KR20220155348A - 가스 공급량 산출 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

가스 공급량 산출 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20220155348A
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고우이치 세키도
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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    • H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material

Abstract

원자층 퇴적법에 의한 성막 중에 있어서의 가스 공급량을 정확하게 산출할 수 있는 기술을 제공한다. 원자층 퇴적법으로 성막을 행하는 처리 용기에 접속된 가스 공급로에 흐르는 제1 물질 가스와 제2 물질 가스의 혼합 가스의 유량으로부터, 상기 제2 물질 가스의 유량을 감산하여, 상기 제1 물질 가스의 유량을 산출하는 공정과, 상기 원자층 퇴적법에 의한 복수의 사이클에 걸치는 성막의 개시 직후의 미리 정해진 수의 사이클이 경과한 후의 나머지 복수의 사이클에서의 상기 제1 물질 가스의 상기 산출된 유량을 시간으로 적분해서 제1 적산 유량을 산출하는 공정과, 상기 제1 적산 유량을 상기 나머지 복수의 사이클의 수로 제산해서 상기 사이클당 평균 적산 유량을 산출하는 공정과, 상기 평균 적산 유량에 상기 미리 정해진 수를 승산하여 얻는 승산값과 상기 제1 적산 유량을 가산하여, 상기 원자층 퇴적법에 의한 복수의 사이클에서의 상기 제1 물질 가스의 총 공급량을 산출하는 공정을 포함하는, 가스 공급량 산출 방법이 제공된다.

Description

가스 공급량 산출 방법 및 반도체 장치의 제조 방법
본 개시는, 가스 공급량 산출 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1은, 원료 용기 내의 고체 원료 또는 액체 원료를 기화시켜서, 캐리어 가스와 함께 성막 처리부에 공급하는 것을 기재하고 있다.
특허문헌 2는, 가스 공급 장치, 가스 공급 방법 및 성막 방법을 기재하고 있다.
일본 특허 공개 제2017-101295호 공보 일본 특허 공개 제2018-145458호 공보
본 개시는, 원자층 퇴적법에 의한 성막 중에 있어서의 가스 공급량을 정확하게 산출할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 원자층 퇴적법으로 성막을 행하는 처리 용기에 접속된 가스 공급로에 흐르는 제1 물질 가스와 제2 물질 가스의 혼합 가스의 유량으로부터, 상기 제2 물질 가스의 유량을 감산하여, 상기 제1 물질 가스의 유량을 산출하는 공정과, 상기 원자층 퇴적법에 의한 복수의 사이클에 걸치는 성막의 개시 직후의 미리 정해진 수의 사이클이 경과한 후의 나머지 복수의 사이클에서의 상기 제1 물질 가스의 상기 산출된 유량을 시간으로 적분해서 제1 적산 유량을 산출하는 공정과, 상기 제1 적산 유량을 상기 나머지 복수의 사이클의 수로 제산해서 상기 사이클당 평균 적산 유량을 산출하는 공정과, 상기 평균 적산 유량에 상기 미리 정해진 수를 승산하여 얻는 승산값과 상기 제1 적산 유량을 가산하여, 상기 원자층 퇴적법에 의한 복수의 사이클에서의 상기 제1 물질 가스의 총 공급량을 산출하는 공정을 포함하는, 가스 공급량 산출 방법이 제공된다.
일 측면에 의하면, 원자층 퇴적법에 의한 성막 중에 있어서의 가스 공급량을 정확하게 산출할 수 있는 기술이 제공된다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 가스 공급 장치를 구비하는 성막 장치(100)의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 성막 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 성막 방법의 성막 공정에서의 가스 공급 시퀀스의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는 제어부(300)에 의해 산출되는 WCl6 가스의 유량의 시간 변화의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 실시 형태의 가스 공급량 산출 방법의 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
<성막 장치>
도 1은, 본 실시 형태에 관한 가스 공급 장치를 구비하는 성막 장치(100)의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 본 실시 형태에 관한 성막 장치(100)는, 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법에 의한 성막에 의한 성막이 실시 가능한 장치로서 구성되어 있다.
성막 장치(100)는, 처리 용기(1)와, 처리 용기(1) 내에서 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 웨이퍼(W)라고 함)를 수평하게 지지하는 서셉터(2)와, 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 샤워 형상으로 공급하는 샤워 헤드(3)와, 처리 용기(1)의 내부를 배기하는 배기부(4)를 포함한다. 성막 장치(100)는 또한, 샤워 헤드(3)에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구(5)와, 제어부(300)를 포함한다. 제어부(300)는, I/O(Input/Output) 보드(110)와, MC(Module Controller)(120)를 포함한다. 이 때문에, I/O 보드(110)와 MC(120)에는 부호 300을 괄호쓰기로 기재한다. I/O 보드(110)에는, FPGA(Field Programmable Gate Array)(111)가 마련되어 있다. I/O 보드(110)는, 일례로서, 시리얼 통신 케이블(112)을 통해서 MC(120)에 접속되어 있다. MC(120)는, I/O 보드(110) 및 FPGA(111)를 통해서 성막 장치(100)의 각 부의 제어를 행한다.
또한, MC(120)에는, EC(Equipment Controller/도시하지 않음)가 접속되어 있다. EC는, 성막 장치(100)와, 성막 장치(100) 이외의 성막 장치 등을 통괄적으로 제어하는 컨트롤러이며, MC(120)의 상위에 위치한다.
처리 용기(1)는, 알루미늄 등의 금속에 의해 구성되고, 대략 원통상을 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 원환상의 배기 덕트(13)가 마련되어 있다. 배기 덕트(13)에는, 내주면을 따라 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 원판상을 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 발열한다. 그리고, 서셉터(2)의 상면의 웨이퍼 적재면 근방에 마련된 열전쌍(도시하지 않음)의 온도 신호에 의해 히터(21)의 출력을 제어함으로써, 웨이퍼(W)를 미리 정해진 온도로 제어한다.
서셉터(2)에는, 웨이퍼 적재면의 외주 영역, 및 서셉터(2)의 측면을 덮도록 알루미나 등의 세라믹스제의 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 일점쇄선으로 나타내는 웨이퍼(W)의 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 따라서 신축하는 벨로우즈(26)가 마련되어 있다.
처리 용기(1)의 저면 근방에는, 승강판(27a)으로부터 상방으로 돌출되도록 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지핀(27)이 마련되어 있다. 웨이퍼 지지핀(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 지지핀(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 환상 돌기부(34)가 형성되고, 샤워 플레이트(32)의 환상 돌기부(34)의 내측의 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, 환상 돌기부(34)와 서셉터(2)의 커버 부재(22)의 상면이 근접해서 환상 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 함유 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 함유 가스 공급 기구(51)는, 원료 가스인 금속 염화물 가스로서의 WCl6(육염화텅스텐) 가스를 공급한다. 제1 H2 가스 공급원(52)은, 환원 가스로서의 H2(수소) 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(질소) 가스를 공급한다. SiH4 가스 공급원(56)은, SiH4(실란) 가스를 공급한다.
또한, 처리 가스 공급 기구(5)는, WCl6 함유 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 함유 가스 공급 라인(61)은, WCl6 함유 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 함유 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 스텝일 때만 N2 가스를 공급하는 제1 플래시 퍼지 라인(67)으로 분기되어 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 스텝일 때만 N2 가스를 공급하는 제2 플래시 퍼지 라인(69)으로 분기되어 있다. 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66) 및 제1 플래시 퍼지 라인(67)은, 제1 접속 라인(70)에 접속되고, 제1 접속 라인(70)은 WCl6 함유 가스 공급 라인(61)에 접속되어 있다. 또한, 제2 H2 가스 공급 라인(63), 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68) 및 제2 플래시 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 함유 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 함유 가스 공급 라인(61), 제1 H2 가스 공급 라인(62), 제2 H2 가스 공급 라인(63), 제1 연속 N2 가스 공급 라인(66), 제1 플래시 퍼지 라인(67), 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68) 및 제2 플래시 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 플래시 퍼지 라인(67), 제2 연속 N2 가스 공급 라인(68) 및 제2 플래시 퍼지 라인(69)의 개폐 밸브의 상류측에는, 각각 유량 제어기로서의 매스 플로 컨트롤러(이하, MFC)(82, 83, 84, 85, 86, 87)가 마련되어 있다. 매스 플로 컨트롤러(83)는, 제2 H2 가스 공급 라인(63)에서의 SiH4 가스 공급 라인(63a)의 합류점의 상류측에 마련되어 있고, 매스 플로 컨트롤러(83)와 합류점의 사이에는 개폐 밸브(88)가 마련되어 있다. 또한, SiH4 가스 공급 라인(63a)에는, 상류측부터 차례로 MFC(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 함유 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 함유 가스 공급 기구(51)는, WCl6를 수용하는 원료 용기인 성막 원료 탱크(91)를 갖고 있다. WCl6는 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, WCl6를 승화시키도록 되어 있다. 성막 원료 탱크(91) 내에는 상술한 WCl6 함유 가스 공급 라인(61)이 상방으로부터 삽입되어 있다.
또한, WCl6 함유 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 가스(캐리어 N2 가스)를 공급하기 위한 캐리어 N2 가스 공급원(93)과, 캐리어 가스 배관(92)에 접속된, 유량 제어기로서의 MFC(94) 및 MFC(94)의 하류측의 개폐 밸브(95a 및 95b)와, WCl6 함유 가스 공급 라인(61)의 성막 원료 탱크(91)의 근방에 마련된, 개폐 밸브(96a 및 96b), 그리고 매스 플로 미터(이하, MFM)(97)를 갖고 있다. 캐리어 가스 배관(92)에 있어서, 개폐 밸브(95a)는 MFC(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 MFM(97)은, WCl6 함유 가스 공급 라인(61)의 삽입 단부로부터 개폐 밸브(96a), 개폐 밸브(96b), MFM(97)의 순으로 배치되어 있다.
WCl6 함유 가스 공급 라인은 제1 유로의 일례이다. MFM(97)은, 제1 유량계의 일례이다. 캐리어 가스 배관(92)은 제2 유로의 일례이다. MFC(94)은, 제2 유량계의 일례이다.
캐리어 가스 배관(92)의 개폐 밸브(95a)와 개폐 밸브(95b)의 사이의 위치, 및 WCl6 함유 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 캐리어 N2 가스가 캐리어 가스 배관(92), 바이패스 배관(98)을 거쳐서, WCl6 함유 가스 공급 라인(61)에 공급된다. 이에 의해, WCl6 함유 가스 공급 라인(61)을 퍼지하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, WCl6 함유 가스 공급 라인(61)에서의 MFM(97)의 상류측에는, 희석 가스인 희석 N2 가스를 공급하는 희석 N2 가스 공급 라인(100A)의 하류측의 단부가 합류하고 있다. 희석 N2 가스 공급 라인(100A)의 상류측 단부에는, 희석 N2 가스의 공급원인 희석 N2 가스 공급원(101)이 마련되어 있다. 희석 N2 가스 공급 라인(100A)에는, 상류측으로부터 MFC(102)와, 개폐 밸브(103)가 개재 설치되어 있다.
희석 N2 가스 공급 라인(100A)은 제2 유로의 일례이다. MFC(102)는, 제2 유량계의 일례이다.
WCl6 함유 가스 공급 라인(61)에서의 MFM(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 함유 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.
MFM(97)은, 샘플링 주기(예를 들어, 100밀리초)마다, WCl6 가스, 캐리어 N2 가스 및 희석 N2 가스의 혼합 가스의 순간 질량 유량을 측정한다. MFM(97)의 샘플링 주기는, 100밀리초마다 한정되지 않고, 예를 들어 50밀리초 내지 200밀리초의 적절한 값으로 설정하면 된다. 또한, 이러한 샘플링 주기로 순간 질량 유량을 측정하는 것은, MFC(82, 83, 83a, 84, 85, 86, 87, 94, 102)도 마찬가지이다.
WCl6 가스, 캐리어 N2 가스 및 희석 N2 가스의 혼합 가스는, 성막 장치(100)가 텅스텐막을 웨이퍼(W)의 표면에 성막할 때, 개폐 밸브(99)를 닫고, 개폐 밸브(95a, 95b, 96a, 96b, 103)를 개방하고, 또한 개폐 밸브(73)를 개방함으로써, 처리 용기(1)의 처리 공간(37) 내에 공급된다. WCl6 가스는, 본 실시 형태의 가스 공급량 산출 방법에 의한 총 공급량의 산출 대상이 되는 제1 물질 가스의 일례이다. 캐리어 N2 가스 및 희석 N2 가스는, 본 실시 형태의 가스 공급량 산출 방법에 의한 총 공급량의 산출 대상이 되지 않는 제2 물질 가스의 일례이다.
MFC(94)에는, 일례로서 캐리어 N2 가스만이 흐른다. 바꾸어 말하면, 제2 유량계인 MFC(94)에는, 일례로서 제2 물질 가스인 N2 가스만이 흐른다.
바이패스 배관(98) 또는 성막 원료 탱크(91)를 경유하여, MFC(94)를 흐르는 캐리어 가스 N2 가스는, 일례로서 그 전량이 MFM(97)에 유입된다. 바꾸어 말하면, 제2 유량계인 MFC(94)를 흐르는 제2 물질 가스인 N2 가스는, 일례로서 그 전량이 제1 유량계인 MFM(97)에 유입된다.
MFC(102)에는, 일례로서 희석 N2 가스만이 흐른다. 바꾸어 말하면, 제2 유량계인 MFC(102)에는, 일례로서 제2 물질 가스인 N2 가스만이 흐른다.
MFC(102)를 흐르는 희석 N2 가스는, 일례로서 그 전량이 MFM(97)에 유입된다. 바꾸어 말하면, 제2 유량계인 MFC(102)를 흐르는 제2 물질 가스인 N2 가스는, 일례로서 그 전량이 제1 유량계인 MFM(97)에 유입된다.
MFM(97)은, 일례로서 순수한 N2 가스를 기준으로 해서 교정되어 있다. 순수한 N2 가스를 기준으로 해서 교정된 매스 플로 미터에 순수한 N2 가스를 흘렸을 경우, 매스 플로 미터는 N2 가스의 올바른 순간 질량 유량을 측정해서 출력한다. MFM(97)이 측정하는 순간 질량 유량의 단위는 일례로서 SCCM(Standard Cubic Centimeters Per Minute)이다.
MFC(94)와 MFC(102)는, 일례로서 순수한 N2 가스를 기준으로 해서 교정되어 있다. 순수한 N2 가스를 기준으로 해서 교정된 매스 플로 컨트롤러에 순수한 N2 가스를 흘렸을 경우, 매스 플로 컨트롤러는 N2 가스의 올바른 순간 질량 유량을 측정해서 출력한다. MFC(94)와 MFC(102)가 측정하는 순간 질량 유량의 단위는 일례로서 SCCM(Standard Cubic Centimeters Per Minute)이다.
I/O 보드(110)는, MFC(82, 83, 83a, 84, 85, 86, 87, 94, 102) 및 MFM(97) 등과, MC(120)의 사이에서 각종 데이터나 제어 지령 등의 입출력을 행하는 입출력 인터페이스이다. I/O 보드(110)에는 FPGA(111)가 마련되어 있다. 또한, I/O 보드(110)에는, FPGA(111) 이외의 전자 부품도 마련되지만, 여기에서는 FPGA(111) 이외를 생략하고, FPGA(111)에 대해서 설명한다.
FPGA(111)가 행하는 처리의 하나는, 일례로서, MFC(82, 83, 83a, 84, 85, 86, 87, 94, 102) 및 MFM(97)의 유량 측정값을 취득하여, MC(120)에 전송하는 것이다.
FPGA(111)가 행하는 처리의 다른 하나는, 일례로서 다음과 같다. FPGA(111)는, MFM(97)으로부터 취득하는 WCl6 가스, 캐리어 N2 가스 및 희석 N2 가스의 혼합 가스의 유량 측정값(단위: SCCM)으로부터, MFC(94)로부터 취득하는 캐리어 N2 가스의 유량 측정값(단위: SCCM)과, MFC(102)로부터 취득하는 희석 N2 가스의 유량 측정값(단위: SCCM)을 감산하여, WCl6 가스의 순간 질량 유량을 산출한다. WCl6 가스의 산출된 순간 질량 유량의 단위는 SCCM이다.
이어서, FPGA(111)는, 하기의 식 1을 사용하여, SCCM 단위의 WCl6 가스 유량을 (mg/분)단위의 값으로 변환한다.
WCl6 가스 유량(mg/분)=WCl6 가스 유량(SCCM)×0.2(Conversion Factor)/22400×396.6(WCl6의 몰 질량)×1000 … (식 1)
식 1에서 22400(cc/mol)은, 1mol의 기체의 표준 상태에서의 체적이다. 식 1에서 WCl6의 몰 질량이란 1mol의 WCl6의 질량이며, 396.6(g/mol)이다.
식 1에서 0.2는 컨버전 팩터이다. 이 컨버전 팩터는, N2 가스로 교정된 매스 플로 미터를 사용해서 순수한 WCl6 가스의 유량을 측정했다고 가정했을 경우의 측정값을, WCl6의 유량으로 환산하기 위한 계수이다.
WCl6 가스 유량의 단위를 mg/분으로 변환한 후, FPGA(111)는, WCl6 가스의 순간 질량 유량의 시간 적분인 적산 유량을 산출하여, MC(120)에 전송한다. 적산 유량의 단위는, 여기에서는 일례로서 mg(밀리그램)이다.
WCl6 가스, 캐리어 N2 가스 및 희석 N2 가스의 혼합 가스를 처리 공간(37) 내에 공급할 때는, 개폐 밸브(95a, 95b, 96a, 96b, 103)를 열고, 개폐 밸브(99, 105)를 닫는다. 캐리어 N2 가스 공급원(93)으로부터 캐리어 가스 배관(92)을 통해서 캐리어 N2 가스를 성막 원료 탱크(91)에 공급하고, 성막 원료 탱크(91) 내에서 승화된 WCl6 가스와 캐리어 N2 가스를 WCl6 함유 가스 공급 라인(61)을 통해서 버퍼 탱크(80)에 공급한다. 또한, 이와 동시에, 희석 N2 가스 공급원(101)으로부터 희석 N2 가스 공급 라인(100A) 및 WCl6 함유 가스 공급 라인(61)을 통해서 희석 N2 가스를 버퍼 탱크(80)에 공급한다. 또한, 이때, 개폐 밸브(76, 78)를 개방하고, 개폐 밸브(74, 75, 77, 79)를 닫음으로써, 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 공간(37) 내에 계속해서 공급한다. 그리고, 개폐 밸브(73)를 개방함으로써, 버퍼 탱크(80) 내의 WCl6 가스, 캐리어 N2 가스 및 희석 N2 가스의 혼합 가스를 합류 배관(72) 및 가스 도입 구멍(36)을 통해서 처리 공간(37) 내에 공급한다. 이때, FPGA(111)는, MFM(97)으로부터 취득하는 WCl6 가스, 캐리어 N2 가스 및 희석 N2 가스의 혼합 가스의 유량 측정값으로부터, MFC(94)로부터 취득하는 캐리어 N2 가스의 유량 측정값과, MFC(102)로부터 취득하는 희석 N2 가스의 유량 측정값을 감산함으로써, WCl6 가스의 유량을 산출하여, MC(120)에 전송한다. 이렇게 WCl6 가스, 캐리어 N2 가스 및 희석 N2 가스의 혼합 가스를 처리 공간(37) 내에 공급하는 처리는, 도 3을 사용해서 후술하는 스텝 S1에 상당한다.
MC(120)는, 각 구성부, 구체적으로는 개폐 밸브, 전원, 히터, 펌프 등을 제어하는 마이크로프로세서(컴퓨터)를 구비한 프로세스 컨트롤러와, 유저 인터페이스와, 기억부를 갖고 있다. 프로세스 컨트롤러에는 성막 장치(100)의 각 구성부가 전기적으로 접속되어 있다. 유저 인터페이스는, 프로세스 컨트롤러에 접속되어 있고, 오퍼레이터가 성막 장치(100)의 각 구성부를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 성막 장치(100)의 각 구성부의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어져 있다. 기억부도 프로세스 컨트롤러에 접속되어 있다. 기억부에는, 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라서 성막 장치(100)의 각 구성부에 미리 정해진 처리를 실행시키기 위한 제어 프로그램, 즉 처리 레시피나, 각종 데이터베이스 등이 저장되어 있다. 또한, 기억부에는, 과거에 처리 용기(1) 내에 WCl6 함유 가스를 공급해서 처리를 행했을 때의 버퍼 탱크(80) 내의 압력이, 처리 레시피마다 저장되어 있다. 처리 레시피는 기억부 중 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 적절히 전송시키도록 해도 된다. 필요에 따라서, 유저 인터페이스로부터의 지시 등으로 미리 정해진 처리 레시피를 기억부로부터 호출해서 프로세스 컨트롤러에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러의 제어 하에 성막 장치(100)에서의 원하는 처리가 행하여진다.
<성막 장치에서의 가스 공급 방법>
이어서, 성막 장치(100)에서의 가스 공급 방법에 대해서, 상술한 성막 장치(100)를 사용해서 텅스텐막을 성막하는 경우(성막 방법)를 예로 들어 설명한다. 본 실시 형태에 관한 가스 공급 방법은, 예를 들어 트렌치나 홀 등의 오목부를 갖는 실리콘막의 표면에 하지막이 형성된 웨이퍼(W)에 대하여, 텅스텐막을 성막하는 경우에 적용된다.
도 2는, 본 실시 형태에 관한 성막 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
최초에, 처리 용기(1) 내에 웨이퍼(W)를 반입한다(스텝 S11: 반입 공정). 구체적으로는, 서셉터(2)를 반송 위치로 하강시킨 상태에서 게이트 밸브(12)를 개방하고, 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(W)를, 반입출구(11)를 통해서 처리 용기(1) 내에 반입하여, 히터(21)에 의해 미리 정해진 온도로 가열된 서셉터(2) 상에 적재한다. 계속해서, 서셉터(2)를 처리 위치까지 상승시키고, 처리 용기(1) 내를 미리 정해진 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 함유 가스가 공급되어서, 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 화합물 막을 들 수도 있다. 하지막을 실리콘막의 표면에 마련함으로써, 텅스텐막을 양호한 밀착성으로 성막할 수 있다. 또한, 인큐베이션 시간을 짧게 할 수 있다.
이어서, 금속 염화물 함유 가스인 WCl6 함유 가스와, 환원 가스인 H2 가스를 사용해서 텅스텐막을 성막한다(스텝 S12: 성막 공정). 성막 공정은, 조정 공정에서 버퍼 탱크(80) 내의 압력이 제2 압력으로 조정된 후에 행하여진다.
<성막 공정에서의 가스 공급 시퀀스>
도 3은, 본 실시 형태에 관한 성막 방법의 성막 공정에서의 가스 공급 시퀀스의 일례를 도시하는 도면이다. ALD법에 의한 성막 공정의 1사이클은, 이하에 나타내는 스텝 S1 내지 S4를 포함한다.
스텝 S1은, WCl6 함유 가스를 처리 공간(37)에 공급하는 원료 가스 공급 스텝이다. 스텝 S1에서는, 최초에, 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 함유 가스 공급 기구(51)로부터 WCl6 함유 가스 공급 라인(61)을 거쳐서 WCl6 함유 가스를 처리 용기(1) 내의 처리 공간(37)에 공급한다. 이때, WCl6 함유 가스는, 버퍼 탱크(80)에 일단 저류된 후에 처리 용기(1) 내에 공급된다. 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 함유 가스와 동시에 환원 가스를 공급함으로써, 공급된 WCl6 함유 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 화학적 기상 성장(CVD: Chemical Vapor Deposition) 상태가 생기지 않을 정도의 유량으로 할 수 있다.
스텝 S2는, 처리 공간(37)의 잉여의 WCl6 함유 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 함유 가스를 정지한다. 또한, 개폐 밸브(77, 79)를 열어, 제1 플래시 퍼지 라인(67) 및 제2 플래시 퍼지 라인(69)으로부터도 N2 가스(플래시 퍼지 N2 가스)를 공급하여, 대유량의 N2 가스에 의해, 처리 공간(37)의 잉여의 WCl6 함유 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 플래시 퍼지 라인(67) 및 제2 플래시 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 WCl6가 환원된다. 이때의 H2 가스의 유량은, 충분히 환원 반응이 생기는 양으로 할 수 있다.
스텝 S4는, 처리 공간(37)의 잉여의 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 플래시 퍼지 라인(67) 및 제2 플래시 퍼지 라인(69)으로부터도 N2 가스(플래시 퍼지 N2 가스)를 공급하여, 스텝 S2와 마찬가지로, 대유량의 N2 가스에 의해, 처리 공간(37)의 잉여의 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. 또한, 본 실시 형태에서는, 반입 공정, 감압 공정, 조정 공정 및 성막 공정을 이 순번으로 행하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 반입 공정과 감압 공정을 동시에 행해도 된다.
<WCl6 가스 유량의 시간 변화>
처리 용기(1)에의 WCl6 가스의 공급량을 구할 때, 성막 개시 직후에 제어부(300)가 산출하는 WCl6 가스의 유량이 부정확한 값으로 되는 경우가 있다. 여기에서는, 도 4를 사용하여, WCl6 가스의 유량 산출값이 부정확한 값으로 되는 경우에 대해서 설명한다.
도 4는, 제어부(300)에 의해 산출되는 WCl6 가스의 유량 산출값의 시간 변화의 일례를 도시하는 도면이다. 도 4에서, 횡축은 시각(t)을 나타내고, 종축은 WCl6 가스의 유량 산출값을 나타낸다. WCl6 가스의 유량 산출값은, MFM(97)을 사용하여 측정한 WCl6 가스, 캐리어 N2 가스 및 희석 N2 가스의 혼합 가스의 유량 측정값으로부터, MFC(94)를 사용하여 측정한 캐리어 N2 가스의 유량 측정값과, MFC(102)를 사용하여 측정한 희석 N2 가스의 유량 측정값을 감산함으로써 산출된다.
시각(t)=t0은 ALD법에 의한 성막 개시 시의 시각이다. 성막 처리는 시각(t)=t2에 종료한다. 시각(t)=t0부터 시각(t)=t2까지의 성막 처리에서는, 일례로서 ALD법에 의한 성막 공정이 100사이클 행하여진다.
일례로서, 1사이클의 처리의 소요 시간은 1초이다. MFM(97), MFC(94) 및MFC(102)는, 1사이클의 기간 중에 복수회 유량을 측정한다. 제어부(300)는 MFM(97)이 측정한 WCl6 가스, 캐리어 N2 가스 및 희석 N2 가스의 혼합 가스의 유량 측정값을 취득한다. 제어부(300)는 MFC(94)가 측정한 캐리어 N2 가스의 유량 측정값을 취득한다. 제어부(300)는 MFC(102)가 측정한 희석 N2 가스의 유량 측정값을 취득한다.
여기에서는, 일례로서 MFM(97), MFC(94) 및 MFC(102)의 샘플링 주기는 100밀리초이기 때문에, 1사이클의 기간 중에 10회의 샘플링이 행하여진다. 또한, 100사이클은 일례이며, 사이클수는 더 적어도, 더 많아도 된다. 또한, 1사이클의 소요 시간은, 1초보다도 짧아도 되고 길어도 된다. 또한, 샘플링 주기의 100밀리초는 일례이며, 더 짧아도, 길어도 된다. 1사이클 중에 복수회의 샘플링이 행하여지는 샘플링 주기이면 된다.
시각(t)=t0의 성막 개시 직후의 기간(T0)에, WCl6 가스의 유량 산출값은, 스파이크 형상으로 증대하여, WCl6 가스의 유량 산출값의 정상값의 상한(UL)을 초과하고 있다. 또한, MFC(94)에서의 캐리어 N2 가스의 유량 설정값은 일정하다. 또한, MFC(102)에서의 희석 N2 가스의 유량 설정값도 일정하다.
기간(T0)은, 시각(t)=t0부터 시각(t)=t1까지의 기간이며, 일례로서, 성막 개시 내지 5사이클의 기간이다. WCl6 가스의 유량 산출값은, 기간(T0)에 걸쳐서, WCl6 가스의 유량 산출값의 정상값의 상한(UL)을 초과하고 있다. WCl6 가스의 유량 산출값의 정상값의 상한(UL)은, 처리 레시피에 정해진 WCl6 가스의 유량 설정값에, 허용 오차를 더하여 얻어지는 상한값이다. 기간(T0)의 시기(시각(t)=t0)와 종기(시각(t)=t1)에 대해서는, 일례로서 성막 장치(100)에서 미리 측정해 두면 된다.
여기서, 성막 개시 직후의 기간(T0) 내에, WCl6 가스의 유량 산출값이 증대하는 이유에 대해서 설명한다.
가령, MFM(97)에 흐르는 WCl6와 N2의 혼합 가스 중의 N2 가스의 진정한 유량을 측정할 수 있고, MFM(97)에 흐르는 WCl6와 N2의 혼합 가스의 유량으로부터 MFM(97)에 흐르는 N2 가스의 진정한 유량을 감산할 수 있으면, MFM(97)에 흐르는 WCl6 가스의 올바른 유량을 측정할 수 있다.
그러나, MFM(97)에 흐르는 N2 가스의 진정한 유량을 측정하는 것은 곤란하다. MFC(94)를 흐르는 N2의 유량과 MFC(102)를 흐르는 N2의 유량의 합계값을, MFM(97)을 흐르는 N2 가스의 진정한 유량의 근사값으로 간주하고, MFM(97)에 흐르는 WCl6와 N2의 혼합 가스의 유량으로부터 감산함으로써, MFM(97)에 흐르는 WCl6 가스의 추정값을 구하고 있다.
어떤 1매의 웨이퍼(W)에의 성막 개시 직후는, MFM(97)에 흐르는 WCl6와 N2의 혼합 가스에서의 WCl6와 N2의 혼합 비율은, 처리 레시피의 유량 설정값 등으로부터 추정되는 혼합 비율에 비하여, WCl6 가스가 적고, N2 가스가 많은 상태로 되는 경우가 있다.
성막 개시 직후는 캐리어 N2 가스 공급원(93) 또는 희석 N2 가스 공급원(101)으로부터 유출되는 N2 가스만이 MFM(97)에 유입되는 것은 아니다. 성막 원료 탱크(91) 내와 그 근처의 배관 내에 성막 개시 전부터 존재하는 N2 가스도 MFM(97)에 유입된다. 성막 원료 탱크(91) 내와 그 근처의 배관 내에 성막 개시 전부터 존재하는 N2 가스가 MFM(97)에 유입되는 것이, 혼합 가스 중에 있어서의 WCl6와 N2의 혼합 비율이 변동하는 추정 이유의 하나이다.
처리 레시피의 유량 설정값 등으로부터 추정되는 WCl6와 N2의 혼합 비율을 기준으로 해서, WCl6와 N2의 혼합 비율이 변동하고 있을 경우, WCl6 가스의 산출된 유량이 커지는 경우가 있다.
그 결과, 성막 개시 직후의 기간(T0) 내에, 제어부(300)가 산출하는 WCl6 가스의 유량이, WCl6 가스의 진정한 유량보다도 많아지는 현상이 일어난다.
이렇게 성막 개시 직후의 기간(T0) 내의 WCl6 가스의 부정확한 유량 산출값을 사용해서 처리 용기(1)에의 WCl6 가스의 공급량을 관리하면, 성막 원료 탱크(91) 내의 WCl6를 소진하지 못하고 남길 가능성이 있다. 특히, 고가의 고체 원료를 사용하는 경우에는 마지막까지 소진하고자 하기 때문에, 처리 용기(1)에의 공급량을 정확하게 파악하고자 한다.
<적산 유량의 산출 방법>
그래서, 제어부(300)는, 다음과 같은 보정 처리를 행한다. 도 5는, 실시 형태의 가스 공급량 산출 방법의 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
스텝 S51 내지 S54의 처리는, 1매의 웨이퍼(W)에 대한 성막 개시부터 성막 종료까지 행하는 처리이다. 스텝 S55 내지 S57의 처리는, 일례로서, 1매의 웨이퍼(W)에 대한 성막이 종료된 후에 행하는 처리이다.
(스텝 S51: 가스 유량을 측정하는 스텝)
제어부(300)는 MFC(94)를 사용해서 캐리어 N2 가스의 유량을 측정한다. 제어부(300)는, MFC(102)를 사용해서 희석 N2 가스의 유량을 측정한다. 제어부(300)는, MFM(97)을 사용해서 WCl6 가스, 캐리어 N2 가스 및 희석 N2 가스의 혼합 가스의 유량을 측정한다.
(스텝 S52: WCl6 가스의 유량을 산출하는 스텝)
FPGA(111)는, MFM(97)으로 측정한 WCl6 가스와 캐리어 N2 가스와 희석 N2 가스의 혼합 가스의 유량으로부터, MFC(94)로 측정한 캐리어 N2 가스의 유량과, MFC(102)로 측정한 희석 N2 가스의 유량을 감산하여, WCl6 가스의 유량을 산출한다.
(스텝 S53: WCl6 가스의 사이클마다의 적산 유량을 산출하는 스텝)
FPGA(111)는, WCl6 가스의 유량을 시간 적분함으로써, 각 ALD 사이클의 WCl6 가스의 적산 유량(IFCn: n은 1 이상의 정수이며, ALD 사이클을 식별하는 번호임)을 산출한다.
WCl6 가스의 사이클마다의 적산 유량(IFCn)을 산출한 후, FPGA(111)와 MC(120)는, 사이클마다의 적산 유량(IFCn)을, FPGA(111)로부터 MC(120)에 전송한다.
(스텝 S54: 제1 적산 유량을 구하는 스텝)
MC(120)는, 성막 개시로부터 기간(T0)이 경과했을 때부터 성막 종료까지의 기간에 포함되는 사이클에 대해서, WCl6 가스의 사이클마다의 적산 유량(IFCn)을 가산해서 제1 적산 유량(IF1)을 구한다.
기간(T0)에 포함되는 사이클수를 Ca라 하고, 성막 개시부터 기간(T0)이 경과했을 때부터 성막 종료까지의 기간에 포함되는 사이클수를 Cb라 하면, 가산 대상의 IFCn의 n에 대해서, Ca+1≤n≤Ca+Cb가 성립한다.
IF1=ΣIFCn(Ca+1≤n≤Ca+Cb) … (식 2)
(스텝 S55: 1사이클당 평균 적산 유량을 산출하는 스텝)
MC(120)는, 제1 적산 유량(IF1)을, 성막 개시로부터 기간(T0)이 경과했을 때부터 성막 종료까지의 기간에 포함되는 사이클의 수(Cb)로 나눔으로써, 1사이클당 평균 적산 유량(AVE)을 산출한다.
AVE=IF1/Cb … (식 3)
(스텝 S56: 제2 적산 유량을 구하는 스텝)
MC(120)는, 평균 적산 유량(AVE)에 기간(T0)에 포함되는 사이클수(Ca)를 승산하여 얻는 제1 승산값(M1)에, 제1 적산 유량(IF1)을 가산하여, 제2 적산 유량(IF2)을 구한다.
M1=AVE×Ca … (식 4)
IF2=M1+IF1=AVE×Ca+IF1=(IF1/Cb)×Ca+IF1 … (식 5)
제2 적산 유량(IF2)은, 어떤 1매의 웨이퍼(W)에 텅스텐막을 성막할 때, 처리 공간(37)에 공급된 WCl6 가스의 총 공급량에 매우 가까운 값이다.
또한, 일례로서 FPGA(111)가 스텝 S52 내지 S53을 실행하는 경우를 기재했지만, MC(120)가 스텝 S52 내지 53을 실행해도 된다. MC(120)가 스텝 S52 내지 S56의 모든 스텝을 실행하는 경우에는, 사이클마다의 적산 유량(IFCn)을, FPGA(111)로부터 MC(120)에 전송할 필요가 없다.
일례로서 MC(120)가 스텝 S54 내지 S56을 실행하는 경우를 기재했지만, FPGA(111)가 스텝 S54 내지 S56을 실행해도 된다. FPGA(111)가 스텝 S52 내지 S56의 모든 스텝을 실행하는 경우에는, 사이클마다의 적산 유량(IFCn)을, FPGA(111)로부터 MC(120)에 전송할 필요가 없다.
제어부(300) 내의 FPGA(111), MC(120)와 다른, 다른 요소가 스텝 S52 내지 S56을 실행해도 된다.
본 개시의 방법에 의하면, ALD법에 의한 성막 중에 있어서의 WCl6 가스의 공급량(총 공급량)을 정확하게 산출할 수 있는 가스 공급량 산출 방법을 제공할 수 있다. 이와 같이 하여 구한 총 공급량을 사용해서 처리 용기(1)에의 WCl6 가스의 공급량을 관리하면서 웨이퍼(W)의 표면에 반도체 장치를 제조하면, 성막 원료 탱크(91) 내의 WCl6를 소진할 수 있다. 특히, 고가인 고체 원료를 사용하는 경우에는 마지막까지 소진할 수 있기 때문에, 성막에 걸리는 비용을 억제할 수 있다.
또한, 성막 원료 탱크(91) 내의 WCl6를 소진함으로써, 성막 원료 탱크(91)의 교체 횟수를 저감할 수 있기 때문에, 반도체 장치의 제조에 있어서의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
<다른 적용>
이상에서는, 고체 원료가 WCl6(육염화텅스텐)인 형태에 대해서 설명했지만, 고체 원료는 WCl6(육염화텅스텐)에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, WCl5(오염화텅스텐)를 사용해도 된다. WCl6(육염화텅스텐) 및 WCl5(오염화텅스텐)는, 대기압에서의 상온에서는 고체이다.
이상, 본 개시에 관한 가스 공급량 산출 방법 및 반도체 장치의 제조 방법의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 개시는 상기 실시 형태 등에 한정되지 않는다. 특허 청구 범위에 기재된 범주 내에서, 각종 변경, 수정, 치환, 부가, 삭제 및 조합이 가능하다. 그것들에 대해서도 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속한다.
또한, 본 국제 출원은, 2020년 3월 27일에 출원한 일본 특허 출원 2020-058325호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용은 본 국제 출원에 여기에서의 참조에 의해 원용되는 것으로 한다.
1: 처리 용기 2: 서셉터
2a: 관통 구멍 3: 샤워 헤드
4: 배기부 5: 처리 가스 공급 기구
11: 반입출구 12: 게이트 밸브
13: 배기 덕트 13a: 슬릿
13b: 배기구 14: 천장벽
15: 시일 링 21: 히터
22: 커버 부재 23: 지지 부재
24, 28: 승강 기구 25: 플랜지부
26: 벨로우즈 27: 웨이퍼 지지핀
27a: 승강판 31: 본체부
32: 샤워 플레이트 33: 가스 확산 공간
34: 환상 돌기부 35: 가스 토출 구멍
36: 가스 도입 구멍 37: 처리 공간
38: 환상 간극 41: 배기 배관
42: 배기 기구 51: WCl6 함유 가스 공급 기구
52: 제1 H2 가스 공급원 53: 제2 H2 가스 공급원
54: 제1 N2 가스 공급원 55: 제2 N2 가스 공급원
56: SiH4 가스 공급원 61: WCl6 함유 가스 공급 라인
62: 제1 H2 가스 공급 라인 63: 제2 H2 가스 공급 라인
63a: SiH4 가스 공급 라인 64: 제1 N2 가스 공급 라인
65: 제2 N2 가스 공급 라인 66: 제1 연속 N2 가스 공급 라인
67: 제1 플래시 퍼지 라인 68: 제2 연속 N2 가스 공급 라인
69: 제2 플래시 퍼지 라인 70: 제1 접속 라인
71: 제2 접속 라인 72: 합류 배관
73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 88, 88a, 95a, 95b, 96a, 96b, 99, 103, 105, 106: 개폐 밸브
80, 81: 버퍼 탱크 80a: 압력계
82, 83, 84, 85, 86, 87, 94, 102: MFC
91: 성막 원료 탱크 91a: 히터
92: 캐리어 가스 배관 93: 캐리어 N2 가스 공급원
97: MFM 98: 바이패스 배관
100: 성막 장치 100A: 희석 N2 가스 공급 라인
101: 희석 N2 가스 공급원 104: 에박 라인
107: 압력 제어 밸브 110: I/O 보드
111: FPGA 112: 시리얼 통신 케이블
120: MC 300: 제어부

Claims (6)

  1. 원자층 퇴적법으로 성막을 행하는 처리 용기에 접속된 가스 공급로에 흐르는 제1 물질 가스와 제2 물질 가스의 혼합 가스의 유량으로부터, 상기 제2 물질 가스의 유량을 감산하여, 상기 제1 물질 가스의 유량을 산출하는 공정과,
    상기 원자층 퇴적법에 의한 복수의 사이클에 걸치는 성막의 개시 직후의 미리 정해진 수의 사이클이 경과한 후의 나머지 복수의 사이클에서의 상기 제1 물질 가스의 상기 산출된 유량을 시간으로 적분해서 제1 적산 유량을 산출하는 공정과,
    상기 제1 적산 유량을 상기 나머지 복수의 사이클의 수로 제산해서 상기 사이클당 평균 적산 유량을 산출하는 공정과,
    상기 평균 적산 유량에 상기 미리 정해진 수를 승산하여 얻는 승산값과 상기 제1 적산 유량을 가산하여, 상기 원자층 퇴적법에 의한 복수의 사이클에서의 상기 제1 물질 가스의 총 공급량을 산출하는 공정
    을 포함하는, 가스 공급량 산출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 물질 가스는, 고체 원료를 승화시킨 가스인, 가스 공급량 산출 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 혼합 가스의 유량은, 상기 고체 원료를 승화시켜서 상기 제1 물질 가스를 얻는 원료 용기와 상기 처리 용기를 접속하는 제1 유로에 설치된 제1 유량계를 사용하여 측정되는, 가스 공급량 산출 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 물질 가스의 유량은, 1 이상의 제2 유량계를 사용하여 측정되고, 각각의 상기 제2 유량계를 흐르는 상기 제2 물질 가스는 그 전량이 상기 제1 유량계에 유입되는, 가스 공급량 산출 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성막의 개시 직후의 미리 정해진 수의 사이클은, 상기 제1 물질 가스의 상기 산출된 유량이 정상값의 상한을 초과하는 기간인, 가스 공급량 산출 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 가스 공급량 산출 방법으로 산출되는 상기 총 공급량을 사용하여, 반도체 장치의 제조를 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
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