JP5872141B2 - 基板処理装置、その制御装置およびその制御方法 - Google Patents

基板処理装置、その制御装置およびその制御方法 Download PDF

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Description

本発明は基板処理装置、その制御装置およびその制御方法に係り、とりわけ基板処理における面内均一性を向上させることができる制御装置およびその制御方法に関する。
従来より、ＣＶＤ装置等の基板処理装置において、基板上に処理ガスを供給することにより、基板上に成膜を行なっている。この場合、基板を回転させながら、処理ガスを一定時間持続して供給しているため、基板回転周期が基板処理における面内均一性に影響を与えることは稀だった。
しかしながら、近年基板上の成膜に対する微細化の要求が高まり、処理ガスを短期間で断続的に供給するようになった。この場合、基板の回転周期と処理ガスの供給周期の関係が基板処理における面内均一性に影響することが判明した。特に原子層堆積法（ＡＬＤ法）のプロセスにおいて影響があることがわかっている。
特開２００９−２３９３０４
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、基板の回転周期と処理ガスの供給周期とが基板処理における面内均一性に影響を及ぼすことを考慮して、基板の回転周期および処理ガスの供給周期を制御することによりこの面内均一性の向上を図ることができる基板処理装置、その制御装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、基板を収納して処理する基板処理室と、基板処理室内の基板を回転自在に保持する基板回転機構と、基板処理室内の基板に対して処理ガスを断続的に供給する処理ガス供給部と、基板回転機構および処理ガス供給部を制御する制御装置とを備え、制御装置は基板回転機構の回転速度設定値Ｐ、処理ガス供給部からの処理ガスの供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒおよび供給回数設定値Ｓが入力される設定値入力部と、設定値入力部からの情報に基づいて基板回転機構の回転周期と、処理ガスの供給周期、供給時間および供給回数とを含み、これにより基板全周に渡って均等にかつ均一に処理ガスを供給する処理ガス供給周期パターンの演算結果を求めるパターン演算部と、を有することを特徴とする基板処理装置である。
本発明は、制御装置は設定値入力部からの情報に基づいて、基板上に供給される処理ガスの供給領域の形状をシミュレーションするシミュレータを更に有し、シミュレータによるシミュレーション結果はディスプレイに表示されることを特徴とする基板処理装置である。
本発明は、制御装置は、プロセス結果に悪影響を与える処理ガス供給周期パターンの参照結果が記憶された記憶部と、パターン演算部で求めた処理ガス供給周期パターンの演算結果と、記憶部からの処理ガス供給周期パターンの参照結果とを比較する比較部と、比較部において処理ガス供給周期パターンの演算結果と処理ガス供給周期パターンの参照結果とが一致した場合にアラームを発するアラーム部とを更に有することを特徴とする基板処理装置である。
本発明は、制御装置は、比較部において処理ガス供給周期パターンの演算結果と処理ガス供給周期パターンの参照結果とが一致したと判断された場合に、設定値入力部に対して回転速度設定値Ｐ、供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒおよび供給回数設定値Ｓのいずれかを変更するよう指示する変更指示部と、プロセスの結果に悪影響を与える処理ガス供給周期パターンが新たに発現した場合、この処理ガス供給周期パターンを記憶部の処理ガス供給周期パターンの参照結果に加える教育部と、変更指示部に対して、回転速度設定値Ｐ、供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒおよび供給回数設定値Ｓのうち、いずれの設定値を変更すべきかの情報を出力する優先順位出力部とを更に有することを特徴とする基板処理装置である。
本発明は、優先順位出力部は回転速度設定値Ｐと供給サイクル設定値Ｑを優先的に変更するよう変更指示部に出力することを特徴とする基板処理装置である。
本発明は、基板回転機構は一枚の基板を載置するサセプタを回転させることを特徴とする基板処理装置である。
本発明は、基板回転機構は複数枚の基板を載置するサセプタを回転させることを特徴とする基板処理装置である。
本発明は、基板回転機構は複数枚の基板を収納したボートを回転させるボート回転機構からなることを特徴とする基板処理装置である。
本発明は、処理ガス供給部は基板回転機構に保持された基板外周に離間して配置された一対の処理ガス供給装置からなり、一方の処理ガス供給装置はＡガスを供給し、他方の処理ガス供給装置はＡガスと異なるＢガスを供給することを特徴とする基板処理装置である。
本発明は、基板を収納して処理する基板処理室と、基板処理室内の基板を回転自在に保持する基板回転機構と、基板処理室内の基板に対して処理ガスを断続的に供給する処理ガス供給部と、処理ガス供給部とを備えた基板処理装置に使用される制御装置において、基板回転機構の回転速度設定値Ｐ、処理ガス供給部からの処理ガスの供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒおよび供給回数設定値Ｓが入力される設定値入力部と、設定値入力部からの情報に基づいて基板回転機構の回転周期と、処理ガスの供給周期、供給時間および供給回数とを含み、これにより基板全周に渡って均等にかつ均一に処理ガスを供給する処理ガス供給周期パターンの演算結果を求めるパターン演算部と、を備えたことを特徴とする制御装置である。
本発明は、設定値入力部からの情報に基づいて、基板上に供給される処理ガスの供給領域の形状をシミュレーションするシミュレータを更に備えたことを特徴とする制御装置である。
本発明は、上記記載の基板処理装置の制御方法において、設定値入力部により基板回転機構の回転速度設定値Ｐ、処理ガス供給部からの処理ガスの供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒおよび供給回数設定値Ｓを入力する工程と、設定値入力部からの情報に基づいて、パターン演算部により基板回転機構の回転周期と、処理ガスの供給周期、供給時間および供給回数とを含む処理ガス供給周期パターンの演算値を求める工程と、を備えたことを特徴とする基板処理装置の制御方法である。
本発明は、設定値入力部からの情報に基づいて、基板上に供給される処理ガスの供給領域の形状をシミュレータによりシミュレーションするとともに、このシミュレーション結果をディスプレイに表示する工程を備えたことを特徴とする基板処理装置の制御方法である。
以上のように本発明によれば、パターン演算部で求めた処理ガス供給周期パターンの演算結果と、記憶部からの処理ガス供給周期パターンの参照結果とが、比較部において比較され、比較部において処理ガス供給周期パターンの演算結果と参照結果が一致していると判断された場合、アラーム部からアラームが発せられる。このためプロセス結果に悪影響を与える処理ガス供給周期パターンを予め変更しておくことができ、これにより基板に対する適切な処理を行なって、面間均一性を向上させることができる。
図１は本発明による基板処理装置を示す図。 図２は被処理基板の回転周期と、処理ガスの供給周期と、供給時間と、供給回数を含む処理ガス供給周期パターンを示す図。 図３は被処理基板に供給された処理ガスの供給領域、供給周期、供給時間、供給回数、基板回転状態を示す図。 図４（ａ）（ｂ）は被処理基板に供給された処理ガスの供給領域、供給周期、供給時間、供給回数、基板回転状態を示す図。 図５は被処理基板に供給された処理ガスの供給領域、供給周期、供給時間、供給回数、基板回転状態を示す図。 図６は被処理基板に供給された処理ガスの供給領域、供給周期、供給時間、供給回数、基板回転状態を示す図。 図７は被処理基板上に処理された処理ガスの供給領域の形状を示す図。 図８は本発明に本発明による基板処理装置が適用された縦型熱処理装置を示す図。 図９は基板処理装置の変形例を示す図。
まず図８により本発明による基板処理装置が適用される縦型熱処理装置２０について説明する。図８に示す縦型熱処理装置はＣＶＤ法被処理基板（ウエハ）上に処理ガスを供給して、ウエハ上に成膜を施すものである。
図８に示すように縦型処理装置２０は加熱手段であるヒータ２２と、ヒータ２２内に配置され被処理基板（ウエハ）に対して熱処理を施す反応容器（基板処理室）２１とを有している。この反応容器２１の下端開口は蓋体２９によりＯリング３０を介して気密に閉塞されている。蓋体２９上には保温筒２８を介してボートＢが設けられ、保温筒２８はボートＢを保持する。ボートＢは反応容器２１に挿入される。ボートＢにはバッチ処理される複数のウエハＷが水平姿勢で管軸方向に多段に積載され、ヒータ２２は反応容器２１に挿入されたウエハＷを所定の温度に加熱する。
そして、反応容器２１へ複数種類のガス、例えばＡガスおよびＢガスを供給するため制御弁３１ａが取付けられたガス供給管３１が設けられている。
またガス供給管３１は反応容器２１内に延び、ガス供給管３１先端に形成されたガス供給孔３１ｂから、反応容器２１内に配置されたウエハＷに対してガスが供給される。
この場合、ガス供給管３１と、制御弁３１ａと、ガス供給孔３１ｂとによって処理ガス供給部３１Ａが構成される。
また反応容器２１は真空ポンプ３４に接続され、さらに反応容器２１内に挿入されたボードＢはボード回転機構３６によって回転駆動される。
そして、これらガス供給管３１の制御弁３１ａと、ボード回転機構３６と、ヒータ２２は、いずれも後述する制御装置４０により制御される。
なお、ＡガスおよびＢガスとは別に、ガス供給管３１と同様の構造をもつガス供給管によって、パージガスが反応容器２１内に供給されるようになっている。
上述のように本発明による基板処理装置は、図８に示す縦型熱処理装置２０について適用することができるが、その他サセプタＳ上に１枚のウエハＷを載置した基板処理装置にも適用することができ（図９（ａ））、かつサセプタＳ上に複数枚のウエハＷを載置した基板処理装置にも適用することができる（図９（ｂ））。
なお、基板回転機構としては、必ずしもボート回転機構３６に限られることはなく、１枚のウエハＷを載置したサセプタＳ、あるいは複数枚のウエハＷを載置したサセプタＳを回転させる基板回転機構（図示せず）から構成してもよい（図９（ａ）（ｂ））。
また基板処理室２１内のウエハＷに対して処理ガスを供給するため、ウエハＷの外周に対向する一対の処理ガス供給部３１Ａ、３２Ａを設けてもよく、この場合各処理ガス供給部３１Ａ、３２Ａから互いに異なるＡガス、Ｂガスが供給される（図１の実線および二点鎖線）。
あるいはウエハＷの外周に対向する一対の処理ガス供給部３１Ａ、３２Ａを設けてもよく、この場合は一方の処理ガス供給部３１ＡからＡガスを供給してもよく、対向する他方の処理ガス供給部３２ＡからＡガスと異なるＢガスを供給してもよい。また一対の処理ガス供給部３１Ａ、３２Ａから同一のＡガスを供給してもよい。
また図１に示すように、制御装置４０は基板回転機構の回転速度設定値Ｐ、処理ガス供給部３１Ａ，３２ＡからのＡガスとＢガスとからなる処理ガスの供給サイクル設定値Ｑ、処理ガスの供給時間設定値Ｒ、および処理ガスの供給回数設定値Ｓが入力される設定値入力部４１と、設定値入力部からの情報に基づいて基板回転機構の回転周期と、処理ガスの供給周期とを含む処理ガス供給周期パターンの演算結果を求めるパターン演算部４２と、プロセス結果に悪影響を与える処理ガス供給周期パターンの参照結果が記憶された記憶部４５と、パターン演算部４２で求めた処理ガス供給周期パターンの演算結果と、記憶部４５からの処理ガス供給周期パターンの参照結果とを比較する比較部４３と、比較部４３において処理ガス供給周期パターンの演算結果と処理ガス供給周期パターンの参照結果とが一致した場合にアラームを発するアラーム部４４とを備えている。このことから、実際の処理前に不具合をみつけることが可能となる。
さらに比較部４３において処理ガス供給周期パターンの演算結果と処理ガス供給周期パターンの参照結果とが一致したと判断した場合、変更指示部４７により設定値入力部４１に対して回転速度設定値Ｐ、供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒおよび供給回転設定値Ｓのいずれかを変更するよう指示するようになっている。このことから、自動的に不具合を回避することが可能となる。
またプロセスの結果に悪影響を与える処理ガス供給周期パターンが新たに発現した場合、この処理ガス供給周期パターンは教育部４６によって記憶部４５の処理ガス供給周期パターンの参照結果に追加される。
また制御装置４０は変更指示部４７に対して回転速度設定値Ｐ、供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒおよび供給回数設定値Ｓのうち、いずれの設定値を優先的に変更すべきかの情報を出力する優先順位出力部４８を更に有し、この優先順位出力部４８は回転速度設定値Ｐと供給サイクル設定値Ｑを優先的に補正するよう、変更指示部４７に指示するようになっている。
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
まず、図１に示す制御装置４０において、設定値入力部４１から基板回転機構の回転速度設定値Ｐと、処理ガス供給部３１Ａまたは３２Ａの処理ガスの供給サイクル設定値Ｑと、処理ガスの供給時間設定値Ｒと、処理ガスの供給回数設定値Ｓが入力される。
この場合、処理ガスの供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒ、および供給回数設定値Ｓは、あらかじめレシピ作成部において作成されて設定される。
次に設定値入力部４１からの情報に基づいて、基板回転機構の回転周期と、処理ガスの供給周期と、処理ガスの供給時間と、処理ガスの供給回数とを含む処理ガス供給パターンの演算結果Ｐ１がパターン演算部４２において求められる。
ここで図２は、パターン演算部４２において演算して求められた処理ガス供給パターンの演算結果Ｐ１を示す図である。図２においてＡガスおよびＢガスの供給周期とウエハＷの回転周期は一致しておらず、ＡガスおよびＢガスを均一にウエハＷ上に供給するためには、ウエハＷを５回以上回転させる必要がある。
記憶部４５内には、基板処理装置において処理されたウエハＷに対するプロセス結果に悪影響を与える処理ガス供給パターンの参照結果が予め内蔵されている。
また、基板回転機構の回転周期、処理ガスの供給周期、処理ガスの供給時間、処理ガスの供給回数を含むある処理ガス供給パターンに基づいて、ウエハＷに対して熱処理を施した場合に、面内均一性等について不具合が生じた場合、このような問題が生じた処理ガス供給パターンが参照結果として記憶部４５に新たに記憶される。
次に、比較部４３において、パターン演算部４２において求めた処理ガス供給周期パターンの演算結果Ｐ１と、記憶部４５からの処理ガス供給周期パターンの参照結果が比較され、比較部４３において処理ガス供給周期パターンの演算結果Ｐ１と、処理ガス供給周期パターンの参照結果が一致していると判断された場合、処理ガス供給周期パターンの演算結果に基づいてウエハＷに対して熱処理を施すと、同様な不具合が生じると判断してアラーム部４４からアラームが発せられる。
また比較部４３において、処理ガス供給周期パターンの演算結果Ｐ１と処理ガス供給周期パターンの参照結果とが一致したと判断された場合、変更指示部４７から設定値入力部４１に対して回転速度設定値Ｐ、供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒおよび供給回数設定値Ｓのいずれかを変更するよう指示が出される。
この場合、優先順位出力部４８は、変更指示部４７に対して、回転速度設定値Ｐ、供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒおよび供給回数設定値Ｓのうち、いずれかの設定値を優先的に変更すべきかの情報を出力する。
また制御装置４０のシミュレータ４９は、設定値入力部４１の情報に基づいてウエハＷ上に供給される処理ガスの供給領域の形状をシミュレーションし、そのシミュレーション結果はディスプレイ５０上に表示される。
図３乃至図７により、制御装置４０のシミュレータ４９により求められたウエハＷ上の処理ガスの供給領域の形状について説明する。
まず、図３に示すようにウエハＷを６０秒間で１回転させ、供給時間１５秒間として、６０秒間の供給周期でウエハＷに対してＡガスを供給する。この場合、ウエハＷを４回転させることによって、ウエハＷ全域にＡガスを供給することができる。
また、図４（ａ）に示すように、ウエハＷを６０秒間で１回転させ、供給時間５秒間として、１０秒間の供給周期でウエハＷに対してＡガスを供給する。ウエハＷを６０秒間で１回転させ、Ａガスを供給時間５秒間、供給周期１０秒間で供給した場合、ウエハＷ上においてＡガスの供給位置が一致してしまうため、供給位置を変化させるために、Ａガスの供給タイミングを周期的に変更している。
また、図４（ｂ）に示すように、ウエハＷを６０秒間で１回転させ、供給時間５秒間として、５６秒間の供給周期でウエハＷに対してＡガスを供給する。この場合、供給回数を３０回とすると、ウエハＷ全域に供給することはできず、アラーム部４４からアラームが発せられる。または、変更指示部４７からの信号に基づいて、設定値入力部４１において、供給回数設定値を６０回に増やしたり、供給時間設定値を６秒間にしたり、あるいは回転速度設定値を２回転／６０秒に変更する。これは優先順位出力部４６により選択される。
このようにしてウエハＷの全面に渡ってＡガスを供給することができる。
また図５に示すように、ウエハＷの同一位置に対してＡガスとＢガスを供給することもできる。さらに図６に示すようにウエハＷの１８０°向き合う対向する位置に対してＡガスとＢガスを供給することもできる。
また図７（ａ）（ｂ）に示すように、シミュレータ４９によって、処理ガス供給部３１Ａから供給されるＡガスのウエハＷへの噴射形状５０Ａを予め求めておき（図７（ａ））、シミュレータ４９により供給回数設定値Ｓの回数からウエハＷ上への供給領域の形状５０Ｂを求める。これらＡガスの噴射形状５０Ａ、および供給領域の形状５０Ｂはディスプレイ５０上に表示される。
以上のように本実施の形態によれば、パターン演算部４２で求めた処理ガス供給周期パターンの演算結果と、記憶部４５からのプロセス結果に悪影響を与える処理ガス供給周期パターンの参照結果とが比較部４３において比較され、比較部４３において処理ガス供給周期パターンの演算結果と参照結果が一致していると判断された場合、アラーム部４４からアラームが発せられる。このため、プロセス結果に悪影響を与える処理ガス供給周期パターンを予め変更しておくことができ、これにより基板に対する適切な処理を行なって面間均一性を向上させることができる。
２０ 縦型熱処理装置
２１ 反応容器
２２ ヒータ
２８ キャップ
３０ ０リング
３１ ガス供給管
３１ａ 制御弁
３１ｂ ガス供給孔
３１Ａ 処理ガス供給部
３２Ａ 処理ガス供給部
４０ 制御装置
４１ 設定値入力部
４２ パターン演算部
４３ 比較部
４４ アラーム部
４５ 記憶部
４６ 教育部
４７ 変更指示部
４８ 優先順位出力部
４９ シミュレータ
５０ ディスプレイ
Ｂ ボート
Ｓ サセプタ
Ｗ ウエハ
Ｐ１ 処理ガス供給周期の演算結果

Claims (8)

  1. 基板を収納して処理する基板処理室と、
    基板処理室内の基板を回転自在に保持する基板回転機構と、
    基板処理室内の基板に対して処理ガスを断続的に供給する処理ガス供給部と、
    基板回転機構および処理ガス供給部を制御する制御装置とを備え、
    制御装置は基板回転機構の回転速度設定値Ｐ、処理ガス供給部からの処理ガスの供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒおよび供給回数設定値Ｓが入力される設定値入力部と、
    設定値入力部からの情報に基づいて基板回転機構の回転周期と、処理ガスの供給周期、供給時間および供給回数とを含み、これにより基板全周に渡って均等にかつ均一に処理ガスを供給する処理ガス供給周期パターンの演算結果を求めるパターン演算部と、を有し、
    制御装置は設定値入力部からの情報に基づいて、基板上に供給される処理ガスの供給領域の形状をシミュレーションするシミュレータを更に有し、シミュレータによるシミュレーション結果はディスプレイに表示されることを特徴とする基板処理装置。
  2. 制御装置は、
    プロセス結果に悪影響を与える処理ガス供給周期パターンの参照結果が記憶された記憶部と、
    パターン演算部で求めた処理ガス供給周期パターンの演算結果と、記憶部からの処理ガス供給周期パターンの参照結果とを比較する比較部と、
    比較部において処理ガス供給周期パターンの演算結果と処理ガス供給周期パターンの参照結果とが一致した場合にアラームを発するアラーム部とを更に有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 基板回転機構は一枚の基板を載置するサセプタを回転させることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  4. 基板回転機構は複数枚の基板を載置するサセプタを回転させることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  5. 基板回転機構は複数枚の基板を収納したボートを回転させるボート回転機構からなることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  6. 処理ガス供給部は基板回転機構に保持された基板外周に離間して配置された一対の処理ガス供給装置からなり、
    一方の処理ガス供給装置はＡガスを供給し、他方の処理ガス供給装置はＡガスと異なるＢガスを供給することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  7. 基板を収納して処理する基板処理室と、
    基板処理室内の基板を回転自在に保持する基板回転機構と、
    基板処理室内の基板に対して処理ガスを断続的に供給する処理ガス供給部と、
    処理ガス供給部とを備えた基板処理装置に使用される制御装置において、
    基板回転機構の回転速度設定値Ｐ、処理ガス供給部からの処理ガスの供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒおよび供給回数設定値Ｓが入力される設定値入力部と、
    設定値入力部からの情報に基づいて基板回転機構の回転周期と、処理ガスの供給周期、供給時間および供給回数とを含み、これにより基板全周に渡って均等にかつ均一に処理ガスを供給する処理ガス供給周期パターンの演算結果を求めるパターン演算部と、を備え、 設定値入力部からの情報に基づいて、基板上に供給される処理ガスの供給領域の形状をシミュレーションするシミュレータを更に備えたことを特徴とする制御装置。
  8. 請求項１記載の基板処理装置の制御方法において、
    設定値入力部により基板回転機構の回転速度設定値Ｐ、処理ガス供給部からの処理ガスの供給サイクル設定値Ｑ、供給時間設定値Ｒおよび供給回数設定値Ｓを入力する工程と、 設定値入力部からの情報に基づいて、パターン演算部により基板回転機構の回転周期と、処理ガスの供給周期、供給時間および供給回数とを含む処理ガス供給周期パターンの演算値を求める工程と、
    を備え、
    設定値入力部からの情報に基づいて、基板上に供給される処理ガスの供給領域の形状をシミュレータによりシミュレーションするとともに、このシミュレーション結果をディスプレイに表示する工程を備えたことを特徴とする基板処理装置の制御方法。
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