KR101755761B1

KR101755761B1 - 기판 처리 방법, 프로그램, 제어 장치, 성막 장치 및 기판 처리 시스템

Info

Publication number: KR101755761B1
Application number: KR1020140054014A
Authority: KR
Inventors: 유이치 다케나가; 슈지 노자와
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2017-07-07
Also published as: JP2014220430A; US20140335693A1; KR20140133449A; US10096499B2; JP6106519B2

Abstract

본 발명은 막 두께 분포의 제어가 가능한 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
기판 처리 방법은, 승온 또는 강온을 포함하는 설정 온도 프로파일로, 처리 용기 내에서 처리 가스를 이용하여 피처리체 상에 막을 형성하는 성막 공정과, 상기 막을 에칭하는 에칭 공정을 포함하고, 상기 에칭 공정은, 상기 성막 공정에서의 성막 온도에 따라 에칭률이 변화하는 상기 막을 에칭하는 공정이며, 상기 설정 온도 프로파일은, 상기 에칭 공정에서의 에칭률의 상기 성막 온도에 대한 제1 온도 의존성과, 상기 성막 공정에서의 성막량의 상기 성막 온도에 대한 제2 온도 의존성에 기초하여 결정된다.

Description

기판 처리 방법, 프로그램, 제어 장치, 성막 장치 및 기판 처리 시스템{SUBSTRATE PROCESSING METHOD, PROGRAM, CONTROL APPARATUS, FILM FORMING APPARATUS, AND SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM}

본 발명은 기판 처리 방법, 프로그램, 제어 장치, 성막 장치 및 기판 처리 시스템에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조에서는, 피처리체인 반도체 웨이퍼를 처리하는, 종형 열처리 장치 등의 기판 처리 장치가 이용된다. 다수매의 웨이퍼가 선반형으로 유지된 유지구를, 이 종형 열처리 장치 내에 배치하고, CVD(Chemical Vapor Deposition) 처리, 산화 처리 등에 의해, 웨이퍼 상에 막을 형성한다.

기판 처리 장치에서 웨이퍼를 처리한 경우, 성막 후의 웨이퍼 면내에서의 막 두께는 균일성이 부족한 경우가 있다. 그래서, 특허문헌 1에는, 웨이퍼 면내에서의 막 두께의 균일성을 향상시키기 위해, 온도를 변화시키면서 성막하는 방법이 개시되어 있다. 온도를 변화시키면서 성막함으로써, 웨이퍼 상에서의 온도 분포를 제어하여, 막 두께 분포의 불균일성을 개선할 수 있다. 즉, 적절한 설정 온도 프로파일을 이용함으로써, 보다 양호한 막 두께 분포가 얻어진다.

일본 특허 공개 평6-318551호 공보

그러나, 최근의 반도체 디바이스의 고집적화에 대한 요구에 따라, 보다 엄밀한 막 두께 분포의 제어가 요구되고 있다.

상기 과제에 대하여, 막 두께 분포의 제어가 가능한 기판 처리 방법을 제공한다.

승온 또는 강온을 포함하는 설정 온도 프로파일로, 처리 용기 내에서 처리 가스를 이용하여 피처리체 상에 막을 형성하는 성막 공정과,

상기 막을 에칭하는 에칭 공정

을 포함하고,

상기 에칭 공정은, 상기 성막 공정에서의 성막 온도에 따라 에칭률이 변화하는 상기 막을 에칭하는 공정이며,

상기 설정 온도 프로파일은, 상기 에칭 공정에서의 에칭률의 상기 성막 온도에 대한 제1 온도 의존성과, 상기 성막 공정에서의 성막량의 상기 성막 온도에 대한 제2 온도 의존성에 기초하여 결정되는 것인 기판 처리 방법.

막 두께 분포의 제어가 가능한 기판 처리 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 따른 성막 장치의 일례의 개략 구성도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 제어부의 일례의 개략 구성도이다.
도 3은 본 실시형태에 따른 에칭 장치의 일례의 개략 구성도이다.
도 4는 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법의 일례의 흐름도이다.
도 5는 종래의 기판 처리 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법의 다른 예를 설명하기 위한 개략도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.

(기판 처리 시스템)

우선, 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법을 실시할 수 있는 기판 처리 시스템에 대해서 설명한다.

본 실시형태에 따른 기판 처리 시스템은, 처리 용기 및 히터를 가지며, 피처리체 상에, 승온 또는 강온을 포함하는 설정 온도 프로파일로, 막을 성막하는 것이 가능한 성막 장치와, 성막 후의 상기 피처리체를 에칭하는 에칭 장치를 갖는다. 또한, 본 실시형태에서는, 피처리체로서, 예컨대 반도체 웨이퍼(W)를 사용하는 경우 에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이 점에서 한정되지 않는다.

또한, 본 실시형태에 따른 기판 처리 시스템은 성막 장치와 에칭 장치를 제어하는 제어부를 갖는다. 제어부는 CPU(Central Processing Unit) 및 기억부를 가지며, CPU는 기억부에 기억된 프로그램을 판독하고, 그 프로그램에 따라, 후술하는 기판 처리 방법을 실행한다. 이 때, CPU는, 성막 공정에서의 성막량(막 두께)과, 성막 공정 후의 에칭 공정에서의 에칭률을 고려한 프로그램에 따라, 기판 처리 방법을 실행한다. 이에, 에칭 후의 웨이퍼(W)의 막 두께의 면내 분포를 균일하게 할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 다른 형태에 있어서, 본 실시형태에 따른 성막 장치는 처리 용기, 히터 및 제어부를 가지며, 피처리체 상에, 승온 또는 강온을 포함하는 설정 온도 프로파일로, 막을 성막하는 것이 가능한 성막 장치이다. 제어부는 CPU 및 기억부를 가지며, CPU는 기억부에 기억된 프로그램을 판독하고, 그 프로그램에 따라, 후술하는 기판 처리 방법을 실행한다. 이 때, CPU는, 후술하는 바와 같이, 미리, 나중 에칭 공정에서의 에칭률을 고려한 프로그램에 따라, 성막 방법을 실행한다. 이 때문에, 그 후, 에칭 장치를 이용하여 에칭하는 경우, 평탄한 막을 에칭하는 경우와 마찬가지로, 균일하게 에칭하는 것만으로, 에칭 후의 웨이퍼(W)의 막 두께의 면내 분포를 균일하게 할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 다른 형태에 있어서, 본 실시형태에 따른 제어 장치는 처리 용기 및 히터를 가지며, 피처리체 상에, 승온 또는 강온을 포함하는 설정 온도 프로파일로, 막을 성막하는 것이 가능한 성막 장치의 작동을 제어하는 것이 가능하다. 이 제어 장치는 CPU 및 기억부를 가지며, CPU는 기억부에 기억된 프로그램을 판독하고, 그 프로그램에 따라, 후술하는 기판 처리 방법을 실행한다. 이 때, CPU는 후술하는 바와 같이, 미리, 나중 에칭 공정에서의 에칭률을 고려한 프로그램에 따라, 성막 방법을 실행한다. 이 때문에, 그 후, 에칭 장치를 이용하여 에칭하는 경우, 평탄한 막을 에칭하는 경우와 마찬가지로, 균일하게 에칭하는 것만으로, 에칭 후의 웨이퍼(W)의 막 두께의 면내 분포를 균일하게 할 수 있다. 또한, 이 제어 장치는 유선 또는 무선을 이용한 통신 수단에 의해, 성막 장치의 작동을 제어할 수 있다.

본 실시형태에 따른 기판 처리 시스템에 있어서의, 성막 장치와 에칭 장치의 구체적인 구성예에 대해서, 설명한다.

[성막 장치]

우선은, 본 실시형태에 따른 성막 장치에 대해서 설명한다. 도 1에, 본 실시형태에 따른 성막 장치의 일례의 개략 구성도를 도시한다.

본 실시형태에 따른 성막 장치(100)는, 길이 방향이 수직인, 예컨대 석영제의 처리 용기(102)를 갖는다. 처리 용기(102)는, 예컨대 원통체의 내통(102a)과, 내통(102a)의 외측에 동심적으로 배치된 천정을 갖는 외통(102b)의 2중관 구조로 구성된다.

처리 용기(102)의 하단부는 스테인리스 스틸 등으로 형성되는 매니폴드(104)에 의해, 기밀하게 유지된다. 매니폴드(104)는 도시하지 않는 베이스 플레이트에 고정되는 구성이어도 좋다.

매니폴드(104)는 처리 용기(102) 내에 처리 가스나, 불활성 가스(예컨대 N₂ 가스) 등의 퍼지 가스를 도입하는 가스 도입부(106)와, 처리 용기(102) 내부를 배기하는 가스 배기부(108)를 갖는다. 또한, 도 1에서는, 가스 도입부(106)가 하나 설치되는 구성을 나타냈지만, 본 발명은 이 점에 한정되지 않는다. 사용하는 가스종의 수 등에 의존하여, 복수의 가스 도입부(106)를 갖는 구성이어도 좋다.

처리 가스의 종류로서는, 특별히 한정되지 않고, 성막하는 막의 종류 등에 따라, 당업자가 적절하게 선택할 수 있다. 후술하는 에칭 장치에 의한 에칭 프로세스에서, 에칭률이 성막시의 온도에 크게 의존하는 막의 종류예로서, 실리콘 질화막을 들 수 있다. 이 경우, 처리 가스의 일례로서, 디클로로실란 가스 및 암모니아 가스를 들 수 있다.

가스 도입부(106)에는, 전술한 각종 가스를 도입하기 위한 배관(110)이 접속된다. 또한 배관(110)에는, 가스 유량을 각각 조정하기 위한, 도시하지 않는 매스플로 컨트롤러 등의 유량 조정부나 도시하지 않는 밸브 등이 설치되어 있다.

또한, 가스 배기부(108)에는, 처리 용기(102) 내부를 감압 제어할 수 있는 진공 펌프(112)나, 개방도 가변 밸브(114) 등을 갖는 진공 배기로인 배관(116)이 접속되어 있다.

매니폴드(104)의 하단부에는, 퍼니스 스로트(furnace throat)(118)가 형성되어 있고, 이 퍼니스 스로트(118)에는, 예컨대 스테인리스 스틸 등으로 형성되는 원반형의 덮개(120)가 설치되어 있다. 이 덮개(120)는 승강 기구(122)에 의해, 승강 가능하게 설치되어 있어, 퍼니스 스로트(118)를 밀폐할 수 있다.

덮개(120) 위에는, 예컨대 석영제의 보온통(124)이 설치되어 있다. 또한, 보온통(124) 위에는, 예컨대 25장 내지 150장 정도의 웨이퍼(W)를, 수평 상태로 정해진 간격으로 다단으로 유지하는, 예컨대 석영제의 웨이퍼(W) 보트(126)가 배치되어 있다.

웨이퍼(W) 보트(126)는 승강 기구(122)를 이용하여, 덮개(120)를 상승시킴으로써 처리 용기(102) 내에 반입되고, 성막 처리 후에는, 덮개(120)를 하강시킴으로써 처리 용기(102) 내로부터 아래쪽의 로딩 영역에 반출된다.

또한, 처리 용기(102)의 외주측에는, 처리 용기(102)를 정해진 온도로 가열 제어할 수 있는, 예컨대 원통 형상의 히터(128)가 설치되어 있다.

히터(128)는 복수의 존, 예컨대 5개의 존(이후, 수직 방향 상측으로부터, 존 1, 존 2, 존 3, 존 4 및 존 5로 지칭)으로 분할되어 있고, 각 히터(128a 내지 128e)가 전력 제어기(130a 내지 130e, 대표 부호 130)에 의해 독립적으로 발열량을 제어할 수 있도록 구성된다. 또한, 내통(102a)의 내벽 및 외통(102b)의 외벽에는, 히터(128a 내지 128e)에 대응하여, 도시하지 않는 온도 센서가 설치되어 있다.

웨이퍼(W) 보트(126)에 배치된 웨이퍼(W) 전체는 하나의 배치(batch)를 구성하고, 동시에 열처리된다. 또한 웨이퍼(W) 보트(126)에 배치되는 웨이퍼(W) 중 적어도 1장 이상은 모니터 웨이퍼(W)인 것이 바람직하다. 또한 모니터 웨이퍼(W)는 분할되는 히터(128) 각각에 배치되어 있지 않아도 좋다. 예컨대 5개의 존에, 10장 또는 3장의 모니터 웨이퍼(W)를 배치하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시형태에 따른 성막 장치(100)는 제어부(132)를 갖는다. 도 2에, 본 실시형태에 따른 제어부(132)의 일례의 개략 구성도를 도시한다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 제어부(132)는 모델 기억부(134)와, 레시피 기억부(136)와, ROM(Read-Only Memory)(138)과, RAM(Random Access Memory)(140)과, I/O 포트(142)와, CPU(144)와, 이들을 서로 접속하는 버스(146)를 포함하여 구성된다.

모델 기억부(134)에는, 프로세스 모델과 열 모델의 2종류의 모델이 기억되어 있다. 프로세스 모델로서는, (1) 웨이퍼(W)의 온도(성막 온도)가, 성막된 막의 막 두께[웨이퍼(W)에의 성막량]에 미치는 영향을 나타내는 웨이퍼 온도-막 두께 모델과, (2) 성막시의 웨이퍼(W)의 온도(성막 온도)가, 성막된 막의 에칭률에 미치는 영향을 나타내는 웨이퍼 온도-에칭률 모델이 기억되어 있다. 또한, 열 모델로서는, (3) 처리 용기 내의 온도를, 웨이퍼 온도-막 두께 모델과 웨이퍼 온도-에칭률 모델로부터 산출되는 성막 온도로 하도록, 설정 온도 프로파일을 결정하는 열 모델이 기억되어 있다. 또한, 그 외에도, 온도 센서의 출력이나 모니터 웨이퍼(W)의 온도 등으로부터 웨이퍼(W)의 온도를 추정하기 위한 열 모델이 기억되어 있어도 좋다. 또한, 이들 모델의 세부 사항에 대해서는 설명을 생략하지만, 당업자라면, 적절하게 작성할 수 있다.

전술한 모델은, 프로세스 조건이나 장치의 상태에 따라, 디폴트의 수치가 최적이 아닌 경우도 생각할 수 있다. 이 때문에, 이들 모델 중 적어도 하나 이상의 모델에, 온도를 계산하는 소프트웨어에 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter) 등을 부가하여 학습 기능을 탑재해서, 모델의 학습을 행하는 것이어도 좋다.

레시피 기억부(136)에는, 이 성막 장치(100)에서 실행되는 성막 처리의 종류에 따라, 제어 수순을 정하는 프로세스용 레시피가 기억되어 있다. 프로세스용 레시피는 사용자가 실제로 행하는 처리마다 준비되는 레시피이며, 예컨대 성막 장치(100)에의 웨이퍼(W)의 반입부터 처리 완료된 웨이퍼(W)의 반출까지의, 압력 변화, 처리 가스 등의 가스 공급의 시작 및 정지 타이밍, 공급량 등을 규정한다. 또한, 전술한 프로세스 모델과 열 모델에서 결정된 설정 온도 프로파일에 기초하여, 레시피를 갱신한다.

ROM(138)은 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시 메모리, 하드 디스크 등으로 구성되고, CPU(144)의 동작 프로그램 등을 기억하는 기억 매체이다.

RAM(140)은 CPU(144)의 워크 영역 등으로서 기능한다.

I/O 포트(142)는 온도, 압력, 가스의 유량 등의 처리 조건에 관한 측정 신호를, CPU(144)에 공급하고, CPU(144)가 출력하는 제어 신호를 각 부[개방도 가변 밸브(114)의 도시하지 않는 컨트롤러, 전력 제어기(130), 매스 플로 컨트롤러 등]에 출력한다. 또한 I/O 포트(142)에는, 사용자가 성막 장치(100)를 조작하는 조작 패널(148)이 접속되어 있다.

CPU(144)는 ROM(138)에 기억된 동작 프로그램을 실행하고, 조작 패널(148)로부터의 지시에 따라, 레시피 기억부(136)에 기억되어 있는 프로세스용 레시피를 따라, 성막 장치(100)의 동작을 제어한다.

또한, CPU(144)는 프로세스용 레시피에 기초하는, 웨이퍼(W)의 원하는 막 두께(성막량) 및 성막 후의 막의 원하는 에칭률과, 모델 기억부(134)에 기억되어 있는 프로세스 모델에 기초하여, 웨이퍼(W)의 성막 온도를 산출한다. 모델 기억부(134)에 기억되어 있는 열 모델은, 온도 센서의 출력 등으로부터 웨이퍼(W)의 온도를 추정하고, 추정된 웨이퍼(W)의 온도로부터, 웨이퍼(W)의 온도가, 산출된 성막 온도가 되도록, 전력 제어기(130)에 제어 신호를 출력하여, 이들의 온도를 조정한다.

웨이퍼(W)의 온도 산출에 있어서, 선형 계획법이나 2차 계획법 등의 최적화 알고리즘을 이용하여, 판독된 프로세스용 레시피에 기억된 막 두께 및 그 후의 에칭 공정에서의 에칭률에 기초한 면내 균일성을 만족시키는 온도가 산출된다.

버스(146)는 각 부 사이에서 정보를 전달한다.

[에칭 장치]

다음에, 본 실시형태에 따른 에칭 장치에 대해서 설명한다. 도 3에, 본 실시형태에 따른 에칭 장치의 일례의 개략 구성도를 도시한다. 또한, 본 실시형태에서는, 일례로서, 전술한 성막 장치를 이용하여 정해진 막이 성막된 웨이퍼(W)를 웨트 에칭하는 웨트 에칭 장치에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이 점에 한정되지 않는다. 전술한 성막 장치로 성막한 막의 에칭률이 성막시의 성막 온도에 의존하는 프로세스이면, 웨이퍼(W)를 드라이 에칭하는 드라이 에칭 장치를 사용하여도 좋다.

도 3에 도시되는 에칭 장치(200)는 웨이퍼(W)를 유지하는 회전 스테이지 등의 유지부(202)를 갖는다. 유지부(202)는, 예컨대 스핀척이며, 진공 흡착에 의해 웨이퍼(W)를 유지하도록 구성된다.

유지부(202)는 구동부(204)에 의해 수직축 둘레로 회전 가능, 승강 가능하게 구성되어 있다. 구동부(204)에 의해, 웨이퍼(W)를 정해진 회전 속도로 스핀 회전시키면서, 후술하는 노즐(212)에 의해 에칭액을 정해진 유량으로 웨이퍼(W)에 분사한다. 그 때, 노즐(212)을 선회 운동 또는 요동시키고, 노즐(212)을 웨이퍼(W)의 반경 방향으로 왕복 이동시켜도 좋다.

또한, 유지부(202)의 주위에는, 웨이퍼(W)로부터 유지부(202)에 걸치는 컵(206)이 설치되고, 이 컵(206)의 바닥면에는, 배기관(208)이나 드레인관(210) 등의 폐액부가 설치되어 있다. 웨이퍼(W) 상의 반응으로 발생한 가스나 용해물은 유지부(202) 주위에 비산하여, 컵(206)의 바닥부에 유도되고, 폐액은 드레인(210)으로부터 도시하지 않는 드레인 탱크에 보내진다. 또한, 배출 가스는 배기관(208)으로부터 도시하지 않는 배기 장치에 보내진다.

(기판 처리 방법)

다음에, 이상 설명한 바와 같이 구성되는 성막 장치 및 에칭 장치를 사용한, 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법에 대해서, 이하에 설명한다.

본 실시형태에 따른 기판 처리 방법은,

승온 또는 강온을 포함하는 설정 온도 프로파일로, 처리 가스를 이용하여 기판 상에 막을 형성하는 성막 공정(S300)과,

상기 막을 에칭하는 에칭 공정(S350)

을 포함하고,

상기 에칭 공정은, 에칭률이 상기 성막 공정에서의 성막 온도에 의존하는 상기 막을 에칭하는 공정이며,

상기 설정 온도 프로파일은, 상기 에칭 공정에서의 에칭률의 상기 성막 온도에 대한 제1 온도 의존성과, 상기 성막 공정에서의 성막량의 상기 성막 온도에 대한 제2 온도 의존성에 기초하여 결정된다.

[종래의 기판 처리 방법]

도 5에, 종래의 기판 처리 방법을 설명하기 위한 개략도를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 5의 (a)는 시간의 경과(횡축)와 설정 온도(종축)의 관계를 나타낸 것이다. 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 설정 온도 프로파일로 웨이퍼(W)가 성막 처리된 경우에 있어서, 웨이퍼(W)의 성막 상황을 설명하기 위한 개략도이며, 횡축은 웨이퍼(W)의 위치를 의미한다. 도 5의 (c)는 도 5의 (a)의 설정 온도 프로파일로 웨이퍼(W)가 성막 처리된 경우에 있어서, 웨이퍼(W)의 면내에서의 에칭률을 설명하기 위한 개략도이다. 도 5의 (c)에서, 횡축은 웨이퍼(W)의 위치를 의미하고, 종축은 에칭률의 크기를 의미한다. 도 5의 (d)는 도 5의 (a)의 설정 온도 프로파일로 웨이퍼(W)가 성막 처리된 경우에 있어서, 에칭 후의 웨이퍼 양태의 일례를 설명하기 위한 개략도이며, 횡축은 웨이퍼(W)의 위치를 의미한다.

또한, 본 실시형태에서는, 도 5의 (b) 및 후술하는 도 6의 (b)에 도시되는 바와 같이, 예컨대 웨이퍼(W)인 하지(400) 상에, 성막 대상인 막(410)을 성막한 경우에 대해서, 설명한다. 또한, 이 막(410)은 성막 공정에서의 성막 온도에 의존하여, 에칭률이 변화하는 막이다.

도 5의 (a)에 도시되는 바와 같이, 종래는, 설정 온도가 일정하고, 존 1 내지 존 5마다 설정 온도가 상이하도록, 웨이퍼(W)가 성막 처리되어 왔다. 존 1 내지 존 5마다 설정 온도가 상이한 이유로서는, 웨이퍼(W) 사이에서의 막 두께의 균일화를 도모하는, 즉 웨이퍼(W)의 면간 균일성을 향상시키기 위해서이다.

이 경우, 도 5의 (b)에 도시되는 바와 같이, 막(410)의 막 두께 분포는, 중앙부(Center부)의 막 두께가 주연부(Edge부)의 막 두께보다 작아지는, 즉 Center부가 Edge부에 대하여 오목형이 되는 막(410)이 성막된다. Center부와 Edge부에서 막 두께 분포가 상이한 것은, 막 두께 분포가 성막 온도뿐만 아니라, 웨이퍼(W) 면내에서 처리 가스의 농도 분포 등에 의존하기 때문이다.

여기서, 전술한 바와 같이, 막(410)은 성막 온도에 따라 에칭률이 변화한다. 이 때문에, 도 5의 (a)의 설정 온도 프로파일이 나타내는 정온(定溫)에서의 성막 처리에서는, 도 5의 (c)에 도시되는 바와 같이, 웨이퍼(W) 면내에서의 에칭률이 일정해진다.

결과적으로, 에칭 후의 웨이퍼(W)에서는, 도 5의 (d)에 도시되는 바와 같이, 에칭부(420)의 깊이[에칭부(420)의 바닥면에 있어어, 하지(400)의 바닥면으로부터의 높이]가 Center부와 Edge부에서 상이하게 된다. 즉, 종래의 기판 처리 방법은 하지(400)의 에칭 후의 막 두께의 면내 분포가 불균일하게 된다.

[본 실시형태에 따른 기판 처리 방법]

도 6에, 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법의 일례를 설명하기 위한 개략도를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 6의 (a)는 시간의 경과와 설정 온도의 관계를 나타낸 것이다. 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 설정 온도 프로파일로 웨이퍼(W)가 성막 처리된 경우에 있어서, 웨이퍼(W)의 성막 상황을 설명하기 위한 개략도이다. 도 6의 (c)는 도 6의 (a)의 설정 온도 프로파일로 웨이퍼(W)가 성막 처리된 경우에 있어서, 웨이퍼(W)의 면내에서의 에칭률을 설명하기 위한 개략도이다. 도 6의 (d)는 도 6의 (a)의 설정 온도 프로파일로 웨이퍼(W)가 성막 처리된 경우에 있어서, 에칭 후의 웨이퍼 양태의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.

도 6의 (a)에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 웨이퍼(W)의 성막중에 설정 온도를 변화시키고, 또한 존 1 내지 존 5마다 설정 온도가 상이하도록, 웨이퍼(W)를 성막 처리한다. 또한, 도 6의 (a)의 예에서는, 설정 온도를 시간과 함께 강온시키는 프로세스에 대해서 설명하지만, 본 실시형태에서는 이 실시형태에 한정되지 않고, 설정 온도를 시간과 함께 승온시키는 프로세스여도 좋다.

웨이퍼(W)의 Center부와 Edge부에서는, 설정 온도에 대한 온도 변화의 정도가 상이하다. 구체적으로, 웨이퍼(W)의 Edge부는 웨이퍼(W)의 외부[히터(128)]에 가깝기 때문에, 가열, 냉각되기 쉬운 경향이 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 Center부는 웨이퍼(W)의 외부로부터 멀기 때문에, 가열, 냉각되기 어려운 경향이 있다. 이 때문에, 도 6의 (a)에 도시되는 설정 온도를 시간과 함께 강온시키는 프로세스에서는, 웨이퍼(W)의 Edge 근방이 중앙 근방보다 먼저 온도가 저하한다. 이 결과, Center부의 온도는 Edge부의 온도보다 상대적으로 높아지고, 도 6의 (b)에 도시되는 바와 같이, 도 5의 (b)로 도시된 막 두께 분포의 오목형 형상이 완화되어, 보다 평탄한 막 두께 분포가 얻어진다[웨이퍼(W)에서의 막 두께의 면내 균일성이 향상한다.].

그러나, 성막시의 프로세스 설정만으로는, 웨이퍼 면내에서의 성막 후의 막 두께를 균일하게 할 수 없어, 도 6의 (b)에 도시되는 바와 같이, 막 두께 분포의 오목형 형상이 완화되게 된다.

여기서, 전술한 바와 같이, 막(410)은 성막 온도에 따라 에칭률이 변화한다. 이 때문에 도 6의 (a)의 설정 온도 프로파일이 나타내는 정온에서의 성막 처리에서는, 도 6의 (c)에 도시되는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 Center부에서의 에칭률은 Edge부에서의 에칭률과 비교하여, 작아진다.

결과적으로, 에칭 후의 웨이퍼(W)에서는, 도 6의 (d)에 도시되는 바와 같이, 에칭부(420)의 깊이[에칭부(420)의 바닥면에 있어서, 하지(400)의 바닥면으로부터의 높이]를 Center부와 Edge부에서 동일하게 할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 기판 처리 방법에서는, 하지(400)의 막 두께의 면내 분포가 균일하게 된다.

또한, 도 6에서 도시한 실시형태에서는, 에칭에 의해, 막(410) 및 하지(400)를 에칭하는 실시형태에 대해서 설명했지만, 이 실시형태에 한정되지 않는다. 도 7에, 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법의 다른 예를 설명하기 위한 개략도를 도시한다. 도 7에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태의 에칭 공정에서는, 막(410)만을 에칭하는 프로세스에도 적용 가능하다.

본 실시형태에 따른 기판 처리 방법을 실행하는 경우, 우선, 오퍼레이터가 조작 패널(148)에, 처리의 내용[예컨대, 실리콘 질화막의 형성, 웨이퍼(W)의 목표 막 두께 및 웨이퍼(W)의 목표 에칭률]을 입력한다. CPU(144)는 입력이 있는지의 여부를 판별하여, 입력이 있으면, 입력된 지시 내용에 응답한 막 형성용 레시피를 레시피 기억부(136)로부터 판독한다.

다음에, 모델 기억부(134)에 기억되어 있는, 상기 성막 온도가 상기 성막량에 미치는 영향을 나타내는 제1 프로세스 모델과, 상기 성막 온도가 상기 에칭률에 미치는 영향을 나타내는 제2 프로세스 모델로부터, 에칭 후의 웨이퍼(W)의 막 두께의 면내 분포가 균일하게 되도록, 목표 성막 온도 프로파일이 산출된다. 목표 성막 온도 프로파일의 산출에 있어서, 선형 계획법이나 2차 계획법 등의 최적화 알고리즘을 이용하여, 판독된 레시피에 기억된 막 두께 및 그 후의 에칭 공정에서의 에칭률에 기초한 면내 균일성을 만족시키는 온도가 산출된다.

또한, 모델 기억부(134)에 기억되어 있는 열 모델에 따라, 웨이퍼(W)의 온도가 목표 성막 온도 프로파일이 되도록, 설정 온도 프로파일[예컨대, 전력 제어기(130)에의 제어 신호의 프로파일]이 산출되고, 레시피가 갱신된다. 또한, 설정 온도 프로파일은 성막 시작 온도인 제1 온도로부터, 성막 종료 온도인 제2 온도로, 성막 시간인 제1 시간에서 온도를 변화시키는 설정 온도 프로파일을 포함한다.

또한, 온도 제어는 존마다 행하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 면간 균일성이 우수한 성막 처리를 실시할 수 있다.

다음에, CPU(144)는 결정된 설정 온도 프로파일에 기초하여, 히터(128)에 의해 처리 용기(102) 내의 온도를 설정하고, 피처리체인 웨이퍼(W)를 웨이퍼 보트(126)에 정해진 매수, 예컨대 150장 배치하며, 승강 기구(122)에 의해 덮개(120)를 상승시킨다. 그리고, CPU(144)는 처리 용기(102) 내부를 기밀 상태로 하여, 웨이퍼(W)를 처리 용기(102) 내에 로드한다.

CPU(144)는 웨이퍼(W)의 로드가 완료되면, 처리 용기(102) 내부를 판독된 레시피에 따른 성막 조건으로 설정한다. 성막 조건은, 예컨대 개방도 가변 밸브(114)의 개방도 등을 포함한다. 그리고, CPU(144)는 레시피에 따라, 처리 용기(102) 내에 정해진 양의 처리 가스를 공급하여, 성막 처리를 실행한다.

계속해서, CPU(144)는 성막 처리가 종료되었는지의 여부를 판별하여, 성막 처리가 종료되면, 처리 가스의 공급을 정지한다. 그리고, CPU(144)는 처리 용기(102) 내부를 냉각하고, 레시피에 정해진 언로드 온도로 설정하며, 웨이퍼 보트(126)를 언로드한다.

또한, 언로드 후에, 웨이퍼 보트(126)에 배치된 웨이퍼(W)로부터, 존 1 내지 존 5마다 적어도 1장의 웨이퍼(W)를 취출하고, 형성된 막의 막 두께에 문제가 있는지의 여부를 판별하는 판별 공정을 실시하여도 좋다.

CPU(144)는 산출된 설정 온도 프로파일을, 다음의 성막 처리시의 설정 온도 프로파일로서, RAM(140)에 저장하고, 레시피를 갱신하여도 좋다. 또한, 오퍼레이터가 조작 패널(148)로부터, 산출된 설정 온도 프로파일을, 다음의 성막 처리시의 설정 온도 프로파일로서, 레시피를 갱신하여도 좋다.

웨이퍼 보트(126)로부터 언로드된 웨이퍼(W)는 다음의 에칭 공정에 제공된다. 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법으로 처리된 웨이퍼는 웨이퍼 에칭률을 고려한 설정 온도 프로파일로, 성막 처리되어 있다. 이 때문에, 에칭 공정에서는, 평탄한 막을 에칭하는 경우와 마찬가지로, 균일하게 에칭하는 것만으로, 에칭 후의 웨이퍼(W)의 막 두께의 면내 분포를 균일하게 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 기판 처리 방법 및 기판 처리 시스템은 성막 공정에서의 막 두께와, 성막 공정 후의 에칭 공정에서의 에칭률을 고려한 프로그램에 따라, 기판 처리 방법을 실행한다. 이 때문에, 오퍼레이터의 수작업에 의한 조정을 행하지 않고, 에칭 후의 웨이퍼(W)의 막 두께의 면내 분포를 균일하게 할 수 있다.

100: 처리 장치 102: 처리 용기
104: 매니폴드 106: 가스 도입부
108: 가스 배기부 110: 배관
112: 진공 펌프 114: 개방도 가변 밸브
116: 배관 118: 퍼니스 스로트
120: 덮개 122: 승강 기구
125: 보온통 126: 웨이퍼 보트
128: 히터 130: 전력 제어기
132: 제어부 134: 모델 기억부
136: 레시피 기억부 138: ROM
140: RAM 142: I/O 포트
144: CPU 146: 버스
148: 조작 패널 200: 에칭 장치
202: 유지부 204: 구동부
206: 컵 208: 배기관
210: 드레인관 212: 노즐
W: 반도체 웨이퍼

Claims

승온 또는 강온을 포함하는 설정 온도 프로파일로, 처리 용기 내에서 처리 가스를 이용하여 피처리체 상에 막을 형성하는 성막 공정과,
상기 막을 에칭하는 에칭 공정
을 포함하고,
상기 에칭 공정은, 에칭률이 상기 성막 공정에서의 성막 온도에 의존하는 상기 막을 에칭하는 공정이며,
상기 설정 온도 프로파일은, 상기 에칭 공정에서의 에칭률의 상기 성막 온도에 대한 제1 온도 의존성과, 상기 성막 공정에서의 성막량의 상기 성막 온도에 대한 제2 온도 의존성에 기초하여 결정되고,
상기 성막 공정에서 형성되는 상기 막은 오목 형상의 면내 분포를 갖는 것인 기판 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 설정 온도 프로파일은, 정해진 상기 성막량과 정해진 상기 에칭률에 대하여,
상기 성막 온도가 상기 성막량에 미치는 영향을 나타내는 제1 프로세스 모델과,
상기 성막 온도가 상기 에칭률에 미치는 영향을 나타내는 제2 프로세스 모델과,
상기 처리 용기 내의 온도를, 상기 제1 프로세스 모델과 상기 제2 프로세스 모델로부터 산출되는 상기 성막 온도로 하도록, 상기 설정 온도 프로파일을 결정하는 열 모델
에 기초하여 결정되는 것인 기판 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 설정 온도 프로파일은, 제1 온도로부터 제2 온도로 제1 시간에서 온도를 변화시키는 설정 온도 프로파일을 포함하는 것인 기판 처리 방법.
제1항 또는 제2항에 기재된 기판 처리 방법이 실행되는 성막 장치를 컴퓨터에 의해 제어시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
처리 용기 및 히터를 가지며, 승온 또는 강온을 포함하는 설정 온도 프로파일로, 성막 공정에서 피처리체 상에 오목 형상의 면내 분포를 갖는 막을 성막하는 것이 가능한 성막 장치의 작동을 제어하는 제어 장치로서,
상기 제어 장치는 모델 기억부를 가지며,
상기 모델 기억부는,
성막 온도가 상기 막의 성막량에 미치는 영향을 나타내는 제1 프로세스 모델과,
상기 성막 온도가 상기 막의 에칭률에 미치는 영향을 나타내는 제2 프로세스 모델과,
상기 처리 용기 내의 온도를, 상기 제1 프로세스 모델과 상기 제2 프로세스 모델로부터 산출되는 상기 성막 온도로 하도록, 상기 설정 온도 프로파일을 결정하는 열 모델
을 갖는 것인 제어 장치.
처리 용기, 히터 및 제어부를 가지며, 피처리체 상에, 승온 또는 강온을 포함하는 설정 온도 프로파일로, 성막 공정에서 오목 형상의 면내 분포를 갖는 막을 성막하는 것이 가능한 성막 장치로서,
상기 제어부는 모델 기억부를 가지며,
상기 모델 기억부는,
성막 온도가 상기 막의 성막량에 미치는 영향을 나타내는 제1 프로세스 모델과,
상기 성막 온도가 상기 막의 에칭률에 미치는 영향을 나타내는 제2 프로세스 모델과,
상기 처리 용기 내의 온도를, 상기 제1 프로세스 모델과 상기 제2 프로세스 모델로부터 산출되는 상기 성막 온도로 하도록, 상기 설정 온도 프로파일을 결정하는 열 모델
을 갖는 것인 성막 장치.
처리 용기 및 히터를 가지며, 피처리체 상에, 승온 또는 강온을 포함하는 설정 온도 프로파일로, 성막 공정에서 오목 형상의 면내 분포를 갖는 막을 성막하는 것이 가능한 성막 장치와,
성막 후의 상기 피처리체를 에칭하는 에칭 장치와,
상기 성막 장치 및 상기 에칭 장치를 제어하는 제어부
를 가지며,
상기 제어부는, 상기 에칭 장치에 의한 상기 막의 에칭률에 있어서 상기 막의 성막 온도에 대한 제1 온도 의존성과, 상기 막의 성막량에 있어서 상기 성막 온도에 대한 제2 온도 의존성에 기초하여 상기 설정 온도 프로파일을 결정하는 것인 기판 처리 시스템.
제7항에 있어서, 상기 제어부는 모델 기억부를 가지며,
상기 모델 기억부는,
상기 성막 온도가 상기 막의 성막량에 미치는 영향을 나타내는 제1 프로세스 모델과,
상기 성막 온도가 상기 막의 에칭률에 미치는 영향을 나타내는 제2 프로세스 모델과,
상기 처리 용기 내의 온도를, 상기 제1 프로세스 모델과 상기 제2 프로세스 모델로부터 산출되는 상기 성막 온도로 하도록, 상기 설정 온도 프로파일을 결정하는 열 모델
을 갖는 것인 기판 처리 시스템.