JP2011029592A - Surface processing simulation device, controller for surface processing apparatus and surface processing system - Google Patents

Surface processing simulation device, controller for surface processing apparatus and surface processing system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To calculate optimal conditions of a raw material fluid for surface processing in vertical rotary surface processing that uses pumpability. <P>SOLUTION: A surface processing simulation device 20 for a vertical rotary surface processing apparatus 10 stores a model calculation program 36 that calculates velocity distribution of the raw material fluid 18 by applying a pumpability model to a storage portion 38. A CPU 30 includes: a parameter acquisition processing portion 42 for inputting and acquiring surface processing parameters; a model calculation portion 44 that calculates the velocity distribution of the raw material fluid 18 to a substrate 16 by applying the acquired surface processing parameters to the model calculation program 36; an optimal flow rate calculation processing portion 46 that calculates the optimal flow rate of the raw material fluid based on the calculated data of the velocity distribution and device parameters; and a flow rate correction processing portion 48 that corrects the optimal flow rate based on the device shape parameters. The productivity flow rate where the optimal flow rate is reduced is determined from the productivity viewpoint. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面処理シミュレーション装置及び表面処理装置用制御装置に係り、特に、回転する基板に表面処理用原料流体を供給して、基板上に膜を生成する表面処理装置における最適ガス条件を算出するシミュレーション装置、表面処理装置用制御装置及び、その表面処理システムに関する。   The present invention relates to a surface treatment simulation apparatus and a surface treatment apparatus controller, and in particular, calculates an optimum gas condition in a surface treatment apparatus that generates a film on a substrate by supplying a surface treatment raw material fluid to a rotating substrate. The present invention relates to a simulation device, a surface treatment device control device, and a surface treatment system thereof.

例えば、半導体素子等を製造するために、適当な反応ガス等の原料流体を基板上に供給して、基板上に半導体層や絶縁膜、導電体層等を形成し、あるいは、基板の表面をエッチングし、あるいはクリーニング処理し、あるいはコーティング材料を形成することが行われる。このような処理は半導体素子の製造以外にも広く行われており、これらの処理を広義の表面処理と呼ぶことができ、この表面処理を行う装置を広義の表面処理装置と呼ぶことができる。   For example, in order to manufacture a semiconductor element or the like, a raw material fluid such as an appropriate reaction gas is supplied onto the substrate to form a semiconductor layer, an insulating film, a conductor layer, or the like on the substrate, or the surface of the substrate is Etching, cleaning, or forming a coating material is performed. Such treatment is widely performed in addition to the manufacture of semiconductor elements, and these treatments can be referred to as surface treatment in a broad sense, and an apparatus that performs this surface treatment can be referred to as a surface treatment device in a broad sense.

例えば、半導体ウェハあるいは絶縁体ウェハ等に半導体層をエピタキシャル成長させるエピタキシャル装置、半導体ウェハ上に適当な酸化膜等の絶縁膜を堆積させる気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)装置、半導体ウェハ上に形成された薄膜等を除去するドライエッチング装置等は、広義の表面処理装置である。   For example, an epitaxial apparatus for epitaxially growing a semiconductor layer on a semiconductor wafer or an insulator wafer, a vapor deposition (CVD) apparatus for depositing an insulating film such as an appropriate oxide film on the semiconductor wafer, or a semiconductor wafer formed on the semiconductor wafer A dry etching apparatus or the like that removes the formed thin film or the like is a surface treatment apparatus in a broad sense.

表面処理装置には、表面処理用原料流体を基板の表面の方向に平行に供給する横型方式と、表面処理用原料流体を基板の表面にほぼ垂直な方向に供給する縦型方式とがある。後者は、表面処理の均一性を確保するために、基板をその表面に垂直な方向の軸の周りに回転させることが行われることが多い。   The surface treatment apparatus includes a horizontal type that supplies the surface treatment raw material fluid in parallel to the surface direction of the substrate and a vertical type that supplies the surface treatment raw material fluid in a direction substantially perpendicular to the surface of the substrate. In the latter case, in order to ensure the uniformity of the surface treatment, the substrate is often rotated about an axis in a direction perpendicular to the surface.

このような縦型回転式表面処理装置は、様々な用途に用いられるが、以下の点で共通する特徴を有する。すなわち、(1)中心部に様々な形の被処理面を有する被処理物を設置してこれを回転させる、(2)原料である気体または液体は上方から流入し、回転によって被処理物の表面の近くで境界層が形成される、(3)相移転や化学反応は表面もしくは境界層内で生じ、表面処理の効果が得られる、(4)流体は後に遠心力によって中心から被処理物外縁部へ流出する。   Such a vertical rotary surface treatment apparatus is used for various purposes, but has the following common features. That is, (1) A processing object having various shapes of processing surfaces is placed in the central portion and rotated. (2) Gas or liquid as a raw material flows from above, and the rotation of the processing object A boundary layer is formed near the surface. (3) Phase transfer or chemical reaction occurs in the surface or the boundary layer, and the effect of surface treatment is obtained. (4) The fluid is processed from the center by centrifugal force later. Outflow to the outer edge.

このように、縦型回転式表面処理装置の特徴としては、被処理物の回転によって形成された境界層内で、境界層厚さや温度・濃度などの物理量分布が均一となることが上げられる。この均一な操作環境は、表面で一様な物理・化学反応を得ることができ、製品の均一性が向上する。   As described above, a feature of the vertical rotary surface treatment apparatus is that the physical quantity distribution such as the boundary layer thickness, temperature, and concentration is uniform in the boundary layer formed by the rotation of the workpiece. In this uniform operating environment, uniform physical and chemical reactions can be obtained on the surface, and the uniformity of the product is improved.

例えば、特許文献1には、半導体基板の表面にエピタキシャル成長層を形成する気相成長装置において、ウェーハを毎分数百回転以上の高速で回転させることにより、ウェーハ近傍の気圧が低くなりウェーハ上方から送られる反応ガスをウェーハ表面に引き寄せる(ポンプ効果)と共に、エピタキシャル成長反応の進行するウェーハ表面直上の境界層を遠心力により均一化させて薄化し、反応ガスの供給効率を上げて、エピタキシャル成長速度の高速化を図ることが述べられている。   For example, in Patent Document 1, in a vapor phase growth apparatus that forms an epitaxial growth layer on the surface of a semiconductor substrate, by rotating the wafer at a high speed of several hundred revolutions per minute, the atmospheric pressure in the vicinity of the wafer is reduced, and the wafer from above. The reaction gas to be sent is drawn to the wafer surface (pump effect), and the boundary layer directly above the wafer surface where the epitaxial growth reaction proceeds is made uniform and thinned by centrifugal force, increasing the supply efficiency of the reaction gas and increasing the epitaxial growth rate. It is stated that it will be made easier.

ポンプ効果の解析に関し、非特許文献1には、流体中で、平板面に垂直な軸の周りに一定角速度ωで回転する円板の周囲の流れについて、ナビエ・ストークス方程式の厳密解の例が述べられている。ここでは、流体の動粘性係数νとして、境界層の厚さが(ν/ω)1/2に近似できることを示し、円板の半径方向の速度u、周方向速度v、軸方向速度wと、圧力pについて、軸方向に沿った距離zを無次元化したz/(ν/ω)1/2によって規格化した4元連立偏微分方程式を解くことが示されている。 Regarding the analysis of the pump effect, Non-Patent Document 1 gives an example of an exact solution of the Navier-Stokes equation for a flow around a disk rotating at a constant angular velocity ω around an axis perpendicular to the flat plate surface in a fluid. It is stated. Here, the kinematic viscosity coefficient ν of the fluid indicates that the boundary layer thickness can be approximated to (ν / ω) 1/2, and the radial velocity u, circumferential velocity v, axial velocity w of the disk For pressure p, it is shown to solve a quaternary simultaneous partial differential equation normalized by z / (ν / ω) 1/2 , which is a dimensionless distance z along the axial direction.

その計算結果によれば、ポンプ効果による流体の軸方向速度wは、軸方向に沿った距離が円板に近づくにつれ小さくなって円板表面でゼロになること、また、径方向速度uは、円板表面でゼロであるが、軸方向に沿った距離の円板から離れるに従って次第に増大し、さらに円板から遠くなると再びゼロに戻るような最大速度分布を有することが示されている。   According to the calculation result, the axial velocity w of the fluid due to the pump effect decreases as the distance along the axial direction approaches the disc and becomes zero on the disc surface, and the radial velocity u is It has been shown to have a maximum velocity distribution that is zero on the surface of the disk, but gradually increases with increasing distance from the disk along the axial direction, and returns to zero again when further away from the disk.

非特許文献1では、温度の効果を考慮していないが、非特許文献2には、回転する円板上のシリコン形成技術として、流体の熱伝導率を考慮した熱エネルギ方程式を非特許文献1に述べられている4元連立偏微分方程式に加えて、5元連立偏微分方程式を解くことが述べられている。   Non-Patent Document 1 does not consider the effect of temperature, but Non-Patent Document 2 discloses a thermal energy equation that takes into account the thermal conductivity of a fluid as a silicon formation technique on a rotating disk. In addition to the quaternary simultaneous partial differential equation described in the above, it is described to solve a quinary simultaneous partial differential equation.

特開平9−63966号公報JP-A-9-63966

Dr.Hermann Schlichting(Translated by Dr.J.K.Kestin);Boundary−Layer Theory;Seventh Edition;USA;Mc Graw−Hill Book Company;1979;p102−104Dr. Hermann Schlicting (Translated by Dr. JK Kestin); Boundary-Layer Theory; Seventh Edition; USA; Mc Graw-Hill Book Company; 1979; p102-104 Richard Pollard et.al.;silicon Deposition on a Rotating Disk;J.Electrochem.Soc.;Solid−State Science and Technology;USA;March 1980;vol.127,No.3;p744−745Richard Pollard et. al. Silicon Deposition on a Rotating Disk; Electrochem. Soc. Solid-State Science and Technology; USA; March 1980; vol. 127, no. 3; p744-745

特許文献1に述べられているように、縦型回転式表面処理装置においては、ポンプ効果によって境界層が効果的に形成されて、表面処理の均一性の向上と生産性向上が期待される。   As described in Patent Document 1, in the vertical rotary surface treatment apparatus, the boundary layer is effectively formed by the pump effect, and improvement in uniformity of the surface treatment and improvement in productivity are expected.

このように縦型回転式表面処理装置はポンプ効果による境界層形成を利用するものであるが、実際の製造条件の設定は、表面処理装置の寸法、形状等で流路形状が異なるので、均一な表面処理を得るためには、基板の回転数、基板の温度、原料流体の流量等を様々に振って、その中で適切となるものを選択することで行われている。つまり、実験的なデータに基づいて、実際の製造条件の設定が行われている。   As described above, the vertical rotary surface treatment apparatus uses boundary layer formation by the pump effect, but the actual manufacturing conditions are set uniformly because the flow path shape differs depending on the size and shape of the surface treatment apparatus. In order to obtain an appropriate surface treatment, the number of rotations of the substrate, the temperature of the substrate, the flow rate of the raw material fluid, and the like are varied in various ways, and an appropriate one is selected. That is, actual manufacturing conditions are set based on experimental data.

本発明の目的は、ポンプ効果を用いる縦型回転式表面処理において、表面処理用原料流体の最適条件を算出することができる表面処理シミュレーション装置、表面処理用原料流体の最適条件を設定できる表面処理装置用制御装置及び、その縦型回転式表面処理装置と表面処理装置用制御装置とを含む表面処理システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a surface treatment simulation apparatus capable of calculating the optimum conditions of the surface treatment raw material fluid in the vertical rotary surface treatment using the pump effect, and the surface treatment capable of setting the optimum conditions of the surface treatment raw material fluid. An apparatus control device, and a surface treatment system including the vertical rotary surface treatment device and the surface treatment device control device are provided.

本発明に係る表面処理シミュレーション装置は、回転する基板にほぼ垂直方向に表面処理用原料流体を供給して、基板に対し表面処理を行う縦型回転式表面処理装置における最適ガス条件を算出するシミュレーション装置であって、表面処理装置の形状に関する装置パラメータと、原料流体の特性に関する原料流体パラメータを含む表面処理パラメータを取得する取得手段と、流体中において回転する円板の周囲における流れのポンプ効果モデルを用い、回転する円板面に垂直方向を軸方向として、原料流体の軸方向速度の軸方向に沿った距離に対する特性である軸方向速度分布を算出するモデル算出プログラムを記憶する記憶部と、取得手段によって取得された表面処理パラメータを、モデル算出プログラムに適用して、基板に対する原料流体の軸方向速度分布を算出するモデル算出手段と、基板に対する原料流体の軸方向速度分布の算出データと装置パラメータとに基づいて、基板上に生成される表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出する最適流量算出手段と、を備えることを特徴とする。   The surface treatment simulation apparatus according to the present invention is a simulation for calculating optimum gas conditions in a vertical rotary surface treatment apparatus that supplies a surface treatment raw material fluid to a rotating substrate in a substantially vertical direction and performs surface treatment on the substrate. An apparatus for obtaining a surface treatment parameter including a device parameter relating to a shape of the surface treatment device, a raw material fluid parameter relating to a characteristic of the raw material fluid, and a pump effect model of a flow around a disk rotating in the fluid And a storage unit for storing a model calculation program for calculating an axial velocity distribution that is a characteristic with respect to a distance along the axial direction of the axial velocity of the raw material fluid, with the direction perpendicular to the rotating disk surface as the axial direction, Applying the surface treatment parameters acquired by the acquisition means to the model calculation program, Based on the model calculation means for calculating the axial velocity distribution of the body, the calculation data of the axial velocity distribution of the raw material fluid relative to the substrate, and the apparatus parameters, it is optimal for the uniformity of the surface treatment generated on the substrate. And an optimum flow rate calculating means for calculating the raw material fluid flow rate.

また、本発明に係る表面処理シミュレーション装置において、最適流量算出手段は、基板に対する原料流体の軸方向速度分布について軸方向距離を無限大としたときに算出される軸方向速度w(∞)に、基板の表面積A1または表面処理装置における原料流体の流入口の断面積A2のいずれか大きい方の面積Aを乗じた値であるQ=A×w(∞)を最適流量として算出することが好ましい。 Further, in the surface treatment simulation apparatus according to the present invention, the optimum flow rate calculating means is configured to calculate the axial velocity w (∞) calculated when the axial distance is infinite with respect to the axial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate. Q = A × w (∞), which is a value obtained by multiplying the surface area A 1 of the substrate or the cross-sectional area A 2 of the inlet of the raw material fluid in the surface treatment apparatus, whichever is larger, is calculated as the optimum flow rate. preferable.

また、本発明に係る表面処理シミュレーション装置において、記憶部は、原料流体の軸方向速度分布の算出に加えて、さらに、回転する円板の半径方向を径方向として、原料流体の径方向速度の軸方向に沿った距離に対する特性である径方向速度分布を算出するモデル算出プログラムを記憶し、モデル算出手段は、基板に対する原料流体の軸方向速度分布の算出に加えて、さらに、基板に対する原料流体の径方向速度分布をさらに算出し、さらに、基板に対する原料流体の径方向速度分布の算出データと装置パラメータとに基づいて、最適流量を補正する流量補正手段を備えることが好ましい。   In the surface treatment simulation apparatus according to the present invention, in addition to calculating the axial velocity distribution of the raw material fluid, the storage unit further sets the radial direction velocity of the raw material fluid with the radial direction of the rotating disk as the radial direction. A model calculation program for calculating a radial velocity distribution, which is a characteristic with respect to a distance along the axial direction, is stored, and the model calculation means further includes a source fluid for the substrate in addition to the calculation of the axial velocity distribution of the source fluid for the substrate. It is preferable to further include a flow rate correction unit that further calculates the radial flow velocity distribution of the raw material fluid and corrects the optimum flow rate based on the calculation data of the radial flow velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate and the apparatus parameters.

また、本発明に係る表面処理シミュレーション装置において、流量補正手段は、基板に対する原料流体の径方向速度分布について軸方向に沿った距離を大きくするにつれて径方向速度が増加し最大速度となって再び減少し、予め定めた閾値速度以下となるときの軸方向距離として算出される高さを径方向流出高さh0とし、表面処理装置における原料流体の流出口について基板の表面から軸方向に沿った開口高さをhとして、h0に対するhに応じて、最適流量を補正することが好ましい。 Further, in the surface treatment simulation apparatus according to the present invention, the flow rate correction means increases the radial speed and decreases again as the radial speed distribution of the raw material fluid with respect to the substrate increases as the distance along the axial direction increases. The height calculated as the axial distance when the speed is equal to or less than a predetermined threshold speed is defined as the radial outflow height h 0, and the raw material fluid outlet in the surface treatment apparatus extends along the axial direction from the surface of the substrate. It is preferable to correct the optimum flow rate according to h with respect to h 0 , where h is the opening height.

また、本発明に係る表面処理シミュレーション装置において、流量補正手段は、基板に対する原料流体の径方向速度分布について軸方向に沿った距離を大きくするにつれて径方向速度が増加し最大となる最大速度をu(max)とし、表面処理装置における原料流体の流出口について基板の外周端から基板の半径方向に沿って原料流体が突当る距離をS(edge)として、u(max)に対するS(edge)に応じて、最適流量を補正することが好ましい。   Further, in the surface treatment simulation apparatus according to the present invention, the flow rate correcting means increases the maximum velocity at which the radial velocity increases and becomes maximum as the distance along the axial direction increases in the radial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate. (Max), S (edge) with respect to u (max), where S (edge) is the distance that the raw material fluid strikes along the radial direction of the substrate from the outer peripheral edge of the substrate at the outlet of the raw material fluid in the surface treatment apparatus Accordingly, it is preferable to correct the optimum flow rate.

また、本発明に係る表面処理装置用制御装置は、回転する基板にほぼ垂直方向に表面処理用原料流体を供給して、基板に対し表面処理を行う縦型回転式表面処理装置に対し最適ガス条件を設定する制御装置であって、表面処理装置の形状に関する装置パラメータと、原料流体の特性に関する原料流体パラメータを含む表面処理パラメータを取得する取得手段と、流体中において回転する円板の周囲における流れのポンプ効果モデルを用い、回転する円板面に垂直方向を軸方向として、原料流体の軸方向速度の軸方向に沿った距離に対する特性である軸方向速度分布を算出するモデル算出プログラムを記憶する記憶部と、取得手段によって取得された表面処理パラメータを、モデル算出プログラムに適用して、基板に対する原料流体の軸方向速度分布を算出するモデル算出手段と、基板に対する原料流体の軸方向速度分布の算出データと装置パラメータとに基づいて、基板上に生成される表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出し、これを最適流量として設定する最適流量設定手段と、を備えることを特徴とする。   The control device for a surface treatment apparatus according to the present invention supplies an optimum gas to a vertical rotary surface treatment apparatus that supplies a surface treatment raw material fluid to a rotating substrate in a substantially vertical direction and performs surface treatment on the substrate. A control device for setting conditions, an acquisition unit for acquiring a surface treatment parameter including a device parameter relating to a shape of the surface treatment device and a raw material fluid parameter relating to a characteristic of the raw material fluid; and a periphery of a disk rotating in the fluid Stores a model calculation program that uses the flow pump effect model and calculates the axial velocity distribution, which is a characteristic of the axial velocity of the raw material fluid with respect to the distance along the axial direction, with the direction perpendicular to the rotating disk surface as the axial direction. And applying the surface treatment parameters acquired by the acquisition means to the model calculation program, the axial speed of the raw material fluid relative to the substrate Based on the model calculation means for calculating the distribution, the calculation data of the axial velocity distribution of the raw material fluid relative to the substrate, and the apparatus parameters, the optimal raw material fluid flow rate is calculated for the uniformity of the surface treatment generated on the substrate And an optimum flow rate setting means for setting this as the optimum flow rate.

また、本発明に係る表面処理システムは、円筒状の周囲壁を形成する筐体部と、筐体部の内部に設けられ、表面処理を行う対象物である基板を保持する試料保持台と、試料保持台を回転駆動する回転機構と、筐体部において試料保持台の上方側に設けられ、試料保持台の試料に対し原料流体を供給する原料流体供給流路部と、筐体部において試料保持台の側方に設けられ、試料保持台の上方から基板に向かって縦型流として供給される原料流体が試料表面に沿って流れながら基板に対し表面処理を行った後に使用済流体として試料保持台の側方から流出させる流出流路部と、最適ガス条件を設定する制御装置と、を備え、制御装置は、表面処理装置の形状に関する装置パラメータと、原料流体の特性に関する原料流体パラメータを含む表面処理パラメータを取得する取得手段と、流体中において回転する円板の周囲における流れのポンプ効果モデルを用い、回転円板面に垂直方向をz方向として、原料流体のz方向流速のz方向に沿った距離に対する特性であるz方向流速特性を算出するモデル算出プログラムを記憶する記憶部と、取得手段によって取得された表面処理パラメータを、モデル算出プログラムに適用して、基板に対する原料流体のz方向流速特性を算出するモデル算出手段と、基板に対する原料流体のz方向流速特性の算出データと装置パラメータとに基づいて、基板上に生成される表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出し、これを最適流量として設定する最適流量設定手段と、を含むことを特徴とする。   In addition, a surface treatment system according to the present invention includes a housing part that forms a cylindrical peripheral wall, a sample holder that is provided inside the housing part and holds a substrate that is an object to be surface-treated, A rotation mechanism that rotates the sample holding table, a source fluid supply channel that is provided above the sample holding table in the casing and supplies a source fluid to the sample of the sample holding table, and a sample in the casing A sample provided as a used fluid after the surface treatment is performed on the substrate while the raw material fluid is provided on the side of the holding table and supplied as a vertical flow from above the sample holding table toward the substrate. An outflow passage section for flowing out from the side of the holding table, and a control device for setting optimum gas conditions. The control device includes device parameters relating to the shape of the surface treatment device and raw material fluid parameters relating to the characteristics of the raw material fluid. Including surface treatment Using the acquisition means for acquiring the parameters and the pump effect model of the flow around the rotating disk in the fluid, the direction perpendicular to the rotating disk surface is the z direction, and the z direction flow velocity of the source fluid is along the z direction. A storage unit that stores a model calculation program for calculating a z-direction flow velocity characteristic that is a characteristic with respect to a distance, and a surface treatment parameter acquired by the acquisition unit are applied to the model calculation program, so that the z-direction flow velocity characteristic of the raw material fluid with respect to the substrate Based on the model calculation means for calculating the flow rate, the calculation data of the z-direction flow velocity characteristic of the raw material fluid with respect to the substrate, and the apparatus parameters, the optimal raw material fluid flow rate is calculated for the uniformity of the surface treatment generated on the substrate. And an optimum flow rate setting means for setting this as the optimum flow rate.

また、本発明に係る表面処理システムにおいて、制御装置は、最適流量よりも少ない任意の流量と表面処理の均一性に対するばらつき量との関係である流量−ばらつき関係を予め求め、生産性の観点から設定される許容ばらつきを閾値ばらつきとして、流量−ばらつき関係に基いて閾値ばらつきに対応する流量を予め閾値流量として求め、最適流量から流量を少なくしてゆき、閾値流量と等しくなる流量を生産性流量として設定する生産性流量設定手段を含むことが好ましい。   Further, in the surface treatment system according to the present invention, the control device obtains in advance a flow rate-variation relationship that is a relationship between an arbitrary flow rate smaller than the optimum flow rate and a variation amount with respect to the uniformity of the surface treatment, from the viewpoint of productivity. With the allowable variation set as the threshold variation, the flow rate corresponding to the threshold variation is previously obtained as the threshold flow rate based on the flow rate-variation relationship, and the flow rate that is equal to the threshold flow rate is reduced by reducing the flow rate from the optimal flow rate. It is preferable to include productivity flow rate setting means for setting as follows.

また、本発明に係る表面処理システムにおいて、制御装置は、最適流量よりも少ない任意の流量と表面処理の均一性に対するばらつき量との関係である流量−ばらつき関係を予め求め、生産性の観点から設定される許容ばらつきを閾値ばらつきとして、流量−ばらつき関係に基いて閾値ばらつきに対応する流量を閾値流量として求め、また、最適流量よりも少ない任意の流量のときに基板上に生じる逆流の程度について逆流侵入長を定義し、流量と逆流侵入長との関係である流量−逆流侵入長関係を予め求め、この流量−逆流侵入長関係に基き、閾値流量に対応する逆流侵入長を閾値逆流侵入長として求める手段と、流量−逆流侵入長関係に基き、最適流量よりも少ない任意の流量について逆流侵入長を求め、求められた逆流侵入長が閾値逆流侵入長よりも短い場合には流量をさらに少なくし、求められた逆流侵入長が閾値逆流侵入長と等しくなる流量を生産性流量として設定する生産性流量設定手段と、を含むことが好ましい。   Further, in the surface treatment system according to the present invention, the control device obtains in advance a flow rate-variation relationship that is a relationship between an arbitrary flow rate smaller than the optimum flow rate and a variation amount with respect to the uniformity of the surface treatment, from the viewpoint of productivity. Assuming the allowable variation to be set as the threshold variation, the flow rate corresponding to the threshold variation is obtained as the threshold flow rate based on the flow rate-variation relationship, and the degree of backflow generated on the substrate at an arbitrary flow rate smaller than the optimum flow rate Define the backflow penetration length, and obtain the flow rate-backflow penetration length relationship, which is the relationship between the flow rate and the backflow penetration length, in advance. Based on the relationship between the flow rate and the backflow penetration length, the backflow penetration length is obtained for any flow rate that is less than the optimum flow rate. Further reducing the flow rate is shorter than the penetration depth, it is preferred to include a productivity rate setting means for setting a flow rate backflow penetration depth obtained is equal to the threshold reflux penetration length as productivity rate, a.

上記構成の少なくとも1つにより、表面処理シミュレーション装置は、表面処理パラメータを取得し、流体中において回転する円板の周囲における流れのポンプ効果モデルを用い、回転する円板面に垂直方向を軸方向として、原料流体の軸方向速度の軸方向に沿った距離に対する特性である軸方向速度分布を算出するモデル算出プログラムに表面処理パラメータを適用して、基板に対する原料流体の軸方向速度分布を算出する。そして、算出された結果に基づいて、基板上に生成される表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出する。ポンプ効果モデルとしては、非特許文献1に記載されているモデルに温度の効果を盛り込んだものを用いることができる。   With at least one of the above-described configurations, the surface treatment simulation apparatus acquires the surface treatment parameters, uses the pump effect model of the flow around the rotating disk in the fluid, and sets the direction perpendicular to the rotating disk surface in the axial direction. As an example, a surface processing parameter is applied to a model calculation program for calculating an axial velocity distribution which is a characteristic of the axial velocity of a raw material fluid with respect to a distance along the axial direction, thereby calculating the axial velocity distribution of the raw material fluid relative to the substrate. . Based on the calculated result, an optimal raw material fluid flow rate is calculated for the uniformity of the surface treatment generated on the substrate. As the pump effect model, a model in which the temperature effect is incorporated in the model described in Non-Patent Document 1 can be used.

ポンプ効果モデルに基づいて算出された結果は、基板に対する原料流体の軸方向速度分布を示しているので、このポンプ効果の軸方向速度分布に見合うように、表面処理装置における流量を設定すれば、ポンプ効果モデル通りの境界層が形成され、表面処理の均一性が確保できる。上記構成によれば、ポンプ効果モデル通りの境界層を形成するような速度が算出されるので、この結果と装置パラメータとに基づいて、表面処理の均一性のために最適な原料流体流量が算出される。   Since the result calculated based on the pump effect model shows the axial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate, if the flow rate in the surface treatment apparatus is set to match the axial velocity distribution of this pump effect, A boundary layer as the pump effect model is formed, and the uniformity of the surface treatment can be ensured. According to the above configuration, the velocity that forms the boundary layer according to the pump effect model is calculated. Based on this result and the apparatus parameters, the optimum raw material fluid flow rate is calculated for the uniformity of the surface treatment. Is done.

また、表面処理シミュレーション装置において、基板に対する原料流体の軸方向速度分布について軸方向距離を無限大としたときに算出される軸方向速度w(∞)に、基板の表面積A1または表面処理装置における原料流体の流入口の断面積A2のいずれか大きい方の面積Aを乗じた値であるQ=A×w(∞)を最適流量として算出する。このようにすることで、表面処理装置における流量をポンプ効果の軸方向速度分布に見合ったものとできる。 Further, in the surface treatment simulation apparatus, the surface area A 1 of the substrate or the surface treatment apparatus has an axial velocity w (∞) calculated when the axial distance is infinite with respect to the axial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate. Q = A × w (∞), which is a value obtained by multiplying the larger area A of the cross-sectional area A 2 of the inlet of the raw material fluid, is calculated as the optimum flow rate. By doing so, the flow rate in the surface treatment apparatus can be matched to the axial velocity distribution of the pump effect.

また、表面処理シミュレーション装置において、基板に対する原料流体の軸方向速度分布の算出に加えて、さらに、基板に対する原料流体の径方向速度分布をさらに算出し、これと装置パラメータとに基づいて、最適流量を補正する。縦型回転式表面処理装置では、基板の表面に沿って原料流体が流れ、基板の外周においてその外側に向かって原料流体が流出する。装置によってこの流出口の流路形状が不適切であると、原料流体の流れが逆流し、あるいは流れを阻害する等、境界層の均一性が乱れることが生じ得る。上記構成によれば、ポンプ効果モデル通りの径方向速度分布が算出されるので、この結果と装置パラメータとに基づいて、表面処理の均一性のために最適な原料流体流量が補正される。   In addition to the calculation of the axial velocity distribution of the raw material fluid relative to the substrate, the surface treatment simulation apparatus further calculates the radial velocity distribution of the raw material fluid relative to the substrate, and based on this and the apparatus parameters, the optimum flow rate is calculated. Correct. In the vertical rotary surface treatment apparatus, the raw material fluid flows along the surface of the substrate, and the raw material fluid flows out toward the outside of the outer periphery of the substrate. If the flow path shape of the outlet is inadequate depending on the apparatus, the uniformity of the boundary layer may be disturbed, for example, the flow of the raw material fluid flows backward or obstructs the flow. According to the above configuration, the radial velocity distribution according to the pump effect model is calculated. Based on this result and the apparatus parameters, the optimum raw material fluid flow rate is corrected for the uniformity of the surface treatment.

また、表面処理シミュレーション装置において、基板に対する原料流体の径方向速度分布について軸方向に沿った距離を大きくするにつれて径方向速度が増加し最大速度となって再び減少し、予め定めた閾値速度以下となるときの軸方向距離として算出される高さを径方向流出高さh0とし、表面処理装置における原料流体の流出口について基板の表面から軸方向に沿った開口高さをhとして、h0に対するhに応じて、最適流量を補正する。このようにすることで、ポンプ効果モデルに見合った流体流出流量とすることができ、表面処理の均一性が確保される。 Further, in the surface treatment simulation apparatus, the radial velocity increases as the radial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate increases along the axial direction, decreases to a maximum velocity, and decreases below a predetermined threshold velocity. The height calculated as the axial distance at this time is defined as the radial outflow height h 0, and the opening height along the axial direction from the surface of the substrate at the outlet of the raw material fluid in the surface treatment apparatus is defined as h 0. The optimum flow rate is corrected according to h with respect to. By doing in this way, it can be set as the fluid outflow rate suitable for a pump effect model, and the uniformity of surface treatment is secured.

また、表面処理シミュレーション装置において、基板に対する原料流体の径方向速度分布について軸方向に沿った距離を大きくするにつれて径方向速度が増加し最大となる最大速度をu(max)とし、表面処理装置における原料流体の流出口について基板の外周端から基板の半径方向に沿って原料流体が突当る距離をS(edge)として、u(max)に対するS(edge)に応じて、最適流量を補正する。このようにすることで、ポンプ効果モデルに見合った流体流出流量とすることができ、表面処理の均一性が確保される。   Further, in the surface treatment simulation apparatus, the radial velocity increases as the distance along the axial direction of the radial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate increases, and the maximum maximum velocity is u (max). With respect to the outlet of the raw material fluid, the distance at which the raw material fluid strikes from the outer peripheral edge of the substrate along the radial direction of the substrate is S (edge), and the optimum flow rate is corrected according to S (edge) with respect to u (max). By doing in this way, it can be set as the fluid outflow rate suitable for a pump effect model, and the uniformity of surface treatment is secured.

また、上記構成の少なくとも1つにより、表面処理装置用制御装置は、表面処理パラメータを取得し、流体中において回転する円板の周囲における流れのポンプ効果モデルを用い、回転する円板面に垂直方向を軸方向として、原料流体の軸方向速度の軸方向に沿った距離に対する特性である軸方向速度分布を算出するモデル算出プログラムに表面処理パラメータを適用して、基板に対する原料流体の軸方向速度分布を算出する。そして、算出された結果に基づいて、基板上に生成される表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出し、これを最適流量として設定する。   In addition, according to at least one of the above-described configurations, the controller for the surface treatment apparatus obtains the surface treatment parameters, uses the pump effect model of the flow around the disk rotating in the fluid, and is perpendicular to the rotating disk surface. A surface treatment parameter is applied to a model calculation program for calculating an axial velocity distribution, which is a characteristic of the axial velocity of a raw material fluid with respect to a distance along the axial direction, where the direction is an axial direction. Calculate the distribution. Based on the calculated result, an optimal raw material fluid flow rate is calculated for the uniformity of the surface treatment generated on the substrate, and this is set as the optimal flow rate.

ポンプ効果モデルに基づいて算出された結果は、基板に対する原料流体の軸方向速度分布を示しているので、このポンプ効果の軸方向速度分布に見合うように、表面処理装置における流量を設定すれば、ポンプ効果モデル通りの境界層が形成され、表面処理の均一性が確保できる。上記構成によれば、ポンプ効果モデル通りの境界層を形成するような速度が算出されるので、この結果と装置パラメータとに基づいて、表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出でき、これを最適流量として設定できる。   Since the result calculated based on the pump effect model shows the axial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate, if the flow rate in the surface treatment apparatus is set to match the axial velocity distribution of this pump effect, A boundary layer as the pump effect model is formed, and the uniformity of the surface treatment can be ensured. According to the above configuration, the speed that forms the boundary layer according to the pump effect model is calculated. Based on this result and the apparatus parameters, the optimum raw material fluid flow rate is calculated for the uniformity of the surface treatment. This can be set as the optimum flow rate.

また、上記構成の少なくとも1つにより、表面処理システムは、表面処理装置と制御装置とを備える。表面処理装置においては、円筒状の周囲壁を形成する筐体部の内部に試料保持台が設けられ、筐体部の上方側に設けられた原料流体供給流路部から縦型流として原料流体が試料保持台上の基板に供給され、基板の表面に沿って流れて基板に対し表面処理を行い、筐体部の試料保持台の側方の流出流路部から表面処理を行った後の使用済流体が流出する。また、筐体部には、試料保持台を回転駆動する回転機構とを備える。また、制御装置においては、表面処理パラメータを取得し、流体中において回転する円板の周囲における流れのポンプ効果モデルを用い、回転する円板面に垂直方向を軸方向として、原料流体の軸方向速度の軸方向に沿った距離に対する特性である軸方向速度分布を算出するモデル算出プログラムに表面処理パラメータを適用して、基板に対する原料流体の軸方向速度分布を算出する。そして、算出された結果に基づいて、基板上に生成される表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出し、これを最適流量として設定する。   According to at least one of the above configurations, the surface treatment system includes a surface treatment device and a control device. In the surface treatment apparatus, a sample holding base is provided inside a casing portion that forms a cylindrical peripheral wall, and the raw material fluid is supplied as a vertical flow from the raw material fluid supply flow path portion provided on the upper side of the casing portion. Is supplied to the substrate on the sample holder, flows along the surface of the substrate, performs surface treatment on the substrate, and performs surface treatment from the outflow channel on the side of the sample holder in the casing. Spent fluid flows out. Further, the casing unit includes a rotation mechanism that rotates the sample holding table. In the control device, the surface treatment parameters are acquired, and the pump effect model of the flow around the rotating disk in the fluid is used. The axial direction of the raw material fluid is defined as the axial direction perpendicular to the rotating disk surface. A surface treatment parameter is applied to a model calculation program for calculating an axial velocity distribution, which is a characteristic of the velocity with respect to a distance along the axial direction, to calculate an axial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate. Based on the calculated result, an optimal raw material fluid flow rate is calculated for the uniformity of the surface treatment generated on the substrate, and this is set as the optimal flow rate.

ここでも、ポンプ効果モデルに基づいて算出された結果は、基板に対する原料流体の軸方向速度分布を示しているので、このポンプ効果の軸方向速度分布に見合うように、表面処理装置における流量を設定すれば、ポンプ効果モデル通りの境界層が形成され、表面処理の均一性が確保できる。上記構成によれば、ポンプ効果モデル通りの境界層を形成するような速度が算出されるので、この結果と装置パラメータとに基づいて、表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出でき、これを最適流量として設定できる。   Here again, the result calculated based on the pump effect model shows the axial velocity distribution of the raw material fluid relative to the substrate, so the flow rate in the surface treatment device is set to match the axial velocity distribution of this pump effect. In this case, a boundary layer is formed according to the pump effect model, and the uniformity of the surface treatment can be ensured. According to the above configuration, the speed that forms the boundary layer according to the pump effect model is calculated. Based on this result and the apparatus parameters, the optimum raw material fluid flow rate is calculated for the uniformity of the surface treatment. This can be set as the optimum flow rate.

また、表面処理システムにおいて、最適流量よりも少ない任意の流量と表面処理の均一性に対するばらつき量との関係である流量−ばらつき関係を予め求め、生産性の観点から設定される許容ばらつきを閾値ばらつきとして、流量−ばらつき関係に基いて閾値ばらつきに対応する流量を予め閾値流量として求め、最適流量から流量を少なくしてゆき、閾値流量と等しくなる流量を生産性流量として設定する。これによって、ばらつきのほとんどない最適流量よりも流量を削減できてなお生産性を確保することができる。   Also, in the surface treatment system, a flow rate-variation relationship that is the relationship between an arbitrary flow rate less than the optimum flow rate and the variation amount for the uniformity of the surface treatment is obtained in advance, and the permissible variation set from the viewpoint of productivity is changed to the threshold variation. The flow rate corresponding to the threshold variation is obtained in advance as the threshold flow rate based on the flow rate-variation relationship, the flow rate is decreased from the optimum flow rate, and the flow rate equal to the threshold flow rate is set as the productivity flow rate. As a result, the flow rate can be reduced from the optimum flow rate with little variation, and the productivity can be secured.

また、表面処理システムにおいて、最適流量よりも少ない任意の流量と表面処理の均一性に対するばらつき量との関係である流量−ばらつき関係を予め求め、生産性の観点から設定される許容ばらつきを閾値ばらつきとして、流量−ばらつき関係に基いて閾値ばらつきに対応する流量を閾値流量として求め、また、最適流量よりも少ない任意の流量のときに基板上に生じる逆流の程度について逆流侵入長を定義し、流量と逆流侵入長との関係である流量−逆流侵入長関係を予め求め、この流量−逆流侵入長関係に基き、閾値流量に対応する逆流侵入長を閾値逆流侵入長として求める。そして、この流量−逆流侵入長関係に基き、最適流量よりも少ない任意の流量について逆流侵入長を求め、求められた逆流侵入長が閾値逆流侵入長よりも短い場合には流量をさらに少なくし、求められた逆流侵入長が閾値逆流侵入長と等しくなる流量を生産性流量として設定する。このように、逆流侵入長に関連付けて生産性流量を設定できるので、逆流がほとんどない最適流量よりも流量を削減できてなお生産性を確保することができる。   Also, in the surface treatment system, a flow rate-variation relationship that is the relationship between an arbitrary flow rate less than the optimum flow rate and the variation amount for the uniformity of the surface treatment is obtained in advance, and the permissible variation set from the viewpoint of productivity is changed to the threshold variation. The flow rate corresponding to the threshold variation is obtained as the threshold flow rate based on the flow rate-variation relationship, and the reverse flow penetration length is defined for the degree of the reverse flow generated on the substrate at an arbitrary flow rate smaller than the optimum flow rate. The flow rate-reverse flow penetration length relationship, which is the relationship between the flow rate and the reverse flow penetration length, is obtained in advance, and the reverse flow penetration length corresponding to the threshold flow rate is obtained as the threshold reverse flow penetration length based on this flow rate-reverse flow penetration length relationship. Then, based on this flow rate-reverse flow penetration length relationship, the reverse flow penetration length is obtained for an arbitrary flow rate smaller than the optimum flow rate, and when the obtained reverse flow penetration length is shorter than the threshold reverse flow penetration length, the flow rate is further reduced. A flow rate at which the obtained backflow penetration length becomes equal to the threshold backflow penetration length is set as the productivity flow rate. Thus, since the productivity flow rate can be set in association with the backflow penetration length, the flow rate can be reduced from the optimum flow rate with almost no backflow, and the productivity can be ensured.

本発明の基礎となるポンプ効果モデルを説明する図である。It is a figure explaining the pump effect model used as the foundation of the present invention. 本発明の基礎となるポンプ効果モデルにおける速度分布特性を示す図である。It is a figure which shows the speed distribution characteristic in the pump effect model used as the foundation of this invention. 本発明に係る実施の形態における表面処理シミュレーション装置と表面処理装置用制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface treatment simulation apparatus and control apparatus for surface treatment apparatuses in embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態において、最適流量算出の手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a procedure for calculating an optimum flow rate in the embodiment according to the present invention. 本発明に係る実施の形態において、密閉式表面処理装置の最適流量算出の様子を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the mode of the optimal flow volume calculation of a sealing type surface treatment apparatus. 本発明に係る実施の形態において、開放式表面処理装置の最適流量算出の様子を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the mode of the optimal flow volume calculation of an open type surface treatment apparatus. 本発明に係る実施の形態において、ポンプ効果モデルから算出される最適流量の様子を示す図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows the mode of the optimal flow volume calculated from a pump effect model. 本発明に係る実施の形態において、流出口の形状の様子を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the mode of the shape of an outflow port. 本発明に係る実施の形態において、径方向速度分布の様子を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the mode of radial direction velocity distribution. 本発明に係る実施の形態において、設定流量が不足の場合の流れの様子を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the mode of a flow in case a setting flow volume is insufficient. 本発明に係る実施の形態において、設定流量が最適の場合の流れの様子を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the mode of a flow when setting flow volume is optimal. 本発明に係る実施の形態において、設定流量が過剰の場合の流れの様子を説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the mode of a flow when setting flow volume is excessive. 本発明に係る実施の形態において、表面処理の例としてのエピタキシャル成長における結晶成長速度分布と流量との関係とを説明する図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the relationship between the crystal growth rate distribution and flow volume in the epitaxial growth as an example of surface treatment. 本発明に係る実施の形態における表面処理システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface treatment system in embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の表面処理システムにおいて、最適流量設定のときの流れの例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the flow at the time of the optimal flow volume setting in the surface treatment system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の表面処理システムにおいて、最適流量よりも少ない設定流量のときに生じる逆流の様子を説明する図である。In the surface treatment system of an embodiment concerning the present invention, it is a figure explaining the situation of the backflow which arises at the set flow rate smaller than the optimal flow rate. 本発明に係る実施の形態の表面処理システムにおいて、流量と膜厚ばらつきの関係、流量と逆流侵入長の関係を示し、最適流量よりも少ない閾値流量を用いて生産性流量を設定できる様子を説明する図である。In the surface treatment system according to the embodiment of the present invention, the relationship between the flow rate and the film thickness variation, the relationship between the flow rate and the backflow penetration length are shown, and the state where the productivity flow rate can be set using the threshold flow rate smaller than the optimum flow rate is explained. It is a figure to do. 本発明に係る実施の形態の表面処理システムにおいて、膜厚ばらつきと逆流侵入長の関係を説明する図である。In the surface treatment system of an embodiment concerning the present invention, it is a figure explaining the relation between film thickness variation and backflow penetration length. 本発明に係る実施の形態の表面処理システムにおいて、生産性流量設定の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of productivity flow volume setting in the surface treatment system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の表面処理システムにおいて、生産性流量設定を行うことができる流量の範囲の様子を説明する図である。In the surface treatment system of embodiment which concerns on this invention, it is a figure explaining the mode of the range of the flow volume which can perform productivity flow setting.

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、表面処理シミュレーション装置について主に説明するが、表面処理シミュレーションによって得られる結果を用いて表面処理プロセスを制御できるので、その内容はそのまま表面処理装置用制御装置に適用できる。また、表面処理装置と、表面処理装置用制御装置を含んで表面処理システムとして構成することもできる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, the surface treatment simulation apparatus will be mainly described. However, since the surface treatment process can be controlled using the result obtained by the surface treatment simulation, the contents can be applied to the surface treatment apparatus controller as it is. Moreover, it can also be comprised as a surface treatment system including a surface treatment apparatus and the control apparatus for surface treatment apparatuses.

また、以下では、表面処理装置の例として、シリコン単結晶のエピタキシャル成長装置を説明するが、これは例示である。ここでは、適当な反応ガス等の原料流体を基板上に供給して、基板上に半導体層や絶縁膜、導電体層等を形成し、あるいは、基板の表面をエッチングし、あるいはクリーニング処理し、あるいはコーティング材料を形成する表面処理装置であってもよい。   In the following, a silicon single crystal epitaxial growth apparatus will be described as an example of the surface treatment apparatus, but this is merely an example. Here, a raw material fluid such as an appropriate reaction gas is supplied onto the substrate to form a semiconductor layer, an insulating film, a conductor layer, etc. on the substrate, or the surface of the substrate is etched or cleaned. Alternatively, it may be a surface treatment apparatus that forms a coating material.

また、以下では、シリコン単結晶成長のために、表面処理用の原料流体として、SiHCl3+H2の混合物としての反応ガスを説明するが、これは表面処理装置の例示の都合上このようになったものであって、表面処理の内容に応じ、他の種類の反応ガスであってもよい。また、他の液体等の原料流体であってもよい。例えば、噴霧状のエッチング液、レジスト液等であってもよい。また、以下では、基板を加熱してシリコン単結晶成長させることを説明するが、これは表面処理の一例であって、基板の加熱、非加熱にかかわらず、回転する基板に表面処理用原料流体を供給して、基板上に膜を生成する表面処理であればよい。 In the following description, a reaction gas as a mixture of SiHCl 3 + H 2 will be described as a raw material fluid for surface treatment for silicon single crystal growth, but this is the case for the convenience of the surface treatment apparatus. However, other types of reaction gases may be used depending on the content of the surface treatment. Further, it may be a raw material fluid such as another liquid. For example, an atomized etching solution, a resist solution, or the like may be used. In the following, it is described that the silicon single crystal is grown by heating the substrate, but this is an example of surface treatment, and the surface treatment raw material fluid is applied to the rotating substrate regardless of whether the substrate is heated or not. May be used as long as it is a surface treatment that generates a film on the substrate.

なお、以下で説明する材料、寸法、形状、温度、流量等は説明のための例示であって、表面処理の内容に応じ、適宜変更が可能である。   Note that materials, dimensions, shapes, temperatures, flow rates, and the like described below are exemplifications for explanation, and can be appropriately changed according to the content of the surface treatment.

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。   Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.

最初に、本発明の基礎となるポンプ効果について、上記の非特許文献1に従って説明し、その後、本発明の実施の形態の表面シミュレーション装置の構成と作用等について説明する。   First, the pump effect which is the basis of the present invention will be described according to the above-mentioned Non-Patent Document 1, and then the configuration and operation of the surface simulation apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.

上記のように、非特許文献1は、境界層理論の教科書であって、その第5章に、ナビエ・ストークス方程式の厳密解の例がいくつか述べられ、その中に、回転する円板の周囲の流れについて以下のように説明されている。   As mentioned above, Non-Patent Document 1 is a textbook of boundary layer theory, and Chapter 5 describes some examples of exact solutions of the Navier-Stokes equations. The surrounding flow is described as follows.

すなわち、流体中で、平板面に垂直な軸の周りに一定角速度ωで回転する円板の周囲の流れについて、円板近傍の流れは摩擦を介して運ばれ、遠心力で外周側に流される3次元流れである。3次元としては、円板のr方向を径方向、円板の外周の接線方向であるφ方向を周方向、円板の平板面に垂直方向であるz方向を軸方向とし、それぞれの方向の速度をu,v,wとする。   That is, in the fluid, the flow in the vicinity of the disk rotating at a constant angular velocity ω around the axis perpendicular to the flat plate surface is carried by friction, and flows to the outer peripheral side by centrifugal force. It is a three-dimensional flow. In three dimensions, the r direction of the disc is the radial direction, the φ direction that is the tangential direction of the outer periphery of the disc is the circumferential direction, and the z direction that is perpendicular to the flat plate surface of the disc is the axial direction. Let the velocity be u, v, w.

そして、最初に、無限の大きさの回転平面を考えることで、円板の有限の直径D=2Rの端部効果を無視でき、円板の対称性から、ナビエ・ストークス式は、式(1)で与えられる。

Figure 2011029592
ここで、pは圧力、ρは流体の密度、νは流体の動粘性係数である。なお、流体の静粘性係数をμとして、μ=ρνの関係がある。 First, by considering an infinitely large rotation plane, the end effect of the finite diameter D = 2R of the disc can be ignored. From the symmetry of the disc, the Navier-Stokes equation can be expressed as ).
Figure 2011029592
Here, p is the pressure, ρ is the density of the fluid, and ν is the kinematic viscosity coefficient of the fluid. Note that there is a relationship of μ = ρν where μ is the static viscosity coefficient of the fluid.

図1に、一定角速度ωで回転する円板50についてのr,φ,z,u,v,wの方向と、流体の流れを模式的に示す。ここで、ポンプ効果とは、円板50が回転することで流体が円板50から軸方向に吸い上げられることであるので、特に軸方向であるz軸52に符号が付されている。   FIG. 1 schematically shows the directions of r, φ, z, u, v, and w and the flow of fluid for a disk 50 that rotates at a constant angular velocity ω. Here, the pump effect means that the fluid is sucked up from the disc 50 in the axial direction by the rotation of the disc 50, and therefore, the z-axis 52 that is the axial direction is given a reference numeral.

図1の状態で、壁にすべりがないとして、式(1)に関する境界条件は式(2)で与えられる。

Figure 2011029592
In the state of FIG. 1, assuming that there is no slip on the wall, the boundary condition related to equation (1) is given by equation (2).
Figure 2011029592

ここで、回転する円板50によって運ばれる流体の層の厚さδを見積もる。この厚さδは、円板50の表面において表面処理に寄与する境界層の厚さと考えることができる。例えば、半径rのところの要素における遠心力と剪断力とのバランスを考えることで、δは式(3)で近似できる。

Figure 2011029592
Here, the thickness δ of the fluid layer carried by the rotating disc 50 is estimated. This thickness δ can be considered as the thickness of the boundary layer that contributes to the surface treatment on the surface of the disk 50. For example, by considering the balance between centrifugal force and shear force in the element at the radius r, δ can be approximated by Equation (3).
Figure 2011029592

そこで、式(4)のように、円板50からのz軸52に沿った距離zをこのδで無次元化することができる。

Figure 2011029592
つまり、式(5)で示される無次元数で円板50から垂直方向の距離を示すことにする。
Figure 2011029592
Therefore, the distance z along the z-axis 52 from the disc 50 can be made dimensionless by this δ, as shown in Expression (4).
Figure 2011029592
That is, the distance in the vertical direction from the disk 50 is represented by a dimensionless number represented by the equation (5).
Figure 2011029592

この無次元数を用いて速度u,v,wと圧力pを書き直すと式(6)のようにできる。

Figure 2011029592
Using this dimensionless number, the speeds u, v, w and pressure p can be rewritten as shown in equation (6).
Figure 2011029592

これらの式を式(1)に適用して、速度u,v,wと圧力pに対応する項を無次元化した関数F,G,H,Pで書き直すと、4つの連立常微分方程式(7)となる。

Figure 2011029592
Applying these equations to equation (1) and rewriting the terms corresponding to the velocities u, v, w and pressure p with the non-dimensional functions F, G, H, P, four simultaneous ordinary differential equations ( 7).
Figure 2011029592

境界条件は式(8)で示すことができる。

Figure 2011029592
The boundary condition can be expressed by equation (8).
Figure 2011029592

式(7)の最初の近似解は、数値積分によって得ることができる。その結果が図2に示される。図2の横軸は式(5)で示されるように、δを単位とする無次元距離ζで、縦軸は、F,G,Hである。ここで、F,G,Hは、それぞれ円板50の径方向、周方向、軸方向のζについての速度分布を示すことになる。すなわち、図2は、ζについての径方向速度分布、周方向速度分布、軸方向速度分布を示す図である。   The first approximate solution of equation (7) can be obtained by numerical integration. The result is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 2 is a dimensionless distance ζ in units of δ, and the vertical axis is F, G, and H, as shown in Expression (5). Here, F, G, and H indicate velocity distributions about ζ in the radial direction, the circumferential direction, and the axial direction of the disc 50, respectively. That is, FIG. 2 is a diagram showing a radial velocity distribution, a circumferential velocity distribution, and an axial velocity distribution for ζ.

図2の結果から、ポンプ効果による流体の軸方向速度wを示すHは、軸方向に沿った距離zが円板50に近づくにつれ小さくなって円板50の表面でゼロになることが分かる。換言すれば、流体は軸方向に沿って円板50の表面に吸い込まれるように流れる。この現象がいわゆるポンプ効果と呼ばれるものに相当することになる。   From the result of FIG. 2, it can be seen that H, which indicates the axial velocity w of the fluid due to the pump effect, decreases as the distance z along the axial direction approaches the disc 50 and becomes zero on the surface of the disc 50. In other words, the fluid flows so as to be sucked into the surface of the disk 50 along the axial direction. This phenomenon corresponds to what is called a pump effect.

このことから、上記の理論計算通りのδを形成するには、zが∞のときの流体の軸方向速度wを計算値通りとすればよいことが分かる。つまり、zが∞のときの流体の軸方向速度w(∞)に見合うように、流体の流量を設定することで、円板50の表面にδの厚さで流体が流れることができる。したがって、ポンプ効果の理論通りの流れとするには、図2で示されるw(∞)の速度に、流路に垂直な面の面積Aを乗じた流量Q=Aw(∞)を回転する円板50の真上から供給してやればよいことが分かる。   From this, it can be seen that in order to form δ as in the above theoretical calculation, the axial velocity w of the fluid when z is ∞ may be set as the calculated value. That is, by setting the flow rate of the fluid so as to match the axial velocity w (∞) of the fluid when z is ∞, the fluid can flow on the surface of the disk 50 with a thickness of δ. Therefore, in order to obtain the theoretical flow of the pump effect, a circle rotating a flow rate Q = Aw (∞) obtained by multiplying the speed of w (∞) shown in FIG. 2 by the area A of the surface perpendicular to the flow path. It can be seen that it is sufficient to supply from directly above the plate 50.

また、図2の結果で、ポンプ効果による流体の径方向速度uを示すFは、円板50の表面でゼロであるが、軸方向に沿った距離zが円板50から離れるに従って次第に増大し、さらに円板50から遠くなると再びゼロに戻るような最大速度u(max)を有する速度分布を有することが示されている。つまり、円板50の外周から径方向に流体が流れ出しているが、その軸方向の範囲は、図2の例では、無次元距離ζで4程度であることが分かる。   Further, in the result of FIG. 2, F indicating the radial velocity u of the fluid due to the pump effect is zero on the surface of the disk 50, but gradually increases as the distance z along the axial direction increases away from the disk 50. Further, it is shown that it has a velocity distribution having a maximum velocity u (max) that returns to zero again when it is further away from the disk 50. That is, it can be seen that fluid flows out from the outer periphery of the disk 50 in the radial direction, but the range in the axial direction is about 4 in the dimensionless distance ζ in the example of FIG.

このことから、上記の理論計算通りのδを形成するには、円板50の外周側の流出口の形状が、この円板50の外周から径方向に流体が流れ出す軸方向の範囲と干渉しないようにすることが必要であることが分かる。干渉すると、理論通りの流体流出流れとならず、理論計算通りの境界層流れが確保できなくなる。また、円板50の外周側の流出口の形状の径方向についても、u(max)を確保できる余裕が必要であることが分かる。径方向に流出口の寸法が狭いと、径方向に流れ出す流体の障害となって理論計算通りの流体流れとならず、理論計算通りの境界層流れが確保できなくなる。   From this, in order to form δ as in the above theoretical calculation, the shape of the outlet on the outer peripheral side of the disk 50 does not interfere with the axial range in which fluid flows radially from the outer periphery of the disk 50. It turns out that it is necessary to do so. If the interference occurs, the fluid outflow flow as theoretically does not occur, and the boundary layer flow as theoretically calculated cannot be secured. It can also be seen that there is a need for a margin for securing u (max) in the radial direction of the shape of the outlet on the outer peripheral side of the disk 50. If the dimension of the outlet in the radial direction is narrow, the fluid flowing out in the radial direction becomes an obstacle to the fluid flow as theoretically calculated, and the boundary layer flow as theoretically calculated cannot be secured.

このように、非特許文献1に述べられるポンプ効果の理論計算から、縦型回転式表面処理装置における最適流量を求める道筋が分かり、その装置形状、特に流路形状に対する影響の程度を求める道筋が分かる。   Thus, from the theoretical calculation of the pump effect described in Non-Patent Document 1, the route for obtaining the optimum flow rate in the vertical rotary surface treatment device can be found, and the route for obtaining the degree of the influence on the device shape, particularly the flow channel shape. I understand.

図3は、ポンプ効果の理論計算の結果を利用して、縦型回転式表面処理装置10の最適流量を求める表面処理シミュレーション装置20の構成を説明する図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the surface treatment simulation device 20 for obtaining the optimum flow rate of the vertical rotary surface treatment device 10 using the result of the theoretical calculation of the pump effect.

ここで、縦型回転式表面処理装置10は、シリコンエピタキシャル成長装置であり、円筒状の周囲壁を形成する筐体部12の内部に円板状の試料保持台14が設けられる構成を有する装置である。円板状の試料保持台14の上には、図示されていない試料保持機構によってシリコン単結晶を成長させる基板16としてのシリコンウェファを保持することができる。   Here, the vertical rotary surface treatment apparatus 10 is a silicon epitaxial growth apparatus, and is an apparatus having a configuration in which a disk-shaped sample holder 14 is provided inside a casing portion 12 that forms a cylindrical peripheral wall. is there. A silicon wafer as a substrate 16 on which a silicon single crystal is grown can be held on a disk-like sample holder 14 by a sample holding mechanism (not shown).

また、円板状の試料保持台14は図示されていない加熱機構によって所定の温度に加熱することができる。さらに、円板状の試料保持台14は、図示されていないモータ等の回転機構によって円板平面に垂直な回転軸回りに角速度ωで回転することができる。円板平面に垂直な回転軸は、円筒状の筐体部12の中心軸でもある。   Further, the disk-shaped sample holder 14 can be heated to a predetermined temperature by a heating mechanism (not shown). Furthermore, the disk-shaped sample holder 14 can be rotated at an angular velocity ω about a rotation axis perpendicular to the disk plane by a rotation mechanism such as a motor (not shown). The rotation axis perpendicular to the disk plane is also the central axis of the cylindrical casing 12.

基板16に対し、エピタキシャル成長を行わせるための原料流体18としての反応ガスは、この中心軸の方向に沿って、図示されていないガス供給機構によって、基板16の上方から下方に向かって供給される。ここでは、反応ガスは、SiHCl3+H2の混合ガスを用いることができる。 A reactive gas as a raw material fluid 18 for performing epitaxial growth on the substrate 16 is supplied from above to below the substrate 16 by a gas supply mechanism (not shown) along the direction of the central axis. . Here, a mixed gas of SiHCl 3 + H 2 can be used as the reaction gas.

表面処理シミュレーション装置20は、シミュレーションの演算処理を実行するCPU30と、シミュレーションのためのパラメータ等を入力する入力部32と、シミュレーションの結果を出力する出力部34と、ポンプ効果モデルを用いて原料流体18の速度分布を算出するモデル算出プログラム36を記憶する記憶部38とを含んで構成され、これらの要素は、内部バスで相互に接続される。かかる表面処理シミュレーション装置20は、数値演算に適したコンピュータで構成することができる。   The surface treatment simulation apparatus 20 includes a CPU 30 that executes simulation calculation processing, an input unit 32 that inputs parameters for simulation, an output unit 34 that outputs simulation results, and a raw material fluid using a pump effect model. And a storage unit 38 for storing a model calculation program 36 for calculating 18 speed distributions, and these elements are connected to each other via an internal bus. Such a surface treatment simulation apparatus 20 can be configured by a computer suitable for numerical calculation.

なお、内部バスに通信制御部40を備えることで、CPU30と縦型回転式表面処理装置10と通信回線等で接続する構成をとることができる。その場合には、通信制御部40を介して縦型回転式表面処理装置10の装置パラメータ、原料流体パラメータ等をCPU30が取得し、CPU30の最適流量設定値等の計算結果を縦型回転式表面処理装置10に伝達することができる。すなわち、表面処理シミュレーション装置20の基本構成のまま、これを縦型回転式表面処理装置10の表面処理装置用制御装置21として構成することができる。   In addition, by providing the communication control unit 40 in the internal bus, a configuration in which the CPU 30 and the vertical rotary surface treatment apparatus 10 are connected by a communication line or the like can be employed. In that case, the CPU 30 acquires apparatus parameters, raw material fluid parameters, and the like of the vertical rotary surface treatment apparatus 10 via the communication control unit 40, and the calculation results such as the optimum flow rate setting value of the CPU 30 are obtained as the vertical rotary surface. It can be transmitted to the processing device 10. That is, the basic configuration of the surface treatment simulation device 20 can be used as the surface treatment device controller 21 of the vertical rotary surface treatment device 10.

記憶部38は、上記のようにポンプ効果モデルを用いて原料流体18の速度分布を算出するモデル算出プログラム36が格納されるが、このモデル算出プログラム36は、図1、図2で説明した基本モデルを縦型回転式表面処理装置10に適合するように改良された内容を有している。   The storage unit 38 stores a model calculation program 36 for calculating the velocity distribution of the raw material fluid 18 using the pump effect model as described above. This model calculation program 36 is the basic described with reference to FIGS. 1 and 2. The model has been improved to fit the vertical rotary surface treatment apparatus 10.

すなわち、図1、図2の基本モデルでは等温条件の流れを仮定しているが縦型回転式表面処理装置10では、基板16を高温に加熱し、均一な結晶成長を行わせている。そこで、基板16が加熱されることによる境界層内の温度分布を考慮し、非等温条件の流れとして、図1、図2の基本モデルを拡張した改良モデルに基づくモデル算出プログラム36が用いられる。   That is, the basic model in FIGS. 1 and 2 assumes an isothermal flow, but the vertical rotary surface treatment apparatus 10 heats the substrate 16 to a high temperature to perform uniform crystal growth. Therefore, in consideration of the temperature distribution in the boundary layer due to the substrate 16 being heated, a model calculation program 36 based on an improved model obtained by extending the basic model of FIGS. 1 and 2 is used as a flow of non-isothermal conditions.

具体的には、式(1)を拡張した連立方程式(9)を用い、式(2)に代わる式(10)を境界条件としたモデル算出プログラムが格納される。

Figure 2011029592
Figure 2011029592
Specifically, a model calculation program is stored that uses simultaneous equations (9) obtained by expanding Expression (1) and uses Expression (10) instead of Expression (2) as a boundary condition.
Figure 2011029592
Figure 2011029592

ここで、半径方向、周方向、軸方向の速度u,v,w及び圧力pは式(5)の無次元距離ζで無次元化され、温度TはΦで無次元化されている。   Here, the velocities u, v, w and pressure p in the radial direction, the circumferential direction, and the axial direction are made dimensionless by the dimensionless distance ζ in the equation (5), and the temperature T is made dimensionless by Φ.

また、λを熱伝導率、cを熱容量として、fは原料流体18の流入時のときの値に対すると原料流体18の具体的な局所の位置における値の比を示し、fρは流入時と局所の密度比、fλは流入時と局所の熱伝導率比、fcは流入時と局所の熱容量比をそれぞれ示す。また、Prはプラントル数で、定圧比熱をcPとして、Pr=ν/{λ/(ρ×cP)}で表される量である。また、添え字の∞は、原料流体18の流入状態を示し、添え字のwは、シリコンウェハである基板16の表面での状態を示している。 Further, λ is a thermal conductivity, c is a heat capacity, f is a ratio of a value at a specific local position of the raw material fluid 18 with respect to a value at the time of inflow of the raw material fluid 18, and fρ is a local value at the time of inflow. density ratio, f [lambda] denotes thermal conductivity ratio of input time and local, f c is the heat capacity ratio of the input time and local, respectively. Further, the P r in Prandtl number, the specific heat at constant pressure as c P, is an amount represented by P r = ν / {λ / (ρ × c P)}. The subscript ∞ indicates the inflow state of the raw material fluid 18, and the subscript w indicates the state on the surface of the substrate 16 which is a silicon wafer.

このように、モデル算出プログラム36は、図1、図2の基本モデルについて、温度分布を考慮した非等温流れの局部的特性を示すように拡張した改良モデルに基づいて、ポンプ効果による各速度分布を求めることができるプログラムである。   As described above, the model calculation program 36 is based on the improved model extended from the basic model shown in FIGS. 1 and 2 to show the local characteristics of the non-isothermal flow in consideration of the temperature distribution. It is a program that can ask for.

なお、このモデル算出プログラム36に基づいて算出されるF,G,Hは、基本的に図2で説明したものと定性的に同様な特性を示す。すなわち、ポンプ効果による流体の軸方向速度wを示すHは、軸方向に沿った距離zが基板16に近づくにつれ小さくなって基板16の表面でゼロになる。また、ポンプ効果による流体の径方向速度uを示すFは、基板16の表面でゼロであるが、軸方向に沿った距離zが基板16から離れるに従って次第に増大し、さらに基板16から遠くなると再びゼロに戻るような最大速度u(max)を有する速度分布を有する。   Note that F, G, and H calculated based on the model calculation program 36 basically exhibit the same characteristics as those described in FIG. That is, H indicating the axial velocity w of the fluid due to the pump effect becomes smaller as the distance z along the axial direction approaches the substrate 16 and becomes zero on the surface of the substrate 16. Further, F indicating the radial velocity u of the fluid due to the pump effect is zero on the surface of the substrate 16, but gradually increases as the distance z along the axial direction increases away from the substrate 16, and again when the distance from the substrate 16 further increases. It has a velocity distribution with a maximum velocity u (max) that returns to zero.

図3に戻り、CPU30は、表面処理パラメータを入力する取得するパラメータ取得処理部42と、取得された表面処理パラメータを、モデル算出プログラム36に適用して、加熱されている基板16に対する原料流体18の速度分布を算出するモデル算出処理部44と、加熱されている基板16に対する原料流体18の軸方向速度分布の算出データと装置パラメータとに基づいて、加熱されている基板16上に生成される表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出する最適流量算出処理部46と、加熱されている基板16に対する原料流体18の径方向速度分布の算出データと装置パラメータとに基づいて、最適流量を補正する流量補正処理部48を含んで構成される。   Returning to FIG. 3, the CPU 30 applies the obtained surface treatment parameter to the model calculation program 36 by applying the obtained parameter acquisition processing unit 42 for inputting the surface treatment parameter, and the raw material fluid 18 for the heated substrate 16. Is generated on the heated substrate 16 on the basis of the model calculation processing unit 44 for calculating the velocity distribution and the calculation data of the axial velocity distribution of the raw material fluid 18 with respect to the heated substrate 16 and the apparatus parameters. Based on the optimum flow rate calculation processing unit 46 for calculating the optimum flow rate of the raw material fluid for the uniformity of the surface treatment, the calculation data of the radial velocity distribution of the raw material fluid 18 with respect to the substrate 16 being heated, and the apparatus parameters, A flow rate correction processing unit 48 for correcting the optimal flow rate is included.

これらの機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、表面処理シミュレーションプログラムを実行することで実現できる。必要に応じ、これらの機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。   These functions can be realized by executing software, and specifically, can be realized by executing a surface treatment simulation program. If necessary, some of these functions may be realized by hardware.

かかる構成の作用、特にCPU30の各機能について、以下に図4から図13を用いて詳細に説明する。図4は、縦型回転式表面処理装置10について最適流量を設定する手順を示すフローチャートである。図5から図9は、図4において対応する手順の内容を説明するための図である。図10から図12は、流量設定が適切な場合と不適切な場合についての流れの様子を説明する図である。図13は、流量設定が適切な場合と不適切な場合について、表面処理である結晶成長処理の均一性との関係を説明する図である。   The operation of this configuration, particularly each function of the CPU 30, will be described in detail below with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for setting an optimum flow rate for the vertical rotary surface treatment apparatus 10. 5 to 9 are diagrams for explaining the contents of the procedure corresponding to FIG. FIG. 10 to FIG. 12 are diagrams for explaining the flow when the flow rate setting is appropriate and when it is inappropriate. FIG. 13 is a diagram for explaining the relationship between the uniformity of the crystal growth process as the surface treatment when the flow rate setting is appropriate and when it is inappropriate.

図4は、上記のように、最適流量を設定する手順を示すフローチャートである。表面処理シミュレーションプログラムを立ち上げ初期化が行われた後、まず、入力部32から表面処理パラメータを入力して、これを取得することが行われる(S10)。この工程は、CPU30のパラメータ取得処理部42の機能によって実行される。   FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for setting the optimum flow rate as described above. After starting up and initializing the surface processing simulation program, first, the surface processing parameters are input from the input unit 32 and acquired (S10). This step is executed by the function of the parameter acquisition processing unit 42 of the CPU 30.

表面処理パラメータとしては、表面処理装置の形状に関する装置パラメータと、原料流体18の特性に関する原料流体パラメータとが含まれる。前者は、縦型回転式表面処理装置10の形状、寸法等に関するパラメータである。特に、原料流体18の流れる流入口、流出口について、ポンプ効果の軸方向速度分布、径方向速度分布に影響を与える部分の形状、寸法等に関するものが含まれる。後者は、原料流体18であるSiHCl3+H2の混合ガスの特性パラメータで、μ、ρ、ν、λ、cP等が含まれる。また、操作パラメータとして、温度T、角速度ω等も取得される。 The surface treatment parameters include device parameters relating to the shape of the surface treatment device and raw material fluid parameters relating to the characteristics of the raw material fluid 18. The former is a parameter relating to the shape, size, and the like of the vertical rotary surface treatment apparatus 10. In particular, the inlet and outlet through which the raw material fluid 18 flows include those relating to the shape, size, etc. of the portion that affects the axial velocity distribution and the radial velocity distribution of the pump effect. The latter is a characteristic parameter of a mixed gas of SiHCl 3 + H 2 that is the raw material fluid 18 and includes μ, ρ, ν, λ, c P and the like. In addition, temperature T, angular velocity ω, and the like are acquired as operation parameters.

なお、図3で説明したように、通信制御部40を介して表面処理シミュレーション装置20あるいは表面処理装置用制御装置21が縦型回転式表面処理装置10と接続されるときは、これらの表面処理パラメータは、縦型回転式表面処理装置10の表面処理の進行と共にリアルタイムで取得するものとできる。   As described with reference to FIG. 3, when the surface treatment simulation device 20 or the surface treatment device controller 21 is connected to the vertical rotary surface treatment device 10 via the communication control unit 40, these surface treatments are performed. The parameters can be acquired in real time as the surface treatment of the vertical rotary surface treatment apparatus 10 progresses.

次に、記憶部38に格納されているモデル算出プログラム36が読み出される。そして、S12で取得された表面処理パラメータを、このモデル算出プログラム36に適用してポンプ効果モデルの算出が行われる(S12)。この工程は、CPU30のモデル算出処理部44の機能によって実行される。具体的には、5元連立方程式である式(9)を式(10)の境界条件の下で解き、図2で説明したような速度分布を算出することが行われる。   Next, the model calculation program 36 stored in the storage unit 38 is read. Then, the pump effect model is calculated by applying the surface treatment parameter acquired in S12 to the model calculation program 36 (S12). This step is executed by the function of the model calculation processing unit 44 of the CPU 30. Specifically, equation (9), which is a five-way simultaneous equation, is solved under the boundary condition of equation (10), and the velocity distribution as described in FIG. 2 is calculated.

なお、fρ,fλ,fc等は、予め先行実験あるいは文献等の値を参考にして設定することができる。また、添え字∞が付されているパラメータについては、基板16から十分離れた流入口における値が用いられる。 Incidentally, fρ, fλ, f c, etc. can be set in advance prior experiment or the value of such literature references. For the parameters with the suffix ∞, values at the inlet sufficiently away from the substrate 16 are used.

このようにして原料流体18について加熱された基板16の周辺における速度分布がポンプ効果モデルに基づいて求められると、これに基づいてポンプ効果流量の算出が行われる(S46)。この工程は、CPU30の最適流量算出処理部46の機能によって算出される。   When the velocity distribution around the substrate 16 heated for the raw material fluid 18 is obtained based on the pump effect model in this way, the pump effect flow rate is calculated based on this (S46). This step is calculated by the function of the optimum flow rate calculation processing unit 46 of the CPU 30.

ここでは、図2と同様な特性として算出されるH特性において、無次元距離ζ=∞、すなわち、z=∞とした値を求め、これを軸方向速度w(∞)として算出する。このようにして算出されたw(∞)は、ポンプ効果モデルの理論計算によるδの厚さで原料流体18を流すときの流入口における速度に対応するものである。   Here, in the H characteristic calculated as the characteristic similar to FIG. 2, a value with dimensionless distance ζ = ∞, that is, z = ∞ is obtained, and this is calculated as the axial velocity w (∞). The w (∞) calculated in this way corresponds to the velocity at the inlet when the raw material fluid 18 is flowed at a thickness of δ according to the theoretical calculation of the pump effect model.

この軸方向速度z(∞)に、流路に垂直な面の面積Aを乗じることで、理論計算のポンプ効果通りのδが形成される流量が求められる。この流量は、流路に垂直な面の面積に着目したときの最適流量で、後述する流出口形状による補正を行う前の最適流量に相当する。図5と図6に、縦型回転式表面処理装置10の流入口の流路形状に応じてどのように流路に垂直な面の面積Aを設定すれば理論計算のポンプ効果通りのδが形成される流量となるか、の例を示す。   By multiplying this axial velocity z (∞) by the area A of the surface perpendicular to the flow path, the flow rate at which δ is formed as the pump effect of the theoretical calculation is obtained. This flow rate is an optimum flow rate when attention is paid to the area of the surface perpendicular to the flow path, and corresponds to the optimum flow rate before correction by the outlet shape described later. 5 and 6, if the area A of the surface perpendicular to the flow path is set according to the flow path shape of the inlet of the vertical rotary surface treatment apparatus 10, the δ according to the theoretical pump effect can be obtained. An example of whether the flow rate is formed will be shown.

図5、図6では、試料保持台14、基板16、原料流体18の流入口をいずれも円形とし、試料保持台14の直径をD、原料流体18の流入口の直径をdとしてある。これは説明の一例であって、表面処理が行われる表面の面積A1と原料流体18の流入口の断面積A2との大小関係が大事であるので、以下の説明では、これらの形状に関わらず、A1とA2の関係を用いて説明する。 In FIGS. 5 and 6, the sample holder 14, the substrate 16, and the inlet of the raw fluid 18 are all circular, the diameter of the sample holder 14 is D, and the inlet of the raw fluid 18 is d. This is an example of the explanation, and the size relationship between the surface area A 1 where the surface treatment is performed and the cross-sectional area A 2 of the inlet of the raw material fluid 18 is important. Regardless, the description will be made using the relationship between A 1 and A 2 .

図5は、密閉式と呼ばれる縦型流路形状の場合で、試料保持台14の表面積A1=πD2/4に比べて、原料流体の流入口の断面積A2=πd2/4が小さい場合である。このときには、軸方向速度z(∞)にA1を乗じて得られる流量Q=A1×w(∞)を、原料流体の供給流量として最適なものとして設定する。仮に、軸方向速度z(∞)にA2を乗じて得られる流量を設定すると、基板16の表面でポンプ効果通りの速度分布が得られないことになる。 Figure 5 shows a case of a vertical flow path configuration called closed, as compared to the surface area A 1 = πD 2/4 of the sample holding stage 14, the cross-sectional area of the inlet of the raw material fluid A 2 = πd 2/4 is This is the case. At this time, the flow rate Q = A 1 × w (∞) obtained by multiplying the axial speed z (∞) by A 1 is set as the optimum supply flow rate of the raw material fluid. If the flow rate obtained by multiplying the axial velocity z (∞) by A 2 is set, the velocity distribution according to the pump effect cannot be obtained on the surface of the substrate 16.

図6は、開放式と呼ばれる縦型流路形状の場合で、試料保持台14の表面積A1=πD2/4に比べて、原料流体の流入口の断面積A2=πd2/4が大きい場合である。このときには、軸方向速度z(∞)にA2を乗じて得られる流量Q=A2×w(∞)を、原料流体の供給流量として最適なものとして設定する。仮に、軸方向速度z(∞)にA1を乗じて得られる流量を設定すると、基板16の表面でポンプ効果通りの速度分布が得られないことになる。 6, in the case of a vertical flow path configuration called the open, in comparison to the surface area A 1 = πD 2/4 of the sample holding stage 14, the cross-sectional area of the inlet of the raw material fluid A 2 = πd 2/4 is This is the case. At this time, a flow rate Q = A 2 × w (∞) obtained by multiplying the axial speed z (∞) by A 2 is set as an optimum supply flow rate of the raw material fluid. If the flow rate obtained by multiplying the axial velocity z (∞) by A 1 is set, the velocity distribution according to the pump effect cannot be obtained on the surface of the substrate 16.

このように、流路に垂直な面の面積に着目したときに、ポンプ効果通りの流れを実現するための最適流量としては、軸方向速度w(∞)に、加熱された基板16の表面積A1または表面処理装置における原料流体の流入口の断面積A2のいずれか大きい方の面積Aを乗じた値であるQ=A×w(∞)を用いることが必要である。 Thus, when focusing on the area of the surface perpendicular to the flow path, the optimum flow rate for realizing the flow according to the pump effect is the surface area A of the heated substrate 16 at the axial velocity w (∞). 1 or Q = A × w (∞), which is a value obtained by multiplying the larger area A of the cross-sectional area A 2 of the inlet of the raw material fluid in the surface treatment apparatus, is necessary.

図7は、非等温条件の流れについてのポンプ効果モデルに基づいて算出されたQ=A×w(∞)の様子を温度と角速度を変化させて示す図である。横軸はウェハ表面における温度Tw、縦軸は任意単位で示されるQ=A×w(∞)で、パラメータは角速度ωに対応する毎分当りの回転数である。ここで示されるように、流路に垂直な面の面積に着目した最適流量は、角速度ωが大となるほど大流量となり、ウェハ表面の温度が高温となるほど小流量となる。 FIG. 7 is a diagram showing the state of Q = A × w (∞) calculated based on the pump effect model for the flow under non-isothermal conditions, with the temperature and angular velocity being changed. The horizontal axis is the temperature T w on the wafer surface, the vertical axis is Q = A × w (∞) expressed in arbitrary units, and the parameter is the number of revolutions per minute corresponding to the angular velocity ω. As shown here, the optimum flow rate focusing on the area of the surface perpendicular to the flow path increases as the angular velocity ω increases, and decreases as the wafer surface temperature increases.

再び図4に戻り、S14によって流路に垂直な面の面積に着目して最適流量が算出されると、次に、流路形状補正を行った最適流量算出が行われる(S16)。この工程は、CPU30の流量補正処理部48の機能によって実行される。実際には、原料流体の流出側の流路形状に応じて、S14で算出された最適流量の増減補正が行われる。   Returning to FIG. 4 again, when the optimal flow rate is calculated by paying attention to the area of the surface perpendicular to the flow path in S14, the optimal flow rate calculation with the flow path shape corrected is performed (S16). This step is executed by the function of the flow rate correction processing unit 48 of the CPU 30. Actually, the increase / decrease correction of the optimum flow rate calculated in S14 is performed according to the flow path shape on the outflow side of the raw material fluid.

図8は、密閉式の筐体部12における流出側の流路形状の例を説明する図である。縦型回転式表面処理装置10においては、原料流体18が回転する基板16の上方からその表面に向かって供給され、遠心力によって基板16の表面に沿って流れて、その外周端部から径方向に流出流体19として流出する。したがって、縦型回転式表面処理装置10の流出口の流路形状としては、図8に示すように、試料保持台14の表面から軸方向に沿ってhだけ隙間を開け、試料保持台14の外周端から径方向に沿ってS(edge)だけ隙間を開けたものが用いられる。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the shape of the flow path on the outflow side in the sealed casing 12. In the vertical rotary surface treatment apparatus 10, the raw material fluid 18 is supplied from above the rotating substrate 16 toward the surface thereof, flows along the surface of the substrate 16 by centrifugal force, and radially extends from the outer peripheral end portion. Flows out as an outflow fluid 19. Therefore, as the flow path shape of the outlet of the vertical rotary surface treatment apparatus 10, as shown in FIG. 8, a gap is opened from the surface of the sample holder 14 along the axial direction by h, and the sample holder 14 The one having a gap of S (edge) along the radial direction from the outer peripheral end is used.

ここで、h、S(edge)について試料保持台14を基準としているが、図5、図6に関連して説明したように、ポンプ効果を発揮させるべき基板16の直径と試料保持台14の直径に大差がなく、また、基板16の厚さはhに比べほとんど無視できる位薄いので、基板16の形状に代えて、縦型回転式表面処理装置10に固有の形状である試料保持台14の形状で代表させたものである。したがって、h、S(edge)をそれぞれ、基板16の表面からの距離、基板16の外周端からの距離としてもよい。   Here, h and S (edge) are based on the sample holder 14, but as described in relation to FIG. 5 and FIG. 6, the diameter of the substrate 16 to exhibit the pump effect and the sample holder 14. There is no large difference in diameter, and the thickness of the substrate 16 is almost negligible compared with h. Therefore, the sample holding table 14 is a shape unique to the vertical rotary surface treatment apparatus 10 instead of the shape of the substrate 16. This is represented by the shape of Therefore, h and S (edge) may be the distance from the surface of the substrate 16 and the distance from the outer peripheral edge of the substrate 16, respectively.

このhとS(edge)が不適切であると、ポンプ効果モデルによって算出される径方向速度分布に影響を与えることがある。図9は、試料保持台14または基板16の外周端における径方向速度であるuについて、軸方向にどのような分布を有するかを示す図である。図2に関連して説明したように、径方向の速度uに対応するFの分布特性は、基板16の表面でゼロであるが、zが基板16から離れるに従って次第に増大し、さらに基板16から遠くなると再びゼロに戻るような最大速度u(max)を有する。   If h and S (edge) are inappropriate, the radial velocity distribution calculated by the pump effect model may be affected. FIG. 9 is a diagram showing the distribution in the axial direction of u, which is the radial velocity at the outer peripheral edge of the sample holder 14 or the substrate 16. As described with reference to FIG. 2, the distribution characteristic of F corresponding to the radial velocity u is zero on the surface of the substrate 16, but gradually increases as z moves away from the substrate 16, and further from the substrate 16. It has a maximum speed u (max) that returns to zero again when the distance increases.

したがって、適当な閾値速度を設定すると、閾値速度を超える流れは、軸方向にある幅を有することになる。換言すれば、軸方向に沿ってある高さの幅の範囲で、閾値速度を超える流れが、基板16の外周端から径方向に流出して流出流体19となる。この流出流体19の最大速度はu(max)である。図9では、この径方向に流出する流れの軸方向に沿った高さの幅の範囲をh0として示されている。 Therefore, if an appropriate threshold speed is set, the flow exceeding the threshold speed will have a certain width in the axial direction. In other words, the flow exceeding the threshold velocity in the range of the height width along the axial direction flows out from the outer peripheral end of the substrate 16 in the radial direction to become the outflow fluid 19. The maximum velocity of the outflow fluid 19 is u (max). In FIG. 9, the range of the height width along the axial direction of the flow flowing out in the radial direction is shown as h 0 .

図8と図9とを参照することで、縦型回転式表面処理装置10の流出側の流路形状は次のようにすることが好ましいことが分かる。すなわち、hは、h0と同じが好ましい。仮に、hがh0よりも大きいと、流出口の断面積が過大であるので、流出流体19が逆流する恐れがある。したがって、このような場合は、逆流を防止できるように、S14で算出された最適流量を補正して、余分に流量を増やすことが好ましい。 8 and 9, it can be seen that the flow path shape on the outflow side of the vertical rotary surface treatment apparatus 10 is preferably as follows. That is, h is preferably the same as h 0 . If h is larger than h 0 , the cross-sectional area of the outlet is excessive, and the outflow fluid 19 may flow backward. Therefore, in such a case, it is preferable to increase the flow rate by correcting the optimal flow rate calculated in S14 so that backflow can be prevented.

また、S(edge)は、径方向に流出する流出流体19が筐体部12の内壁に突き当たる距離であるので、u(max)に応じた寸法であることが好ましい。すなわち、u(max)が大きいときはS(edge)を大きくすることが好ましい。u(max)の大きさに比べてS(edge)が小さすぎて流出流体19が筐体部12の内壁に激しく突き当たると、流出した流出流体19が逆流する恐れがある。したがって、このような場合は、逆流を防止できるように、S14で算出された最適流量を補正して、余分に流量を増やすことが好ましい。逆流が生じるようなu(max)とS(edge)の関係は、流れ場のシミュレーションを別途事前に行うことで求めることができる。   Further, S (edge) is a distance that the outflow fluid 19 that flows out in the radial direction hits the inner wall of the housing portion 12, and is preferably a dimension according to u (max). That is, it is preferable to increase S (edge) when u (max) is large. If S (edge) is too small compared to the size of u (max) and the spilled fluid 19 strikes the inner wall of the housing 12, the spilled fluid 19 may flow backward. Therefore, in such a case, it is preferable to increase the flow rate by correcting the optimal flow rate calculated in S14 so that backflow can be prevented. The relationship between u (max) and S (edge) that causes backflow can be obtained by separately performing a flow field simulation in advance.

このようにして、縦型回転式表面処理装置10の流出側の流路形状に応じ、S14で流路に垂直な面の面積に着目して算出された最適流量Q=Aw(∞)が補正される。補正された結果は、流路に垂直な面の面積と流出口形状を考慮した上で、ポンプ効果モデルに見合った流量となるので、これを、実際の表面処理における補正済み最適流量として設定する(S18)。   In this way, the optimum flow rate Q = Aw (∞) calculated by paying attention to the area of the surface perpendicular to the flow path in S14 is corrected according to the flow path shape on the outflow side of the vertical rotary surface treatment apparatus 10. Is done. The corrected result takes into consideration the area of the surface perpendicular to the flow path and the shape of the outlet, and the flow rate matches the pump effect model. Therefore, this is set as the corrected optimal flow rate in the actual surface treatment. (S18).

図10から図12は、別途構築した流れシミュレーションプログラムを用いて、縦型回転式表面処理装置10の基板16の外周端と流出口周辺の原料流体18の流れ場を解析した様子を示す図である。図10は、設定流量が最適条件に比べ過少の場合、図11は、設定流量が最適条件の場合、図12は、設定流量が最適条件に比べ過大の場合である。ここで最適条件とは、図4で説明した各手順に従って、流路に垂直な面の面積と流出口形状について補正済みの最適流量とした条件である。   FIGS. 10 to 12 are views showing a state in which the flow field of the raw material fluid 18 around the outer peripheral edge and the outlet of the substrate 16 of the vertical rotary surface treatment apparatus 10 is analyzed using a separately constructed flow simulation program. is there. FIG. 10 shows a case where the set flow rate is less than the optimum condition, FIG. 11 shows a case where the set flow rate is the optimum condition, and FIG. 12 shows a case where the set flow rate is excessive compared to the optimum condition. Here, the optimum condition is a condition in which the optimum flow rate is corrected for the area of the surface perpendicular to the flow path and the outlet shape in accordance with each procedure described in FIG.

図10に示されるように、設定流量が最適条件に比べ2/3と過少の場合には、基板16の外周端から一旦流出した流出流体19が逆流し、基板16の外周部で流れが乱れて、ポンプ効果通りの流れとなっていないことが分かる。この状態から設定流量を増加させて最適条件とすると、図11に示されるように、基板16の表面の流れが均一化され、ポンプ効果通りの流れとなっている。   As shown in FIG. 10, when the set flow rate is 2/3 less than the optimum condition, the outflow fluid 19 once flowing out from the outer peripheral edge of the substrate 16 flows backward, and the flow is disturbed at the outer peripheral portion of the substrate 16. Thus, it can be seen that the flow does not match the pump effect. If the set flow rate is increased from this state to obtain the optimum condition, the flow on the surface of the substrate 16 is made uniform as shown in FIG.

さらに設定流量を増加させ、最適条件の1.5倍とすると、図12に示されるように、流出部の入口付近に流出流体19の余分な部分が集中して流れの詰まり現象が生じ、基板16の外周部で流れが部分的に不均一となり、ポンプ効果通りの流れとならなくなる。   When the set flow rate is further increased to 1.5 times the optimum condition, as shown in FIG. 12, an excess portion of the effluent fluid 19 is concentrated near the inlet of the effluent portion, resulting in a flow clogging phenomenon. The flow is partially uneven at the outer periphery of 16, and the flow does not match the pump effect.

図13は、縦型回転式表面処理装置10において、実際にエピタキシャル成長処理を行い、その結晶成長速度のウェハ上の分布を解析した結果を示す図である。ここでは、設定流量を最適条件に対し、50%と75%の場合を比較例として示されている。図13に示されるように、設定流量が最適条件より過少であると、ウェハ外周側で結晶成長速度が小さくなる。これは、図10で説明したように、流出流体19の逆流が生じ、既反応ガスが排出されずにウェハ外周側に戻され、その結果、ウェハ外周側で結晶成長のために供給されるべき原料流体18の濃度が低下するためと考えられる。   FIG. 13 is a diagram showing the result of analyzing the distribution of the crystal growth rate on the wafer by actually performing the epitaxial growth process in the vertical rotary surface treatment apparatus 10. Here, the case where the set flow rate is 50% and 75% with respect to the optimum condition is shown as a comparative example. As shown in FIG. 13, when the set flow rate is less than the optimum condition, the crystal growth rate is reduced on the wafer outer peripheral side. As described with reference to FIG. 10, the backflow of the outflow fluid 19 occurs, and the already reacted gas is returned to the outer peripheral side of the wafer without being discharged. As a result, it should be supplied for crystal growth on the outer peripheral side of the wafer. It is considered that the concentration of the raw material fluid 18 is lowered.

図14は、縦型回転式表面処理システム100の構成を説明する図である。縦型回転式表面処理システム100は、縦型回転式表面処理装置10と表面処理装置用制御装置21とを備える。ここで縦型回転式表面処理装置10は、回転する基板16にほぼ垂直方向に表面処理用の原料流体18を供給して、その後基板16の表面に沿って流体を流して基板16に対し表面処理を行うものである。具体的には、縦型回転式表面処理装置10は、半導体ウェハあるいは絶縁体ウェハ等の基板に、半導体層をエピタキシャル成長させるエピタキシャル装置である。   FIG. 14 is a diagram illustrating the configuration of the vertical rotary surface treatment system 100. The vertical rotary surface treatment system 100 includes a vertical rotary surface treatment apparatus 10 and a surface treatment apparatus controller 21. Here, the vertical rotary surface treatment apparatus 10 supplies a raw material fluid 18 for surface treatment to the rotating substrate 16 in a substantially vertical direction, and then causes the fluid to flow along the surface of the substrate 16 so as to surface the substrate 16. The processing is performed. Specifically, the vertical rotary surface treatment apparatus 10 is an epitaxial apparatus that epitaxially grows a semiconductor layer on a substrate such as a semiconductor wafer or an insulator wafer.

縦型回転式表面処理装置10は、円筒状の周囲壁を形成する筐体部12の内部に円板状の試料保持台14が設けられる構成を有する装置である。なお、図14には、縦型回転式表面処理装置10の構成要素ではないが、表面処理としてのシリコン単結晶エピタキシャル成長処理の対象としての基板16が図示されている。基板16は、シリコンウェハを用いることができる。   The vertical rotary surface treatment apparatus 10 is an apparatus having a configuration in which a disk-shaped sample holding base 14 is provided inside a casing 12 that forms a cylindrical peripheral wall. FIG. 14 shows a substrate 16 that is not a component of the vertical rotary surface treatment apparatus 10 but is a target of silicon single crystal epitaxial growth treatment as surface treatment. The substrate 16 can be a silicon wafer.

筐体部12は、試料保持台14の上の試料である基板16を外部から隔離しながら、表面処理用の原料流体18である原料ガスを基板16に供給し、使用済み流体である流出流体19を外部に導き出す機能を有する反応容器である。   The casing 12 supplies the source gas, which is the source fluid 18 for surface treatment, to the substrate 16 while isolating the substrate 16 which is the sample on the sample holder 14 from the outside, and the outflow fluid which is the used fluid It is the reaction container which has the function to guide 19 outside.

筐体部12において試料保持台14の上方側に設けられる円筒状部分102は、試料保持台14の上の試料である基板16に対し原料流体18を供給する原料流体供給流路部である。   A cylindrical portion 102 provided on the upper side of the sample holding base 14 in the casing 12 is a raw material fluid supply flow path section that supplies the raw material fluid 18 to the substrate 16 that is a sample on the sample holding base 14.

筐体部12において試料保持台14の側方に設けられ、円筒状部分102から見ると末広がりとなっている流路部は、流出流路部104である。流出流路部104は、試料保持台14の上方から試料である基板16に向かって縦型流として供給される原料流体18が基板16の表面に沿って流れながら基板16に対し表面処理を行った後に使用済み流体である流出流体19として試料保持台14の側方の流出口を経由して流出させる機能を有する流路である。流出流路部104の形状等の詳細については後述する。   A flow channel portion that is provided on the side of the sample holder 14 in the housing portion 12 and is widened when viewed from the cylindrical portion 102 is an outflow flow channel portion 104. The outflow channel section 104 performs surface treatment on the substrate 16 while the raw material fluid 18 supplied as a vertical flow from above the sample holding base 14 toward the sample substrate 16 flows along the surface of the substrate 16. In addition, the flow path has a function of flowing out through the outlet on the side of the sample holder 14 as the outflow fluid 19 that is a used fluid. Details of the shape and the like of the outflow passage 104 will be described later.

筐体部12の円筒状部分102に接続される供給部110は、シリコン単結晶エピタキシャル成長処理のための原料流体18としての反応ガスを、一定の圧力と一定の流量で供給する機能を有するガス供給装置である。反応ガスとしては、SiHCl3+H2の混合ガスを用いることができる。 The supply unit 110 connected to the cylindrical portion 102 of the casing unit 12 has a function of supplying a reaction gas as a raw material fluid 18 for silicon single crystal epitaxial growth processing at a constant pressure and a constant flow rate. Device. As the reaction gas, a mixed gas of SiHCl 3 + H 2 can be used.

筐体部12の流出流路部104に接続される排出部112は、流出流路部104から導かれる流出流体19を適当な排出無害化処理を施して外部に排出する機能を有する排出処理装置である。排出部112には、使用済みガスを外部に導きやすくするための排出ポンプ等を含むことができる。排出無害化処理としては、希釈処理を用いることができ、また、流出流体19に含まれる有害成分を沈殿反応等によって取り除く除去処理等を用いることができる。   The discharge unit 112 connected to the outflow channel unit 104 of the casing unit 12 has a function of discharging the outflow fluid 19 guided from the outflow channel unit 104 to the outside by performing an appropriate discharge detoxification process. It is. The discharge unit 112 can include a discharge pump or the like for easily guiding the used gas to the outside. As the discharge detoxification process, a dilution process can be used, and a removal process that removes harmful components contained in the effluent fluid 19 by a precipitation reaction or the like can be used.

試料保持台14は、表面処理対象の試料である基板16を保持し、これを加熱しながら回転する機能を有する回転体である。試料保持台16は上面を平坦としてその平坦面の上に基板16が配置される。あるいは、試料保持台16の上面に基板16を位置決めするくぼみを設け、そのくぼみの中に基板16を配置するものとしてもよい。試料保持台14は、下方側に凹部を有する天井付き円筒状の部材で、上面側に、基板16をしっかりと保持するための試料保持機構を有し、下方側の凹部の中にヒータ106が収納される。試料保持機構としては、ウェハ外形に合わせたくぼみを設けるものを用いることができ、そのほかに、機械的にウェハ外周等を固定する機構、真空でウェハを吸引して固定する機構等を用いることもできる。なお、試料保持機能は試料保持台14と共に回転するが、ヒータ106は回転しない。   The sample holder 14 is a rotating body that has a function of holding the substrate 16 as a sample to be surface-treated and rotating it while heating it. The sample holder 16 has a flat upper surface, and the substrate 16 is disposed on the flat surface. Alternatively, a recess for positioning the substrate 16 may be provided on the upper surface of the sample holder 16 and the substrate 16 may be disposed in the recess. The sample holding base 14 is a cylindrical member with a ceiling having a concave portion on the lower side, and has a sample holding mechanism for firmly holding the substrate 16 on the upper surface side, and a heater 106 is placed in the lower concave portion. Stored. As the sample holding mechanism, a mechanism provided with a recess according to the outer shape of the wafer can be used. In addition, a mechanism for mechanically fixing the outer periphery of the wafer, a mechanism for sucking and fixing the wafer by vacuum, and the like can be used. it can. The sample holding function rotates together with the sample holding table 14, but the heater 106 does not rotate.

回転部114は、試料保持台14を回転中心軸の周りに予め設定された角速度ωで回転駆動する機能を有する回転機構である。回転中心軸は、試料保持台14の表面に垂直で、天井付き円筒形状の中心軸とすることができる。また、回転中心軸は、筐体部12の円筒状部分102の中心軸とできるだけ同軸となるようにすることが好ましい。かかる回転部114としては、電動機と、試料保持台14の天井付き円筒形状の外周と電動機とを接続するための動力伝達機構を用いることができる。動力伝達機構としては、歯車機構、ベルト機構等を用いることができる。   The rotating unit 114 is a rotating mechanism having a function of rotating the sample holder 14 at a predetermined angular velocity ω around the rotation center axis. The rotation center axis is perpendicular to the surface of the sample holder 14 and can be a center axis of a cylindrical shape with a ceiling. In addition, it is preferable that the rotation center axis be as coaxial as possible with the center axis of the cylindrical portion 102 of the housing portion 12. As the rotating unit 114, a power transmission mechanism for connecting an electric motor and a cylindrical outer periphery with a ceiling of the sample holder 14 and the electric motor can be used. As the power transmission mechanism, a gear mechanism, a belt mechanism, or the like can be used.

加熱部116は、試料保持台14の内部に収容されて保持されるヒータ106を通電制御して、基板16を予め定めた反応温度とするための加熱制御装置である。加熱制御には、ヒータ106の温度を検出する温度センサのデータに基づいて行うことができる。   The heating unit 116 is a heating control device for controlling the energization of the heater 106 housed and held in the sample holding table 14 to set the substrate 16 to a predetermined reaction temperature. The heating control can be performed based on data from a temperature sensor that detects the temperature of the heater 106.

試料保持台14の外周に設けられる保護リング108は、試料保持台14が回転する際の外周の保護等の機能を有する外側配置部材である。   The protective ring 108 provided on the outer periphery of the sample holding table 14 is an outer arrangement member having a function of protecting the outer periphery when the sample holding table 14 rotates.

表面処理装置用制御装置21は、縦型回転式表面処理装置10の動作について、主として図3で既に説明した内容の制御を行う装置である。具体的には、供給部110におけるガス供給装置の動作を制御して流量等を設定し、排出部112における排出処理装置の動作を制御して流出流体19を排出させ、回転部114における回転機構の動作を制御して、角速度ωで試料保持台14を回転させ、加熱部116におけるヒータ106の通電制御によって試料保持台を所定の温度に維持する機能を有する。   The surface treatment device control device 21 is a device that mainly controls the content of the operation of the vertical rotary surface treatment device 10 already described in FIG. Specifically, the operation of the gas supply device in the supply unit 110 is controlled to set the flow rate and the like, the operation of the discharge processing device in the discharge unit 112 is controlled to discharge the outflow fluid 19, and the rotation mechanism in the rotation unit 114. And the sample holding table 14 is rotated at an angular velocity ω, and the sample holding table is maintained at a predetermined temperature by energization control of the heater 106 in the heating unit 116.

そして、図3に関連して説明したように、表面処理装置用制御装置21は、演算処理を行うCPU30と、演算処理のためのパラメータ等を入力する入力部32と、演算処理の結果を出力する出力部34と、縦型回転式表面処理装置10とネットワークあるいは適当な通信線で接続するための通信制御部40と、ポンプ効果モデルを用いて原料流体18の速度分布を算出するモデル算出プログラム36を記憶する記憶部38とを含んで構成される。ここで、記憶部38の流量−ばらつき関係56と、流量−逆流侵入長関係58と、ばらつき−逆流侵入長関係59は、図3に関連して説明した内容に追加されるファイルである。これらの要素は、内部バスで相互に接続される。かかる表面処理装置用制御装置21は、数値演算に適したコンピュータで構成することができる。   As described with reference to FIG. 3, the surface treatment apparatus control device 21 outputs the CPU 30 that performs arithmetic processing, the input unit 32 that inputs parameters for the arithmetic processing, and the result of the arithmetic processing. Model calculation program for calculating the velocity distribution of the raw material fluid 18 using the pump effect model, the output control unit 34, the communication controller 40 for connecting the vertical rotary surface treatment apparatus 10 to the network or an appropriate communication line, and the like. And a storage unit 38 for storing 36. Here, the flow rate-variation relationship 56, the flow rate-reverse flow penetration length relationship 58, and the variation-reverse flow penetration length relationship 59 of the storage unit 38 are files added to the contents described with reference to FIG. These elements are connected to each other by an internal bus. The surface treatment device control device 21 can be configured by a computer suitable for numerical calculation.

そして、図3に関連して説明したように、CPU30は、表面処理パラメータを入力する取得するパラメータ取得処理部42と、取得された表面処理パラメータを、モデル算出プログラム36に適用して、加熱されている基板16に対する原料流体18の速度分布を算出するモデル算出処理部44と、加熱されている基板16に対する原料流体18の軸方向速度分布の算出データと装置パラメータとに基づいて、加熱されている基板16上に生成される表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出する最適流量算出処理部46と、加熱されている基板16に対する原料流体18の径方向速度分布の算出データと装置パラメータとに基づいて、最適流量を補正する流量補正処理部48を含んで構成される。また、最適流量より少ない流量であって、逆流の影響等を考慮しつつ生産性の観点から許容できる生産性流量設定処理部54を含む。この生産性流量設定処理部54は、記憶部38の流量−ばらつき関係56と流量−逆流侵入長関係58とばらつき−逆流侵入長関係59とに基いて、生産性の観点から許容できる生産性流量設定を行う機能を有し、図3に関連して説明した内容に追加される機能である。   Then, as described with reference to FIG. 3, the CPU 30 is heated by applying the parameter acquisition processing unit 42 for inputting the surface processing parameters and the acquired surface processing parameters to the model calculation program 36. The model calculation processing unit 44 for calculating the velocity distribution of the raw material fluid 18 with respect to the substrate 16 being heated, the calculation data of the axial velocity distribution of the raw material fluid 18 with respect to the substrate 16 being heated, and the apparatus parameters are heated. The optimum flow rate calculation processing unit 46 for calculating the optimum flow rate of the raw material fluid for the uniformity of the surface treatment generated on the substrate 16 and the calculation data of the radial velocity distribution of the raw material fluid 18 with respect to the heated substrate 16 And a flow rate correction processing unit 48 that corrects the optimal flow rate based on the apparatus parameters. Also included is a productivity flow rate setting processing unit 54 that is less than the optimum flow rate and is acceptable from the viewpoint of productivity while taking into account the influence of backflow and the like. This productivity flow rate setting processing unit 54 is based on the flow rate-variation relationship 56, the flow rate-reverse flow penetration length relationship 58, and the variation-reverse flow penetration length relationship 59 of the storage unit 38, and the productivity flow rate allowable from the viewpoint of productivity. This function has a setting function and is added to the contents described in relation to FIG.

そして、これらの機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、表面処理シミュレーションプログラムを実行することで実現できる。必要に応じ、これらの機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。   These functions can be realized by executing software, and specifically, can be realized by executing a surface treatment simulation program. If necessary, some of these functions may be realized by hardware.

図3等で説明したように、表面処理装置用制御装置21のパラメータ取得処理部42、モデル算出処理部44、最適流量算出処理部46、流量補正処理部48の機能によって、最適流量を設定し、あるいは流量補正処理をすることができる。そして、これらの機能によって、図13で説明したように、縦型回転式表面処理装置10において、ばらつきがほとんどない表面処理を行うことができる。図14の表面処理システム10の制御装置21は、これらの機能以外に、最適流量より少ない流量であっても、逆流の影響等を考慮しつつ生産性の観点から許容できる生産性流量を設定できる機能を有する。以下では、その内容について詳細に説明する。   As described with reference to FIG. 3 and the like, the optimal flow rate is set by the functions of the parameter acquisition processing unit 42, the model calculation processing unit 44, the optimal flow rate calculation processing unit 46, and the flow rate correction processing unit 48 of the surface treatment device controller 21. Alternatively, flow rate correction processing can be performed. With these functions, as described with reference to FIG. 13, the vertical rotary surface treatment apparatus 10 can perform surface treatment with almost no variation. In addition to these functions, the control device 21 of the surface treatment system 10 in FIG. 14 can set a productivity flow rate that is acceptable from the viewpoint of productivity while taking into consideration the influence of backflow and the like even if the flow rate is less than the optimum flow rate. It has a function. Below, the content is demonstrated in detail.

設定流量が最適流量、あるいは最適流量から流量補正を行った補正後の流量よりも少ないと、逆流等が生じる。そして、その影響で、ウェハ内での結晶成長速度等がばらつく。その様子を模式的に図15、図16に示す。図15は、流量が最適流量に設定されたときの流れの様子で、基板16の全領域に渡って滑らかな流れとなっている。図16は最適流量よりも少ない流量に設定したときの様子で、基板16の端部において流れの逆流60が生じている。これによって、基板16の端部で表面処理のばらつきが生じることになる。   If the set flow rate is less than the optimum flow rate or the flow rate after the flow rate is corrected from the optimum flow rate, backflow or the like occurs. As a result, the crystal growth rate in the wafer varies. This is schematically shown in FIGS. 15 and 16. FIG. 15 shows the flow when the flow rate is set to the optimum flow rate, and the flow is smooth over the entire area of the substrate 16. FIG. 16 shows a state where the flow rate is set lower than the optimum flow rate, and a reverse flow 60 of the flow occurs at the end of the substrate 16. As a result, the surface treatment varies at the edge of the substrate 16.

基板16において逆流60が生じる範囲が広いほど、基板16における表面処理のばらつきが大きくなることが予想される。そこで、基板16において生じる逆流60の程度を評価するために、逆流侵入長さhr *を以下のように定義する。すなわち逆流侵入長hr *=(hr−s)/(dw/2)である。 It is expected that the variation in surface treatment on the substrate 16 increases as the range in which the backflow 60 occurs in the substrate 16 is wider. Therefore, in order to evaluate the degree of the backflow 60 generated in the substrate 16, the backflow penetration length h r * is defined as follows. That is, the backflow penetration length h r * = (h r −s) / (d w / 2).

ここで、hrは、逆流60ではない流線の中で、最も外側の流線のX方向位置が最小となる位置を示すもので、図16に示すように、円筒状部分102の内壁から中心軸に向かって測った長さである。換言すれば、表面処理装置10の円筒状部分102における流出部端から流れ出す流線のX方向位置が最小となる位置の円筒状部分10の内壁からの距離がhrである。X方向は、図16に示すように、表面処理装置10の中心軸から外周側に向かう方向で、いわゆる径方向に相当する。表面処理装置10において円筒状部分102から供給された原料流体18が流出流体19として流出流路部104から排出部112に向かって流れ出すときの流線は、逆流60のX方向の位置の最小となる位置、つまり逆流60の内縁の外側を通る。したがって、この流線の中で、最も外側の流線のX方向位置が最小となる位置が逆流60の内縁を示すものとして扱うことができる。そして、この逆流60の内縁の位置を円筒状部分102の内壁から中心軸に向かって測ったhrによって、円筒状部分102の直径dに対する逆流60の範囲の大きさを評価することができる。 Here, h r indicates the position where the X direction position of the outermost stream line is the smallest among the stream lines that are not the backflow 60. As shown in FIG. 16, from the inner wall of the cylindrical portion 102, It is the length measured toward the central axis. In other words, the distance from the inner wall of the position the cylindrical portion 10 of the X-direction position of the flow lines flowing from the outflow portion ends in the cylindrical portion 102 of the surface treatment apparatus 10 is minimized is h r. As shown in FIG. 16, the X direction is a direction from the central axis of the surface treatment apparatus 10 toward the outer peripheral side, and corresponds to a so-called radial direction. In the surface treatment apparatus 10, the streamline when the raw material fluid 18 supplied from the cylindrical portion 102 flows out from the outflow passage portion 104 toward the discharge portion 112 as the outflow fluid 19 is the minimum position in the X direction of the backflow 60. At a certain position, that is, outside the inner edge of the backflow 60. Therefore, in this streamline, the position where the X direction position of the outermost streamline is minimum can be treated as indicating the inner edge of the backflow 60. Then, it is possible by h r, measured towards the central axis position of the inner edge of the reverse flow 60 from the inner wall of the cylindrical portion 102, to evaluate the size range of the backflow 60 to the diameter d of the cylindrical portion 102.

基板16における逆流60の侵入長さを評価するには、基板16の外周端からどの程度逆流60が侵入しているかを測ることが好ましい。sは、円筒状部分102の半径d/2と、基板16の半径dw/2の差である。したがって、(hr−s)は、基板16の外周端から逆流60が侵入した範囲を示している。逆流侵入長hd *は、この(hr−s)の大きさを、基板16の半径dw/2で規格化したもので、無次元数である。例えば、hr *=0.1とは、基板16の外周からその半径の10%の部分に当る範囲に逆流60が侵入していることを示す。 In order to evaluate the penetration length of the backflow 60 in the substrate 16, it is preferable to measure how much the backflow 60 penetrates from the outer peripheral edge of the substrate 16. s is the difference between the radius d / 2 of the cylindrical portion 102 and the radius d w / 2 of the substrate 16. Therefore, (h r -s) shows the range in which reverse flow 60 entering from the outer peripheral edge of the substrate 16. The backflow penetration length h d * is the dimension of this (h r −s) normalized by the radius d w / 2 of the substrate 16 and is a dimensionless number. For example, h r * = 0.1 indicates that the backflow 60 has entered the range from the outer periphery of the substrate 16 to a portion corresponding to 10% of the radius.

逆流侵入長hr *は、表面処理装置10の形状に関する装置パラメータと、原料流体の特性に関する原料流体パラメータを含む表面処理パラメータが与えられれば、シミュレーション計算によって求めることができる。図17には、シミュレーション計算によって求められた流量と逆流侵入長hr *との関係の一例が示されている。図17の横軸は、供給部110から円筒状部分102に流入された流入流量Qであり、流量Q0は、最適流量算出処理部46の機能によって求められた最適流量である。図17に示されるように、最適流量Q0においては、逆流侵入長hr *は0であるが、最適流量Q0より僅かに流量が少なくなっても逆流侵入長hr *は急増し、その後ほぼ一定値となった後、さらに流量が増加するに応じて逆流侵入長hr *が増加する。 The backflow penetration length h r * can be obtained by simulation calculation if apparatus parameters relating to the shape of the surface treatment apparatus 10 and surface treatment parameters including raw material fluid parameters relating to characteristics of the raw material fluid are given. FIG. 17 shows an example of the relationship between the flow rate obtained by the simulation calculation and the backflow penetration length h r * . The horizontal axis in FIG. 17 is the inflow flow rate Q that has flowed into the cylindrical portion 102 from the supply unit 110, and the flow rate Q 0 is the optimal flow rate obtained by the function of the optimal flow rate calculation processing unit 46. As shown in FIG. 17, at the optimum flow rate Q 0 , the reverse flow penetration length h r * is 0, but even if the flow rate is slightly smaller than the optimal flow rate Q 0, the reverse flow penetration length h r * increases rapidly. after then it became almost constant value, further backflow penetration depth h r * increases according to the flow rate increases.

図13で説明したように、流量が最適流量Q0から少なくなるに応じて、表面処理のばらつきが大きくなる。図13の場合では、結晶成長速度のばらつきが生じ、成長した膜厚にばらつきが生じる。流量と表面処理ばらつきの関係は、表面処理装置10を用いた実験等で求めることができる。図17には、その一例が、シミュレーション計算で求めた流量−逆流侵入長hr *の関係と関連付けて示されている。図17に示すように、流入流量Qが少なくなるほど、表面処理ばらつきである膜厚ばらつきΔtが大きくなる。 As described in FIG. 13, in accordance with the flow rate is reduced from the optimum flow rate Q 0, the variation of the surface treatment increases. In the case of FIG. 13, the crystal growth rate varies and the grown film thickness varies. The relationship between the flow rate and the surface treatment variation can be obtained by an experiment using the surface treatment apparatus 10 or the like. Figure 17 is an example of which the flow rate was determined by simulation calculation - are shown in association with reflux penetration depth h r * relationship. As shown in FIG. 17, as the inflow flow rate Q decreases, the film thickness variation Δt, which is the surface treatment variation, increases.

ところで、表面処理のばらつきがある程度許容できるならば、流量を最適流量Q0から少なくすることができることになる。例えば、図13において、仮に、結晶成長速度のばらつきが5%以内であることが実用上問題がないとすると、流量は、最適流量Q0よりも25%削減できる。実際にどの程度まで表面処理のばらつきが許容できるかは、表面処理の仕様によって異なるが、ばらつきの許容度を考慮することで、流量を最適流量Q0から少なくし、生産性を向上させることが可能となる。 Meanwhile, if the variation of the surface treatment is acceptable to some extent, so that it is possible to reduce the flow rate from the optimum flow rate Q 0. For example, in FIG. 13, if, when the variation in the crystal growth rate is within 5% is that there is no practical problem, the flow rate can be reduced by 25% than the optimum flow rate Q 0. The extent to which the surface treatment variation can be actually tolerated depends on the surface treatment specifications, but considering the tolerance of the variation, the flow rate can be reduced from the optimum flow rate Q 0 and the productivity can be improved. It becomes possible.

図14に戻り、表面処理装置用制御装置21のCPU30は、生産性流量設定処理部54を備えている。上記のように、この生産性流量設定処理部54は、記憶部38の流量−ばらつき関係56と流量−逆流侵入長関係58とばらつき−逆流侵入長関係59とに基いて生産性の観点から許容できる生産性流量設定を行う機能を有する。   Returning to FIG. 14, the CPU 30 of the surface treatment device control device 21 includes a productivity flow rate setting processing unit 54. As described above, the productivity flow rate setting processing unit 54 is allowed from the viewpoint of productivity based on the flow rate-variation relationship 56, the flow rate-reverse flow penetration length relationship 58, and the variation-reverse flow penetration length relationship 59 of the storage unit 38. It has a function to set productivity flow rate.

記憶部38は、上記のように、この生産性流量設定処理部54のために、流量−ばらつき関係56と、流量−逆流侵入長関係58とばらつき−逆流侵入長関係59とを記憶する。流量−ばらつき関係56は、図17に関連して説明したように、最適流量Q0よりも少ない任意の流量と表面処理の均一性に対するばらつき量との関係である流量−ばらつき関係のデータであり、予め実験等で求めておくことができる。また、流量−逆流侵入長関係58は、図17に関連して説明したように、最適流量Q0よりも少ない任意の流量と、基板16の上に生じる逆流の程度を示す逆流侵入長との関係である流量−逆流侵入長関係のデータであり、予めシミュレーション計算で求めておくことができる。 As described above, the storage unit 38 stores the flow rate-variation relationship 56, the flow rate-reverse flow penetration length relationship 58, and the variation-reverse flow penetration length relationship 59 for the productivity flow rate setting processing unit 54. The flow rate-variation relationship 56 is flow rate-variation relationship data that is a relationship between an arbitrary flow rate less than the optimum flow rate Q 0 and the variation amount with respect to the uniformity of the surface treatment, as described in connection with FIG. It can be obtained in advance by experiments or the like. Further, as described in relation to FIG. 17, the flow rate-reverse flow penetration length relationship 58 is an arbitrary flow rate smaller than the optimum flow rate Q 0 and a reverse flow penetration length indicating the degree of the reverse flow generated on the substrate 16. It is data of the relationship between the flow rate and the reverse flow penetration length, which is a relationship, and can be obtained in advance by simulation calculation.

さらに、ばらつき−逆流侵入長関係59は、流量−ばらつき関係56と、流量−逆流侵入長関係58を用いて求められる関係データである。すなわち、図17に示すように、膜厚ばらつきΔtを与えたときに、これに対応する流量Qを介して、対応する逆流侵入長hr*を求める。このようにして膜厚ばらつきΔtと逆流侵入長hr *との関係を求めたものがばらつき−逆流侵入長関係59である。図18には、図17のデータに基いて計算されたばらつき−逆流侵入長関係のグラフが示されている。 Further, the variation-reverse flow penetration length relationship 59 is relationship data obtained using the flow rate-variation relationship 56 and the flow rate-reverse flow penetration length relationship 58. That is, as shown in FIG. 17, when the film thickness variation Δt is given, the corresponding backflow penetration length hr * is obtained through the flow rate Q corresponding thereto. The relationship between the film thickness variation Δt and the backflow penetration length h r * thus obtained is the dispersion-backflow penetration length relationship 59. FIG. 18 shows a graph of the variation-backflow penetration length relationship calculated based on the data of FIG.

このようにして、流量−ばらつき関係56と、流量−逆流侵入長関係58とばらつき−逆流侵入長関係59とが予め求められると、これらは、上記のようにそれぞれ記憶部38に記憶される。   In this way, when the flow rate-variation relationship 56, the flow rate-reverse flow penetration length relationship 58, and the variation-reverse flow penetration length relationship 59 are obtained in advance, these are stored in the storage unit 38 as described above.

図17、図18を用いて、生産性の観点から膜厚ばらつきΔtを許容範囲に維持しながら最適流量Q0よりも少ない流量で表面処理を行えることを説明できる。例えば、図17において、膜厚ばらつきΔtについて、生産性の観点から許容できる膜厚ばらつきである閾値ばらつきを(Δt)thとすると、流量−ばらつき関係から、閾値ばらつき(Δt)thに対応する流量が求められる。この流量を閾値流量Qthとすると、流入流量QがQth以上でQ0までの値であれば、膜厚ばらつき(Δt)は、生産性の観点から許容できる膜厚ばらつきである閾値ばらつき以下にできる。これを逆流侵入長hr *で見ると、閾値流量Qthに対応する逆流侵入長hr *を閾値逆流侵入長(hr *thとして、逆流侵入長hr *が閾値逆流侵入長(hr *th以下であれば、膜厚ばらつき(Δt)は、生産性の観点から許容できる膜厚ばらつきである閾値ばらつき以下にできる。つまり、膜厚ばらつきが実用的仕様に対し差し支えない場合には、閾値流量Qthを生産性流量Q1として設定することで、流入流量Qを最適流量Q0から閾値流量Qthまで削減でき、生産性が向上し、コストも低減できる。 17 and 18, it can be explained that the surface treatment can be performed at a flow rate less than the optimum flow rate Q 0 while maintaining the film thickness variation Δt within an allowable range from the viewpoint of productivity. For example, in FIG. 17, the thickness variation Delta] t, when the threshold variation and (Delta] t) th a thickness variation acceptable from the viewpoint of productivity, the flow rate - the variation relationship, corresponding to the threshold variation (Delta] t) th flow Is required. When this flow rate is a threshold flow rate Q th , if the inflow flow rate Q is a value from Q th to Q 0 and up to Q 0 , the film thickness variation (Δt) is equal to or less than the threshold value variation that is allowable film thickness variation from the viewpoint of productivity. Can be. Looking at this in reverse flow penetration depth h r *, backflow penetration depth h r * a threshold backflow penetration depth corresponding to the threshold flow rate Q th (h r *) as th, backflow penetration depth h r * is the threshold backflow penetration depth ( If h r * ) th or less, the film thickness variation (Δt) can be made equal to or less than the threshold value variation, which is an allowable film thickness variation from the viewpoint of productivity. That is, when the film thickness variation does not interfere with the practical specification, the inflow flow rate Q can be reduced from the optimum flow rate Q 0 to the threshold flow rate Q th by setting the threshold flow rate Q th as the productivity flow rate Q 1 . Productivity is improved and costs can be reduced.

図19は、生産性流量設定の手順を示すフローチャートである。これらの手順のうち、S20,S22,S24は、上記で説明したように、表面処理装置10の形状に関する装置パラメータと、原料流体の特性に関する原料流体パラメータを含む表面処理パラメータを与えて、表面処理装置10で実験を行い、あるいはシミュレーション計算を行い、その結果を記憶部38に記憶しておく手順である。S26,S30,S32,S34は、この記憶部38に記憶された結果を用いて、制御装置21の生産性流量設定処理部54の機能によって実行される手順に相当する。   FIG. 19 is a flowchart showing a procedure for setting the productivity flow rate. Among these procedures, as described above, S20, S22, and S24 give the surface treatment parameters including the apparatus parameters related to the shape of the surface treatment apparatus 10 and the raw material fluid parameters related to the characteristics of the raw material fluid. This is a procedure for performing an experiment with the apparatus 10 or performing a simulation calculation and storing the result in the storage unit 38. S <b> 26, S <b> 30, S <b> 32 and S <b> 34 correspond to procedures executed by the function of the productivity flow rate setting processing unit 54 of the control device 21 using the results stored in the storage unit 38.

最初に、実験により、流量−膜厚ばらつきの関係を導出する(S20)。膜厚ばらつきは、表面処理のばらつきの一例であるので、表面処理システムの目的に応じて適宜設定することができる。流量−膜厚ばらつき関係の一例は、上記の図17で説明したような関係図である。導出された流量−膜厚ばらつき関係は、流量−ばらつき関係56として、装置パラメータと原料流体パラメータをつけて、マップ、数式、ルップアップテーブル等の形式で記憶部38に記憶される。   First, a relationship between flow rate and film thickness variation is derived by experiment (S20). The film thickness variation is an example of the surface treatment variation, and can be appropriately set according to the purpose of the surface treatment system. An example of the flow rate-film thickness variation relationship is the relationship diagram described with reference to FIG. The derived flow rate-film thickness variation relationship is stored as the flow rate-variation relationship 56 in the storage unit 38 in the form of a map, a mathematical formula, a loop-up table, etc. with the apparatus parameters and the raw material fluid parameters.

S20と平行して、あるいはS20に前後して、シミュレーション計算により、流量−逆流侵入長の関係を導出する(S22)。逆流侵入長は、図17に関連して定義されたhr *を用いることができる。もっとも、図17で説明した逆流侵入長hr *=(hr−s)/(dw/2)は、基板16の上に生じる逆流の程度を示す値の一例であるので、これ以外の内容の逆流侵入長を定義しても構わない。例えば、無次元値とせずに、(hr−s)を逆流侵入長として定義してもよい。流量−逆流侵入長関係の一例は、上記の図17で説明したような関係図である。導出された流量−逆流侵入長関係58は、装置パラメータと原料流体パラメータをつけて、マップ、数式、ルップアップテーブル等の形式で記憶部38に記憶される。 In parallel with S20 or before and after S20, the relationship between the flow rate and the backflow penetration length is derived by simulation calculation (S22). As the backflow penetration length, h r * defined in relation to FIG. 17 can be used. However, since the backflow penetration length h r * = (h r −s) / (d w / 2) described in FIG. 17 is an example of a value indicating the degree of back flow generated on the substrate 16, You may define the backflow penetration length of the contents. For example, (h r −s) may be defined as the backflow penetration length without using a dimensionless value. An example of the relationship between the flow rate and the backflow penetration length is the relationship diagram as described above with reference to FIG. The derived flow rate-reverse flow penetration length relationship 58 is stored in the storage unit 38 in the form of a map, a mathematical formula, a loop-up table, etc. with the apparatus parameter and the raw material fluid parameter.

このようにして、流量−ばらつき関係56のデータと、流量−逆流侵入長関係58が得られると、図17、図18に関連して説明したように、これらのデータから、ばらつき−逆流侵入長関係59が導出される(S24)。導出されたばらつき−逆流侵入長関係59は、マップ、数式、ルップアップテーブル等の形式で記憶部38に記憶される。   When the flow rate-variation relationship 56 data and the flow rate-reverse flow penetration length relationship 58 are obtained in this way, the variation-reverse flow penetration length is obtained from these data as described with reference to FIGS. The relationship 59 is derived (S24). The derived variation-backflow penetration length relationship 59 is stored in the storage unit 38 in the form of a map, a mathematical formula, a loop-up table, or the like.

次に、生産性の観点から許容できる膜厚ばらつきである閾値ばらつき(Δt)thを定め、ばらつき−逆流侵入長関係59を記憶部38から読み出して、閾値ばらつき(Δt)thに対応する閾値逆流侵入長(hr *)thを算出する(S26)。閾値ばらつき(Δt)thは、生産性、つまり表面処理に期待される性能と、経済的な歩留まり等とを考慮して決定される。例えば、歩留まりが90%程度が経済的に必要で、その歩留まりに対応する膜厚ばらつきが±5%であり、その膜厚ばらつきであれば、表面処理に期待される性能が満たされるとして、それ以上の歩留まりを求めるとそれに対応する膜厚ばらつきでは性能が満足しないときには、閾値ばらつき(Δt)thが±5%とされる。そして、例えば、図18に示す関係図を用いることで、閾値逆流侵入長(hr *)thが算出される。 Next, a threshold value variation (Δt) th that is an allowable film thickness variation from the viewpoint of productivity is determined, a variation-backflow penetration length relationship 59 is read from the storage unit 38, and a threshold value backflow corresponding to the threshold value variation (Δt) th is obtained. penetration depth (h r *) th to calculate the (S26). The threshold variation (Δt) th is determined in consideration of productivity, that is, performance expected for surface treatment, economical yield, and the like. For example, a yield of about 90% is economically required, and the film thickness variation corresponding to the yield is ± 5%. If the film thickness variation is satisfied, the performance expected for the surface treatment is satisfied. When the above yield is obtained and the performance is not satisfactory with the corresponding film thickness variation, the threshold variation (Δt) th is set to ± 5%. Then, for example, by using a relationship diagram shown in Figure 18, the threshold reflux penetration depth (h r *) th is calculated.

次に制御装置21は、最適流量算出処理部46の機能により、新たな運転条件のもとでの最適流量Q0を算出する(S30)。また、必要に応じ、流量補正処理部48の機能によって、流量補正を行う。これらの処理手順の内容は、図4で説明したものである。 Next, the control device 21 calculates an optimum flow rate Q 0 under new operating conditions by the function of the optimum flow rate calculation processing unit 46 (S30). Further, the flow rate correction is performed by the function of the flow rate correction processing unit 48 as necessary. The contents of these processing procedures have been described with reference to FIG.

そして、最適流量Q0の条件における逆流侵入長はゼロであるので、閾値逆流侵入長よりも短い。したがって、生産性の観点から定めることができる閾値逆流侵入長のもとでは、流量をこれより少なくすることができることが分かる。そこで、流量を最適流量Q0より少ない任意の値として、その値に対応する逆流侵入長をシミュレーションによって算出する(S32)。そして、算出される逆流侵入長が閾値逆流侵入長になるまで下げた流量を、生産性流量Q1として設定する(S34)。このようにして設定された生産性流量Q1は、図17で説明した閾値流量Qthと同じ値となる。このような手順によって、最適流量Q0のもとでは生じない逆流60について、生産性の観点から許容できる逆流侵入長を設定し、その逆流侵入長になるまで、流量を減少させることが可能となる。 Since the backflow penetration length under the condition of the optimum flow rate Q 0 is zero, it is shorter than the threshold backflow penetration length. Therefore, it can be seen that the flow rate can be reduced under the threshold backflow penetration length that can be determined from the viewpoint of productivity. Therefore, the flow rate is set to an arbitrary value less than the optimum flow rate Q 0 , and the backflow penetration length corresponding to the value is calculated by simulation (S 32). Then, the flow rate of backflow penetration length to be calculated is reduced to a threshold reflux penetration length is set as productivity rate Q 1 (S34). The productivity flow rate Q 1 set in this way is the same value as the threshold flow rate Q th described in FIG. By such a procedure, it is possible to set a backflow penetration length that is acceptable from the viewpoint of productivity for the backflow 60 that does not occur under the optimum flow rate Q 0 , and to reduce the flow rate until the backflow penetration length is reached. Become.

図20は、生産性流量設定を行うことができる流量の範囲を説明する図である。図20の上方に示す関係図は、図17で説明した流量についての膜厚ばらつきΔtと逆流侵入長hr *の関係を示す図で、横軸が流量である。図20には、4つの流量について、それぞれ、基板16の上の流れの様子が示されている。流量が最適流量Q0に設定されるときは、基板16の上に逆流60は発生しない。これに対し、流量が最適流量Q0より少なくなると、逆流60が基板16の上に発生してくる。流量が生産性流量Q1よりも少ないと、逆流60は基板16の上にかなり侵入してきて、膜厚ばらつきΔtが大きくなる。流量が最適流量Q0より少ないが、生産性流量Q1より小さいときは、基板16の上に逆流60が発生するが、その逆流進入長は、生産性の観点から定められる閾値逆流侵入長より小さい。したがって、その範囲であれば、生じた逆流60は生産性の観点から許容できることになり、流量を最適流量Q0よりも少ない生産性流量Q1で実生産を行ってもよいことになる。 FIG. 20 is a diagram for explaining a flow rate range in which the productivity flow rate can be set. The relationship diagram shown in the upper part of FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the film thickness variation Δt and the backflow penetration length h r * with respect to the flow rate described in FIG. 17, and the horizontal axis is the flow rate. FIG. 20 shows the flow on the substrate 16 for each of the four flow rates. When the flow rate is set to the optimum flow rate Q 0 , no backflow 60 is generated on the substrate 16. On the other hand, when the flow rate is less than the optimum flow rate Q 0 , the backflow 60 is generated on the substrate 16. When the flow rate is smaller than the productivity flow rate Q 1 , the backflow 60 considerably enters the substrate 16 and the film thickness variation Δt increases. When the flow rate is less than the optimum flow rate Q 0 but smaller than the productivity flow rate Q 1 , a reverse flow 60 is generated on the substrate 16, and the reverse flow penetration length is larger than the threshold reverse flow penetration length determined from the viewpoint of productivity. small. Therefore, if it is within this range, the generated backflow 60 can be tolerated from the viewpoint of productivity, and actual production may be performed at a productivity flow rate Q 1 whose flow rate is smaller than the optimum flow rate Q 0 .

図20の4つの場合をそれぞれ(a),(b),(c),(d)とすると、流量が最適流量Q0である(a)の場合は、原料流体はスムーズに流出される。流量が最適流量Q0より大幅に少ない(b)の場合は、逆流60が基板16の上に到達し、基板16の外周部の原料流体の供給が不足し、これによって膜厚ばらつきが増大する。流量が生産性流量以下のときは、許容できる膜厚ばらつきを超えることとなる。 If the four cases in FIG. 20 are (a), (b), (c), and (d), respectively, the raw material fluid flows out smoothly in the case of (a) where the flow rate is the optimum flow rate Q 0 . When the flow rate is much smaller than the optimum flow rate Q 0 (b), the backflow 60 reaches the substrate 16 and the supply of the raw material fluid on the outer peripheral portion of the substrate 16 becomes insufficient, thereby increasing the film thickness variation. . When the flow rate is less than the productivity flow rate, the allowable film thickness variation is exceeded.

一方で、基板16の長手方向の長さは、試料保持台14の長手方向の長さ、筐体12の円筒状部分12の内径寸法よりも一般的に小さいので、円筒状部分12における流れの外周側で生じた逆流60が基板16にそのまま影響を与えるわけではない。流量が最適流量Q0から少なくても、その差が大きくないうちは、(c)に示されるように、逆流60の発生の規模が小さくて基板16に到達しないか、あるいは(d)に示されるように、逆流60が基板16に到達しても、膜厚ばらつきに与える影響が生産性の観点から許容できる範囲にとどまる程度となる。したがって、図20(c),(d)のように、流量が生産性流量Q1より多ければ、膜厚ばらつきが生産性の観点から許容できるので、流量を最適流量Q0から生産性流量Q1まで低減することができる。 On the other hand, the length in the longitudinal direction of the substrate 16 is generally smaller than the length in the longitudinal direction of the sample holder 14 and the inner diameter of the cylindrical portion 12 of the housing 12, so that the flow in the cylindrical portion 12 is reduced. The backflow 60 generated on the outer peripheral side does not affect the substrate 16 as it is. Even if the flow rate is small from the optimum flow rate Q 0 , as long as the difference is not large, as shown in (c), the generation of the backflow 60 is small and does not reach the substrate 16, or it is shown in (d). As described above, even if the backflow 60 reaches the substrate 16, the influence on the film thickness variation is only within an allowable range from the viewpoint of productivity. Therefore, as shown in FIGS. 20C and 20D, if the flow rate is larger than the productivity flow rate Q 1 , the film thickness variation can be allowed from the viewpoint of productivity, so that the flow rate is changed from the optimal flow rate Q 0 to the productivity flow rate Q 1. Can be reduced to 1 .

なお、上記では、表面処理として結晶成長の場合を説明し、表面処理ばらつきを膜厚ばらつきとしたが、他の表面処理の例としてはエッチング処理がある。また、エッチング処理でなくても、薄膜・結晶成長の表面処理においても、表面反応による副生成物にエッチング効果を有する成分を含む場合がある。このように、エッチング効果を有する成分が逆流60となる場合でも、閾値逆流侵入長までは許容できるので、図19(d)のように逆流60が基板16の外周部分に到達することが許容され、これによって、基板16と試料保持台14との間の貼り付きを防止、あるいは貼り付きの問題を改善するものとできる。   In the above description, the case of crystal growth is described as the surface treatment, and the surface treatment variation is defined as the film thickness variation. However, another example of the surface treatment is an etching treatment. Even in the case of the surface treatment for thin film / crystal growth, a by-product due to the surface reaction may contain a component having an etching effect even if it is not an etching treatment. Thus, even when the component having the etching effect is the backflow 60, the threshold backflow penetration length can be allowed, so that the backflow 60 reaches the outer peripheral portion of the substrate 16 as shown in FIG. As a result, sticking between the substrate 16 and the sample holder 14 can be prevented or the sticking problem can be improved.

このようにして、最適流量設定よりもさらに発展させて、生産性に適した生産性流量を設定することができる。場合によっては、ばらつきのほとんどない高品質表面処理と、生産性のよい生産性表面処理とを1つの縦型回転式表面処理装置10において使い分けることができる。   In this way, it is possible to set a productivity flow rate that is more suitable for productivity by further development than the optimum flow rate setting. In some cases, one vertical rotary surface treatment apparatus 10 can selectively use high-quality surface treatment with little variation and productivity surface treatment with good productivity.

本発明に係る表面処理シミュレーション装置、表面処理装置用の制御装置及び表面処理システムは、適当な反応ガス等の原料流体を基板上に供給して、基板上に半導体層や絶縁膜、導電体層等を形成し、あるいは、基板の表面をエッチングし、あるいはクリーニング処理し、あるいはコーティング材料を形成する縦型回転式表面処理、表面処理の解析、表面処理装置の制御に利用できる。   A surface treatment simulation device, a control device for a surface treatment device, and a surface treatment system according to the present invention supply a raw material fluid such as an appropriate reaction gas onto a substrate, and a semiconductor layer, an insulating film, or a conductor layer on the substrate. Or the like, or the surface of the substrate is etched or cleaned, or a vertical rotary surface treatment for forming a coating material, analysis of the surface treatment, and control of the surface treatment apparatus.

10 縦型回転式表面処理装置、12 筐体部、14 試料保持台、16 基板、18 原料流体、19 流出流体、20 表面処理シミュレーション装置、21 表面処理装置用の制御装置、30 CPU、32 入力部、34 出力部、36 モデル算出プログラム、38 記憶部、40 通信制御部、42 パラメータ取得処理部、44 モデル算出処理部、46 最適流量算出処理部、48 流量補正処理部、50 円板、52 z軸、54 生産性流量設定処理部、56 流量−ばらつき関係データ、58 流量−逆流侵入長関係、59 ばらつき値−逆流侵入長関係、60 逆流、100 縦型回転式表面処理システム、102 円筒状部分、104 流出流路部、106 ヒータ、108 保護リング、110 供給部、112 排出部、114 回転部、116 加熱部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vertical rotary surface treatment apparatus, 12 Case part, 14 Sample holding stand, 16 Substrate, 18 Raw material fluid, 19 Outflow fluid, 20 Surface treatment simulation apparatus, 21 Control apparatus for surface treatment apparatus, 30 CPU, 32 inputs Unit, 34 output unit, 36 model calculation program, 38 storage unit, 40 communication control unit, 42 parameter acquisition processing unit, 44 model calculation processing unit, 46 optimum flow rate calculation processing unit, 48 flow rate correction processing unit, 50 disc, 52 z-axis, 54 Productivity flow rate setting processing unit, 56 Flow rate-variation relationship data, 58 Flow rate-reverse flow penetration length relationship, 59 Variation value-reverse flow penetration length relationship, 60 Reverse flow, 100 Vertical rotary surface treatment system, 102 Cylindrical shape Part, 104 Outflow channel part, 106 Heater, 108 Protective ring, 110 Supply part, 112 Discharge part, 114 times Department, 116 heating unit.

Claims (9)

回転する基板にほぼ垂直方向に表面処理用原料流体を供給して、基板に対し表面処理を行う縦型回転式表面処理装置における最適ガス条件を算出するシミュレーション装置であって、
表面処理装置の形状に関する装置パラメータと、原料流体の特性に関する原料流体パラメータを含む表面処理パラメータを取得する取得手段と、
流体中において回転する円板の周囲における流れのポンプ効果モデルを用い、回転する円板面に垂直方向を軸方向として、原料流体の軸方向速度の軸方向に沿った距離に対する特性である軸方向速度分布を算出するモデル算出プログラムを記憶する記憶部と、
取得手段によって取得された表面処理パラメータを、モデル算出プログラムに適用して、基板に対する原料流体の軸方向速度分布を算出するモデル算出手段と、
基板に対する原料流体の軸方向速度分布の算出データと装置パラメータとに基づいて、基板上に生成される表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出する最適流量算出手段と、
を備えることを特徴とする表面処理シミュレーション装置。
A simulation device for calculating an optimum gas condition in a vertical rotary surface treatment apparatus that supplies a surface treatment raw material fluid to a rotating substrate in a substantially vertical direction and performs surface treatment on the substrate,
An acquisition means for acquiring surface treatment parameters including apparatus parameters relating to the shape of the surface treatment apparatus and raw material fluid parameters relating to characteristics of the raw material fluid;
Using the pump effect model of the flow around the rotating disk in the fluid, the axial direction is a characteristic of the axial velocity of the raw material fluid with respect to the distance along the axial direction, with the direction perpendicular to the rotating disk surface as the axial direction. A storage unit for storing a model calculation program for calculating a velocity distribution;
Model calculation means for applying the surface treatment parameters acquired by the acquisition means to the model calculation program and calculating the axial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate;
An optimal flow rate calculation means for calculating an optimal flow rate of the raw material fluid for the uniformity of the surface treatment generated on the substrate, based on the calculation data of the axial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate and the apparatus parameters;
A surface treatment simulation apparatus comprising:
請求項1に記載の表面処理シミュレーション装置において、
最適流量算出手段は、
基板に対する原料流体の軸方向速度分布について軸方向距離を無限大としたときに算出される軸方向速度w(∞)に、基板の表面積A1または表面処理装置における原料流体の流入口の断面積A2のいずれか大きい方の面積Aを乗じた値であるQ=A×w(∞)を最適流量として算出することを特徴とする表面処理シミュレーション装置。
In the surface treatment simulation apparatus according to claim 1,
The optimum flow rate calculation means is
For the axial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate, the axial velocity w (∞) calculated when the axial distance is infinite is the surface area A 1 of the substrate or the sectional area of the inlet of the raw material fluid in the surface treatment apparatus. A surface treatment simulation apparatus, wherein Q = A × w (∞), which is a value obtained by multiplying the larger area A of A 2 , is calculated as an optimum flow rate.
請求項2に記載の表面処理シミュレーション装置において、
記憶部は、
原料流体の軸方向速度分布の算出に加えて、さらに、回転する円板の半径方向を径方向として、原料流体の径方向速度の軸方向に沿った距離に対する特性である径方向速度分布を算出するモデル算出プログラムを記憶し、
モデル算出手段は、
基板に対する原料流体の軸方向速度分布の算出に加えて、さらに、基板に対する原料流体の径方向速度分布をさらに算出し、
さらに、
基板に対する原料流体の径方向速度分布の算出データと装置パラメータとに基づいて、最適流量を補正する流量補正手段を備えることを特徴とする表面処理シミュレーション装置。
In the surface treatment simulation apparatus according to claim 2,
The storage unit
In addition to calculating the axial velocity distribution of the raw material fluid, the radial velocity distribution, which is a characteristic of the radial direction velocity of the raw material fluid with respect to the distance along the axial direction, is also calculated with the radial direction of the rotating disk as the radial direction Store the model calculation program
Model calculation means
In addition to calculating the axial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate, further calculating the radial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate,
further,
A surface treatment simulation apparatus comprising flow rate correction means for correcting an optimum flow rate based on calculation data of a radial velocity distribution of a raw material fluid with respect to a substrate and apparatus parameters.
請求項3に記載の表面処理シミュレーション装置において、
流量補正手段は、
基板に対する原料流体の径方向速度分布について軸方向に沿った距離を大きくするにつれて径方向速度が増加し最大速度となって再び減少し、予め定めた閾値速度以下となるときの軸方向距離として算出される高さを径方向流出高さh0とし、表面処理装置における原料流体の流出口について基板の表面から軸方向に沿った開口高さをhとして、h0に対するhに応じて、最適流量を補正することを特徴とする表面処理シミュレーション装置。
In the surface treatment simulation apparatus according to claim 3,
The flow rate correction means
Regarding the radial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate, the radial velocity increases as the distance along the axial direction increases, decreases to the maximum velocity again, and is calculated as the axial distance when the velocity falls below a predetermined threshold velocity. The height in the radial direction is the outflow height h 0, and the opening height along the axial direction from the surface of the substrate at the outlet of the raw material fluid in the surface treatment apparatus is h, and the optimum flow rate according to h with respect to h 0 A surface treatment simulation apparatus characterized by correcting the above.
請求項3に記載の表面処理シミュレーション装置において、
流量補正手段は、
基板に対する原料流体の径方向速度分布について軸方向に沿った距離を大きくするにつれて径方向速度が増加し最大となる最大速度をu(max)とし、表面処理装置における原料流体の流出口について基板の外周端から基板の半径方向に沿って原料流体が突当る距離をS(edge)として、u(max)に対するS(edge)に応じて、最適流量を補正することを特徴とする表面処理シミュレーション装置。
In the surface treatment simulation apparatus according to claim 3,
The flow rate correction means
Regarding the radial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate, the radial velocity increases as the distance along the axial direction is increased, and the maximum maximum velocity is u (max). A surface treatment simulation apparatus that corrects the optimum flow rate according to S (edge) with respect to u (max), where S (edge) is the distance that the raw material fluid strikes along the radial direction of the substrate from the outer peripheral edge. .
回転する基板にほぼ垂直方向に原料流体を供給して、基板に対し表面処理を行う縦型回転式表面処理装置に対し最適ガス条件を設定する表面処理装置用制御装置であって、
表面処理装置の形状に関する装置パラメータと、原料流体の特性に関する原料流体パラメータを含む表面処理パラメータを取得する取得手段と、
流体中において回転する円板の周囲における流れのポンプ効果モデルを用い、回転する円板面に垂直方向を軸方向として、原料流体の軸方向速度の軸方向に沿った距離に対する特性である軸方向速度分布を算出するモデル算出プログラムを記憶する記憶部と、
取得手段によって取得された表面処理パラメータを、モデル算出プログラムに適用して、基板に対する原料流体の軸方向速度分布を算出するモデル算出手段と、
基板に対する原料流体の軸方向速度分布の算出データと装置パラメータとに基づいて、基板上に生成される表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出し、これを最適流量として設定する最適流量設定手段と、
を備えることを特徴とする表面処理装置用制御装置。
A control device for a surface treatment apparatus that sets an optimum gas condition for a vertical rotary surface treatment apparatus that supplies a raw material fluid in a substantially vertical direction to a rotating substrate and performs surface treatment on the substrate,
An acquisition means for acquiring surface treatment parameters including apparatus parameters relating to the shape of the surface treatment apparatus and raw material fluid parameters relating to characteristics of the raw material fluid;
Using the pump effect model of the flow around the rotating disk in the fluid, the axial direction is a characteristic of the axial velocity of the raw material fluid with respect to the distance along the axial direction, with the direction perpendicular to the rotating disk surface as the axial direction. A storage unit for storing a model calculation program for calculating a velocity distribution;
Model calculation means for applying the surface treatment parameters acquired by the acquisition means to the model calculation program and calculating the axial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate;
Based on the calculation data of the axial velocity distribution of the raw material fluid with respect to the substrate and the apparatus parameters, the optimal raw material fluid flow rate is calculated for the uniformity of the surface treatment generated on the substrate, and this is set as the optimal flow rate. Optimal flow rate setting means,
A control device for a surface treatment apparatus, comprising:
円筒状の周囲壁を形成する筐体部と、
筐体部の内部に設けられ、表面処理を行う対象物である基板を保持する試料保持台と、
試料保持台を回転駆動する回転機構と、
筐体部において試料保持台の上方側に設けられ、試料保持台の試料に対し原料流体を供給する原料流体供給流路部と、
筐体部において試料保持台の側方に設けられ、試料保持台の上方から基板に向かって縦型流として供給される原料流体が試料表面に沿って流れながら基板に対し表面処理を行った後に使用済流体として試料保持台の側方から流出させる流出流路部と、
最適ガス条件を設定する制御装置と、
を備え、
制御装置は、
表面処理装置の形状に関する装置パラメータと、原料流体の特性に関する原料流体パラメータを含む表面処理パラメータを取得する取得手段と、
流体中において回転する円板の周囲における流れのポンプ効果モデルを用い、回転円板面に垂直方向をz方向として、原料流体のz方向流速のz方向に沿った距離に対する特性であるz方向流速特性を算出するモデル算出プログラムを記憶する記憶部と、
取得手段によって取得された表面処理パラメータを、モデル算出プログラムに適用して、基板に対する原料流体のz方向流速特性を算出するモデル算出手段と、
基板に対する原料流体のz方向流速特性の算出データと装置パラメータとに基づいて、基板上に生成される表面処理の均一性のために最適な原料流体流量を算出し、これを最適流量として設定する最適流量設定手段と、
を含むことを特徴とする表面処理システム。
A housing part forming a cylindrical peripheral wall;
A sample holder that is provided inside the housing and holds a substrate that is an object to be surface-treated;
A rotating mechanism for rotating the sample holder;
A source fluid supply flow path section that is provided on the upper side of the sample holder in the housing and supplies a source fluid to the sample of the sample holder;
After the surface treatment is performed on the substrate while the raw material fluid provided as a vertical flow from the upper side of the sample holding table toward the substrate flows along the sample surface, provided on the side of the sample holding table in the housing An outflow channel section for flowing out from the side of the sample holder as a spent fluid;
A control device for setting optimum gas conditions;
With
The control device
An acquisition means for acquiring surface treatment parameters including apparatus parameters relating to the shape of the surface treatment apparatus and raw material fluid parameters relating to characteristics of the raw material fluid;
Using a pump effect model of the flow around a rotating disk in a fluid, the z-direction flow velocity that is a characteristic of the z-direction flow velocity of the raw material fluid with respect to the distance along the z-direction, with the direction perpendicular to the rotating disk surface as the z-direction A storage unit for storing a model calculation program for calculating characteristics;
Model calculation means for applying the surface treatment parameters acquired by the acquisition means to a model calculation program to calculate the z-direction flow velocity characteristics of the source fluid with respect to the substrate;
Based on the calculation data of the z-direction flow velocity characteristics of the raw material fluid with respect to the substrate and the apparatus parameters, the optimal raw material fluid flow rate is calculated for the uniformity of the surface treatment generated on the substrate, and this is set as the optimal flow rate. Optimal flow rate setting means,
A surface treatment system comprising:
請求項7に記載の表面処理システムにおいて、
制御装置は、
最適流量よりも少ない任意の流量と表面処理の均一性に対するばらつき量との関係である流量−ばらつき関係を予め求め、生産性の観点から設定される許容ばらつきを閾値ばらつきとして、流量−ばらつき関係に基いて閾値ばらつきに対応する流量を予め閾値流量として求め、最適流量から流量を少なくしてゆき、閾値流量と等しくなる流量を生産性流量として設定する生産性流量設定手段を含むことを特徴とする表面処理システム。
The surface treatment system according to claim 7, wherein
The control device
A flow rate-variation relationship, which is a relationship between an arbitrary flow rate less than the optimal flow rate and the variation amount for the uniformity of the surface treatment, is obtained in advance, and an allowable variation set from the viewpoint of productivity is set as a threshold variation, and the flow rate-variation relationship is established. A flow rate corresponding to the threshold variation is obtained in advance as a threshold flow rate, and a productivity flow rate setting unit is included for decreasing the flow rate from the optimum flow rate and setting a flow rate equal to the threshold flow rate as the productivity flow rate. Surface treatment system.
請求項7に記載の表面処理システムにおいて、
制御装置は、
最適流量よりも少ない任意の流量と表面処理の均一性に対するばらつき量との関係である流量−ばらつき関係を予め求め、生産性の観点から設定される許容ばらつきを閾値ばらつきとして、流量−ばらつき関係に基いて閾値ばらつきに対応する流量を閾値流量として求め、また、最適流量よりも少ない任意の流量のときに基板上に生じる逆流の程度について逆流侵入長を定義し、流量と逆流侵入長との関係である流量−逆流侵入長関係を予め求め、この流量−逆流侵入長関係に基き、閾値流量に対応する逆流侵入長を閾値逆流侵入長として求める手段と、
流量−逆流侵入長関係に基き、最適流量よりも少ない任意の流量について逆流侵入長を求め、求められた逆流侵入長が閾値逆流侵入長よりも短い場合には流量をさらに少なくし、求められた逆流侵入長が閾値逆流侵入長と等しくなる流量を生産性流量として設定する生産性流量設定手段と、
を含むことを特徴とする表面処理システム。
The surface treatment system according to claim 7, wherein
The control device
A flow rate-variation relationship, which is a relationship between an arbitrary flow rate less than the optimal flow rate and the variation amount for the uniformity of the surface treatment, is obtained in advance, and an allowable variation set from the viewpoint of productivity is set as a threshold variation, and the flow rate-variation relationship is established. Based on this, the flow rate corresponding to the threshold variation is obtained as the threshold flow rate, and the backflow penetration length is defined for the degree of backflow that occurs on the substrate at any flow rate less than the optimal flow rate, and the relationship between the flow rate and the backflow penetration length. A flow rate-reverse flow penetration length relationship that is determined in advance, and based on this flow rate-reverse flow penetration length relationship, a means for obtaining the reverse flow penetration length corresponding to the threshold flow rate as the threshold reverse flow penetration length;
Based on the flow rate-reverse flow penetration length relationship, the reverse flow penetration length was obtained for any flow rate less than the optimal flow rate, and when the obtained reverse flow penetration length was shorter than the threshold reverse flow penetration length, the flow rate was further reduced and obtained. Productivity flow rate setting means for setting a flow rate at which the reverse flow penetration length becomes equal to the threshold reverse flow penetration length as the productivity flow rate;
A surface treatment system comprising:
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