KR20040101197A

KR20040101197A - 성막 방법

Info

Publication number: KR20040101197A
Application number: KR10-2004-7010368A
Authority: KR
Inventors: 마쯔우라히로유끼; 다까하시유따까
Original assignee: 도쿄 엘렉트론 가부시키가이샤
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-12-02
Also published as: CN1643667A; CN1315161C; TWI269386B; EP1501121A1; JP2003318172A; US20050159013A1; TW200308027A; WO2003090271A1

Abstract

성막 방법은 예비 스테이지(S10)와 처리 스테이지(S20)를 포함한다. 예비 스테이지(S10)에서는 성막과 처리 시간의 관계를 나타내는 제1 관계식 및 대기압과 막 두께의 관계를 나타내는 제2 관계식을 기초로 대기압에 대응하여 처리 시간을 보정하기 위한 처리 시간 보정식이 도출된다(S11 내지 S14). 처리 스테이지(S20)에서는 도출된 처리 시간 보정식 및 현재의 대기압의 측정 결과를 기초로 하여 처리 시간이 보정되고, 보정된 처리 시간을 기초로 하여 성막이 행해진다(S21 내지 S23).

Description

성막 방법{FILM FORMATION METHOD}

반도체 제조 프로세스에 있어서, 반도체 웨이퍼에의 성막을 행하는 장치 중 하나로 배치 처리를 행하는 종형 열 처리 장치가 있다. 이 장치에서는 웨이퍼 보트 등의 보유 지지구에 다수매의 웨이퍼를 선반형으로 보유 지지한다. 이 보유 지지구를 종형의 열 처리로 속으로 반입하여 산소 등의 반응 가스를 공급하여 성막을 행한다. 열 처리 장치 내에 공급하는 반응 가스의 가스 종류에 따라서 웨이퍼 상에 산화막 등을 형성할 수 있다.

열 처리로 내의 가스압은 대기압을 기준으로 측정되는 것이 통례이다. 예를 들어, 대기압과의 차압을 기초로 가스압을 측정하는 상대압 센서가 이용된다. 이로 인해, 대기압과 열 처리로 내의 가스압(절대압)과의 양방이 변동한 경우에는, 측정치 상에서는 열 처리로 내의 가스압의 변동을 확인할 수 없는 경우가 있다. 이 결과, 대기압의 변동에 기인하여 형성되는 막 두께가 변동될 가능성이 있다.

본 발명은 성막 방법, 성막 처리 시간 보정식의 도출 방법, 성막 장치 및 도출 방법의 프로그램에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 처리용 성막 방법의 개량에 관한 것이다. 또, 여기서, 반도체 처리라 함은, 반도체 웨이퍼나 LCD 기판 등의 피처리 기판 상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써 상기 피처리 기판 상에 반도체 디바이스나, 반도체 디바이스에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해 실시되는 다양한 처리를 의미한다.

도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 반도체 처리용 성막 장치인 종형 열 처리 장치를 도시하는 일부 단면도.

도2는 대기압에 의한 막 두께의 변동을 방지하기 위한 순서의 일례를 나타내는 흐름도.

도3은 막 두께-처리 시간 관계식의 일례를 나타내는 그래프.

도4는 대기압-막 두께 관계식의 일례를 나타내는 그래프.

도5는 대기압-처리 시간 관계식의 일례를 나타내는 그래프.

도6은 보정 처리 시간 관계식의 일례를 나타내는 그래프.

본 발명은 성막 처리에 있어서 대기압의 변동에 기인하는 막 두께의 변동을 저감시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 시점에 따르면, 성막 방법이 제공되고, 이는 성막 방법이며, 예비 스테이지와 처리 스테이지를 구비한다. 상기 예비 스테이지는 다른 처리 시간에 각각의 막을 형성하는 제1 성막 스텝과, 상기 제1 성막 스텝에서 형성된 막의 막 두께를 측정하는 제1 측정 스텝과, 상기 제1 측정 스텝에서 측정된 측정 데이터를 기초로 막 두께와 처리 시간의 관계를 나타내는 제1 관계식을 도출하는 제1 도출 스텝과, 다른 대기압을 기준으로 처리 가스압을 제어하여 각각의 막을 형성하는 제2 성막 스텝과, 상기 제2 성막 스텝에서 형성된 막의 막 두께를 측정하는 제2 측정 스텝과, 상기 제2 측정 스텝에서 측정된 측정 데이터를 기초로 대기압과 막 두께의 관계를 나타내는 제2 관계식을 도출하는 제2 도출 스텝과, 상기 제1 및 제2 도출 스텝에서 도출된 상기 제1 및 제2 관계식을 기초로 하여 대기압의 변동에 따라서 처리 시간을 보정하기 위한 처리 시간 보정식을 도출하는 제3 도출 스텝을 구비한다. 상기 처리 스테이지는 현재의 대기압의 측정 결과 및 상기 제3 도출 스텝에서 산출된 상기 처리 시간 보정식을 기초로 처리 시간을 보정하는 보정 스텝과, 상기 보정 스텝에서 보정된 처리 시간을 기초로 대기압을 기준으로 처리 가스압을제어하여 막을 형성하는 성막 스텝을 구비한다.

제1 시점에 관한 방법에 있어서, 상기 예비 스테이지에서는 막 두께와 처리 시간의 관계를 나타내는 제1 관계식 및 대기압과 막 두께의 관계를 나타내는 제2 관계식을 기초로 대기압에 대응하여 처리 시간을 보정하기 위한 처리 시간 보정식이 도출된다. 상기 처리 스테이지에서는 도출된 처리 시간 보정식 및 현재의 대기압의 측정 결과를 기초로 하여 처리 시간이 보정되고, 보정된 처리 시간을 기초로 하여 성막이 행해진다. 이와 같이 처리 시간 보정식을 기초로 하여 대기압에 대응하여 처리 시간이 보정되므로, 대기압의 변동에 기인하는 막 두께의 변동을 저감시킬 수 있다.

여기서 말하는「대기압을 기준으로 처리 가스압을 제어」하는 것으로는, 예를 들어 대기압을 기준으로 하는 가스압 측정기(일례로서, 대기압과의 차압을 기초로 가스압을 측정하는 상대압 센서)에 의해 처리실 내의 가스압을 제어하는 것을 예로 들 수 있다. 이 제어는 수동 및 자동 중 어느 것으로 행해져도 좋다. 예를 들어, 처리실 내에의 가스의 유량, 처리실 내로부터의 배기량 중 어느 하나, 또는 양방을 조절함으로써 처리실 내의 가스압을 제어할 수 있다.

또, 제1 성막 스텝, 제1 측정 스텝, 제1 측정 스텝과 제2 성막 스텝, 제2 측정 스텝, 제2 측정 스텝의 전후 관계는 그렇게 문제가 되지 않는다. 예를 들어 제1 성막 스텝에 앞서서 제2 성막 스텝을 실행해도, 제1 측정 스텝에 앞서서 제2 측정 스텝을 실행해도, 혹은 제1 도출 스텝에 앞서서 제2 도출 스텝을 실행해도 좋다. 결국 제3 도출 스텝시에 제1 및 제2 관계식의 양방이 도출되어 있으면 된다.

본 발명의 제2 시점에 따르면, 대기압을 기준으로 처리 가스압을 제어하여 성막을 행할 때의 처리 시간을 대기압의 변동에 따라서 보정하기 위한 처리 시간 보정식을 도출하는 성막 처리 시간 보정식의 도출 방법이 제공되고, 이는 제1 측정 데이터를 기초로 막 두께와 처리 시간의 관계를 나타내는 제1 관계식을 도출하는 제1 도출 스텝과, 제2 측정 데이터를 기초로 대기압과 막 두께의 관계를 나타내는 제2 관계식을 도출하는 제2 도출 스텝과, 상기 제1 및 제2 도출 스텝에서 도출된 상기 제1 및 제2 관계식을 기초로 대기압의 변동에 따라서 처리 시간을 보정하기 위한 처리 시간 보정식을 도출하는 제3 도출 스텝을 구비한다.

본 발명의 제3 시점에 따르면, 성막 장치가 제공되고, 이 기판을 배치하는 처리실과, 상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 가스 공급계와, 대기압을 측정하는 대기압 측정기와, 대기압의 변동에 대응하여 처리 시간을 보정하기 위한 처리 시간 보정식을 기억하는 기억부와, 상기 기억부에 기억된 처리 시간 보정식을 기초로 하여 처리 시간을 보정하는 처리 시간 보정부와, 상기 대기압 측정기에 의한 측정 결과 및 상기 처리 시간 보정부에 의해 보정된 처리 시간을 기초로 하여 상기 가스 공급계를 제어하는 제어부를 구비한다.

제3 시점에 관한 장치에 있어서, 가스압 측정기에 의한 측정 결과를 기초로 처리 시간 보정부에 의한 처리 시간의 보정이 행해지고, 보정된 처리 시간을 기초로 성막 처리가 행해진다. 이 결과, 대기압의 변동에 기인하는 막 두께의 변동을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 이하에 설명한다.

도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 반도체 처리용 성막 장치인 종형 열 처리 장치를 도시하는 일부 단면도이다. 종형 열 처리 장치(10)는 도1에 도시한 바와 같이, 예를 들어 석영으로 만들어지고, 상단부가 막힌 반응관(12)을 갖는다. 반응관(12) 내에는 다수매, 예를 들어 150매의 기판을 이루는 반도체 웨이퍼(W)(제품 웨이퍼)가 각각 수평한 상태에서 상하로 간격을 두고 보유 지지구인 웨이퍼 보트(13)에 선반형으로 적재된다. 웨이퍼 보트(13)는 덮개 부재(14) 상에 보온통(단열체)(15)을 거쳐서 보유 지지된다.

덮개 부재(14)는 웨이퍼 보트(13)를 반응관(12) 내로 반입, 반출하기 위한 보트 엘리베이터(16) 상에 탑재된다. 덮개 부재(14)는 상한 위치에 있을 때, 반응관(12)으로 구성되는 처리 용기의 하단부 개구부를 폐색하는 역할을 갖는다.

반응관(12)의 주위에는 예를 들어 저항 가열체로 이루어지는 히터(17)가 배치되고, 전력 제어기(18)에 의해 발열량이 제어된다. 반응관(12)의 내벽에는 열전대 등의 온도 센서(S)가 설치되어(도시하지 않음), 가열로 내의 온도가 측정된다.

반응관(12)에는 반응관(12) 내에 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(21)이 접속된다. 가스 공급관(21) 상에는 수소 가스와 산소 가스를 혼합하여 연소하는 연소실(23)이 배치된다. 연소실(23)에서 수소 가스와 산소 가스로부터 생성된 수증기(반응 가스)는 질소 가스(캐리어 가스)와 혼합되어 가스 공급관(21)으로부터 반응관(12) 내에 공급된다.

수소 가스, 산소 가스, 질소 가스의 유량은, 예를 들어 질량 유량 제어기 등의 유량 조정기(도시하지 않음)에 의해 개별적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 수소 가스의 공급을 정지함으로써 반응 가스로서 수증기 대신에 산소 가스를 이용하는 것이 가능해진다. 또한, 반응 가스(수증기 또는 산소)와 캐리어 가스(질소 가스)의 혼합비를 적절히 변경할 수도 있다.

반응관(12)에는 또한 반응관(12) 내를 배기하기 위한 배기관(31)이 접속된다. 배기관(31)은 도중에서 배관(32, 33)의 2방향으로 나누어진다. 배관(32)은 배기를 냉각하는 냉각기(34), 밸브(35)를 경유하여 공장 내 배기 계통(도시하지 않음)에 접속된다. 한편, 배관(33)은 배기에 포함되는 물을 포획하는 트랩(36), 밸브(37)를 경유하여 공장 내 배수 계통(도시하지 않음)에 접속된다. 트랩(36)에 포획된 물은 밸브(37)를 개방함으로써 공장 내 배수 계통으로 배출된다.

배기 배관(32)의 도중에는 반응관(12) 내의 압력을 측정하기 위해 압력센서(38)가 접속된다. 압력 센서(38)는 대기압을 기준으로 하여 반응관(12) 내의 압력을 측정한다. 구체적으로는, 압력 센서(38)는 대기압과의 차압을 기초로 반응관(12) 내의 압력을 측정하는 상대압 측정기이다.

반응관(12) 내의 압력은 반응 가스 및 캐리어 가스의 유량을 조절하는 것 또는 밸브(35)의 개폐량을 변화시켜 반응관(12)으로부터의 배기량을 조절함으로써 제어할 수 있다. 가스 유량과 배기량의 밸런스에 의해 반응관(12) 내의 압력이 정해진다. 또, 가스 유량과 배기량의 양방을 변화시켜 반응관(12) 내의 압력을 제어해도 좋다.

이와 같은 반응관(12) 내의 압력 제어시에 압력 센서(38)의 측정 결과가 참조된다. 즉, 압력 센서(38)의 측정 결과를 기초로 반응관(12) 내의 압력이 제어된다. 압력 센서(38)의 측정 결과를 기초로 하는 반응관(12) 내의 압력 제어는 수동에 의해 행할 수도 있고, 후술하는 정보 처리 유닛(100) 등으로 자동적으로 행하는 것도 가능하다.

열 처리 장치(10)는 대기의 압력을 측정하는 대기압 센서(40)를 갖는다. 후술하는 바와 같이, 대기압 센서(40)에 의한 대기압의 측정 결과를 기초로 하여 처리 시간을 보정한다. 이에 의해, 대기압의 변동을 기초로 하는 막 두께의 변동을 방지할 수 있다.

또한, 열 처리 장치(10)는 성막 처리를 제어하기 위한 정보 처리 유닛(100)을 갖는다. 예를 들어, 정보 처리 유닛(100)은 반응관(12) 내의 가스 유량, 압력, 반응관(12) 내의 처리 분위기의 온도 등의 처리 변수를 제어한다. 정보 처리유닛(100)은 전력 제어기(18) 등에 제어 신호를 출력한다.

<정보 처리 유닛(100)의 상세>

정보 처리 유닛(100)은 근사식 기억부(101), 변수 기억부(102), 보정 처리 시간 산출부(103), 제어부(104)를 갖는다.

근사식 기억부(101)는 대기압의 변동에 대응하여 처리 시간의 보정을 행하기 위한 보정 처리 시간 관계식으로서의 근사식을 기억한다. 본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이 보정 처리 시간 관계식이 1차 근사식으로서 나타나므로, 근사식 기억부(101)에 기억된 근사식의 형식은 1차식이다.

변수 기억부(102)는 근사식 기억부(101)에 기억된 보정 처리 시간 관계식으로서의 근사식에 대응하는 변수를 기억한다. 여기서는, 근사식이 1차식이므로 최저 2개의 변수의 세트를 기억하게 된다. 이 세트는 2개 이상의 변수로 구성되어도 좋다. 변수 기억부(102)에 보정 처리 시간 관계식을 적용할 수 있는 처리 조건을 함께 기억해도 좋다.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 근사식 기억부(101)와 변수 기억부(102)를 병합함으로써 보정 처리 시간 관계식을 기억하는 기억부가 구성된다.

보정 처리 시간 산출부(103)는 대기압에 대응하여 보정된 처리 시간을 산출하는 것이고, 처리 시간 보정부로서 기능한다. 이 산출시에 대기압 센서(40)의 측정 결과가 이용된다.

제어부(104)는 보정 처리 시간 산출부(103)에 의해 산출된 보정 처리 시간등을 기초로 하여 전력 제어기(18)를 제어한다. 또, 제어부(104)가 유량 조정기(도시하지 않음)를 조절함으로써 목표로 하는 가스압 P의 제어를 행해도 좋다.

<대기압의 변동에 기인하는 막 두께의 변동을 방지하는 순서의 상세>

본 실시 형태에서는 대기압에 대응하여 처리 시간을 보정함으로써, 대기압의 변동에 기인하는 막 두께의 변동을 방지한다. 도2는 대기압에 의한 막 두께의 변동을 방지하기 위한 순서를 나타내는 흐름도이다. 도2에 도시한 바와 같이, 막 두께의 변동 방지의 순서는 스테이지 S10, 스테이지 S20으로 구분할 수 있다. 스테이지 S10에서는, 대기압과 보정된 처리 시간의 관계를 나타내는 관계식(보정 처리 시간 관계식)의 도출을 행한다. 스테이지 S20에서는, 도출된 보정 처리 시간 관계식을 이용하여 웨이퍼(W)에의 성막을 행한다.

A. 스테이지 S10 : 보정 처리 시간 관계식의 도출

스테이지 S10은 도2에 도시한 바와 같이 스텝 S11 내지 스텝 S14로 다시 구분할 수 있다. 이하, 스텝 S11 내지 스텝 S14로 구분하여 상세하게 설명한다.

스텝 S11:

열 처리 장치(10)에 의해 열 처리된 웨이퍼(W)의 막 두께 X와 처리 시간 T와의 관계를 나타내는 막 두께-처리 시간 관계식(X-T 관계식)을 도출한다. 이 도출은 이하의 서브 스텝 S11-1 내지 S11-3의 순서로 행한다.

서브 스텝 S11-1:

열 처리 장치(10)를 이용하여 다른 처리 시간에 복수의 웨이퍼(W)를 각각 열 처리한다. 즉, 복수의 웨이퍼(W)를 각각 처리 시간을 다르게 하여 열 처리(성막처리)한다.

본 실시 형태에서는 막 두께-처리 시간 관계식에 1차 근사식을 이용한다. 이로 인해, 이론적으로는 처리 시간을 2단계로 변화시키면 된다. 그러나, 정확한 막 두께-처리 시간 관계식을 도출하기 위해서는, 처리 시간을 3단계 이상으로 변화시키고, 또한 샘플이 되는 웨이퍼(W)의 매수도 많은 쪽이 바람직하다.

이 열 처리시에 대기압 P가 대략 일정해지도록 한다. 이는, 후의 서브 스텝 S11-3에서 도출하는 막 두께-처리 시간 관계식에 대기압의 변동이 영향을 받지 않도록 하기 위해서이다. 이 때의 대기압 P는 후술하는 기준 대기압 Pr에 가까운 것이 바람직하지만, 반드시 이에 구속되는 것은 아니다.

이 열 처리를 행하는 열 처리 장치는 스테이지 S20에서 성막을 행하기 위한 열 처리 장치(10) 그 자체인 것이 바람직하다. 그러나, 동일 타입의 열 처리 장치를 대신해서 이용할 수도 있다.

서브 스텝 S11-2 :

열 처리된 웨이퍼(W)의 막 두께를 측정한다. 이 막 두께 측정은 예를 들어 엘리프소미터 등의 광학적인 방법을 이용하여 행할 수 있다.

서브 스텝 S11-3 :

막 두께의 측정 결과를 기초로, 막 두께-처리 시간 관계식을 도출한다. 이 관계식의 일례를 도3에 그래프 G1로서 나타낸다. 여기서는, 처리 시간을 T1, T2로 2단계로 변화시켰을 때의 웨이퍼(W)의 막 두께가 각각 X1, X2인 것으로 하여, 1차 근사로서의 막 두께-처리 시간 관계식을 도출하고 있다. 이 관계식은 시간 T, 막두께 X로 하였을 때, 구체적으로는 이하의 수학식 (1)과 같이 나타낸다. 또, 이미 서술한 바와 같이, 처리 시간의 변화수 및 웨이퍼(W)의 개수가 많은 쪽이 바람직하다. 이 경우, 제곱 평균법 등의 통계적인 방법을 이용하여 보다 정확한 근사식을 도출할 수 있다.

[수학식 1]

T ＝ A * X ＋ B

여기서 1차 근사를 이용하고 있는 것은, 처리 시간의 변화폭이 있을 정도로 제한되어 있으면 측정 결과보다 확실하게 1차 근사로 나타낼 수 있기 때문이다.

예를 들어, 산화막에는 Deal-Grove의 식이 알려져 있다. 이 경우, 처리 시간 T에 대해 막 두께 X는 이하의 수학식 (2)와 같은 2차식으로 되어 있다.

[수학식 2]

X2 ＋ K1 * X ＝ K2(T ＋ τ)

수학식 (2)는 이론적 견지로부터 요구된 것이지만, 현실의 측정 결과를 모두 설명할 수 있는 것은 아니다. 즉, 측정 결과를 기초로 하여 수학식 (2)의 변수 K1, K2, T를 산출하려고 해도 산출이 곤란한 경우가 있다(이른바 커브 피팅을 할 수 없음).

이상으로부터, 본 실시 형태에 있어서는 취급이 용이한 1차 근사식에 의해 막 두께-처리 시간 관계식을 나타낸다. 이 관계식이 처리 시간에 대한 막 두께가 아니라(횡축 : 처리 시간), 막 두께에 대한 처리 시간(횡축 : 막 두께)인 것은 후술하는 바와 같이 막 두께의 변화를 처리 시간으로서 환산하는 것을 용이하게 하기위해서이다. 단, 이는 본질적인 것은 아니며, 처리 시간에 대한 막 두께의 관계식으로서 도출해도 좋다.

스텝 S12 :

대기압 P와 열 처리 장치(10)에 의해 열 처리된 웨이퍼(W)의 막 두께(X)와의 관계를 나타내는 대기압-막 두께 관계식(P-X 관계식)을 도출한다. 이 도출은 이하의 서브 스텝 S12-1 내지 S12-3의 순서로 행한다.

서브 스텝 S12-1 :

다른 대기압 P에 있어서, 소정의 처리 시간에 웨이퍼(W)를 열 처리 장치(10)에 의해 열 처리한다. 즉, 복수의 웨이퍼(W)를 각각 다른 대기압시에 열 처리한다. 이 소정의 처리 시간은 후술하는 기준 처리 시간 Tr에 가까운 것이 바람직하지만, 반드시 이에 구속되는 것은 아니다.

또, 막 두께-처리 시간 관계식의 경우와 마찬가지로, 대기압-막 두께 관계식에 1차 근사식을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 정확하게 관계식을 도출하기 위해 처리 시간을 3단계 이상으로 변화시키고, 또한 샘플이 되는 웨이퍼(W)의 매수도 많은 쪽이 바람직하다. 또한, 이 열 처리를 행하는 열 처리 장치는 스텝 S11과 마찬가지로 스테이지 S20에서 성막을 행하기 위한 열 처리 장치(10) 그 자체인 것이 바람직하다. 그러나, 동일 타입의 열 처리 장치를 대신해서 이용할 수도 있다.

서브 스텝 S12-2 :

열 처리된 웨이퍼(W)의 막 두께를 측정한다. 이 막 두께 측정은 스텝 S11과 같은 엘리프소미터 등의 광학적인 방법을 이용하여 행할 수 있다.

서브 스텝 S12-3 :

막 두께의 측정 결과를 기초로 대기압-막 두께 관계식을 도출한다. 이 관계식의 일례를 도4에 그래프 G2로서 나타낸다. 여기서는, 대기압을 P1, P2 2단계로 변화시켰을 때의 웨이퍼(W)의 막 두께가 각각 X3, X4인 것으로 하여, 1차 근사로서의 막 두께-처리 시간 관계식을 도출하고 있다. 이 관계식은 대기압 P, 막 두께 X라 하였을 때, 구체적으로는 이하의 수학식 (3)과 같이 나타낸다. 또, 스텝 S11과 마찬가지로, 대기압 변화의 단계수 및 웨이퍼(W)의 개수를 많게 하여 제곱 평균법 등의 통계적인 방법을 이용하여 보다 정확한 근사식을 도출하는 쪽이 바람직하다.

[수학식 3]

X ＝ F * P ＋ C

스텝 S13 :

대기압 P와 처리 시간 T의 관계를 나타내는 대기압-처리 시간 관계식, (P-T 관계식)을 도출한다. 이 도출은 수학식 (3)을 수학식 (1)에 대입함으로써 행할 수 있다. 수학식 (3)을 수학식 (1)에 대입하면, 이하의 수학식 (4)가 도출된다.

[수학식 4]

T ＝ A * (F * P ＋ C) ＋ B

＝ A * F * P ＋ A * C ＋ B

여기서, α ＝ A * F, β ＝ A * C ＋ B로 두면, 이하의 수학식 (5)가 도출된다.

[수학식 5]

T ＝ α* P ＋ β

수학식 (5)에서 나타낸 대기압-처리 시간 관계식은 수학식 (1)에 수학식 (3)을 대입한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 대기압 P에 의해 생기는 막 두께 P의 변동을 처리 시간 T로 환산하여 나타낸 것이다. 이 대기압-처리 시간 관계식의 일례를 도5에 그래프 G3으로서 나타낸다.

이 대기압-처리 시간 관계식(그래프 G5)은 기준 대기압 Pr, 기준 처리 시간 Tr을 통과하는 직선으로서 나타낸다. 그 유효 범위는 대기압 Pmin 내지 Pmax(처리 시간 Tmin 내지 Tmax)로 되어 있다.

대기압-처리 시간 관계식의 유효 범위가 정해져 있는 것은, 이 관계식[수학식 (5)]이 1차 근사식인 수학식(1), 수학식 (3)을 기초로 하여 산출된 것을 고려한 것이다. 1차 근사식은 기준치(이 경우에는, 기준 대기압 Pr, 기준 처리 시간 Tr)로부터 벗어날수록 실측치와의 어긋남이 커진다. 이로 인해, 기준치로부터 어느 정도의 폭 이내에서 수학식 (5)를 적용함으로써, 실제의 값과의 차이가 생기는 것을 억제하고 있다.

기준 대기압 Pr은 어느 정도 임의로 결정할 수 있다. 그러나, 스텝 S13에서 대기압-처리 시간 관계식의 도출에 이용한 대기압 P의 범위 내, 또한 실제로 발생할 수 있는 대기압 P의 범위의 중심치에 가까운 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이는, 대기압-처리 시간 관계식의 유효성을 보다 확실하게 하기 위해서이다.

대기압-처리 시간 관계식의 유효 범위는, 예를 들어 도4에 나타내는 대기압-막 두께 관계식(근사식)이 실측치와 어느 범위에서 일치하고 있는지 여부를 기초로하여 정할 수 있다. 또한, 편의적인 방법으로서 기준 대기압 Pr에 대한 비율을 기초로 하여 정할 수 있다. 이 일례로서, 이하의 수학식 (6)을 나타낼 수 있다. 경험상, 기준 대기압 Pr에 대해 10 ％ 정도의 범위 내이면, 대기압에 대한 막 두께(처리 시간으로 환산)의 변화의 직선성을 확보할 수 있다.

[수학식 6]

Pmax ＝ Pr ＋ 0.1 * Pr

Pmin ＝ Pr － 0.1 * Pr

처리 시간의 범위 Tmin, Tmax는 대기압의 범위 Pmin, Pmax로부터 이하의 수학식 (7)에서 자동적으로 정해진다. 또, 수학식 (7)에 있어서, T(P)는 전술한 수학식 (5)로 나타낸다.

[수학식 7]

Tmax ＝ T(Pmax)

Tmin ＝ T(Pmin)

스텝 S14 :

대기압 P에 대해 보정한 처리 시간 Tc를 나타내는 보정 처리 시간 관계식[Tc(P)]을 도출한다. 이 관계식을 도출하는 사고 방식을 도6에 나타낸다. 여기서, 그래프 G3, Gc는 각각 대기압-처리 시간 관계식(스텝 S13에서 도출 완료) 및 지금부터 도출하는 보정 처리 시간 관계식[Tc(P)]을 나타낸다.

이미 서술한 바와 같이, 보정 처리 시간 관계식은 대기압 P의 변동에 대응하여 처리 시간을 보정함으로써, 대기압의 변동에 기인하는 막 두께의 변동을 방지하기 위한 것이다. 구체적으로는, 대기압이 기준치(기준 대기압 Pr)로부터 증가하였을 때에 처리 기간을 기준치(기준 처리 시간 Tr)보다 감소시킨다. 대기압이 기준치보다 감소하였을 때에 처리 시간을 기준치보다 증가시킨다. 이에 의해, 대기압 P의 변동에 대응할 수 있다. 즉, 보정 처리 시간 관계식을 나타내는 그래프 Gc는 기준 대기압 Pr, 기준 처리 시간 Tr을 통해 그래프 G3과 기울기의 정부(正負)가 반대로 되어 있다.

대기압 P일 때의 처리 시간(실제로는 막 두께를 처리 시간으로 환산한 것)을 T, 보정 처리 시간을 Tc라 한다. 여기서, 그래프 G3, Gc의 기울기의 정부가 역회전하고 있으므로, 이하의 수학식 (8)을 도출할 수 있다.

[수학식 8]

T － Tr ＝ Tr － Tc

수학식 (8)로부터 이하와 같이 하여 보정 처리 시간 Tc를 나타내는 이하의 수학식 (9)를 도출할 수 있다. 또, 수학식 (9)의 도출에 있어서는, 수학식 (4)를 대입하는 동시에, γ ＝ 2Tr － β로 정의하고 있다.

[수학식 9]

Tc(P) ＝ Tc

＝ 2Tr － T

＝ 2Tr －(α* P ＋ β)

＝－α* P ＋ (2Tr － β)

＝－α* P ＋ γ

수학식 (9)는 Pr을 이용하여 변형하여 이하의 수학식 (9-1)로 할 수도 있다.

[수학식 9-1]

Tc(P) ＝ 2Tr － T

＝ 2(α* Pr ＋ β) － (α* P ＋ β)

＝－α* P ＋ (2α* Pr ＋ β)

＝－α* P ＋ γ

수학식 (9), (9-1)은 Tr ＝ α* Pr ＋ β의 관계가 있으므로, 어떠한 것으로 해도 동일한 형으로 나타난다.

이미 서술한 바와 같이 보정 처리 시간 관계식은 근사식이고, 그 유효 범위가 어느 정도 한정된다. 이로 인해, 목표 막 두께 등의 성막 조건(레시피)마다 보정 처리 시간 관계식을 별도로 도출하여 성막 조건에 따라서 적절한 보정 처리 시간 관계식을 선택하는 것이 바람직하다.

이상에 나타낸 스텝 S11 내지 스텝 S14에 있어서, 열 처리는 이미 서술한 바와 같이 원칙적으로 스테이지 S20에서의 성막을 행하는 열 처리 장치(10)(그 자체 또는 동일한 타입)에 의해 행해지는 것이 바람직하다.

관계식의 도출은 컴퓨터를 이용하여 행하는 것이 편리하다. 관계식의 도출에 수반하여, 도3 내지 도6과 같은 그래프 표시에 의해 실측치(막 두께 등)와 관계식의 대응 관계를 나타내도 좋다.

컴퓨터로서는, 열 처리 장치(10)에 직접적인 관련이 있는 것[예를 들어, 열 처리 장치(10)의 정보 처리 유닛(100), 혹은 열 처리 장치(10)에 네트워크로 접속된 호스트 컴퓨터]을 사용할 수 있다. 또한, 컴퓨터로서 열 처리 장치(10)에 직접적인 관련성이 없는 것을 이용할 수도 있지만, 열 처리 장치(10)와 통신 가능하면 다음 스텝 S21[열 처리 장치(10)에의 보정 처리 시간 관계식의 도입]이 용이해진다.

컴퓨터에 이용하는 소프트웨어로서는, 전용 또는 범용의 소프트웨어 중 어느 것이라도 좋다. 본 실시 형태에 이용하는 범용의 소프트웨어의 일례로서, MICRO SOFT사의「Excel」을 예로 들 수 있다.

도출된 보정 처리 시간 관계식은 수학식 (9)의 변수 α, γ로 나타낸다. 또한, 기준치(기준 대기압 Pr, 기준 처리 시간 Tr 중 어느 하나 또는 양방)나 유효 범위(처리 시간의 범위 : Tmin, Tmax, 대기압의 범위 : Pmin, Pmax)도 보정 처리 시간 관계식을 오류 없이 이용하는 데 의의가 있다. 즉, 기준치에 가까울수록 보정 처리 시간 관계식의 신뢰성이 높고, 유효 범위 밖에서는 그 신뢰성을 보증하기 어려워진다.

여기서, 변수 α, γ는 변수 A, B, F, C로부터 도출된다. 이로 인해, 변수 α, γ 대신에 변수 A, B, F, C를 이용하여 보정 처리 시간 관계식을 나타내도 좋다. 이상으로부터, 일례로서 변수 A, B, F, C, 기준 처리 시간 Tr에 의해 보정 처리 시간 관계식 및 그 유효 범위를 나타낼 수 있다. 또, 유효 범위가 수학식 (6), 수학식 (7)로 나타낸 바와 같이 기준 처리 시간 Tr에 의해 나타내어지면, 유효 범위에 관한 변수(Pmin, Pmax 등)를 별도로 이용할 필요는 없다.

B. 스테이지 S20 : 도출된 보정 시간 관계식을 이용한 성막

스테이지 S20은 도3에 도시한 바와 같이 스텝 S21 내지 스텝 S23으로 다시 구분할 수 있다. 이하, 스텝 S21 내지 스텝 S23으로 구분하여 설명한다.

스텝 S21:

열 처리 장치(10)에 보정 시간 관계식을 도입한다. 이는 보정 시간 관계식에 관한 변수(예를 들어, 변수 A, B, F, C, 기준 처리 시간 Tr)를 변수 기억부(파라메터블)(102)에 기억시킴으로써 행할 수 있다. 구체적으로는, 기억 매체(가요성 디스크, CD-ROM 등)나 네트워크를 통해 정보 처리 유닛(100)에 변수를 기억시킨다.

이미 서술한 바와 같이, 변수 기억부(102)에는 목표 막 두께 등의 성막 조건(레시피)마다 복수의 보정 처리 시간 관계식을 기억시켜 성막 조건에 따라서 적절한 보정 처리 시간 관계식을 선택하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 성막 조건을 식별하여 그 선택을 가능하게 하기 위한 어떠한 정보(변수 등)를 변수 기억부(102)에 기억시키는 것이 바람직하다.

정보 처리 유닛(100)의 근사식 기억부(101)에는 변수를 대입하는 기초가 되는 근사식이 기억된다. 이로 인해, 변수만을 변수 기억부(102)에 기억시킴으로써 보정 처리 시간 관계식을 구성하는 것이 가능해진다.

스텝 S22 :

실제로 성막 처리를 개시할 때(바람직하게는 스텝 S23의 직전)의 현재의 대기압에 대응하는 보정 처리 시간을 산출한다. 이 산출에 앞서서 대기압 센서(40)에 의한 대기압의 측정이 행해진다. 그리고, 변수 기억부(102)에 기억된 보정 처리 시간 관계식용 변수(예를 들어, 변수 A, B, F, C, 기준 처리 시간 Tr)를 근사식기억부(101)에 기억된 근사식(1차 근사식)에 대입하여 보정 처리 시간 관계식을 도출한다. 또한, 대기압 센서(40)에서 측정된 대기압치를 보정 처리 시간 관계식에 대입하여 보정 처리 시간 Tc를 산출한다. 이 산출은 보정 처리 시간 산출부(103)에 의해 행해진다.

또, 처리 조건(처리 레시피)에 대응하여 복수의 보정 처리 시간 관계식의 변수의 세트가 변수 기억부(102)에 기억되는 경우도 있다. 이 경우에는, 목표로 하는 처리 조건의 입력 및 입력된 처리 조건에 대응하는 변수의 선택이 행해진다.

스텝 S23 :

산출된 보정 처리 시간을 기초로 하는 막의 형성이 행해진다. 이 처리는 제어부(104)에 의해 산출된 보정 처리 시간, 목표로 하는 처리 온도 T 등을 기초로 하여 유량 조정기(도시하지 않음), 전력 제어기(18)를 제어함으로써 행해진다.

이상과 같이 대기압에 대응하여 처리 시간을 증감함(처리 시간을 수정함)으로써, 대기압의 변동에 기인하는 막 두께의 변동을 저감시킬 수 있다.

상술한 실시 형태는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 확장, 변경이 가능하다. 예를 들어, 성막 장치는 종형 열 처리로에 한정되지 않는다. 또한, 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 예를 들어 유리 기판이라도 좋다. 본 발명은, 반응 가스의 종류(가스 종류)에 한정되지 않고, 예를 들어 산소 또는 수증기를 산화종으로서 이용한 산화막의 형성에 일반적으로 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 산화막의 형성에 한정되지 않고, 대기압의 변동에 의해 열 처리 특성이 변동하는 열 처리 프로세스에 일반적으로 적용할 수 있다.

Claims

성막 방법이며,

예비 스테이지와 처리 스테이지를 구비하고,

상기 예비 스테이지는,

다른 처리 시간에 각각의 막을 형성하는 제1 성막 스텝과,

상기 제1 성막 스텝에서 형성된 막의 막 두께를 측정하는 제1 측정 스텝과,

상기 제1 측정 스텝에서 측정된 측정 데이터를 기초로 막 두께와 처리 시간의 관계를 나타내는 제1 관계식을 도출하는 제1 도출 스텝과,

다른 대기압을 기준으로 처리 가스압을 제어하여 각각의 막을 형성하는 제2 성막 스텝과,

상기 제2 성막 스텝에서 형성된 막의 막 두께를 측정하는 제2 측정 스텝과,

상기 제2 측정 스텝에서 측정된 측정 데이터를 기초로 대기압과 막 두께의 관계를 나타내는 제2 관계식을 도출하는 제2 도출 스텝과,

상기 제1 및 제2 도출 스텝에서 도출된 상기 제1 및 제2 관계식을 기초로 대기압의 변동에 따라서 처리 시간을 보정하기 위한 처리 시간 보정식을 도출하는 제3 도출 스텝을 구비하고,

상기 처리 스테이지는,

현재의 대기압의 측정 결과 및 상기 제3 도출 스텝에서 산출된 상기 처리 시간 보정식을 기초로 처리 시간을 보정하는 보정 스텝과,

상기 보정 스텝에서 보정된 처리 시간을 기초로 대기압을 기준으로 처리 가스압을 제어하여 막을 형성하는 성막 스텝을 구비하는 성막 방법.
제1항에 있어서, 상기 제3 도출 스텝은,

상기 제1 및 제2 관계식을 기초로 대기압과 처리 시간의 관계를 나타내는 제3 관계식을 도출하는 관계식 도출 스텝과,

상기 관계식 도출 스텝에서 도출된 제3 관계식을 기초로 상기 처리 시간 보정식을 도출하는 보정식 도출 스텝을 구비하는 성막 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 관계식 중 적어도 한 쪽이 1차 근사식인 성막 방법.
대기압을 기준으로 처리 가스압을 제어하여 성막을 행할 때의 처리 시간을 대기압의 변동에 따라서 보정하기 위한 처리 시간 보정식을 도출하는 성막 처리 시간 보정식의 도출 방법이며,

제1 측정 데이터를 기초로 막 두께와 처리 시간의 관계를 나타내는 제1 관계식을 도출하는 제1 도출 스텝과,

제2 측정 데이터를 기초로 대기압과 막 두께의 관계를 나타내는 제2 관계식을 도출하는 제2 도출 스텝과,

상기 제1 및 제2 도출 스텝에서 도출된 상기 제1 및 제2 관계식을 기초로 대기압의 변동에 따라서 처리 시간을 보정하기 위한 처리 시간 보정식을 도출하는 제3 도출 스텝을 구비하는 성막 처리 시간 보정식의 도출 방법.
제4항에 있어서, 상기 제3 도출 스텝이,

상기 제1 및 제2 관계식을 기초로 대기압과 처리 시간의 관계를 나타내는 제3 관계식을 도출하는 관계식 도출 스텝과,

상기 관계식 도출 스텝에서 도출된 제3 관계식을 기초로 상기 처리 시간 보정식을 도출하는 보정식 도출 스텝을 구비하는 성막 처리 시간 보정식의 도출 방법.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 관계식 중 적어도 한 쪽이 1차 근사식인 성막 처리 시간 보정식의 도출 방법.
성막 장치이며,

기판을 배치하는 처리실과,

상기 처리실 내에 반응 가스를 공급하는 가스 공급계와,

대기압을 측정하는 대기압 측정기와,

대기압의 변동에 대응하여 처리 시간을 보정하기 위한 처리 시간 보정식을 기억하는 기억부와,

상기 기억부에 기억된 처리 시간 보정식을 기초로 하여 처리 시간을 보정하는 처리 시간 보정부와,

상기 대기압 측정기에 의한 측정 결과 및 상기 처리 시간 보정부에 의해 보정된 처리 시간을 기초로 하여 상기 가스 공급계를 제어하는 제어부를 구비하는 성막 장치.
제7항에 있어서, 상기 기억부는 복수의 성막 처리 조건 각각에 대응한 복수의 상기 처리 시간 보정식을 기억하고,

상기 성막 장치는 상기 복수의 처리 시간 보정식으로부터 원하는 성막 처리 조건에 대응하는 처리 시간 보정식을 선택하는 보정식 선택부를 더 구비하는 성막 장치.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 성막 처리 시간 보정식의 도출 방법을 컴퓨터로 실행시키기 위한 프로그램을 기억하는 매체.