JP2020053506A - 基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体。 - Google Patents
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Abstract
Description
以下に、本実施形態に係る基板処理システムを説明する。
(1)基板処理システムの構成
一実施形態に係る基板処理システムの概要構成を、図1、図2、図3を用いて説明する。図1は本実施形態に係る基板処理システムの構成例を示す横断面図である。図2は、本実施形態に係る基板処理システムの構成例を示す図1のα−α’における縦断面図である。図3は、図1のβ−β’の縦断面図であり、プロセスモジュールに供給するガス供給系と排気系を説明する説明図である。
基板処理システム1000の手前には、IOステージ(ロードポート)1100が設置されている。IOステージ1100上には複数のポッド1001が搭載されている。ポッド1001はシリコン(Si)基板などの基板200を搬送するキャリアとして用いられ、ポッド1001内には、未処理の基板(ウエハ)200や処理済の基板200がそれぞれ水平姿勢で複数格納されるように構成されている。
ロードロック室1300は大気搬送室1200に隣接する。L/L室1300を構成する筐体1310が有する面のうち、大気搬送室1200とは異なる面には、後述するように、真空搬送室1400が配置される。L/L室1300は、大気搬送室1200の圧力と真空搬送室1400の圧力に合わせて筐体1310内の圧力が変動するため、負圧に耐え得る構造に構成されている。
基板処理システム1000は、負圧下で基板200が搬送される搬送空間となる搬送室としての真空搬送室(トランスファモジュール:TM)1400を備えている。TM1400を構成する筐体1410は平面視が五角形に形成され、五角形の各辺には、L/L室1300及び基板200を処理するプロセスモジュール(PM)110a〜110dが連結されている。TM1400の略中央部には、負圧下で基板200を移載(搬送)する第2搬送ロボットとしての真空搬送ロボット1700がフランジ1430を基部として設置されている。なお、ここでは、真空搬送室1400を五角形の例を示すが、四角形や六角形などの多角形であっても良い。
続いて各PM110の内、PM110aについて、図1、図2、図3を例にして説明する。図3はPM110aとPM110aに接続されるガス供給部と、PM110aに接続されるガス排気部との関連を説明する説明図である。
チャンバ100は、例えば、絶縁膜形成ユニットであり、図4に示されているように、枚葉式基板処理装置として構成されている。ここでは、チャンバ100aについて説明する。
処理室201(上部容器202a)の内壁側面には、処理室201の雰囲気を排気する第1排気部としての第1排気口221が設けられている。第1排気口221には排気管224aが接続されており、排気管224には、処理室201付近の圧力を測定する圧力測定部227aと処理室201内を所定の圧力に制御する自動圧力制御器等の自動圧力調整器227bと真空ポンプ223が順に直列に接続されている。主に、第1排気口221、排気管224a、圧力調整器227bにより第一の排気系(排気ライン)が構成される。なお、真空ポンプ223も第一の排気系の構成としても良い。また、移載室203の内壁側面には、移載室203の雰囲気を排気する第2排気口1481が設けられている。また、第2排気口1481には排気管1482が設けられている。排気管1482には、圧力調整器228が設けられ、移載室203内の圧力を所定の圧力に排気可能に構成されている。また、移載室203を介して処理室201内の雰囲気を排気することもできる。ここで、圧力測定部227aは測定部として構成され、圧力測定部227aに設けられた送信部を介して圧力情報(圧力データ)を後述のコントローラ260と送受信可能に構成される。また、自動圧力調整器227bは、弁開度情報、圧力設定データ,等のデータを、自動圧力調整器227bに設けられた送信部を介してコントローラ260と送受信可能に構成される。また、自動圧力調整器227bには、弁開度情報を基に弁の開度を調整する処理遂行部としての調整器が設けられる。また、真空ポンプ223は、ポンプのON/OFF情報や負荷情報等をコントローラ260に送信可能に構成される。
処理室201の上部に設けられるシャワーヘッド234の上面(天井壁)には、処理室201内に各種ガスを供給するためのガス導入口241が設けられている。ガス供給部であるガス導入口241に接続される各ガス供給ユニットの構成については後述する。
ガス分散ユニットとしてのシャワーヘッド234は、バッファ室232、第1活性化部としての第1電極244を有する。第1電極244には、ガスを基板200に分散供給する孔234aが複数設けられている。シャワーヘッド234は、ガス導入口241と処理室201との間に設けられている。ガス導入口241から導入されるガスは、シャワーヘッド234のバッファ室232(分散部とも呼ぶ。)に供給され、孔234aを介して処理室201に供給される。
活性化部としての電極244には、整合器251と高周波電源部252が接続され、電磁波(高周波電力やマイクロ波)が供給可能に構成されている。これにより、処理室201内に供給されたガスを活性化させることができる。また、電極244は、容量結合型のプラズマを生成可能に構成される。具体的には、電極244は、導電性の板状に形成され、上部容器202aに支持されるように構成される。活性化部は、少なくとも電極部244、整合器251、高周波電源部252で構成される。なお、活性化部に、インピーダンス計254を含めるように構成しても良い。なお、第1電極244と高周波電源252との間に、インピーダンス計254を設けても良い。インピーダンス計254を設けることによって、測定されたインピーダンスに基づいて、整合器251、高周波電源252をフィードバック制御することができる。また、高周波電源252は、送信部を介してコントローラ260と、電力情報,電力設定データを送受信可能に構成され、整合器251は、送信部を介してコントローラ260と整合情報(進行波データ、反射波データ),整合設定データを送受信可能に構成され、インピーダンス計254は、送信部を介して、コントローラ260とインピーダンス情報を送受信可能に構成される。
ガス導入口241には、ガス供給管150a(150X)が接続されている。ガス供給管150Xからは、後述の第1ガス、第2ガス、パージガスが供給される。ここで、Xには、各チャンバに対応するa,b,c,d,e,f,g,hのいずれかである。以下では、チャンバ100aのガス導入口241に接続されるガス供給系について説明し、他のチャンバについては説明を省略する。
第1ガス供給部には、第1ガス供給管113a、MFC115a、バルブ116aが設けられている。なお、第1ガス供給管113aに接続される第1ガス供給源113を第1ガス供給部に含めて構成しても良い。また、処理ガスの原料が液体や固体の場合には、気化器180が設けられていても良い。
第2ガス供給部には、第2ガス供給管123a、MFC125a、バルブ126aが設けられている。なお、第2ガス供給管123aに接続される第2ガス供給源123を第2ガス供給部に含めて構成しても良い。
なお、リモートプラズマユニット(RPU)124を設けて、第2ガスを活性化させるように構成しても良い。
パージガス供給部には、パージガス供給管133a、MFC135a、バルブ136aが設けられている。なお、パージガス供給管133aに接続されるパージガス供給源133をパージガス供給部に含めて構成しても良い。
図5に示すように基板処理システム1000、チャンバ100は、基板処理システム1000と、基板処理装置100の各部の動作を制御するコントローラ260を有している。
(A)基板処理装置に設けられた各部(各機器)の動作を制御する制御プログラム。
(B)後述する基板処理工程,処理手順,条件などが記載されたプロセスレシピ。
(C)基板200に形成される膜特性データ。膜特性データは、例えば、膜厚データである。
(D)コントローラ260が受信する各部の測定値(測定データ)。ここで測定データとは、上述の、温度情報,温度設定データ,バイアス情報,バイアス設定データ,高さ情報(位置情報),高さデータ,圧力情報,弁開度情報,圧力設定データ,ポンプのON/OFF情報,負荷情報,電力情報,電力設定データ,整合情報,整合設定データ,インピーダンス情報,流量情報,流量設定データ,開度情報,開度設定データ,気化器情報,気化器設定データ,電力情報,等、である。
(E)測定値を学習用データとして、学習を行う学習部(学習プログラム)。なお、学習用データとして用いられる測定値は、少なくとも、温度情報と圧力情報と流量情報が用いられる。
(F)学習データ(学習部)。学習データは少なくとも、温度情報・圧力情報・流量情報が記録されており、上述の(D)に記載の他の情報が付加されていても良い。また、これに加えて、膜特性データが付加されても良い。膜特性データとは、膜厚データ、膜厚均一性データ、等である。学習データの例を図10に示す。
(F)事前学習データ(事前学習部の一構成)。事前学習データは、少なくとも、膜特性データと、各部の測定値データとの関係性が記録されたデータベースを有する。ここで、各部の測定値データとは、少なくとも、温度情報・圧力情報・流量情報が含まれる。(D)に記載の他の情報が付加されていても良い。膜特性データとは、膜厚データ、膜厚均一性データ、等である。
(G)基板200への処理に用いるプロセスレシピを設定するまでの過程で生じる演算データや処理データ。
(H)センサデータ,ソフトセンサデータ。
次に、半導体装置(半導体デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜を成膜する工程を例として、上述の基板処理システム1000、基板処理装置(チャンバ)100の動作および各部の評価フロー、シーケンスについて図7を参照して説明する。なお、ここで絶縁膜としては、例えば酸化膜としてのシリコン酸化(SiO)膜が成膜される。また、この製造工程の一工程は、上述の基板処理システム1000、チャンバ100で行われる。なお、以下の説明において、各部の動作はコントローラ260により制御される。
基板処理工程S200に際しては、先ず、基板200を処理室201に搬入させる。具体的には、基板支持部210を昇降機構218によって下降させ、リフトピン207が貫通孔214から基板支持部210の上面側に突出させた状態にする。また、処理室201内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ1490を開放し、リフトピン207上に基板200を載置させる。基板200をリフトピン207上に載置させた後、昇降218によって基板支持部210を所定の位置まで上昇させることによって、基板200が、リフトピン207から基板支持部210へ載置されるようになる。
続いて、処理室201内が所定の圧力(真空度)となるように、処理室排気管224を介して処理室201内を排気する。この際、圧力センサ227aが測定した圧力値に基づき、圧力調整器227bとしてのAPCの弁開度をフィードバック制御する。また、温度センサ(不図示)が検出した温度値に基づき、処理室201内が所定の温度となるようにヒータ213への通電量をフィードバック制御する。具体的には、基板支持部210をヒータ213により予め加熱しておき、加熱された基板支持部210によって基板200を所定温度に加熱する。なお、基板200又は基板支持部210の温度変化が無くなるまで一定時間置いても良い。この間、処理室201内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等が有る場合は、真空排気やN2ガスの供給によるパージによって除去しても良い。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室201内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。
続いて、成膜工程S210の詳細について説明する。
第1ガス供給工程S203では、第1ガス供給部から処理室201内に第1ガス(原料ガス)としてのアミノシラン系ガスを供給する。アミノシラン系ガスとしては、例えば、ビスジエチルアミノシラン(H2Si(NEt2)2、Bis(diethylamino)silane:BDEAS)ガスがある。アミノシラン系ガスをガス源からチャンバ100際、処理室側バルブ116aを開き、MFC115a所定流量に調整する。流量調整されたアミノシラン系ガスは、バッファ空間232を通り、シャワーヘッド234の孔234aから、減圧状態の処理室201内に供給される。また、排気系による処理室201内の排気を継続し処理室201内の圧力を所定の圧力範囲(第1圧力)となるように制御する。このとき、基板200に対してアミノシラン系ガスが供給されることとなるアミノシラン系ガスは、所定の圧力(第1圧力:例えば100Pa以上20000Pa以下)で処理室201内に供給する。このようにして、基板200にアミノシラン系ガスを供給する。アミノシラン系ガスが供給されることにより、基板200上に、シリコン含有層が形成される。
基板200上にシリコン含有層が形成された後、第1ガス供給管113a,のガスバルブ116aを閉じ、アミノシラン系ガスの供給を停止する。原料ガスを停止することで、処理室201中に存在する原料ガスや、バッファ空間232の中に存在する原料ガスを処理室排気管224から排気されることにより第1パージ工程S204が行われる。
第1ガスパージ工程の後、バルブ126aを開け、ガス導入孔241、バッファ空間232、シャワーヘッド234を介して、処理室201内に第2のガス(反応ガス)としての、酸素含有ガスを供給する。酸素含有ガスは例えば、酸素ガス(O2)やオゾンガス(O3)、水(H2O)、亜酸化窒素ガス(N2O)等が有る。ここでは、O2ガスを用いる例を示す。バッファ空間232、シャワーヘッド234を介して処理室201に供給するので、基板上に均一にガスを供給することができる。そのため、膜厚を均一にすることができる。なお、第2のガスを供給する際に、活性化部(励起部)としてのリモートプラズマユニット(RPU)124を介して、活性化させた第2のガスを処理室201内に供給可能に構成しても良い。
O2ガスの供給を停止することで、処理室201中に存在するO2ガスや、バッファ空間232の中に存在するO2ガスを第1の排気部から排気されることにより第2パージ工程S206が行われる。第2パージ工程S206は上述の第1パージ工程S204と同様の工程が行われる。
第2パージ工程S206の終了後、コントローラ260は、上記の成膜工程S210の内、S203〜S206が所定のサイクル数Cが実行されたか否かを判定する(Cは自然数)。即ち、基板200上に所望の厚さの膜が形成されたか否かを判定する。上述したステップS203〜S206を1サイクルとして、このサイクルを少なくとも1回以上行う(ステップS207)ことにより、基板200上に所定膜厚のシリコンおよび酸素を含む絶縁膜、すなわち、SiO膜を成膜することができる。なお、上述のサイクルは、複数回繰返すことが好ましい。これにより、基板200上に所定膜厚のSiO膜が形成される。
搬送圧力調整工程S208では、処理室201内や搬送空間203が所定の圧力(真空度)となるように、処理室排気管224を介して処理室201内や搬送空間203内を排気する。この時の処理室201内や搬送空間203内の圧力は、真空搬送室1400内の圧力以上に調整される。なお、この搬送圧力調整工程S208の間や前や後で、基板200の温度が所定の温度まで冷却するようにリフトピン207で保持するように構成しても良い。
搬送圧力調整工程S208で処理室201内が所定圧力になった後、ゲートバルブ1490を開き、搬送空間203から真空搬送室1400に基板200を搬出する。
学習工程の前に、各機器の測定値を収集する工程が行われる。コントローラ260は、ネットワーク(信号線)を介して、送受信部260dとしてのI/Oポートで各機器のデータ(測定値)を受信する。受信した各機器のデータは、RAM260bと記憶装置260cのいずれかまたは両方に記録する。なお、ここで受信したデータは、ネットワーク263を介して上位装置500に送信する様に構成しても良い。
各機器から受信した測定値を学習用データとして、学習部(学習プログラム)に入力される。学習部で、学習用データを基に、学習が行われる。なお、ここで、学習は、機械学習である。学習技法には、ニューラルネットワークやディープラーニングが用いられる。なお、記憶部に、予め、事前学習データを学習モデルとして記録しておき、学習用データと事前学習データとを基に学習する強化学習が行われても良い。また、事前学習データを教師データとして用いた学習が行われても良い。この様な強化学習や、教師データを用いた学習を行うことにより、学習の方向付けが可能となり、目的の学習を行わせることが可能となる。即ち、基板200毎や、Lot毎の処理均一性を向上させるパラメータ(設定パラメータ)を生成させ易くすることができる。
学習した結果を基に、プロセスレシピに対応するパラメータ(設定パラメータ)として最も近い設定パラメータを更新パラメータとして生成する。この更新パラメータの生成には、データベースが用いられる。好ましくは、ニューラルネットワークを用いて更新パラメータが生成される。更に好ましくは、ニューラルネットワークとデータベースの両方を用いて更新パラメータが生成され、生成された更新パラメータを比較演算して、最終的に適用される更新パラメータを生成しても良い。
生成された更新パラメータを、制御部260の送受信部260dから、各機器に送信される。各機器では、受信した更新パラメータを基に、設定値の再設定が行われる。
事前学習データから、測定値に対応する仮想膜厚データを読み出す。読み出した仮想膜厚データと、プロセスレシピに対応する膜厚データとを比較し、仮想膜厚データと膜厚データとの差を示す差異データ(Δ膜厚データ)を算出する。
判定工程S305では、膜厚データ比較工程で算出されたΔ膜厚データが、所定範囲内に有るか否かの判定が行われる。Δ膜厚データが、所定範囲内に有る場合はY判定(YES判定)とする。Δ膜厚データが、所定範囲外に有る場合は、N判定(No判定)とする。Y判定の場合は、学習部更新工程S306が行われる。N判定の場合は、アラーム報知工程S307が行われる。
学習データ更新工程S306では更新パラメータと膜厚データとの関係を学習部(学習プログラム)に記録される。なお、上位装置500や、膜測定部600等から、膜厚データとプロセスレシピとが関連付けられたデータを受信している場合は、受信したプロセスレシピに対応するパラメータと膜厚データとを教師データとして、学習部に記録させても良い。
アラーム報知工程S307では、更新パラメータによって、基板処理が行われた場合に、基板200に形成される膜厚が、膜厚データから外れる可能性があるメッセージを表示部に報知する。
まず、事前学習データから、各機器の測定値に対応する事前学習パラメータを読み出す。そして、更新パラメータと事前学習パラメータとの差異を示す、Δパラメータを生成する。
次に、Δパラメータが所定範囲内に入っているか否かを判定する。即ち、更新パラメータと事前学習パラメータとの差が所定範囲内にはいっているか否かを判定する。Δパラメータが所定範囲内で入っている場合は、Y判定(YES判定)とする。Δパラメータが所定範囲外の場合は、N判定(No判定)とする。Y判定の場合は、更新パラメータが正しいと判定して上述のパラメータ更新工程S303が行われる。N判定の場合は、更新パラメータが正確で無いと判定し、アラーム報知工程S403が行われる。
アラーム報知工程S403では、各機器の測定部を交換する旨を示すメッセージデータに対応するメッセージウィンドウを表示画面264に表示する。なお、このメッセージデータを上位装置500に送信する様に構成しても良い。
なお、学習のタイミングや周期は適宜変更しても良い。例えば、基板処理装置100や基板処理システム1000の立ち上げ時、新しいプロセスレシピの適用した初期では、基板処理工程S200と設定更新工程S300とを並行して実行し、リアルタイムに学習させても良い。この様に構成することで、工程毎にチューニングを行うことが可能となる。また、基板処理工程S200と、設定更新工程S300とをシーケンシャルに行わせても良い。この様に構成することで、基板処理工程S200全体を通してのデータに基づいて学習することができ、熱履歴のチューニングを行うことが可能となる。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理容器
212 基板載置台
213 ヒータ
221 第1排気口
234 シャワーヘッド
244 第1電極
260 コントローラ
Claims (19)
- 基板を処理する複数の機器と、前記複数の機器とネットワークを介して通信を行う制御部とを有する基板処理装置であって、
前記複数の機器のそれぞれは、
前記制御部が保持しているプロセスレシピに対応する設定パラメータに基づき、前記基板を処理する処理遂行部と、
前記処理遂行部の測定値を前記制御部への送信と、前記制御部から更新パラメータの受信と行う送受信部と、
前記受信した更新パラメータに基づき、前記設定パラメータを更新する更新部と、
を備え、
前記制御部は、
前記測定値を、学習用データとし、前記学習用データに基づき学習を行い、前記設定パラメータを更新する更新データを生成する学習部と、
前記更新データに基づいて更新パラメータを生成する演算部と、
前記複数の機器との間で前記測定値と前記更新パラメータとを送受信する送受信部と、
を備える基板処理装置。 - 前記制御部は、
事前学習データが記録された記憶部を有し、
前記事前学習データから、前記測定値に対応する仮想膜厚データを読み出すよう構成される請求項1に記載の基板処理装置。 - 前記記憶部には、前記プロセスレシピに対応する膜厚データが記録され、
前記制御部は、前記仮想膜厚データと前記膜厚データとの差を示す差異データを算出し、差異データが所定範囲内あるか否かを判定するよう構成される請求項2に記載の基板処理装置。 - 前記制御部は、
前記差異データが、所定範囲内にある場合は、
前記更新パラメータと、前記膜厚データとの関係を前記学習部に入力するよう構成される請求項3に記載の基板処理装置。 - 前記制御部は、
前記事前学習データから、前記測定値に対応する事前学習パラメータを読み出し、前記更新パラメータと前記事前学習パラメータとの差が所定範囲内に入っているか比較演算を行うよう構成される請求項2に記載の基板処理装置。 - 前記制御部は、
前記更新パラメータと前記事前学習パラメータとの差が所定値を超えた場合に、アラームを報知するよう構成される請求項5に記載の基板処理装置。 - 前記制御部は、
前記複数の機器から受信した前記測定値が、所定の範囲内に在る間、前記測定値から前記学習用データを更新する周期を変更するよう構成される請求項1乃至6のいずれか一項に記載の基板処理装置。 - プロセスレシピに対応する設定パラメータに基づいて処理遂行部が基板を処理する工程と、
前記処理遂行部の測定値を制御部に送信する工程と、
前記処理遂行部が前記制御部から更新パラメータを受信し、受信した前記更新パラメータに基づいて、前記設定パラメータを更新する工程と、
前記測定値を学習用データとして前記学習用データに基づいて学習部に学習させる工程と、
前記設定パラメータを更新する更新データを生成する工程と、
前記更新データに基づいて更新パラメータを生成する工程と、
前記更新パラメータを前記処理遂行部に送信する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 事前学習データから、前記測定値に対応する仮想膜厚データを読み出す工程と、
を有する請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記仮想膜厚データと膜厚データとの差を示す差異データを算出し、差異データが所定範囲内であるか否かを判定する工程と、
を有する請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記差異データが、所定範囲内にある場合は、
前記更新パラメータと、前記膜厚データとの関係を前記学習部に入力する工程と、
を有する請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記事前学習データから、前記測定値に対応する事前学習パラメータを読み出し、前記更新パラメータと前記事前学習パラメータとの差が所定範囲内に入っているか比較演算を行う工程と、
を有する請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記更新パラメータと前記事前学習パラメータとの差が所定値を超えた場合に、アラームを報知する工程と、
を有する請求項12に記載の半導体装置の製造方法。 - プロセスレシピに対応する設定パラメータに基づいて処理遂行部が基板を処理させる手順と、
前記処理遂行部の測定値を制御部に送信させる手順と、
前記処理遂行部が前記制御部から更新パラメータを受信し、受信した前記更新パラメータに基づいて、前記設定パラメータを更新させる手順と、
前記測定値を学習用データとして前記学習用データに基づいて学習部に学習させる手順と、
前記設定パラメータを更新する更新データを生成させる手順と、
前記更新データに基づいて更新パラメータを生成させる手順と、
前記更新パラメータを前記処理遂行部に送信させる手順と、
コンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラムが記録された記録媒体。 - 事前学習データから、前記測定値に対応する仮想膜厚データを読み出させる手順と、
を有する請求項14に記載の記録媒体。 - 前記仮想膜厚データと膜厚データとの差を示す差異データを算出し、差異データが所定範囲内であるか否かを判定させる手順と、
を有する請求項15に記載の記録媒体。 - 前記差異データが、所定範囲内にある場合は、
前記更新パラメータと、前記膜厚データとの関係を前記学習部に入力させる手順と、
を有する請求項16に記載の記録媒体。 - 前記事前学習データから、前記測定値に対応する事前学習パラメータを読み出し、前記更新パラメータと前記事前学習パラメータとの差が所定範囲内に入っているか比較演算を行わせる手順と、
を有する請求項16に記載の記録媒体。 - 前記更新パラメータと前記事前学習パラメータとの差が所定値を超えた場合に、アラームを報知させる手順と、
を有する請求項18に記載の記録媒体。
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