KR101443493B1 - 처리 장치 및 프로세스 상태의 확인 방법 - Google Patents

처리 장치 및 프로세스 상태의 확인 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 처리 장치에 있어서의 프로세스의 상태를 파악하고, 프로세스의 이상을 신속하게 검출, 또는 미연에 회피하는 처리 장치 및 프로세스 상태의 확인 방법을 제공한다. Module controller(MC)보다 하위의 제어 유닛인 I/O 보드에 최대값 레지스터 및 최소값 레지스터를 마련하고, 압력계에서 계측되는 버퍼 탱크에서의 압력에 관한 압력 AI 신호로부터, 압력 변동의 최대값과 최소값을 보존한다. 프로세스의 상태의 판정은 실제 동작시에 관측된 버퍼 탱크 내의 압력 변동의 최대값 및/또는 최소값을, 미리 측정된 정상 동작시의 버퍼 탱크 내의 압력 변동의 최대값 및/또는 최소값의 데이터와 비교하는 것에 의해 실행한다.

Description

처리 장치 및 프로세스 상태의 확인 방법 {PROCESSING APPARATUS AND PROCESS STATUS CHECKING METHOD}
본 발명은, 예를 들면, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대해, 처리 가스를 공급해서 성막 처리 등을 실행하는 처리 장치 및 그 처리 장치에 있어서 프로세스의 상태를 확인하고, 이상을 검출 또는 회피하기 위한 프로세스 상태의 확인 방법에 관한 것이다．
반도체 장치의 제조 과정에서는 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에, 성막 처리, 에칭(etching) 처리, 열 처리, 개질(改質) 처리 등의 각종 처리가 반복 실행된다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성하는 경우에는 성막 장치의 처리 용기 내에 반도체 웨이퍼를 배치하고, 처리 용기 내에 원료 가스를 포함하는 처리 가스를 도입해서 반응 생성물을 발생시키고, 반도체 웨이퍼의 표면에 해당 반응 생성물의 박막을 퇴적시키는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의한 성막방법이 알려져 있다.
또한, 최근에는 원료 가스와 반응 가스를 교대로 처리 용기 내에 공급하고, 원자 레벨 또는 분자 레벨의 두께의 박막을 한층씩 형성하는 ALD(Atomic Layer Deposition)법과 같은 성막 방법도 알려져 있다. 이 ALD법은 막질이 양호하고, 막두께를 정밀도 좋게 제어할 수 있기 때문에, 미세화가 진행하는 반도체 장치의 제조 방법으로서 주목을 모으고 있다.
ALD법에 의한 성막은, 예를 들면, TiN의 박막을 형성하는 경우에는 이하의 i)~ⅳ)와 같은 일련의 공정을 반복 실행하는 것에 의해서 박막을 퇴적시킨다.
i) 처리 용기 내에 원료 가스로서, 예를 들면, TiCl4 가스를 공급해서 TiCl4를 웨이퍼 표면에 부착시킨다.
ii) 처리 용기 내를 N2 가스로 퍼지(purge)하는 것에 의해, 잔류한 원료 가스를 제거한다.
iii) 처리 용기 내에 반응 가스로서, 예를 들면, NH3 가스를 공급하고, 웨이퍼 표면에 부착되어 있던 상기 TiCl4와 반응시켜 얇은 단일층의 TiN막을 형성한다.
iv) 처리 용기 내를 N2 가스로 퍼지하는 것에 의해서, 잔류 가스를 제거한다.
ALD법에서는 상기의 TiN막의 성막예에서 나타낸 바와 같이, 원료 가스를 포함하는 각종 가스의 공급 및 정지를 짧은 시간에 간헐적으로 반복해서 실행할 필요가 있다. ALD 장치에 있어서, 가스의 공급과 정지는 제어부가 가스 공급 레시피(recipe)에 의거하여, 처리 용기 내에 가스를 보내는 가스 공급로에 마련된 전자(電磁) 밸브에 신호를 보내고, 밸브를 개폐시키는 것에 의해서 실행된다. ALD법에 의한 성막 처리의 경우, CVD법에 의한 성막 처리에 비해, 밸브의 1회의 개폐 시간이 짧아지고, 개폐 빈도가 극단적으로 많아진다. 이와 같이 ALD 장치에서는 밸브의 전환 속도가 매우 빠르기 때문에, 기존의 제어 시스템에서는 처리 용기 내에 도입된 가스 유량이나, 가스 도입에 의한 처리 용기 내의 압력 상승 등의 프로세스 상태를 실시간으로 모니터하고 파악하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
ALD법에 의한 성막에 대해, 특허문헌 1에서는 시스템 제어 컴퓨터와 통신을 실행하고, 또한 전기적으로 제어된 밸브와 동작적으로 결합된 프로그래머블 논리 컨트롤러를 마련하고, 밸브 제어의 리프레시(refresh) 시간을 10ms 이하로 단축한 밸브 제어 시스템이 제안되어 있다.
또한, 특허문헌 2에서는 ALD 장치에 있어서, 처리 용기 내에 펄스(pulse) 형상으로 공급되는 가스의 변화를 측정하기 위해, 가스 유로의 압력이나, 밸브의 진동 등의 특성 파라미터를 센서로 검지하고, 상기 특성 파라미터를 나타내는 신호를 시간의 함수로서 표시하여, 커브(curve) 형상을 얻고, 커브의 향상 변화를 모니터링하는 방법이 제안되어 있다.
특허문헌 1에서는 밸브의 고속의 개폐에 대응할 수 있는 ALD 장치가 개시되어 있지만, 처리 용기 내에 도입된 가스 유량이나 가스 도입에 의한 처리 용기 내의 압력 상승 등의 프로세스의 상태를 신속하게 파악하는 것에 대해서는 전혀 검토되고 있지 않다. 특허문헌 2에서는 특성 파라미터의 변화에 기초하여, 프로세스의 상태를 모니터하고 있다. 그러나, 특허문헌 2에서는 특성 파라미터를 나타내는 신호로부터 얻어지는 커브의 형상을 모니터링하기 때문에, 불량의 검출 정밀도에 문제가 발생할 수 있고, 또한, 불량의 검출에 시간이 걸릴 가능성이 있다.
일본 특허공개공보 제2002-329674호(도 1 등) 일본 특허공개공보 제2003-286575호(특허청구의 범위 등)
본 발명은 처리 장치에 있어서의 프로세스의 상태를 파악하고, 프로세스의 이상을 신속하게 검출, 혹은 미연에 회피하는 처리 장치 및 프로세스 상태의 확인 방법을 제공한다.
본 발명의 처리 장치는 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 공급되는 처리 가스의 종류에 대응해서 마련된 복수의 가스 공급로와, 상기 복수의 가스 공급로의 각각에 배치되어 상기 가스 공급로의 개폐를 실행하는 복수의 밸브와, 상기 가스 공급로에 있어서의 각 처리 가스의 물리 파라미터를 계측하는 계측부와, 상기 계측부에서 계측된 상기 물리 파라미터를 보존하는 레지스터부와, 상기 레지스터부에 보존된 상기 물리 파라미터의 정보에 의거하여, 상기 프로세스의 상태를 판정하는 제어부를 구비한 처리 장치이다.
이 처리 장치에 있어서, 상기 레지스터부는 상위의 제어유닛인 상기 제어부와 신호의 송수신이 가능하게 접속되어 그 제어하에서 제어되고, 상기 제어부와 엔드 디바이스의 사이의 입출력 신호를 제어하는 하위의 제어 유닛에 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 처리 장치는 상기 복수의 가스 공급로의 적어도 하나에 있어서, 상기 밸브보다도 가스 공급 방향의 상류측에, 해당 가스 공급로의 일부분으로서 마련된 버퍼 탱크를 더 구비하고, 상기 계측부가 상기 버퍼 탱크 내의 가스 압력을 계측하는 압력계이고, 상기 물리 파라미터가 상기 버퍼 탱크 내의 가스 압력의 변동에 있어서의 최대값 및 최소값의 적어도 하나이다. 이 경우, 상기 제어부는, 상기 최대값 및 최소값의 적어도 하나가 소정의 임계값을 넘은 경우에, 프로세스 이상으로 판정한다.
본 발명의 처리 장치는 상기 계측부가, 상기 가스 공급로의 적어도 하나에 있어서, 상기 밸브보다도 가스 공급 방향의 상류측에 마련되어, 해당 가스 공급로를 통과하는 가스 유량을 계측하는 유량계이고, 상기 물리 파라미터가 단위 기간 내에 상기 유량계에 의해 계측되는 가스 유량의 적산값이다. 이 경우, 상기 단위 기간이, 피처리체에 대해, 복수 종류의 가스를 교대로 공급해서 성막을 실행하는 ALD(Atomic Layer Deposition) 프로세스에 있어서의 1사이클이어도 좋다.
본 발명의 처리 장치는 피처리체에 대해, 복수 종류의 가스를 교대로 공급해서 성막을 실행하는 ALD(Atomic Layer Deposition) 장치이어도 좋다.
본 발명의 프로세스 상태의 확인 방법은 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 공급되는 처리 가스의 종류에 대응해서 마련된 복수의 가스 공급로와, 상기 복수의 가스 공급로의 각각에 배치되어 상기 가스 공급로의 개폐를 실행하는 복수의 밸브와, 상기 가스 공급로에 있어서의 각 처리 가스의 물리 파라미터를 계측하는 계측부와, 상기 계측부에서 계측된 상기 물리 파라미터를 보존하는 레지스터부와, 상기 레지스터부에 보존된 상기 물리 파라미터의 정보에 의거하여, 프로세스의 상태를 판정하는 제어부를 구비한 처리 장치에 있어서 상기 프로세스의 상태를 판정하는 프로세스 상태의 확인 방법이다.
이 프로세스 상태의 확인 방법은 상기 레지스터부가, 상기 물리 파라미터를 보존하는 스텝과, 상기 제어부가, 상기 레지스터부로부터 상기 물리 파라미터에 관한 정보를 취득하고, 상기 프로세스의 상태를 판정하는 스텝을 포함하고, 상기 레지스터부는상위의 제어 유닛인 상기 제어부와 신호의 송수신이 가능하게 접속되어 그 제어하에서 제어되고, 상기 제어부와 엔드 디바이스의 사이의 입출력 신호를 제어하는 하위의 제어 유닛에 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 프로세스 상태의 확인 방법에 있어서, 상기 처리 장치는 상기 복수의 가스 공급로의 적어도 하나에 있어서, 상기 밸브보다도 가스 공급 방향의 상류측에, 해당 가스 공급로의 일부분으로서 마련된 버퍼 탱크를 더 구비하고, 상기 계측부가 상기 버퍼 탱크 내의 가스 압력을 계측하는 압력계이고, 상기 물리 파라미터가 상기 버퍼 탱크 내의 가스 압력의 변동에 있어서의 최대값 및 최소값의 적어도 하나이어도 좋다.
본 발명의 프로세스 상태의 확인 방법에 있어서, 상기 제어부는 상기 가스 압력의 변동에 있어서의 상기 최대값 및 최소값의 적어도 하나가, 소정의 임계값을 넘은 경우에 프로세스 이상으로 판정하는 것이어도 좋다.
본 발명의 프로세스 상태의 확인 방법은 상기 계측부가, 상기 가스 공급로의 적어도 하나에 있어서, 상기 밸브보다도 가스 공급 방향의 상류측에 마련되어, 해당 가스 공급로를 통과하는 가스 유량을 계측하는 유량계이고, 상기 물리 파라미터가 단위 기간 내에 상기 유량계에 의해 계측되는 가스 유량의 적산값이어도 좋다.
본 발명의 프로세스 상태의 확인 방법은 상기 단위 기간이, 피처리체에 대해, 복수 종류의 가스를 교대로 공급해서 성막을 실행하는 ALD(Atomic Layer Deposition) 프로세스에 있어서의 1사이클이어도 좋다.
본 발명의 프로세스 상태의 확인 방법은 피처리체에 대해, 복수 종류의 가스를 교대로 공급해서 성막을 실행하는 ALD(Atomic Layer Deposition) 프로세스에 있어서 실행되는 것이어도 좋다.
본 발명에 따르면, 제어부와 신호의 송수신이 가능하게 접속되어 그 제어를 받는 하위의 제어 유닛에 마련된 레지스터부에 보존된 물리 파라미터의 정보에 의거하여, 프로세스의 상태를 확인하는 것에 의해, 프로세스의 이상을 신속하게 검출하거나, 혹은 미연에 회피할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 따른 성막 장치의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 따른 성막 장치를 포함하는 기판 처리 시스템의 제어 계통의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 3은 모듈 컨트롤러의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 레지스터부를 포함하는 제어 계통을 발췌해서 나타내는 설명도이다.
도 5는 최대값 레지스터 및 최소값 레지스터에 의한 계측의 원리를 설명하는 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 성막 장치를 포함하는 기판 처리 시스템의 제어 계통의 개략구성을 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 레지스터부를 포함하는 제어 계통을 발췌해서 나타내는 설명도이다.
도 8은 적산 레지스터에 의한 계측의 원리를 설명하는 타이밍도이다.
도 9는 적산 레지스터에 의한 적산 원리의 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.
[제 1 실시형태]
<성막 장치의 구성예>
우선, 도 1을 참조해서 제 1 실시형태에 따른 처리 장치에 대해 설명을 실행한다. 도 1은, 예를 들면, 기판으로서의 반도체 웨이퍼(이하, 단지「웨이퍼」라 함)(W)에 대해, ALD법에 의한 성막 처리를 실행하도록 구성된 성막 장치(100)의 개략적인 구성예를 나타내었다. 이 성막 장치(100)는 기밀하게 구성된 대략 원통 형상의 처리 용기(1)를 갖고 있다. 처리 용기(1) 내에는 피처리체인 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(3)가 마련되어 있다. 서셉터(3)는 원통 형상의 지지 부재(5)에 의해 지지되어 있다. 또한, 서셉터(3)에는 도시하지 않은 히터(heater)가 매립되어 있으며, 이 히터에 급전(給電)하는 것에 의해, 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다.
처리 용기(1)의 천벽(1a)에는 가스 도입부(11)가 마련되어 있다. 이 가스 도입부(11)에는 도시하지 않은 가스 토출 구멍이 형성되어 있다. 또한, 가스 도입부(11)에는 가스 공급로인 배관(13)이 접속되어 있다. 이 배관(13)은 배관(31, 41, 51, 61)이 합류한 것이며, 이들 배관(31, 41, 51, 61)은 각각 성막 원료 가스 등을 공급하는 가스 공급원(20)에 접속되어 있다.
도 1의 성막 장치(100)에서는 웨이퍼(W) 표면에 ALD법에 의해 TiN막을 형성할 경우를 예시하고 있다. 이런 경우, 가스 공급원(20)은 퍼지 가스원으로서의 Ｎ2 가스 공급원(30), 반응 가스원으로서의 NH3 가스 공급원(40), 원료 가스원으로서의 TiCl4 가스 공급원(50), 별도의 퍼지 가스원으로서의 Ｎ2 가스 공급원(60)을 갖고 있다.
N2 가스 공급원(30)은 배관(31, 13)을 거쳐서 가스 도입부(11)에 접속되어 있다. 배관(31)에는 밸브(33), 유량 제어를 위한 MFC(매스플로 컨트롤러)(35) 및 챔버 밸브(37)가 마련되어 있다.
NH3 가스 공급원(40)은 배관(41, 13)을 거쳐서 가스 도입부(11)에 접속되어 있다.
배관(41)에는 밸브(43), 유량 제어를 위한 MFC(매스플로 컨트롤러)(45) 및 챔버 밸브(47)가 마련되어 있다. 또한, 배관(41)에 있어서, 챔버 밸브(47)보다도 NH3 가스 공급원(40)에 가까운 가스의 공급 방향 상류측에는 버퍼 탱크(buffer tank; BT)(48)가 마련되어 있다. 버퍼 탱크(48)에는 내부의 압력을 계측하는 압력계(계측부)(48A)가 부착 및 설치되어 있다.
TiCl4 가스 공급원(50)은 배관(51, 13)을 거쳐서 가스 도입부(11)에 접속되어 있다. TiCl4 가스 공급원(50)은 도시하지 않는 기화기를 구비하고 있다. 배관(51)에는 밸브(53), 유량 제어를 위한 MFC(매스플로 컨트롤러)(55) 및 챔버 밸브(57)가 마련되어 있다. 또한, 배관(51)에 있어서, 챔버 밸브(57)보다도 TiCl4 가스 공급원(50)에 가까운 가스의 공급 방향 상류측에는 버퍼 탱크(BT)(58)가 마련되어 있다. 버퍼 탱크(58)에는 내부의 압력을 계측하는 압력계(계측부)(58A)가 부착 및 설치되어 있다.
N2 가스 공급원(60)은 배관(61, 13)을 거쳐서 가스 도입부(11)에 접속되어 있다. 배관(61)에는 밸브(63), 유량 제어를 위한 MFC(매스플로 컨트롤러)(65) 및 챔버 밸브(67)가 마련되어 있다.
챔버 밸브(37, 47, 57, 67)는 각각, 배관(31, 41, 51, 61)에 있어서, 처리 용기(1)에 가장 근접한 위치에 마련된 밸브이다. 이들 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)를 개방하는 것에 의해서，처리 용기(1) 내에의 각 가스의 도입이 실행되고, 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)를 닫는 것에 의해서, 처리 용기(1) 내에의 각 가스의 도입이 정지된다.
챔버 밸브(37, 47, 57, 67)는 모두 고속에서의 개폐가 가능한 전자(電磁) 밸브(솔레노이드 밸브(solenoid valve))이다. 도 1에서는 설명의 편의상, 각 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)에 대해, 밸브 구동부로서의 솔레노이드(37a, 47a, 57a, 67a)를 도시하고 있다. 또, 솔레노이드(37a, 47a, 57a, 67a)는 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)의 하나의 구성 부분이다.
또한, 각 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)에는 센서부로서, 예를 들면, 포지션 센서(position sensor) 등으로 이루어지는 챔버 밸브 센서(CV 센서)(39, 49, 59, 69)가 마련되어 있다. CV 센서(39, 49, 59, 69)는 각각, 솔레노이드(37a, 47a, 57a, 67a)에 의해서 구동되는 각 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)의 개폐 상태를 모니터한다.
또, 도 1의 성막 장치(100)에서는 반응 가스, 원료 가스 및 퍼지 가스의 공급원을 나타내고 있지만, 가스 공급원(20)은, 예를 들면, 처리 용기(1) 내를 클리닝(cleaning)하기 위한 클리닝 가스 공급원 등의 다른 가스원, 배관, 밸브 등을 더욱 갖고 있어도 좋다.
처리 용기(1)의 저벽(1b)에는 배기구(1c)가 형성되어 있고, 이 배기구(1c)에는 배기관(71)을 거쳐서 배기 장치(70)가 접속되어 있다. 그리고, 이 배기 장치(70)를 작동시키는 것에 의해 처리 용기(1) 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있도록 구성되어 있다.
<제어 계통의 구성예>
다음에, 성막 장치(100)에 있어서의 제어 계통의 개요에 대해, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면서 설명한다. 성막 장치(100)는 후술하는 바와 같이, 모듈 컨트롤러(Module Controller; MC)(401)에 의해서, 처리 용기(1) 내에서 소정의 처리를 실행할 수 있도록 제어되어 있다.
도 2는 성막 장치(100)를 포함하는 기판 처리 시스템(도시하지 않음)에 있어서의 제어 계통 중에서, ALD 프로세스를 실행하는 성막 장치(100)의 제어에 관련된 부분을 개략적으로 나타내고 있다. 기판 처리 시스템에 있어서의 전체의 제어나, 프로세스 쉽(process ship)으로서의 성막 장치(100)를 구성하는 각 구성부, 즉 엔드 디바이스(end device)(201)의 제어는 제어부(300)에 의해서 실행된다. 여기서, 엔드 디바이스(201)로서는, 예를 들면, 도 1에 나타낸 성막 장치(100)에 있어서의 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)(솔레노이드(37a, 47a, 57a, 67a)), MFC(35, 45, 55, 65), 압력계(48A, 58A), CV 센서(39, 49, 59, 69), 배기 장치(70) 등을 들 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제어부(300)는 주요한 구성으로서, 성막 장치(100)를 비롯해, 기판 처리 시스템의 각 처리 장치에 대응해서 마련된 개별의 제어부인 복수의 MC(401)와, 기판 처리 시스템 전체를 제어하는 통괄 제어부인 EC(Equipment Controller)(301)과, EC(301)에 접속된 유저 인터페이스(501)를 구비하고 있다. 또, MC(401)는 기판 처리 시스템에 있어서, 성막 장치(100)뿐만 아니라, 예를 들면, 다른 처리를 실행하는 처리 장치나, 로드록실(load-lock chamber), 로더 유닛(loader unit)에도 마련하는 것이 가능하며, 이들도 EC(301)의 제어하에서 통괄되지만, 여기서는 도시 및 설명을 생략한다.
(통괄 제어부; EC)
EC(301)는 각 MC(401)를 통괄해서 기판 처리 시스템 전체의 동작을 제어하는 통괄 제어부이다. EC(301)는 CPU(중앙 연산 장치)(303)와, 휘발성 메모리로서의 RAM(Random Access Memory)(305)과, 기억부로서의 하드 디스크 장치(307)를 갖고 있다. EC(301)와 각 MC(401)는 시스템내 LAN(Loacl Area Network)(503)에 의해 접속되어 있다. 시스템내 LAN(503)은 스위칭 허브(HUB)(505)를 갖고 있다. 이 스위칭 허브(505)는 EC(301)로부터의 제어 신호에 따라 EC(301)의 접속지처로서의 MC(401)의 전환을 실행한다.
또한, EC(301)는 LAN(601)을 거쳐서 기판 처리 시스템이 설치되어 있는 공장 전체의 제조공정을 관리하는 MES(Manufacturing Execution System)로서의 호스트 컴퓨터(603)에 접속되어 있다. 호스트 컴퓨터(603)는 제어부(300)와 연계해서 공장에 있어서의 각종 공정에 관한 실시간 정보를 기간 업무 시스템(도시 생략)에 피드백하는 동시에, 공장 전체의 부하 등을 고려해서 공정에 관한 판단을 실행한다.
또한, EC(301)에는 유저 인터페이스(501)도 접속되어 있다. 유저 인터페이스(501)는 공정 관리자가 기판 처리 시스템을 관리하기 위해, 커맨드(command)의 입력 조작 등을 실행하는 키보드나, 기판 처리 시스템의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이(display), 메커니컬 스위치(mechanical switch) 등을 갖고 있다.
EC(301)는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체(이하, 단지 기억 매체라 함)(507)에 대해 정보를 기록하고, 또 기억 매체(507)로부터 정보를 판독할 수 있도록 되어 있다. 제어 프로그램이나 레시피는, 예를 들면, 기억 매체(507)에 저장된 상태의 것을 기억부로서의 하드 디스크 장치(307)에 인스톨하는 것에 의해서 이용할 수 있다. 기억 매체(507)로서는, 예를 들면, CD-ROM, 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 플래시 메모리, DVD 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 레시피는 다른 장치로부터, 예를 들면, 전용 회선을 거쳐서 수시로 전송시켜 온라인에서 이용하는 것도 가능하다.
EC(301)에서는 유저 인터페이스(501)에 있어서 유저 등에 의해서 지정된 웨이퍼(W)의 처리 방법에 관한 레시피를 포함하는 프로그램(소프트웨어)을 CPU(303)가 하드 디스크 장치(307)나 기억 매체(507)로부터 읽어낸다. 그리고, EC(301)로부터 각 MC(401)에 그 프로그램을 송신하는 것에 의해, 각 MC(401)에 의해서 성막 장치(100)를 비롯한 처리 장치에서의 처리를 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 이하, 성막 장치(100)와, 이것을 제어하는 MC(401)의 관계에 대해 설명한다.
(모듈 컨트롤러; MC)
MC(401)는 성막 장치(100)의 동작을 제어하는 개별의 제어부로서 마련되어 있다. MC(401)는 도 3에 나타낸 바와 같이, CPU(403)와, RAM 등의 휘발성 메모리부(405)와, I/O 정보 기억부로서의 불휘발성 메모리부(407)와, I/O 제어부(409)를 갖고 있다.
MC(401)의 불휘발성 메모리부(407)는, 예를 들면, SRAM(Static Random Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read-only Memory), 플래시 메모리 등의 불휘발성 메모리에 의해 구성되어 있다. 불휘발성 메모리부(407)에는 성막 장치(100)에 있어서의 각종 이력 정보, 예를 들면, 서셉터(3)에 있어서의 히터의 교환 시간, 배기 장치(70)의 가동 시간 등이 기억된다. 또한, 불휘발성 메모리부(407)는 I/O 정보 기억부로서도 기능하며, 후술하는 바와 같이, MC(401)와 각 엔드 디바이스(201)의 사이에서 처리되는 각종 I/O 정보(특히, 디지털 아웃풋 정보 DO 및 아날로그 아웃풋 정보 AO)를 불휘발성 메모리부(407)에 수시로 기입해서 기억할 수 있도록 구성되어 있다.
(I/O 모듈)
MC(401)의 I/O 제어부(409)는 I/O(입출력) 모듈(413)에 각종 제어 신호를 송출하거나, I/O 모듈(413)로부터 각 엔드 디바이스(201)에 관한 상태 정보 등의 신호를 수취한다. MC(401)에 의한 각 엔드 디바이스(201)의 제어는 I/O 모듈(413)을 거쳐서 실행된다. I/O 모듈(413)은 MC(401)로부터 각 엔드 디바이스(201)에의 제어 신호 및 엔드 디바이스(201)로부터 MC(401)에의 입력 신호의 전달을 실행한다. 각 MC(401)는 네트워크(411)를 거쳐서 각각 I/O 모듈(413)에 접속되어 있다. 각 MC(401)에 접속되는 네트워크(411)는, 예를 들면, 채널 CH0, CH1, CH2와 같은 복수의 채널을 갖고 있다.
I/O 모듈(413)은 성막 장치(100)를 구성하는 각 엔드 디바이스(201)에 접속된 복수의 I/O 보드(415)를 갖고 있다. 이 I/O 보드(415)는 MC(401)의 제어하에서 동작하는 하위의 제어 유닛이다. I/O 모듈(413)에 있어서의 디지털 신호, 아날로그 신호 및 시리얼 신호의 입출력의 제어는 이들 I/O 보드(415)에서 실행된다. 또, 도 1, 도 2에서는 편의상, 일부의 엔드 디바이스(201)(압력계(48A, 58A))와 I/O 보드(415)의 접속만을 대표적으로 도시하고 있다.
I/O 보드(415)에서 관리되는 입출력 정보는 디지털 인풋 정보 DI, 디지털 아웃풋 정보 DO, 아날로그 인풋 정보 AI, 아날로그 아웃풋 정보 AO의 4종을 포함하고 있다. 디지털 인풋 정보 DI는 제어 계통에 있어서 하위측에 위치하는 각 엔드 디바이스(201)로부터 제어 계통에 있어서 상위측에 위치하는 MC(401)에 입력되는 디지털 정보에 관한 것이다. 디지털 아웃풋 정보 DO는 제어 계통에 있어서 상위측에 위치하는 MC(401)로부터 제어 계통에 있어서 하위측에 위치하는 각 엔드 디바이스(201)에 출력되는 디지털 정보에 관한 것이다． 아날로그 인풋 정보 AI는 각 엔드 디바이스(201)로부터 MC(401)에 입력되는 아날로그 정보에 관한 것이다. 아날로그 아웃풋 정보 AO는 MC(401)로부터 각 엔드 디바이스(201)에 출력되는 아날로그 정보에 관한 것이다．
디지털 인풋 정보 DI 및 아날로그 인풋 정보 AI에는, 예를 들면, 각 엔드 디바이스(201)의 상태에 관한 정보가 포함되어 있다. 디지털 아웃풋 정보 DO 및 아날로그 아웃풋 정보 AO에는, 예를 들면, 각 엔드 디바이스(201)에의 프로세스 조건 등에 관한 값의 설정이나 지령(커맨드)이 포함되어 있다. 또, 디지털 정보로서는 각 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)(솔레노이드(37a, 47a, 57a, 67a))의 개폐, 배기 장치(70)의 ON/OFF나 배기 계통에 있어서의 밸브(도시하지 않음)의 개폐 등의 정보가 예시된다. 또한, 아날로그 정보로서는 서셉터(3)에 있어서의 히터(도시하지 않음)의 설정 온도, MFC(35, 45, 55, 65)에 있어서의 유량, 버퍼 탱크(48, 58) 내의 압력 등의 정보가 예시된다.
상기 4종의 입출력 정보 DI, DO, AI, AO는 각각의 내용에 대응해서 I/O 어드레스가 부여되어 있다. 각 I/O 어드레스에는, 예를 들면, 16비트(0~15)의 디지털 정보 또는 아날로그 정보가 포함되어 있다. 아날로그 정보는, 예를 들면, 0~FFF의 16진수로 표시된다. 또한, 각 I/O 어드레스에는 I/O 어드레스 번호 Addr이 할당되어 있다. 상기와 같이, 각 MC(401)에 접속되는 네트워크(411)는 복수의 채널, 예를 들면, CH0, CH1, CH2, …를 갖고 있다. 또한, 각 I/O 보드(415)에는 숫자의 1부터 시작되는 노드 번호 Node가 할당되어 있다. 따라서, 채널 번호와, 1~n(n은 정수)까지의 노드 번호 Node와, I/O 어드레스 번호 Addr과 같은 3종류의 파라미터에 의해서, 4종의 입출력 정보 DI, DO, AI, AO의 I/O 어드레스를 특정할 수 있도록 되어 있다. 또, 각 입출력 정보의 상세한 내용에 대해서는 도시 및 설명을 생략한다.
(레지스터부)
본 실시형태의 성막 장치(100)에서는 I/O 보드(415)에, 버퍼 탱크 내의 압력 변동을 보존하는 수단으로서, 2종류의 레지스터(register)부를 갖고 있다. 첫번째의 레지스터부는 각각의 버퍼 탱크(48, 58)에서의 압력에 관한 아날로그 인풋 정보인 압력계(48A, 58A)로부터의 압력 AI 신호를 받아 해당 버퍼 탱크(48, 58) 내의 가스 압력의 변동에 있어서의 마루(peak)의 최대값을 보존하는 최대값 레지스터(441)이고, 두번째의 레지스터부는 압력 AI 신호를 받아 해당 버퍼 탱크(48, 58) 내의 가스 압력의 변동에 있어서의 골(valley)의 최소값을 보존하는 최소값 레지스터(443)이다. 이들 2종류의 레지스터부는, 예를 들면, I/O 보드(415)에 탑재한 FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 펌웨어(firmware)를 이용해서 마련되어 있다. 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)의 상세에 대해서는 후술한다.
이상의 구성을 갖는 제어부(300)에서는 복수의 엔드 디바이스(201)에 접속된 I/O 보드(415)가 모듈화되어 I/O 모듈(413)을 구성하고 있다. 그리고, 이 I/O 모듈(413)이 MC(401) 및 스위칭 허브(505)를 거쳐서 EC(301)에 접속되어 있다. 이와 같이, 복수의 엔드 디바이스(201)가 EC(301)에 직접 접속되는 일 없이, I/O 모듈(413) 및 MC(401)를 통해서 접속한 구성에 의해서, 제어 계통의 계층화가 실현되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는 상기 EC(301)→MC(401)→I/O 모듈(413)→엔드 디바이스(201)와 같은 제어 계통의 기본적인 구성을 유지하면서, 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)를, MC(401)보다 하위의 제어 유닛인 I/O 보드(415)에 마련하고, 압력계(48A, 58A)에서 계측되는 각 버퍼 탱크(48, 58)에서의 압력에 관한 압력 AI 신호로부터, 압력의 변동에 있어서의 마루의 최대값 및 골의 최소값을 보존하는 구성으로 하고 있다. 즉, MC(401)보다도 하위의 제어 유닛을 이용하여 각 버퍼 탱크(48, 58)에서의 압력 변동의 마루의 최대값 및 골의 최소값을 보존하고, 그 결과를 MC(401)가 언제나 판독할 수 있도록 되어 있다.
이에 따라, 성막 장치(100)에서 ALD 프로세스를 실시하는 동안에, 프로세스의 상태를, 버퍼 탱크(48, 58)에서의 압력 변동을 지표로 해서 파악할 수 있다. 이러한 다단층의 제어 시스템을 이용하는 것에 의해서, 항상 버퍼 탱크(48, 58)에서의 압력을 직접 MC(401)에 송신하는 방법에 비해, I/O 보드(415)와 MC(401)의 사이의 통신 데이터량을 억제할 수 있다. 또한, 각 버퍼 탱크(48, 58)내의 압력의 최대값과 최소값은 제어 계통에 있어서의 하위측에 위치하는 I/O 보드(415)의 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)의 값을 참조하는 것으로 얻을 수 있으므로, MC(401)의 CPU(403)의 부하를 줄일 수 있다. 또한, 각 버퍼 탱크(48, 58)에 있어서의 압력의 변동의 특징점인 최대값, 최소값을 확실히 참조할 수 있어, 정확하게 프로세스의 상태를 확인할 수 있다.
<ALD 프로세스>
성막 장치(100)에서는 서셉터(3)에 웨이퍼(W)를 탑재한 상태에서, 도시하지 않은 히터에 의해 웨이퍼(W)를 가열하면서, 가스 도입부(11)로부터 웨이퍼(W)를 향해 처리 가스를 공급하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 소정의 박막을 ALD법에 의해 성막할 수 있다. 예를 들면, TiN막의 ALD법에 의한 성막에서는 이하의 1)~7)의 일련의 공정(스텝)을 1사이클로 해서, 복수의 사이클을 반복 실행하는 것에 의해서 박막을 퇴적시킬 수 있다.
1사이클의 ALD 프로세스:
1) 챔버 밸브(57)를 개방하고, TiCl4 가스 공급원(50)으로부터 처리 용기(1) 내에 원료 가스인 TiCl4 가스를 공급하여 TiCl4를 웨이퍼(W) 표면에 부착시킨다.
2) 챔버 밸브(57)를 닫고, TiCl4 가스의 공급을 정지한다.
3) 챔버 밸브(67)를 개방하고, N2 가스 공급원(60)으로부터 처리 용기(1) 내에 N2 가스를 도입하고, 처리 용기(1) 내를 퍼지하는 것에 의해 잔류한 TiCl4 가스를 제거한다.
4) 챔버 밸브(67)를 닫고, N2 가스의 공급을 정지한다.
5) 챔버 밸브(47)를 개방하고, NH3 가스 공급원(40)으로부터 처리 용기(1) 내에 반응 가스인 NH3 가스를 공급하고, 웨이퍼(W) 표면에 부착되어 있는 TiCl4와 반응시켜 얇은 단일층의 TiN막을 형성한다.
6) 챔버 밸브(47)를 닫고, NH3 가스의 공급을 정지한다.
7) 챔버 밸브(37)를 개방하고, N2 가스 공급원(30)으로부터 처리 용기(1) 내에 N2 가스를 도입하고, 처리 용기(1) 내를 퍼지하는 것에 의해 잔류한 NH3 가스를 제거한다.
상기 1)~7)의 일련의 공정에 있어서, 챔버 밸브(57)가 닫힌 상태에서는 버퍼 탱크(58) 내에 TiCl4 가스가 충만하고, 버퍼 탱크(58) 내의 압력이 높아진다. 이 압력의 상승을 이용하여, 공정1)에서 챔버 밸브(57)를 개방했을 때에, 처리 용기(1) 내에 가스 도입부(11)로부터 강하게 TiCl4 가스를 토출한다. 마찬가지로, 챔버 밸브(47)가 닫힌 상태에서는 버퍼 탱크(48) 내에 NH3 가스가 충만하고, 버퍼 탱크(48) 내의 압력이 높아진다. 이 압력의 상승을 이용하여, 공정5)에서 챔버 밸브(47)를 개방했을 때에, 처리 용기(1) 내에 가스 도입부(11)로부터 강하게 NH3 가스를 토출한다. 따라서, 챔버 밸브(47, 57)의 개폐에 기인하여, 버퍼 탱크(48, 58) 내의 압력은 고저(高低)의 변동을 크게 반복하게 된다. 버퍼 탱크(48, 58) 내의 압력 변동은, 예를 들면, 배관(41, 51) 내에 비해 매우 커지기 때문에, 이것을 지표로서 이용하는 것에 의해서, 프로세스 이상을 검출하기 쉬워진다.
ALD 프로세스에서는 상기 사이클을 반복하기 때문에, 양호한 성막 처리를 실행하기 위해서는 가스의 공급과 정지를 짧은 시간에 간헐적으로 반복하고 정확하게 실행할 필요가 있다. 따라서, ALD 프로세스에서는 짧은 시간에 크게 변동하는 버퍼 탱크(48, 58) 내의 압력의 이상을 신속하게 검출하는 것이 중요하게 된다. 본 실시형태에서는 I/O 보드(415)상에 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)를 마련하는 것에 의해서, 각 버퍼 탱크(48, 58) 내의 압력의 변동을 확실하게 검출할 수 있기 때문에, 프로세스의 불량을 조기에 검출할 수 있다.
도 4는 버퍼 탱크(48) 내의 압력 검출에 관한 제어 계통의 일부분을 발췌해서 나타낸 것이다. 도 5는 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)에서 가스 압력의 변동에 있어서의 최대값 및/또는 최소값을 보존하는 원리를 나타내는 타이밍도이다. 여기서는 대표적으로, NH3 가스를 예로 들어 설명한다.
성막 장치(100)에서 ALD 프로세스가 실행되고 있는 동안, 압력계(48A)로부터 아날로그 인풋 정보인 암모니아 압력 AI 신호가, A/D 변환을 실행하기 위한 AI 회로(90)를 거쳐서 MC(401)에 전달된다. 이 암모니아 압력 AI 신호를 또한 I/O 보드(415)상의 최대값 레지스터(441)에서 수취하고, 버퍼 탱크(48) 내의 압력 변동의 마루의 최대값을 보존한다. 또한, 암모니아 압력 AI 신호를 또한 I/O 보드(415)상의 최소값 레지스터(443)에서 수취하고, 버퍼 탱크(48) 내의 압력 변동의 골의 최소값을 보존한다.
도 5의 타이밍도에서는 버퍼 탱크(48) 내에서의 NH3 가스의 압력 변동의 마루 및 골과, 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)의 대응 관계를 파선의 화살표로 나타내고 있다.
최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)는 12비트의 레지스터이며, 도 5에 나타내는 바와 같이, MC(401)로부터의 개시(START)/정지(STOP) 지령에 따라 보존을 개시/정지시키고, 리세트(RESET) 지령에 따라 0으로 클리어된다. 성막 장치(100)에서는, 예를 들면, ALD 프로세스의 1회의 사이클에 맞추어 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)에 의한 보존을 START/STOP시키거나, 1개의 웨이퍼(W)의 처리의 개시/종료에 맞추어 START/STOP시킬 수 있고, 또는 미리 설정한 복수마다의 웨이퍼(W)를 처리하는 동안 보존을 계속하는 것도 가능하다. 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)의 샘플링 클럭은, 예를 들면, 0.1ms로 할 수 있다. 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)에 의한 마루와 골의 최대값 및 최소값의 데이터는 12비트의 데이터로서 MC(401)에 송신된다.
(판정 방법)
최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)를 이용한 프로세스 상태의 확인과 이상의 판정은, 예를 들면, 미리 ALD 프로세스의 1회의 사이클에 있어서의 정상 동작시의 버퍼 탱크(48) 내의 압력 변동의 최대값 또는 최소값의 데이터를 측정해 두고, 실제 동작시에 관측된 ALD 프로세스의 1회의 사이클에 있어서의 버퍼 탱크(48) 내의 압력 변동의 최대값 또는 최소값을, 각각 정상 동작시의 최대값 또는 최소값과 비교하는 것에 의해서 가능하게 된다. 그리고, 실제 동작시의 압력 변동의 최대값 또는 최소값이, 정상 동작시의 압력 변동의 최대값 또는 최소값과 크게 다르면, 프로세스의 이상의 가능성이 있다고 판정할 수 있다. 이 경우, 미리 정상 동작시의 압력 변동의 최대값 또는 최소값으로부터 임계값을 설정해 두고, 실제 동작시에 관측된 압력 변동의 최대값 또는 최소값을 그 임계값과 비교해도 좋다. 이 판정은 MC(401)의 소프트웨어(레시피)에 의해 실행할 수 있다.
또, 상기 특허문헌 2에서는 압력 등의 특성 파라미터의 검출 결과에 의거하여 변동 커브(curve)를 생성하고, 커브의 형상 변화를 모니터링하고 있다. 이에 반해, 본 실시형태에 있어서, 프로세스의 상태를 간접적으로 확인하기 위한 지표로서, 버퍼 탱크(48) 내의 압력 변동의 마루와 골의 값을 이용하고 있다. 그 이유는, 예를 들면, 가스 공급 기구에 관련된 이상에 기인해서 프로세스 이상이 발생한 경우, 버퍼 탱크(48) 내의 압력 변동, 특히, 그 마루와 골의 값이 가장 크게 변화하기 때문이다. 따라서, 압력 변동의 마루와 골의 증감을 검출하는 것에 의해, 높은 검출 감도로 프로세스의 불량을 징후의 단계에서도 검출할 수 있다. 여기서, 「가스 공급 기구에 관련된 이상」은 정확하게는 NH3 가스 공급원(40), MFC(45), 챔버 밸브(47), 솔레노이드(47a), 이들에 관한 배선, 배관(41, 13) 등의 불량을 의미한다.
프로세스의 이상이 검출된 경우에는, 예를 들면, 유저 인터페이스(501)의 디스플레이에 그 사실을 표시하거나, 성막 장치(100)에 있어서의 ALD 프로세스를 중지하는 제어 신호를 MC(401)가 송출하는 등의 처리를 실행할 수 있다. MC(401)에 의한 압력 변동의 최대값 또는 최소값의 판독은 ALD 프로세스 중이라도 가능하며, 실시간으로 프로세스 이상의 검출이 가능하다.
이상, 버퍼 탱크(48)를 예시해서 설명했지만, 버퍼 탱크(58)에 대해서도, 압력계(58A)에서 계측되는 버퍼 탱크(58) 내의 압력의 변동을 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)를 이용해서 모니터하는 것에 의해, 마찬가지로 프로세스 상태의 확인과 이상의 검출이 가능하다. 또한, 배관(31, 61)에 버퍼 탱크를 마련하고 있는 경우에는 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)를 이용해서 마찬가지로 프로세스 상태의 확인과 이상의 검출을 실행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 성막 장치(100)에서는 MC(401)와 엔드 디바이스(201)의 사이의 입출력 신호를 제어하고 MC(401)의 하위에 속하는 제어 유닛인 I/O 보드(415) 내에 버퍼 탱크(48, 58) 내의 압력 변동의 모니터링에 관계된 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)를 마련하고 있다. 그리고, 이들 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)에서 취득된 버퍼 탱크(48, 58) 내의 압력 변동의 최대값 및/또는 최소값을 이용하여, 프로세스의 상태를 확인하고, 프로세스 이상을 확실하게 검출할 수 있다.
또한, 처리 가스에 관한 수많은 물리 파라미터 중에서, 현저한 압력 변동이 생기는 버퍼 탱크(48, 58) 내의 압력의 최대값 및 최소값을 취득하는 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)를 이용하는 것에 의해서, 간이한 지표로 프로세스의 불량을 검출할 수 있고, I/O 보드(415)와 MC(401)의 사이의 통신 데이터량도 억제할 수 있다. 따라서, 신속한 판정이 가능하게 된다.
또한, 최대값 레지스터(441) 및 최소값 레지스터(443)를 이용하는 것에 의해서, 이상의 징후(부품의 열화 등)도 파악할 수 있기 때문에, 프로세스의 불량의 발생을 미연에 회피하는 것이 가능하게 된다.
[제 2 실시형태]
다음에, 도 6~9를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 성막 장치에 대해 설명한다. 본 실시형태에서는 도 6에 나타낸 바와 같이, MC(401)보다도 하위에 속하는 제어 유닛인 I/O 보드(415)에, MFC(45, 55)를 통과하는 가스의 유량을 적산하는 레지스터부를 마련하고 있다. 이 레지스터부는 구체적으로는 MFC(45, 55)의 유량계(계측부)(45a, 55a)로부터의 AI 신호에 의거하여, MFC(45, 55)를 통과하는 가스의 유량을 적산하는 적산(積算) 레지스터(451)를 갖고 있다. 본 실시형태의 성막 장치에 있어서, 상기 레지스터부 이외의 구성은 제 1 실시형태의 성막 장치(100)와 마찬가지이기 때문에, 이하의 설명에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
도 7은 적산 레지스터(451)를 포함하는 MFC(45, 55)에 있어서의 유량의 제어 계통의 일부분을 발췌해서 나타낸 것이다. 도 8은 적산 레지스터(451)에 있어서 가스 유량을 적산하는 원리를 나타내는 타이밍도이다. 여기서는 대표적으로, MFC(45)를 예로 들어 설명한다. 성막 장치(100)에서 ALD 프로세스가 실행되고 있는 동안, MFC(45)로부터, A/D 변환을 실행하기 위한 AI 회로(90)를 거쳐서, 유량계(45a)에서 계측된 NH3 가스의 유량이, 아날로그 인풋 정보 AI인 암모니아 유량 AI 신호로서 MC(401)에 송신된다. 이 암모니아 유량 AI 신호를 또한 I/O 보드(415)상의 적산 레지스터(451)에서 수취한다.
적산 레지스터(451)는 32비트의 레지스터이며, 도 8에 나타내는 바와 같이, MC(401)로부터의 START/STOP 지령에 따라 검출 개시/정지시키고, RESET 지령에 따라 0으로 클리어된다. 적산의 단위 기간이, 예를 들면, ALD 프로세스의 1회의 사이클인 경우에는 해당 사이클의 개시/종료에 맞추어 START/STOP시킬 수 있다. 또, ALD 프로세스와 같이, 1사이클 중의 각 스텝이 짧은 시간인 경우에는 1스텝 단위에서는 암모니아 유량의 적산값의 정상/이상의 판단이 곤란한 경우가 있다. 이러한 경우에는 복수의 스텝에 걸쳐(즉, 복수 사이클의 동일 스텝에 대해), 암모니아 유량의 값을 적산해도 좋다. 복수 스텝의 값을 적산함으로써, 1스텝 단위로 적산하는 것보다 정확하게 프로세스의 상태를 확인하고, 이상을 판정할 수 있다. 또, 복수의 스텝으로서는, 예를 들면, 1개의 웨이퍼 (W)를 처리할 때까지의 스텝 수로 할 수 있다.
적산 레지스터(451)에서는 상기 암모니아 유량 AI 신호로부터, 예를 들면, ALD 프로세스의 1사이클 분에 상당하는 암모니아 유량을 적산한다. 도 8의 타이밍도에서는 하반부가 ALD 프로세스의 1사이클 분에 상당하는 암모니아 유량의 적산 원리를 나타내고 있고, 상반부가, 그 일부분을 확대해서 나타내고 있다. 도 8에 나타내는 암모니아 유량 AI 신호의 파형으로부터 이해되는 바와 같이, 암모니아 유량은 1사이클의 ALD 프로세스의 가스 공급 스텝의 초기에 큰 피크를 형성하고, 그 후 점점 감소하여 유량이 0으로 되고, 다음의 사이클이 시작되면, 그 초기에 다시 큰 피크를 형성하여, 유량의 큰 기간이 펄스형상으로 형성된다. 적산 레지스터(451)는, 예를 들면, 304㎲의 간격으로, 12비트의 암모니아 유량 AI 신호를 적산해 간다. 적산 레지스터(451)에 있어서의 암모니아 유량의 적산은, 예를 들면, 도 9에 나타내는 바와 같이, 암모니아 유량 AI 신호에 의거하는 암모니아 유량의 커브를 시간 Δt로 세세히 구분하고, 각 Δt간의 사다리꼴의 면적의 총합으로서, 예를 들면, 하기의 수학식1에 의해 산출할 수 있다. 적산 레지스터(451)에서 얻어진 적산값은 32비트의 데이터로서, MC(401)에 송신된다.
Figure 112013007229086-pat00001
Figure 112013007229086-pat00002
Figure 112013007229086-pat00003
(판정 방법)
적산 레지스터(451)에 의거하는 프로세스 상태의 확인과 이상의 판정은, 예를 들면, MC(401)에 의한 암모니아 유량의 제어 지령에 관한 아날로그 아웃풋 신호의 ALD 프로세스 1사이클에 있어서의 설정 유량값과, 적산 레지스터(451)에서 얻어진 ALD 프로세스 1사이클에 있어서의 실제 동작시의 암모니아 유량의 적산값을 비교하는 것에 의해서 실행할 수 있다. 또한, 예를 들면, 미리 정상 동작시의 ALD 프로세스 1사이클에 있어서의 암모니아 유량의 적산값을 측정해 두고, 실제 동작시에 관측된 ALD 프로세스 1사이클에 있어서의 암모니아 유량의 적산값을 정상 동작시의 적산값과 비교하는 방법이라도 좋다. 그리고, 실제 동작시의 암모니아 유량의 적산값이, 암모니아 유량의 설정 유량값이나 정상 동작시의 적산값과 크게 다르면, 프로세스 이상의 가능성이 있다고 판정할 수 있다. 이 경우, 실제 동작시에 계측된 적산값을, 미리 설정된 임계값과 비교해도 좋다.
본 실시형태에서는 프로세스 상태를 간접적으로 확인하기 위한 지표로서, ALD 프로세스 1사이클의 동안에 MFC(45)를 통과하는 암모니아 가스 유량의 적산값을 이용한다. 그 이유는 가스 공급 기구에 이상이 발생하고, 예를 들면, NH3 가스 공급원(40)에 있어서의 가스 공급 압력의 과부족(過不足) 혹은 원료 가스의 반응 생성물 등에 의한 배관(41)의 폐색(閉塞) 상태 등의 이상이 발생한 경우, MFC(45)를 통과하는 암모니아 가스 유량이 변동하기 때문이며, 그 증감을 ALD 프로세스의 1사이클 단위로 파악하는 것에 의해서, 불량을 징후의 단계에서도 정밀도 좋게 검출할 수 있기 때문이다.
또, 상기 특허문헌 2에서는 가스 유량 등의 특성 파라미터의 검출 결과에 의거하여 변동 커브를 생성하고, 커브의 형상 변화를 모니터링하고 있다. 이에 대해, 본 실시형태에서는 가스 유량의 변동 커브의 형상 바로 그 자체가 아니라, 변동 커브가 형성하는 면적에 의해서 계산되는 유량의 적산값에 의해서, 프로세스 상태의 확인을 실행하고 있기 때문에, 프로세스의 불량의 검출 감도가 높고, 판정이 용이하다.
이상의 판정은 MC(401)의 소프트웨어(레시피)에 의해 실행할 수 있다. 프로세스의 이상이 검출된 경우에는 MC(401)가 제어 신호를 송출하고, 예를 들면, 성막 장치(100)에 있어서의 ALD 프로세스를 중지하는 등의 처리를 실행할 수 있다. 적산 레지스터(451)에 의한 암모니아 유량의 적산값의 판독은 ALD 프로세스 중에도 가능하며, 실시간으로 프로세스의 상태의 확인과 이상의 검출이 가능하다. 또한, 12비트의 암모니아 유량 AI 신호의 데이터를, 예를 들면, 304㎲의 간격으로 32비트의 적산 레지스터(451)에 의해 가산해 가면, 304μs×2(32-12)=5분까지의 적산이 가능하고, 이에 따라, ALD 프로세스의 1사이클을 충분히 적산하는 것이 가능하다.
이상, MFC(45)를 통과하는 암모니아 가스의 유량을 예시해서 설명했지만, MFC(55)를 통과하는 TiCl4 가스의 유량에 대해서도, TiCl4 가스의 유량에 대해 적산 레지스터(451)를 이용해서 마찬가지의 판정이 가능하다. 또한, N2 가스에 대해서도, 적산 레지스터(451)를 이용해서 마찬가지로 판정을 실행할 수 있다.
본 실시형태의 성막 장치에서는 MC(401)와 엔드 디바이스(201)의 사이의 입출력 신호를 제어하고 MC(401)의 하위에 속하는 제어 유닛인 I/O 보드(415) 내에 각각의 MFC(45, 55)를 통과하는 가스의 유량의 적산값을 계측하는 적산 레지스터(451)를 마련하고 있다. 그리고, 적산 레지스터(451)에서 취득된 적산값을 이용하여, 프로세스의 상태의 확인과 이상의 검출을 신속하게 검출할 수 있다.
또한, 가스 유량의 적산값은 제어 계통에 있어서 상위측에 위치하는 MC(401)이 아니고, 하위측에 위치하는 I/O 보드(415)의 적산 레지스터(451)로부터 얻을 수 있으므로, I/O 보드(415)와 MC(401)의 사이의 통신 데이터량을 억제할 수 있는 동시에, MC(401)에서의 적산값 산출에 수반하는 CPU(403)의 부하를 삭감할 수 있다.
또한, 적산 레지스터(451)의 적산값을 이용하는 것에 의해서, 이상의 징후(예를 들면, 배관 등의 가스 공급로의 협착(狹窄) 또는 폐색(閉塞)등)를 파악할 수 있기 때문에, 프로세스의 불량의 발생을 미연에 회피하는 것이 가능하게 된다.
본 실시형태의 성막 장치에 있어서의 다른 구성 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
이상, 본 발명의 실시형태를 기술했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 제약되는 것은 아니며, 각종 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 발명은 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 예를 들면, 액정 표시 장치, 유기 EL 디스플레이 등에 이용되는 대형의 유리 기판 등을 처리하는 처리 장치에도 적용할 수 있다.
37a, 47a, 57a, 67a: 솔레노이드 48, 58: 버퍼 탱크
48A, 58A: 압력계 39, 49, 59, 69: CV 센서
201: 엔드 디바이스 300: 제어부
301: EC 303: CPU(중앙 연산 장치)
305: RAM 307: 하드 디스크 장치
401: MC(모듈 컨트롤러) 411: 네트워크
413: I/O 모듈 415: I/O 보드
441: 최대값 레지스터 443: 최소값 레지스터
501: 유저 인터페이스 503: 시스템내 LAN
505: 스위칭 허브 601: LAN
603: 호스트 컴퓨터

Claims (16)

  1. 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 공급되는 처리 가스의 종류에 대응해서 마련된 복수의 가스 공급로와,
    상기 복수의 가스 공급로의 각각에 배치되어 상기 가스 공급로의 개폐를 실행하는 복수의 밸브와,
    상기 복수의 가스 공급로에 있어서의 각 처리 가스의 물리 파라미터를 계측하는 계측부와,
    상기 계측부에서 계측된 상기 물리 파라미터를 보존하는 레지스터부와,
    상기 레지스터부에 보존된 상기 물리 파라미터의 정보에 의거하여, 프로세스의 상태를 판정하는 제어부와,
    상기 복수의 가스 공급로의 적어도 하나에 있어서, 상기 밸브보다도 가스 공급 방향의 상류측에, 해당 가스 공급로의 일부분으로서 마련된 버퍼 탱크
    를 구비하되,
    상기 계측부는 상기 버퍼 탱크 내의 가스 압력을 계측하는 압력계를 포함하고,
    상기 물리 파라미터가 상기 버퍼 탱크 내의 가스 압력의 변동에 있어서의 최대값 및 최소값 중 적어도 하나를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 최대값 및 최소값 중 적어도 하나가 소정의 임계값을 넘은 경우에, 프로세스 이상으로 판정하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  4. 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 공급되는 처리 가스의 종류에 대응해서 마련된 복수의 가스 공급로와,
    상기 복수의 가스 공급로의 각각에 배치되어 상기 가스 공급로의 개폐를 실행하는 복수의 밸브와,
    상기 복수의 가스 공급로에 있어서의 각 처리 가스의 물리 파라미터를 계측하는 계측부와,
    적산 레지스터부와,
    제어부
    를 구비하되,
    상기 계측부는, 상기 가스 공급로의 적어도 하나에 있어서, 상기 밸브보다도 가스 공급 방향의 상류측에 마련되어, 상기 가스 공급로를 통과하는 가스 유량을 계측하는 유량계이고,
    상기 물리 파라미터는 단위 기간 내에 상기 유량계에 의해 계측되는 가스 유량의 적산값이고,
    상기 적산 레지스터부는 상기 유량계에 의해 계측된 가스 유량을 적산하여 보존하고,
    상기 제어부는, 상기 제어부에 의한 제어 신호로부터의 단위 기간 내에 있어서의 설정값과, 상기 적산 레지스터부에서 적산하여 보존된 단위 기간 내에 있어서의 실제 동작시의 적산값에 근거하여, 프로세스의 상태를 판정하는 것
    을 특징으로 하는 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단위 기간이, 피처리체에 대해, 복수 종류의 가스를 교대로 공급해서 성막을 실행하는 ALD(Atomic Layer Deposition) 프로세스에 있어서의 1사이클인 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  6. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 및 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 장치는 피처리체에 대해, 복수 종류의 가스를 교대로 공급해서 성막을 실행하는 ALD(Atomic Layer Deposition) 장치인 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  7. 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 공급되는 처리 가스의 종류에 대응해서 마련된 복수의 가스 공급로와, 상기 복수의 가스 공급로의 각각에 배치되어 상기 가스 공급로의 개폐를 실행하는 복수의 밸브와, 상기 복수의 가스 공급로에 있어서의 각 처리 가스의 물리 파라미터를 계측하는 계측부와, 상기 계측부에서 계측된 상기 물리 파라미터를 보존하는 레지스터부와, 상기 레지스터부에 보존된 상기 물리 파라미터의 정보에 의거하여, 프로세스의 상태를 판정하는 제어부와, 상기 복수의 가스 공급로의 적어도 하나에 있어서, 상기 밸브보다도 가스 공급 방향의 상류측에, 해당 가스 공급로의 일부분으로서 마련된 버퍼 탱크를 구비한 처리 장치에서 상기 프로세스의 상태를 판정하는 프로세스 상태의 확인 방법으로서,
    상기 레지스터부가 상기 물리 파라미터를 보존하는 스텝과,
    상기 제어부가 상기 레지스터부로부터 상기 물리 파라미터에 관한 정보를 취득하고, 상기 프로세스의 상태를 판정하는 스텝
    을 포함하고,
    상기 계측부는 상기 버퍼 탱크 내의 가스 압력을 계측하는 압력계를 포함하고,
    상기 물리 파라미터가 상기 버퍼 탱크 내의 가스 압력의 변동에 있어서의 최대값 및 최소값 중 적어도 하나를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 프로세스 상태의 확인 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스 압력의 변동에 있어서의 상기 최대값 및 최소값중 적어도 하나가, 소정의 임계값을 넘은 경우에 프로세스 이상으로 판정하는 것을 특징으로 하는 프로세스 상태의 확인 방법.
  10. 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 공급되는 처리 가스의 종류에 대응해서 마련된 복수의 가스 공급로와, 상기 복수의 가스 공급로의 각각에 배치되어 상기 가스 공급로의 개폐를 실행하는 복수의 밸브와, 상기 복수의 가스 공급로에 있어서의 각 처리 가스의 물리 파라미터를 계측하는 계측부와, 적산 레지스터부와, 제어부를 구비한 처리 장치에서 프로세스의 상태를 판정하는 프로세스 상태의 확인 방법으로서,
    상기 계측부는, 상기 가스 공급로의 적어도 하나에 있어서, 상기 밸브보다도 가스 공급 방향의 상류측에 마련되어, 상기 가스 공급로를 통과하는 가스 유량을 계측하는 유량계를 포함하고,
    상기 물리 파라미터는 단위 기간 내에 상기 유량계에 의해 계측되는 가스 유량의 적산값이고,
    상기 적산 레지스터부가, 상기 유량계에 의해 계측된 가스 유량을 적산하여 보존하는 스텝과,
    상기 제어부가, 상기 제어부에 의한 제어 신호로부터의 단위 기간 내에 있어서의 설정값과, 상기 적산 레지스터부에서 적산하여 보존된 단위 기간 내에 있어서의 실제 동작시의 적산값에 근거하여, 상기 프로세스의 상태를 판정하는 스텝을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 프로세스 상태의 확인 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 단위 기간이, 피처리체에 대해, 복수 종류의 가스를 교대로 공급해서 성막을 실행하는 ALD(Atomic Layer Deposition) 프로세스에 있어서의 1사이클인 것을 특징으로 하는 프로세스 상태의 확인 방법.
  12. 제 7 항, 제 9 항, 제 10 항 및 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스 상태의 확인 방법은 피처리체에 대해, 복수 종류의 가스를 교대로 공급해서 성막을 실행하는 ALD(Atomic Layer Deposition) 프로세스에 있어서 실행되는 것을 특징으로 하는 프로세스 상태의 확인 방법.
  13. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 및 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 레지스터부는 상위의 제어 유닛인 상기 제어부와 신호의 송수신이 가능하게 접속되어 그 제어하에서 제어되고, 상기 제어부와 엔드 디바이스의 사이의 입출력 신호를 제어하는 하위의 제어 유닛에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  14. 제 7 항, 제 9 항, 제 10 항 및 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 레지스터부는 상위의 제어 유닛인 상기 제어부와 신호의 송수신이 가능하게 접속되어 그 제어하에서 제어되고, 상기 제어부와 엔드 디바이스의 사이의 입출력 신호를 제어하는 하위의 제어 유닛에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 프로세스 상태의 확인 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 처리 장치는 피처리체에 대해, 복수 종류의 가스를 교대로 공급해서 성막을 실행하는 ALD(Atomic Layer Deposition) 장치인 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로세스 상태의 확인 방법은 피처리체에 대해, 복수 종류의 가스를 교대로 공급해서 성막을 실행하는 ALD(Atomic Layer Deposition) 프로세스에 있어서 실행되는 것을 특징으로 하는 프로세스 상태의 확인 방법.
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