JP2005064073A - Substrate processing system - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily estimate the result of the predetermined process in a substrate processing system. <P>SOLUTION: A film thickness distribution calculating program 6 calculates distribution of film thickness within the surface of a substrate 180 by showing concentration of gas within a reaction chamber 40 as the primary distribution in the gas flowing direction and the radius direction of the substrate 180, using a reaction chamber analysis model obtained by modeling the entire part of the reaction chamber 40 and a substrate surface analysis model obtained by modeling among the substrates 180 placed on a boat 404 for the process to form the film within the reaction chamber 40. Moreover, a film forming rate calculator 610 applies a temperature setting value to equalize the film thickness among the surfaces calculated by a setting temperature calculating program 5 to calculation of the film forming rate (film forming rate distribution) by accepting the same temperature setting value from a setting value DB 522. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【００４４】
［設定値算出部５０４の温度設定値算出（Ｓ２１０；図１５）］
設定値算出部５０４は、モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４に形成される膜の厚さを、ユーザインターフェース部５１０などを介してユーザにより入力される所望の厚さとするために、温度調整部分４０２−１〜４０２−５の温度を何度にすればよいか、つまり、温度調整部分４０２−１〜４０２−５に対する温度の設定値を算出する。
図７を参照して説明したように、モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４それぞれの膜厚を制御するためには、温度調整部分４０２−１〜４０２−５の温度を変化させればよく、温度調整部分４０２−１〜４０２−５の温度の変化と、モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４それぞれの膜厚の変化との関係は、熱干渉行列Ｍで示される通りである。
なお、後で、図１５を参照してさらに説明するので、この部分の設定値算出部５０４の各処理に（Ｓ２１０；図１５）」と記載することにより、図１５に示した各処理との対応を明らかにしてある。
【００４５】
上式１により得られるモニタ基板Ｗ１〜Ｗ４の膜厚と、所望の膜厚との差を、膜厚差ΔＦＴ１〜ΔＦＴ４と表すと、下式２を解くことにより、この膜厚差ΔＦＴ１〜ΔＦＴ４を与える温度調整部分４０２−１〜４０２−５の温度変化ΔＴ１〜ΔＴ５を算出することができる。
ここで、図７〜図９に示した例に倣うと、ΔＴ１＝Ｔ１−７６０°Ｃ，ΔＴ２＝Ｔ２−７６０°Ｃ，・・・，ΔＴ５＝Ｔ５−７６０°Ｃであり、Ｔ１〜Ｔ５は、温度調整部分４０２−１〜４０２−５の温度設定値である。
【００４６】
【数２】

【００４７】
図１０は、図６に示した設定値算出部５０４および膜厚算出部５０２による温度調整部分４０２−１〜４０２−５（図４，図５）に対する温度設定値の算出方法を、温度調整部分４０２−１およびモニタ基板Ｗ１がそれぞれ１つだけである場合について、模式的に示す図である。
図１１は、図６に示した膜厚算出部５０２が、初期に算出するモニタ基板Ｗ１〜Ｗ４の膜厚Ｗｃ１〜Ｗｃ４を例示する図である。
図１２は、図６に示した膜厚算出部５０２が、最終的に算出するモニタ基板Ｗ１〜Ｗ４の膜厚Ｗｃ１〜Ｗｃ４を例示する図である。
【００４８】
なお、実際には、図１０に例示するように、設定値算出部５０４は、処理の初期には図１１に例示するような値を採るモニタ基板Ｗ１〜Ｗ４の膜厚の計算値Ｗｃ１〜Ｗｃ４が、徐々に、所望の値に近づいてゆくように、温度調整部分４０２−１〜４０２−５の温度設定値を少しずつ、繰り返し変更し（図１０に示すａ→ｂ，ｃ→ｄ，ｅ→ｆ，・・・・→ｎ）、温度設定値を変更するたびに、膜厚算出部５０２に膜厚の計算を行わせる（図１０に示すｂ→ｃ，ｄ→ｅ，ｆ→・・・・→ｎ）。
【００４９】
以上述べたように、設定値算出部５０４は、モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４の膜厚の計算値Ｗｃ１〜Ｗｃ４が、図１２に例示するような所望の値（目標範囲内）となるまで、膜厚算出部５０２による膜厚の計算と温度設定値の変更とを繰り返し、最終的に、適切な温度設定値を算出する（図１０における実線上ｎを付して示す設定値）。
モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４の膜厚の目標範囲は、例えば５００±５ｎｍなどである。
このように、膜厚算出部５０２および設定値算出部５０４による処理を繰り返すことにより、多数、存在するヒータ４２の温度調整部分４０２−１〜４０２−５（図４，図５）に対する温度設定の組み合わせの中から、最適な組み合わせを、少ない時間で見つけることができる。
【００５０】
［設定値算出部５０４の補正処理（Ｓ２３０，Ｓ２５０，Ｓ２５８，Ｓ２６０；図１５）］
図１３は、モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４に形成される膜の厚さの計算値と、実際に形成された膜の厚さとが異なってしまう場合を例示する図である。
以上のように算出された温度調整部分４０２−１〜４０２−５に対する温度の設定値を用いて膜形成を行っても、図１３に例示するように、モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４それぞれの膜厚の計算値Ｗｃ１〜Ｗｃ４と、実際の膜厚Ｗｒ１〜Ｗｒ４とが異なってしまう場合がある。
【００５１】
このような場合、設定値算出部５０４は、図１３にさらに示すように、モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４それぞれの膜厚の計算値Ｗｃ１〜Ｗｃ４で、実際の膜厚さＷｒ１〜Ｗｒ４を除算して得られる面間誤差比率α１〜α４を求める（Ｓ２３０；図１５）。
設定値算出部５０４は、面間誤差比率α１〜α４を、膜厚算出部５０２が算出するモニタ基板Ｗ１〜Ｗ４それぞれの膜厚の計算値Ｗｃ１〜Ｗｃ４に乗算する。このようにして、設定値算出部５０４は、温度調整部分４０２−１〜４０２−５に対する温度設定値を補正し（Ｓ２５０；図１５）、最終的な温度設定値を得る。
設定値算出部５０４は、以上説明したようにモニタ基板Ｗ１〜Ｗ４の膜厚を算出し、さらに、実測値に基づいて補正した温度調整部分４０２−１〜４０２−５に対する温度設定値を、膜形成制御装置２２に対して出力するとともに、設定値ＤＢ５２２に記憶させ、管理する（Ｓ２５８，Ｓ２６０；図１５）。
【００５２】
［設定温度算出プログラム５に基づく基板処理システム１の動作］
以下、設定温度算出プログラム５に基づく基板処理システム１の動作を説明する。
図１４は、図７〜図９に示した熱干渉行列Ｍを求める処理（Ｓ１０）を示すフローチャートである。
図１４に示すように、ステップ１００（Ｓ１００）において、基板処理システム１（図１）のユーザが、演算処理装置３の表示・入力装置１６（図２）に対して、式１に示したガスの圧力・流量など、温度調整部分４０２−１〜４０２−５の温度に対する初期条件を設定する。
設定温度算出プログラム５（図６）のユーザインターフェース部５１０は、入力された初期条件を干渉行列・係数算出部５００に対して出力する。
【００５３】
ステップ１０２（Ｓ１０２）において、干渉行列・係数算出部５００は、熱干渉行列Ｍの作成のために、温度調整部分４０２−１〜４０２−５に対して設定すべき全ての温度条件（図７を参照して上述）について、膜厚の測定が終了したか否かを判断する。
全ての条件についての膜厚の測定が終了した場合には、設定温度算出プログラム５はＳ１１２の処理に進み、これ以外の場合にはＳ１０４の処理に進む。
【００５４】
ステップ１０４（Ｓ１０４）において、干渉行列・係数算出部５００は、Ｓ１００の処理において設定された温度以外の条件、および、それまでに膜厚の測定がなされていない温度条件（次の温度条件；図７を参照して上述したＦＬＡＴ，Ｕなどのいずれか）を、膜形成制御装置２２に対して出力する。
膜形成制御装置２２（図１，図５）は、設定された条件で基板１８０に対して膜形成を行うように、基板処理装置４を制御する。
【００５５】
ステップ１０６（Ｓ１０６）において、干渉行列・係数算出部５００は、膜形成制御装置２２から温度調整部分４０２−１〜４０２−５の温度を示す情報を受けて、これらの温度が平衡状態になり、膜形成が可能な状態になったか否かを判断する。
温度が平衡状態になった場合には、設定温度算出プログラム５はＳ１０８の処理に進み、これ以外の場合にはＳ１０４，Ｓ１０６の処理に留まる。
【００５６】
ステップ１０８（Ｓ１０８）において、干渉行列・係数算出部５００は、基板１８０に対して膜形成を行うように、基板処理装置４を制御する。
【００５７】
Ｓ１０８の処理における膜形成が終了すると、ステップ１１０（Ｓ１１０）において、干渉行列・係数算出部５００は、膜厚測定装置２６を制御して、モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４それぞれに形成された膜の厚さを計測させ、計測結果を受ける。
【００５８】
ステップ１１２（Ｓ１１２）において、干渉行列・係数算出部５００は、図８，図９に示したように熱干渉行列Ｍを作成し、処理を終了する。
【００５９】
次に、設定値算出処理を説明する。
図１５は、図１０〜図１３を参照して説明した設定値算出処理（Ｓ２０）を示すフローチャートである。
図１５に示すように、ステップ２００（Ｓ２００）において、設定値算出部５０４は、膜厚算出部５０２に対して、膜形成処理の初期条件として、温度・圧力・流量などを設定する。
【００６０】
ステップ２１２，２１４（Ｓ２１２，Ｓ２１４）において、膜厚算出部５０２は、与えられた条件において、式１を用いてモニタ基板Ｗ１〜Ｗ４それぞれに形成される膜厚を算出する。
【００６１】
ステップ２１６（Ｓ２１６）において、設定値算出部５０４は、膜厚算出部５０２が算出した対象基板Ｗ１〜Ｗ４それぞれの膜厚が、目標範囲（図１１〜図１３）であるか否かを判断する。
膜厚が目標範囲である場合には、設定温度算出プログラム５はＳ２３０の処理に進み、これ以外の場合にはＳ２１８の処理に進む。
【００６２】
ステップ２１８（Ｓ２１８）において、設定値算出部５０４は、上記式２のＭを用いて、温度調整部分４０２−１〜４０２−５それぞれに対する温度設定値を更新し、Ｓ２１２の処理に戻る。
つまり、Ｓ２１２〜Ｓ２１８の処理ループにおいて、設定温度算出プログラム５は、図１０を参照して説明したように、所望の膜厚を得るために、温度調整部分４０２−１〜４０２−５（図３，図５）に対して設定すべき温度設定値を算出する。
【００６３】
ステップ２３２（Ｓ２３２）において、設定値算出部５０４は、Ｓ２１０の処理により算出された温度設定値を膜形成制御装置２２（図１，図５）に対して出力する。
膜形成制御装置２２は、設定された条件で基板処理装置４を制御し、基板１８０に対する膜形成処理を行わせる。
【００６４】
Ｓ２３２の処理における膜形成が終了すると、ステップ２３４（Ｓ２３４）において、設定値算出部５０４は、膜厚測定装置２６を制御して、モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４それぞれに形成された膜の厚さを計測させる。
【００６５】
ステップ２３６（Ｓ２３６）において、設定値算出部５０４は、モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４それぞれの膜厚の測定結果と、最後にＳ２１４の処理において算出された膜厚とに基づいて、面間誤差比率α１〜α４（図１３）を算出する。
【００６６】
ステップ２５２，２５４（Ｓ２５２，Ｓ２５４）において、膜厚算出部５０２は、Ｓ２１２，Ｓ２１４における場合と同様に、モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４それぞれに形成される膜厚を算出する。
【００６７】
ステップ２５６（Ｓ２５６）において、設定値算出部５０４は、Ｓ２５２，Ｓ２５４の処理において算出されたモニタ基板Ｗ１〜Ｗ４それぞれに形成される膜厚Ｗｃ１〜Ｗｃ４に、Ｓ２３６の処理において算出された面間誤差比率α１〜α４を乗算する。
【００６８】
ステップ２５８（Ｓ２５８）において、設定値算出部５０４は、乗算により得られた膜厚が、目標値（図１１〜図１３）になっているか否かを判断する。
設定値算出部５０４は、膜厚が目標値になっている場合には、最後に膜厚の算出に用いられた温度調整部分４０２−１〜４０２−５に対する温度設定値を、最終的に膜形成制御装置２２および設定値ＤＢ５２２に対して出力する。
膜形成制御装置２２は、この温度設定値に基づいて基板処理装置４を制御して、製品半導体製造用の基板１８０に対する膜形成を行わせる。
【００６９】
また、設定値算出部５０４は、膜厚が目標値になっていない場合には、Ｓ２６０の処理に進む。
ステップ２６０（Ｓ２６０）において、設定値算出部５０４は、上記式２のＭを用いて、温度調整部分４０２−１〜４０２−５それぞれに対する温度設定値を更新し、Ｓ２５２の処理に戻る。
【００７０】
このように、面間膜厚を均一化するための温度設定値が算出され、設定値ＤＢ５２２に記憶される。
そして、設定値ＤＢ５２２に記憶された温度設定値（設定温度）は、膜厚分布算出プログラム６に適用される。
【００７１】
［膜厚分布算出プログラム６］
膜厚分布算出プログラム６は、反応室４０（図４）における膜形成において、反応室４０全体をモデル化した反応室解析モデルと、ボート４０４に載置された基板１８０間をモデル化した基板面内解析モデルとを用いて基板１８０の面内膜厚分布を算出する。
【００７２】
図１６は、膜厚分布算出プログラム６を反応室４０に適用する場合の反応室解析モデルを示す図である。
図１６に示すように、反応室解析モデルは、基板１８０の列および遮熱板４０６の列をそれぞれ円柱として扱い、基板１８０の列と遮熱板４０６の列との間に下部空間４１４を形成し、インナチューブ４５０と基板１８０の列との間に流路４１６を形成し、アウタチューブ４４８が配置されることによって反応室４０上部の上部空間４１８および筒状空間４５２（図４参照）を形成することによって表され、流路４１６におけるガスの流れ方向の濃度分布を算出するために用いられる。
【００７３】
反応室解析モデルは、基板１８０の厚み、大きさ等の形状および配置、枚数、インナチューブ４５０とアウタチューブ４４８の配置、サイズ、形状、遮熱板４０６の枚数、形状、配置等のパラメータの変化により、上述の基板１８０の列、および円柱状の遮熱板４０６の列、下部空間４１４、流路４１６、上部空間４１８および筒状空間４５２の形状が変化したものとみなされる。
つまり、これらのパラメータが変化すると反応室解析モデルに適用されるパラメータを含む条件が変更される。
【００７４】
一般的に、製品として使用されないダミー基板１８４（図１６参照）は、製品として使用されるプロダクト用の基板１８０の列の最上部および最下部にそれぞれ配置される。
さらに、モニタ基板は、少なくともプロダクト用の基板１８０の列の最上部および最下部とダミー基板１８４との間にそれぞれ配置される。
このようなモニタ基板の配置とするのは、モニタ基板の膜厚均一性が所望の範囲内に収まり、良好であればダミー基板１８４間の範囲内に配置されるプロダクト用の基板１８０も膜厚均一性が所望の範囲内であると推定できるためである。つまり、ダミー基板１８４の最上部および最下部の枚数を変更する場合、モニタ基板の位置も変更されることになる。
この場合、プロダクト用の基板１８０の最上部および最下部の位置も変更されることがある。
よって、成膜解析（Ｓ５０２：図２４を用いて後述する）によって求められる条件も変更されることとなる。
すなわち、ダミー基板１８４の枚数に応じて成膜条件も変更されることになる。
【００７５】
また、ダミー基板１８４は、製品として使用されるプロダクト用の基板１８０の列の最上部および最下部またはこれらのいずれかにそれぞれ空間をおいて配置される場合もある。
この場合も、モニタ基板は、少なくともプロダクト用の基板１８０の列の最上部および最下部とダミー基板１８４との間にそれぞれ配置される。
したがって、下部空間４１４および上部空間４１８またはこれらのいずれかの形状が変化したとみなされることにより、反応室解析モデルに適用されるパラメータを含む条件が変更される。
また、ダミー基板１８４の枚数が変更される場合にも、下部空間４１４および上部空間４１８またはこれらのいずれかの形状が変化したとみなされることにより、反応室解析モデルに適用されるパラメータを含む条件が変更される。
また、成膜解析を行う対象をモニタ基板とせず、プロダクト用の基板１８０としても同様にパラメータを含む条件が変更される。
また、反応室解析モデルは、基板１８０の中心から半径方向（ｒ方向）への距離を半径方向座標ｒによって示し、流路４１６の下方から上方（流れ方向：ｚ方向）の距離を流れ方向座標ｚによって示すようにしている。
【００７６】
図１７は、膜厚分布算出プログラム６を反応室４０に適用する場合の基板面内解析モデルを示す図である。
図１７に示すように、基板面内解析モデルは、２枚の基板１８０によって上下から挟まれた基板間空間１８６、半径方向座標ｒおよび基板端１８８によって表され、２枚の基板１８０間の反応およびガス拡散の解析に用いられる。
なお、基板１８０がガスの流れ方向に対して垂直に配置されているので、基板間空間１８６においては、ｒ方向のガス拡散のみが考慮され、流れ方向（ｚ方向）の影響は無視できるものとしている。
【００７７】
さらに、膜厚分布算出プログラム６は、ガスの反応がガスの流れに影響を与えないこと、ガスの流速が場所によらず一定であること、および、気相反応が１次反応であり、表面付着反応が単純な付着であることを条件としている。
このように、膜厚分布算出プログラム６は、流れ方向のガス濃度分布を流れ方向座標ｚによる一次元の分布とし、基板間空間１８６のガス濃度分布を半径方向座標ｒによる一次元の分布として表すことができるようにされている。
【００７８】
図１８は、膜厚分布算出プログラム６の構成を示す図である。
図１８に示すように、膜厚分布算出プログラム６は、接点データ算出部６００、流れ方向計算モジュール６０２、基板面内計算モジュール６０４、濃度収束判定部６０６、濃度分布記憶部６０８、成膜速度算出部６１０、面内分布算出部６１２およびユーザインターフェース（ＵＩ）部６１４から構成される。
【００７９】
膜厚分布算出プログラム６は、記録媒体１４０（図２）などを介して演算処理装置３に供給され、メモリ１０４にロードされて実行される。
膜厚分布算出プログラム６は、これらの構成部分により、設定値ＤＢ５２２に記憶された温度設定値（設定温度）に基づいて、基板処理システム１において処理される基板１８０における面内の膜厚分布を算出する。
つまり、基板処理システム１は、該基板処理システム１によって処理される基板１８０の面内における成膜処理結果を膜厚分布算出プログラム６によって予測することができる。
【００８０】
［接点データ算出部６００］
膜厚分布算出プログラム６は、上述したように反応室４０内のガス濃度を一次元の分布の組み合わせによって算出するようにされている。
つまり、ガス濃度は、ガスの流れに対して垂直な方向には均一とされている。
一方、反応室４０内で基板１８０が処理される場合には、壁面（基板１８０の表面および反応室４０の内面）付近に濃度境界層が形成され、ガスの流れの中心におけるガス濃度に対し、壁面付近のガス濃度が低くなっている。
特に、壁面に対する付着係数の高いガスを用いる場合、濃度境界層の影響を考慮する必要がある。
濃度境界層の影響を考慮するため、接点データ算出部６００は、ガスの流れの中心におけるガス濃度に対する壁面付近のガス濃度の比（濃度比）を算出する。
よって、膜厚分布算出プログラム６は、濃度比を適用することにより、濃度境界層の影響を考慮して基板１８０における面内の膜厚分布を算出することができる。
【００８１】
［流れ方向計算モジュール６０２］
流れ方向計算モジュール６０２は、図１６に示した反応室解析モデルの定常状態において、下式３に示すガス濃度の支配方程式により、膜厚分布の算出対象となる基板１８０に対応する流れ方向座標ｚの値に対し、反応室４０内の１つのガスの濃度（濃度分布）を算出する。
【００８２】
【数３】

【００８３】
式３には、流路４１６の入口（流れ方向：ｚ＝０）および流路４１６の出口における境界条件が設定されている。
流路４１６の入口（流れ方向：ｚ＝０）において、反応室４０内に供給される全てのガスの濃度は、ガスの流量および圧力等の条件に応じた既知量としてｚ方向初期濃度が設定されるようになっている。
また、流路４１６の出口において、反応室４０内に供給されるガスは濃度勾配を０としている。
【００８４】
［基板面内計算モジュール６０４］
基板面内計算モジュール６０４は、図１７に示した基板面内解析モデルにおいて、下式４に示すガス濃度の支配方程式により、膜厚分布の算出対象となる基板１８０の半径方向座標ｒの値に対し、１つのガスの濃度（濃度分布）を算出する。
【００８５】
【数４】

【００８６】
式４には、基板の中心および基板端１８８における境界条件が設定されている。
基板の中心において、反応室４０内に供給される全てのガスは濃度勾配を０としている。
また、基板端１８８におけるガスの濃度は、式３によって流れ方向座標ｚの値に対して算出されたガスの濃度とする。
このように、基板面内計算モジュール６０４は、基板１８０の半径方向座標ｒに対する１つのガスの濃度（濃度分布）を算出し、濃度収束判定部６０６に対して出力する。
【００８７】
［濃度収束判定部６０６］
濃度収束判定部６０６は、基板面内計算モジュール６０４から受入れた濃度を濃度分布記憶部６０８に対して出力すると共に、反応室４０内に供給されるガスの濃度がｚ方向において収束したか否かを判定する。
ガスの濃度がｚ方向において収束していない場合には、濃度収束判定部６０６は、再度流れ方向計算モジュール６０２に対してｚ方向においてガスの濃度が収束するようにガス濃度の算出を行わせる。
ガスの濃度がｚ方向において収束している場合には、濃度収束判定部６０６は、収束した濃度分布を濃度分布記憶部６０８から受け入れ、成膜速度算出部６１０に対して出力する。
【００８８】
［成膜速度算出部６１０］
成膜速度算出部６１０は、壁面（基板１８０の表面および反応室４０の内面）に対する成膜速度を算出する下式５により、式４によって算出された基板１８０の半径方向座標ｒに対する１つのガスの濃度（濃度分布）に対応する成膜速度（成膜速度分布）を算出する。
また、成膜速度算出部６１０は、設定温度算出プログラム５によって算出された温度設定値を設定値ＤＢ５２２（図６，図１８）から受入れて、成膜速度（成膜速度分布）の算出に適用する。
なお、成膜定数βは、反応室４０内に供給されるガスの種類および形成される膜の種類などに応じて算出される定数である。
【００８９】
【数５】

【００９０】
［面内分布算出部６１２］
面内分布算出部６１２は、成膜速度算出部６１０が算出した成膜速度（成膜速度分布）に応じて、基板１８０の面内の膜厚分布を算出する。
つまり、演算処理装置３は、面内分布算出部６１２が膜厚分布を算出することにより、基板処理装置４が基板１８０に対して成膜処理をする結果を予測する。
また、面内分布算出部６１２は、算出された膜厚分布を設定値ＤＢ５２２、およびＵＩ部６１４を介して演算処理装置３の表示・入力装置１６（図２）に対して出力する。
【００９１】
［ＵＩ部６１４］
ＵＩ部６１４は、例えば流路４１６の入口（流れ方向：ｚ＝０）におけるｚ方向初期濃度など、膜厚分布を算出するために用いるパラメータなどを表示・入力装置１６（図２）を介して受け入れ、膜厚分布算出プログラム６を構成する各部に対して出力すると共に、膜厚分布算出プログラム６を構成する各部の状況を受入れて、表示・入力装置１６に対して出力する。
【００９２】
膜厚分布算出プログラム６によって、面内膜厚分布を算出する基板１８０は、ボート４０４の上部および下部に載置されている基板１８０であることが好ましい。
また、ボート４０４に載置されている全ての基板１８０に対して面内膜厚分布を算出するようにしてもよい。
【００９３】
［膜厚分布算出プログラム６の動作］
以下、膜厚分布算出プログラム６の動作を説明する。
図１９は、膜厚分布算出プログラム６の動作（Ｓ３０）を示すフローチャートである。
図１９に示すように、ステップ３００（Ｓ３００）において、基板処理システム１（図１）のユーザが、演算処理装置３の表示・入力装置１６（図２）に対して、反応室解析モデルおよび基板面内解析モデルに対応する基板の厚みおよび大きさ等のパラメータなどの条件を設定する。
膜厚分布算出プログラム６（図１８）のユーザインターフェース部６１４は、設定されたパラメータなどの条件を、膜厚分布算出プログラム６を構成する各部に対して出力する。
【００９４】
ステップ３０２（Ｓ３０２）において、接点データ算出部６００は、ガスの流れの中心におけるガス濃度に対する壁面付近のガス濃度の比（濃度比：接点データ）を算出し、流れ方向計算モジュール６０２に対して出力する。
【００９５】
ステップ３０４（Ｓ３０４）において、基板処理システム１（図１）のユーザが、演算処理装置３の表示・入力装置１６（図２）に対して、ガス流量および圧力等の条件を設定し、この設定に応じて流れ方向計算モジュールがｚ方向初期濃度を設定する。
膜厚分布算出プログラム６（図１８）のユーザインターフェース部６１４は、入力されたｚ方向初期濃度を流れ方向計算モジュール６０２に対して出力する。
【００９６】
ステップ３０６（Ｓ３０６）において、流れ方向計算モジュール６０２は、基板１８０に対応する流れ方向座標ｚの値に対し、反応室４０内の１つのガスの濃度（濃度分布）を算出し、基板面内計算モジュール６０４に対して出力する。
【００９７】
ステップ３０８（Ｓ３０８）において、基板面内計算モジュール６０４は、基板１８０の半径方向座標ｒの値に対する濃度分布を算出し、濃度収束判定部６０６に対して出力する。
【００９８】
ステップ３１０（Ｓ３１０）において、濃度収束判定部６０６は、基板面内計算モジュール６０４から受入れた濃度分布を濃度分布記憶部６０８に対して出力すると共に、反応室４０内に供給されるガスの濃度がｚ方向において収束したか否かを判定する。
ガスの濃度がｚ方向において収束していない場合には、濃度収束判定部６０６は、再度流れ方向計算モジュール６０２（図１８）に対してｚ方向においてガスの濃度が収束するようにガス濃度の算出を行わせてＳ３０６の処理に進む。
ガスの濃度がｚ方向において収束している場合には、濃度収束判定部６０６は、濃度分布を濃度分布記憶部６０８から受け入れ、濃度分布を成膜速度算出部６１０に対して出力する。
【００９９】
ステップ３１２（Ｓ３１２）において、成膜速度算出部６１０は、濃度収束判定部６０６から受入れた濃度分布に応じた成膜速度（成膜速度の分布）を算出し、面内分布算出部６１２に対して出力する。
【０１００】
ステップ３１４（Ｓ３１４）において、面内分布算出部６１２は、成膜速度の分布に応じて面内における膜厚分布を算出し、設定値ＤＢ５２２、およびＵＩ部６１４を介して演算処理装置３の表示・入力装置１６（図２）に対して出力する。
【０１０１】
ステップ３１６（Ｓ３１６）において、基板処理システム１（図１）のユーザは、表示・入力装置１６から基板１８０の面内における膜厚分布を入手する。
【０１０２】
［面内誤差比率］
算出された面内の膜厚分布は、面間の膜厚の計算値を補正した場合（図１３，図１５など参照）と同様に、実際に形成された膜の厚さに対する誤差比率（面内誤差比率）によって補正されることが好ましい。
以下、演算処理装置３が算出する面内誤差比率について説明する。
【０１０３】
図２０は、実際に形成された面内の膜厚分布を例示する図表である。
図２０に示した膜厚の形成条件は、例えば、温度調整部分４０２−１の温度が７５０°Ｃであり、温度調整部分４０２−２〜４０２−４の温度が７４０°Ｃであり、温度調整部分４０２−５の温度が７３０°Ｃであり、ガスの圧力が５０Ｐａであり、ガスの流量が５００ｃｃｍであり、さらに、基板１８０の列の上部に配置されたダミー基板１８４の枚数が２枚であり、基板１８０の列の下部に配置されたダミー基板１８４の枚数が２枚である。
【０１０４】
ボート４０４の上部に載置されたダミー基板１８４と、ボート４０４の下部に載置されたダミー基板１８４との間には、例えば製品となるプロダクト用の基板１８０が１００枚載置されている。
膜厚測定装置２６は、例えば、ボート４０４の上部に載置されたダミー基板１８４の下方に位置する基板１８０、ボート４０４の下部に載置されたダミー基板１８４の上方に位置する基板１８０、および、これらの基板１８０の中間に載置された基板１８０に対して面内膜厚分布を測定する。
図２０においては、スロット番号が１，５０，１００の位置の基板１８０が面内膜厚分布を測定する対象となっている。
図２０に示すように、膜厚測定装置２６（図１）は、例えば、スロット番号が１，５０，１００の位置の基板１８０に対し、例えば半径方向座標ｒが０ｍｍ，７５ｍｍ，１４０ｍｍの位置における膜厚をそれぞれ測定する。
測定された膜厚は、同一半径における平均膜厚としてもよい。
【０１０５】
図２１は、図２０に示した基板１８０に対する算出された面内の膜厚分布を例示する図表である。
図２１に示すように、演算処理装置３（図１）は、例えば、スロット番号が１，５０，１００の位置の基板１８０に対し、例えば半径方向座標ｒが０ｍｍ，７５ｍｍ，１４０ｍｍの位置における膜厚をそれぞれ算出する。
算出された膜厚は、同一半径における平均膜厚としてもよい。
【０１０６】
図２２は、算出された面内の膜厚（図２１）に対する測定された面内の膜厚（図２０）の比（面内誤差比率の例）を示す図表である。
図２２に示すように、演算処理装置３（図１）は、算出された面内の膜厚に対する測定された面内の膜厚の比を、それぞれ面内誤差比率として算出する。
例えば、スロット番号が１００の位置の基板１８０は、半径方向座標ｒが０ｍｍ（基板１８０の中心）において、面内誤差比率が５００／４９５（≒１．０１０１）となっている。
【０１０７】
［面内誤差比率の算出］
図２３は、膜厚分布算出プログラム６（図１８）によって算出された基板の面内膜厚分布に対し、演算処理装置３（図１）が面内誤差比率を算出する処理（Ｓ４０）を示すフローチャートである。
図２３に示すように、ステップ４００（Ｓ４００）において、演算処理装置３は、事前にガス流量、圧力および温度などが同じ条件下で成膜処理された膜形成済基板１８２（図１）に対し、測定された面内の膜厚を膜厚測定装置２６から受け入れ、測定された面内の平均膜厚（図２０参照）を作成し、面内膜厚分布を設定値ＤＢ５２２に記憶させる。
【０１０８】
ステップ４０２（Ｓ４０２）において、演算処理装置３は、膜形成済基板１８２に対してＳ３０（図１９）に示した処理を行い、算出された面内の平均膜厚（図２１参照）を設定値ＤＢ５２２に記憶させる。
【０１０９】
ステップ４０４（Ｓ４０４）において、演算処理装置３は、測定された面内の平均膜厚と算出された面内の平均膜厚とを設定値ＤＢ５２２（図６，図１８）から受け入れ、面内誤差比率（図２２参照）を算出し、設定値ＤＢ５２２に記憶させる。
【０１１０】
［基板処理システム１の全体動作］
以下、基板処理システム１の全体動作について説明する。
図２４は、基板処理システム１の全体動作（Ｓ５０）を示すフローチャートである。
図２４に示すように、ステップ５００（Ｓ５００）において、基板処理システム１（図１）のユーザが、演算処理装置３の表示・入力装置１６（図２）に対して、ボート４０４の上部および下部に配置されるダミー基板１８４の枚数を反応室４０における基準枚数および初期条件としてのガス流量、圧力および温度並びに基板の厚さ等のパラメータを設定する。
膜厚分布算出プログラム６（図１８）のユーザインターフェース部６１４は、入力されたダミー基板１８４の基準枚数を、膜厚分布算出プログラム６を構成する各部に対して出力する。
【０１１１】
ステップ５０２（Ｓ５０２）において、基板処理システム１は、基板処理システム１によってＳ１０（図１４），Ｓ２０（図１５）に示した処理を行い、面間膜厚を均一化するための設定温度を設定値ＤＢ５２２に記憶させる。
なお、Ｓ１０，Ｓ２０に示した処理で設定されると説明した初期条件は、上述したＳ５００の処理において設定されたものが使用される。
【０１１２】
ステップ５０４（Ｓ５０４）において、演算処理装置３は、ガス流量、圧力および温度などが同じ条件下での面内誤差比率が算出されているか否かを確認し、面内誤差比率が算出されていない場合にはＳ５０６の処理に進み、面内誤差比率が算出されている場合にはＳ５０８の処理に進む。
【０１１３】
ステップ５０６（Ｓ５０６）において、演算処理装置３は、面内誤差比率を算出する処理（Ｓ４０）を行い、算出された面内誤差比率を設定値ＤＢ５２２に記憶させる。
【０１１４】
ステップ５０８（Ｓ５０８）において、基板処理システム１は、基板処理システム１によってＳ３０（図１９）に示した処理を行い、演算処理装置３に基板１８０の面内膜厚分布を算出させ、面内膜厚分布を設定値ＤＢ５２２に記憶させる。
なお、Ｓ３０に示した処理で設定されると説明した条件設定は、上述したＳ５００の処理において設定されたものが使用される。
【０１１５】
ステップ５１０（Ｓ５１０）において、演算処理装置３は、Ｓ５０８の処理で算出された面内膜厚分布に対し、Ｓ５０２の処理にて算出されている面内誤差比率、またはＳ５０６の処理で算出された面内誤差比率を乗じ、算出された面内膜厚分布を補正する。
【０１１６】
ステップ５１２（Ｓ５１２）において、演算処理装置３は、Ｓ５１０の処理において補正された面内膜厚分布の値を表示・入力装置１６によって表示する。
図２５は、補正された面内膜厚分布の値を例示する図表である。
つまり、基板処理システム１のユーザは、例えば、図２５に示したような半径方向座標ｒの値によって異なる面内膜厚分布の値を表示・入力装置１６を介して受入れる。
また、演算処理装置３は、補正された面内膜厚分布が規定値外の値になっている場合にはＳ５１４の処理に進み、補正された面内膜厚分布が規定値内の値になっている場合にはＳ５１６の処理に進む。
例えば、面内の膜厚の規定値が５００±１０ｎｍの場合、図２５に示したような面内膜厚分布の値が得られると、各スロット番号の位置の基板１８０が面内膜厚分布が規定値内の値になっているので、Ｓ５１６の処理に進む。
【０１１７】
ステップ５１４（Ｓ５１４）において、基板処理システム１のユーザは、表示・入力装置１６に対して、ボート４０４の上部および下部に配置されるダミー基板１８４の枚数を変更し、Ｓ５０２の処理に進む。
膜厚分布算出プログラム６（図１８）のユーザインターフェース部６１４は、Ｓ５１４において変更されたダミー基板１８４の枚数を、膜厚分布算出プログラム６を構成する各部に対して出力する。
なお、Ｓ５００の処理にて初期条件として設定すると説明したパラメータは、Ｓ５０２，Ｓ５０８の処理それぞれにおいて、基板処理システム１のユーザが設定するようにしてもよい。
また、Ｓ５１２，Ｓ５１４の処理において、図１０に例示された膜厚の計算値が目標膜厚の範囲内に入るように温度を繰り返し変更した場合と同様にダミー基板１８４の枚数を変更し、演算処理装置３は、基板処理システム１のユーザが操作することなく、適切なダミー基板１８４の枚数を算出するようにしてもよい。
【０１１８】
ステップ５１６（Ｓ５１６）において、演算処理装置３は、ダミー基板１８４の枚数および設定温度を含む成膜条件を決定し、膜形成制御装置２２を介して基板処理装置４に対する成膜条件を設定する。
【０１１９】
ステップ５１８（Ｓ５１８）において、基板処理システム１は、膜形成制御装置２２を介して基板処理装置４に設定された成膜条件に基づいて、基板１８０に対して成膜処理を行う。
なお、ダミー基板１８４の枚数にて例示したが、プロダクト用の基板１８０の枚数でもよい。
また、モニタ基板、プロダクト用の基板１８０またはダミー基板１８４の配置および枚数を変更するようにしてもよい。
【０１２０】
［変形例］
以下、本発明の実施形態における変形例を説明する。
本発明の実施形態における変形例において、基板処理システム１（図１）は、ガスの流量および圧力またはこれらのいずれかを変更することにより、基板１８０の面内膜厚分布が規定値内になるようにする。
【０１２１】
［基板処理システム１の全体動作］
以下、本発明の実施形態の変形例における基板処理システム１の全体的な動作を説明する。
図２６は、本発明の実施形態の変形例における基板処理システム１の全体的な動作（Ｓ６０）を示すフローチャートである。
図２６に示すように、ステップ６００（Ｓ６００）において、基板処理システム１（図１）のユーザが、演算処理装置３の表示・入力装置１６（図２）に対して、ガスの流量および圧力をそれぞれ反応室４０における基準値および初期条件としての温度、基板の厚さなどのパラメータを設定する。
膜厚分布算出プログラム６（図１８）のユーザインターフェース部６１４は、入力されたガスの流量および圧力を膜厚分布算出プログラム６を構成する各部に対して出力する。
【０１２２】
ステップ６０２（Ｓ６０２）において、基板処理システム１は、基板処理システム１によってＳ１０（図１４），Ｓ２０（図１５）に示した処理を行い、面間膜厚を均一化するための設定温度を設定値ＤＢ５２２に記憶させる。
なお、Ｓ１０，Ｓ２０に示した処理で設定されると説明した初期条件は、上述したＳ６００の処理において設定されたものが使用される。
【０１２３】
ステップ６０４（Ｓ６０４）において、演算処理装置３は、ガス流量、圧力および温度などが同じ条件下での面内誤差比率が算出されているか否かを確認し、面内誤差比率が算出されていない場合にはＳ６０６の処理に進み、面内誤差比率が算出されている場合にはＳ６０８の処理に進む。
【０１２４】
ステップ６０６（Ｓ６０６）において、演算処理装置３は、面内誤差比率を算出する処理（Ｓ４０）を行い、算出された面内誤差比率を設定値ＤＢ５２２に記憶させる。
【０１２５】
ステップ６０８（Ｓ６０８）において、基板処理システム１は、基板処理システム１によってＳ３０（図１９）に示した処理を行い、演算処理装置３に基板１８０の面内膜厚分布を算出させ、面内膜厚分布を設定値ＤＢ５２２に記憶させる。
なお、Ｓ３０に示した処理で設定されると説明した条件設定は、上述したＳ６００の処理において設定されたものが使用される。
【０１２６】
ステップ６１０（Ｓ６１０）において、演算処理装置３は、Ｓ６０８の処理で算出された面内膜厚分布に対し、Ｓ６０２の処理にて算出されている面内誤差比率またはＳ６０６の処理で算出された面内誤差比率を乗じ、算出された面内膜厚分布を補正する。
【０１２７】
ステップ６１２（Ｓ６１２）において、演算処理装置３は、Ｓ６１０の処理において補正された面内膜厚分布の値を表示・入力装置１６によって表示し、補正された面内膜厚分布が規定値外の値になっている場合にはＳ６１４の処理に進み、面内膜厚分布が規定値内の値になっている場合にはＳ６１６の処理に進む。
【０１２８】
ステップ６１２（Ｓ６１２）において、演算処理装置３は、Ｓ６１０の処理において補正された面内膜厚分布の値を表示・入力装置１６によって表示する。
つまり、基板処理システム１のユーザは、例えば、図２５に示したような半径方向座標ｒの値によって異なる面内膜厚分布の値を表示・入力装置１６を介して受入れる。
また、演算処理装置３は、補正された面内膜厚分布が規定値外の値になっている場合にはＳ６１４の処理に進み、補正された面内膜厚分布が規定値内の値になっている場合にはＳ６１６の処理に進む。
例えば、面内の膜厚の規定値が５００±１０ｎｍの場合と、図２５に示したような面内膜厚分布の値が得られると、各スロット番号の位置の基板１８０が面内膜厚分布が規定値内の値になっているので、Ｓ６１６の処理に進む。
【０１２９】
ステップ６１４（Ｓ６１４）において、基板処理システム１のユーザは、表示・入力装置１６に対して、ガスの流量および圧力またはこれらのいずれかを変更し、Ｓ６０２の処理に進む。
膜厚分布算出プログラム６（図１８）のユーザインターフェース部６１４は、Ｓ６１４において入力されたガスの流量および圧力またはこれらのいずれかを、膜厚分布算出プログラム６を構成する各部に対して出力する。
なお、Ｓ６００の処理にて初期条件として設定すると説明したパラメータは、Ｓ６０２，Ｓ６０８の処理それぞれにおいて、基板処理システム１のユーザが設定するようにしてもよい。
また、Ｓ６１２，Ｓ６１４の処理において、図１０に例示された膜厚の計算値が目標膜厚の範囲内に入るように温度を繰り返し変更した場合と同様にガスの流量および圧力またはこれらのいずれかを変更し、演算処理装置３は、基板処理システム１のユーザが操作することなく、適切なガスの流量および圧力またはこれらのいずれかを算出するようにしてもよい。
【０１３０】
ステップ６１６（Ｓ６１６）において、演算処理装置３は、ガスの流量および圧力またはこれらのいずれかと、設定温度とを含む成膜条件を決定し、膜形成制御装置２２を介して基板処理装置４に対する成膜条件を設定する。
【０１３１】
ステップ６１８（Ｓ６１８）において、基板処理システム１は、膜形成制御装置２２を介して基板処理装置４に設定された成膜条件に基づいて、基板１８０に対して成膜処理を行う。
【０１３２】
なお、基板１８０の面内膜厚分布は、ダミー基板の枚数、ガスの流量および圧力をすべて変更することによって予測されるようにしてもよいし、これらのいずれかのみによって予測されるようにしてもよい。
また、面内膜厚分布を算出する対象をモニタ基板Ｗ１〜Ｗ４などとしてもよい。
このように、基板処理システム１は、基板１８０の面内膜厚分布を容易に予測することができる。
【０１３３】
以上説明したように、基板処理システム１は、設定温度算出プログラム５によって基板１８０ごとの面間の膜厚を均一化するための温度設定値を算出し、基板１８０の面内の膜厚を均一化するために、膜厚分布算出プログラム６によってダミー基板の枚数、ガスの流量および圧力またはこれらのいずれかを設定することができるようにしたので、容易に基板の膜厚分布を算出することができ、基板に形成される膜厚を均一化するための設定を短時間で行うことができる。
【０１３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる基板処理システムによれば、所望の処理結果を容易に予測することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかる基板処理システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示した演算処理装置、膜形成制御装置および係数・設定値ＤＢのハードウェア構成を示す図である。
【図３】図１に示した基板処理装置の構成を例示する図である。
【図４】図３に示したボート、および、ボートに基板を収容した状態の反応室の断面を例示する図である。
【図５】図１に示した膜形成制御装置の構成と、膜形成制御装置と基板処理装置（図１，図３，）との関係を模式的に示す図である。
【図６】図１などに示した演算処理装置において実行される設定温度算出プログラムの構成を示す図である。
【図７】図６に示した干渉行列・係数算出部の処理を示す第１の図表である。
【図８】図６に示した干渉行列・係数算出部の処理を示す第２の図表である。
【図９】図６に示した干渉行列・係数算出部の処理を示す第３の図表である。
【図１０】図６に示した設定値算出部および膜厚算出部による温度調整部分（図４，図５）に対する温度設定値の算出方法を、温度調整部分および測定対象基板Ｗ１がそれぞれ１つだけである場合について、模式的に示す図である。
【図１１】図６に示した膜厚算出部が、初期に算出するモニタ基板Ｗ１〜Ｗ４の膜厚Ｗｃ１〜Ｗｃ４を例示する図である。
【図１２】図６に示した膜厚算出部が、最終的に算出するモニタ基板Ｗ１〜Ｗ４の膜厚Ｗｃ１〜Ｗｃ４を例示する図である。
【図１３】モニタ基板Ｗ１〜Ｗ４に形成される膜の厚さの計算値と、実際に形成された膜の厚さとが異なってしまう場合を例示する図である。
【図１４】図７〜図９に示した熱干渉行列Ｍを求める処理（Ｓ１０）を示すフローチャートである。
【図１５】図１０〜図１３を参照して説明した設定値算出処理（Ｓ２０）を示すフローチャートである。
【図１６】膜厚分布算出プログラムを反応室に適用する場合の反応室解析モデルを示す図である。
【図１７】膜厚分布算出プログラムを反応室に適用する場合の基板面内解析モデルを示す図である。
【図１８】図１などに示した演算処理装置において実行される膜厚分布算出プログラムの構成を示す図である。
【図１９】膜厚分布算出プログラム６の動作（Ｓ３０）を示すフローチャートである。
【図２０】実際に形成された面内の膜厚分布を例示する図表である。
【図２１】図２０に示した基板に対する算出された面内の膜厚分布を例示する図表である。
【図２２】算出された面内の膜厚に対する測定された面内の膜厚の比（面内誤差比率の例）を示す図表である。
【図２３】膜厚分布算出プログラムによって算出された基板の面内膜厚分布に対し、演算処理装置が面内誤差比率を算出する処理（Ｓ４０）を示すフローチャートである。
【図２４】基板処理システムの全体動作（Ｓ５０）を示すフローチャートである。
【図２５】補正された面内膜厚分布の値を例示する図表である。
【図２６】本発明の実施形態の変形例における基板処理システムの全体的な動作（Ｓ６０）を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１・・・基板処理システム
１８０・・・基板
１８２・・・膜形成済基板
１８４・・・ダミー基板
１８６・・・基板間空間
１８８・・・基板端
２２・・・膜形成制御装置
２２０・・・温度制御装置
２２２・・・ヒータ駆動装置
２２４・・・流量制御装置
２２６・・・圧力制御装置
２６・・・膜厚測定装置
２８・・・係数・設定値ＤＢ
３・・・演算処理装置
１０・・・コンピュータ本体
１０２・・・ＣＰＵ
１０４・・・メモリ
１２・・・通信ＩＦ
１４・・・記憶装置
１４０・・・記録媒体
１６・・・表示・入力装置
５・・・設定温度算出プログラム
５００・・・干渉行列・係数算出部
５０２・・・膜厚算出部
５０４・・・設定値算出部
５１０・・・ユーザインターフェース部
５２０・・・・干渉行列・係数ＤＢ
５２２・・・設定値ＤＢ
６・・・設定温度算出プログラム
６００・・・接点データ算出部
６０２・・・流れ方向計算モジュール
６０４・・・基板面内計算モジュール
６０６・・・濃度収束判定部
６０８・・・濃度分布記憶部
６１０・・・成膜速度算出部
６１２・・・面内分布算出部
６１４・・・ユーザインターフェース（ＵＩ）部
４・・・基板処理装置
４０・・・反応室
４２・・・ヒータ
４０２・・・温度調整部分
４０４・・・ボート
４０６・・・遮熱板
４０８・・・温度センサ
４１０・・・ガス流量調整器
４１２・・・流量センサ
４１４・・・下部空間
４１６・・・流路
４１８・・・上部空間
４２０・・・圧力調整装置
４２２・・・圧力センサ
４４８・・・アウタチューブ
４５０・・・インナチューブ
４５２・・・筒状空間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing system that performs processing such as film formation on a substrate such as a semiconductor.
[0002]
[Prior art]
In the field of processing a substrate such as a semiconductor, a vertical CVD apparatus that forms films on a large number of substrates by, for example, chemical vapor deposition (CVD) processing is known.
Patent Document 1 discloses a temperature control method when processing a substrate.
In addition, in the temperature control method disclosed in Patent Document 1, numerical values indicating the relationship between the temperature control amount and the temperature detection value / deviation of the target value are used in the form of a matrix. 1 is called an “interference matrix”.
However, in the substrate processing system, it may take a long time to determine processing conditions for obtaining a desired processing result.
[0003]
[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2000-183072
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is based on the above-described conventional technique, and an object thereof is to provide a substrate processing system capable of easily predicting a desired processing result.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
[Substrate processing system]
In order to achieve the above object, a substrate processing system according to the present invention includes a substrate processing apparatus that performs predetermined processing on a substrate based on a set value indicating a processing condition, and the substrate processing based on the set value. A processing result predicting unit that predicts a result when the apparatus processes the substrate, and the processing result predicting unit includes a processing result predicting unit configured to detect the substrate processing apparatus according to the number of substrates processed by the substrate processing apparatus. Predict the outcome of processing.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Background of the invention]
In order to facilitate understanding of the present invention, first, the background that led to the present invention will be described.
For example, a vertical CVD apparatus forms a film with a desired thickness on a substrate by adjusting the pressure in the reaction chamber, the set value of the flow rate of the gas used as the film material, and the temperature set value of each of the plurality of heaters. In addition, the thickness of the film formed on each of the plurality of substrates is configured to be uniform.
Therefore, in this type of equipment, each time the film thickness is set, it is necessary to change the set values of pressure, gas flow rate and heater temperature. It has been obtained on the basis of the obtained data, has been obtained on the basis of the experience of engineers, or has actually been obtained by experiments for forming a film on a substrate under various conditions.
[0007]
Moreover, it is preferable that the film thickness of a board | substrate is uniform also in the surface of one board | substrate.
Therefore, for the film thickness in the surface of the substrate, the set value is obtained based on the data obtained by the previous CVD process, obtained based on the experience of the engineer, or actually under various conditions. It has been obtained by experiments for forming a film on a substrate.
[0008]
However, when the above-described set value is obtained based on the previous data or the experience of engineers, the time required to set the set value to an appropriate value may be long.
In this way, when trying to obtain a set value by experiment, a large amount of substrates are required for the experiment, and most of the substrates used for the experiment are wasted because they cannot be used for manufacturing products. .
[0009]
In addition, when calculating the in-plane film thickness from the experimental analysis results, two-dimensional or three-dimensional analysis is required, and it is complicated to calculate processing conditions (set values) from the analysis results. Sometimes.
For example, in a vertical CVD apparatus, when a film is formed on a plurality of substrates, the film thickness for each of the plurality of substrates (film thickness between the surfaces) and the film thickness within the surface of the substrate are set to desired thicknesses. It may take several days to several weeks to calculate the processing conditions.
[0010]
On the other hand, the above-described interference matrix not only shows the relationship between the temperature control amount and the deviation of the temperature detection value / target value, but also the temperature of the plurality of heaters and the thickness of the film formed on each of the substrates. It can also be applied to express the relationship between
Further, for example, the film thickness formed on the substrate in a vertical CVD apparatus varies depending on the number of dummy substrates, gas flow rate, and pressure, which will be described later.
The present invention has been made paying attention to these points. The reaction chamber is modeled, the film thickness formed on the substrate is predicted, and the number of dummy substrates, the flow rate and pressure of gas, and any of these are determined. By changing this, it is possible to determine the processing conditions accurately and in a short time so that the film thickness between the surfaces and the film thickness within the surface are within the desired range without depending on experience. It is configured.
[0011]
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a substrate processing system 1 according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the substrate processing system 1 includes an arithmetic processing device 3, a substrate processing device 4, a film formation control device 22, a film thickness measuring device 26, and a coefficient / set value DB (database) 28.
The substrate processing system 1 calculates the set value of the temperature of the substrate processing apparatus 4, the pressure in the reaction chamber, and the flow rate of the gas introduced into the reaction chamber using these components, and the calculated values and other values in the processing Parameters and the like are set in the substrate processing apparatus 4, and a film formed by chemical vapor deposition (CVD) is applied to the substrates 180 (FIG. 4; any number) placed in a plurality of slots provided in the boat 404. A forming process is performed.
The arithmetic processing device 3, the film formation control device 22, the film thickness measurement device 26, the coefficient / setting value DB 28, and the film-formed substrate 182 may be configured to be incorporated in the substrate processing device 4.
[0012]
[Hardware configuration]
FIG. 2 is a diagram showing a hardware configuration of the arithmetic processing device 3, the film formation control device 22, and the coefficient / set value DB 28 shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the arithmetic processing device 3 includes a computer main body 10 including a CPU 102 and a memory 104, a communication IF 12, a storage device 14, and a display / input device 16.
That is, the arithmetic processing device 3 includes components as a general computer and may be integrated.
The arithmetic processing unit 3, the film formation control device 22, and the coefficient / set value DB 28 basically have the same hardware configuration except that the scale / performance and the additional device are different.
Further, the control device (not shown) of the substrate processing device 4 and the film thickness measuring device 26 has the same configuration as the arithmetic processing device 3.
[0013]
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the substrate processing apparatus 4 shown in FIG.
FIG. 4 is a view illustrating the cross section of the boat 404 shown in FIG. 3 and the reaction chamber 40 in a state where the substrate 404 is accommodated in the boat 404.
As shown in FIG. 3, the substrate processing apparatus 4 includes a cassette delivery unit 480, a cassette stocker 482 provided on the back side of the cassette delivery unit 480, a buffer cassette stocker 484 provided above the cassette stocker 482, and a cassette stocker 482. The board moving machine 486 provided on the back side of the board, the boat elevator 488 provided on the back side of the board moving machine 486, for transporting the boat 404 on which the board 180 is set, and the board moving machine 486 are provided above the board moving machine 486. The reaction chamber 40 is configured.
[0014]
As shown in FIG. 4, the reaction chamber 40 shown in FIG. 3 includes a hollow heater 42, a quartz outer tube 448, a quartz inner tube 450, a gas introduction nozzle 440, a cylindrical flange 442, a furnace port lid 444, an exhaust. It consists of a pipe 446 and other components such as a gas flow rate regulator 410 which will be described later with reference to FIG.
The heater 42 includes five temperature adjustment portions (U, CU, CC, CL, L) 402-1 to 402-5 that can set and adjust the temperature for each.
The temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 of the heater 42 include, for example, five heaters each having independent windings by pulling out a plurality of taps from the windings of one continuous heater 42. This is realized by providing.
The outer tube 448 and the inner tube 450 are provided concentrically with the heater 42, and a closed cylindrical space 452 is formed between them.
[0015]
Slots of the boat 404 are assigned slot numbers in order from the bottom with respect to the range where the product substrate 180 as a product is placed.
For example, when 100 product substrates 180 are placed on the boat 404, the substrate 180 placed on the lowermost side is indicated as the substrate 180 at the position of slot number 1, and is placed on the uppermost side. The substrate 180 that is present is indicated as the substrate 180 at the position of the slot number 100.
[0016]
[Film Formation by Substrate Processing Apparatus 4]
The substrate processing apparatus 4 is, for example, a so-called vertical CVD apparatus. By these components, the substrate 180 arranged in the reaction chamber 40 at a predetermined interval is subjected to Si by CVD. ₃ N ₄ Film, SiO ₂ A film and a polysilicon (Poly-Si) film are formed.
[0017]
The film formation by the substrate processing apparatus 4 will be further described.
The cylindrical flange 442 holds the exhaust pipe 446 and the like.
A quartz boat 404 is inserted into the inner tube 450, and the boat 404 is provided with a plurality of heat shield plates 406 below and is erected on the furnace port lid 444.
The furnace opening lid 444 is provided in the boat elevator 488 (FIG. 3) and closes the lower end of the cylindrical flange 442.
[0018]
The substrate 180 to be processed is transported while being loaded in the substrate cassette 490 (FIG. 3), and is loaded on the cassette transfer unit 480 (FIG. 3).
The cassette transfer unit 480 (FIG. 3) transfers the substrate 180 to the cassette stocker 482 or the buffer cassette stocker 484.
The substrate moving machine 486 takes out the substrates 180 from the cassette stocker 482 and loads them in a multi-stage on the boat 404 in a horizontal state.
[0019]
The boat elevator 488 (FIG. 3) guides the boat 404 loaded with the substrate 180 into the reaction chamber 40.
Each of the five temperature control portions (U, CU, CC, CL, L) 402-1 to 402-5 of the heater 42 heats the inside of the outer tube 448 according to the setting. The gas introduction nozzle 440 (FIG. 4) introduces the reaction gas from below the outer tube 448.
The introduced reaction gas rises inside the inner tube 450, is folded back at the upper portion thereof, falls, and is discharged from the exhaust pipe 446.
[0020]
Thus, in the reaction chamber 40, the substrate 180 comes into contact with the reaction gas at a high temperature, and processing such as film formation is performed.
When the film formation is completed, the boat 404 is pulled out of the reaction chamber 40, and the substrate moving device 486 transfers the substrate 180 set on the boat 404 to the substrate cassette 490 to form a film-formed substrate 182 (FIG. 1). And is carried out by an external transfer device.
[0021]
[Film Formation Control Device 22]
FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the film formation control device 22 shown in FIG. 1 and the relationship between the film formation control device 22 and the substrate processing apparatus 4 (FIGS. 1 and 3).
5 schematically shows the above-described matters, the shapes of the components of the reaction chamber 40 in FIG. 5 do not necessarily match those in FIGS.
As shown in FIG. 5, the reaction chamber 40 shown in FIGS. 3 and 4 further includes temperature sensors 408-1 to 408-5, a gas flow rate regulator 410, a flow rate sensor 412, a pressure regulator 420, and a pressure sensor 422. Contains.
The temperature sensors 408-1 to 408-5 in the reaction chamber 40 are respectively disposed in the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 (FIGS. 4 and 5) of the heater 42 to detect the temperature.
[0022]
The gas flow rate regulator 410 (FIG. 5) adjusts the flow rate of the gas guided into the inner tube 450 (FIG. 4) via the gas introduction nozzle 440 (FIG. 4).
The flow sensor 412 detects the flow rate of the gas supplied into the inner tube 450 via the gas introduction nozzle 440.
[0023]
The pressure adjusting device 420 adjusts the pressure in the inner tube 450.
The pressure sensor 422 detects the pressure in the inner tube 450.
[0024]
As shown in FIG. 5, the film formation control device 22 includes a temperature control device 220, five heater driving devices 222-1 to 222-5, a flow rate control device 224, and a pressure control device 226.
The film formation control device 22 controls each component of the substrate processing apparatus 4 based on the temperature, pressure / flow rate set by the arithmetic processing device 3 and other parameter setting values in the processing.
[0025]
In the temperature control device 220, the temperature of each of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 detected by the temperature sensors 408-1 to 408-5 is changed by the arithmetic processing device 3 to the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5. Each of the heater driving devices 222-1 to 222-5 controls the electric power supplied to each of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 so that the temperature is set for each.
[0026]
The flow rate control device 224 controls the gas flow rate regulator 410 so that the value of the gas flow rate detected by the flow rate sensor 412 is equal to the value of the gas flow rate set by the arithmetic processing device 3, and the reaction chamber 40. The flow rate of the gas introduced into the inner tube 450 is controlled.
The pressure control device 226 controls the pressure adjustment device 420 so that the pressure in the inner tube 450 detected by the pressure sensor 422 becomes equal to the pressure value set by the arithmetic processing device 3, and The pressure in the inner tube 450 is controlled.
[0027]
[Thickness measuring device 26 / coefficient / set value DB 28]
The film thickness measuring device 26 is arranged at regular intervals in the reaction chamber 40 as shown in FIG. 4, for example, among the plurality of film-formed substrates 182 (FIG. 1) that have undergone the film formation processing by the substrate processing apparatus 4. The thicknesses of the films formed on the four monitor substrates W1 to W4 arranged at the positions are measured, and the measurement results are output to the arithmetic processing unit 3.
As described above, the monitor substrate W1 to W4 uses the same substrate 180 as the product substrate, which is a product, and is used to monitor the state of film formation at a predetermined position in the reaction chamber 40.
The coefficient / set value DB 28 (FIG. 1) includes, as will be described later, coefficients (including an interference matrix) calculated by the arithmetic processing device 3, and temperature, pressure / flow rate for the film formation control device 22, and other parameters in the processing. Stores and manages setting values.
[0028]
Software configuration
The arithmetic processing unit 3 includes a set temperature calculation program 5 that calculates a set temperature for uniformizing the film thickness of each of the plurality of substrates 180 (uniform film thickness between surfaces), and a film thickness distribution in one substrate 180. And a film thickness distribution calculation program 6 for calculating (in-plane film thickness distribution).
The arithmetic processing unit 3 calculates, for example, a set temperature for uniformizing the inter-surface film thickness by the set temperature calculation program 5, executes the film thickness distribution calculation program 6 based on the calculated set temperature, and performs the in-plane film Calculate the thickness distribution.
[0029]
[Set temperature calculation program 5]
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the set temperature calculation program 5.
As shown in FIG. 6, the set temperature calculation program 5 includes an interference matrix / coefficient calculation unit 500, a film thickness calculation unit 502, a set value calculation unit 504, a user interface (UI) unit 510, an interference matrix / coefficient DB 520, and a set value. It consists of DB522.
[0030]
The set temperature calculation program 5 is supplied to the arithmetic processing unit 3 through the recording medium 140 (FIG. 2), etc., loaded into the memory 104, and executed.
The set temperature calculation program 5 uses these components to use the interference matrix M (described later with reference to FIG. 9) and the like for each of the plurality of substrates 180 processed in the substrate processing system 1 (between planes). In order to make the (film thickness) uniform, the set temperature for each of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 is calculated.
[0031]
The user interface unit 510 sends a set value of a desired film thickness by the user of the substrate processing system 1 input from the display / input device 16 (FIG. 2) of the arithmetic processing device 3 to the set value calculation unit 504 and the like. Output.
[0032]
[Interference matrix / coefficient calculator 500]
The interference matrix / coefficient calculation unit 500 calculates the relationship between the temperature change (ΔT) of each of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 and the change in film thickness (ΔFT) formed on each of the monitor substrates W1 to W4. A thermal interference matrix M shown in a matrix format is calculated based on the actually measured values.
[0033]
A specific method for obtaining the thermal interference matrix M will be further described with reference to specific examples shown in FIGS.
7 to 9 are first to third charts showing processing of the interference matrix / coefficient calculation unit 500 shown in FIG.
The numerical values shown in FIGS. 7 to 9 are merely examples for explaining the processing of the interference matrix / coefficient calculation unit 500 and are not based on specific calculation results.
[0034]
The interference matrix / coefficient calculation unit 500 sets all the temperatures of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 to, for example, 760 ° C. with the gas pressure and flow rate kept constant, and the substrate 180 for a certain time. Film formation processing is performed on (FIG. 3) to form a film-formed substrate 182 (FIG. 1).
Further, the interference matrix / coefficient calculation unit 500 measures the thicknesses FT1 to FT4 of the films formed on the monitor substrates W1 to W4 in the film-formed substrate 182 by the film thickness measuring device 26.
As a result, the interference matrix / coefficient calculation unit 500 sets the film thicknesses FT1 to FT4 of the monitor substrates W1 to W4 to 100, 110, 120, and 130 (for example, as shown as “FLAT” in FIG. 7, for example). The unit is nm).
[0035]
Similarly, the interference matrix / coefficient calculation unit 500 raises only the temperature of the temperature adjustment part 402-1 by 10 ° C. to 770 ° C. while maintaining the conditions other than the temperature constant. Film formation processing is performed by setting all the temperatures of the portions 402-2 to 402-5 to 760 ° C., and the film thickness FT1 formed on each of the monitor substrates W1 to W4 in the film-formed substrate 182 ˜FT4 is measured by the film thickness measuring device 26.
As a result, it is assumed that the interference matrix / coefficient calculation unit 500 obtains values of 100, 100, 120, and 140 as indicated by “U” in FIG.
[0036]
Similarly, the interference matrix / coefficient calculation unit 500 increases only the temperature of the temperature adjustment part 402-2 by 10 ° C. to 770 ° C. while maintaining the conditions other than the temperature constant. Films formed on the monitor substrates W1 to W4 in the film-formed substrate 182 by performing film formation processing by setting all temperatures of the portions 402-1, 402-3 to 402-5 to 760 ° C. The thicknesses FT <b> 1 to FT <b> 4 are measured by the film thickness measuring device 26.
As a result, it is assumed that the interference matrix / coefficient calculation unit 500 obtains values of 100, 110, 130, and 140 as indicated by “CU” in FIG.
[0037]
Similarly, the interference matrix / coefficient calculation unit 500 increases only the temperature of the temperature adjustment portion 402-3 by 10 ° C. to 770 ° C. while maintaining the conditions other than the temperature constant. Film formation processing is performed by setting all the temperatures of the portions 402-1, 402-2, 402-4, and 402-5 to 760 ° C., and each of the monitor substrates W1 to W4 among the film-formed substrates 182 is performed. The thicknesses FT1 to FT4 of the formed film are measured by the film thickness measuring device 26.
As the calculation result, it is assumed that the interference matrix / coefficient calculation unit 500 obtains values of 110, 120, 120, and 130 as indicated by “CC” in FIG.
[0038]
Similarly, the interference matrix / coefficient calculation unit 500 raises only the temperature of the temperature adjustment part 402-4 by 10 ° C. to 770 ° C. while maintaining the conditions other than the temperature constant. Film formation processing is performed by setting all the temperatures of the portions 402-1 to 402-3 and 402-5 to 760 ° C., and films formed on the monitor substrates W1 to W4 in the film-formed substrates 182, respectively. The thicknesses FT <b> 1 to FT <b> 4 are measured by the film thickness measuring device 26.
As a result, it is assumed that the interference matrix / coefficient calculation unit 500 obtains values 110, 110, 120, and 130 as indicated by “CL” in FIG.
[0039]
Similarly, the interference matrix / coefficient calculation unit 500 raises only the temperature of the temperature adjustment part 402-5 by 10 ° C. to 770 ° C. while maintaining conditions other than the temperature constant, and adjusts other temperature adjustments. Film formation processing is performed by setting all the temperatures of the portions 402-1 to 402-4 to 760 ° C., and the film thickness FT1 formed on each of the monitor substrates W1 to W4 in the film-formed substrate 182. ˜FT4 is measured by the film thickness measuring device 26.
As a result, it is assumed that the interference matrix / coefficient calculation unit 500 obtains values of 100, 120, 100, and 120 as indicated by “L” in FIG. 7, for example.
[0040]
From the film thicknesses (U, CU, CC, CL, L) obtained by changing the temperature of any of these temperature adjustment parts 402-1 to 402-5, the temperature adjustment parts 402-1 to 402-5 When the film thickness (FLAT) obtained at a constant temperature is subtracted, the result shown in FIG. 8 is obtained.
These subtraction results are changes in the film thickness obtained by raising the temperature of each of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 by 10 ° C. Therefore, as shown in FIG. The quotient obtained by the division is how much the thickness of the film formed on each of the monitor substrates W1 to W4 changes when the temperature of each of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 increases by 1 ° C. Is shown.
A thermal interference matrix M is one in which such a relationship is handled in a matrix form as shown in FIG.
[0041]
The thermal interference matrix M calculated by the interference matrix / coefficient calculator 500 as described above is stored and managed in the interference matrix / coefficient DB 520 or the coefficient / set value DB 28 (FIG. 1).
The temperature control method using the thermal interference matrix M is also described in detail in Japanese Patent Application No. 2001-272218 by the present applicant.
[0042]
[Thickness calculation unit 502]
The temperature T1 to T5 of each of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5, the flow rate S of the reaction gas introduced into the inner tube 450 (FIG. 4) of the reaction chamber 40, and the pressure P in the inner tube 450; The relationship with the film thickness FT formed on each of the monitor substrates W1 to W4 per certain time can be obtained by experiment or simulation.
The relationship between the film thickness FT thus obtained, the temperature T, the pressure P, and the gas flow rate S is expressed, for example, as Equation 1 that is a reaction model analysis equation.
The film thickness calculation unit 502 (FIG. 6) calculates the thickness (FT) of the film formed on each of the monitor substrates W1 to W4 under the conditions given by the set value calculation unit 504 using the following formula 1. And output to the set value calculation unit 504.
[0043]
[Expression 1]

[0044]
[Temperature Set Value Calculation of Set Value Calculation Unit 504 (S210; FIG. 15)]
The set value calculation unit 504 is configured to adjust the thickness of the film formed on the monitor substrates W1 to W4 to a desired thickness input by the user via the user interface unit 510 or the like. How many times should the temperature of 402-5 be set, that is, the temperature set value for the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 is calculated.
As described with reference to FIG. 7, in order to control the film thickness of each of the monitor substrates W <b> 1 to W <b> 4, the temperature of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 may be changed. The relationship between the change in temperature of −1 to 402-5 and the change in film thickness of each of the monitor substrates W1 to W4 is as indicated by the thermal interference matrix M.
Since this will be further described later with reference to FIG. 15, by describing “S210; FIG. 15” in each process of the setting value calculation unit 504 in this part, the process with each process illustrated in FIG. The correspondence is clarified.
[0045]
When the difference between the film thickness of the monitor substrates W1 to W4 obtained by the above equation 1 and the desired film thickness is expressed as a film thickness difference ΔFT1 to ΔFT4, the film thickness difference ΔFT1 to ΔFT4 is obtained by solving the following equation 2. The temperature changes ΔT1 to ΔT5 of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 that give
Here, according to the example shown in FIGS. 7 to 9, ΔT1 = T1−760 ° C., ΔT2 = T2−760 ° C,..., ΔT5 = T5−760 ° C., and T1 to T5 are The temperature setting values of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5.
[0046]
[Expression 2]

[0047]
FIG. 10 shows a method of calculating temperature set values for the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 (FIGS. 4 and 5) by the set value calculation unit 504 and the film thickness calculation unit 502 shown in FIG. It is a figure typically shown about the case where 402-1 and the monitor board | substrate W1 are each one.
FIG. 11 is a diagram illustrating the film thicknesses Wc1 to Wc4 of the monitor substrates W1 to W4 that the film thickness calculation unit 502 illustrated in FIG. 6 calculates initially.
FIG. 12 is a diagram illustrating the film thicknesses Wc1 to Wc4 of the monitor substrates W1 to W4 that are finally calculated by the film thickness calculation unit 502 illustrated in FIG.
[0048]
In practice, as illustrated in FIG. 10, the set value calculation unit 504 calculates the film thickness values Wc1 to Wc4 of the monitor substrates W1 to W4 that take values as illustrated in FIG. 11 at the initial stage of processing. However, the temperature setting values of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 are repeatedly changed little by little so as to gradually approach the desired value (a → b, c → d, e shown in FIG. 10). → f,... → n), every time the temperature set value is changed, the film thickness calculation unit 502 calculates the film thickness (b → c, d → e, f →. .. → n).
[0049]
As described above, the set value calculation unit 504 determines the film thickness until the calculated values Wc1 to Wc4 of the monitor substrates W1 to W4 reach desired values (within the target range) as illustrated in FIG. The calculation of the film thickness by the calculation unit 502 and the change of the temperature set value are repeated, and finally an appropriate temperature set value is calculated (set value indicated by n on the solid line in FIG. 10).
The target range of the film thickness of the monitor substrates W1 to W4 is, for example, 500 ± 5 nm.
In this way, by repeating the processing by the film thickness calculation unit 502 and the set value calculation unit 504, a large number of temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 (FIGS. 4 and 5) of the existing heater 42 are set. From the combinations, the optimal combination can be found in a short time.
[0050]
[Correction Process of Set Value Calculation Unit 504 (S230, S250, S258, S260; FIG. 15)]
FIG. 13 is a diagram illustrating a case where the calculated value of the thickness of the film formed on the monitor substrates W1 to W4 is different from the thickness of the actually formed film.
Even when film formation is performed using the temperature setting values for the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 calculated as described above, the film thickness of each of the monitor substrates W1 to W4 is as illustrated in FIG. The calculated values Wc1 to Wc4 may differ from the actual film thicknesses Wr1 to Wr4.
[0051]
In such a case, the set value calculation unit 504 obtains by dividing the actual film thicknesses Wr1 to Wr4 by the calculated values Wc1 to Wc4 of the film thicknesses of the monitor substrates W1 to W4, as further shown in FIG. The obtained inter-surface error ratios α1 to α4 are obtained (S230; FIG. 15).
The set value calculation unit 504 multiplies the calculated values Wc1 to Wc4 of the film thicknesses of the monitor substrates W1 to W4 calculated by the film thickness calculation unit 502 by the inter-surface error ratios α1 to α4. In this way, the set value calculation unit 504 corrects the temperature set values for the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 (S250; FIG. 15), and obtains the final temperature set values.
The set value calculation unit 504 calculates the film thicknesses of the monitor substrates W1 to W4 as described above, and further sets the temperature set values for the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 corrected based on the actual measurement values. While outputting to the formation control apparatus 22, it memorize | stores in setting value DB522 and manages (S258, S260; FIG. 15).
[0052]
[Operation of the substrate processing system 1 based on the set temperature calculation program 5]
Hereinafter, the operation of the substrate processing system 1 based on the set temperature calculation program 5 will be described.
FIG. 14 is a flowchart showing the process (S10) for obtaining the thermal interference matrix M shown in FIGS.
As shown in FIG. 14, in step 100 (S <b> 100), the user of the substrate processing system 1 (FIG. 1) gives the gas expressed by Equation 1 to the display / input device 16 (FIG. 2) of the arithmetic processing device 3. The initial conditions for the temperature of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5, such as the pressure and flow rate, are set.
The user interface unit 510 of the set temperature calculation program 5 (FIG. 6) outputs the input initial conditions to the interference matrix / coefficient calculation unit 500.
[0053]
In step 102 (S102), the interference matrix / coefficient calculation unit 500 creates all the temperature conditions (FIG. 7) to be set for the temperature adjustment parts 402-1 to 402-5 in order to create the thermal interference matrix M. For the above-mentioned), it is determined whether or not the film thickness measurement has been completed.
When the film thickness measurement for all conditions is completed, the set temperature calculation program 5 proceeds to the process of S112, and otherwise proceeds to the process of S104.
[0054]
In step 104 (S104), the interference matrix / coefficient calculation unit 500 performs a condition other than the temperature set in the process of S100, and a temperature condition in which the film thickness has not been measured (the following temperature condition; FIG. 7 is output to the film formation control device 22.
The film formation controller 22 (FIGS. 1 and 5) controls the substrate processing apparatus 4 so as to form a film on the substrate 180 under the set conditions.
[0055]
In step 106 (S106), the interference matrix / coefficient calculation unit 500 receives information indicating the temperatures of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 from the film formation control device 22, and these temperatures are in an equilibrium state. It is determined whether or not film formation is possible.
When the temperature is in an equilibrium state, the set temperature calculation program 5 proceeds to the process of S108, and otherwise the process stays in the processes of S104 and S106.
[0056]
In step 108 (S108), the interference matrix / coefficient calculation unit 500 controls the substrate processing apparatus 4 so as to form a film on the substrate 180.
[0057]
When the film formation in the process of S108 is completed, in step 110 (S110), the interference matrix / coefficient calculation unit 500 controls the film thickness measurement device 26 to determine the thickness of the film formed on each of the monitor substrates W1 to W4. And receive the measurement result.
[0058]
In step 112 (S112), the interference matrix / coefficient calculation unit 500 creates the thermal interference matrix M as shown in FIGS. 8 and 9, and ends the process.
[0059]
Next, the setting value calculation process will be described.
FIG. 15 is a flowchart showing the set value calculation processing (S20) described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 15, in step 200 (S200), the set value calculation unit 504 sets temperature, pressure, flow rate, and the like as initial conditions for the film formation process in the film thickness calculation unit 502.
[0060]
In steps 212 and 214 (S212 and S214), the film thickness calculation unit 502 calculates the film thickness formed on each of the monitor substrates W1 to W4 using Equation 1 under the given conditions.
[0061]
In step 216 (S216), the set value calculation unit 504 determines whether or not the film thicknesses of the target substrates W1 to W4 calculated by the film thickness calculation unit 502 are within the target range (FIGS. 11 to 13). .
If the film thickness is within the target range, the set temperature calculation program 5 proceeds to the process of S230, and otherwise proceeds to the process of S218.
[0062]
In step 218 (S218), the set value calculation unit 504 updates the temperature set value for each of the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 using M in the above equation 2, and returns to the process of S212.
That is, in the processing loop of S212 to S218, as described with reference to FIG. 10, the set temperature calculation program 5 has the temperature adjustment portions 402-1 to 402-5 (FIG. 3) in order to obtain a desired film thickness. , FIG. 5), the temperature set value to be set is calculated.
[0063]
In step 232 (S232), the set value calculation unit 504 outputs the temperature set value calculated by the process of S210 to the film formation control device 22 (FIGS. 1 and 5).
The film formation control device 22 controls the substrate processing apparatus 4 under the set conditions, and causes the film formation processing to be performed on the substrate 180.
[0064]
When the film formation in the process of S232 is completed, in step 234 (S234), the set value calculation unit 504 controls the film thickness measurement device 26 to measure the thickness of the film formed on each of the monitor substrates W1 to W4. Let
[0065]
In step 236 (S236), the set value calculation unit 504 determines the inter-surface error ratios α1 to α1 based on the measurement results of the film thicknesses of the monitor substrates W1 to W4 and finally the film thickness calculated in the process of S214. α4 (FIG. 13) is calculated.
[0066]
In steps 252 and 254 (S252 and S254), the film thickness calculation unit 502 calculates the film thicknesses formed on the monitor substrates W1 to W4, respectively, as in S212 and S214.
[0067]
In step 256 (S256), the set value calculation unit 504 adds the inter-surface error calculated in the process of S236 to the film thicknesses Wc1 to Wc4 formed on the monitor substrates W1 to W4 calculated in the processes of S252 and S254, respectively. Multiply the ratios α1 to α4.
[0068]
In step 258 (S258), the set value calculation unit 504 determines whether or not the film thickness obtained by the multiplication is a target value (FIGS. 11 to 13).
When the film thickness is the target value, the set value calculation unit 504 finally sets the temperature set values for the temperature adjustment parts 402-1 to 402-5 used for the final film thickness calculation. Output to the formation control device 22 and the set value DB 522.
The film formation control device 22 controls the substrate processing apparatus 4 based on this temperature setting value to cause the film formation on the substrate 180 for manufacturing a product semiconductor.
[0069]
The set value calculation unit 504 proceeds to the process of S260 when the film thickness is not the target value.
In step 260 (S260), the set value calculation unit 504 updates the temperature set value for each of the temperature adjustment parts 402-1 to 402-5 using M in the above equation 2, and returns to the process of S252.
[0070]
Thus, the temperature set value for making the inter-surface film thickness uniform is calculated and stored in the set value DB 522.
The temperature set value (set temperature) stored in the set value DB 522 is applied to the film thickness distribution calculation program 6.
[0071]
[Thickness distribution calculation program 6]
The film thickness distribution calculation program 6 is a film surface modeled between the reaction chamber analysis model that models the entire reaction chamber 40 and the substrate 180 placed on the boat 404 in film formation in the reaction chamber 40 (FIG. 4). The in-plane film thickness distribution of the substrate 180 is calculated using the internal analysis model.
[0072]
FIG. 16 is a diagram showing a reaction chamber analysis model when the film thickness distribution calculation program 6 is applied to the reaction chamber 40.
As shown in FIG. 16, the reaction chamber analysis model treats the rows of substrates 180 and the rows of heat shield plates 406 as cylinders, and forms a lower space 414 between the rows of substrates 180 and the rows of heat shield plates 406. Then, the flow path 416 is formed between the inner tube 450 and the row of the substrates 180, and the outer tube 448 is disposed to form the upper space 418 and the cylindrical space 452 (see FIG. 4) above the reaction chamber 40. And is used to calculate the concentration distribution in the flow direction of the gas in the flow path 416.
[0073]
The reaction chamber analysis model is a change in parameters such as the shape and arrangement of the substrate 180 such as the thickness and size, the number, the arrangement of the inner tube 450 and the outer tube 448, the size and the shape, the number of the heat shield plates 406, the shape, and the arrangement. Accordingly, it is considered that the shape of the row of the substrates 180 and the row of the columnar heat shields 406, the lower space 414, the flow path 416, the upper space 418, and the cylindrical space 452 is changed.
That is, when these parameters change, conditions including parameters applied to the reaction chamber analysis model are changed.
[0074]
In general, dummy substrates 184 (see FIG. 16) that are not used as products are respectively arranged at the top and bottom of the row of product substrates 180 used as products.
Further, the monitor substrate is disposed at least between the uppermost and lowermost portions of the row of product substrates 180 and the dummy substrate 184.
The monitor substrate is arranged in such a manner that the thickness uniformity of the monitor substrate is within a desired range, and if it is good, the product substrate 180 disposed within the range between the dummy substrates 184 is also thick. This is because the uniformity can be estimated to be within a desired range. That is, when the number of the uppermost and lowermost dummy substrates 184 is changed, the position of the monitor substrate is also changed.
In this case, the positions of the uppermost part and the lowermost part of the product substrate 180 may be changed.
Therefore, the conditions obtained by the film formation analysis (S502: described later with reference to FIG. 24) are also changed.
That is, the film forming conditions are changed according to the number of dummy substrates 184.
[0075]
In addition, the dummy substrate 184 may be arranged with a space in the uppermost portion and the lowermost portion of the row of substrate 180 for products used as a product, or in any one of them.
Also in this case, the monitor substrate is disposed at least between the uppermost and lowermost rows of the product substrate 180 and the dummy substrate 184, respectively.
Therefore, the conditions including the parameters applied to the reaction chamber analysis model are changed by assuming that the shape of the lower space 414 and the upper space 418 or any one of these changes.
In addition, even when the number of dummy substrates 184 is changed, it is considered that the shape of the lower space 414 and the upper space 418 or any one of them changes, so that a condition including parameters applied to the reaction chamber analysis model is included. Is changed.
In addition, the target including the parameters is similarly changed for the product substrate 180 instead of using the monitor substrate as a target for film formation analysis.
In the reaction chamber analysis model, the distance from the center of the substrate 180 in the radial direction (r direction) is indicated by the radial coordinate r, and the distance from the lower side of the flow path 416 (flow direction: z direction) is the flow direction coordinate. As indicated by z.
[0076]
FIG. 17 is a diagram showing a substrate in-plane analysis model when the film thickness distribution calculation program 6 is applied to the reaction chamber 40.
As shown in FIG. 17, the substrate in-plane analysis model is represented by an inter-substrate space 186 sandwiched from above and below by two substrates 180, a radial coordinate r and a substrate end 188, and a reaction between the two substrates 180. And used for gas diffusion analysis.
Since the substrate 180 is arranged perpendicular to the gas flow direction, only the gas diffusion in the r direction is considered in the inter-substrate space 186, and the influence of the flow direction (z direction) can be ignored. Yes.
[0077]
Furthermore, the film thickness distribution calculation program 6 is such that the gas reaction does not affect the gas flow, the gas flow rate is constant regardless of the location, and the gas phase reaction is a primary reaction. The condition is that the adhesion reaction is simple adhesion.
Thus, the film thickness distribution calculation program 6 represents the gas concentration distribution in the flow direction as a one-dimensional distribution based on the flow direction coordinate z, and represents the gas concentration distribution in the inter-substrate space 186 as a one-dimensional distribution based on the radial direction coordinate r. Have been able to.
[0078]
FIG. 18 is a diagram showing a configuration of the film thickness distribution calculation program 6.
As shown in FIG. 18, the film thickness distribution calculation program 6 includes a contact data calculation unit 600, a flow direction calculation module 602, a substrate in-plane calculation module 604, a concentration convergence determination unit 606, a concentration distribution storage unit 608, and a film formation rate calculation. 610, an in-plane distribution calculation unit 612, and a user interface (UI) unit 614.
[0079]
The film thickness distribution calculation program 6 is supplied to the arithmetic processing unit 3 via the recording medium 140 (FIG. 2), etc., loaded into the memory 104, and executed.
The film thickness distribution calculation program 6 calculates the in-plane film thickness distribution on the substrate 180 processed in the substrate processing system 1 based on the temperature setting value (setting temperature) stored in the setting value DB 522 by these components. calculate.
That is, the substrate processing system 1 can predict the film formation processing result in the plane of the substrate 180 processed by the substrate processing system 1 by the film thickness distribution calculation program 6.
[0080]
[Contact data calculation unit 600]
As described above, the film thickness distribution calculation program 6 calculates the gas concentration in the reaction chamber 40 by a combination of one-dimensional distributions.
That is, the gas concentration is uniform in the direction perpendicular to the gas flow.
On the other hand, when the substrate 180 is processed in the reaction chamber 40, a concentration boundary layer is formed in the vicinity of the wall surface (the surface of the substrate 180 and the inner surface of the reaction chamber 40), and the gas concentration at the center of the gas flow is The gas concentration near the wall is low.
In particular, when using a gas having a high adhesion coefficient to the wall surface, it is necessary to consider the influence of the concentration boundary layer.
In order to consider the influence of the concentration boundary layer, the contact data calculation unit 600 calculates the ratio (concentration ratio) of the gas concentration near the wall surface to the gas concentration at the center of the gas flow.
Therefore, the film thickness distribution calculation program 6 can calculate the in-plane film thickness distribution on the substrate 180 in consideration of the influence of the concentration boundary layer by applying the concentration ratio.
[0081]
[Flow Direction Calculation Module 602]
In the steady state of the reaction chamber analysis model shown in FIG. 16, the flow direction calculation module 602 uses the gas concentration governing equation shown in the following equation 3 to determine the flow direction coordinate z corresponding to the substrate 180 that is the target of film thickness distribution calculation. The concentration (concentration distribution) of one gas in the reaction chamber 40 is calculated with respect to the above value.
[0082]
[Equation 3]

[0083]
In Equation 3, boundary conditions at the inlet of the flow channel 416 (flow direction: z = 0) and the outlet of the flow channel 416 are set.
At the inlet of the flow path 416 (flow direction: z = 0), the concentration of all the gases supplied into the reaction chamber 40 is set to the z-direction initial concentration as a known amount according to conditions such as the gas flow rate and pressure. It has come to be.
Further, the concentration gradient of the gas supplied into the reaction chamber 40 at the outlet of the channel 416 is zero.
[0084]
[In-plane calculation module 604]
In the substrate in-plane analysis model shown in FIG. 17, the substrate in-plane calculation module 604 sets the value of the radial coordinate r of the substrate 180 to be calculated for the film thickness distribution by the gas concentration governing equation shown in the following equation 4. On the other hand, the concentration (concentration distribution) of one gas is calculated.
[0085]
[Expression 4]

[0086]
In Equation 4, boundary conditions at the center of the substrate and the substrate edge 188 are set.
In the center of the substrate, the concentration gradient of all the gases supplied into the reaction chamber 40 is zero.
Further, the gas concentration at the substrate end 188 is the gas concentration calculated for the value of the flow direction coordinate z by Equation 3.
In this way, the substrate in-plane calculation module 604 calculates the concentration (concentration distribution) of one gas with respect to the radial coordinate r of the substrate 180 and outputs it to the concentration convergence determination unit 606.
[0087]
[Density convergence determination unit 606]
The concentration convergence determination unit 606 outputs the concentration received from the in-plane calculation module 604 to the concentration distribution storage unit 608, and whether or not the concentration of the gas supplied into the reaction chamber 40 has converged in the z direction. Determine.
When the gas concentration does not converge in the z direction, the concentration convergence determination unit 606 causes the flow direction calculation module 602 to calculate the gas concentration again so that the gas concentration converges in the z direction.
When the gas concentration converges in the z direction, the concentration convergence determination unit 606 receives the converged concentration distribution from the concentration distribution storage unit 608 and outputs it to the deposition rate calculation unit 610.
[0088]
[Deposition rate calculation unit 610]
The film formation speed calculation unit 610 calculates one film formation speed for the wall surface (the surface of the substrate 180 and the inner surface of the reaction chamber 40), and uses one gas for the radial coordinate r of the substrate 180 calculated by Expression 4 below. The film formation speed (film formation speed distribution) corresponding to the concentration (concentration distribution) of the film is calculated.
The film formation speed calculation unit 610 accepts the temperature set value calculated by the set temperature calculation program 5 from the set value DB 522 (FIGS. 6 and 18) and applies it to the calculation of the film formation speed (film formation speed distribution). To do.
The film formation constant β is a constant calculated according to the type of gas supplied into the reaction chamber 40 and the type of film to be formed.
[0089]
[Equation 5]

[0090]
[In-plane distribution calculation unit 612]
The in-plane distribution calculation unit 612 calculates the in-plane film thickness distribution of the substrate 180 according to the deposition rate (deposition rate distribution) calculated by the deposition rate calculation unit 610.
That is, the arithmetic processing device 3 predicts a result of the substrate processing device 4 performing the film forming process on the substrate 180 by the in-plane distribution calculating unit 612 calculating the film thickness distribution.
Further, the in-plane distribution calculation unit 612 outputs the calculated film thickness distribution to the display / input device 16 (FIG. 2) of the arithmetic processing device 3 via the set value DB 522 and the UI unit 614.
[0091]
[UI unit 614]
The UI unit 614 displays, for example, parameters used for calculating the film thickness distribution such as the initial concentration in the z direction at the inlet (flow direction: z = 0) of the channel 416 via the display / input device 16 (FIG. 2). Accepts and outputs to each part constituting the film thickness distribution calculation program 6 and accepts the status of each part constituting the film thickness distribution calculation program 6 and outputs it to the display / input device 16.
[0092]
The substrate 180 for calculating the in-plane film thickness distribution by the film thickness distribution calculation program 6 is preferably the substrate 180 placed on the upper and lower portions of the boat 404.
Further, the in-plane film thickness distribution may be calculated for all the substrates 180 placed on the boat 404.
[0093]
[Operation of film thickness distribution calculation program 6]
Hereinafter, the operation of the film thickness distribution calculation program 6 will be described.
FIG. 19 is a flowchart showing the operation (S30) of the film thickness distribution calculation program 6.
As shown in FIG. 19, in step 300 (S300), the user of the substrate processing system 1 (FIG. 1) sends a reaction chamber analysis model and a substrate to the display / input device 16 (FIG. 2) of the arithmetic processing unit 3. Conditions such as parameters such as the thickness and size of the substrate corresponding to the in-plane analysis model are set.
The user interface unit 614 of the film thickness distribution calculation program 6 (FIG. 18) outputs conditions such as the set parameters to each unit constituting the film thickness distribution calculation program 6.
[0094]
In step 302 (S302), the contact data calculation unit 600 calculates the ratio of the gas concentration in the vicinity of the wall surface to the gas concentration at the center of the gas flow (concentration ratio: contact data) and outputs it to the flow direction calculation module 602. To do.
[0095]
In step 304 (S304), the user of the substrate processing system 1 (FIG. 1) sets conditions such as the gas flow rate and pressure on the display / input device 16 (FIG. 2) of the arithmetic processing unit 3, and this setting is performed. Accordingly, the flow direction calculation module sets the initial concentration in the z direction.
The user interface unit 614 of the film thickness distribution calculation program 6 (FIG. 18) outputs the input z-direction initial concentration to the flow direction calculation module 602.
[0096]
In step 306 (S306), the flow direction calculation module 602 calculates the concentration (concentration distribution) of one gas in the reaction chamber 40 with respect to the value of the flow direction coordinate z corresponding to the substrate 180, and performs in-plane calculation. Output to module 604.
[0097]
In step 308 (S 308), the substrate in-plane calculation module 604 calculates a density distribution with respect to the value of the radial coordinate r of the substrate 180 and outputs the density distribution to the density convergence determination unit 606.
[0098]
In step 310 (S310), the concentration convergence determination unit 606 outputs the concentration distribution received from the in-plane calculation module 604 to the concentration distribution storage unit 608, and the concentration of the gas supplied into the reaction chamber 40 is increased. It is determined whether or not convergence has occurred in the z direction.
When the gas concentration does not converge in the z direction, the concentration convergence determination unit 606 calculates the gas concentration so that the gas concentration converges again in the z direction with respect to the flow direction calculation module 602 (FIG. 18). The process proceeds to S306.
When the gas concentration converges in the z direction, the concentration convergence determination unit 606 receives the concentration distribution from the concentration distribution storage unit 608 and outputs the concentration distribution to the film formation rate calculation unit 610.
[0099]
In step 312 (S 312), the deposition rate calculation unit 610 calculates a deposition rate (deposition rate distribution) according to the concentration distribution received from the concentration convergence determination unit 606, and the in-plane distribution calculation unit 612 Output.
[0100]
In step 314 (S314), the in-plane distribution calculation unit 612 calculates the in-plane film thickness distribution according to the film formation rate distribution, and displays the display of the arithmetic processing unit 3 via the set value DB 522 and the UI unit 614. -It outputs with respect to the input device 16 (FIG. 2).
[0101]
In step 316 (S316), the user of the substrate processing system 1 (FIG. 1) obtains the film thickness distribution in the plane of the substrate 180 from the display / input device 16.
[0102]
[In-plane error ratio]
The calculated in-plane film thickness distribution is similar to the case where the calculated value of the film thickness between the planes is corrected (see FIGS. 13 and 15, etc.). It is preferable that the correction is made by the internal error ratio.
Hereinafter, the in-plane error ratio calculated by the arithmetic processing device 3 will be described.
[0103]
FIG. 20 is a chart illustrating an in-plane film thickness distribution actually formed.
The film thickness formation conditions shown in FIG. 20 are, for example, that the temperature of the temperature adjustment portion 402-1 is 750 ° C., the temperature of the temperature adjustment portions 402-2 to 402-4 is 740 ° C., and the temperature adjustment The temperature of the portion 402-5 is 730 ° C., the pressure of the gas is 50 Pa, the flow rate of the gas is 500 ccm, and the number of dummy substrates 184 disposed at the upper part of the row of the substrates 180 is two. The number of dummy substrates 184 arranged at the bottom of the row of substrates 180 is two.
[0104]
Between the dummy substrate 184 placed on the upper portion of the boat 404 and the dummy substrate 184 placed on the lower portion of the boat 404, for example, 100 product substrates 180 serving as products are placed.
The film thickness measuring device 26 includes, for example, a substrate 180 located below the dummy substrate 184 placed on the upper portion of the boat 404, a substrate 180 located above the dummy substrate 184 placed on the lower portion of the boat 404, and The in-plane film thickness distribution is measured with respect to the substrate 180 placed between these substrates 180.
In FIG. 20, the substrate 180 at the slot numbers 1, 50, and 100 is the target for measuring the in-plane film thickness distribution.
As shown in FIG. 20, the film thickness measuring device 26 (FIG. 1) is, for example, at a position where the radial coordinate r is 0 mm, 75 mm, and 140 mm with respect to the substrate 180 at the position where the slot number is 1,50,100. Each film thickness is measured.
The measured film thickness may be an average film thickness at the same radius.
[0105]
FIG. 21 is a chart illustrating an in-plane film thickness distribution calculated for the substrate 180 shown in FIG.
As shown in FIG. 21, the arithmetic processing unit 3 (FIG. 1), for example, with respect to the substrate 180 at the position where the slot number is 1, 50, 100, for example, the film at the position where the radial coordinate r is 0 mm, 75 mm, 140 mm. Each thickness is calculated.
The calculated film thickness may be an average film thickness at the same radius.
[0106]
FIG. 22 is a chart showing the ratio of the measured in-plane film thickness (FIG. 20) to the calculated in-plane film thickness (FIG. 21) (example of in-plane error ratio).
As shown in FIG. 22, the arithmetic processing unit 3 (FIG. 1) calculates the ratio of the measured in-plane film thickness to the calculated in-plane film thickness as an in-plane error ratio.
For example, the substrate 180 at the slot number 100 has an in-plane error ratio of 500/495 (≈1.0101) at a radial coordinate r of 0 mm (center of the substrate 180).
[0107]
[Calculation of in-plane error ratio]
FIG. 23 shows a process (S40) in which the arithmetic processing unit 3 (FIG. 1) calculates the in-plane error ratio with respect to the in-plane film thickness distribution of the substrate calculated by the film thickness distribution calculation program 6 (FIG. 18). It is a flowchart.
As shown in FIG. 23, in step 400 (S400), the arithmetic processing unit 3 applies to a film-formed substrate 182 (FIG. 1) that has been subjected to film formation under the same conditions such as gas flow rate, pressure, and temperature in advance. Then, the measured in-plane film thickness is received from the film thickness measuring device 26, the measured average in-plane film thickness (see FIG. 20) is created, and the in-plane film thickness distribution is stored in the set value DB 522.
[0108]
In step 402 (S402), the arithmetic processing unit 3 performs the process shown in S30 (FIG. 19) on the film-formed substrate 182 and sets the calculated in-plane average film thickness (see FIG. 21) as a set value. Store in the DB 522.
[0109]
In step 404 (S404), the arithmetic processing unit 3 accepts the measured average film thickness in the plane and the calculated average film thickness in the plane from the set value DB 522 (FIGS. 6 and 18), and generates an in-plane error. The ratio (see FIG. 22) is calculated and stored in the set value DB 522.
[0110]
[Overall Operation of Substrate Processing System 1]
Hereinafter, the overall operation of the substrate processing system 1 will be described.
FIG. 24 is a flowchart showing the overall operation (S50) of the substrate processing system 1.
As shown in FIG. 24, in step 500 (S500), the user of the substrate processing system 1 (FIG. 1) moves the upper and lower portions of the boat 404 with respect to the display / input device 16 (FIG. 2) of the arithmetic processing unit 3. The number of dummy substrates 184 arranged in the above is set as a reference number in the reaction chamber 40 and parameters such as gas flow rate, pressure and temperature, and substrate thickness as initial conditions.
The user interface unit 614 of the film thickness distribution calculation program 6 (FIG. 18) outputs the input reference number of dummy substrates 184 to each unit constituting the film thickness distribution calculation program 6.
[0111]
In step 502 (S502), the substrate processing system 1 performs the processing shown in S10 (FIG. 14) and S20 (FIG. 15) by the substrate processing system 1, and sets a set temperature for uniformizing the inter-surface film thickness. The value is stored in the value DB 522.
Note that the initial condition set in the process of S500 described above is used as the initial condition described as being set in the process shown in S10 and S20.
[0112]
In step 504 (S504), the arithmetic processing unit 3 confirms whether or not the in-plane error ratio is calculated under the same conditions such as the gas flow rate, pressure, and temperature, and the in-plane error ratio is not calculated. If YES, the process proceeds to S506. If the in-plane error ratio has been calculated, the process proceeds to S508.
[0113]
In step 506 (S506), the arithmetic processing unit 3 performs a process of calculating an in-plane error ratio (S40), and stores the calculated in-plane error ratio in the set value DB 522.
[0114]
In step 508 (S508), the substrate processing system 1 performs the processing shown in S30 (FIG. 19) by the substrate processing system 1, causes the arithmetic processing unit 3 to calculate the in-plane film thickness distribution of the substrate 180, and the in-plane film. The thickness distribution is stored in the set value DB 522.
Note that the condition setting described in the process shown in S30 is the one set in the process of S500 described above.
[0115]
In step 510 (S510), the arithmetic processing unit 3 calculates the in-plane error ratio calculated in the process of S502 or the process of S506 with respect to the in-plane film thickness distribution calculated in the process of S508. Multiply the in-plane error ratio to correct the calculated in-plane film thickness distribution.
[0116]
In step 512 (S512), the arithmetic processing device 3 displays the value of the in-plane film thickness distribution corrected in the processing of S510 on the display / input device 16.
FIG. 25 is a chart illustrating values of the corrected in-plane film thickness distribution.
That is, the user of the substrate processing system 1 accepts the value of the in-plane film thickness distribution that varies depending on the value of the radial coordinate r as shown in FIG.
In addition, when the corrected in-plane film thickness distribution is a value outside the specified value, the arithmetic processing unit 3 proceeds to the process of S514, and the corrected in-plane film thickness distribution is set to a value within the specified value. If YES, the process proceeds to S516.
For example, when the in-plane film thickness prescribed value is 500 ± 10 nm, when the in-plane film thickness distribution value as shown in FIG. 25 is obtained, the substrate 180 at the position of each slot number has the in-plane film thickness distribution. Since the value is within the specified value, the process proceeds to S516.
[0117]
In step 514 (S514), the user of the substrate processing system 1 changes the number of dummy substrates 184 arranged above and below the boat 404 with respect to the display / input device 16, and proceeds to the processing of S502.
The user interface unit 614 of the film thickness distribution calculation program 6 (FIG. 18) outputs the number of dummy substrates 184 changed in S514 to each unit constituting the film thickness distribution calculation program 6.
The parameters described as the initial conditions in the process of S500 may be set by the user of the substrate processing system 1 in each of the processes of S502 and S508.
Further, in the processes of S512 and S514, the number of dummy substrates 184 is changed in the same manner as when the temperature is repeatedly changed so that the calculated value of the film thickness illustrated in FIG. 10 falls within the target film thickness range. The processing apparatus 3 may calculate an appropriate number of dummy substrates 184 without the user of the substrate processing system 1 operating.
[0118]
In step 516 (S516), the arithmetic processing unit 3 determines the film forming conditions including the number of dummy substrates 184 and the set temperature, and sets the film forming conditions for the substrate processing apparatus 4 via the film forming control unit 22.
[0119]
In step 518 (S 518), the substrate processing system 1 performs a film forming process on the substrate 180 based on the film forming conditions set in the substrate processing apparatus 4 via the film forming control device 22.
The number of dummy substrates 184 is exemplified, but the number of product substrates 180 may be used.
Further, the arrangement and the number of monitor substrates, product substrates 180 or dummy substrates 184 may be changed.
[0120]
[Modification]
Hereinafter, modifications of the embodiment of the present invention will be described.
In the modification of the embodiment of the present invention, the substrate processing system 1 (FIG. 1) changes the in-plane film thickness distribution of the substrate 180 within a specified value by changing the gas flow rate and / or pressure. Like that.
[0121]
[Overall Operation of Substrate Processing System 1]
Hereinafter, the overall operation of the substrate processing system 1 in a modification of the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 26 is a flowchart showing the overall operation (S60) of the substrate processing system 1 in a modification of the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 26, in step 600 (S600), the user of the substrate processing system 1 (FIG. 1) sets the gas flow rate and pressure to the display / input device 16 (FIG. 2) of the arithmetic processing unit 3. Parameters such as a reference value in the reaction chamber 40, temperature as an initial condition, and substrate thickness are set.
The user interface unit 614 of the film thickness distribution calculation program 6 (FIG. 18) outputs the input gas flow rate and pressure to each unit constituting the film thickness distribution calculation program 6.
[0122]
In step 602 (S602), the substrate processing system 1 performs the processing shown in S10 (FIG. 14) and S20 (FIG. 15) by the substrate processing system 1, and sets a set temperature for uniformizing the inter-surface film thickness. The value is stored in the value DB 522.
Note that the initial conditions described as being set in the processes shown in S10 and S20 are those set in the process of S600 described above.
[0123]
In step 604 (S604), the arithmetic processing unit 3 checks whether or not the in-plane error ratio is calculated under the same conditions such as the gas flow rate, pressure, and temperature, and the in-plane error ratio is not calculated. If YES, the process proceeds to S606. If the in-plane error ratio has been calculated, the process proceeds to S608.
[0124]
In step 606 (S606), the arithmetic processing unit 3 performs a process of calculating an in-plane error ratio (S40), and stores the calculated in-plane error ratio in the set value DB 522.
[0125]
In step 608 (S608), the substrate processing system 1 performs the processing shown in S30 (FIG. 19) by the substrate processing system 1, causes the arithmetic processing unit 3 to calculate the in-plane film thickness distribution of the substrate 180, and the in-plane film The thickness distribution is stored in the set value DB 522.
Note that the condition setting described in the process shown in S30 is the one set in the process of S600 described above.
[0126]
In step 610 (S610), the arithmetic processing unit 3 performs the in-plane error ratio calculated in the process of S602 or the surface calculated in the process of S606 with respect to the in-plane film thickness distribution calculated in the process of S608. The in-plane film thickness distribution is corrected by multiplying the inner error ratio.
[0127]
In step 612 (S612), the arithmetic processing unit 3 displays the value of the in-plane film thickness distribution corrected in the process of S610 by the display / input device 16, and the corrected in-plane film thickness distribution is outside the specified value. If the value is a value, the process proceeds to S614. If the in-plane film thickness distribution is a value within the specified value, the process proceeds to S616.
[0128]
In step 612 (S612), the arithmetic processing device 3 displays the value of the in-plane film thickness distribution corrected in the processing of S610 on the display / input device 16.
That is, the user of the substrate processing system 1 accepts the value of the in-plane film thickness distribution that varies depending on the value of the radial coordinate r as shown in FIG.
In addition, when the corrected in-plane film thickness distribution is a value outside the specified value, the arithmetic processing unit 3 proceeds to the process of S614, and the corrected in-plane film thickness distribution is set to a value within the specified value. If YES, the process proceeds to S616.
For example, when the in-plane film thickness prescribed value is 500 ± 10 nm and the in-plane film thickness distribution value as shown in FIG. 25 is obtained, the substrate 180 at the position of each slot number is in-plane film thickness. Since the distribution is a value within the specified value, the process proceeds to S616.
[0129]
In step 614 (S614), the user of the substrate processing system 1 changes the gas flow rate and / or pressure on the display / input device 16 and proceeds to the processing of S602.
The user interface unit 614 of the film thickness distribution calculation program 6 (FIG. 18) outputs the gas flow rate and pressure input in S614 or any one of them to each unit constituting the film thickness distribution calculation program 6.
The parameter described as the initial condition in the process of S600 may be set by the user of the substrate processing system 1 in each of the processes of S602 and S608.
Further, in the processes of S612 and S614, the gas flow rate and pressure or any one of them is used as in the case where the temperature is repeatedly changed so that the calculated value of the film thickness illustrated in FIG. 10 falls within the range of the target film thickness. The calculation processing device 3 may calculate an appropriate gas flow rate and pressure, or any one of them, without the user of the substrate processing system 1 operating.
[0130]
In step 616 (S616), the arithmetic processing unit 3 determines the film forming conditions including the gas flow rate and / or pressure, and any of the set temperatures, and the substrate processing apparatus 4 through the film forming control unit 22. Set the membrane conditions.
[0131]
In step 618 (S618), the substrate processing system 1 performs a film forming process on the substrate 180 based on the film forming conditions set in the substrate processing apparatus 4 via the film forming control device 22.
[0132]
The in-plane film thickness distribution of the substrate 180 may be predicted by changing all of the number of dummy substrates, the gas flow rate, and the pressure, or may be predicted only by any one of these. Also good.
The target for calculating the in-plane film thickness distribution may be the monitor substrates W1 to W4.
As described above, the substrate processing system 1 can easily predict the in-plane film thickness distribution of the substrate 180.
[0133]
As described above, the substrate processing system 1 calculates the temperature setting value for making the film thickness between the surfaces of each substrate 180 uniform by the set temperature calculation program 5, and makes the film thickness in the surface of the substrate 180 uniform. In order to achieve this, the film thickness distribution calculation program 6 can set the number of dummy substrates, the gas flow rate and the pressure, or any one of them, so that the film thickness distribution of the substrate can be easily calculated. In addition, the setting for making the film thickness formed on the substrate uniform can be performed in a short time.
[0134]
【The invention's effect】
As described above, according to the substrate processing system of the present invention, a desired processing result can be easily predicted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a substrate processing system according to the present invention.
2 is a diagram showing a hardware configuration of an arithmetic processing device, a film formation control device, and a coefficient / set value DB shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the substrate processing apparatus shown in FIG. 1;
4 is a view illustrating a cross section of the boat shown in FIG. 3 and a reaction chamber in a state where a substrate is accommodated in the boat. FIG.
5 is a diagram schematically showing the configuration of the film formation control apparatus shown in FIG. 1, and the relationship between the film formation control apparatus and the substrate processing apparatus (FIGS. 1, 3). FIG.
6 is a diagram showing a configuration of a set temperature calculation program executed in the arithmetic processing apparatus shown in FIG. 1 and the like. FIG.
7 is a first chart showing processing of an interference matrix / coefficient calculation unit shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a second diagram showing processing of the interference matrix / coefficient calculation unit shown in FIG. 6;
FIG. 9 is a third chart showing processing of the interference matrix / coefficient calculator shown in FIG. 6;
10 shows a method for calculating a temperature set value for the temperature adjustment portion (FIGS. 4 and 5) by the set value calculation unit and the film thickness calculation unit shown in FIG. 6, one for each temperature adjustment portion and one measurement target substrate W1. It is a figure typically shown about the case where it is only.
11 is a diagram illustrating film thicknesses Wc1 to Wc4 of monitor substrates W1 to W4 that are initially calculated by the film thickness calculation unit illustrated in FIG. 6;
12 is a diagram illustrating film thicknesses Wc1 to Wc4 of monitor substrates W1 to W4 that are finally calculated by the film thickness calculation unit illustrated in FIG. 6;
FIG. 13 is a diagram illustrating a case where a calculated value of a thickness of a film formed on monitor substrates W1 to W4 is different from a thickness of a film actually formed.
14 is a flowchart showing a process (S10) for obtaining the thermal interference matrix M shown in FIGS. 7 to 9; FIG.
FIG. 15 is a flowchart showing set value calculation processing (S20) described with reference to FIGS.
FIG. 16 is a diagram showing a reaction chamber analysis model when a film thickness distribution calculation program is applied to a reaction chamber.
FIG. 17 is a diagram showing a substrate in-plane analysis model when a film thickness distribution calculation program is applied to a reaction chamber.
FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a film thickness distribution calculation program executed in the arithmetic processing apparatus shown in FIG. 1 and the like.
FIG. 19 is a flowchart showing the operation (S30) of the film thickness distribution calculation program 6;
FIG. 20 is a chart illustrating an in-plane film thickness distribution actually formed.
FIG. 21 is a chart illustrating the in-plane film thickness distribution calculated for the substrate shown in FIG. 20;
FIG. 22 is a chart showing a ratio of measured in-plane film thickness to calculated in-plane film thickness (an example of in-plane error ratio).
FIG. 23 is a flowchart showing a process (S40) in which an arithmetic processing unit calculates an in-plane error ratio with respect to an in-plane film thickness distribution of a substrate calculated by a film thickness distribution calculation program.
FIG. 24 is a flowchart showing an overall operation (S50) of the substrate processing system.
FIG. 25 is a chart illustrating values of corrected in-plane film thickness distributions.
FIG. 26 is a flowchart showing an overall operation (S60) of the substrate processing system in a modification of the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Substrate processing system
180 ... substrate
182 ... Film-formed substrate
184 ... Dummy substrate
186 ... Space between substrates
188 ... Board edge
22 ... Film formation control device
220 ... Temperature control device
222... Heater driving device
224 ... Flow control device
226 ... Pressure control device
26 ... Film thickness measuring device
28 ... Coefficient / set value DB
3. Arithmetic processing device
10 ... Computer body
102 ... CPU
104 ... Memory
12 ... Communication IF
14 ... Storage device
140... Recording medium
16 ... Display / input device
5 ... Set temperature calculation program
500 ... Interference matrix / coefficient calculator
502 ... Film thickness calculation unit
504: Setting value calculation unit
510 ... User interface section
520... Interference matrix and coefficient DB
522 ... Setting value DB
6 ... Set temperature calculation program
600: Contact data calculation unit
602 ... Flow direction calculation module
604 ... In-plane calculation module
606 ... Concentration convergence determination unit
608 ... Concentration distribution storage unit
610: Deposition rate calculation unit
612 ... In-plane distribution calculation unit
614: User interface (UI) part
4 ... Substrate processing apparatus
40 ... Reaction chamber
42 ... Heater
402 ... Temperature adjustment part
404 ... boat
406 ... Heat shield
408 ... Temperature sensor
410 ... Gas flow regulator
412 ... Flow sensor
414 ... lower space
416 ... flow path
418 ... Upper space
420 ... Pressure adjusting device
422 ... Pressure sensor
448 ... Outer tube
450 ... Inner tube
452 ... cylindrical space

Claims (1)

A substrate processing apparatus for performing predetermined processing on a substrate based on a set value indicating processing conditions;
Processing result prediction means for predicting a result when the substrate processing apparatus processes the substrate based on the set value;
The processing result prediction means predicts a processing result of the substrate processing apparatus in accordance with the number of substrates processed by the substrate processing apparatus.

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