(57)【要約】ランプレートを、変数の現在の値の関数として制限することにより、変数のランプレートに対するストレスを最小化するシステム及び方法が提供される。詳細には、本発明は、処理中に温度ランプレートを動的に制御することにより、半導体基板または他の加熱された本体の放射デルタ温度を、結晶スリップ曲線よりも下に維持するシステム及び方法が提供される。
2004519855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変数のランプレートを制限する方法であって、
前記変数の現在の値での前記変数の最大許容ランプレートを計算する段階と、
前記最大許容ランプレートを超えないように前記変数のランプレートを制限する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記変数は、加熱された本体の設定温度であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加熱された本体は、１つまたはそれ以上の半導体基板であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記最大許容ランプレートは、現在温度のウェハー上の最大放射デルタ温度の関数であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
温度制御アルゴリズムを用いて、温度制御された熱処理炉の加熱室に収容された本体の温度を、開始温度から終了温度まで変える方法であって、
前記加熱室の１つまたはそれ以上の温度検出手段からの温度データと、温度設定値と、を前記熱処理炉の１つまたはそれ以上の制御可能な加熱要素への出力供給を制御する前記温度制御アルゴリズムへの入力として供給する段階と、
温度の関数として最大許容温度ランプレートを計算する段階と、
前記温度設定値を、有限の加速度で前記開始温度から、現在の温度に対する前記最大許容温度ランプレートに到達するまで加速する段階と、
前記本体温度が、前記終了温度近傍で実質的にオーバーシュートまたは振動を生じることなく滑らかに前記終了温度に到達するように、前記温度設定値を、有限の減速度で前記終了温度に到達するまで減速する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
前記制御可能な加熱要素は、放射熱ランプ及び加熱コイルからなるグループから選択されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記温度検出手段は、前記１つまたはそれ以上の制御可能な加熱要素の各々に関する１つまたはそれ以上の温度を提供する１つまたはそれ以上の熱電対であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記１つまたはそれ以上の熱電対の数学的組み合わせである制御温度は、前記温度制御アルゴリズムへの入力であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記制御温度は、更に、前記熱電対の温度から既知の補正値を有するように規定されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記温度補正値は、前記本体の温度と前記熱電対の温度との間の差に対して前記制御温度を補正する固定的な補正値であることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記本体は、半導体基板であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
１つまたはそれ以上の制御可能な加熱要素と、１つまたはそれ以上の温度検出手段と、を収容する加熱室と、
前記請求項１の方法を実施するように構成された温度制御装置と、
を備えた本体の温度を変えるための温度制御された熱処理炉。
【請求項１３】
１つまたはそれ以上の制御可能な加熱要素と、１つまたはそれ以上の温度検出手段と、を収容する加熱室と、
前記請求項５の方法を実施するように構成された温度制御装置と、
を備えた本体の温度を変えるための温度制御された熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願の説明）
この出願は、２００１年５月８日に提出された米国特許仮出願番号６０／２７４，５３２、及び２００２年２月６日に提出された同時係属中の米国特許出願番号１０／０６８，１２７に優先権を有し、前記米国特許出願は引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
一般に本発明は、例えば基板を処理する間の半導体基板またはウェハーの温度などの製造処理の制御変数のランプレートに関する。詳細には、本発明は、処理中の温度ランプレートを制御することにより、処理中のウェハーの放射デルタ温度（ＲＤＴ）を過剰熱ストレス曲線よりも下に維持する強化されたシステム及び方法を提供する。半導体製造業において、基板の温度サイクルの間、基板の温度均一性が得られることが好ましい。温度均一性は、薄膜形成、酸化物成長及び不純物拡散を含む温度活性化ステップに関して、層厚さ、抵抗率及び接合深さなど、基板上に均一な処理の結果をもたらす。更に、基板の温度均一性は、反り、欠陥発生及び結晶構造の「スリップ」などの熱的ストレスを引き起こすウェハー損傷を防ぐ必要がある。
【０００３】
（背景技術）
一般に、製造及び他の処理システムは、限定されるものではないが、温度、圧力、ガス流速、濃度、張力、電圧、応力及び位置を含む１つまたはそれ以上の制御変数値の変更を伴う。制御変数が開始値から終了値まで変化するレートは、ランプレート即ちその変数の１次導関数であり、通常はこのランプレートとして知られている。例えば、ランプレート即ち時間に関する位置の１次導関数（ｄｘ／ｄｔなど）は、速度である。装置及び／または製品が処理中に曝されるストレスを最小にすることが好ましいことが多い。過剰なストレスは、処理効率の低下、装置または製品の初期故障の原因となる可能性がある。多くのシステムにおいて、ストレスは１つまたはそれ以上の制御変数のランプレートの関数である。ランプレートは、ストレスを許容範囲の閾値よりも下に維持するよう下げることができる。しかし、また、不必要な過剰なランプレート制限は、加工処理量が低下するため好ましくない。この概念の例証となる実施例は、半導体処理システムから引用される。しかし、ランプレートに関係する問題は、此処で詳細に説明する用途に特有のものではない点に留意されたい。むしろ、単に実施例が説明されているにすぎず、いずれにしてもそれらに限定されるものではない。
【０００４】
半導体及び集積回路の製造における重要な態様は、処理中の半導体ウェハーが影響を受けている温度変化及び温度値である。２つの重要な制限、１）温度ランプレートの加速及び減速は、ウェハーの熱慣性以上に急激に発生することはできない、及び２）ウェハーの中央と端部との間の温度差は、ウェハーへの熱膨張損傷を防ぐために十分に小さく維持されるべきである、が半導体ウェハーの加熱及び冷却に適用される。熱慣性は、定常状態の温度、即ちランプレートゼロの状態から有限のゼロでないランプレートへ直ちに変化し、再度定常状態に戻る際の塊の抵抗を表している。実際の対象では、理想的な条件の下での加熱または冷却に必要である温度ランプレートで、瞬時及び無限に「加速」し及び「減速」することは不可能である。温度加速度または減速度は、温度の２次導関数である。静止した塊の位置的な加速及び減速については、温度加速度及び減速度が無限であることは不可能である。
【０００５】
半導体ウェハー処理システムなどの、熱処理炉内においてある温度から他の温度へ加熱または冷却する場合、最小の所要時間で所望の設定温度に到達することは重要であることが多い。古典的には、熱処理炉は、ある温度設定値から他へ移行するのに、制御された線形のランプを用いている。線形のランプは２つの欠点を有し、即ち加熱された基板による所望の温度ランプレートの到達遅れがあること、及び基板温度に関して定常状態温度に到達する前に、所望設定値をオーバーシュートし、設定温度周辺で振動する傾向があることである。物理的に到達可能な温度ランプレートの加速及び減速局面を使用したこの問題の解決方法は、同時継続の米国特許出願番号１０／０６８，１２７に記載しており、同出願の内容は引用により本明細書に組み込まれる。
【０００６】
更に重要な点は、対象内の過剰な内部温度変化のため、加熱された１つまたは複数の対象上の負の温度効果を防ぐために、最大温度ランプレートを制限することである。これは、重要な製造の態様は半導体ウエハーが処理中にさらされる温度変化および温度値である、半導体ウエハー処理システムにおいて特に関係することである。特に、ウェハーの中央に対する端部の過剰な加熱または冷却は、ウェハーを使用不可能にするかまたはウェハーから製造された半導体チップの初期故障の原因となる、物理的及び／または化学的損傷をもたらす可能性があるので、急速加熱処理炉または他の同様の装置における処理中のウェハーの中央と端部との間の温度差は、非常に重要である。この端部−中央温度差は、放射デルタ温度、または放射デルタ−Ｔ（ＲＤＴ）と呼ばれている。この問題は、ウェハーのスタックの外側端部を加熱するバッチ型熱処理炉に、特に影響を及ぼす。抵抗加熱コイルまたは加熱ランプなどの放射熱源を用いて加熱した時、放射熱伝達はウェハー端部で最大であるため、ウェハー端部はウェハー中央よりも数℃（または１０℃程度も）熱い場合がある。逆に冷却時には、端部は放射冷却を通じてより急激な熱損失を被り、従ってウェハー中央よりも実質的により冷却されることができる。高温においては、このＲＤＴはウェハー上の結晶スリップを引き起こし得る。
【０００７】
温度ランプレートを制限して、半導体基板上の結晶スリップ欠陥を引き起こす熱膨張を最小にする利点は良く知られている。基板上で発生する過剰熱ストレスを最小にするために、処理中にＲＤＴを最小化することは好ましい。処理中の温度ランプレートは、ＲＤＴを決定する主要要因である。より高いランプレートでは、端部に加えられた熱が基板中央に直ちに伝達されない場合、加熱された基板の熱慣性は、基板の端部と中央との間の温度偏差を悪化させる。より低い温度では、シリコンの原子間結合がより強く、より熱ストレスに耐えることができるので、過剰熱ストレスを生じることもなく、より大きなＲＤＴが許容されることができる。従って、基板全体のＲＤＴの制御のためのシステム及び方法を提供することは好ましい。ウェハー上の最大許容温度ストレスを越えるのを避けるために、先行技術の方法は、手動でプログラムされた固定のランプレートのシーケンスに頼っている。この手法は、ＲＤＴが引き起こす熱ストレス損傷を避けるための実際の最大許容ランプレートが、上述のように温度とともに変化するので、加熱または冷却処理を通して、処理が最大可能ランプレートで機能するのを防止している。更に、この分割されたランプレート特性は、所定温度に対する許容可能な最大ＲＤＴを超えるランプレートとなる可能性がある。従って、不連続な温度ランプ特性で加熱すると、理想最大ランプレート曲線から逸れてしまう。
【０００８】
従って、温度制御の改善されたシステム及び方法が、加熱または冷却された本体または基板の温度の関数としてランプレートを規定するために必要とされている。
【０００９】
（発明の開示）
本発明の１つの目的は、処理中に温度ランプレートを制御することにより基板が加熱される場合、基板上の放射デルタ温度を制限するための改善されたシステム及び方法を提供することである。詳細には、本発明は、動的に変更可能な温度ランプレートを使用して、基板全体にわたって放射デルタ温度（ＲＤＴ）を制御するシステム及び方法を提供する。一般に、温度ランプレートは、本体の温度が上昇するにつれて減少する。より詳細には、本発明は、限定されるものではないが、半導体ウェハー処理及び装置などの製造処理において、基板が加熱されるときに生じる放射デルタ温度を制御する改善されたシステム及び方法を提供する。
【００１０】
本発明の１つの実施形態は、変数のランプレートを制限する方法を提供する。変数の最大許容ランプレートは、この変数の現在の設定値で計算される。この変数は、制御下で次の変数の設定値に到達するまで、この最大許容ランプレートよりも大きくない速度でランプしている。
【００１１】
本発明の他の実施形態において、温度制御アルゴリズムを用いて、温度制御された熱処理炉の加熱室に収容された本体の温度を、開始温度から終了温度まで変えるための方法が提供される。加熱室の１つまたはそれ以上の温度検出手段からの温度データ及び温度設定値が、熱処理炉の１つまたはそれ以上の制御可能な加熱要素への出力供給を制御する温度制御アルゴリズムへの入力として供給される。最大許容温度ランプレートが、設定温度の関数として計算される。温度設定値は、有限の加速度で開始温度から、現在の温度に対する計算された前記最大許容温度ランプレートに到達するまで加速される。本体温度が、終了温度近傍で実質的にオーバーシュートまたは振動を生じることなく滑らかに終了設定温度に到達するように、温度設定値は、終了温度に到達するまで有限の減速度で減速される。
【００１２】
本発明の別の実施形態は、上述の要約された方法に従って、熱処理炉内部の本体の温度を変える熱処理炉を提供する。これらの方法は、温度設定値、ガス流速、濃度、圧力、張力、電圧、応力及び位置などの処理変数の正確な制御を必要とする種々のシステムに適用可能である。１つの例示的な実施形態において、本発明のシステム及び方法は、半導体処理において使用される複数区域を備えた熱処理炉で実施される。
【００１３】
本発明の他の目的及び利点は、図面を参照しながら本発明の詳細な説明及び以下に与えられた添付の請求項を読めば明らかになるであろう。
【００１４】
（発明を実施するための最良の形態）
前述のように、本体の熱ストレスまたは結晶のスリップの過剰な発生を回避するため、例えば半導体基板またはウェハーなどの本体全体にわたって放射デルタ温度、即ちＲＤＴを最小にするのが望ましい。また、本発明の方法は、一般に、制御変数のランプレートがシステムのストレスを最小にするように制限される任意の処理に適用可能である。本発明の１つの実施形態によれば、温度ランプレートを制御することにより、ＲＤＴは、過剰熱ストレス曲線よりも低く維持される。この最大許容熱ストレス曲線は、温度の関数である。本発明は、最大温度ランプレートを温度と共に変化させて、加熱された本体の現在の温度に対して、過剰熱ストレスを最大許容値以下に維持することを可能にする。
【００１５】
より低い温度では、半導体ウェハーなどの本体は、高温時に比べ過剰熱ストレス損傷を引き起こすＲＤＴの影響がより少ない。熱処理炉（図１に示すような）内の温度のランプレートは、ＲＤＴを決定する主な作動要因であるので、熱処理炉内で加熱または冷却された本体のＲＤＴは、熱処理炉内の現在温度の関数として最大許容温度ランプレートを制限することによって制御される。より低い温度では、ランプレートをより大きくすることができる。ランプレートは、温度の上昇とともに漸次減じられる。この温度ランプレートの漸次減少は、時間の関数として実質的に滑らかな、連続した温度曲線を生成する。この様態で、本発明は、可変最大許容温度ランプレートを提供する。この様にランプレート及びＲＤＴを制御することにより、本発明は、基板に過剰のストレスまたは損傷を生じることなく、本体または基板の温度をある温度から他の温度にランプするのに必要な時間を最小限にする。
【００１６】
本発明の１つの実施形態において、増減する制御変数（この実施例では温度）の最大ランプレートを制限する方法が提供される。本発明は、図１に示されるような半導体熱処理炉上で実施されることができる。図１の熱処理炉１０は、５つの分離区域１４を有するヒータ要素１２、及び一またはそれ以上の半導体基板ウェハー２０を収容するヒータチャンバー１６を含む。出力命令または信号２２は、各区域１４で独立して制御される。ヒータ要素１２の目的は、ウェハー２０を所望の温度２４に加熱することである。温度制御ソフトウェア３０及びプロセス制御ソフトウェア３２を有する温度制御装置２６は、出力命令信号２２をヒータ要素１２に送信する。５つの区域１４を有する具体的な半導体熱処理炉１０が示されているが、本発明のシステム及び方法は、他の型式の熱処理炉でも使用することができ、更に、他の型式の半導体装置や、本体または他の対象物の温度を設定温度から他の温度へ変更制御可能に設計された他の装置でも実施可能であることは、当業者には理解されるであろう。本発明は、例示された具体的な実施例に限定されるものではない。例えば、本発明は、異なる数の区域を備えた熱処理炉で使用されることができる。同様に、本発明は、制御変数のランプレートを該制御変数の関数として制限することによりストレスが制御される、他の任意の処理またはシステムにも適用することができる。更に、本発明の方法は、一またはそれ以上の変数のランプレートを一またはそれ以上の変数の関数として制限することによりストレスを制御するように適用できる。
【００１７】
本発明の１つの実施形態において、温度制御装置２６は、例えば熱処理炉１０の制御を維持するために設定されるＰＩＤ制御ソフトウェアなどの温度制御ソフトウェア３０を含む。設定値のランプは、温度及び最終設定値に応じて変化し、ランプする間は曲線を描く。詳細には、ランプレートは、設定温度の勾配である。半導体基板は、高められた温度（約６００℃から１２００℃の範囲）よりも低温（通常６００℃よりも低い）では、熱膨張損傷を経験することなくより高いＲＤＴを許容するため、本発明は、比較的低温の間は、より急激に設定値をランプし始めるよう構成されている。温度が高くなるにつれ、最大許容ＲＤＴは減少し、温度が上昇する程ランプレートを減速する。より高い基板またはウェハーの温度では、より低いランプレートが使用される。本発明では、最大ランプレートを現在の設定温度の関数として、動的に変化させる。この最大ランプレートは、温度の関数として最大許容ＲＤＴの参照テーブルから、または温度の関数として最大ランプレートが与えられる特定の他のプログラム関数から導出される。そのような参照テーブルの実施例が表１に与えられる。表に記載されている値の間の温度における最大許容ＲＤＴは、温度の関数として最大許容ＲＤＴを滑らかに変化させて補間される。最大許容ＲＤＴから最大温度ランプレートへの変換には、経験的に決定された倍率が使用される。この倍率は、定数とすることも、またはそれ自体を温度の関数とすることもできる。３００ｍｍのウェハーに対して、倍率は、ＲＤＴ１℃当たり０．５℃／分が好ましい。異なるランプレートテーブルを使用することができ、本発明を実施するソフトウェアは、これらのランプレートテーブルが工程表の中で選択されることができるよう構成されるのが好ましい。或いは、温度と最大温度ランプレートとの関係は、一連の、一またはそれ以上の温度の数学的関数としてプログラムされることができる。最大温度ランプレート対温度の関数は、温度の関数として最大ΔＴに関する次の式をもたらす実験を通じて予め計算されている。
2004519855.tif 000003
ここで、ｆε／ｆｔはひずみ速度、Ｅはヤング率（Ｅ＝１．９×１０１１Ｎｍ−２）、αは基板（このケースではシリコン）の熱膨張率、Ｃ及びｎは定数（Ｃ＝４．５×１０４Ｎｍ−２及びｎ＝２．９）、ｋはボルツマン定数（ｋ＝１．３８×１０−２３ＪＫ−１）、及びＴは温度勾配が最大と推定される基板端部の絶対温度。この最大計算ΔＴの結果は、図２に示される。
【００１８】
【表１】
2004519855.tif 000004
【００１９】
詳細には、本発明の方法の１つの実施形態を図３に示している。図３は、本発明の方法の１つの実施形態を示すフローチャートである。該方法は、ステップ４０で始まり、ランプしているか否かの質問がステップ４２でなされる。判定が「ｎｏ」の場合には、ステップ４４で前回の設定値が使用される。判定が「ｙｅｓ」の場合には、ステップ４６でランプレートを減速する時間か否かの質問がされる。ステップ４６の判定が「ｙｅｓ」の場合は、ステップ４８で減速度が計算される。ステップ４６の判定が「ｎｏ」の場合には、アルゴリズムは、ランプレートが現在減速状態にあるか否かを確認する。ステップ５０でランプレートが現在減速状態にある場合は、ステップ３２（５２？）で設定値が減速速度に基づいて計算され、その後、該方法は完了する（ステップ５４）。ステップ５０でランプレートが現在減速状態でないと判明した場合には、ステップ５６で現在温度に対する最大ＲＤＴが参照テーブルにより、必要な場合には補間により決定される。またステップ５６では、参照テーブルから返された最大ＲＤＴ値は、倍率を用いて最大ランプレートに変換される。
【００２０】
次に、ステップ５８でランプレートが最大ランプレートよりも下であるか否かが質問される。「ｎｏ」の場合には、ステップ６０で最大ランプレートは新しい設定値を計算するために使用される。「ｙｅｓ」の場合は、ステップ６２でランプレートは最大ランプレートにまで加速される。曲線を描いた設定値の結果の例証となる実施例が図４のグラフに示されている。実際に本発明のこの実施例は、次の概念のステップを通して実施されることができる。即ち最大許容温度ランプレートは、現在の設定温度に関して上記のように計算され、設定温度はこの最大許容温度ランプレートを超えない速度でランプされる。
【００２１】
本発明の別の実施形態において、定常状態（ランプレートゼロ）と加熱または冷却処理のランプ状態との間の滑らかな移行を与えるために、ランプレートが開始温度のゼロから最大ランプレートまで増加即ち加速する間、及びその後再びランプレートを最大ランプレートから戻って終了温度のゼロまで減少即ち減速する間は、温度設定値は曲線を描く。ランプレートは、設定温度に対する実際の本体温度の振動を最小にするように、最大値まで加速された後、有限かつ物理的に到達可能な速度の最終設定値まで減速低下される。本発明の好ましい実施形態において、温度ランプは、線形の加速度及び減速度（時間に関する２次導関数が定数）で加速及び減速される。しかし、特定の条件下では非線形減速度が好ましいとすることができる。
【００２２】
温度制御装置に供給される設定ランプレートは、次の、ａ）ＲＤＴ対温度テーブル及び現在設定温度に対する倍率から動的に得られた最大許容ランプレートの温度曲線、ｂ）設定値曲線により与えられたランプレート、ｃ）設定温度が最終設定値に近づくまで熱処理炉により達成可能な最大ランプレート、の内のより小さい値である。その後、設定ランプレートは、最終終了温度に適合するまで滑らかに減速される。本発明の方法は、ＲＤＴをスリップ曲線よりも下に維持する可能な限りの最大速度でウェハーを所望の温度にする。
【００２３】
この実施形態において、好ましくは２組の熱電対、即ち一またはそれ以上のスパイク熱電対３４及び一またはそれ以上のプロファイル熱電対３６、が図１に示すように温度測定用に使用される。スパイク熱電対３４は、ヒータ要素巻線（図示せず）に近接しており、入力制御により早く反応する。プロファイル熱電対３６は、ウェハー２０に近接しており、従ってウェハーの温度を良く表す。温度制御ソフトウェア３０を有する温度制御装置２６は、プロセス制御ソフトウェアを有するプロセス制御装置３２から所望の温度２４設定値を受け取り、熱電対の測定温度３８を読み取る。測定温度３８は、ウェハー２０の推定温度を与える制御温度（図示せず）を発生するために数学的に組み合わせ処理される。好ましくは制御温度は、スパイク熱電対３４及びプロファイル熱電対３６により測定された温度の加重平均である。この重み付けは、より高い温度ではより強く重み付けされるスパイク熱電対３４の温度と共に、優先的に温度の関数として変化することができる。更に別の好ましい実施形態では、測定温度３８の数学的組み合わせは、一またはそれ以上の温度補正値を含む。一実施例において、加熱されたウェハーまたは他の本体の温度と熱電対温度との間の差に対する制御温度を補正するために、固定的な補正値が使用される。これらの補正値は、熱電対が備えられたウェハーを使用して経験的に決定することができる。制御アルゴリズム、入力制御温度及び設定温度に基づいて、温度制御装置２６は、熱処理炉のヒータ要素１２の各区域に供給する出力量を決定する。
【００２４】
ランプレートが指定されると、設定値は選択された速度でランプする。好ましい実施形態において、設定値は、設定ランプ局面の終わり近くで最終設定値まで滑らかに曲線を描く。設定値が、最終設定値へ曲線を描く時間の間、ランプレートは線形的に減速する。このプログラムされた温度設定値の曲線は、ランプの終わりで優先的に使用される。しかし、出力需要で大きな振動が発生するのを避けるため、ランプの始めに適用されるのもまた有利である。
【００２５】
本発明の方法のもとで、最大温度ランプレートでランプした場合、瞬間温度設定値は、ＰＩＤシステムなどの一般に使用される温度制御装置のように直ちに最終設定値に上昇しない。代わりに、該設定値は、区域及び設定値に対する最大到達可能ランプレートか、またはテーブル１から現在設定温度に対する最大許容ＲＤＴの算出及び倍率から得られる、現在温度に対する最大許容ランプレートのどちらかに達するまで、有限かつ物理的に到達可能な速度で加速される。現在設定温度の関数として最大許容温度ランプレートは、Ｒａｄｉａｌ  Ｄｅｌｔａ−Ｔ対温度の関数及び倍率の算出からリアルタイムに得られる。ＲＤＴ対温度の関数は、数学的関係として、または前出の実施形態で述べた参照テーブルで与えられる。参照テーブルが使用される場合には、ソフトウェアは、表中の値が与えられていない温度に対する最大許容ＲＤＴを補間するように構成されている。温度の関数として所定温度の最大許容ＲＤＴを最大許容ランプレートに変換するのに使用される倍率は、定数とすることができ、または倍率自身を温度の関数とすることもできる。
【００２６】
また、システムは、本発明の方法が温度制御された熱処理炉において設定温度のランプレートを制御するのに使用される別の実施形態において提供される。
【００２７】
他の実施形態において、システムは、本発明の方法が同時係属中の米国特許出願番号１０／０６８，１２７に記載の温度制御方法と組み合わされて提供されており、此処で開示された該出願は、全体を引用することにより組み込まれる。
【００２８】
（実験例）
図１に示すのと同様の熱処理炉を使用し、熱電対を備えたウェハー（ウェハーの異なる部分の温度データを与える埋め込み熱電対を備えた半導体ウェハー）を使用して、本発明のシステム及び方法に関し幾つかのテストが実施された。図４から図７は、温度ランプレートが線形的に加速及び減速され、ＲＤＴが最大許容熱ストレス曲線よりも下に維持されるように、最大ランプレートが制御される例証となる実験のための熱電対が備えられた、ウェハー温度データ及び熱処理炉出力供給を示す。熱電対が装備されたウェハーは、これらの条件下で、６００℃から９５０℃に加熱される。図５は、この実験で収集されたデータのグラフであり、（ｉ）全区域に関する実際の中央及び端部の温度、（ｉｉ）全区域に関するＲＤＴ値、（ｉｉｉ）全区域に関する時間の経過に伴う熱処理炉出力、を示している。図６の（ｉ）は、この実験の熱電対を備えたウェハー上の中央及び端部の温度の荷重平均（２／３端部＋１／３中央）を示し、図７は、図５におけるランプ頂点の詳細を示し、全域に関する荷重平均を示す。
【００２９】
他の実験では、本発明のシステム及び方法は、図１に示すような５つの区域を有する急速縦型処理（Ｒａｐｉｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＲＶＰ）方式の熱処理炉で実施された。図４は、全区域に関して測定ウェハー温度加重平均を加えたランプ設定値を示している。この曲線は、実ウェハー温度が温度設定曲線にどのように適合しているかを明かにしている。
【００３０】
図８は、ランプレートが本発明によって制御されていない線形的なランプテストの結果を示している。ランプの頂点で曲線を描いていることを除いて、設定値は線形的にランプしている。図８は、次のランプレート、即ち５、１０、１５及び２０℃／分に対する全区域に関する実際のウェハー中央及び端部温度を示している。図８の（ｉｉ）部分は、ウェハーに対するＲＤＴを示し、（ｉｉｉ）部分は、時間の関数として加えられた出力を示している。図８に示すように、ＲＤＴに基づいたランプレートを制御せずにランプレートを増加すると、本発明が使用された図４及び図５において観察されたＲＤＴ値よりも動的に大きなＲＤＴ値となっている。
【００３１】
本発明のシステム及び方法は、好ましい特性を提供する。本発明の特定の実施形態及び実施例の前述の説明は、例示的に示されているに過ぎず、前述の特定の実施例により説明されてきたが、それにより限定されるものではない。それらは前述の開示された形に対して網羅されたものではなく、または本発明を限定するものではなく、明かに多くの変更形態、実施形態及び変形形態が前述の教示の観点から可能である。本発明の範囲は、此処で開示されたような、添付のクレーム及び該同等物による包括的範囲を含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のシステム及び方法を使用することができる半導体製造で用いられる熱処理炉の１つの実施例の簡易線図である。
【図２】
等式１から得られたシリコン基板に対する最大放射デルタ温度対ウェハー端部温度のグラフである。
【図３】
本発明の方法の１つの実施形態を示すフローチャートである。
【図４】
（ｉ）はランプ設定値、及び（ｉｉ）は、全区域に関するウェハー温度の加重平均を示すグラフである。
【図５】
本発明の方法の１つの実施形態で、（ｉ）は、全区域に関する実際の中心及び端部温度、（ｉｉ）は、全区域に関するＲＤＴ値、及び（ｉｉｉ）は、全区域に関する時間の経過に伴う熱処理炉出力、を示すグラフである。
【図６】
本発明の方法の１つの実施形態で、（ｉ）は、通常ウェハー温度全体を表すのに使用される、半導体基板ウェハー上の中央及び端部温度の荷重平均（２／３端部＋１／３中央）、（ｉｉ）は、全区域に関するＲＤＴ値、及び（ｉｉｉ）は、各区域に関する時間の経過に伴う熱処理炉出力、を示すグラフである。
【図７】
本発明の方法の１つの実施形態で、（ｉ）は、図５に示すウェハー温度の頂点の詳細を示し、及び（ｉｉ）は、全区域に関する加重平均を表す、グラフである。
【図８】
本発明のＲＤＴ制御方法なしで、（ｉ）は、温度ランプレートが５、１０、１５及び２０度／分に対する全区域に関する実際のウェハー中央及び端部の温度、（ｉｉ）は、各ランプレートに対する各区域に関するＲＤＴ値、及び（ｉｉｉ）は、ランプに対して時間の経過に伴う各ランプレートに対する各区域に関する熱処理炉出力を示すグラフである。
【図１】
2004519855.tif 000005
【図２】
2004519855.tif 000006
【図３】
2004519855.tif 000007
【図４】
2004519855.tif 000008
【図５】
2004519855.tif 000009
【図６】
2004519855.tif 000010
【図７】
2004519855.tif 000011
【図８】
2004519855.tif 000012
【国際公開パンフレット】
2004519855.tif 000013
2004519855.tif 000014
2004519855.tif 000015
2004519855.tif 000016
2004519855.tif 000017
2004519855.tif 000018
2004519855.tif 000019
2004519855.tif 000020
2004519855.tif 000021
2004519855.tif 000022
2004519855.tif 000023
2004519855.tif 000024
2004519855.tif 000025
2004519855.tif 000026
2004519855.tif 000027
2004519855.tif 000028
2004519855.tif 000029
2004519855.tif 000030
2004519855.tif 000031
2004519855.tif 000032
2004519855.tif 000033
2004519855.tif 000034
2004519855.tif 000035
2004519855.tif 000036
2004519855.tif 000037
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004519855.tif 000038
2004519855.tif 000039
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004519855.tif 000040
2004519855.tif 000041
【国際調査報告】
2004519855.tif 000042