JP2005333032A - モニタ用被処理体の温度換算関数の形成方法、温度分布の算出方法及び枚葉式の熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱処理後にその熱処理工程で晒された熱処理温度や温度分布を精度良く求めることが可能な温度換算関数の形成方法を提供する。
【解決手段】 表面に金属含有膜の形成されたモニタ用被処理体５Ｍの熱処理前後のシート抵抗値からモニタ用被処理体の晒された温度を求めるための温度換算関数の形成方法において、モニタ用被処理体を複数枚用意する工程と、金属含有膜のシート抵抗を測定する処理前シート抵抗測定工程と、複数のモニタ用被処理体を熱処理する熱処理工程と、熱処理後のモニタ用被処理体の金属含有膜のシート抵抗を測定する処理後シート抵抗測定工程と、熱処理前後のシート抵抗値の差分値を求める差分値算出工程と、熱処理前のシート抵抗値が熱処理後のシート抵抗値に対して影響を与えるシート抵抗値量を差分値に対して補償して標準差分値を求める工程と、標準差分値を平均化して各熱処理温度における補正差分値を求める補正差分値算出工程と、補正差分値に基づいて熱処理工程における温度と補正差分値との相関関係である温度換算関数を求める工程とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体の熱処理時における温度分布を、熱処理後に求めるための温度換算関数の形成方法、温度分布の算出方法及び枚葉式の熱処理装置に関する。

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。
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。

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。

また、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、モニタ用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、上記モニタ用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。

この場合、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に、上述したような熱電対を複数個取り付けたモニタ用ウエハを用いて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が、この際、熱電対付きのモニタ用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、モニタ用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。

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。
そこで、半導体ウエハの熱処理温度に応じてその表面のシート抵抗値が変化する、という現象を利用して、熱処理時のウエハの温度分布を熱処理後にシート抵抗値を測定することにより知るようにした技術も提案されている（特許文献１、２、３）。
例えば特許文献１では、半導体ウエハのシート抵抗値の変化と熱処理温度との関係を示すグラフを求めて、例えば２００〜５００℃程度の範囲内で熱処理温度を求める技術が開示されている。また特許文献２には、シート抵抗値と熱処理温度との相関関係から、例えば４００〜５００℃程度の範囲内でウエハの熱処理温度を推定するようにした技術が開示されている。特許文献３では、不純物がイオン注入されたウエハのシート抵抗値と熱処理温度との相関関係から、例えば５３０〜７２０℃程度の範囲内で熱処理温度を求めるようにした技術が開示されている。

特開平８−２２９６３号公報 特開平９−２９２２８５号公報 特開２０００−２０８５２４号公報

ところで、上記した特許文献１〜３における各技術は、熱処理後のシート抵抗等を測定することによって熱処理時の温度、または温度分布を求めるようになっており、これによれば或る程度の高い精度で温度、或いは温度分布を求めることができる。しかしながら、上記熱処理後のシート抵抗値は、実際には、熱処理温度に依存して変化するのみならず、熱処理前のその部分のシート抵抗値にも僅かに依存して変化するので、求めた温度、或いは温度分布が実際の熱処理時の温度、或いは温度分布とはやや異なってしまう、という問題があった。

特に、最近にあっては、チタン膜やタングステン膜などの金属膜やＴｉＮ膜などの金属窒化膜を２００〜５００度程度の低温でアニール等の熱処理する場合があるが、このような低温では、不純物がイオン注入されたウエハのシート抵抗値から熱処理温度を求めるようにした技術（特許文献３）では、注入した不純物が活性化し難いことから、シート抵抗値自体の変化が少なく、熱処理温度を求めるのが更に困難になる、といった問題があった。
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、比較的低温域の熱処理においても、熱処理後にその熱処理工程で晒された熱処理温度や温度分布を精度良く求めることが可能な温度換算関数の形成方法、温度分布の算出方法及び枚葉式の熱処理装置を提供することにある。

本発明者は、熱処理温度とシート抵抗値との関係を鋭意研究した結果、熱処理前のシート抵抗値（以下「イニシャルシート抵抗値」とも称す）が、熱処理後のシート抵抗値の増加量に影響を与えることから、この影響するシート抵抗値量を取り除くことにより、精度の高い適正な熱処理温度、またはその温度分布が得られる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。

請求項１に係る発明は、表面に金属含有膜の形成されたモニタ用被処理体の熱処理前後のシート抵抗値から前記モニタ用被処理体の晒された温度を求めるための温度換算関数の形成方法において、表面に金属含有膜の形成されたモニタ用被処理体を複数枚用意する工程と、前記各モニタ用被処理体に対して金属含有膜の１または複数の箇所においてシート抵抗を測定する処理前シート抵抗測定工程と、前記複数のモニタ用被処理体をそれぞれ異なる温度に晒して熱処理する熱処理工程と、前記熱処理後のモニタ用被処理体の金属含有膜に対して前記処理前シート抵抗測定工程でシート抵抗を測定した箇所と同じ箇所のシート抵抗を測定する処理後シート抵抗測定工程と、前記処理前シート抵抗測定工程で求めたシート抵抗値と前記処理後シート抵抗測定工程で求めたシート抵抗値との差分値を求める差分値算出工程と、熱処理前のシート抵抗値が熱処理後のシート抵抗値に対して影響を与えるシート抵抗値量を前記差分値に対して補償することにより標準差分値を求める工程と、前記標準差分値を平均化することにより前記各熱処理温度における補正差分値を求める補正差分値算出工程と、前記求めた１または複数の補正差分値に基づいて前記熱処理工程における温度と補正差分値との相関関係である温度換算関数を求める工程と、を備えたことを特徴とするモニタ用被処理体の温度換算関数の形成方法である。

このように、熱処理前のシート抵抗値が、熱処理後のシート抵抗値へ影響するシート抵抗値量を取り除くようにしたので、精度の高い適正な熱処理温度やその温度分布を得ることができる。特に、例えば２００〜５００℃程度の低温域での熱処理温度やその温度分布の精度を向上させることができる。
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記モニタ用被処理体は、シリコン基板上に、絶縁層を介して金属含有膜を形成することにより構成されている。
また例えば、請求項３に規定するように、前記金属含有膜は、金属膜、或いは金属窒化膜よりなる。
また例えば、請求項４に規定するように、前記熱処理の所定の温度は、２００〜５００℃の範囲内である。

請求項５に係る発明は、表面に金属含有膜の形成されたモニタ用被処理体の熱処理前後のシート抵抗値から前記モニタ用被処理体の晒された温度の分布を求めるための温度分布の算出方法において、表面に金属含有膜の形成されたモニタ用被処理体を用意する工程と、前記モニタ用被処理体に対して金属含有膜の１または複数の箇所においてシート抵抗を測定する処理前シート抵抗測定工程と、前記モニタ用被処理体を所定の温度に晒して熱処理する熱処理工程と、前記熱処理後のモニタ用被処理体の金属含有膜に対して前記処理前シート抵抗測定工程でシート抵抗を測定した箇所と同じ箇所のシート抵抗を測定する処理後シート抵抗測定工程と、前記処理前シート抵抗測定工程で求めたシート抵抗値と前記処理後シート抵抗測定工程で求めたシート抵抗値との差分値を求める差分値算出工程と、
熱処理前のシート抵抗値が熱処理後のシート抵抗値に対して影響を与えるシート抵抗値量を補償して標準差分値を求める工程と、前記求めた標準差分値と請求項１に係る発明で予め求めた温度換算関数とに基づいてシート抵抗測定箇所の前記熱処理工程における温度を求める工程と、を備えたことを特徴とするモニタ用被処理体の温度分布の算出方法である。

この場合、例えば請求項６に規定するように、前記モニタ用被処理体は、シリコン基板上に、絶縁層を介して金属含有膜を形成することにより構成されている。
また例えば請求項７に規定するように、前記金属含有膜は、金属膜、或いは金属窒化膜よりなる。
また例えば請求項８に規定するように、前記熱処理の所定の温度は、２００〜５００℃の範囲内である。

請求項９に係る発明は、被処理体に対して熱処理を行う枚葉式の熱処理装置において、前記被処理体を収容できる処理容器と、前記被処理体を支持する支持部と、前記処理容器内に所定のガスを導入するガス供給手段と、前記処理容器内を排気する排気手段と、前記処理容器の外側に設けられると共に、複数の加熱ゾーンに分割されて加熱ゾーン毎に制御ができるようになされた加熱手段と、請求項５乃至８のいずれかに係る発明によって求められる温度分布に基づいて前記加熱手段を制御することにより前記加熱ゾーン毎に投入する電力をコントロールする温度制御部と、を備えたことを特徴とする枚葉式の熱処理装置である。

本発明に係る温度換算関数の形成方法、温度分布の算出方法及び枚葉式の熱処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明方法によれば、熱処理前のシート抵抗値が、熱処理後のシート抵抗値へ影響するシート抵抗値量を取り除くようにしたので、精度の高い適正な熱処理温度やその温度分布を得ることができる。特に、例えば２００〜５００℃程度の低温域での熱処理温度やその温度分布の精度を向上させることができる。
本発明装置によれば、上記したように求めた精度の高い熱処理温度、または温度分布に基づいて熱処理時の温度制御を行うことにより、熱処理温度の面内均一性を非常に高くすることができる。

以下に、本発明に係る温度換算関数の形成方法、温度分布の算出方法及び枚葉式の熱処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法の実施に用いられる枚葉式の熱処理装置の一例を示す断面構成図、図２は図１に示す装置の加熱手段を示す平面図、図３はモニタ用被処理体を示す断面図である。
まず、この枚葉式の熱処理装置について説明する。図１及び図２に示すように、この熱処理装置２は、例えば石英製の矩形状になされた処理容器４を有している。この処理容器４の一側には、被処理体として例えば半導体ウエハ５を導入するための開口６が形成されており、この開口６の周辺部にはフランジ部８が形成されている。この処理容器４内の底部には、容器内に導入されたウエハ５を支持するための支持部１０として例えば石英製の突起１２が円周状に複数個起立させて設けられており、この突起１２によりウエハ５の裏面周辺部を支持するようになっている。

また、この処理容器４内に侵入してくる図示しない、移載用ピックと上記突起１２とが干渉しないようになされており、このピックを上記突起１２間に挿入させたまま移載用ピックを昇降させることによりウエハ５の移載を行う。
またこの処理容器４の一側端部には、この中へ必要な所定のガスを導入するためのガス供給手段としてのガス供給口１４が設けられると共に、この処理容器４内の雰囲気を例えば真空排気するための排気手段としての排気口１６が設けられている。
またこの処理容器４の開口６の端面には、上記フランジ部８と接するようにして間にＯリング等のシール部材１８を介在させて冷却プレート２０が設けられている。そして、この冷却プレート２０内には、冷却水を流す冷却水路２２が設けられており、上記シール部材１８を冷却するようになっている。この冷却プレート２０は、上記処理容器４の外側を囲む例えばアルミニウム製のケーシング２４にボルト２６等により締め付け固定されており、この際、ケーシング２４の端部で上記処理容器４のフランジ部８も固定し得るようになっている。

そして、この開口６に臨む部分には、ウエハＷの搬出入時に気密に開閉されるゲートバルブ２８が設けられている。またこの処理容器４の直ぐ外側には、これを囲むようにして上記ウエハ５を加熱するための加熱手段３０が設けられている。具体的には、この加熱手段３０は、この処理容器４の上面側及び下面側にそれぞれ略全面に亘って設けたカンタル線よりなる抵抗加熱ヒータ３２により形成される。尚、この抵抗加熱ヒータ３２を処理容器４の外側の側面側にも設けるようにしてもよい。この抵抗加熱ヒータ３２は、複数の加熱ゾーン、すなわちここでは３つの加熱ゾーン３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに分割されており、例えばマイクロコンピュータ等よりなる温度制御部３４により各加熱ゾーン３２Ａ〜３２Ｃ毎に投入する電力を制御し得るようになっている。ここでは上記３つの加熱ゾーンは、前方加熱ゾーン３２Ａ、中央加熱ゾーン３２Ｂ、後方加熱ゾーン３２Ｃよりなる。また各加熱ゾーン３２Ａ〜３２Ｃ毎に熱電対３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃが設けられており、この検出温度を上記温度制御部３４へ入力できるようになっている。

さて、このように形成された枚葉式の熱処理装置２を用いて半導体ウエハ等の熱処理を行う場合には、これに先立ってウエハを面内温度の均一性良く加熱できるか否かを確認しなければならない。またこのような面内温度の均一性の確認は、定期的に、或いは必要に応じて不定期的に行われる。
この面内温度の均一性の確認のために用いるモニタ用被処理体、例えばモニタ用ウエハの一例は図３に示されている。すなわち、このモニタ用ウエハ５Ｍは、例えばシリコン基板４０上に、例えばＳｉＯ_２ よりなる絶縁層４２を介して金属含有膜４４を積層することにより形成されている。この絶縁層４２は、金属含有膜４４がシリサイド化されるのを防止する機能を有している。この金属含有膜４４としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属膜の他に、これらの金属の窒化膜、例えばＴｉＮの金属窒化膜を用いることができ、ここでは一例としてＴｉＮ膜を用いている。

＜シート抵抗値から熱処理温度を求めるプロセス＞
次に、シート抵抗値から熱処理温度を求めるプロセス（方法）について説明する。
図４は補正前の熱処理温度とシート抵抗値の増加分：ΔＲｓとの関係を示すグラフである。一般に、Ｔｉ、Ｗ、ＴｉＮ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ等の一般的に半導体ウエハの成膜材料として用いられる金属材料は低温でも酸化や窒化がし易く、この反応が生ずるとシート抵抗値Ｒｓが増加する現象がある。そこで、図３に示したようなモニタ用ウエハ５Ｍを用いて、この熱処理前と熱処理後のシート抵抗値を予め測定しておき、この時のシート抵抗値の増加分（差分値）ΔＲｓと熱処理温度Ｔとの関係を予め求めておく。このようにして作成した相関関係の一例が図４に示されている。この熱処理時のプロセス条件は、金属含有膜としてＴｉＮ膜を用いており、０．５ｓｌｍのＯ_２ ガスを供給しつつ３００ｓｅｃのアニール処理を行った。

この時、図４に示すような相関関係の関数、すなわち温度換算関数の近似式は次の式１のように表される。
ΔＲｓ＝０．１６０００９６６７９６７２５７ｅ^{０．０１４９４３３０７９６７２６１ＸＴ} …式１
最初に、図４に示されるような基準となる温度換算関数を求めておき、その後は、必要に応じて、例えば定期的に、或いは不定期的に上記したようなモニタ用ウエハを熱処理して、その熱処理前後のシート抵抗値ΔＲｓを求めてこれを図４に示すグラフ、或いは式１に当てはめれば、そのシート抵抗値を測定した箇所の処理時の温度や温度分布を求めることができる。

しかしながら、前述したように、熱処理後のシート抵抗値は、実際には、熱処理温度に依存して変化するのみならず、熱処理前のシート抵抗値（イニシャルシート抵抗値）にも僅かに依存して変化するので、図４で表される式１を参照して求めた温度や温度分布は、実際の温度や温度分布からかなりの誤差が生ずる場合がある。
そこで、本発明方法では、上記イニシャル抵抗値が熱処理後のシート抵抗値に対して影響を与えるシート抵抗値の量、すなわちシート抵抗値量に基づいて、熱処理前後のシート抵抗値の差分である差分値を補正して補正差分値を求め、この補正差分値に基づいて温度換算関数を求めるようにしている。

具体的には、まず、イニシャル抵抗値が熱処理後のシート抵抗値の増加に対してどの程度の影響を与えるかについて検証する。図５は熱処理温度が３００℃におけるイニシャル抵抗値Ｒｓと、熱処理前後におけるシート抵抗値の増加分ΔＲｓとの関係を示すグラフである。図６は熱処理温度が３５０℃におけるイニシャル抵抗値Ｒｓと、熱処理前後におけるシート抵抗値の増加分ΔＲｓとの関係を示すグラフである。図７は熱処理温度が４００℃におけるイニシャル抵抗値Ｒｓと、熱処理前後におけるシート抵抗値の増加分ΔＲｓとの関係を示すグラフである。

図５〜図７に示す各熱処理においては、Ｏ_２ ガスを０．５ｓｌｍの流量で供給しつつ３００ｓｅｃのアニール処理を行っている。またシート抵抗値の測定箇所は４９点である。ここでシート抵抗値の増加分ΔＲｓは、当然のこととして熱処理前後のシート抵抗値の差分値として求められる。そして、図５〜図７に示す各グラフにおいて、それぞれの直線は、４９点のシート抵抗値に基づいて最小２乗法により求めた傾向直線であり、各傾向直線は、３００℃の場合は”ｙ＝０．４２３２ｘ−１８．４５５”、３５０℃の場合は”ｙ＝０．５３７８ｘ−１４．９９７”、４００℃の場合は”ｙ＝２．０６４３ｘ−９６．５３６”としてそれぞれ表される。尚、上記傾向直接において、ｘはイニシャルシート抵抗値Ｒｓであり、ｙはシート抵抗値の増加分ΔＲｓである。

図５乃至図７から明らかなように、熱処理温度が３００℃、３５０℃、４００℃へと高くなるに従って、上記傾向直線の傾きは、”０．４２３２”、”０．５３７８”及び”２．０６４３”の順で順次大きくなっている。この結果、ウエハのイニシャルシート抵抗値が、熱処理後のシート抵抗値の増加に対してかなり影響を与えることが確認できる。換言すれば、例えば同じ温度でウエハを熱処理したとしても、イニシャルシート抵抗値にバラツキが存在すれば、熱処理後のシート抵抗値はそのバラツキが拡大された状態で表されることになる。ここで、上記イニシャルシート抵抗値が熱処理後のシート抵抗値に対して影響を与えるシート抵抗値量を上記差分値に対して補償することにより標準差分値を求める。

次に、この得られた標準差分値を平均化することにより各熱処理温度における補正差分値（補正ΔＲｓ）を求める。更に、この求めた各熱処理温度における補正差分値に基づいて熱処理工程における温度と補正差分値との相関関係である温度換算関数を求める。
まず、上記標準差分値は、図５乃至図７における各シート抵抗値の増加分ΔＲｓから、イニシャルシート抵抗値が熱処理後のシート抵抗値に対して影響を与えるシート抵抗値量を補償することにより求める。具体的には、図５乃至図７の各グラフにおいて、各４９点のシート抵抗値の増加分の平均値と上記温度換算関数との差分を、各シート抵抗値の増加分から減じたり、或いは加えたりすることにより補償する。この補償の操作について一例として熱処理温度が３００℃の時のシート抵抗値の増加分を示す図５を用いて説明する。

まず、図５中において、測定箇所４９点のポイント全てのシート抵抗値の増加分の平均値を”ＡＶ”とすると、この平均値ＡＶと傾向直線との差が、上記シート抵抗値量として定義される。そして、該当するポイントのシート抵抗値の増加分ΔＲｓに対してこのシート抵抗値量を減算（平均値ＡＶと傾向直線とが交わる交差点Ｏ１より右側の領域）、或いは加算（平均値ＡＶと傾向直線とが交わる交差点Ｏ１より左側の領域）する。具体的には、交差点Ｏ１より右側の領域にある点Ｐ１（ｘ１、ｙ１）におけるシート抵抗値量は”｜Δｙ１｜”（絶対値）となり、この点Ｐ１における標準差分値Δｍ１は次の式のようになる。
Δｍ１＝ｙ１−｜Δｙ１｜
また交差点Ｏ１より左側の領域にある点Ｐ２（ｘ２、ｙ２）におけるシート抵抗値量は”｜Δｙ２｜”となり、この点Ｐ２における標準差分値Δｍ２は次の式のようになる。
Δｍ２＝ｙ２＋｜Δｙ２｜
このようにして、４９点の標準差分値Δｍ１，Δｍ２，…，Δｍ４９を求める。そして、上記標準差分値の平均値を下記の式のように求め、これを補正差分値（補正ΔＲｓ）として定義する。
補正ΔＲｓ＝（Δｍ１＋Δｍ２＋ … ＋Δｍ４８＋Δｍ４９）／４９
このようにして、温度３００℃における補正差分値（補正ΔＲｓ）が求められることになる。

そして、上記したような方法で、図６に示す３５０℃における補正差分値（補正ΔＲｓ）及び図７に示す４００℃における補正差分値（補正ΔＲｓ）も求める。そして、上記３００℃、３５０℃及び４００℃の３点の補正差分値（補正ΔＲｓ）に基づいて熱処理温度Ｔとの相関関係である温度換算関数を近似的に求める。図８は、上記のようにして求めた温度換算関数、すなわち熱処理温度と補正差分値との関係を示すグラフである。ここで３００℃における補正差分値は”１４．２７”、３５０℃における補正差分値は”２７．２２”であり、４００℃における補正差分値は”６７．４３”である。また近似された温度換算関数は次の式２である。
補正ΔＲｓ＝０．１６３７６６０５６９０３４１３ｅ^{０．０１４８７００２４８０４７６０ｘＴ}
…式２
図４と図８とを比較して明らかなように、図８に示す温度換算関数ではイニシャルシート抵抗値に起因して発生する熱処理後のシート抵抗値の増加量が補償されている。

ここで上記温度換算関数を求めるまでの一連の動作を図９に示す温度換算関数を求めるフローに基づいて総括的に説明する。
まず、表面に金属含有膜として例えばＴｉＮ膜が形成された複数枚、ここでは３００℃用、３５０℃用及び４００℃用の合計３枚のモニタ用ウエハを用意する（Ｓ１）。
次に、熱処理前に上記３枚のモニタ用ウエハの表面のシート抵抗値を、それぞれ複数箇所、例えば４９点箇所で測定する（Ｓ２）。
次に、上記３枚のモニタ用ウエハに対してそれぞれ異なった温度で熱処理を実行する（Ｓ３）。ここでは、上述のように３００℃、３５０℃及び４００℃の異なった温度でアニール等の処理を行う。この場合、プロセス温度以外の他のプロセス条件、特にプロセス時間をそれぞれ同じとなるように設定する。

次に、熱処理後の上記各モニタ用ウエハを室温まで冷却して、この表面のＴｉＮ膜のシート抵抗値を測定する（Ｓ４）。この場合、測定箇所及び測定ポイント数は熱処理前のシート抵抗値の測定の時（ステップＳ２）と同じとする。
次に、上記ステップＳ２、Ｓ４で得られた熱処理前後のシート抵抗値の差分値ΔＲｓ、各モニタ用ウエハについて４９点で求める（Ｓ５）。この差分値ΔＲｓをグラフにプロットすることにより図５乃至図７に示すグラフが得られることになる。
次に、熱処理前のシート抵抗値（イニシャルシート抵抗値）が熱処理後のシート抵抗値に対して影響を与えるシート抵抗値量（図５中のΔｙ１及びΔｙ２）を、各差分値に対して補償して４９点の標準差分値を、各熱処理温度毎に求める（Ｓ６）。この標準差分値は、先に示したΔｍ１〜Δｍ４９に相当する。

次に、上記標準差分値を、３００℃、３５０℃及び４００℃の熱処理温度毎に平均化することにより各熱処理温度における補正差分値を求める（Ｓ７）。
次に、上記各補正差分値、ここでは３点の補正差分値に基づいて、図８に示すような熱処理温度Ｔと補正差分値（補正ΔＲｓ）との相関関係を示す温度換算関数を求める（Ｓ８）。
上記した図８に示すような温度換算関数の形成動作は、熱処理装置の立ち上げ時や、内部構成部品を交換した時などに行われ、得られた図８に示すような温度換算関数は、例えば図１に示す温度制御部３４等に記憶させておく。

次に、上記温度換算関数を用いて定期的、或いは不定期的に行われるウエハに対する温度分布の検査について説明する。
この検査は、例えば製品ウエハを規定枚数、例えば４スロット、１００枚の製品ウエハを熱処理する毎に行われる。図１０は半導体ウエハの温度分布を検査する場合のフローを示す。図１０に示すフローは、最後のステップで図９に示すフローで求めた温度換算関数を用いて温度分布を求める点以外は、図９に示すフローと略同じである。ここでは熱処理温度が例えば３５０℃の時の温度分布を求める場合を例にとって説明する。

まず、表面に金属含有膜として例えばＴｉＮ膜が形成された３５０℃用のモニタ用ウエハを用意する（Ｓ２１）。
次に、熱処理前に上記モニタ用ウエハの表面のシート抵抗値を、複数箇所、例えば４９点箇所で測定する（Ｓ２２）。
次に、上記モニタ用ウエハに対して所定の温度、ここでは３５０℃で熱処理を実行する（Ｓ２３）。ここでは、上述のように３５０℃の温度でアニール等の処理を行う。この場合、プロセス温度以外の他のプロセス条件、特にプロセス時間は、温度換算関数を求めた時の熱処理時と同じとなるように設定する。

次に、熱処理後の上記モニタ用ウエハを室温まで冷却して、この表面のＴｉＮ膜のシート抵抗値を測定する（Ｓ２４）。この場合、測定箇所及び測定ポイント数は熱処理前のシート抵抗値の測定の時（ステップＳ２２）と同じとする。
次に、上記ステップＳ２２、Ｓ２４で得られた熱処理前後のシート抵抗値の差分値ΔＲｓ、上記モニタ用ウエハについて４９点で求める（Ｓ２５）。この差分値ΔＲｓをグラフにプロットすることにより図５乃至図７に示すグラフが得られることになる。
次に、熱処理前のシート抵抗値（イニシャルシート抵抗値）が熱処理後のシート抵抗値に対して影響を与えるシート抵抗値量（図５中のΔｙ１及びΔｙ２をそれぞれ求めた場合と同じ）を、各差分値に対して補償して４９点の標準差分値を、各熱処理温度毎に求める（Ｓ６）。この標準差分値は、先に示したΔｍ１〜Δｍ４９に相当する。

次に上記標準差分値を、図８に示す温度換算関数に当てはめて参照することにより、各４９点のシート抵抗値測定箇所の熱処理温度Ｔを求めることになる（Ｓ２７）。この場合、上記標準差分値は、図８中の縦軸の補正差分値（補正ΔＲｓ）に対応することになる。このようにして求めた４９点の熱処理温度をウエハマップ上にプロットすることにより、ウエハ中の温度分布を求める。
このように、熱処理前のシート抵抗値が、熱処理後のシート抵抗値へ影響するシート抵抗値量を取り除くようにしたので、精度の高い適正な熱処理温度やその温度分布を得ることができる。特に、例えば２００〜５００℃程度の低温域での熱処理温度やその温度分布の精度を向上させることができる。
そして、ここで得られた温度分布を参照して温度制御部３４（図１参照）はこの温度分布がより均一化するように、温度制御部３４は加熱手段３０の各加熱ゾーン３２Ａ〜３２Ｃへ供給する電力を個別に判断して温度制御することになる。実際には、熱電対３６Ａ〜３６Ｃが各加熱ゾーンに設けてあり、ここで得られた温度分布から各加熱ゾーンの熱電対の温度を設定する。

ここで、図４及び図８に示す各温度換算関数を用いて求めたウエハの温度分布の状態について説明する。図１１は補正前及び補正後の温度換算関数を用いて求めたウエハの温度分布を示す図である。図１１（Ａ）は図４に示す補正前の温度換算関数を用いた場合を示し、図１１（Ｂ）は図８に示す補正後の温度換算関数を用いた場合を示す。熱処理温度は、それぞれ３００℃、３５０℃及び４００℃である。図示するように、補正の前後で明らかに温度分布が異なっているのが判明する。尚、図中の数字は、シート抵抗値の差分値、或いは補正差分値（標準差分値）を示す。

次に、図８に示す補正された温度換算関数を用いて求めたウエハの温度分布が適正な温度を反映しているか否かの検討を行ったので、その検討結果について説明する。
図１２はウエハの温度分布の検証実験を行った時にモニタ用ウエハの表面中心部と周辺部とに取り付けた熱電対の温度を示すグラフ、図１３は図１２に示すモニタ用ウエハの熱処理後に図８に示す補正後の温度換算関数を用いて求めた温度分布を示す図である。ここでは熱処理温度を３５０℃と３６２℃とにそれぞれ設定して、２回検証実験を行った。
図１２中、曲線Ａ１は設定温度が３５０℃の時のウエハ中心部の熱電対の検出温度の推移を示し、曲線Ａ２は設定温度が３５０℃の時のウエハ周辺部の熱電対の検出温度の推移を示し、曲線Ｂ１は設定温度が３６２℃の時のウエハ中心部の熱電対の検出温度の推移を示し、曲線Ｂ２は設定温度が３６２℃の時のウエハ周辺部の熱電対の検出温度の推移を示し、図１２から明らかなように、曲線Ａ１及び曲線Ｂ１は、それぞれ設定温度の３５０℃及び３６２℃を安定的に示して推移している。また曲線Ａ２及び曲線Ｂ２は、それぞれ３４５℃及び３８０℃を示して推移している。

これに対して、図１２に示す２枚のモニタ用ウエハの温度分布は、図１３に示されており、図１３（Ａ）は熱処理温度か３５０℃の時の温度分布を示し、図１３（Ｂ）は熱処理温度か３６２℃の時の温度分布を示している。図１３中には、図１２中の曲線Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２に対応する熱電対の設置位置がＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２で示されている。図１３（Ａ）に示すように、この温度分布は、中心部分（位置Ａ１）が略３５２℃程度を示しており、ウエハ周辺に行く程、非常に僅かずつ温度が低下しているが、位置Ａ２で３４５℃程度を示しており、結果的に、図１３（Ａ）には実際の略適正なウエハ温度の温度分布が示されていることが確認できた。
図１３（Ｂ）に示すように、この温度分布は、中心部分（位置Ｂ１）が略３６２℃程度を示しており、ウエハ周辺に行く程、非常に僅かずつ温度が低下或いは増加しているが、位置Ｂ２で３７８℃程度を示しており、結果的に、図１３（Ｂ）には実際の略適正なウエハ温度の温度分布が示されていることが確認できた。

次に、図１３に示すように求めたモニタ用ウエハの温度分布に基づいて、これを均一化させるように図１に示す加熱手段３０の各加熱ゾーン３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの制御用熱電対の温度設定を実際に個別に制御した時のウエハの温度分布について説明する。
図１４はモニタ用ウエハの温度分布に基づいて各加熱ゾーンの温度設定を実際に個別に制御した時のウエハ直径方向における温度分布を示すグラフである。図中、曲線Ｘ１は中央加熱ゾーンを中心として前方加熱ゾーン（Ｆ）が”＋０℃”に設定され、後方加熱ゾーン（Ｒ）が”＋０℃”に設定された場合を示し、曲線Ｘ２は中央加熱ゾーンを中心として前方加熱ゾーン（Ｆ）が”＋２０℃”に設定され、後方加熱ゾーン（Ｒ）が”−２０℃”に設定された場合を示し、曲線Ｘ３は中央加熱ゾーンを中心として前方加熱ゾーン（Ｆ）が”＋１５℃”に設定され、後方加熱ゾーン（Ｒ）が”−１５℃”に設定された場合を示し、曲線Ｘ３は中央加熱ゾーンを中心として前方加熱ゾーン（Ｆ）が”＋２０℃”に設定され、後方加熱ゾーン（Ｒ）が”＋０℃”に設定された場合を示す。

この曲線Ｘ１〜Ｘ４から明らかなように、ここでは曲線Ｘ３に示すように中央加熱ゾーン３２Ｂの設定温度に対して、前方加熱ゾーン３２Ａ（Ｆ）の設定温度を”＋１５℃”に、後方加熱ゾーン３２Ｃ（Ｒ）の設定温度を”−１５℃”に、それぞれ設定することにより、ウエハ温度の面内均一性を一番高くできることが判明した。
このように、図１３に示すように求めた温度分布から、これを均一化させるように加熱手段３２の各加熱ゾーン３２Ａ〜３２Ｃの温度設定を最適化して制御することができる。
また、図１４中の曲線Ｘ３に示すように各加熱ゾーン３２Ａ〜３２Ｃが制御された状態で、複数枚、例えば６枚（途中の２枚はダミーウエハ）のウエハを順次処理したところ、各ウエハの実際の熱処理温度は、３５５．１℃（第１枚目）、３５５．７℃（第２枚目）、３５５．５℃（第３枚目）及び３５６．４℃（第６枚目）を示しており、再現性が良好であることを確認することができた。

尚、上記実施例ではシート抵抗値を４９点の箇所で測定した場合を示したが、この測定箇所は特に制限されず、測定箇所が多い程、その精度を上げることができるが、ウエハ中心部等でシート抵抗値を測定する場合には、測定箇所は１ヵ所でもよい。
またここでは処理容器４が矩形状に石英で形成された装置例について説明したが、これに限定されず、アルミニウム等よりなる筒体状の処理容器内に、ウエハを載置台等よりなる支持部し、これを加熱ランプ、或いは載置台に埋め込んだ抵抗加熱ヒータよりなる加熱手段で加熱するようにして、熱処理を行う熱処理装置についても、本発明を適用できるのは勿論である。
また加熱ゾーンの形態も、図２に示したような短冊状に限定されず、例えば同心円状、或いは円形加熱ゾーンの集合体のように形成してもよい。
また被処理体としては半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板等についても本発明を適用することができるのは勿論である。

本発明方法の実施に用いられる枚葉式の熱処理装置の一例を示す断面構成図である。 図１に示す装置の加熱手段を示す平面図である。 モニタ用被処理体を示す断面図である。 補正前の熱処理温度とシート抵抗値の増加分との関係を示すグラフである。 熱処理温度が３００℃におけるイニシャル抵抗値Ｒｓと、熱処理前後におけるシート抵抗値の増加分との関係を示すグラフである。 熱処理温度が３５０℃におけるイニシャル抵抗値Ｒｓと、熱処理前後におけるシート抵抗値の増加分との関係を示すグラフである。 熱処理温度が４００℃におけるイニシャル抵抗値と、熱処理前後におけるシート抵抗値の増加分との関係を示すグラフである。 温度換算関数（熱処理温度と補正差分値との関係）を示すグラフである。 温度換算関数を求める工程を示すフローである。 半導体ウエハの温度分布を検査する場合のフローを示す図である。 補正前及び補正後の温度換算関数を用いて求めたウエハの温度分布を示す図である。 ウエハの温度分布の検証実験を行った時にモニタ用ウエハの表面中心部と周辺部とに取り付けた熱電対の温度を示すグラフである。 図１２に示すモニタ用ウエハの熱処理後に補正後の温度換算関数を用いて求めた温度分布を示す図である。 モニタ用ウエハの温度分布に基づいて各加熱ゾーンへの投入電力を実際に個別に制御した時のウエハ直径方向における温度分布を示すグラフである。

符号の説明

２ 熱処理装置
４ 処理容器
５ 被処理体
５Ｍ モニタ用ウエハ（モニタ用被処理体）
１４ ガス供給口（ガス供給手段）
１６ 排気口（排気手段）
３０ 加熱手段
３２ 抵抗加熱ヒータ
３２Ａ〜３２Ｃ 加熱ゾーン
３４ 電力制御部

Claims (9)

1. 表面に金属含有膜の形成されたモニタ用被処理体の熱処理前後のシート抵抗値から前記モニタ用被処理体の晒された温度を求めるための温度換算関数の形成方法において、
   表面に金属含有膜の形成されたモニタ用被処理体を複数枚用意する工程と、
   前記各モニタ用被処理体に対して金属含有膜の１または複数の箇所においてシート抵抗を測定する処理前シート抵抗測定工程と、
   前記複数のモニタ用被処理体をそれぞれ異なる温度に晒して熱処理する熱処理工程と、
   前記熱処理後のモニタ用被処理体の金属含有膜に対して前記処理前シート抵抗測定工程でシート抵抗を測定した箇所と同じ箇所のシート抵抗を測定する処理後シート抵抗測定工程と、
   前記処理前シート抵抗測定工程で求めたシート抵抗値と前記処理後シート抵抗測定工程で求めたシート抵抗値との差分値を求める差分値算出工程と、
   熱処理前のシート抵抗値が熱処理後のシート抵抗値に対して影響を与えるシート抵抗値量を前記差分値に対して補償することにより標準差分値を求める工程と、
   前記標準差分値を平均化することにより前記各熱処理温度における補正差分値を求める補正差分値算出工程と、
   前記求めた１または複数の補正差分値に基づいて前記熱処理工程における温度と補正差分値との相関関係である温度換算関数を求める工程と、
   を備えたことを特徴とするモニタ用被処理体の温度換算関数の形成方法。
2. 前記モニタ用被処理体は、シリコン基板上に、絶縁層を介して金属含有膜を形成することにより構成されていることを特徴とする請求項１記載のモニタ用被処理体の温度換算関数の形成方法。
3. 前記金属含有膜は、金属膜、或いは金属窒化膜よりなることを特徴とする請求項１または２記載のモニタ用被処理体の温度換算関数の形成方法。
4. 前記熱処理の所定の温度は、２００〜５００℃の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモニタ用被処理体の温度換算関数の形成方法。
5. 表面に金属含有膜の形成されたモニタ用被処理体の熱処理前後のシート抵抗値から前記モニタ用被処理体の晒された温度の分布を求めるための温度分布の算出方法において、
   表面に金属含有膜の形成されたモニタ用被処理体を用意する工程と、
   前記モニタ用被処理体に対して金属含有膜の１または複数の箇所においてシート抵抗を測定する処理前シート抵抗測定工程と、
   前記モニタ用被処理体を所定の温度に晒して熱処理する熱処理工程と、
   前記熱処理後のモニタ用被処理体の金属含有膜に対して前記処理前シート抵抗測定工程でシート抵抗を測定した箇所と同じ箇所のシート抵抗を測定する処理後シート抵抗測定工程と、
   前記処理前シート抵抗測定工程で求めたシート抵抗値と前記処理後シート抵抗測定工程で求めたシート抵抗値との差分値を求める差分値算出工程と、
   熱処理前のシート抵抗値が熱処理後のシート抵抗値に対して影響を与えるシート抵抗値量を補償して標準差分値を求める工程と、
   前記求めた標準差分値と請求項１に係る発明で予め求めた温度換算関数とに基づいてシート抵抗測定箇所の前記熱処理工程における温度を求める工程と、
   を備えたことを特徴とするモニタ用被処理体の温度分布の算出方法。
6. 前記モニタ用被処理体は、シリコン基板上に、絶縁層を介して金属含有膜を形成することにより構成されていることを特徴とする請求項５記載のモニタ用被処理体の温度分布の算出方法。
7. 前記金属含有膜は、金属膜、或いは金属窒化膜よりなることを特徴とする請求項５または６記載のモニタ用被処理体の温度分布の算出方法。
8. 前記熱処理の所定の温度は、２００〜５００℃の範囲内であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のモニタ用被処理体の温度分布の算出方法。
9. 被処理体に対して熱処理を行う枚葉式の熱処理装置において、
   前記被処理体を収容できる処理容器と、
   前記被処理体を支持する支持部と、
   前記処理容器内に所定のガスを導入するガス供給手段と、
   前記処理容器内を排気する排気手段と、
   前記処理容器の外側に設けられると共に、複数の加熱ゾーンに分割されて加熱ゾーン毎に制御ができるようになされた加熱手段と、
   請求項５乃至８のいずれかに係る発明によって求められる温度分布に基づいて前記加熱手段を制御することにより前記加熱ゾーン毎に投入する電力をコントロールする電力制御部と、
   を備えたことを特徴とする枚葉式の熱処理装置。
   
   

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