KR20200107762A - Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device and non-transitory computer-readable recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시(開示)는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.The present disclosure relates to a substrate processing apparatus, a method of manufacturing a semiconductor device, and a recording medium.
가열 장치에 의해 반응로 내를 가열 제어하여 기판 상에 막을 형성하는 것이 수행되고 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).It is performed to form a film on the substrate by heating the inside of the reaction furnace with a heating device (see, for example, Patent Document 1).
상술한 바와 같은 반응로 내에는 기판 처리를 수행하는 뱃치(batch) 처리 횟수가 증가함에 따라 반응로 내의 내벽면이나 반응로 내에 설치된 온도 검출기 등에도 막이 부착되어 누적된다. 이 반응로 내에 부착되어 누적된 막에 의해, 같은 설정값으로 뱃치 처리를 수행해도 형성되는 막의 막 두께가 뱃치 처리 간에서 달라지는 경우가 있다.In the reactor as described above, as the number of batches for performing substrate treatment increases, a film is deposited and accumulated on the inner wall surface of the reactor or a temperature detector installed in the reactor. Depending on the film adhering and accumulated in the reactor, the film thickness of the formed film may vary between batch treatments even if batch treatment is performed with the same set value.
본 개시는 기판 상에 형성되는 막 두께를 뱃치 처리 간에서 균일하게 하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present disclosure is to provide a technique capable of making the film thickness formed on a substrate uniform between batch processing.
본 개시의 일 형태에 따르면, 기판을 수용하는 처리실; 처리실 내를 가열하는 가열부; 설정된 프로세스 파라미터에 기초하여 기판 상에 막을 형성하는 것이 가능하도록 제어하는 제어부; 처리실 내에 부착되는 막 두께를 산출하는 산출부; 및 산출부에 의해 산출된 막 두께의 누적값을 누적 막 두께로서 기억하는 기억부를 구비하고, 제어부는 기억부에 기억된 누적 막 두께에 따라 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 것이 가능하도록 구성되는 기술이 제공된다.According to one aspect of the present disclosure, there is provided a processing chamber for accommodating a substrate; A heating unit for heating the interior of the processing chamber; A control unit that controls to be able to form a film on the substrate based on the set process parameters; A calculation unit that calculates a film thickness attached to the processing chamber; And a storage unit storing the accumulated film thickness calculated by the calculation unit as the accumulated film thickness, wherein the control unit is capable of determining a set value other than the temperature of the process parameter according to the accumulated film thickness stored in the storage unit. The technology to be constructed is provided.
본 개시에 따르면, 기판 상에 형성되는 막 두께를 뱃치 처리 간에서 균일하게 할 수 있다.According to the present disclosure, the thickness of the film formed on the substrate can be made uniform between batch processing.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 종형(縱型) 처리로의 개략을 도시하는 종단면도(縱斷面圖).
도 2는 도 1에서의 A-A선 개략 횡단면도(橫斷面圖).
도 3은 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도이며, 컨트롤러의 제어계를 블록도로 도시하는 도면.
도 4는 본 개시의 일 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 동작을 도시하는 흐름도.
도 5는 비교예에서의 처리실 내 누적 막 두께와 뱃치 처리마다의 기판 상에 형성되는 막의 막 두께의 관계를 도시하는 도면.
도 6은 기억 장치에 기억되는 데이터의 일례를 도시하는 도면.
도 7은 기억 장치에 기억되는 데이터의 일례를 도시하는 도면.
도 8은 본 개시의 일 실시 형태에서의 처리실 내 누적 막 두께와 뱃치 처리마다의 기판 상에 형성되는 막의 막 두께의 관계를 비교예와 비교해서 도시하는 도면.
도 9는 제2 실시 형태에서의 기판 처리 장치의 동작을 도시하는 흐름도.1 is a longitudinal sectional view schematically showing a vertical processing furnace of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
Fig. 2 is a schematic cross-sectional view along line AA in Fig. 1;
3 is a schematic configuration diagram of a controller of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure, and a block diagram showing a control system of the controller.
4 is a flowchart showing the operation of the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present disclosure.
Fig. 5 is a diagram showing a relationship between a cumulative film thickness in a processing chamber and a film thickness of a film formed on a substrate for each batch process in a comparative example.
6 is a diagram showing an example of data stored in a storage device.
7 is a diagram showing an example of data stored in a storage device.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a cumulative film thickness in a processing chamber and a film thickness of a film formed on a substrate for each batch process compared with a comparative example in the embodiment of the present disclosure.
9 is a flowchart showing the operation of the substrate processing apparatus in the second embodiment.
<본 개시의 일 실시 형태><An embodiment of the present disclosure>
이하, 본 개시의 일 실시 형태에 대해서 설명한다. 기판 처리 장치(10)는 반도체 장치의 제조 공정에서 사용되는 장치의 일례로서 구성된다.Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described. The
(1) 기판 처리 장치의 구성(1) Configuration of substrate processing apparatus
기판 처리 장치(10)는 가열부(가열 수단, 가열 기구, 가열계)로서의 히터(207)가 설치된 처리로(202)를 구비한다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보지판(保持板)으로서의 히터 베이스(미도시)에 지지되는 것에 의해 수직으로 설치된다.The
히터(207)의 내측에는 히터(207)와 동심원 형상으로 반응 용기(처리 용기)를 구성하는 반응관인 아우터 튜브(203)가 배설(配設)된다. 아우터 튜브(203)는 예컨대 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 구성되고, 상단이 폐색(閉塞)되고 하단이 개구(開口)된 원통 형상으로 형성된다. 아우터 튜브(203)의 하방(下方)에는 아우터 튜브(203)와 동심원 형상으로, 매니폴드(인렛 플랜지)(209)가 배설된다. 매니폴드(209)는 예컨대 스텐레스(SUS) 등의 금속으로 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 매니폴드(209)의 상단부와 아우터 튜브(203) 사이에는 씰 부재로서의 O링(220a)이 설치된다. 매니폴드(209)가 히터 베이스에 지지되는 것에 의해 아우터 튜브(203)는 수직으로 설치된 상태가 된다.Inside the
아우터 튜브(203)의 내측에는 반응 용기를 구성하는 이너 튜브(204)가 배설된다. 이너 튜브(204)는 예컨대 석영(SiO2), 탄화실리콘(SiC) 등의 내열성 재료로 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성된다. 주로 아우터 튜브(203)와 이너 튜브(204)와 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통중공부(筒中空部)[이너 튜브(204)의 내측]에는 처리실(201)이 형성된다.An
처리실(201)은 기판으로서의 웨이퍼(200)를 후술하는 보트(217)에 의해 수평 자세로 연직 방향에 다단으로 배열한 상태로 수용 가능하도록 구성된다. 또한 처리실(201) 내는 히터(207)에 의해 가열된다.The
처리실(201) 내에는 노즐(410, 420)이 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420)에는 가스 공급 라인으로서의 가스 공급관(310, 320)이 각각 접속된다. 이와 같이 기판 처리 장치(10)에는 2개의 노즐(410, 420)과 2개의 가스 공급관(310, 320)이 설치되고, 처리실(201) 내에 복수 종류의 가스를 공급할 수 있도록 구성된다. 단, 본 실시 형태의 처리로(202)는 전술한 형태에 한정되지 않는다.In the
가스 공급관(310, 320)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(312, 322)가 각각 설치된다. 또한 가스 공급관(310, 320)에는 개폐 밸브인 밸브(314, 324)가 각각 설치된다. 가스 공급관(310, 320)의 밸브(314, 324)의 하류측에는 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(510, 520)이 각각 접속된다. 가스 공급관(510, 520)에는 상류측부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 MFC(512, 522) 및 개폐 밸브인 밸브(514, 524)가 각각 설치된다.The
가스 공급관(310, 320)의 선단부(先端部)에는 노즐(410, 420)이 각각 연결 접속된다. 노즐(410, 420)은 L자형의 노즐로서 구성되고, 그 수평부는 매니폴드(209)의 측벽 및 이너 튜브(204)를 관통하도록 설치된다. 노즐(410, 420)의 수직부는 이너 튜브(204)의 지름 방향 외향으로 돌출하고, 또한 연직 방향으로 연재하도록 형성되는 채널 형상(홈[溝] 형상)의 예비실(201a)의 내부에 설치되고, 예비실(201a) 내에서 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 상방(웨이퍼(200)의 배열 방향 상방)을 향해서 설치된다.
노즐(410, 420)은 처리실(201)의 하부 영역으로부터 처리실(201)의 상부 영역까지 연재하도록 설치되고, 웨이퍼(200)와 대향하는 위치에 각각 복수의 가스 공급공(410a, 420a)이 설치된다. 이에 의해 노즐(410, 420)의 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 각각 웨이퍼(200)에 처리 가스를 공급한다. 이 가스 공급공(410a, 420a)은 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부에 걸쳐서 복수 설치되고, 각각 동일한 개구 면적을 가지고, 또한 동일한 개구 피치로 설치된다. 단, 가스 공급공(410a, 420a)은 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 이너 튜브(204)의 하부로부터 상부를 향하서 개구 면적을 서서히 크게 해도 좋다. 이에 의해 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 공급되는 가스의 유량을 보다 균일화하는 것이 가능해진다.The
노즐(410, 420)의 가스 공급공(410a, 420a)은 후술하는 보트(217)의 하부로부터 상부까지의 높이의 위치에 복수 설치된다. 그렇기 때문에 노즐(410, 420)의 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급된 처리 가스는 보트(217)의 하부로부터 상부까지 수용된 웨이퍼(200), 즉 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)의 모든 영역에 공급된다. 노즐(410, 420)은 처리실(201)의 하부 영역으로부터 상부 영역까지 연재하도록 설치되면 좋지만, 보트(217)의 천장 부근까지 연재하도록 설치되는 것이 바람직하다.A plurality of
가스 공급관(310)으로부터는 처리 가스로서 금속 원소를 포함하는 원료 가스(금속 함유 가스, 원료 가스)가 MFC(312), 밸브(314), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 원료로서는 예컨대 금속 원소로서의 티타늄(Ti)을 포함하고, 할로겐계 원료(할로겐화물, 할로겐계 티타늄 원료라고도 부른다)로서의 4염화티타늄(TiCl4)이 이용된다.From the
가스 공급관(320)으로부터는 처리 가스로서 반응 가스가 MFC(322), 밸브(324), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 반응 가스로서는 예컨대 질소(N)를 포함하는 N 함유 가스로서의 예컨대 암모니아(NH3) 가스를 이용할 수 있다. NH3은 질화·환원제(질화·환원 가스)로서 작용한다.A reactive gas as a processing gas is supplied from the
가스 공급관(510, 520)으로부터는 불활성 가스로서 예컨대 질소(N2) 가스가 각각 MFC(512, 522), 밸브(514, 524), 노즐(410, 420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 또한 이하, 불활성 가스로서 N2 가스를 이용하는 예에 대해서 설명하지만, 불활성 가스로서는 N2 가스 이외에 예컨대 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희가스를 이용해도 좋다.As an inert gas from the
주로 가스 공급관(310, 320), MFC(312, 322), 밸브(314, 324), 노즐(410, 420)에 의해 처리 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410, 420)만을 처리 가스 공급계라고 생각해도 좋다. 처리 가스 공급계를 단순, 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 가스 공급관(310)으로부터 원료 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(310), MFC(312), 밸브(314)에 의해 원료 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(410)을 원료 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 또한 원료 가스 공급계를 원료 공급계라고도 부를 수 있다. 원료 가스로서 금속 함유 원료 가스를 이용하는 경우, 원료 가스 공급계를 금속 함유 원료 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 가스 공급관(320)으로부터 반응 가스를 흘리는 경우, 주로 가스 공급관(320), MFC(322), 밸브(324)에 의해 반응 가스 공급계가 구성되지만, 노즐(420)을 반응 가스 공급계에 포함시켜서 생각해도 좋다. 가스 공급관(320)으로부터 반응 가스로서 질소 함유 가스를 공급하는 경우, 반응 가스 공급계를 질소 함유 가스 공급계라고도 부를 수 있다. 또한 주로 가스 공급관(510, 520), MFC(512, 522), 밸브(514, 524)에 의해 불활성 가스 공급계가 구성된다. 불활성 가스 공급계를 퍼지 가스 공급계, 희석 가스 공급계, 또는 캐리어 가스 공급계라고도 부를 수 있다.The processing gas supply system is mainly composed of the
본 실시 형태에서의 가스 공급의 방법은, 이너 튜브(204)의 내벽과 복수 매의 웨이퍼(200)의 단부로 정의되는 원환(圓環) 형상의 세로로 긴 공간 내, 즉 원통 형상의 공간 내의 예비실(201a) 내에 배치한 노즐(410, 420)을 경유하여 가스를 반송한다. 그리고 노즐(410, 420)의 웨이퍼와 대향하는 위치에 설치된 복수의 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 이너 튜브(204) 내에 가스를 분출시킨다. 보다 구체적으로는 노즐(410)의 가스 공급공(410a) 및 노즐(420)의 가스 공급공(420a)에 의해 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향, 즉 수평 방향을 향하여 원료 가스 등을 분출시킨다.The gas supply method in this embodiment is in a cylindrically long space defined by the inner wall of the
배기공(배기구)(204a)은 이너 튜브(204)의 측벽이며 노즐(410, 420)에 대향한 위치, 즉 예비실(201a)과는 180° 반대측의 위치에 형성된 관통공이며, 예컨대 연직 방향으로 가늘고 길게 개설(開設)된 슬릿 형상의 관통공이다. 그렇기 때문에 노즐(410, 420)의 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 웨이퍼(200)의 표면상을 흐른 가스, 즉 잔류하는 가스(잔류 가스)는 배기공(204a)을 개재하여 이너 튜브(204)와 아우터 튜브(203) 사이에 형성된 극간으로 구성되는 배기로(206) 내에 흐른다. 그리고 배기로(206) 내에 흐른 가스는 배기관(231) 내에 흘러 처리로(202) 외로 배출된다.The exhaust hole (exhaust port) 204a is a side wall of the
배기공(204a)은 복수의 웨이퍼(200)와 대향하는 위치[바람직하게는 보트(217)의 상부로부터 하부와 대향하는 위치]에 설치되고, 가스 공급공(410a, 420a)으로부터 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)의 근방에 공급된 가스는 수평 방향, 즉 웨이퍼(200)의 표면과 평행 방향을 향해서 흐른 뒤 배기공(204a)을 개재하여 배기로(206) 내에 흐른다. 즉 처리실(201)에 잔류하는 가스는 배기공(204a)을 개재하여 웨이퍼(200)의 주면(主面)에 대하여 평행으로 배기된다. 또한 배기공(204a)은 슬릿 형상의 관통공으로서 구성되는 경우에 한정되지 않고, 복수 개의 공에 의해 구성되어도 좋다.The
매니폴드(209)에는 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기관(231)이 설치된다. 배기관(231)에는 상류측부터 순서대로 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245), APC(Auto Pressure Controller)밸브(243), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속된다. APC 밸브(243)는 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐하는 것에 의해 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 수행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있다. 주로 배기공(204a), 배기로(206), 배기관(231), APC 밸브(243) 및 압력 센서(245)에 의해 배기계, 즉 배기 라인이 구성된다. 또한 진공 펌프(246)를 배기계에 포함시켜서 생각해도 좋다.The manifold 209 is provided with an
매니폴드(209)의 하방(下方)에는 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구(爐口) 개체(蓋體)로서의 씰 캡(219)이 설치된다. 씰 캡(219)은 매니폴드(209)의 하단에 연직 방향 하측으로부터 당접(當接)되도록 구성된다. 씰 캡(219)은 예컨대 SUS 등의 금속으로 구성되고, 원반 형상으로 형성된다. 씰 캡(219)의 상면에는 매니폴드(209)의 하단과 당접하는 씰 부재로서의 O링(220b)이 설치된다. 씰 캡(219)에서의 처리실(201)의 반대측에는 웨이퍼(200)를 수용하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치된다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은 씰 캡(219)을 관통하여 보트(217)에 접속된다. 회전 기구(267)는 보트(217)를 회전시키는 것에 의해 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성된다. 씰 캡(219)은 아우터 튜브(203)의 외부에 수직으로 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 연직 방향으로 승강되도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 씰 캡(219)을 승강시키는 것에 의해 보트(217)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출하는 것이 가능하도록 구성된다. 보트 엘리베이터(115)는 보트(217) 및 보트(217)에 수용된 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반송하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성된다.Below the manifold 209, a
기판 지지구로서의 보트(217)는 복수 매, 예컨대 25매 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세로 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 연직 방향으로 정렬시켜서 다단으로 지지하도록, 즉 간격을 두고 배열하도록 구성된다. 보트(217)는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성된다. 보트(217)의 하부에는 예컨대 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성되는 단열판(218)이 수평 자세로 다단(미도시)으로 지지된다. 이 구성에 의해 히터(207)로부터의 열이 씰 캡(219)측에 전달되기 어렵도록 이루어진다. 단, 본 실시 형태는 전술한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대 보트(217)의 하부에 단열판(218)을 설치하지 않고, 석영이나 SiC 등의 내열성 재료로 구성되는 통 형상의 부재로서 구성된 단열통을 설치해도 좋다.The
도 2에 도시하는 바와 같이 이너 튜브(204) 내에는 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되고, 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전량을 조정하는 것에 의해 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포가 되도록 구성된다. 온도 센서(263)는 노즐(410, 420)과 마찬가지로 L자형으로 구성되고, 이너 튜브(204)의 내벽을 따라 설치된다.As shown in Fig. 2, a
도 3에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는 연산부(산출부)로서의 CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억부인 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스를 개재하여 CPU(121a)과 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.As shown in Fig. 3, the
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 반도체 장치의 제조 방법에서의 각 공정(각스텝)을 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피, 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 이용한 경우는 프로세스 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 프로세스 레시피 및 제어 프로그램의 조합을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.The
I/O 포트(121d)는 전술한 MFC(312, 322, 512, 522), 밸브(314, 324, 514, 524), 압력 센서(245), APC 밸브(243), 진공 펌프(246), 히터(207), 온도 센서(263), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115) 등에 접속된다.The I/
CPU(121a)은 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 레시피 등을 판독하도록 구성된다. CPU(121a)은 판독한 레시피의 내용을 따르도록 MFC(312, 322, 512, 522)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(314, 324, 514, 524)의 개폐 동작, APC 밸브(243)의 개폐 동작 및 APC 밸브(243)에 의한 압력 센서(245)에 기초하는 압력 조정 동작, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 보트(217)로의 웨이퍼(200)의 수용 동작 등을 제어하도록 구성된다. 또한 후술하는 막 두께나, 막 두께의 누적값(누계 막 두께)의 산출이나, 처리실 내 누적 막 두께에 따른 프로세스 파라미터를 결정하기 위한 계산식의 연산 등을 연산 가능하도록 구성된다.The
컨트롤러(121)는 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리](123)에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.The
(2) 기판 처리 공정(성막 공정)(2) Substrate treatment process (film formation process)
반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 웨이퍼(200) 상에 예컨대 게이트 전극을 구성하는 금속막을 형성하는 공정의 일례에 대해서 도 4를 이용하여 설명한다. 금속막을 형성하는 공정은 전술한 기판 처리 장치(10)의 처리로(202)를 이용하여 실행된다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치(10)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다. 또한 도 4에 도시하는 일련의 처리가 1회의 뱃치 처리다.An example of a step of forming a metal film constituting, for example, a gate electrode on the
또한 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 「웨이퍼 그 자체」를 의미하는 경우나, 「웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등과의 적층체(집합체)」를 의미하는 경우(즉 표면에 형성된 소정의 층이나 막 등을 포함시켜서 웨이퍼라고 부르는 경우)가 있다. 또한 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 이용한 경우는 「웨이퍼 그 자체의 표면(노출면)」을 의미하는 경우나, 「웨이퍼 상에 형성된 소정의 층이나 막 등의 표면, 즉 적층체로서의 웨이퍼의 최표면(最表面)」을 의미하는 경우가 있다. 또한 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 이용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 이용한 경우와 같은 의미다.In addition, when the word ``wafer'' is used in this specification, it means ``wafer itself'' or ``a laminate (aggregate) of a wafer and a predetermined layer or film formed on its surface'' (i.e. There is a case where a predetermined layer or film formed on the surface is included and is referred to as a wafer). In addition, when the word ``the surface of the wafer'' is used in this specification, it means ``the surface of the wafer itself (exposed surface),'' or ``the surface of a predetermined layer or film formed on the wafer, that is, as a laminate. In some cases, it means the outermost surface of a wafer. In addition, the use of the word “substrate” in the present specification has the same meaning as when the word “wafer” is used.
(웨이퍼 반입)(Wafer brought in)
복수 매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(裝塡)(웨이퍼 차지)되면, 도 1에 도시되는 바와 같이 복수 매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서 씰 캡(219)은 O링(220)을 개재하여 아우터 튜브(203)의 하단 개구를 폐색한 상태가 된다.When a plurality of
(압력 조정 및 온도 조정)(Pressure adjustment and temperature adjustment)
처리실(201) 내가 원하는 압력(진공도)이 되도록 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기된다. 이때 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(243)가 피드백 제어된다(압력 조정). 진공 펌프(246)는 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 상시 작동시킨 상태를 유지한다. 또한 처리실(201) 내가 원하는 온도가 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포가 되도록 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)로의 통전량이 피드백 제어된다(온도 조정). 히터(207)에 의한 처리실(201) 내의 가열은 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 완료될 때까지의 동안은 계속해서 수행된다.The
[TiN막 형성 공정][TiN film formation process]
계속해서 금속막으로서 예컨대 금속질화막인 TiN막을 형성하는 스텝을 실행한다.Subsequently, a step of forming a TiN film which is a metal nitride film as a metal film, for example, is executed.
[TiCl4 가스 공급 스텝(S10)][TiCl 4 gas supply step (S10)]
밸브(314)를 열고 가스 공급관(310) 내에 원료 가스인 TiCl4 가스를 흘린다. TiCl4 가스는 MFC(312)에 의해 유량 조정되고, 노즐(410)의 가스 공급공(410a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여 TiCl4 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스를 흘린다. 가스 공급관(510) 내를 흐른 N2 가스는 MFC(512)에 의해 유량 조정되어 TiCl4 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 또한 이때 노즐(420) 내로의 TiCl4 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(524)를 열고 가스 공급관(520) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 가스 공급관(320), 노즐(420)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.The
이때 APC 밸브(243)를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 0.1Pa 내지 6,650Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(312)로 제어하는 TiCl4 가스의 공급 유량은 예컨대 0.1slm 내지 2slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512, 522)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 0.1slm 내지 30slm의 범위 내의 유량으로 한다. TiCl4 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 0.01초 내지 20초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때 히터(207)의 온도는 웨이퍼(200)의 온도가 예컨대 250 내지 550℃의 범위 내의 온도가 될 수 있는 온도로 설정한다.At this time, the
처리실(201) 내에 흘리는 가스는 TiCl4 가스와 N2 가스만이며, TiCl4 가스의 공급에 의해 웨이퍼(200)[표면의 하지막(下地膜)] 상에 예컨대 1 원자층 미만 내지 수 원자층 정도의 두께의 Ti 함유층이 형성된다. Ti 함유층은 Cl을 포함하는 Ti층이어도 좋고, TiCl4의 흡착층이어도 좋고, 그것들의 양방을 포함해도 좋다. 여기서 1원자층 미만의 두께의 층이란 불연속적으로 형성되는 원자층을 의미하고, 1원자층의 두께의 층이란 연속적으로 형성되는 원자층을 의미한다. 이 점은 후술하는 예에 대해서도 마찬가지이다.Gas flowing in the
[잔류 가스 제거 스텝(S11)][Residual gas removal step (S11)]
Ti 함유층이 형성된 후, 밸브(314)를 닫고 TiCl4 가스의 공급을 정지한다. 이때 배기관(231)의 APC 밸브(243)는 연 상태로 하여 진공 펌프(246)에 의해 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Ti 함유층 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때 밸브(514, 524)는 연 상태로 하여 N2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 유지한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 Ti 함유층 형성에 기여한 후의 TiCl4 가스를 처리실(201) 내로부터 배제하는 효과를 높일 수 있다.After the Ti-containing layer is formed, the
[NH3 가스 공급 스텝(S12)][NH 3 gas supply step (S12)]
처리실(201) 내의 잔류 가스를 제거한 후, 밸브(324)를 열고 가스 공급관(320) 내에 반응 가스로서 N 함유 가스인 NH3 가스를 흘린다. NH3 가스는 MFC(322)에 의해 유량 조정되어 노즐(420)의 가스 공급공(420a)으로부터 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 웨이퍼(200)에 대하여, NH3 가스가 공급된다. 이때 동시에 밸브(524)를 열고 가스 공급관(520) 내에 N2 가스를 흘린다. 가스 공급관(520) 내를 흐른 N2 가스는 MFC(522)에 의해 유량 조정된다. N2 가스는 NH3 가스와 함께 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다. 이때 노즐(410) 내로의 NH3 가스의 침입을 방지하기 위해서 밸브(514)를 열고 가스 공급관(510) 내에 N2 가스를 흘린다. N2 가스는 가스 공급관(310), 노즐(410)을 개재하여 처리실(201) 내에 공급되고, 배기관(231)으로부터 배기된다.After removing the residual gas in the
NH3 가스를 흘릴 때는 APC 밸브(243)를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 예컨대 0.1Pa 내지 6,650Pa의 범위 내의 압력으로 한다. MFC(322)로 제어하는 NH3 가스의 공급 유량은 예컨대 0.1slm 내지 20slm의 범위 내의 유량으로 한다. MFC(512, 522)로 제어하는 N2 가스의 공급 유량은 각각 예컨대 0.1slm 내지 30slm의 범위 내의 유량으로 한다. NH3 가스를 웨이퍼(200)에 대하여 공급하는 시간은 예컨대 0.01초 내지 30초의 범위 내의 시간으로 한다. 이때의 히터(207)의 온도는 TiCl4 가스 공급 스텝과 마찬가지의 온도로 설정한다.When the NH 3 gas flows, the
이때 처리실(201) 내에 흘리는 가스는 NH3 가스와 N2 가스만이다. NH3 가스는 TiCl4 가스 공급 스텝에서 웨이퍼(200) 상에 형성된 Ti 함유층의 적어도 일부와 치환 반응한다. 치환 반응 시에는 Ti 함유층에 포함되는 Ti와 NH3 가스에 포함되는 N이 결합되고, 웨이퍼(200) 상에 Ti와 N을 포함하는 TiN층이 형성된다.At this time, the gas flowing in the
[잔류 가스 제거 스텝(S13)][Residual gas removal step (S13)]
TiN층을 형성한 후, 밸브(324)를 닫고 NH3 가스의 공급을 정지한다. 그리고 스텝(S11)과 마찬가지의 처리 순서에 의해 처리실(201) 내에 잔류하는 미반응 또는 TiN층의 형성에 기여한 후의 NH3 가스나 반응 부생성물을 처리실(201) 내로부터 배제한다.After forming the TiN layer, the
(소정 횟수 실시)(Conduct a predetermined number of times)
전술한 스텝(S10) 내지 스텝(S13)을 순서대로 수행하는 사이클을 1회 이상[소정 횟수(n회)] 수행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 소정의 두께(예컨대 0.1nm 내지 2nm)의 TiN막을 형성한다. 전술한 사이클은 복수 회이며, 예컨대 200회 정도 반복하는 것이 바람직하다. 여기서 전술한 사이클과 같이 1개의 사이클을 반복한 횟수를 사이클 수로 한다.A predetermined thickness (for example, 0.1 nm to 2 nm) on the
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)(After purge and atmospheric pressure return)
가스 공급관(510, 520)의 각각으로부터 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, 배기관(231)으로부터 배기한다. N2 가스는 퍼지 가스로서 작용하고, 이에 의해 처리실(201) 내가 불활성 가스로 퍼지되어 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 그 후 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).N 2 gas is supplied into the
(웨이퍼 반출)(Export wafer)
그 후 보트 엘리베이터(115)에 의해 씰 캡(219)이 하강되어 아우터 튜브(203)의 하단이 개구된다. 그리고 처리 완료된 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 아우터 튜브(203)의 하단으로부터 아우터 튜브(203)의 외부에 반출(보트 언로드)된다. 그 후 처리 완료된 웨이퍼(200)는 보트(217)로부터 취출(取出)된다(웨이퍼 디스차지).After that, the
(3) 컨트롤러(121)의 파라미터 제어(3) Parameter control of the
다음으로 본 실시 형태에서의 컨트롤러(121)의 파라미터 제어에 대해서 설명한다.Next, parameter control of the
도 5는 비교예로서 성막 온도나 사이클 수 등의 프로세스 파라미터를 일정하게 해서 뱃치 처리를 복수 회 수행한 경우의 처리실(201) 내에 부착되어 누적되는 누적 막 두께(이하, 처리실 내 누적 막 두께라고 기재한다)와 1뱃치 처리마다 웨이퍼(200) 상에 형성된 TiN막의 막 두께의 관계를 도시하는 도면이다. 여기서 처리실 내 누적 막 두께는 뱃치 처리마다의 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께의 누적값이다.5 is a comparative example, the cumulative film thickness adhered and accumulated in the
구체적으로는 도 5에 도시하는 바와 같이 처리실(201) 내에 미리 10nm의 코팅막이 형성된 반응 용기를 이용하여 1뱃치 처리에서의 사이클 수를 200사이클로 하여 5nm의 TiN막이 형성될 수 있는 사이클을 수행하면, 1회째 내지 6회째의 뱃치 처리의 처리실 내 누적 막 두께가 35nm 이하의 처리실 내 누적 막 두께가 얇은 시기에서는 웨이퍼(200) 상에 형성되는 TiN막의 막 두께는 뱃치 처리 횟수가 증가할 때마다(처리실 내 누적 막 두께가 늘어날 때마다) 증가한다(막 두께 상승기). 이는 처리실(201) 내인 이너 튜브(204)의 내벽면이나 온도 센서(263) 등에 TiN막이 부착되고, 부착된 TiN막의 누적 막 두께의 증가에 따라 히터(207)로부터의 복사열의 투과율이 감소하는 것에 의해 처리실(201) 내의 온도 센서(263)로의 에너지 전달이 늦어 그 결과 온도 오버슈트량이 변화되고, 다음 뱃치 처리 시작 시의 온도를 증가시키기 때문이다.Specifically, as shown in FIG. 5, a cycle in which a 5 nm TiN film can be formed is performed using a reaction vessel in which a 10 nm coating film is formed in advance in the
발생한 온도 오버슈트는 온도 안정 시간을 충분히 길게 설정한 레시피에서는 그 영향을 허용할 수 있지만, 생산성을 중시하고 온도 안정 시간을 짧게 설정한 레시피에서는 뱃치 처리 간의 막 두께 변화를 일으키게 된다.The effect of the generated temperature overshoot can be tolerated in a recipe in which the temperature stabilization time is set sufficiently long, but in a recipe in which productivity is emphasized and the temperature stabilization time is set short, a change in the film thickness between batch processing occurs.
또한 도 5에 도시하는 바와 같이 7회째 이후의 뱃치 처리의 처리실 내 누적 막 두께가 40nm보다 두꺼워지고 어떤 일정한 막 두께에 달하면, 웨이퍼(200) 상에 형성되는 TiN막의 막 두께는 뱃치 처리가 증가할 때마다 증가하지 않고 안정된다(막 두께 안정기). 이것은 처리실 내 누적 막 두께가 어느 일정 막 두께에 달하는 것에 의해 히터(207)로부터의 복사열의 투과율이 처리실 내 누적 막 두께에 의존하지 않고 일정해지고, 온도 오버슈트량이 변화되지 않고 일정해지기 때문이다. 즉 처리실 내 누적 막 두께가 어느 일정의 막 두께에 달하는 것에 의해 웨이퍼 상에 형성되는 막의 막 두께도 안정된다.In addition, as shown in FIG. 5, when the accumulated film thickness in the processing chamber of the 7th batch treatment becomes thicker than 40 nm and reaches a certain thickness, the film thickness of the TiN film formed on the
여기서 드라이클리닝 등의 메인터넌스 후, 뱃치 처리를 시작하는 전에 처리실(201) 내에 충분한 막 두께의 코팅막을 형성해도 좋지만, TiN막과 같이 성막 속도가 늦은 프로세스에서는 충분한 막 두께의 코팅막을 형성하는 데 시간이 소요되기 때문에 장치의 다운타임이 장시간이 된다. 또한 충분한 막 두께의 코팅막을 형성한 경우에 드라이클리닝 등의 메인터넌스 리미트 막 두께까지의 기간이 짧아져 생산 기여 시간이 짧아진다. 즉 생산성이 현저하게 손실되기 때문에 현실적이지 않다.Here, after maintenance, such as dry cleaning, a coating film having a sufficient thickness may be formed in the
그래서 본 실시 형태에서는 어느 뱃치 처리 시작 시(RUN 시작 시)에 그 뱃치 처리 시작 시점에서의 처리실 내 누적 막 두께에 따른 사이클 수 등의 프로세스 파라미터를 결정하고, 결정된 프로세스 파라미터를 이용하여 그 뱃치 처리를 실행한다.Therefore, in this embodiment, process parameters such as the number of cycles according to the accumulated film thickness in the processing chamber at the start of a batch processing (at the start of RUN) are determined, and the batch processing is performed using the determined process parameters. Run.
구체적으로는 처리실 내 누적 막 두께는 뱃치 처리마다의 웨이퍼 상에 형성되는 막의 막 두께가 순차 가산되어 산출된다. 그리고 가산되어 산출된 막 두께의 누적값이 처리실 내 누적 막 두께로서 기억 장치(121c)에 기억된다.Specifically, the accumulated film thickness in the processing chamber is calculated by sequentially adding the film thicknesses of films formed on the wafer for each batch process. And the accumulated value of the film thickness calculated by adding is stored in the
구체적으로는 처리실(201) 내에 미리 10nm의 코팅막이 형성된 반응 용기를 이용하여 1뱃치 처리에서의 사이클 수를 200사이클로서 5nm의 TiN막이 형성될 수 있는 사이클을 수행하면, 1회째의 뱃치 처리의 처리실 내 누적 막 두께는 10nm, 2회째의 뱃치 처리의 처리실 내 누적 막 두께는 15nm, 3회째의 뱃치 처리의 처리실 내 누적 막 두께는 20nm 등과 같이 CPU(121a)은 1뱃치 처리마다 형성되는 막 두께의 누적값을 산출하고, 산출된 누적값을 처리실 내 누적 막 두께로서 기억 장치(121c)에 기억한다.Specifically, by using a reaction vessel in which a 10 nm coating film is formed in advance in the
또한 예컨대 도 6에 도시하는 바와 같은 프로세스 레시피마다의 사이클 수의 보정 테이블이 미리 기억 장치(121c)에 기억된다. 즉 처리실 내 누적 막 두께에 따라 결정하는 프로세스 파라미터의 일례인 사이클 수가 프로세스 레시피마다 기억 장치(121c)에 기억된다.Further, for example, a correction table of the number of cycles per process recipe as shown in Fig. 6 is stored in advance in the
본 실시 형태와 같이 처리실 내 누적 막 두께가 증가할수록 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께가 증가하는 막종을 형성하는 경우에는 도 6에 도시하는 바와 같은 처리실 내 누적 막 두께가 증가할수록 사이클 수를 저감하는 것과 같은 보정 테이블을 이용한다. 또한 보정 테이블 대신에 처리실 내 누적 막 두께에 따른 프로세스 파라미터를 결정하기 위한 계산식이 프로세스 레시피마다 기억 장치(121c)에 기억되도록 해도 좋다. 즉 프로세스 레시피의 웨이퍼(200) 상에 형성되는 설정 막 두께에 따라 사이클 수가 결정되고, 처리실 내 누적 막 두께에 따라 사이클 수가 변경된다. 또한 가스 공급 시간에 따라 사이클 수가 결정되도록 해도 좋다.In the case of forming a film type in which the film thickness of the film formed on the
또한 예컨대 도 7에 도시하는 바와 같은 프로세스 레시피마다의 성막 레이트의 보정 테이블이 미리 기억 장치(121c)에 기억된다. 즉 처리 온도에 따른 성막 레이트가 프로세스 레시피마다 기억 장치(121c)에 기억된다. 즉 프로세스 레시피에 따라 처리 온도에 따른 성막 레이트가 결정되고, 1사이클마다의 막 두께가 결정된다.Further, for example, a correction table of the film formation rate for each process recipe as shown in Fig. 7 is stored in advance in the
구체적으로는 예컨대 처리 온도 380℃ 미만에서의 TiN막의 성막 레이트를 0.025nm/사이클로 하면, 1뱃치 처리 200사이클 반복하는 것에 의해 5nm의 TiN막이 형성된다. 또한 처리 온도 380℃ 이상 480℃ 미만에서의 성막 레이트를 0.035nm/사이클로 하면, 1뱃치 처리 200사이클 반복하는 것에 의해 7nm의 TiN막이 형성된다. 또한 480℃ 이상 580℃ 미만에서의 성막 레이트를 0.045nm/사이클로 하면, 1뱃치 처리 200사이클 반복하는 것에 의해 9nm의 TiN막이 형성된다.Specifically, for example, if the film formation rate of the TiN film at a treatment temperature of less than 380°C is set to 0.025 nm/cycle, a 5 nm TiN film is formed by repeating 200 cycles of one batch treatment. Further, if the film formation rate at a treatment temperature of 380°C or more and less than 480°C is set to 0.035 nm/cycle, a 7 nm TiN film is formed by repeating 200 cycles of one batch treatment. Further, if the film formation rate at 480°C or higher and lower than 580°C is set to 0.045 nm/cycle, a 9 nm TiN film is formed by repeating 200 cycles of one batch process.
즉 도 7에 도시하는 바와 같은 처리 온도에 따른 성막 레이트를 기억 장치(121c)에 기억해두는 것에 의해 처리실 내 누적 막 두께를 산출할 수 있고, 처리실 내 누적 막 두께에 따라 프로세스 파라미터를 변경할 수도 있다. 또한 외란 등의 장치 환경에 따라 ± 0.05nm, ± 50℃ 변화되는 경우도 있다.That is, by storing the film formation rate according to the processing temperature as shown in FIG. 7 in the
즉 컨트롤러(121)는 뱃치 처리 시작 시에 도 6이나 도 7에 도시하는 바와 같은 미리 준비된 보정 테이블 또는 계산식을 이용하여 사이클 수 등의 프로세스 파라미터의 설정값을 결정한다.That is, at the start of the batch process, the
즉 컨트롤러(121)는 뱃치 처리마다 처리실 내 누적 막 두께에 따라 프로세스 파라미터의 설정값을 결정한다. 그리고 처리실 내 누적 막 두께에 따라 결정된 사이클 수 등의 프로세스 파라미터를 이용하여 웨이퍼(200) 상에 TiN막을 형성하도록 제어한다.That is, the
구체적으로는 도 5에 도시하는 바와 같은 처리실 내 누적 막 두께가 얇은 영역(막 두께 상승기)에서는 사이클 수를 많이 설정하는 것에 의해 웨이퍼 상에 형성되는 TiN막의 막 두께를 막 두께 상승기에서도 막 두께 안정기와 같은 막 두께가 되도록 보정한다.Specifically, in a region with a thin cumulative film thickness in the processing chamber as shown in FIG. 5 (film thickness increase device), by setting a large number of cycles, the film thickness of the TiN film formed on the wafer is reduced to the thickness stabilizer and It is corrected to have the same film thickness.
즉 도 8에 도시하는 바와 같이 드라이클리닝 등의 메인터넌스 후의 처리실 내 누적 막 두께가 얇은 영역에서는 사이클 수를 많이 설정하고, 처리실 내 누적 막 두께의 증가에 따라 사이클 수를 저감하는 것에 의해 웨이퍼 상에 형성되는 TiN막의 막 두께를 막 두께 안정기와 같은 막 두께가 형성되도록 보정할 수 있다.That is, as shown in Fig. 8, in the region where the accumulated film thickness in the processing chamber after maintenance such as dry cleaning is thin, the number of cycles is set and the number of cycles is reduced as the accumulated film thickness in the processing chamber increases. The film thickness of the TiN film to be used can be corrected so that the same film thickness as the film thickness stabilizer is formed.
즉 컨트롤러(121)는 뱃치 처리 시작 시에 그 뱃치 처리 시작 시점에서의 처리실 내 누적 막 두께에 따라 사이클 수 등의 프로세스 파라미터를 결정하고, 결정된 프로세스 파라미터를 이용하여 뱃치 처리를 실행하는 것에 의해 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막을 뱃치 처리 간에서 균일하게 할 수 있다.That is, the
(4) 본 실시 형태에 따른 효과(4) Effects according to this embodiment
본 실시 형태에 의하면, 이하에 나타내는 1개 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.According to this embodiment, one or more effects shown below can be obtained.
(a) 기판 상에 형성되는 막 두께를 뱃치 처리 간에서 균일하게 할 수 있다.(a) The film thickness formed on the substrate can be made uniform between batch processing.
(b) 처리실 내 누적 막 두께를 자동으로 가산하고, 누적 막 두께마다 프로세스 파라미터를 자동으로 절체(切替)하는 것에 의해 처리 시간을 짧게 하고, 인적 오류에 의한 불량 생산의 리스크를 저감할 수 있다.(b) By automatically adding the accumulated film thickness in the processing chamber and automatically switching the process parameters for each accumulated film thickness, it is possible to shorten the processing time and reduce the risk of defective production due to human error.
<제2 실시 형태><2nd embodiment>
다음으로 제2 실시 형태에 대해서 도 9를 이용하여 설명한다.Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. 9.
제2 실시 형태에서는 전술한 실시 형태에서의 웨이퍼(200) 상에 형성된 TiN막 상에 금속막으로서 예컨대 텅스텐(W)막을 형성한다. 제2 실시 형태에서는 전술한 기판 처리 장치(10)의 처리실(201) 내에 6불화텅스텐(WF6) 가스를 공급하는 WF6 가스 공급계와, 처리실(201) 내에 수소(H2) 가스를 공급하는 H2 가스 공급계를 설치한다. 그리고 도 9에 도시하는 바와 같이 동일 처리로(202) 내에서 전술한 TiN막 형성 공정인 스텝(S10) 내지 스텝(S13)을 순서대로 수행하는 사이클을 1회 이상(소정 횟수(n회)) 수행한 후, W막 형성 공정인 WF6 가스 공급[스텝(S20)], 잔류 가스 제거[스텝(S21)], H2 가스 공급[스텝(S22)], 잔류 가스 제거[스텝(S23)]를 순서대로 수행하는 사이클을 1회 이상[소정 횟수(m회)] 수행하고, 스텝(S10) 내지 스텝(S13) 및 스텝(S20) 내지 스텝(S23)을 순서대로 수행하는 사이클을 1회 이상[소정 횟수(p회)] 수행한다. 본 실시 형태에서는 도 9에 도시하는 일련의 처리가 1회의 뱃치 처리이며, 1뱃치 처리에 TiN막 형성 공정과 W막 형성 공정의 2개의 사이클이 포함된다.In the second embodiment, for example, a tungsten (W) film is formed as a metal film on the TiN film formed on the
상기 제2 실시 형태에서는 TiN막 형성 공정과 W막 형성 공정의 각각의 사이클에서의 보정 테이블을 기억 장치(121c)에 기억한다. 그리고 각각의 사이클을 시작 시에 처리실 내 누적 막 두께에 따라 사이클 수 등의 프로세스 파라미터를 결정한다. 즉 TiN막 형성 공정에서의 처리실 내 누적 막 두께에 따른 사이클 수 등의 프로세스 파라미터와, W막 형성 공정에서의 처리실 내 누적 막 두께에 따른 사이클 수 등의 프로세스 파라미터를 이용하여 1뱃치 처리를 실행한다. 본 실시 형태에서도 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.In the second embodiment, the correction table in each cycle of the TiN film formation process and the W film formation process is stored in the
즉 복수의 사이클을 포함하는 프로세스 레시피를 실행하는 경우에도 전술한 실시 형태와 마찬가지로 사이클마다 각각 누적 막 두께에 따른 사이클 수 등의 프로세스 파라미터를 결정해서 뱃치 처리를 실행하는 것에 의해 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉 사이클마다 전술한 컨트롤러(121)에 의한 파라미터 제어를 하는 것에 의해 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.In other words, even in the case of executing a process recipe including a plurality of cycles, as in the above-described embodiment, process parameters such as the number of cycles according to the accumulated film thickness are determined for each cycle, and batch processing is performed, similar to the above-described embodiment. You can get the effect of. That is, the same effects as those in the above-described embodiment can be obtained by performing parameter control by the
<다른 실시 형태><Other embodiment>
또한 상기 실시 형태에서는 처리실 내 누적 막 두께에 따라 뱃치 처리마다의 프로세스 파라미터를 결정하는 예를 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 본 개시는 처리실 내 누적 막 두께 이외의 다른 조건을 이용하여 뱃치 처리마다의 프로세스 파라미터를 결정하는 경우에도 적용하는 것이 가능하다. 구체적으로는 1뱃치 처리당의 웨이퍼(200)의 매수나 웨이퍼(200)의 표면적에 따라 사이클 수가 설정된 보정 테이블을 기억 장치(121c)에 기억하고, 이들의 조건을 이용하여 뱃치 처리마다의 프로세스 파라미터를 결정하는 경우에도 적용하는 것이 가능하다.In addition, in the above embodiment, the process parameters for each batch process are determined according to the cumulative film thickness in the processing chamber, but the present disclosure is not limited thereto, and the present disclosure is used for each batch processing using conditions other than the cumulative film thickness in the processing chamber. It is also possible to apply when determining the process parameters of. Specifically, a correction table in which the number of cycles is set according to the number of
또한 상기 실시 형태에서는 처리실 내 누적 막 두께가 증가할수록 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께가 증가하는 예를 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 본 개시는 처리실 내 누적 막 두께가 증가할수록 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께가 감소하는 것과 같은 막종을 형성하는 경우나, 막 두께 안정기가 없는 것과 같은 막종을 형성하는 경우나, 막 두께 안정기 후에 막 두께가 변화되는 것과 같은 막종을 형성하는 경우 등에도 적용하는 것이 가능하다. 구체적으로는 예컨대 처리실 내 누적 막 두께가 증가할수록 웨이퍼(200) 상에 형성되는 막의 막 두께가 감소하는 것과 같은 막종을 형성하는 경우에는 처리실 내 누적 막 두께의 증가에 따라 예컨대 사이클 수를 늘리는 것과 같은 보정 테이블을 이용하여 프로세스 파라미터를 결정한다.In addition, in the above embodiment, an example in which the film thickness of the film formed on the
또한 상기 실시 형태에서는 처리실 내 누적 막 두께에 따라 프로세스 파라미터로서 사이클 수를 변경하는 경우를 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 본 개시는 처리실 내 누적 막 두께에 따라 가스 공급 시간이나 가스 공급량이나 처리실 내 압력이나 스텝 시간 등을 결정하는 것과 같은 보정 테이블을 이용하여 프로세스 파라미터를 결정하는 경우에도 적용하는 것이 가능하다. 또한 가스 공급 시간 등에 따라 사이클를 결정하는 것과 같은 보정 테이블을 이용하여 프로세스 파라미터를 결정하는 경우에도 적용하는 것이 가능하다. 또한 복수의 보정 테이블을 이용하여 뱃치 처리마다 복수의 프로세스 파라미터를 결정하는 경우에도 적용하는 것이 가능하다.In addition, in the above embodiment, a case where the number of cycles is changed as a process parameter according to the cumulative film thickness in the processing chamber is used, but the present disclosure is not limited thereto, and the present disclosure is not limited to the gas supply time, the gas supply amount, or the processing chamber It is also possible to apply when determining process parameters using correction tables such as determining pressure or step time. In addition, it is possible to apply it to the case of determining a process parameter using a correction table such as determining a cycle according to a gas supply time or the like. It is also possible to apply a plurality of correction tables to determine a plurality of process parameters for each batch process.
또한 상기 실시 형태에서는 처리실 내 누적 막 두께에 따라 뱃치 처리마다의 사이클 수를 결정하는 예에 대해서 설명했지만 이에 한정되지 않고, 본 개시는 뱃치 처리마다의 사이클 수를 TiN막 형성 공정이나 W막 형성 공정 등의 소정 사이클마다 결정하는 경우에도 적용하는 것이 가능하고, 소정 막 두께마다 결정하는 경우에도 적용하는 것이 가능하다.In addition, in the above embodiment, an example in which the number of cycles per batch processing is determined according to the accumulated film thickness in the processing chamber has been described, but the present disclosure is not limited thereto, and the present disclosure refers to the number of cycles per batch processing as a TiN film forming step or a W film forming step. It is also possible to apply it in the case of determining every predetermined cycle such as, etc., and it is also possible to apply it in the case of determining every predetermined film thickness.
또한 상기 실시 형태에서는 금속막으로서 TiN막을 형성하는 경우를 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 본 개시는 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu), 루테늄(Ru) 등의 금속 원소를 포함하는 금속막이나, 규소(Si), 게르마늄(Ge), 탄소(C) 등의 14족 원소계 막, 티타늄실리콘(TiSi), 실리콘게르마늄(SiGe) 등의 금속 원소와 14족 원소의 조합 등의 막을 형성하는 경우에도 적용하는 것이 가능하다.In addition, in the above embodiment, a case where a TiN film is formed as a metal film has been described, but the present disclosure is not limited thereto, and the present disclosure uses metal elements such as titanium (Ti), tungsten (W), copper (Cu), and ruthenium (Ru). A metal film containing, a group 14 element-based film such as silicon (Si), germanium (Ge), and carbon (C), a combination of a metal element such as titanium silicon (TiSi), silicon germanium (SiGe) and a group 14 element, etc. It is possible to apply even when forming a film of.
이상, 본 개시의 다양한 전형적인 실시 형태를 설명했지만 본 개시는 그러한 실시 형태에 한정되지 않고, 적절히 조합해서 사용할 수도 있다.As described above, various typical embodiments of the present disclosure have been described, but the present disclosure is not limited to such embodiments, and may be used in appropriate combinations.
10: 기판 처리 장치
121: 컨트롤러
200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실10: substrate processing apparatus 121: controller
200: wafer (substrate) 201: processing chamber
Claims (18)
상기 처리실 내를 가열하는 가열부;
설정된 프로세스 파라미터에 기초하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 것이 가능하도록 제어하는 제어부;
상기 처리실 내에 부착되는 막 두께를 산출하는 산출부; 및
상기 산출부에 의해 산출된 막 두께의 누적값을 누적 막 두께로서 기억하는 기억부
를 구비하고,
상기 제어부는 상기 기억부에 기억된 누적 막 두께에 따라 상기 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 것이 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치.A processing chamber accommodating a substrate;
A heating unit for heating the interior of the processing chamber;
A control unit controlling to be able to form a film on the substrate based on a set process parameter;
A calculation unit that calculates a film thickness attached to the processing chamber; And
A storage unit that stores an accumulated value of the film thickness calculated by the calculation unit as an accumulated film thickness
And,
The control unit is configured to be capable of determining a set value other than the temperature of the process parameter according to the accumulated film thickness stored in the storage unit.
상기 제어부는 미리 준비된 테이블 또는 계산식을 이용하여 상기 기억부에 기억된 누적 막 두께에 따른 상기 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 것이 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
The control unit is configured to be capable of determining a set value other than the temperature of the process parameter according to the accumulated film thickness stored in the storage unit by using a table or calculation formula prepared in advance.
상기 제어부는 누적 막 두께 이외의 다른 조건도 이용하여 상기 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 것이 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
The control unit is configured to be capable of determining a set value other than the temperature of the process parameter using conditions other than the accumulated film thickness.
상기 제어부는 누적 막 두께 이외의 다른 조건도 이용하여 상기 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 것이 가능하도록 구성되는 기판 처리 장치.The method of claim 2,
The control unit is configured to be capable of determining a set value other than the temperature of the process parameter using conditions other than the accumulated film thickness.
상기 제어부는 상기 프로세스 파라미터는 사이클 수, 압력, 가스 유량, 스텝 시간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 데이터를 연산하도록 구성되는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
The control unit is configured to calculate data including at least one of the number of cycles, pressure, gas flow rate, and step time as the process parameter.
상기 제어부는 상기 프로세스 파라미터는 사이클 수의 데이터를 포함하고,
상기 기판에 성막하는 설정 막 두께에 따라 상기 사이클 수를 결정하도록 연산하도록 구성되는 기판 처리 장치.The method of claim 1,
The control unit includes the process parameter data of the number of cycles,
A substrate processing apparatus configured to calculate the number of cycles according to a set film thickness to be deposited on the substrate.
(b) 상기 처리실 내를 가열하는 공정;
(c) 설정된 프로세스 파라미터에 기초하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 공정;
(d) 상기 처리실 내에 부착되는 막 두께를 산출하는 공정;
(e) 산출된 막 두께의 누적값을 누적 막 두께로서 기억하는 공정; 및
(f) 기억된 누적 막 두께에 따라 상기 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 공정
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.(a) accommodating the substrate in the processing chamber;
(b) heating the inside of the processing chamber;
(c) forming a film on the substrate based on set process parameters;
(d) calculating the thickness of the film deposited in the processing chamber;
(e) storing the calculated accumulated film thickness as the accumulated film thickness; And
(f) The process of determining a set value other than the temperature of the process parameter according to the stored accumulated film thickness.
A method of manufacturing a semiconductor device comprising a.
상기 (f) 공정에서는 미리 준비된 테이블 또는 계산식을 이용하여 상기 기억부에 기억된 누적 막 두께에 따른, 상기 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 7,
In the step (f), a set value other than the temperature of the process parameter is determined according to the accumulated film thickness stored in the storage unit using a table or calculation formula prepared in advance.
상기 (f) 공정에서는 누적 막 두께 이외의 다른 조건도 이용하여 상기 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 것이 가능하도록 구성되는 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 7,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step (f), a set value other than the temperature of the process parameter can be determined using conditions other than the accumulated film thickness.
상기 (f) 공정에서는 누적 막 두께 이외의 다른 조건도 이용하여 상기 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 것이 가능하도록 구성되는 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 8,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step (f), a set value other than the temperature of the process parameter can be determined using conditions other than the accumulated film thickness.
상기 프로세스 파라미터는 사이클 수, 압력, 가스 유량, 스텝 시간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 7,
The process parameter includes at least one of cycle number, pressure, gas flow rate, and step time.
상기 프로세스 파라미터는 사이클 수의 데이터를 포함하고,
상기 (f) 공정에서는 상기 기판에 성막하는 설정 막 두께에 따라 상기 사이클 수를 결정하도록 연산하는 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 7,
The process parameter contains data of the number of cycles,
In the step (f), a method of manufacturing a semiconductor device is performed to determine the number of cycles according to a set film thickness formed on the substrate.
(b) 상기 처리실 내를 가열하는 단계;
(c) 설정된 프로세스 파라미터에 기초하여 상기 기판 상에 막을 형성하는 단계;
(d) 상기 처리실 내에 부착되는 막 두께를 산출하는 단계;
(e) 산출된 막 두께의 누적값을 누적 막 두께로서 기억하는 단계; 및
(f) 기억된 누적 막 두께에 따라 상기 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 단계
를 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램이 기록된 기록 매체.(a) accommodating a substrate in a processing chamber of a substrate processing apparatus;
(b) heating the inside of the processing chamber;
(c) forming a film on the substrate based on the set process parameters;
(d) calculating a film thickness attached to the processing chamber;
(e) storing the calculated accumulated film thickness as the accumulated film thickness; And
(f) determining a set value other than the temperature of the process parameter according to the stored accumulated film thickness.
A recording medium in which a program for causing the substrate processing apparatus to be executed by a computer is recorded.
상기 (f) 단계에서는 미리 준비된 테이블 또는 계산식을 이용하여 상기 기억부에 기억된 누적 막 두께에 따른, 상기 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 기록 매체.The method of claim 13,
In the step (f), a set value other than the temperature of the process parameter is determined according to the accumulated film thickness stored in the storage unit by using a table or calculation formula prepared in advance.
상기 (f) 단계에서는 누적 막 두께 이외의 다른 조건도 이용하여 상기 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 것이 가능하도록 구성되는 기록 매체.The method of claim 13,
In the step (f), it is possible to determine a set value other than the temperature of the process parameter using conditions other than the accumulated film thickness.
상기 (f) 단계에서는 누적 막 두께이외의 다른 조건도 이용하여 상기 프로세스 파라미터의 온도 이외의 설정값을 결정하는 것이 가능하도록 구성되는 기록 매체.The method of claim 13,
In the step (f), it is possible to determine a set value other than the temperature of the process parameter by using conditions other than the accumulated film thickness.
상기 프로세스 파라미터는 사이클 수, 압력, 가스 유량, 스텝 시간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기록 매체.The method of claim 13,
The process parameter includes at least one of cycle number, pressure, gas flow rate, and step time.
상기 프로세스 파라미터는 사이클 수의 데이터를 포함하고,
상기 (f) 단계에서는 상기 기판에 성막하는 설정 막 두께에 따라 상기 사이클 수를 결정하도록 연산하는 기록 매체.The method of claim 13,
The process parameter contains data of the number of cycles,
In the step (f), the recording medium is calculated to determine the number of cycles according to a set film thickness to be deposited on the substrate.
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