Brevet FR3036200A1 — publié le 20161118

METHODE DE CALIBRATION POUR EQUIPEMENTS DE TRAITEMENT THERMIQUE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine de la micro- électronique et des micro-technologies. Plus particulièrement, l'invention concerne les procédés de traitement thermique et en particulier les traitements thermiques appliqués à des plaques de silicium ou de SOI (acronyme de « Silicon On Insulator » selon la terminologie anglo-saxonne, ou « silicium sur isolant» en français). ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les procédés micro-électroniques de traitements thermiques, permettant l'élaboration de diverses couches (par exemple, d'oxyde de silicium) ou le traitement de surface de substrats, 20 visent des paramètres de plus en plus sévères d'uniformité. En effet, l'évolution de la micro-électronique implique la réduction des dimensions caractéristiques des composants, dans le but d'améliorer à la fois la densité d'intégration et la rapidité 25 des circuits ; en parallèle, le diamètre des plaques de silicium et/ou de SOI augmente, passant de 200mm à 300mm et même 450mm, dans le but de fabriquer toujours plus de puces par plaque. Le besoin est donc d'obtenir des couches toujours plus fines, d'épaisseur toujours plus contrôlée et uniforme sur des surfaces 30 toujours plus grandes. Les procédés de traitements thermiques sont donc confrontés à la non uniformité des réactions prenant place au sein du réacteur de l'équipement. Cette non uniformité peut avoir 35 plusieurs origines : - la non uniformité intrinsèque de l'équipement, liée, 3036200 2 par exemple, à la puissance non uniforme des zones de chauffe, à la précision intrinsèque des capteurs de température, à la forme du réacteur, aux flux variables des gaz, etc. 5 - la variation de la cinétique de la réaction attendue au sein du réacteur par effet dilutif (c'est-à-dire par appauvrissement du (des) réactant(s)), ou par effet inhibiteur (c'est-à-dire par augmentation de la concentration des résidus de la réaction). 10 Les équipements de traitements thermiques habituellement utilisés dans l'industrie micro-électronique sont constitués de réacteurs de grande dimension, pouvant contenir une grande quantité de substrats (communément jusqu'à 200). Du fait de leurs 15 dimensions, ce type d'équipements comporte plusieurs éléments chauffants disposés régulièrement le long du réacteur ; ces éléments déterminent plusieurs zones de chauffe. Les consignes de température appliquées à chacune des zones de chauffe d'un équipement de traitement thermique définissent un procédé qui vise à établir une caractéristique de substrat cible. Cette caractéristique de substrat cible peut être une épaisseur de couche déterminée (par exemple un oxyde), ou une valeur de rugosité de surface inférieure à un seuil déterminé. Pour les procédés les plus exigeants en terme de caractéristique de substrat, il est usuel d'apporter des corrections de consignes dans chacune des zones de chauffe, lors de l'optimisation initiale du procédé ou encore entre deux mises en oeuvre du procédé quand une dérive de la caractéristique est observée. Cette étape de correction est généralement appelée « calibration ». Une méthode de calibration typiquement utilisée est basée 35 sur une relation empirique liant globalement la température et la caractéristique de substrat en question. Ainsi, lorsque la 3036200 3 caractéristique de substrat est une épaisseur d'oxyde générée lors du traitement thermique, il est établi de manière empirique que, pour un procédé donné, un écart de température déterminé DT vis-à-vis de la température nominale génère un écart d'épaisseur 5 d'oxyde DX. En cas de dérive observée sur la caractéristique de substrat après la réalisation d'un procédé, l'opérateur apporte des corrections approximatives aux consignes de température de toutes les zones de chauffe, en se basant sur cette relation globale, de sorte à compenser cette dérive. Cette méthode 10 purement manuelle, dépend de l'appréciation de l'opérateur en charge de la calibration de l'équipement : selon le ou les DX mesuré(s) sur les plaques traitées dans différentes positions du four, la valeur de correction DT apportée pourra varier selon l'expérience de cet opérateur. Or certains procédés 15 microélectroniques exigeants ne peuvent pas tolérer un niveau d'approximation sur le résultat obtenu car le rendement de l'opération s'en trouve fortement impacté. Par ailleurs, cette méthode fonctionne imparfaitement. En 20 effet, elle ne tient pas compte du fait que les zones de chauffe ne sont pas indépendantes les unes des autres. Appliquer un DT1 à une première zone de chauffe peut influencer une ou plusieurs zones de chauffe i de l'équipement. Plus les corrections de consignes seront importantes, plus l'influence mutuelle des zones 25 de chauffe perturbera le résultat final en générant un écart significatif versus le résultat attendu par l'opérateur suite à ses corrections de consignes de température. L'invention vise à remédier aux différents inconvénients de 30 l'art antérieur présenté ci-dessus. Un objet de la présente invention est notamment de fournir une méthode fiable de calibration d'un procédé mis en oeuvre sur un équipement de traitement thermique. Un autre objet de la présente invention est de fournir une 3036200 4 méthode de calibration automatisée afin de la rendre plus industrielle et compatible avec des besoins de production en forts volumes. 5 BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention concerne une méthode de calibration pour déterminer des corrections de consignes de température à 10 appliquer aux consignes nominales de chacune des N zones de chauffe d'un équipement de traitement thermique présentant L emplacements de substrat ; l'équipement de traitement thermique et les consignes nominales définissent un procédé visant à établir une caractéristique cible de substrat. La méthode est 15 remarquable en ce qu'elle comprend les étapes suivantes : - établissement d'un modèle de sensibilité reliant des variations de la caractéristique de substrat en chacun de M emplacements représentatifs des L emplacements, à des variations de consignes de température appliquées en 20 chacune des N zones de chauffe ; les variations traduisant respectivement des écarts vis-à-vis de la caractéristique cible et vis-à-vis des consignes nominales ; - mise en oeuvre du procédé sur l'équipement de traitement thermique et à partir des consignes nominales ; 25 - mesure de la caractéristique de substrat au moins en un emplacement de mesure représentatif de chaque zone de chauffe de l'équipement, pour fournir M mesures; - détermination des corrections de consignes de température à partir du modèle de sensibilité, des mesures et de la 30 caractéristique de substrat cible. Selon des caractéristiques avantageuses de l'invention, prises séparément ou combinées les unes aux autres : - l'étape de détermination est suivie d'une étape de mise en 35 oeuvre du procédé sur l'équipement de traitement thermique à partir des consignes nominales corrigées des corrections de 3036200 5 consignes de température ; - les corrections de consignes sont définies comme les variations de consignes qui, appliquées au modèle, 5 conduisent à compenser l'écart entre les mesures et la caractéristique cible ; - l'étape de détermination des corrections de consignes est réalisée lorsque l'écart entre les mesures et la 10 caractéristique cible est supérieur à un seuil déterminé ; - le modèle de sensibilité est établi par application d'une même variation de consigne de température, séparément et successivement en chaque zone de chauffe, les autres zones 15 de chauffe étant maintenues à leurs consignes nominales ; - le modèle de sensibilité comprend une matrice de sensibilité Sil, déterminée par : (AxAT:)i - Sil= ATi , où 1 REVENDICATIONS1. Procédé de calibration pour déterminer des corrections de consignes de température à appliquer aux consignes nominales de chacune des N zones de chauffe (2) d'un équipement de traitement thermique (1) présentant L emplacements de substrat (5) ; l'équipement de traitement thermique (1) et les consignes nominales définissant un procédé de traitement 10 thermique visant à établir une caractéristique cible de substrat ; le procédé de calibration étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : établissement d'un modèle de sensibilité reliant des variations de la caractéristique de substrat en chacun 15 de M emplacements représentatifs des L emplacements (5), à des variations de consignes de température appliquées en chacune des N zones de chauffe (2); les variations traduisant respectivement des écarts vis-à-vis de la caractéristique cible et vis-à-vis des 20 consignes nominales ; - mise en oeuvre du procédé de traitement thermique sur l'équipement de traitement thermique (1) et à partir des consignes nominales ; - mesure de la caractéristique de substrat au moins en un 25 emplacement de mesure représentatif de chaque zone de chauffe (2) de l'équipement (1), pour fournir M mesures-; - détermination des corrections de consignes de température à partir du modèle de sensibilité, des 30 mesures et de la caractéristique de substrat cible. 2. Procédé de calibration selon la revendication 1, dans lequel les corrections de consignes sont définies comme les variations de consignes qui, appliquées au modèle, 35 conduisent à compenser l'écart entre les mesures et la caractéristique cible. 3036200 22 3. Procédé de calibration selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape de détermination des corrections de consignes est réalisée lorsque l'écart entre les mesures et la caractéristique cible est supérieur à un seuil déterminé. 4 Procédé de calibration selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le modèle de sensibilité est établi par application d'une même variation de consigne de température, séparément et successivement en chaque zone de chauffe (2), les autres zones de chauffe (2) étant maintenues à leurs consignes nominales. 5. Procédé de calibration, selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le modèle de sensibilité comprend une matrice de sensibilité Sij, déterminée par : ij gmeAridi - S où 1