heat-treating an LCD substrate, a glass substrate, or the like.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the heat treatment apparatus, the heat treatment system, and the temperature measurement method of the heat treatment apparatus of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
The semiconductor wafer for temperature monitoring formed by implanting and implanting impurities in a semiconductor wafer in an ion state is in an amorphous state in which the crystal is broken, and the temperature monitoring semiconductor wafer is heat-treated (annealed) at a predetermined temperature. As a result, the dopant atoms which are recrystallized and implanted are replaced with, for example, Si atoms, and free electrons and holes are generated in an activated state, that is, depending on a combination of conductivity types. Since the amount of free electrons and holes is determined depending on the processing temperature during the heat treatment, a history of the processing temperature remains on the temperature monitoring semiconductor wafer. After the semiconductor wafer for temperature monitoring has been cooled to some extent, or after being allowed to cool naturally, the sheet resistance at a desired single point or a plurality of points on the surface is measured, and the measured sheet resistance is determined in advance. By referring to the correlation between the sheet resistance and the temperature of the object to be processed or the temperature of the mounting table on which the object to be processed is mounted, the heat treatment temperature at each point and the state of this distribution can be obtained.
Therefore, unlike the conventional temperature measurement method using a thermocouple with a lead wire, the semiconductor wafer itself for temperature monitoring can be automatically carried in and out of the processing container, so that, for example, the processing container can be connected. Temperature monitoring semiconductors in a short time without opening the processing vessel connected to the load lock chamber in the system to the atmosphere, and without waiting for the heat treatment equipment and wafer temperature to cool down to room temperature. By determining the sheet resistance of the surface of the wafer, the temperature during the heat treatment and the temperature distribution can be known. Therefore, by feeding back the result to the temperature control means of the heating means by the setting means of the process conditions or the adjusting means, various conditions, for example, changes over time occur, or the internal components of the heat treatment apparatus are replaced. Even if the thermal conditions change, the target temperature at the time of the heat treatment can be constantly maintained, or the temperature can be changed to a new desired temperature at the time of the heat treatment. And the reproducibility of the processing temperature can be constantly maintained, and the wafer process can be executed with a new temperature distribution.
Further, even if the temperature is not determined, the abnormality of the heating means can be known without comparing the sheet resistance without opening the inside of the apparatus to the atmosphere.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a heat treatment system including a heat treatment apparatus.
FIG. 2 is a schematic plan view illustrating an example of a heating unit provided on a mounting table.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the mounting table.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the sheet resistance and the temperature of the heater when heat treatment is performed with only the ion concentration changed.
FIG. 5 is a graph showing the results of a reproducibility test when heat treatment is performed on a large number of temperature monitoring semiconductor wafers under the same heat treatment conditions.
FIG. 6 is a graph showing a second example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table).
FIG. 7 is a graph showing a third example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table).
FIG. 8 is a graph showing a fourth example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table).
FIG. 9 is a graph showing a fifth example of the correlation between the sheet resistance and the temperature of the heater (mounting table).
FIG. 10 is a diagram showing a dose type at the time of ion implantation of a monitor wafer and an applicable temperature range when an ion concentration (dose amount) is variously changed.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a process in which a heater is adjusted using a monitor wafer.
FIG. 12 is a schematic plan view showing a second embodiment of the heat treatment system.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a sheet resistance measuring device.
FIG. 14 is a schematic plan view showing a third embodiment of the heat treatment system.
[Explanation of symbols]
2 Heat treatment system
4,4A-4C heat treatment equipment
6 load lock room
8 cassette room
30 processing container
32, 32A-32C mounting table
34, 34A to 34C, 34D to 34F Heater (heating means)
35 Temperature control means
36 Shower head (gas supply means)
44 Process condition adjusting means
60 common transfer room
62 Sheet resistance measurement room
64 sheet resistance measuring device
66 Monitor stand
68 4-terminal measuring head
76 Atmospheric transfer chamber
W semiconductor wafer
Wm Semiconductor wafer for temperature monitoring

Claims

In a heat treatment apparatus for performing a predetermined heat treatment on the object to be processed,
A processing vessel made evacuable,
A mounting table for mounting an object to be processed,
Gas supply means for supplying gas into the processing container,
Heating means for heating the object,
Temperature control means for controlling the temperature of the heating means based on a predetermined parameter, and process condition adjusting means for adjusting the parameter based on the sheet resistance of the semiconductor wafer for temperature monitoring,
A heat treatment apparatus comprising:

2. The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the process condition adjusting unit has a predetermined model function by obtaining a correlation between the sheet resistance and the temperature of the mounting table. 3.

3. The heat treatment apparatus according to claim 2, wherein the model function is a model function when a precoat layer is formed on a surface of the mounting table.

4. The semiconductor wafer for temperature monitoring according to claim 1, wherein the tilt angle and the twist angle are set to optimal values such that channel ring does not occur, and impurities are implanted with the ion beam. Heat treatment equipment.

The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor wafer for temperature monitoring is formed by introducing impurities at a predetermined concentration into a surface of the semiconductor wafer.

The heat treatment apparatus according to claim 5, wherein the surface of the semiconductor wafer is P-type, and the impurity is phosphorus.

The heating means is divided into a plurality of sections corresponding to a plurality of heating zones defined in the mounting table, and the heating section is capable of controlling the temperature independently for each section. The heat treatment apparatus according to claim 1.

The heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat treatment is any one of a heat treatment, a plasma treatment, a non-plasma treatment, a film formation treatment, an annealing treatment, and an etching treatment.

In a heat treatment system for performing a predetermined heat treatment on an object to be processed, a temperature control unit that controls a temperature of a heating unit provided therein based on a predetermined parameter in order to perform a predetermined heat treatment on the object to be processed. A plurality of heat treatment devices having
A common transfer chamber connected via a gate valve opened and closed to the heat treatment apparatus,
A transfer mechanism provided in the common transfer chamber to transfer the object to be processed,
A sheet resistance measurement chamber connected via a gate valve opened and closed with respect to the common transfer chamber,
A sheet resistance measurement device provided in the sheet resistance measurement chamber for measuring the sheet resistance of the surface of the semiconductor wafer for temperature monitoring,
Process condition adjusting means for adjusting the parameter based on the sheet resistance determined by the sheet resistance measuring device,
A heat treatment system comprising:

In a heat treatment system for performing a predetermined heat treatment on the object to be processed,
In order to perform a predetermined heat treatment on the object to be processed, a plurality of heat treatment apparatuses having a temperature control unit that controls the temperature of a heating unit provided therein based on a predetermined parameter,
A common transfer chamber connected via a gate valve opened and closed to the heat treatment apparatus,
A transfer mechanism provided in the common transfer chamber to transfer the object to be processed,
Sheet resistance measuring device provided for measuring the sheet resistance of the surface of the semiconductor wafer for temperature monitoring,
Process condition adjusting means for adjusting the parameter based on the sheet resistance determined by the sheet resistance measuring device,
A heat treatment system comprising:

The heat treatment system according to claim 9, wherein the inside of the heat treatment apparatus, the common transfer chamber, and the sheet resistance measurement chamber are evacuated to be in a vacuum atmosphere.

11. The heat treatment apparatus and the common transfer chamber are evacuated to be in a vacuum atmosphere, and the sheet resistance measuring apparatus is installed in an atmospheric pressure atmosphere. Heat treatment system.

13. The method according to claim 9, wherein the process condition adjusting unit has a model function determined in advance by obtaining a correlation between the sheet resistance and the temperature of the mounting table. Heat treatment system.

14. The heat treatment system according to claim 13, wherein the model function is a model function when a precoat layer is formed on the surface of the mounting table.

15. The semiconductor wafer for temperature monitoring according to claim 9, wherein the tilt angle and the twist angle are set to optimal values so as not to cause channel ring, and the impurity is ion beam implanted. Heat treatment system.

The heat treatment system according to claim 9, wherein the temperature monitoring semiconductor wafer is formed by introducing impurities at a predetermined concentration into a surface of the semiconductor wafer.

17. The heat treatment system according to claim 16, wherein the surface of the semiconductor wafer is P-type, and the impurity is phosphorus.

The heating means is divided into a plurality of sections corresponding to a plurality of heating zones defined in the mounting table, and the heating section is capable of controlling the temperature independently for each section. The heat treatment system according to any one of claims 9 to 17, wherein:

19. The heat treatment system according to claim 9, wherein the heat treatment is any one of a heat treatment, a plasma treatment, a non-plasma treatment, a film formation treatment, an annealing treatment, and an etching treatment.

In a temperature control method of a heat treatment apparatus configured to perform a predetermined heat treatment by heating an object to be processed mounted on a mounting table in a processing container by heating means,
A heat treatment step of heat treating the semiconductor wafer for temperature monitoring at a predetermined temperature in the processing vessel;
A measurement step of taking out the temperature monitoring semiconductor wafer after the heat treatment from the inside of the processing container and measuring sheet resistances at a plurality of positions on the surface of the temperature monitoring semiconductor wafer;
A parameter adjustment step of adjusting the parameters of the temperature control means based on the obtained sheet resistance and the correlation between the sheet resistance and the temperature of the mounting table determined in advance,
A temperature control method for a heat treatment apparatus, comprising:

21. The temperature control method for a heat treatment apparatus according to claim 20, wherein when the sheet resistance value is out of an allowable range, an abnormality is notified.

22. The sheet resistance value obtained by performing each of the steps periodically or irregularly as necessary is stored so as to be displayed as a time-dependent change history. Temperature control method of the heat treatment apparatus.

23. The heat treatment apparatus according to claim 20, wherein in the parameter adjusting step, a predetermined model function is referred to by obtaining a correlation between the sheet resistance and the temperature of the mounting table. Temperature control method.

24. The temperature control method for a heat treatment apparatus according to claim 23, wherein the model function is a model function when a precoat layer is formed on a surface of the mounting table.

25. The semiconductor wafer for temperature monitoring according to claim 20, wherein the tilt angle and the twist angle are set to optimal values such that channel ring does not occur, and impurities are ion beam implanted. Temperature control method of the heat treatment apparatus.

26. The temperature control method for a heat treatment apparatus according to claim 20, wherein the semiconductor wafer for temperature monitoring is formed by introducing impurities at a predetermined concentration into a surface of the semiconductor wafer.

27. The method according to claim 26, wherein the surface of the semiconductor wafer is P-type, and the impurity is phosphorus.

The heating means is divided into a plurality of sections corresponding to a plurality of heating zones defined in the mounting table, and the heating section is capable of controlling the temperature independently for each section. The temperature control method for a heat treatment apparatus according to any one of claims 20 to 27.

The heating means is formed in a plurality of layers in the thickness direction of the mounting table, and is divided into a plurality of heating zones corresponding to the plurality of heating zones defined in the mounting table. The temperature control method for a heat treatment apparatus according to any one of claims 20 to 27, wherein temperature control can be performed independently for each of the heat treatment apparatuses.

In the temperature control method of the heat treatment apparatus,
A heat treatment step of heat treating the semiconductor wafer for temperature monitoring,
A measuring step of measuring the sheet resistance of the temperature monitoring semiconductor wafer,
Comparing the sheet resistance measured last time with the sheet resistance measured this time;
Issuing an alarm when the comparison result is not less than a predetermined value;
A temperature control method for a heat treatment apparatus, comprising:

31. The temperature control method for a heat treatment apparatus according to claim 20, wherein the measurement of the sheet resistance is performed periodically or irregularly.

The temperature of the heat treatment apparatus according to any one of claims 20 to 31, wherein the heat treatment is any one of a heat treatment, a plasma treatment, a non-plasma treatment, a film formation treatment, an annealing treatment, and an etching treatment. Control method.