KR20210007850A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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다카노부 호타
아츠시 마츠모토
다쿠야 가와구치
고우이치 세키도
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 성막 재현성을 향상시키는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다. 원료 용기 내의 원료를 기화시켜서, 캐리어 가스와 함께 원료 가스를 공급하는 가스 공급 기구를 구비하는 기판 처리 장치의 기판 처리 방법이며, 상기 캐리어 가스의 유량과 상기 원료 가스의 유량의 관계식을 교정하는 공정과, 상기 관계식에 기초하여 상기 캐리어 가스의 유량을 제어하고, 처리 용기 내에 상기 원료 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내의 기판에 처리를 실시하는 공정을 갖고, 상기 관계식을 교정하는 공정은, 상기 캐리어 가스를 연속적으로 흘려서 상기 관계식을 도출하는, 기판 처리 방법.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 예를 들어 MOSFET의 게이트 전극, DRAM의 워드 라인 등에, 텅스텐막이 사용되고 있다.
특허문헌 1에는, 원료 용기 내의 원료를 기화시켜서, 캐리어 가스와 함께 처리 용기 내에 원료 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 구비하는 성막 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2018-145458호 공보
일 측면에서는, 본 개시는, 성막 재현성을 향상시키는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 일 양태에 의하면, 원료 용기 내의 원료를 기화시켜서, 캐리어 가스와 함께 원료 가스를 공급하는 가스 공급 기구를 포함하는 기판 처리 장치의 기판 처리 방법이며, 상기 캐리어 가스의 유량과 상기 원료 가스의 유량의 관계식을 교정하는 공정과, 상기 관계식에 기초하여 상기 캐리어 가스의 유량을 제어하고, 처리 용기 내에 상기 원료 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내의 기판에 처리를 실시하는 공정을 포함하고, 상기 관계식을 교정하는 공정은, 상기 캐리어 가스를 연속적으로 흘려서 상기 관계식을 도출하는, 기판 처리 방법이 제공된다.
일 측면에 의하면, 성막 재현성을 향상시키는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 성막 장치의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 성막 장치의 동작을 설명하는 흐름도의 일례이다.
도 3은 성막 공정에서의 가스 공급 시퀀스의 일례이다.
도 4는 매스 플로우 컨트롤러의 교정과, 전구체의 픽업양의 측정의 원리를 설명하는 그래프이다.
도 5는 캘리브레이션 공정에서의 동작을 설명하는 그래프의 일례이다.
도 6은 캐리어 가스의 유량과 전구체의 픽업 유량의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
〔성막 장치〕
도 1은, 본 실시 형태에 따른 성막 장치(기판 처리 장치)의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 본 실시 형태에 따른 성막 장치는, 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법에 의한 성막, 및 화학적 기상 성장(CVD: Chemical Vapor Deposition)법에 의한 성막이 실시 가능한 장치로서 구성되어 있다.
성막 장치는, 처리 용기(1)와, 처리 용기(1) 내에서 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼(W)라고 함)를 수평하게 지지하기 위한 서셉터(2)와, 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 샤워 형상으로 공급하기 위한 샤워 헤드(3)와, 처리 용기(1)의 내부를 배기하는 배기부(4)와, 샤워 헤드(3)에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구(5)와, 제어부(6)를 갖고 있다.
처리 용기(1)는, 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되고, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 처리 용기(1)의 측벽에는 웨이퍼(W)를 반입 또는 반출하기 위한 반입출구(11)가 형성되고, 반입출구(11)는 게이트 밸브(12)로 개폐 가능하게 되어 있다. 처리 용기(1)의 본체 상에는, 단면이 직사각 형상을 이루는 원환형의 배기 덕트(13)가 마련되어 있다. 배기 덕트(13)에는, 내주면을 따라서 슬릿(13a)이 형성되어 있다. 또한, 배기 덕트(13)의 외벽에는 배기구(13b)가 형성되어 있다. 배기 덕트(13)의 상면에는 처리 용기(1)의 상부 개구를 막도록 천장벽(14)이 마련되어 있다. 천장벽(14)과 배기 덕트(13)의 사이는 시일 링(15)으로 기밀하게 시일되어 있다.
서셉터(2)는 웨이퍼(W)에 대응한 크기의 원판형을 이루고, 지지 부재(23)에 지지되어 있다. 서셉터(2)는, 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹스 재료나, 알루미늄이나 니켈기 합금 등의 금속 재료로 구성되어 있고, 내부에 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(21)가 매립되어 있다. 히터(21)는, 히터 전원(도시하지 않음)으로부터 급전되어 발열하도록 되어 있다. 그리고, 서셉터(2)의 상면의 웨이퍼 적재면 근방에 마련된 열전쌍(도시하지 않음)의 온도 신호에 의해 히터(21)의 출력을 제어함으로써, 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 제어하도록 되어 있다.
서셉터(2)에는, 웨이퍼 적재면의 외주 영역, 및 서셉터(2)의 측면을 덮도록 알루미나 등의 세라믹스로 이루어지는 커버 부재(22)가 마련되어 있다.
서셉터(2)를 지지하는 지지 부재(23)는, 서셉터(2)의 저면 중앙으로부터 처리 용기(1)의 저벽에 형성된 구멍부를 관통해서 처리 용기(1)의 하방으로 연장되고, 그 하단이 승강 기구(24)에 접속되어 있다. 승강 기구(24)에 의해 서셉터(2)가 지지 부재(23)를 통해서, 도 1에서 도시하는 처리 위치와, 그 하방의 이점쇄선으로 나타내는 웨이퍼의 반송이 가능한 반송 위치의 사이에서 승강 가능하게 되어 있다. 또한, 지지 부재(23)의 처리 용기(1)의 하방에는, 플랜지부(25)가 설치되어 있고, 처리 용기(1)의 저면과 플랜지부(25)의 사이에는, 처리 용기(1) 내의 분위기를 외기와 구획하고, 서셉터(2)의 승강 동작에 따라 신축하는 벨로우즈(26)가 마련되어 있다.
처리 용기(1)의 저면 근방에는, 승강판(27a)으로부터 상방으로 돌출되도록 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지 핀(27)이 마련되어 있다. 웨이퍼 지지 핀(27)은, 처리 용기(1)의 하방에 마련된 승강 기구(28)에 의해 승강판(27a)을 통해서 승강 가능하게 되어 있어, 반송 위치에 있는 서셉터(2)에 마련된 관통 구멍(2a)에 삽입 관통되어 서셉터(2)의 상면에 대하여 돌출 함몰 가능하게 되어 있다. 이렇게 웨이퍼 지지 핀(27)을 승강시킴으로써, 웨이퍼 반송 기구(도시하지 않음)와 서셉터(2)의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행하여진다.
샤워 헤드(3)는 금속제이며, 서셉터(2)에 대향하도록 마련되어 있고, 서셉터(2)와 거의 동일한 직경을 갖고 있다. 샤워 헤드(3)는, 처리 용기(1)의 천장벽(14)에 고정된 본체부(31)와, 본체부(31) 아래에 접속된 샤워 플레이트(32)를 갖고 있다. 본체부(31)와 샤워 플레이트(32)의 사이에는 가스 확산 공간(33)이 형성되어 있고, 가스 확산 공간(33)에는, 본체부(31) 및 처리 용기(1)의 천장벽(14)의 중앙을 관통하도록 가스 도입 구멍(36)이 마련되어 있다. 샤워 플레이트(32)의 주연부에는 하방으로 돌출되는 환형 돌기부(34)가 형성되고, 샤워 플레이트(32)의 환형 돌기부(34)의 내측 평탄면에는 가스 토출 구멍(35)이 형성되어 있다.
서셉터(2)가 처리 위치에 존재한 상태에서는, 샤워 플레이트(32)와 서셉터(2)의 사이에 처리 공간(37)이 형성되고, 환형 돌기부(34)와 서셉터(2)의 커버 부재(22)의 상면이 근접해서 환형 간극(38)이 형성된다.
배기부(4)는, 배기 덕트(13)의 배기구(13b)에 접속된 배기 배관(41)과, 배기 배관(41)에 접속된, 진공 펌프나 압력 제어 밸브 등을 갖는 배기 기구(42)를 구비하고 있다. 처리 시에는, 처리 용기(1) 내의 가스는 슬릿(13a)을 통해서 배기 덕트(13)에 이르고, 배기 덕트(13)로부터 배기부(4)의 배기 기구(42)에 의해 배기 배관(41)을 통해서 배기된다.
처리 가스 공급 기구(5)는, WCl6 가스 공급 기구(51), 제1 H2 가스 공급원(52), 제2 H2 가스 공급원(53), 제1 N2 가스 공급원(54), 제2 N2 가스 공급원(55) 및 SiH4 가스 공급원(56)을 갖는다. WCl6 가스 공급 기구(51)는, 원료 가스인 금속 염화물 가스로서의 WCl6 가스를 공급한다. 제1 H2 가스 공급원(52)은, 환원 가스로서의 H2 가스를 공급한다. 제2 H2 가스 공급원(53)은, 첨가 환원 가스로서의 H2 가스를 공급한다. 제1 N2 가스 공급원(54) 및 제2 N2 가스 공급원(55)은, 퍼지 가스인 N2 가스를 공급한다. SiH4 가스 공급원(56)은 SiH4 가스를 공급한다.
또한, 처리 가스 공급 기구(5)는, WCl6 가스 공급 라인(61), 제1 H2 가스 공급 라인(62), 제2 H2 가스 공급 라인(63), 제1 N2 가스 공급 라인(64), 제2 N2 가스 공급 라인(65) 및 SiH4 가스 공급 라인(63a)을 갖는다. WCl6 가스 공급 라인(61)은 WCl6 가스 공급 기구(51)로부터 연장되는 라인이다. 제1 H2 가스 공급 라인(62)은 제1 H2 가스 공급원(52)으로부터 연장되는 라인이다. 제2 H2 가스 공급 라인(63)은 제2 H2 가스 공급원(53)으로부터 연장되는 라인이다. 제1 N2 가스 공급 라인(64)은, 제1 N2 가스 공급원(54)으로부터 연장되어, WCl6 가스 공급 라인(61)측에 N2 가스를 공급하는 라인이다. 제2 N2 가스 공급 라인(65)은, 제2 N2 가스 공급원(55)으로부터 연장되어, 제1 H2 가스 공급 라인(62)측에 N2 가스를 공급하는 라인이다. SiH4 가스 공급 라인(63a)은, SiH4 가스 공급원(56)으로부터 연장되어, 제2 H2 가스 공급 라인(63)에 접속되도록 마련된 라인이다.
제1 N2 가스 공급 라인(64)은, ALD법에 의한 성막 중에 상시 N2 가스를 공급하는 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66)과, 퍼지 스텝 시에만 N2 가스를 공급하는 제1 플러쉬 퍼지 라인(67)으로 분기하고 있다. 또한, 제2 N2 가스 공급 라인(65)은, ALD법에 의한 성막 중에 상시 N2 가스를 공급하는 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68)과, 퍼지 스텝 시에만 N2 가스를 공급하는 제2 플러쉬 퍼지 라인(69)으로 분기하고 있다. 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제1 플러쉬 퍼지 라인(67)은, 제1 접속 라인(70)에 접속되고, 제1 접속 라인(70)은 WCl6 가스 공급 라인(61)에 접속되어 있다. 또한, 제2 H2 가스 공급 라인(63), 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68) 및 제2 플러쉬 퍼지 라인(69)은, 제2 접속 라인(71)에 접속되고, 제2 접속 라인(71)은 제1 H2 가스 공급 라인(62)에 접속되어 있다. WCl6 가스 공급 라인(61) 및 제1 H2 가스 공급 라인(62)은, 합류 배관(72)에 합류하고 있고, 합류 배관(72)은, 상술한 가스 도입 구멍(36)에 접속되어 있다.
WCl6 가스 공급 라인(61), 제1 H2 가스 공급 라인(62), 제2 H2 가스 공급 라인(63), 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66), 제1 플러쉬 퍼지 라인(67), 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68) 및 제2 플러쉬 퍼지 라인(69)의 가장 하류측에는, 각각, ALD 시에 가스를 전환하기 위한 개폐 밸브(73, 74, 75, 76, 77, 78, 79)가 마련되어 있다. 또한, 제1 H2 가스 공급 라인(62), 제2 H2 가스 공급 라인(63), 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66), 제1 플러쉬 퍼지 라인(67), 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68) 및 제2 플러쉬 퍼지 라인(69)의 개폐 밸브의 상류측에는, 각각 유량 제어기로서의 매스 플로우 컨트롤러(82, 83, 84, 85, 86, 87)가 마련되어 있다. 매스 플로우 컨트롤러(83)는, 제2 H2 가스 공급 라인(63)에서의 SiH4 가스 공급 라인(63a)의 합류점의 상류측에 마련되어 있고, 매스 플로우 컨트롤러(83)와 합류점의 사이에는 개폐 밸브(88)가 마련되어 있다. 또한, SiH4 가스 공급 라인(63a)에는, 상류측으로부터 순서대로 매스 플로우 컨트롤러(83a) 및 개폐 밸브(88a)가 마련되어 있다. 따라서, 제2 H2 가스 공급 라인(63)을 통해서 H2 가스 및 SiH4 가스의 어느 것 또는 양쪽이 공급 가능하게 되어 있다. WCl6 가스 공급 라인(61) 및 제1 H2 가스 공급 라인(62)에는, 단시간에 필요한 가스의 공급이 가능하도록, 각각 버퍼 탱크(80, 81)가 마련되어 있다. 버퍼 탱크(80)에는, 그 내부의 압력을 검출 가능한 압력계(80a)가 마련되어 있다.
WCl6 가스 공급 기구(51)는, WCl6을 수용하는 원료 용기인 성막 원료 탱크(91)를 갖고 있다. WCl6은 상온에서 고체인 고체 원료이다. 성막 원료 탱크(91)의 주위에는 히터(91a)가 마련되어 있어, 성막 원료 탱크(91) 내의 성막 원료를 적절한 온도로 가열하여, WCl6을 승화시키도록 되어 있다. 성막 원료 탱크(91) 내에는 상술한 WCl6 가스 공급 라인(61)이 상방으로부터 삽입되어 있다.
또한, WCl6 가스 공급 기구(51)는, 성막 원료 탱크(91) 내에 상방으로부터 삽입된 캐리어 가스 배관(92)과, 캐리어 가스 배관(92)에 캐리어 가스인 N2 가스를 공급하기 위한 캐리어 N2 가스 공급원(93)과, 캐리어 가스 배관(92)에 접속된, 유량 제어기로서의 매스 플로우 컨트롤러(94) 및 매스 플로우 컨트롤러(94)의 하류측의 개폐 밸브(95a 및 95b)와, WCl6 가스 공급 라인(61)의 성막 원료 탱크(91)의 근방에 마련된, 개폐 밸브(96a 및 96b), 그리고 유량계(97)를 갖고 있다. 캐리어 가스 배관(92)에 있어서, 개폐 밸브(95a)는, 매스 플로우 컨트롤러(94)의 바로 아래 위치에 마련되고, 개폐 밸브(95b)는, 캐리어 가스 배관(92)의 삽입 단부측에 마련되어 있다. 또한, 개폐 밸브(96a 및 96b), 그리고 유량계(97)는, WCl6 가스 공급 라인(61)의 삽입 단부로부터 개폐 밸브(96a), 개폐 밸브(96b), 유량계(97)의 순으로 배치되어 있다.
캐리어 가스 배관(92)의 개폐 밸브(95a)와 개폐 밸브(95b)의 사이의 위치, 및 WCl6 가스 공급 라인(61)의 개폐 밸브(96a)와 개폐 밸브(96b)의 사이의 위치를 연결하도록, 바이패스 배관(98)이 마련되고, 바이패스 배관(98)에는 개폐 밸브(99)가 개재 설치되어 있다. 개폐 밸브(95b, 96a)를 닫고 개폐 밸브(99, 95a, 96b)를 개방함으로써, 캐리어 N2 가스 공급원(93)으로부터 공급되는 N2 가스가 캐리어 가스 배관(92), 바이패스 배관(98)을 거쳐서, WCl6 가스 공급 라인(61)에 공급된다. 이에 의해, WCl6 가스 공급 라인(61)을 퍼지하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, WCl6 가스 공급 라인(61)에서의 유량계(97)의 상류측에는, 희석 가스인 N2 가스를 공급하는 희석 N2 가스 공급 라인(100)의 하류측의 단부가 합류하고 있다. 희석 N2 가스 공급 라인(100)의 상류측의 단부에는, N2 가스의 공급원인 희석 N2 가스 공급원(101)이 마련되어 있다. 희석 N2 가스 공급 라인(100)에는, 상류측으로부터 매스 플로우 컨트롤러(102)와, 개폐 밸브(103)가 개재 설치되어 있다.
WCl6 가스 공급 라인(61)에서의 유량계(97)의 하류 위치에는, 에박 라인(104)의 일단이 접속되고, 에박 라인(104)의 타단은 배기 배관(41)에 접속되어 있다. 에박 라인(104)의 WCl6 가스 공급 라인(61) 근방 위치 및 배기 배관(41) 근방 위치에는, 각각 개폐 밸브(105) 및 개폐 밸브(106)가 마련되어 있다. 또한, 개폐 밸브(105)와 개폐 밸브(106)의 사이에는, 압력 제어 밸브(107)가 마련되어 있다. 그리고, 개폐 밸브(99, 95a, 95b)를 닫은 상태에서 개폐 밸브(105, 106, 96a, 96b)를 개방함으로써, 성막 원료 탱크(91) 내, 및 버퍼 탱크(80) 내를 배기 기구(42)에 의해 배기하는 것이 가능하게 되어 있다.
제어부(6)는, 각 구성부, 구체적으로는 밸브, 전원, 히터, 펌프 등을 제어하는 마이크로프로세서(컴퓨터)를 구비한 프로세스 컨트롤러와, 유저 인터페이스와, 기억부를 갖고 있다. 프로세스 컨트롤러에는 성막 장치의 각 구성부가 전기적으로 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 유저 인터페이스는, 프로세스 컨트롤러에 접속되어 있고, 오퍼레이터가 성막 장치의 각 구성부를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 성막 장치의 각 구성부의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어져 있다. 기억부도 프로세스 컨트롤러에 접속되어 있다. 기억부에는, 성막 장치에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라서 성막 장치의 각 구성부에 소정의 처리를 실행시키기 위한 제어 프로그램, 즉 처리 레시피나, 각종 데이터베이스 등이 저장되어 있다. 또한, 기억부에는, 과거에 처리 용기(1) 내에 WCl6 가스를 공급해서 처리를 행했을 때의 버퍼 탱크(80) 내의 압력이, 처리 레시피마다 저장되어 있다. 처리 레시피는 기억부 중의 기억 매체(도시하지 않음)에 기억되어 있다. 기억 매체는, 하드 디스크 등의 고정적으로 마련되어 있는 것이어도 되고, CDROM, DVD, 반도체 메모리 등의 가반성의 것이어도 된다. 또한, 다른 장치로부터, 예를 들어 전용 회선을 통해서 레시피를 적절하게 전송시키도록 해도 된다. 필요에 따라, 유저 인터페이스로부터의 지시 등으로 소정의 처리 레시피를 기억부로부터 호출해서 프로세스 컨트롤러에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러의 제어 하에, 성막 장치에서의 원하는 처리가 행하여진다.
도 2는, 본 실시 형태에 따른 성막 장치의 동작을 설명하는 흐름도이다.
스텝 S101에서, 제어부(6)는, 캐리어 N2 가스 공급원(93)으로부터 성막 원료 탱크(91)에 공급되는 캐리어 가스인 N2 가스와, 캐리어 가스에 의해 성막 원료 탱크(91)로부터 픽업된 전구체(원료 가스, WCl6 가스)의 유량의 관계식을 교정하는 캘리브레이션 공정을 행한다. 또한, 캘리브레이션 공정에서의 관계식의 교정은, 도 4 등을 사용해서 후술한다.
스텝 S102에서, 제어부(6)는, 웨이퍼(W)에 성막 처리를 행한다. 여기에서는, 예를 들어 트렌치나 홀 등의 오목부를 갖는 실리콘막의 표면에 하지막이 형성된 웨이퍼(W)에 대하여 텅스텐막을 성막한다.
맨 처음에, 처리 용기(1) 내에 웨이퍼(W)를 반입한다(반입 공정). 구체적으로는, 서셉터(2)를 반송 위치로 하강시킨 상태에서 게이트 밸브(12)를 개방하여, 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(W)를, 반입출구(11)를 통해서 처리 용기(1) 내에 반입하고, 히터(21)에 의해 소정 온도로 가열된 서셉터(2) 상에 적재한다. 계속해서, 서셉터(2)를 처리 위치까지 상승시키고, 처리 용기(1) 내를 소정의 진공도까지 감압한다. 그 후, 개폐 밸브(76, 78)를 개방하고, 개폐 밸브(73, 74, 75, 77, 79)를 닫는다. 이에 의해, 제1 N2 가스 공급원(54) 및 제2 N2 가스 공급원(55)으로부터, 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68)을 거쳐서 N2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급해서 압력을 상승시키고, 서셉터(2) 상의 웨이퍼(W)의 온도를 안정시킨다. 이때, 버퍼 탱크(80) 내에는 성막 원료 탱크(91)로부터 WCl6 가스가 공급되어, 버퍼 탱크(80) 내의 압력은 대략 일정하게 유지되어 있다. 웨이퍼(W)로서는, 트렌치나 홀 등의 오목부를 갖는 실리콘막의 표면에 하지막이 형성된 것을 사용할 수 있다. 하지막으로서는, TiN막, TiSiN막, Ti 실리사이드막, Ti막, TiO막, TiAlN막 등의 티타늄계 재료 막을 들 수 있다. 또한, 하지막으로서는, WN막, WSix막, WSiN막 등의 텅스텐계 화합물막을 들 수도 있다. 하지막을 실리콘막의 표면에 마련함으로써, 텅스텐막을 양호한 밀착성으로 성막할 수 있다. 또한, 인큐베이션 시간을 짧게 할 수 있다.
다음에, 버퍼 탱크(80) 내를 제1 압력으로 감압한다(감압 공정). 구체적으로는, 개폐 밸브(99, 95a, 95b, 103)를 닫은 상태에서 개폐 밸브(105, 106, 96a, 96b)를 개방함으로써, 에박 라인(104)을 통해서 버퍼 탱크(80) 내 및 성막 원료 탱크(91) 내를 배기 기구(42)에 의해 배기한다. 이때, 버퍼 탱크(80) 내, 성막 원료 탱크(91) 내, 및 WCl6 가스 공급 라인(61)을 제1 압력으로 감압한다. 제1 압력은, 배기 기구(42)에 의한 완전 흡인 상태의 압력이어도 되고, 압력 제어 밸브(107)에 의해 조정되는 소정의 압력이어도 된다.
다음에, 버퍼 탱크(80) 내의 압력을 제1 압력보다도 높은 제2 압력으로 조정한다(조정 공정). 구체적으로는, 개폐 밸브(105, 106)를 닫고, 개폐 밸브(95a, 95b, 103)를 연다. 이에 의해, 캐리어 N2 가스 공급원(93)으로부터 공급되는 N2 가스, 성막 원료 탱크(91)로부터 공급되는 WCl6 가스, 및 희석 N2 가스 공급 라인(100)으로부터 공급되는 N2 가스가 버퍼 탱크(80) 내에 충전된다. 또한, 압력 제어 밸브(107)의 개방도를 조정함으로써, 버퍼 탱크(80) 내의 압력을 제2 압력으로 조정해도 된다. 또한, 제2 압력은, 과거에 처리 용기(1) 내에 WCl6 가스를 공급해서 처리를 행했을 때의 버퍼 탱크(80) 내의 압력과 동등한 압력이며, 예를 들어 기억부에 미리 기억되어 있어도 된다. 과거에 행하여진 처리로서는, 예를 들어 최근에 동일한 처리 레시피로 행하여진 처리이면 된다.
다음에, 금속 염화물 가스인 WCl6 가스와, 환원 가스인 H2 가스를 사용해서 텅스텐막을 성막한다(성막 공정). 성막 공정은, 조정 공정에서 버퍼 탱크(80) 내의 압력이, 제2 압력으로 조정된 후에 행하여진다.
여기서, 성막 공정에 대해서 더 설명한다. 도 3은, 성막 공정에서의 가스 공급 시퀀스의 일례를 도시하는 도면이다. 여기에서는, ALD법에 의해 텅스텐막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명한다.
스텝 S1은, WCl6 가스를 처리 공간(37)에 공급하는 원료 가스 공급 스텝이다. 스텝 S1에서는, 최초로, 개폐 밸브(76, 78)를 개방한 상태에서, 제1 N2 가스 공급원(54) 및 제2 N2 가스 공급원(55)으로부터, 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68)을 거쳐서 N2 가스를 계속해서 공급한다. 또한, 개폐 밸브(73)를 개방함으로써, WCl6 가스 공급 기구(51)로부터 WCl6 가스 공급 라인(61)을 거쳐서 WCl6 가스를 처리 용기(1) 내의 처리 공간(37)에 공급한다. 이때, WCl6 가스는, 버퍼 탱크(80)에 일단 저류된 후에 처리 용기(1) 내에 공급된다. 또한, 매스 플로우 컨트롤러(94)는, 스텝 S101(도 2 참조)에서 교정한 관계식에 기초하여 제어된다. 또한, 스텝 S1에서, 제2 H2 가스 공급원(53)으로부터 연장되는 제2 H2 가스 공급 라인(63)을 거쳐서 첨가 환원 가스로서 H2 가스를 처리 용기(1) 내에 공급해도 된다. 스텝 S1 시에 WCl6 가스와 동시에 환원 가스를 공급함으로써, 공급된 WCl6 가스가 활성화되어, 그 후의 스텝 S3 시의 성막 반응이 생기기 쉬워진다. 그 때문에, 높은 스텝 커버리지를 유지하고, 또한 1사이클당 퇴적 막 두께를 두껍게 해서 성막 속도를 크게 할 수 있다. 첨가 환원 가스의 유량으로서는, 스텝 S1에서 CVD 반응이 생기지 않을 정도의 유량으로 할 수 있다.
스텝 S2는, 처리 공간(37)의 잉여 WCl6 가스 등을 퍼지하는 퍼지 스텝이다. 스텝 S2에서는, 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68)을 통한 N2 가스의 공급을 계속한 상태에서, 개폐 밸브(73)를 닫아 WCl6 가스를 정지한다. 또한, 개폐 밸브(77, 79)를 열어, 제1 플러쉬 퍼지 라인(67) 및 제2 플러쉬 퍼지 라인(69)으로부터도 N2 가스(플러쉬 퍼지 N2 가스)를 공급하여, 대유량의 N2 가스에 의해, 처리 공간(37)의 잉여 WCl6 가스 등을 퍼지한다.
스텝 S3은, H2 가스를 처리 공간(37)에 공급하는 환원 가스 공급 스텝이다. 스텝 S3에서는, 개폐 밸브(77, 79)를 닫아 제1 플러쉬 퍼지 라인(67) 및 제2 플러쉬 퍼지 라인(69)으로부터의 N2 가스를 정지한다. 또한, 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68)을 통한 N2 가스의 공급을 계속한 상태에서, 개폐 밸브(74)를 개방한다. 이에 의해, 제1 H2 가스 공급원(52)으로부터 제1 H2 가스 공급 라인(62)을 거쳐서 환원 가스로서의 H2 가스를 처리 공간(37)에 공급한다. 이때, H2 가스는, 버퍼 탱크(81)에 일단 저류된 후에 처리 용기(1) 내에 공급된다. 스텝 S3에 의해, 웨이퍼(W) 상에 흡착된 WCl6이 환원된다. 이때의 H2 가스의 유량은, 충분히 환원 반응이 생기는 양으로 할 수 있다.
스텝 S4는, 처리 공간(37)의 잉여 H2 가스를 퍼지하는 퍼지 스텝이다. 스텝 S4에서는, 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68)을 통한 N2 가스의 공급을 계속한 상태에서, 개폐 밸브(74)를 닫아 제1 H2 가스 공급 라인(62)으로부터의 H2 가스의 공급을 정지한다. 또한, 개폐 밸브(77, 79)를 개방하여, 제1 플러쉬 퍼지 라인(67) 및 제2 플러쉬 퍼지 라인(69)으로부터도 N2 가스(플러쉬 퍼지 N2 가스)를 공급하여, 스텝 S2와 마찬가지로, 대유량의 N2 가스에 의해, 처리 공간(37)의 잉여 H2 가스를 퍼지한다.
이상의 스텝 S1 내지 S4를 단시간에 1사이클 실시함으로써, 얇은 텅스텐 단위막을 형성하고, 이들 스텝의 사이클을 복수회 반복함으로써 원하는 막 두께의 텅스텐막을 성막한다. 이때의 텅스텐막의 막 두께는, 상기 사이클의 반복수에 의해 제어할 수 있다.
성막 공정이 종료되면, 처리 용기(1) 밖으로 웨이퍼(W)를 반출한다(반출 공정). 반출 공정은, 반입 공정의 수순을 반대로 행하면 되며, 설명을 생략한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 반입 공정, 감압 공정, 조정 공정, 성막 공정 및 반출 공정을 이 순번으로 행하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 반입 공정과 감압 공정을 동시에 행해도 된다.
도 2로 돌아가서, 스텝 S103에서, 제어부(6)는, 트리거 조건을 충족했는지 여부를 판정한다. 여기서, 트리거 조건이란, 관계식을 교정하는 캘리브레이션 공정(S101)을 행할지 여부를 판정하기 위한 조건이다. 트리거 조건을 충족하지 못한 경우(S103·"아니오"), 제어부(6)의 처리는 스텝 S102로 돌아가서, 다음 웨이퍼(W)에 성막 처리를 실시한다. 트리거 조건을 충족한 경우(S103·"예"), 제어부(6)의 처리는 스텝 S101로 진행하여, 관계식을 교정한다.
또한, 트리거 조건은, 예를 들어 전회의 캘리브레이션으로부터 카운트한 웨이퍼(W)의 처리 매수가 소정의 처리 매수를 초과하였는지 여부로 판정한다. 또한, 트리거 조건은, FOUP별로 해도 된다. 또한, 트리거 조건은, 성막 장치가 아이들 상태인지 여부로 판정해도 된다. 또한, 트리거 조건은, 전회의 캘리브레이션으로부터 카운트한 성막 장치의 동작 시간이 소정의 역치를 초과하였는지 여부로 판정해도 된다. 또한, 트리거 조건은, 전회의 캘리브레이션으로부터 웨이퍼(W)에 성막한 텅스텐막의 적산 막 두께가 소정의 역치를 초과하였는지 여부로 판정해도 된다. 또한, 트리거 조건은, 레시피를 변경하는지 여부로 판정해도 된다.
다음에, 스텝 S101에서의 캘리브레이션 공정에 대해서, 도 4 내지 도 6을 사용해서 더 설명한다.
도 4는, 캘리브레이션 공정에서의 매스 플로우 컨트롤러(94)의 교정과, 원료 가스(전구체)의 픽업양의 측정의 원리를 설명하는 그래프이다. 도 4에서, 횡축은 시간이며, 종축은 유량계(97)로 검출되는 유량이다.
먼저, 캐리어 가스를 연속적으로 흘려서 전구체를 픽업하는 오토 연속 플로우를 행한다. 구체적으로는, 제어부(6)는, 개폐 밸브(99)를 닫고, 개폐 밸브(95a, 95b, 96a, 96b, 73)를 연다. 이에 의해, 캐리어 N2 가스 공급원(93)으로부터 공급되는 캐리어 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(94)를 통해서, 성막 원료 탱크(91)에 공급된다. 성막 원료 탱크(91) 내의 승화한 원료 가스는, 캐리어 가스에 의해 픽업된다. 원료 가스 및 캐리어 가스는, 유량계(97)를 통해서, 처리 용기(1)에 공급되어, 배기부(4)에 의해 배기된다. 이때, 유량계(97)에 의해, 원료 가스 및 캐리어 가스의 유량이 계측된다.
다음에, 성막 원료 탱크(91)를 바이패스해서 캐리어 가스를 연속적으로 흘리는 바이패스 플로우를 행한다. 구체적으로는, 제어부(6)는, 개폐 밸브(95b, 96a)를 닫고, 개폐 밸브(95a, 99, 96b, 73)를 연다. 이에 의해, 캐리어 N2 가스 공급원(93)으로부터 공급되는 캐리어 가스는, 매스 플로우 컨트롤러(94)를 통해서, 바이패스 배관(98)을 통해서, 유량계(97)를 통해서, 처리 용기(1)에 공급되어, 배기부(4)에 의해 배기된다. 이때, 유량계(97)에 의해, 캐리어 가스의 유량이 계측된다.
제어부(6)는, 바이패스 플로우에 있어서의 매스 플로우 컨트롤러(94)의 제어값(예를 들어, 밸브 개방도)과 유량계(97)의 검출값에 기초하여, 매스 플로우 컨트롤러(94)를 교정한다. 또한, 제어부(6)는, 오토 연속 플로우에 있어서의 유량계(97)의 검출값과, 교정된 매스 플로우 컨트롤러(94)의 유량의 차분(도 4에서, 백색 화살표로 나타냄)으로부터, 픽업된 전구체의 유량을 계측한다. 여기서, 오토 연속 플로우 및 바이패스 플로우에 있어서, 개폐 밸브(73)는 상시 개방되어 있어, 버퍼 탱크(80)에 의한 가스의 저장이 행하여지지 않고, 가스가 연속적으로 배기부(4)로 흐른다. 이 때문에, 유량계(97)의 검출값이 진동하지 않아, 고정밀도로 유량을 계측할 수 있다.
도 5는, 캘리브레이션 공정에서의 동작을 설명하는 그래프의 일례이다. 또한, 도 5에서, 횡축은 시간이며, 종축은 유량계(97)로 검출되는 유량이다.
캘리브레이션 공정에서, 제어부(6)는, 각 개폐 밸브를 오토 연속 플로우의 상태로 하고, 매스 플로우 컨트롤러(94)를 제어하여, 캐리어 가스를 연속적으로 흘려서 전구체를 픽업한다. 이때, 매스 플로우 컨트롤러(94)로 제어하는 캐리어 가스의 유량은, 대유량(제1 유량)에서 소유량(제2 유량)으로 되도록 유량을 변화시키면서, 유량계(97)로 유량을 계측한다.
다음에, 제어부(6)는, 각 개폐 밸브를 바이패스 플로우의 상태로 하고, 매스 플로우 컨트롤러(94)를 제어하여, 캐리어 가스를 연속적으로 흘린다. 이때, 매스 플로우 컨트롤러(94)로 제어하는 캐리어 가스의 유량은, 대유량에서 소유량으로 되도록 유량을 변화시키면서, 유량계(97)로 유량을 계측한다.
제어부(6)는, 바이패스 플로우에 있어서의 유량계(97)의 검출값과 각 시점에서의 매스 플로우 컨트롤러(94)의 제어값(예를 들어, 밸브 개방도)의 관계에 의해, 매스 플로우 컨트롤러(94)의 제어값(예를 들어, 밸브 개방도)과 캐리어 가스의 유량의 관계를 교정한다. 또한, 매스 플로우 컨트롤러(94)의 어느 제어값(예를 들어, 밸브 개방도)에서의 오토 연속 플로우에서의 유량계(97)의 검출값과 바이패스 플로우에서의 유량계(97)의 검출값의 차분(도 5에서, 백색 화살표로 나타냄)으로부터, 전구체의 픽업 유량을 구한다. 이에 의해, 캐리어 가스의 유량과 전구체의 픽업 유량의 관계를 구할 수 있다.
도 6은, 캐리어 가스의 유량과 전구체의 픽업 유량의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다. 횡축은 캐리어 가스의 유량이며, 종축은 전구체의 픽업 유량이다.
여기서, 도 6의 (a)는 캐리어 가스의 유량을 대유량에서 소유량으로 되도록 제어한 경우를 도시한다. 도 6의 (b)는 캐리어 가스의 유량을 소유량에서 대유량으로 되도록 제어한 경우를 도시한다. 또한, 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 대해서, 도 5에 도시하는 오토 연속 플로우와 바이패스 플로우에 의한 계측을 각각 3회씩 행하였다.
도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 캐리어 가스의 유량을 소유량에서 대유량으로 되도록 흘렸을 경우, 2회째 이후의 소유량에서의 계측값과 비교하여, 1회째의 소유량에서의 계측값에는 큰 오차가 생겼다.
이에 반해, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 캐리어 가스의 유량을 대유량에서 소유량으로 되도록 흘렸을 경우, 1회째 내지 3회째에서 거의 오차는 생기지 않았다.
계측 개시 시에 있어서는, WCl6 가스 공급 라인(61)의 상태(예를 들어, 유량계(97)의 온도, 각 배관의 온도, 각 배관 내의 압력 등)가 정상적이지 않아, 유량계(97)의 계측값에 외란으로서 영향을 미쳐 오차가 생기기 쉽다. 여기서, 도 6의 (b)에 도시하는 소유량으로부터 개시되는 구성에서는, WCl6 가스 공급 라인(61)의 초기 상태의 영향을 충분히 배제할 수 없어, WCl6 가스 공급 라인(61)의 상태가 안정되는 2회째 이후와 비교하여, 계측 개시 시에 있어서의 계측값에는 큰 오차가 생긴다. 이에 반해, 도 6의 (a)에 도시하는 대유량으로부터 개시되는 구성에서는, WCl6 가스 공급 라인(61)의 상태를 빠르게 정상 상태로 할 수 있으므로, 계측 개시 시에 있어서의 계측값의 오차를 저감할 수 있다.
또한, 도시는 생략하지만, 먼저 오토 연속 플로우를 행하고, 후에 바이패스 플로우를 행함으로써, 먼저 바이패스 플로우를 행하고, 후에 오토 연속 플로우를 행하는 경우와 비교하여, 오차의 발생을 억제할 수 있다. 먼저 바이패스 플로우를 행하고, 후에 오토 연속 플로우를 행하는 경우, 후의 오토 연속 플로우에 있어서 히터(91a)로 가열된 가스가 유량계(97)에 공급된다. 이 때문에, 바이패스 플로우 시의 유량계(97)의 온도와 오토 연속 플로우 시의 유량계(97)의 온도의 온도 차가 생겨서, 유량계(97)의 계측 오차의 원인이 될 우려가 있다. 이에 반해, 먼저 오토 연속 플로우를 행하고, 후에 바이패스 플로우를 행하는 경우, 앞의 오토 연속 플로우에 있어서 히터(91a)로 가열된 가스가 유량계(97)에 공급된다. 이 때문에, 오토 연속 플로우 시의 유량계(97)의 온도와 바이패스 플로우 시의 유량계(97)의 온도의 온도 차를 저감하여, 유량계(97)의 계측 오차를 저감할 수 있다.
이상과 같이, 캐리어 가스의 유량과 전구체의 픽업 유량의 관계를 고정밀도로 계측할 수 있다. 제어부(6)는, 계측한 유량 관계에 기초하여, 관계식을 도출(교정)한다. 예를 들어, 최소 제곱법에 의해 관계식을 도출한다. 그리고, 스텝 S102(도 2 참조)에서의 성막 처리에서는, 스텝 S101에서 얻어진 관계식을 사용하여, 원료 가스의 공급을 제어한다.
이상, 본 실시 형태에 따른 성막 장치에 의하면, 성막 처리에서의 원료 가스(전구체)의 공급량을 적합하게 제어할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 각 웨이퍼(W)간의 막 두께를 균일하게 할 수 있어, 성막 재현성을 향상시킬 수 있다.
또한, 트리거 조건을 충족했을 때 캘리브레이션 공정을 행하므로, 매엽마다 교정을 행하는 경우(예를 들어, 특허문헌 1 참조)와 비교하여, 교정에 사용되는 원료를 저감시킬 수 있다. 또한, 매엽마다 교정을 행하는 경우에는, 유량계(97)의 정밀도에 따라, 제어의 편차가 생겨서, 각 웨이퍼(W)간의 성막 특성이 변동할 우려가 있다. 이에 반해, 본 실시 형태에 따른 성막 장치에 의하면, 다음의 트리거 조건을 충족할 때까지, 교정된 관계식에 기초하여 매스 플로우 컨트롤러(94)를 제어한다. 이에 의해, 유량계(97)의 정밀도에 따른 제어의 편차를 억제할 수 있으므로, 각 웨이퍼(W)간의 막 두께를 균일하게 할 수 있어, 성막 재현성을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 실시 형태에 따른 성막 장치에 대해서 설명했지만, 본 개시는 상기 실시 형태 등에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위에 기재된 본 개시의 요지의 범위 내에서, 다양한 변형, 개량이 가능하다.
캘리브레이션 공정에서, 가스를 처리 용기(1)에 공급하는 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 에박 라인(104)에 공급해도 된다. 또한, 가스를 처리 용기(1)와 에박 라인(104) 양쪽에 공급해도 된다.
매엽 방식의 성막 장치를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 복수 매엽 방식의 성막 장치에서의 성막에 적용해도 된다. 또한, 뱃치 방식의 성막 장치에서의 성막에 적용해도 된다.
성막 장치는, ALD법에 의해 성막하는 것으로서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, CVD법에 의해 성막하는 성막 장치에 적용해도 된다.
또한, 성막 원료 탱크(91) 내의 원료로서, WCl6을 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 다른 고체 원료이어도 된다. 또한, 고체 원료에 한정되는 것은 아니고, 액체 원료를 사용하는 성막 장치에 있어서, 캐리어 가스와 원료 가스의 관계식을 교정하는 경우에 적용해도 된다.
또한, 성막 장치는, 오토 연속 플로우에 있어서의 유량 계측 후에, 바이패스 플로우에 있어서의 유량 계측을 하는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 캐리어 가스의 유량을 대유량에서 소유량으로 변경할 때, 캐리어 가스의 유량이 동일한 유량일 때, 오토 연속 플로우에 있어서의 유량 계측 후에, 바이패스 플로우에 있어서의 유량 계측을 순차 실시해도 된다. 구체적으로는, 제어부(6)는, 매스 플로우 컨트롤러(94)를 제어하여, 캐리어 가스의 유량을 대유량에서 소유량으로 단계적으로 변화시킨다. 또한, 제어부(6)는, 각 단계의 캐리어 가스의 유량이 동일한 유량일 때, 오토 연속 플로우에 있어서의 유량 계측을 행하고, 매스 플로우 컨트롤러(94)의 제어값(예를 들어, 밸브 개방도)을 유지한 채 개폐 밸브(95a, 95b, 96a, 96b, 99)의 개폐를 전환하여, 바이패스 플로우에 있어서의 유량 계측을 행한다. 이에 의해, 캐리어 가스의 유량과 전구체의 픽업 유량의 관계를 고정밀도로 계측할 수 있다. 또한, 계측한 유량 관계에 기초하여, 관계식을 도출(교정)할 수 있다.

Claims (6)

  1. 원료 용기 내의 원료를 기화시켜서, 캐리어 가스와 함께 원료 가스를 공급하는 가스 공급 기구를 포함하는 기판 처리 장치의 기판 처리 방법이며,
    상기 캐리어 가스의 유량과 상기 원료 가스의 유량의 관계식을 교정하는 공정과,
    상기 관계식에 기초하여 상기 캐리어 가스의 유량을 제어하고, 처리 용기 내에 상기 원료 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내의 기판에 처리를 실시하는 공정을 포함하고,
    상기 관계식을 교정하는 공정은,
    상기 캐리어 가스를 연속적으로 흘려서 상기 관계식을 도출하는,
    기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 관계식을 교정하는 공정은,
    상기 캐리어 가스의 유량을 제1 유량에서 제2 유량으로 변화시키고, 상기 제1 유량은 상기 제2 유량보다 큰, 기판 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관계식을 교정하는 공정은,
    상기 캐리어 가스를 상기 원료 용기 내에 공급하여, 상기 캐리어 가스 및 상기 원료 가스의 유량을 검출하는 공정과,
    상기 원료 용기를 바이패스하여, 상기 캐리어 가스의 유량을 검출하는 공정을 포함하는, 기판 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 관계식을 교정하는 공정은,
    먼저, 상기 캐리어 가스를 상기 원료 용기 내에 공급하여, 상기 캐리어 가스 및 상기 원료 가스의 유량을 검출하는 공정을 행하고,
    나중에, 상기 원료 용기를 바이패스하여, 상기 캐리어 가스의 유량을 검출하는 공정을 행하는, 기판 처리 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 미리 정해진 트리거 조건을 충족하면, 상기 캐리어 가스와 상기 원료 가스의 상기 관계식을 다시 교정하는 공정을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  6. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 배치되어, 기판을 적재하는 적재대와,
    원료 용기 내의 원료를 기화시켜서, 캐리어 가스와 함께 원료 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 캐리어 가스의 유량과 상기 원료 가스의 유량의 관계식을 교정하는 공정과,
    상기 관계식에 기초하여 상기 캐리어 가스의 유량을 제어하고, 상기 처리 용기 내에 상기 원료 가스를 공급하여, 상기 기판에 처리를 실시하는 공정을 실행하고,
    상기 관계식을 교정하는 공정은,
    상기 캐리어 가스를 연속적으로 흘려서 상기 관계식을 도출하는,
    기판 처리 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160021717A (ko) * 2014-08-12 2016-02-26 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 원료 가스 공급 장치
JP2017066511A (ja) * 2015-09-30 2017-04-06 東京エレクトロン株式会社 原料ガス供給装置、原料ガス供給方法及び記憶媒体
JP2018145458A (ja) 2017-03-02 2018-09-20 東京エレクトロン株式会社 ガス供給装置、ガス供給方法及び成膜方法
KR20190070872A (ko) * 2017-12-13 2019-06-21 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 방법, 기억 매체 및 원료 가스 공급 장치

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9521168B2 (en) * 2010-03-23 2016-12-13 France Telecom Method for managing records in an IMS network, and S-CSCF server implementing said method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160021717A (ko) * 2014-08-12 2016-02-26 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 원료 가스 공급 장치
JP2017066511A (ja) * 2015-09-30 2017-04-06 東京エレクトロン株式会社 原料ガス供給装置、原料ガス供給方法及び記憶媒体
JP2018145458A (ja) 2017-03-02 2018-09-20 東京エレクトロン株式会社 ガス供給装置、ガス供給方法及び成膜方法
KR20190070872A (ko) * 2017-12-13 2019-06-21 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 방법, 기억 매체 및 원료 가스 공급 장치

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