JP6448957B2 - 基板処理装置の制御装置および基板処理制御プログラム - Google Patents
基板処理装置の制御装置および基板処理制御プログラムInfo
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Description
各基板に対して行う処理内容については、各基板別または当該基板に対して行う処理工程別に設定されるレシピによって規定することが一般的である。レシピとは、基板処理装置が行う処理の処理方法やパラメータ(温度や圧力等の処理条件)等を指定する命令やデータ等の集まりのことをいう。
また、各基板に対する処理の実行順序については、例えば、設定された各レシピとその実行順序との対応関係を纏めた実行順序リストを作成し、その実行順序リストによって各レシピの実行順序を規定することが考えられる。
例えば、実際の半導体製造工程では、小ロット生産の各種半導体装置の製造に対応すべく、基板処理装置において様々な処理条件で数万回に及ぶ処理を1カ月程度の期間に亘り連続して行うことがあり得る。ところが、期間中での生産計画の変更等が生じる可能性を考慮すると、数万件に及ぶレシピやその実行順序リストを当該期間前に予め完成させておくことは、必ずしも現実的ではない。
また、実際の半導体製造工程においては、生産計画の変更等が生じ得ることから、レシピの変更、追加、削除等をフレキシブルに行えることが望ましい。ところが、予め完成しているべき実行順序リストによって各レシピの実行順序を規定する場合には、このような要請に柔軟に応えることが必ずしも容易ではない。
さらに、実行順序リストによって各レシピの実行順序を規定する場合には、各レシピとは別に実行順序リストを必要とするため、これらを記憶保持する記憶領域の大容量化を招く要因となり得る。また、各レシピを記憶領域から読み出して使用する際にも、実行順序リストにアクセスして実行順序を確認しなければならず、そのために記憶領域へのアクセス処理が煩雑化してしまう。
本発明の一態様によれば、
複数の基板に対する処理を順次連続的に行う基板処理装置を制御する制御装置であって、
前記複数の基板のそれぞれに対する処理内容を規定する複数のレシピを記憶するとともに、前記複数のレシピを識別するためのレシピ名の所定部分に当該レシピの実行順に関する順番情報を含ませて前記複数のレシピの記憶を行うレシピ記憶手段と、
前記レシピ記憶手段が記憶する前記複数のレシピを、前記レシピ名に含まれる前記順番情報に基づいて読み出し順を判断しつつ、前記レシピ記憶手段から順に読み出すレシピ読み出し手段と、
前記レシピ読み出し手段が読み出したレシピによって規定される処理内容の処理を前記基板処理装置が行うように前記基板処理装置に対して動作指示を与える動作指示手段と
を備える基板処理装置の制御装置が提供される。
複数の基板に対する処理を順次連続的に行う基板処理装置に搭載されるコンピュータ、または前記基板処理装置と接続されて用いられるコンピュータを、
前記複数の基板のそれぞれに対する処理内容を規定する複数のレシピを記憶するとともに、前記複数のレシピを識別するためのレシピ名の所定部分に当該レシピの実行順に関する順番情報を含ませて前記複数のレシピの記憶を行うレシピ記憶手段、
前記レシピ記憶手段が記憶する前記複数のレシピを、前記レシピ名に含まれる前記順番情報に基づいて読み出し順を判断しつつ、前記レシピ記憶手段から順に読み出すレシピ読み出し手段、および、
前記レシピ読み出し手段が読み出したレシピによって規定される処理内容の処理を前記基板処理装置が行うように前記基板処理装置に対して動作指示を与える動作指示手段
として機能させる基板処理制御プログラムが提供される。
先ず、はじめに、本実施形態で用いる基板処理システムの全体構成について簡単に説明する。
図1は、本実施形態で用いる基板処理システムの全体構成の一例を示すブロック図である。
本実施形態で用いる基板処理システムは、基板上にGaN膜の成膜処理を行う基板処理装置1と、その基板処理装置1を制御する制御装置2と、これらの間を通信可能に接続する有線または無線の通信回線3と、を備えて構成されている。このような基板処理システムにおいて、制御装置2が本発明に係る「基板処理装置の制御装置」に相当するとともに、本発明に係る「基板処理制御プログラム」を実行することになる。
続いて、本実施形態の基板処理システムにおける基板処理装置1の構成について説明する。
図2は、本実施形態で用いる基板処理装置1の構成例を示す縦断面概略図である。
基板処理装置1は、例えば石英(SiO2)または炭化シリコン(SiC)等の耐熱性材料によって形成された円筒状の気密容器である第1の容器10を備えている。第1の容器10は、筒端の両側壁部に基板搬入口10aおよび基板搬出口10bを有するとともに、これら基板搬入口10aおよび基板搬出口10bに開閉可能なゲートバルブ11a,11bが設けられている。そして、ゲートバルブ11a,11bが開いていると基板搬入口10aおよび基板搬出口10bを通じて第1の容器10内が外部と連通するが、ゲートバルブ11a,11bが閉じていると第1の容器10内が密閉されるように構成されている。
第1の容器10内の基板搬入口10aと基板搬出口10bとの間には、基板搬送経路12が設けられている。基板搬送経路12は、処理対象となる基板Wを基板搬入口10aから基板搬出口10bへ向けて搬送する際の搬送路として用いられるものである。
第1の容器10内における基板搬送経路12の上方側には、第2の容器14が設けられている。第2の容器14は、処理対象となる基板W上にGaN膜を形成する成膜処理を行うためのものである。より詳しくは、第2の容器14は、成膜処理の対象となる基板Wを収容するとともに、その状態で後述するように当該成膜処理に必要となる加熱およびガス供給が行われるものである。そのために、第2の容器14は、例えば耐熱性材料である石英、カーボン、炭化シリコン等によって形成されている。
第2の容器14に収容された基板Wは、第1の容器10の外周側に設けられたヒータ16によって所定の温度(例えば800℃〜1100℃)に加熱されるようになっている。そのために、ヒータ16は、例えば給電により発熱する電熱器によって構成されており、第1の容器10の外周壁面を囲うように配置されている。
第2の容器14には、当該第2の容器14内での成膜処理のために必要となる各種ガスを供給するガス供給ノズル17aが設けられている。ガス供給ノズル17aの上流端には、III族原料ガス供給管17b、V族原料ガス供給管17dおよびクリーニングガス供給管17eの下流端がそれぞれ接続されている。III族原料ガス供給管17b、V族原料ガス供給管17dおよびクリーニングガス供給管17eは、いずれも、例えば石英等によって構成されており、第1の容器10の側壁を貫通するように配されている。
また、III族原料ガス供給管17bには、その途中に介在するGaタンク17cが設けられている。Gaタンク17cは、例えば石英等で形成されて第1の容器10内に配置されており、金属原料であるガリウム(Ga)融液を貯留するように構成されている。このようなGaタンク17c内にHClガスが供給されることで、Gaタンク17c内ではGa融液とHClガスとが反応してIII族原料ガスである塩化ガリウム(GaCl)ガスが生成される。そして、Gaタンク17c内で生成されたGaClガスが、III族原料ガス供給管17bからガス供給ノズル17aを介して第2の容器14内に供給されることになる。
なお、III族原料ガス供給管17bは、III族原料ガスの供給と併行して、キャリアガスとしての例えば水素(H2)ガス、窒素(N2)ガス、あるいはこれらの混合ガス等が供給できるように構成されていてもよい。
また、第2の容器14には、主として当該第2の容器14内を排気するための排気管18の上流端が接続されている。排気管18は、第1の容器10の側壁を貫通するように設けられている。排気管18には、図示せぬ圧力調整装置としてのAPC(Auto Pressure Controller)バルブや、同じく図示せぬ真空排気装置としての真空ポンプが接続されている。このような排気管18が接続されていることで、第2の容器14内および第1の容器10内を所定の圧力(例えば真空状態等の大気未満の圧力)に調整することができる。
上述した構成の基板処理装置1は、当該基板処理装置1が有するコントロール部19によって各部の動作がコントロールされる。コントロール部19は、例えばシーケンサと呼ばれるPLC(Programmable Logic Controller)からなるもので、制御装置2から通信回線3を通じて与えられる動作指示の内容に従いつつ、基板処理装置1の各部を動作させるものである。より詳しくは、コントロール部19は、制御装置2からの動作指示に従いつつ、ゲートバルブ11a,11bの開閉動作、基板搬送経路12上における基板載置部材13の移動動作、昇降機構15による基板載置部材13の昇降動作、ヒータ16に対する給電動作、ガス供給系における各バルブの開閉動作、ガス排気系における真空ポンプやバルブの動作等をシーケンス制御するようになっている。
次に、上述した構成の基板処理装置1における基本的な処理動作例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置1を構成する各部の動作は、制御装置2からの動作指示を受けたコントロール部19によって管理運営される。
図3は、本実施形態で用いる基板処理装置1における基本的な処理動作例の手順を示すフローチャートである。
基板処理装置1は、基板Wに対する成膜処理を行うにあたり、先ず、温度・圧力調整工程(ステップ101、以下ステップを「S」と略す。)を行う。
温度・圧力調整工程(S101)では、基板Wの表面を所定の温度(例えば800℃〜1100℃)に加熱できるように、ヒータ16への給電を行って、少なくとも第2の容器14内を加熱する。加熱温度は、ヒータ16への供給電力を制御することによって調整される。ヒータ16による加熱は、後述の加熱部降温・大気圧復帰工程(S109)まで継続して行うものとする。
また、温度・圧力調整工程(S101)では、第1の容器10内が所定の圧力(例えば真空状態等の大気未満の圧力)となるように、排気管18を通じて第1の容器10内を真空排気する。具体的には、第2の容器14を構成する上側容器14aの下端に形成された開口を開放した状態で、排気管18に接続された真空ポンプを動作させることで、第2の容器14の上側容器14aにおける開口を通じて、第1の容器10内を真空排気する。
温度・圧力調整工程(S101)で第1の容器10内が所定の圧力となり、ヒータ16の加熱温度が所定の温度となったら、続いて、基板処理装置1は、基板搬送工程(S102)を行う。
基板搬送工程(S102)では、第1の容器10内への基板Wの搬入と、第1の容器10内の基板搬送経路12上に並べられた基板Wの下流側への移動搬送と、第1の容器10内からの基板Wの搬出とを、それぞれ同時並行的に行う。具体的には、ゲートバルブ11aが開いている状態で、基板Wが載置された基板載置部材13を、基板搬入口10aを通じて第1の容器10内に搬入する。これに伴い、基板搬送経路12上では、基板Wが載置された状態で一列に並べられた複数の基板載置部材13が、下流側(すなわち基板搬出口10bの側)に向けて所定量だけ移動する。このときの所定量は、例えば一つの基板載置部材13の移動方向の大きさに相当する量である。さらには、基板搬送経路12上の最下流にある基板載置部材13を、ゲートバルブ11bが開いている状態の基板搬出口10bを通じて、第1の容器10外に搬出する。なお、基板Wの搬入および搬出を行ったら、次の搬入および搬出を行うまでの間、ゲートバルブ11a,11bを閉じて第1の容器10内を密閉する。
基板搬送工程(S102)にて、処理対象となる基板Wを載置した基板載置部材13が基板搬送経路12上における第2の容器14との対向位置まで到達したら、次いで、基板処理装置1は、第2の容器内への基板搬入工程(S103)を行う。
基板搬入工程(S103)では、第2の容器14との対向位置にある基板載置部材13を昇降機構15により所定の位置まで上昇させて、第2の容器14を構成する上側容器14aの開口を閉塞する。これにより、基板載置部材13上に載置された未処理の基板Wが第2の容器14内に搬入されて、第2の容器14内に収容される。
基板搬入工程(S103)で処理対象となる基板Wを第2の容器14内に収容したら、次いで、基板処理装置1は、その基板Wに対する成膜工程(S104)を行う。
成膜工程(S104)では、第2の容器14内に収容した基板Wが所定の温度に達した後に、排気管18からの排気を行いつつ、III族原料ガス供給管17bからガス供給ノズル17aを介して第2の容器14内へのIII族原料ガスの供給を開始する。具体的には、先ず、III族原料ガス供給管17bを通じてGaタンク17c内へのHClガスの供給を、N2ガスもしくはH2ガスまたはこれらの混合ガスをキャリアガスとして行い、そのGaタンク17c内でGaClガスを生成する。そして、Gaタンク17c内で生成したGaClガスを、ガス供給ノズル17aを介して第2の容器14内に供給する。このとき、第2の容器14内へのGaClガスの供給と併行して、V族原料ガスとしてのNH3ガスについても、V族原料ガス供給管17dからガス供給ノズル17aを介して第2の容器14内に対し、N2ガスもしくはH2ガスまたはこれらの混合ガスをキャリアガスとして供給する。これにより、第2の容器14内でIII族原料ガスであるGaClガスとV族原料ガスであるNH3ガスとを反応させて、基板W上にGaN膜を結晶成長させて形成する。その後、所定の処理時間が経過し、GaN膜の厚さが所定の厚さに達したら、第2の容器14内へのGaClガスの供給を停止する。すなわち、Gaタンク17c内へのHClガスの供給を停止し、N2ガスもしくはH2ガスまたはこれらの混合ガス(以下、単に「キャリアガス」という。)のみの供給に切り替える。なお、V族原料ガス供給管17dからのNH3ガスの供給については、基板W上に成膜したGaN膜の熱分解を抑制するという観点から、継続したままとする。
このように、基板処理装置1は、成膜工程(S104)において、III族元素の塩化物を含む金属塩化物ガスであるIII族原料ガスと、V族元素の水素化物を含むV族原料ガスとを、第2の容器14内の基板Wに対して供給し、その基板W上にIII−V族半導体結晶を成長させる。つまり、基板Wに対して、ハイドライド気相成長(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法による成膜処理を行うのである。
成膜工程(S104)が終了したら、次に、基板処理装置1は、パージ工程(S105)を行う。
パージ工程(S105)では、V族原料ガス供給管17dからはNH3ガスとキャリアガスを供給し、III族原料ガス供給管17bおよびクリーニングガス供給管17eからはキャリアガスのみを供給して、III族原料ガスであるGaClガスを第2の容器14内から排出する。このとき、第2の容器14内へのNH3ガス等の供給を継続しつつ、排気管18からの排気を継続することで、第2の容器14内からのGaClガスの排出を促すことができる。これにより、例えば昇降機構15等の可動部に反応生成物が付着して、当該可動部の動作不良が生じることを抑制できる。
パージ工程(S105)が終了したら、次に、基板処理装置1は、第2の容器14内からの基板搬出工程(S106)を行う。
基板搬出工程(S106)では、第2の容器14を構成する上側容器14aの開口を閉塞している基板載置部材13を昇降機構15により所定の位置まで下降させて、上側容器14aの開口を開放する。これにより、第2の容器14の下側容器14bとして機能していた基板載置部材13上に載置された処理済の基板Wが第2の容器14内に搬出されて、再び基板搬送経路12上における第2の容器14との対向位置に存在することになる。
基板搬出工程(S106)で処理済の基板Wを第2の容器14外に搬出したら、次いで、基板処理装置1は、次に処理すべき未処理の基板Wがあるか否かを判断する(S107)。この判断は、後述するように、制御装置2からの指示に従って行えばよい。
次に処理すべき未処理の基板Wがなければ、基板処理装置1は、基板搬出工程(S108)を行う。
基板搬出工程(S108)では、基板搬送工程(S102)の場合と同様に、第2の容器14から基板搬出口10bまでの基板搬送経路12上に並べられた基板Wの下流側への移動搬送と、第1の容器10内からの基板Wの搬出とを、それぞれ同時並行的に行う。ただし、基板搬出工程(S108)では、基板搬送工程(S102)の場合とは異なり、第1の容器10内への基板Wの搬入と、基板搬入口10aから第2の容器14までの基板搬送経路12上に並べられた基板Wの下流側への移動搬送と、については行わない。次に処理すべき未処理の基板Wがないからである。
このような基板搬出工程(S108)が終了すると、第2の容器14内で成膜処理がされた後の処理済の基板Wの全てが、第1の容器10外に搬出されることになる。
基板搬出工程(S108)が終了したら、基板処理装置1は、予定されていた全枚数の基板Wに対する処理が終了したと判断して、加熱部降温・大気圧復帰工程(S109)を行う。
加熱部降温・大気圧復帰工程(S109)では、ヒータ16を降温させるとともに、第1の容器10内を大気圧に復帰させる。これにより、基板処理装置1における一連の処理動作を終了する。
次に、上述した基板処理装置1の動作を制御する制御装置2の構成について、図1を参照しながら説明する。
レシピ記憶手段21は、HDDの記憶領域を確保して、複数のレシピ22を記憶するためのものである。ただし、レシピ記憶手段21は、詳細を後述するレシピ名を付与した状態で、各レシピ22の記憶を行うようになっている。
ここで、レシピ記憶手段21が記憶するレシピ22およびそのレシピ名について簡単に説明する。
図4は、本実施形態における制御装置2が記憶するレシピ22およびそのレシピ名についての概念を模式的に示す説明図である。
また、レシピ22は、成膜工程(S104)のみならず、他の処理工程についても設定され得る。他の処理工程としては、例えば基板搬送工程(S102)、基板搬入工程(S103)、基板搬出工程(S106)等がある。これらの各工程については、基板Wが載置された基板載置部材13の移動速度や移動タイミング等がレシピ22によって規定される。つまり、いわゆる処理対象基板の段取り替えを自動的に行うために必要となる処理内容がレシピ22によって規定される。
さらに、レシピ22は、温度・圧力調整工程(S101)、パージ工程(S105)、加熱部降温・大気圧復帰工程(S109)等の処理内容を規定するものであってもよい。
このように、レシピ22によって内容が規定される処理には、少なくとも、基板Wに対して行う成膜処理の他に、複数の基板Wの中から処理対象となる基板Wを選択して第2の容器14内で処理可能な状態にする処理が含まれる。そして、基板処理装置1で処理すべき複数の基板Wのそれぞれについて、当該基板Wに対して行う各処理工程別に、その処理内容を規定するレシピ22が設定されるのである。
また図1において、レシピ読み出し手段23は、レシピ記憶手段21が記憶する複数のレシピ22について、そのレシピ22をレシピ記憶手段21から読み出すためのものである。ただし、レシピ読み出し手段23は、レシピ記憶手段21からの読み出しにあたり、各レシピ22に付与されたレシピ名に含まれる順番情報22aに基づいて読み出し順を判断しつつ、各レシピ22を順に読み出すようになっている。また、レシピ読み出し手段23は、読み出すべき順のレシピ22がレシピ記憶手段21により記憶されておらず存在しないと、後述する所定の待機処理を行って、そのレシピ22のレシピ記憶手段21からの読み出しを待機するようになっている。
動作指示手段24は、レシピ読み出し手段23がレシピ記憶手段21からレシピ22を読み出すと、その読み出したレシピ22によって規定される処理内容の処理を基板処理装置1が行うように、基板処理装置1のコントロール部19に対して通信回線3を通じて動作指示を与えるものである。動作指示手段24は、このような動作指示を与える処理動作を、レシピ読み出し手段23がレシピ22の読み出しを行う度に行うものとする。
以上のようなレシピ記憶手段21、レシピ読み出し手段23および動作指示手段24としての機能は、制御装置2が所定プログラムを実行することによって実現される。換言すると、この所定プログラムは、コンピュータとしてのハードウエア資源を備える制御装置2を各手段21、23、24として機能させるものであり、本発明に係る基板処理制御プログラムの一実施形態に相当するものである。
次に、上述した構成の制御装置2における処理動作例について説明する。
図5は、本実施形態における制御装置2が基板処理装置1の動作を制御する際の当該制御装置2での処理動作例の手順を示すフローチャートである。
ただし、別の構成として、実行順の最後を明示する情報22cをレシピ名に含ませないようにすることも可能である。この場合、制御処理の終了は、基板処理装置1または制御装置2に付加された終了命令を発生するスイッチボタンにより行えばよい。
本実施形態によれば、以下に述べる1つまたは複数の効果を奏する。
そのため、本実施形態によれば、実際の半導体製造工程において、例えば生産計画の変更等が生じた場合であっても、レシピ22の変更、追加、削除等をフレキシブルに行うことができる。具体的には、例えば、小ロット生産の各種半導体装置の製造に対応すべく、基板処理装置1において様々な処理条件で数万回に及ぶ処理を1カ月程度の期間に亘り連続して行う場合に、期間中での生産計画の変更等が生じても、実行順序リストによって各レシピ22の実行順序を規定している場合とは異なり、このような要請に柔軟に応えることが容易となる。
さらに、本実施形態によれば、複数のレシピ22についての実行順序リストを必要としないので、当該実行順序リストを必要とする場合とは異なり、これらを記憶保持する記憶領域の大容量化を抑制できる。また、各レシピ22を読み出す際にも、実行順序リストへのアクセスが不要であり、記憶領域へのアクセス処理の煩雑化を抑制して簡便化することができる。
以上に、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した開示内容は、本発明の例示的な実施形態の一つを示すものである。すなわち、本発明の技術的範囲は、上述した例示的な実施形態に限定されるものではない。
Claims (5)
- 複数の基板に対する処理を順次連続的に行う基板処理装置を制御する制御装置であって、
前記複数の基板のそれぞれに対する処理内容を各基板別、かつ、各基板に対して行う処理工程別に規定する複数のレシピを記憶するとともに、前記複数のレシピを識別するためのレシピ名の所定部分に当該レシピの実行順に関する順番情報を含ませて前記複数のレシピの記憶を行うレシピ記憶手段と、
前記レシピ記憶手段が記憶する前記複数のレシピを、前記レシピ名に含まれる前記順番情報に基づいて読み出し順を判断しつつ、前記レシピ記憶手段から順に読み出すレシピ読み出し手段と、
前記レシピ読み出し手段が読み出したレシピによって規定される処理内容の処理を前記基板処理装置が行うように前記基板処理装置に対して動作指示を与える動作指示手段と
を備える基板処理装置の制御装置。 - 前記複数のレシピのそれぞれに付与される前記順番情報のうちの一つは、前記複数のレ
シピの実行順の最後を明示する情報を含む
請求項1記載の基板処理装置の制御装置。 - 前記レシピ読み出し手段は、読み出すべき順のレシピが前記レシピ記憶手段に存在しな
いと、前記レシピ記憶手段からのレシピの読み出しを待機する
請求項1または2記載の基板処理装置の制御装置。 - 前記複数の基板に対する処理には、前記複数の基板の中から処理対象となる基板を選択
して処理可能な状態にする処理が含まれる
請求項1、2または3記載の基板処理装置の制御装置。 - 複数の基板に対する処理を順次連続的に行う基板処理装置に搭載されるコンピュータ、または前記基板処理装置と接続されて用いられるコンピュータを、
前記複数の基板のそれぞれに対する処理内容を各基板別、かつ、各基板に対して行う処理工程別に規定する複数のレシピを記憶するとともに、前記複数のレシピを識別するためのレシピ名の所定部分に当該レシピの実行順に関する順番情報を含ませて前記複数のレシピの記憶を行うレシピ記憶手段、
前記レシピ記憶手段が記憶する前記複数のレシピを、前記レシピ名に含まれる前記順番情報に基づいて読み出し順を判断しつつ、前記レシピ記憶手段から順に読み出すレシピ読み出し手段、および、
前記レシピ読み出し手段が読み出したレシピによって規定される処理内容の処理を前記基板処理装置が行うように前記基板処理装置に対して動作指示を与える動作指示手段
として機能させる基板処理制御プログラム。
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