KR102410893B1 - 처리 장치 및 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 레시피 시간을 단축할 수 있는 처리 장치 및 처리 방법을 제공한다. 처리 장치는, 기판을 처리하는 처리 장치이며, 복수의 엔드 디바이스와, 특정 엔드 디바이스를 제어하는 하위 제어부와, 모듈 제어부를 구비한다. 모듈 제어부는, 기판을 처리하는 레시피를 실행하여, 레시피의 복수의 제어 스텝 중, 특정 조건을 충족하는 제어 스텝을 특정하고, 특정한 제어 스텝을 하위 제어부에 송신한다. 하위 제어부는, 모듈 제어부로부터 수신한 제어 스텝에 기초하여, 특정 엔드 디바이스를 제어한다.

Description

처리 장치 및 처리 방법{PROCESSING APPARATUS AND PROCESSING METHOD}
본 개시는, 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 복수의 처리 가스를 전환하여, 기판에 대하여 거의 단분자층인 얇은 단위 막의 적층을 반복하는 원자층 퇴적법(ALD법: Atomic Layer Deposition)이 있다. 또한, 성막 시에 플라스마를 사용하는 PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)법이 있다.
일본 특허 공개 제2002-329674호 공보
본 개시는, 레시피 시간을 단축할 수 있는 처리 장치 및 처리 방법을 제공한다.
본 개시의 일 형태에 의한 처리 장치는, 기판을 처리하는 처리 장치이며, 복수의 엔드 디바이스와, 특정의 엔드 디바이스를 제어하는 하위 제어부와, 모듈 제어부를 구비한다. 모듈 제어부는, 기판을 처리하는 레시피를 실행하여, 레시피의 복수의 제어 스텝 중, 특정 조건을 충족하는 제어 스텝을 특정하고, 특정한 제어 스텝을 하위 제어부에 송신한다. 하위 제어부는, 모듈 제어부로부터 수신한 제어 스텝에 기초하여, 특정의 엔드 디바이스를 제어한다.
본 개시에 의하면, 레시피 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서의 처리 장치의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에서의 처리 장치를 포함하는 기판 처리 시스템의 제어 계통의 구성의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 3은 모듈 컨트롤러의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 4는 고속 레시피를 포함하는 레시피의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 고속 레시피의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 고속 레시피의 동작의 일례를 도시하는 타이밍 차트이다.
도 7은 비교예의 ALD 성막 시퀀스의 1사이클분의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 형태의 ALD 성막 시퀀스의 1사이클분의 일례를 도시하는 도면이다.
이하에, 개시하는 처리 장치 및 처리 방법의 실시 형태에 대해서, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에 의해 개시 기술이 한정되는 것은 아니다.
종래, ALD법을 행하는 처리 장치에서는, 제어부가, 기판을 수용하는 처리 용기 내에서 소정의 처리를 행할 수 있도록, 처리 장치의 각 부를 제어하고 있다. 이 경우, 처리 가스를 고속으로 전환할 것이 요구된다. 처리 장치에서는, 처리 가스를 고속으로 전환하기 위해서, 예를 들어 제어부로부터 밸브를 제어하는 PLC(Programmable Logic Controller)에 레시피를 다운로드시켜, PLC가 다운로드한 레시피에 따라서 밸브를 동작시키는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이와 같은 PLC는, 프로세스가 종료될 때까지 레시피에 따라서 동작하기 때문에, 고속 제어가 요구되지 않은 레시피의 제어 스텝이 포함되는 경우, 제어의 유연성이 떨어지게 된다. 그래서, 고속 제어가 요구되는 제어 스텝과, 고속 제어가 요구되지 않은 제어 스텝이 혼재하는 레시피에 있어서, 레시피 시간을 단축하여, 최종적인 성막 처리 시간을 단축하는 것이 기대되고 있다.
[처리 장치(100)의 구성]
도 1은, 본 개시의 일 실시 형태에서의 처리 장치의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 처리 장치(100)는, 예를 들어 기판으로서의 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함)(W)에 대하여 ALD법에 의한 성막 처리를 행하도록 구성된 성막 장치이다. 처리 장치(100)는, 기밀하게 구성된 대략 원통형의 처리 용기(1)를 갖고 있다. 처리 용기(1) 내에는, 피처리체인 웨이퍼(W)를 수평하게 지지하기 위한 서셉터(3)가 배치되어 있다. 서셉터(3)는, 원통형의 지지 부재(5)에 의해 지지되어 있다. 또한, 서셉터(3)에는, 도시하지 않은 히터가 매립되어 있어, 이 히터에 급전함으로써, 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다.
처리 용기(1)의 천장벽(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 것이다. 배관(31, 41, 51, 61)은, 각각 성막 원료 가스 등을 공급하는 가스 공급원(20)에 접속되어 있다.
도 1에 도시하는 처리 장치(100)에서는, 웨이퍼(W) 표면에 ALD법에 의해 TiN막을 형성하는 경우를 예시하고 있다. 이 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 통해서 가스 도입부(11)에 접속되어 있다. 배관(31)에는, 밸브(33), 유량 제어를 위한 MFC(Mass Flow Controller: 매스 플로우 컨트롤러)(35) 및 챔버 밸브(37)가 마련되어 있다.
NH3 가스 공급원(40)은, 배관(41, 13)을 통해서 가스 도입부(11)에 접속되어 있다. 배관(41)에는, 밸브(43), 유량 제어를 위한 MFC(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(48)가 마련되어 있다. 버퍼 탱크(48)에는, 내부의 압력을 계측하는 압력계(48A)가 부설되어 있다.
TiCl4 가스 공급원(50)은, 배관(51, 13)을 통해서 가스 도입부(11)에 접속되어 있다. TiCl4 가스 공급원(50)은 도시하지 않은 기화기를 구비하고 있다. 배관(51)에는, 밸브(53), 유량 제어를 위한 MFC(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(58)가 마련되어 있다. 버퍼 탱크(58)에는, 내부의 압력을 계측하는 압력계(58A)가 부설되어 있다.
N2 가스 공급원(60)은, 배관(61, 13)을 통해서 가스 도입부(11)에 접속되어 있다. 배관(61)에는, 밸브(63), 유량 제어를 위한 MFC(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 개방함으로써, 처리 용기(1) 내에의 각 가스의 도입이 행하여지고, 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)를 폐쇄함으로써, 처리 용기(1) 내에의 각 가스의 도입이 정지된다.
챔버 밸브(37, 47, 57, 67)는, 모두 고속으로의 개폐가 가능한 전자 밸브(솔레노이드 밸브)이다. 도 1에서는, 설명의 편의상, 각 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)에 대해서, 밸브 구동부로서의 솔레노이드(37a, 47a, 57a, 67a)를 도시하고 있다. 또한, 솔레노이드(37a, 47a, 57a, 67a)는 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)의 일 구성 부분이다.
또한, 각 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)에는, 센서부로서, 예를 들어 포지션 센서 등으로 이루어지는 챔버 밸브 센서(CV 센서)(39, 49, 59, 69)가 배치되어 있다. CV 센서(39, 49, 59, 69)는, 각각, 솔레노이드(37a, 47a, 57a, 67a)에 의해 구동되는 각 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)의 개폐 상태를 모니터한다.
또한, 도 1의 처리 장치(100)에서는, 반응 가스, 원료 가스 및 퍼지 가스의 공급원을 나타내고 있지만, 가스 공급원(20)은, 예를 들어 처리 용기(1) 내를 클리닝하기 위한 클리닝 가스 공급원 등의 다른 가스원, 배관, 밸브 등을 갖고 있어도 된다.
처리 용기(1)의 저벽(1b)에는, 배기구(1c)가 형성되어 있고, 이 배기구(1c)에는 배기관(71)을 통해서 배기 장치(70)가 접속되어 있다. 이 배기 장치(70)를 작동시킴으로써, 처리 용기(1) 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있도록 구성되어 있다.
[제어 계통의 구성예]
이어서, 도 1 내지 도 3을 사용해서 처리 장치(100)의 제어 계통에 대해서 설명한다. 처리 장치(100)는, 후술하는 바와 같이, 모듈 컨트롤러(MC: Module Controller)(401)에 의해, 처리 용기(1) 내에서 소정의 처리를 행할 수 있도록 제어되고 있다.
도 2는, 본 개시의 일 실시 형태에서의 처리 장치를 포함하는 기판 처리 시스템의 제어 계통의 구성의 일례를 도시하는 블록도이다. 도 2에서는, 처리 장치(100)를 포함하는 기판 처리 시스템(도시하지 않음)에서의 제어 계통 중에서, ALD 프로세스를 행하는 처리 장치(100)의 제어에 관련된 부분의 개략을 도시하고 있다. 기판 처리 시스템에서의 전체의 제어나, 프로세스 쉽으로서의 처리 장치(100)를 구성하는 각 구성부, 즉 엔드 디바이스(201)의 제어는, 제어부(300)에 의해 행하여진다. 여기서, 엔드 디바이스(201)로서는, 예를 들어 도 1에 도시하는 처리 장치(100)에서의 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 도시한 바와 같이, 제어부(300)는, 주요한 구성으로서, 처리 장치(100)를 비롯해서, 기판 처리 시스템의 각 처리 장치에 대응해서 마련된 개별 제어부인 복수의 MC(401)와, 기판 처리 시스템 전체를 제어하는 통괄 제어부인 EC(Equipment Controller)(301)와, EC(301)에 접속된 유저 인터페이스(501)를 구비하고 있다. 또한, MC(401)는, 기판 처리 시스템에 있어서, 처리 장치(100)뿐만 아니라, 예를 들어 다른 처리를 행하는 처리 장치나, 로드 로크실, 로더 유닛에도 배치하는 것이 가능하며, 이것들도 EC(301) 하에서 통괄되지만, 여기에서는 도시 및 설명을 생략한다.
[EC]
EC(301)는, 각 MC(401)를 통괄해서 기판 처리 시스템 전체의 동작을 제어하는 통괄 제어부이다. EC(301)는, CPU(Central Processing Unit)(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, 시스템 내 LAN(LocalArea Network)(503)에 의해 접속되어 있다. 시스템 내 LAN(503)은, 스위칭 허브(HUB)(505)를 갖고 있다. 이 스위칭 허브(505)는, EC(301)로부터의 제어 신호에 따라서 EC(301)의 접속처로서의 MC(401)의 전환을 행한다.
또한, EC(301)는, LAN(601)을 통해서 기판 처리 시스템이 설치되어 있는 공장 전체의 제조 공정을 관리하는 MES(Manufacturing Execution System)로서의 호스트 컴퓨터(603)에 접속되어 있다. 호스트 컴퓨터(603)는, 제어부(300)와 연계해서 공장에서의 다양한 공정에 관한 실시간 정보를 기간 업무 시스템(도시 생략)에 피드백함과 함께, 공장 전체의 부하 등을 고려해서 공정에 관한 판단을 행한다.
또한, EC(301)에는, 유저 인터페이스(501)도 접속되어 있다. 유저 인터페이스(501)는, 공정 관리자가 기판 처리 시스템을 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 기판 처리 시스템의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이, 메커니컬 스위치 등을 갖고 있다.
EC(301)는, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체(이하, 간단히 기억 매체라고 기재함)(507)에 대하여 정보를 기록하고, 또한 기억 매체(507)로부터 정보를 판독할 수 있도록 되어 있다. 제어 프로그램이나 레시피는, 예를 들어 기억 매체(507)에 저장된 상태의 것을 기억부로서의 하드 디스크 장치(307)에 인스톨함으로써 이용할 수 있다. 기억 매체(507)로서는, 예를 들어 CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory), 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 플래시 메모리, DVD(Digital Versatile Disc) 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 레시피는, 다른 장치로부터, 예를 들어 전용 회선을 통해서 수시 전송시켜서 온라인으로 이용하는 것도 가능하다.
EC(301)에서는, 유저 인터페이스(501)에 있어서 유저 등에 의해 지정된 웨이퍼(W)의 처리 방법에 관한 레시피를 포함하는 프로그램(소프트웨어)을 CPU(303)가 하드 디스크 장치(307)나 기억 매체(507)로부터 판독한다. 그리고, EC(301)로부터 각 MC(401)에 그 프로그램을 송신함으로써, 각 MC(401)에 의해 처리 장치(100)를 비롯한 처리 장치에서의 처리를 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 이하, 처리 장치(100)와, 이것을 제어하는 MC(401)의 관계에 대해서 설명한다.
[MC]
도 3은, 모듈 컨트롤러의 구성의 일례를 도시하는 블록도이다. MC(401)는, 처리 장치(100)의 동작을 제어하는 개별 제어부로서 마련되어 있다. MC(401)는, 도 3에 도시한 바와 같이, CPU(403)와, RAM 등의 휘발성 메모리부(405)와, 불휘발성 메모리부(407)와, 미디어 액세스 컨트롤러(MAC: Media Access Controller)(409)를 갖고 있다.
MC(401)의 불휘발성 메모리부(407)는, 예를 들어 SRAM(Static Random Access Memory), MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 플래시 메모리 등의 불휘발성 메모리에 의해 구성되어 있다. 불휘발성 메모리부(407)에는, 처리 장치(100)에서의 다양한 이력 정보, 예를 들어 서셉터(3)에서의 히터의 교환 시간, 배기 장치(70)의 가동 시간 등이 저장된다. 또한, 불휘발성 메모리부(407)는, I/O 정보 기억부로서도 기능하여, 후술하는 바와 같이 MC(401)와 각 엔드 디바이스(201)의 사이에서 주고 받는 각종 I/O 정보(특히, 디지털·아웃풋 정보(DO) 및 아날로그·아웃풋 정보(AO))를 불휘발성 메모리부(407)에 수시 기입해서 저장할 수 있도록 구성되어 있다.
[필드버스(fieldbus) 시스템]
MC(401)는, 각 엔드 디바이스(201)와 통신을 행하는 필드버스(fieldbus) 시스템인 네트워크(411)로서, EtherCAT(등록 상표)을 사용한다. EtherCAT은, 산업용 이더넷(등록 상표) 기술이며, 네트워크 세그먼트 내의 모든 노드의 송수신 프로세스 데이터에 대해서 1개의 프레임으로 통신을 행한다. MC(401)는, MAC(409)를 사용하여, EtherCAT 마스터 디바이스가 된다. 여기서, MAC(409)에는, 이더넷용 NIC(Network Interface Card) 등을 사용할 수 있다.
한편, 각 엔드 디바이스(201)는, 하위 제어부(410), 또는 I/O(Input/Output) 모듈(413)에 의해 제어된다. 하위 제어부(410) 및 I/O 모듈(413)은, EtherCAT 슬레이브 컨트롤러(ESC: EtherCAT Slave Controller)를 갖고, EtherCAT 슬레이브 디바이스가 된다.
네트워크(411)에서는, MC(401)와, 각 노드인 하위 제어부(410) 및 I/O 모듈(413)이 끊김 없이 네트워크 토폴로지로 접속되어 있다. 즉, 네트워크(411)에서는, MC(401)가 송신한 프레임은, 각 노드를 경유해서 MC(401)로 되돌아가는 구성으로 되어 있다. 네트워크(411)에서는, MC(401)가 1개의 프레임을 송신하면, 당해 프레임은 하위 제어부(410) 및 I/O 모듈(413)을 순서대로 통과한다. 하위 제어부(410) 및 I/O 모듈(413)은, 프레임에 대하여, 자신에게 어드레스 지정된 데이터를 온 더 플라이로 판독하거나, 또는 프레임 내에 기입을 행한 후, 후방의 노드에 송신한다.
여기서, 하위 제어부(410) 및 I/O 모듈(413)과, EtherCAT의 관계에 대해서 설명한다. EtherCAT은, 규격상 1ms 단위의 제어를 행하는 것이 가능함과 함께, 종래에 비해서 다양한 신호를 감시할 수 있다. 그런데, EtherCAT은, 마스터 디바이스(MAC(409))의 통신 속도의 한계에 의해, 레시피 실행 시에 1ms 단위의 제어를 보증하는 것이 곤란하다. 즉, 레시피 시간을 단축하는 것이 어렵다. 이 때문에, 본 개시의 처리 장치(100)에서는, 1ms 단위의 고속 제어가 요구되는 엔드 디바이스(201)를 제어하는 하위 제어부(410)와, 1ms 단위의 고속 제어가 요구되지 않은 엔드 디바이스(201)를 제어하는 I/O 모듈(413)을 마련하고 있다.
하위 제어부(410)는, 예를 들어 CPU, RAM, ROM(Read Only Memory), FPGA(Field Programmable Gate Array), ESC(EhterCAT Slave Controller), I/O 포트 등을 갖고, 고속 제어를 행하는 엔드 디바이스(201)를 제어하는 제어부이다. 하위 제어부(410)는, I/O 포트를 사용하여, 디지털 신호, 아날로그 신호 및 시리얼 신호의 입출력을 행한다. 또한, 하위 제어부(410)는, ESC를 사용하여, MC(401), 다른 하위 제어부(410) 및 I/O 모듈(413)과 통신을 행한다. 하위 제어부(410)는, 레시피 중, MC(401)로부터 수신한 특정 제어 스텝(고속 제어 스텝)에 기초하여, 대응하는 엔드 디바이스(201)를 제어한다.
하위 제어부(410)에는, 고속의 제어 및 감시가 요구되는 엔드 디바이스(201), 예를 들어 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)의 솔레노이드(37a, 47a, 57a, 67a), CV 센서(39, 49, 59, 69), 및 압력계(48A, 58A) 등이 접속된다. 또한, 하위 제어부(410)에는, PEALD법을 행하는 처리 장치(100)일 경우, 정합기나 고주파 전원(79)이 접속된다. 또한, 이 경우에는, 고속 제어를 행하는 하위 제어부(410a)와, 고주파 전원(79)의 감시나 로깅을 행하는 하위 제어부(410b)로 구성을 나누어도 된다.
하위 제어부(410)는, 네트워크(411)를 통해서, MC(401)로부터 레시피의 복수의 제어 스텝 중, 특정 조건을 충족하는 제어 스텝, 예를 들어 반복 처리를 행하는 범위의 제어 스텝을 수신한다. 하위 제어부(410)는, 수신한 특정 제어 스텝에 기초하여, 대응하는 엔드 디바이스(201)를 제어한다. 하위 제어부(410)는, 대응하는 엔드 디바이스(201)와의 사이에서, 디지털 신호, 아날로그 신호 및 시리얼 신호의 입출력을 행한다.
하위 제어부(410)에서 관리되는 입출력 정보는, 디지털·인풋 정보(DI), 디지털·아웃풋 정보(DO), 아날로그·인풋 정보(AI), 아날로그·아웃풋 정보(AO)의 4종을 포함하고 있다. 디지털·인풋 정보(DI)는, 제어 계통의 하위에 위치하는 각 엔드 디바이스(201)로부터 제어 계통의 상위에 위치하는 MC(401)에 인풋되는 디지털 정보에 관한 것이다. 디지털·아웃풋 정보(DO)는, 제어 계통의 상위에 위치하는 MC(401)로부터 제어 계통의 하위에 위치하는 각 엔드 디바이스(201)에 출력되는 디지털 정보에 관한 것이다. 아날로그·인풋 정보(AI)는, 각 엔드 디바이스(201)로부터 MC(401)에 인풋되는 아날로그 정보에 관한 것이다. 아날로그·아웃풋 정보(AO)는, MC(401)로부터 각 엔드 디바이스(201)에 출력되는 아날로그 정보에 관한 것이다.
디지털·인풋 정보(DI) 및 아날로그·인풋 정보(AI)에는, 예를 들어 각 엔드 디바이스(201)의 스테이터스에 관한 정보가 포함되어 있다. 디지털·아웃풋 정보(DO) 및 아날로그·아웃풋 정보(AO)에는, 예를 들어 각 엔드 디바이스(201)에 대한 프로세스 조건 등에 관한 값의 설정이나 명령(커맨드)이 포함되어 있다. 또한, 하위 제어부(410)에서의 디지털 정보로서는, 각 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)(솔레노이드(37a, 47a, 57a, 67a))의 개폐에 관한 정보를 들 수 있다. 또한, 하위 제어부(410)에서의 아날로그 정보로서는, 버퍼 탱크(48, 58) 내의 압력 등의 정보를 들 수 있다. 예를 들어, 하위 제어부(410)는, 솔레노이드(37a, 47a, 57a, 67a)의 개폐를 제어하는 디지털·아웃풋 정보(DO)를 출력한다. 또한, 예를 들어 하위 제어부(410)에는, 압력계(48A, 58A)로부터 아날로그·인풋 정보(AI)가 입력되고, CV 센서(39, 49, 59, 69)로부터 디지털·인풋 정보(DI)가 입력된다. 하위 제어부(410)는, 디지털·아웃풋 정보(DO), 아날로그·인풋 정보(AI) 및 디지털·인풋 정보(DI)를 제어에 사용함과 함께, 감시 데이터로서 기억한다. 여기서, 하위 제어부(410)는, 감시 데이터를 상위의 MC(401)나 EC(301)에 송신하도록 해도 된다.
I/O 모듈(413)은, 처리 장치(100)를 구성하는 각 엔드 디바이스(201)에 접속된 복수의 I/O 보드(415)를 갖고 있다. I/O 보드(415)는, I/O 모듈(413)이 갖는 ESC를 통해서, MC(401)의 지배 하에서 동작하는 하위의 제어 유닛이다. I/O 모듈(413)에서의 디지털 신호, 아날로그 신호 및 시리얼 신호의 입출력의 제어는, 이들 I/O 보드(415)에서 행하여진다. 또한, 도 1 및 도 2에서는, 편의상, 하위 제어부(410) 및 I/O 모듈(413)과, 일부 엔드 디바이스(201)의 접속을 대표적으로 도시하고 있다.
I/O 보드(415)에서 관리되는 입출력 정보는, 하위 제어부(410)와 마찬가지로, 디지털·인풋 정보(DI), 디지털·아웃풋 정보(DO), 아날로그·인풋 정보(AI), 아날로그·아웃풋 정보(AO)의 4종을 포함하고 있다. 또한, I/O 보드(415)에서의 디지털 정보로서는, 배기 장치(70)의 ON/OFF나 배기 계통에서의 밸브(도시하지 않음)의 개폐 등의 정보를 들 수 있다. 또한, I/O 보드(415)에서의 아날로그 정보로서는, 서셉터(3)에서의 히터(도시하지 않음)의 설정 온도, MFC(35, 45, 55, 65)에서의 유량 등의 정보를 들 수 있다. 여기서, 각 입출력 정보의 상세한 내용에 대해서는 도시 및 설명을 생략한다.
[ALD 프로세스]
처리 장치(100)에서는, 서셉터(3)에 웨이퍼(W)를 적재한 상태에서, 도시하지 않은 히터에 의해 웨이퍼(W)를 가열하면서, 가스 도입부(11)로부터 웨이퍼(W)를 향해서 처리 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 소정의 박막을 ALD법에 의해 성막할 수 있다. 예를 들어, TiN막의 ALD법에 의한 성막에서는, 이하의 1) 내지 7)의 일련의 공정(스텝)을 1사이클로 하여, 복수의 사이클을 반복해서 행함으로써 박막을 퇴적시킬 수 있다.
1사이클의 ALD 프로세스:
1) 챔버 밸브(57)을 개방하여, TiCl4 가스 공급원(50)으로부터 처리 용기(1) 내에 원료 가스로서의 TiCl4 가스를 공급해서 TiCl4를 웨이퍼(W) 표면에 부착시킨다.
2) 챔버 밸브(57)를 폐쇄하여, TiCl4 가스의 공급을 정지한다.
3) 챔버 밸브(67)를 개방하여, N2 가스 공급원(60)으로부터 처리 용기(1) 내에 N2 가스를 도입하여, 처리 용기(1) 내를 퍼지함으로써 잔류한 TiCl4 가스를 배제한다.
4) 챔버 밸브(67)를 폐쇄하여, N2 가스의 공급을 정지한다.
5) 챔버 밸브(47)를 개방하여, NH3 가스 공급원(40)으로부터 처리 용기(1) 내에 반응 가스로서의 NH3 가스를 공급하여, 웨이퍼(W) 표면에 부착되어 있는 TiCl4와 반응시켜서 얇은 1층의 TiN막을 형성한다.
6) 챔버 밸브(47)를 폐쇄하여, NH3 가스의 공급을 정지한다.
7) 챔버 밸브(37)를 개방하여, N2 가스 공급원(30)으로부터 처리 용기(1) 내에 N2 가스를 도입하여, 처리 용기(1) 내를 퍼지함으로써 잔류한 NH3 가스를 배제한다.
상기 1) 내지 7)의 일련의 공정에서, 챔버 밸브(57)가 폐쇄된 상태에서는, 버퍼 탱크(58) 내에 TiCl4 가스가 충만하여, 버퍼 탱크(58) 내의 압력이 높아진다. 이 압력의 상승을 이용하여, 공정 1)에서 챔버 밸브(57)를 개방했을 때, 처리 용기(1) 내에 가스 도입부(11)로부터 급격하게 TiCl4 가스를 토출한다. 마찬가지로, 챔버 밸브(47)가 폐쇄된 상태에서는, 버퍼 탱크(48) 내에 NH3 가스가 충만하여, 버퍼 탱크(48) 내의 압력이 높아진다. 이 압력의 상승을 이용하여, 공정 5)에서 챔버 밸브(47)를 개방했을 때, 처리 용기(1) 내에 가스 도입부(11)로부터 급격하게 NH3 가스를 토출한다. 따라서, 챔버 밸브(47, 57)의 개폐에 기인하여 버퍼 탱크(48, 58) 내의 압력은, 고저의 변동을 크게 반복하게 된다. 버퍼 탱크(48, 58) 내의 압력 변동은, 예를 들어 배관(41, 51) 내에 비해서 매우 커지기 때문에, 이것을 지표로서 사용함으로써, 프로세스의 이상을 검출하기 쉬워진다.
ALD 프로세스에서는, 상기 사이클을 반복하기 때문에, 양호한 성막 처리를 행하기 위해서는, 가스의 공급과 정지를 단시간에 간헐적으로 반복해서 정확하게 행할 필요가 있다. 따라서, ALD 프로세스에서는, 솔레노이드(37a, 47a, 57a, 67a)를 고속으로 제어하면서, CV 센서(39, 49, 59, 69), 및 버퍼 탱크(48, 58) 내의 압력을 검출하는 압력계(48A, 58A)의 값을 감시할 것이 요구된다. 본 실시 형태에서는, 하위 제어부(410)가, 미리 MC(401)로부터 수신한 레시피의 특정 제어 스텝에 대해서, 이들의 제어 및 감시를 1ms 단위로 행하기 때문에, 레시피 시간을 단축할 수 있다.
[고속 레시피 제어예]
도 4는, 고속 레시피를 포함하는 레시피의 일례를 도시하는 도면이다. 도 4에 도시하는 레시피(700)는, MC(401)에서 실행되는 레시피의 일례이며, 고속 제어가 요구되는 고속 레시피(701, 702)를 포함하는 레시피이다. 여기서, 레시피(700)의 예에서는, 「High Speed Error Flag」란이 「On」인 제어 스텝을 1ms 단위로 제어가 가능한 고속 레시피로 하고 있다. 또한, 레시피(700)의 예에서는, 1개의 리피트를 고속 레시피의 단위로 해서, 각 제어 스텝을 1회씩 실행하는 리피트 실행을 1사이클로 하고 있다.
MC(401)는, 레시피의 실행 전에, 고속 레시피(701, 702)를 하위 제어부(410)에 송신한다. 사전에 레시피를 하위 제어부(410)에 송신(다운로드)함으로써, 레시피 실행 시간에 미치는 영향도를 최소한으로 하고 있다. 하위 제어부(410)는, 수신한 고속 레시피(701, 702)를 기억한다. MC(401)는, 레시피(700)를 제어 스텝 「STEP1」부터 순서대로 실행한다. MC(401)는, 제어 스텝 「STEP2」의 실행 후, 하위 제어부(410)에 대하여 고속 레시피(701)의 실행을 지시하는 트리거 신호(703)를 송신한다.
하위 제어부(410)는, MC(401)로부터 트리거 신호(703)를 수신하면, 고속 레시피(701)의 제어 스텝 「STEP3」 내지 「STEP20」을 지정된 사이클수, 예를 들어 315사이클분 반복해서 실행한다. 하위 제어부(410)는, 고속 레시피(701)가 종료되면, MC(401)에 고속 레시피 종료 정보를 송신한다.
MC(401)는, 하위 제어부(410)로부터 고속 레시피 종료 정보를 수신하면, 자신이 레시피(700)의 제어 스텝 「STEP21」 내지 「STEP30」을 실행한다. MC(401)는, 제어 스텝 「STEP30」의 실행 후, 하위 제어부(410)에 대하여 고속 레시피(702)의 실행을 지시하는 트리거 신호(704)를 송신한다.
하위 제어부(410)는, MC(401)로부터 트리거 신호(704)를 수신하면, 고속 레시피(702)의 제어 스텝 「STEP31」 내지 「STEP45」를 지정된 사이클수, 예를 들어 20사이클분 반복해서 실행한다. 하위 제어부(410)는, 고속 레시피(702)가 종료되면, MC(401)에 고속 레시피 종료 정보를 송신한다. 또한, 하위 제어부(410)는, 고속 레시피(701, 702)를 종료했을 경우에 각각 종료 플래그를 세워, MC(401)가 종료 플래그를 감시하도록 해도 된다.
MC(401)는, 하위 제어부(410)로부터 고속 레시피 종료 정보를 수신하면, 자신이 레시피(700)의 제어 스텝 「STEP46」 이후를 실행한다. 이와 같이, 본 실시 형태의 처리 장치(100)에서는, 레시피의 제어 스텝 중, 고속 제어가 요구되는 제어 스텝을 특정해서 미리 하위 제어부(410)에 기억시키므로, 레시피 시간을 1ms 단위로 조정해서 단축할 수 있다.
이어서, 도 5 및 도 6을 사용하여, 고속 레시피의 상세에 대해서 설명한다. 도 5는, 고속 레시피의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시하는 고속 레시피(705)는, 제어 스텝 「STEP6」 내지 「STEP9」를 반복하는 고속 레시피의 일례이다. 고속 레시피(705)에서는, 란(706)이 스타트에 대응하는 제어 스텝의 번호를 나타내고, 란(707)이 엔드에 대응하는 제어 스텝의 번호를 나타낸다. 또한, 란(708)은, 제어 스텝 「STEP9」를 실행 후의 복귀처가 제어 스텝 「STEP6」인 것을 나타낸다. 또한, 고속 레시피(705)는, 제어 스텝 「STEP6」 내지 「STEP9」의 실행 시간이, 각각 12ms, 14ms, 10ms, 8ms인 것을 나타낸다. 즉, 고속 레시피(705)는 1ms 단위의 제어를 행하는 레시피이다.
도 6은, 고속 레시피의 동작의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 6에 도시하는 타이밍 차트(710)는, 도 5에 도시하는 고속 레시피(705)를 실행한 경우의 「VLV1」, 「VLV16」, 「RF-ON1」, 「RF-ON2」의 동작 결과를 나타내고 있다. 또한, 「VLV1」 및 「VLV16」은, 밸브를 나타내고, 도 5에서는 「1」이 개방에 대응하고, 도 6에서는 「H」가 개방에 대응한다. 또한, 「RF-ON1」 및 「RF-ON2」는, 고주파 전원을 나타내고, 도 5에서는 「1」이 인가에 대응하고, 도 6에서는 「H」가 인가에 대응한다. 하위 제어부(410)는, MC(401)로부터 트리거 신호를 수신하면, 200사이클분의 고속 레시피(705)를 기간(711) 동안에 실행한다. 이때, 하위 제어부(410)는, MC(401)로부터 다른 지시를 수신했다고 해도 접수하지 않고, 디지털·아웃풋 정보(DO)의 송신을 행한다. 또한, 하위 제어부(410)는, 고속 레시피(705)의 실행이 종료되었을 경우, 종료 시의 디지털·아웃풋 정보인 DO(712)를 보유한다. 또한, 하위 제어부(410)는, 상위의 MC(401)로부터 중단 명령(정지 명령)을 수신한 경우, 명령을 접수해서 정지한다. 또한, 하위 제어부(410)는, 상위의 MC(401)와의 레시피 실행 지시의 확인을 할 수 없을 경우, 소정 시간의 경과 후, 타임 아웃의 발생을 검출해서 정지한다.
계속해서, 도 7 및 도 8을 사용해서 본 실시 형태와 비교예의 비교를 행한다. 도 7은, 비교예의 ALD 성막 시퀀스의 1사이클분의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7에 도시하는 표(720)는, 10ms 단위로 처리 가스의 제어를 행하는 비교예에 있어서, TiCl4, N2, NH3, N2의 순으로 제어 스텝이 진행될 경우를 나타낸다. TiCl4의 제어 스텝에서는, 버퍼 탱크에 충전된 TiCl4 가스, 및 N2 가스가, 0.04초간 처리 용기에 공급된다. 이어서, N2의 제어 스텝에서는, N2 가스가 0.2초간 처리 용기에 공급된다. 이어서, 버퍼 탱크에 충전된 NH3 가스, 및 N2 가스가, 0.3초간 처리 용기에 공급된다. 이어서, N2의 제어 스텝에서는, N2 가스가 0.03초간 처리 용기에 공급된다. 비교예에서는, 이 사이클을 500사이클 반복하여, 처리 시간은 285초가 된다.
도 8은, 본 실시 형태의 ALD 성막 시퀀스의 1사이클분의 일례를 도시하는 도면이다. 도 8에 도시하는 표(721)는, 1ms 단위로 처리 가스의 제어를 행하는 본 실시 형태에 있어서, TiCl4, N2, NH3, N2의 순으로 제어 스텝이 진행될 경우를 나타낸다. TiCl4의 제어 스텝에서는, 버퍼 탱크에 충전된 TiCl4 가스, 및 N2 가스가, 0.035초간 처리 용기에 공급된다. 이어서, N2의 제어 스텝에서는, N2 가스가 0.2초간 처리 용기에 공급된다. 이어서, 버퍼 탱크에 충전된 NH3 가스, 및 N2 가스가, 0.3초간 처리 용기에 공급된다. 이어서, N2의 제어 스텝에서는, N2 가스가 0.027초간 처리 용기에 공급된다. 본 실시 형태에서는, TiCl4 가스의 Time란(722)과, N2 가스의 Time란(723)에 나타내는 바와 같이, 각각 처리 시간이, 5ms와 3ms 단축되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이 사이클을 500사이클 반복하여, 처리 시간은 281초가 되어, 비교예에 비해서 4초간 단축할 수 있다.
이상, 본 실시 형태에 따르면, 처리 장치(100)는, 기판을 처리하는 처리 장치이며, 복수의 엔드 디바이스(201)와, 특정 엔드 디바이스(201)를 제어하는 하위 제어부(410)와, 제어부(MC)(401)를 구비한다. 제어부(MC)(401)는, 기판을 처리하는 레시피를 실행하여, 레시피의 복수의 제어 스텝 중, 특정 조건을 충족하는 제어 스텝을 특정하고, 특정한 제어 스텝을 하위 제어부(410)에 송신한다. 하위 제어부(410)는, 제어부(MC)(401)로부터 수신한 제어 스텝에 기초하여, 대응하는 특정 엔드 디바이스(201)를 제어한다. 그 결과, 레시피 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 제어부(MC)(401)는, 특정한 제어 스텝의 완료 후에, 다른 제어 스텝에 기초하여, 하위 제어부(410)가 제어하지 않는 엔드 디바이스(201)를 제어한다. 그 결과, 고속 제어를 요하지 않는 제어 스텝을 제어부(401)가 실행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 특정 엔드 디바이스(201)는, 기판을 수용하는 처리 용기(1) 내에 공급되는 처리 가스의 종류에 대응해서 복수 계통에 마련된 가스 공급로 각각에 배치되어, 가스 공급로의 개폐를 행하는 복수의 챔버 밸브(37, 47, 57, 67)이다. 그 결과, 처리 가스를 고속이면서 또한 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 특정한 제어 스텝은, 반복 처리를 행하는 범위의 제어 스텝이다. 그 결과, 반복 처리에 있어서 처리 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 특정한 제어 스텝은, 다른 제어 스텝보다 고속의 제어를 요하는 제어 스텝이다. 그 결과, 고속 제어를 요하는 제어 스텝에서 처리 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 특정한 제어 스텝은, 1ms 단위로 제어되는 제어 스텝이다. 그 결과, 1ms 단위로 처리 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 하위 제어부(410)는, 대응하는 특정 엔드 디바이스(201)를 감시하고, 감시 데이터를 기억한다. 그 결과, 트러블 발생 시에 감시 데이터를 검증할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 특정 엔드 디바이스(201)는, 기판을 수용하는 처리 용기(1) 내에 플라스마를 발생시키는 고주파 전원(79)을 포함한다. 그 결과, 플라스마 착화를 고속이면서 또한 정밀하게 제어할 수 있다.
금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 서멀 ALD법을 사용하는 처리 장치(100)를 예로 들어 설명했지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 처리 장치(100)는, 고주파 전원(79)을 포함하는 PEALD법을 사용해서 웨이퍼(W)에 대하여 처리를 행하는 장치여도 되고, 이 경우, 플라스마원은, 예를 들어 용량 결합형 플라스마, 유도 결합 플라스마, 마이크로파 플라스마, 마그네트론 플라스마 등, 임의의 플라스마원을 사용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판을 처리하는 처리 장치이며,
    복수의 엔드 디바이스와,
    상기 복수의 엔드 디바이스 중에서 특정의 엔드 디바이스를 제어하는 하위 제어부와,
    상기 기판을 처리하는 레시피를 실행하여, 상기 레시피의 복수의 제어 스텝 중, 특정 조건을 충족하는 제어 스텝을 특정하고, 특정한 상기 제어 스텝을 상기 하위 제어부에 송신하는 모듈 제어부를 포함하고,
    상기 하위 제어부는, 상기 모듈 제어부로부터 수신한 상기 제어 스텝에 기초하여, 상기 특정의 엔드 디바이스를 제어하고,
    상기 모듈 제어부는, 특정한 상기 제어 스텝의 완료 후에, 다른 제어 스텝에 기초하여, 상기 하위 제어부가 제어하지 않는 상기 엔드 디바이스를 제어하고,
    특정한 상기 제어 스텝은, 다른 제어 스텝보다 고속의 제어를 요하는 제어 스텝인,
    처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 특정의 엔드 디바이스는, 상기 기판을 수용하는 처리 용기 내에 공급되는 처리 가스의 종류에 대응해서 복수 계통에 마련된 가스 공급로 각각에 배치되어, 상기 가스 공급로의 개폐를 행하는 복수의 밸브인, 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 특정한 상기 제어 스텝은, 반복 처리를 행하는 범위의 제어 스텝인, 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 특정한 상기 제어 스텝은, 1ms 단위로 제어되는 제어 스텝인, 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하위 제어부는, 상기 특정의 엔드 디바이스를 감시하고, 감시 데이터를 기억하는, 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 특정의 엔드 디바이스는, 상기 기판을 수용하는 처리 용기 내에 플라스마를 발생시키는 고주파 전원을 포함하는, 처리 장치.
  9. 기판을 처리하는 처리 장치의 모듈 제어부에 의한 처리 방법이며,
    상기 기판을 처리하는 레시피의 복수의 제어 스텝 중, 특정 조건을 충족하는 제어 스텝을 특정하는 것과,
    특정한 상기 제어 스텝을, 특정 엔드 디바이스를 제어하는 하위 제어부에 송신하는 것과,
    상기 기판을 처리하는 레시피를 실행할 때, 상기 특정한 상기 제어 스텝에 대해서, 상기 하위 제어부에, 상기 특정 상기 엔드 디바이스를 제어시키는 것과,
    특정한 상기 제어 스텝의 완료 후에, 다른 제어 스텝에 기초하여, 상기 하위 제어부가 제어하지 않는 상기 엔드 디바이스를 제어하는 것을 갖고,
    특정한 상기 제어 스텝은, 다른 제어 스텝보다 고속의 제어를 요하는 제어 스텝인,
    을 갖는 처리 방법.
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