JP2014220430A - 基板処理方法、プログラム、制御装置、成膜装置及び基板処理システム - Google Patents
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Abstract
【課題】膜厚分布の制御が可能な、基板処理方法を提供すること。
【解決手段】 昇温又は降温を含む設定温度プロファイルで、処理容器内で処理ガスを用いて被処理体上に膜を形成する成膜工程と、前記膜をエッチングするエッチング工程と、を含み、前記エッチング工程は、前記成膜工程での成膜温度によってエッチングレートが変化する前記膜をエッチングする工程であり、前記設定温度プロファイルは、前記エッチング工程でのエッチングレートの前記成膜温度に対する第１の温度依存性と、前記成膜工程での成膜量の前記成膜温度に対する第２の温度依存性とに基づいて決定される、基板処理方法。
【選択図】図１
【解決手段】 昇温又は降温を含む設定温度プロファイルで、処理容器内で処理ガスを用いて被処理体上に膜を形成する成膜工程と、前記膜をエッチングするエッチング工程と、を含み、前記エッチング工程は、前記成膜工程での成膜温度によってエッチングレートが変化する前記膜をエッチングする工程であり、前記設定温度プロファイルは、前記エッチング工程でのエッチングレートの前記成膜温度に対する第１の温度依存性と、前記成膜工程での成膜量の前記成膜温度に対する第２の温度依存性とに基づいて決定される、基板処理方法。
【選択図】図１
Description
本発明は、基板処理方法、プログラム、制御装置、成膜装置及び基板処理システムに関する。
半導体装置の製造においては、被処理体である半導体ウェハを処理する、縦型熱処理装置などの基板処理装置が用いられる。多数枚のウェハが棚状に保持された保持具を、この縦型熱処理装置内に配置し、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理、酸化処理などによって、ウェハ上に膜を形成する。
基板処理装置でウェハを処理した場合、成膜後のウェハ面内における膜厚は、均一性に欠けることがある。そこで、特許文献１には、ウェハ面内における膜厚の均一性を向上させるために、温度を変化させながら成膜する手法が開示されている。温度を変化させながら成膜することで、ウェハ上での温度分布を制御し、膜厚分布の不均一性を改善することができる。即ち、適切な設定温度プロファイルを用いることで、より良好な膜厚分布が得られる。
しかしながら、近年の半導体デバイスの高集積化に対する要求に伴い、より厳密な膜厚分布の制御が求められている。
上記課題に対して、膜厚分布の制御が可能な、基板処理方法を提供する。
昇温又は降温を含む設定温度プロファイルで、処理容器内で処理ガスを用いて被処理体上に膜を形成する成膜工程と、
前記膜をエッチングするエッチング工程と、
を含み、
前記エッチング工程は、前記成膜工程での成膜温度によってエッチングレートが変化する前記膜をエッチングする工程であり、
前記設定温度プロファイルは、前記エッチング工程でのエッチングレートの前記成膜温度に対する第１の温度依存性と、前記成膜工程での成膜量の前記成膜温度に対する第２の温度依存性とに基づいて決定される、
基板処理方法。
前記膜をエッチングするエッチング工程と、
を含み、
前記エッチング工程は、前記成膜工程での成膜温度によってエッチングレートが変化する前記膜をエッチングする工程であり、
前記設定温度プロファイルは、前記エッチング工程でのエッチングレートの前記成膜温度に対する第１の温度依存性と、前記成膜工程での成膜量の前記成膜温度に対する第２の温度依存性とに基づいて決定される、
基板処理方法。
膜厚分布の制御が可能な、基板処理方法を提供できる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（基板処理システム）
先ず、本実施形態に係る基板処理方法を実施することができる、基板処理システムについて、説明する。
先ず、本実施形態に係る基板処理方法を実施することができる、基板処理システムについて、説明する。
本実施形態に係る基板処理システムは、処理容器及びヒータを有し、被処理体上に、昇温又は降温を含む設定温度プロファイルで、膜を成膜することが可能な成膜装置と、成膜後の前記被処理体をエッチングするエッチング装置とを有する。なお、本実施形態では、被処理体として、例えば半導体ウェハＷを使用する場合について説明するが、本発明はこの点において限定されない。
また、本実施形態に係る基板処理システムは、成膜装置とエッチング装置とを制御する制御部を有する。制御部は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び記憶部を有し、ＣＰＵは、記憶部に記憶されたプログラムを読み取り、そのプログラムに従って、後述する基板処理方法を実行する。この際、ＣＰＵは、成膜工程での成膜量（膜厚）と、成膜工程後のエッチング工程でのエッチングレートとを考慮したプログラムに従って、基板処理方法を実行する。そのため、エッチング後のウェハＷの膜厚の面内分布を均一とすることができる。
また、本実施形態の他の形態において、本実施形態に係る成膜装置は、処理容器、ヒータ及び制御部を有し、被処理体上に、昇温又は降温を含む設定温度プロファイルで、膜を成膜することが可能な成膜装置である。制御部は、ＣＰＵ及び記憶部を有し、ＣＰＵは、記憶部に記憶されたプログラムを読み取り、そのプログラムに従って、後述するような基板処理方法を実行する。この際、ＣＰＵは、後述するように、予め、後のエッチング工程でのエッチングレートを考慮したプログラムに従って、成膜方法を実行する。そのため、その後、エッチング装置を用いてエッチングする場合、平坦な膜をエッチングする場合と同様に、均一にエッチングするだけで、エッチング後のウェハＷの膜厚の面内分布を均一とすることができる。
さらに、本実施形態の他の形態において、本実施形態に係る制御装置は、処理容器及びヒータを有し、被処理体上に、昇温又は降温を含む設定温度プロファイルで、膜を成膜することが可能な成膜装置の作動を制御することが可能である。この制御装置は、ＣＰＵ及び記憶部を有し、ＣＰＵは、記憶部に記憶されたプログラムを読み取り、そのプログラムに従って、後述するような基板処理方法を実行する。この際、ＣＰＵは、後述するように、予め、後のエッチング工程でのエッチングレートを考慮したプログラムに従って、成膜方法を実行する。そのため、その後、エッチング装置を用いてエッチングする場合、平坦な膜をエッチングする場合と同様に、均一にエッチングするだけで、エッチング後のウェハＷの膜厚の面内分布を均一とすることができる。なお、この制御装置は、有線又は無線を用いた通信手段によって、成膜装置の作動を制御することができる。
本実施形態に係る基板処理システムにおける、成膜装置とエッチング装置の具体的な構成例について、説明する。
［成膜装置］
先ずは、本実施形態に係る成膜装置について説明する。図１に、本実施形態に係る成膜装置の一例の概略構成図を示す。
先ずは、本実施形態に係る成膜装置について説明する。図１に、本実施形態に係る成膜装置の一例の概略構成図を示す。
本実施形態に係る成膜装置１００は、長手方向が垂直である、例えば石英製の処理容器１０２を有する。処理容器１０２は、例えば、円筒体の内筒１０２ａと、内筒１０２ａの外側に同心的に配置された有天井の外筒１０２ｂの２重管構造で構成される。
反応管１０２の下端部は、ステンレススチール等から形成されるマニホールド１０４によって、気密的に保持される。マニホールド１０４は、図示しないベースプレートに固定される構成であっても良い。
マニホールド１０４は、処理容器１０２内に処理ガスや、不活性ガス（例えばＮ２ガス）等のパージガスを導入するガス導入部１０６と、処理容器１０２内を排気するガス排気部１０８とを有する。なお、図１では、ガス導入部１０６が１つ設置される構成を示したが、本発明はこの点において限定されない。使用するガス種の数等に依存して、複数のガス導入部１０６を有する構成であっても良い。
処理ガスの種類としては、特に限定されず、成膜する膜の種類などに応じて、当業者が適宜選択することができる。後述するエッチング装置によるエッチングプロセスにおいて、エッチングレートが成膜時の温度に大きく依存する膜の種類例として、シリコン窒化膜が挙げられる。この場合、処理ガスの一例として、ジクロルシランガス及びアンモニアガスが挙げられる。
ガス導入部１０６には、前述の各種ガスを導入するための配管１１０が接続される。なお、配管１１０には、ガス流量を各々調整するための、図示しないマスフローコントローラ等の流量調整部や図示しないバルブなどが介設されている。
また、ガス排気部１０８には、処理容器１０２内を減圧制御可能な真空ポンプ１１２や、開度可変弁１１４などを有する真空排気路なる配管１１６が接続されている。
マニホールド１０４の下端部には、炉口１１８が形成されており、この炉口１１８には、例えばステンレススチール等から形成あれる円盤状の蓋体１２０が設けられている。この蓋体１２０は、昇降機構１２２により、昇降可能に設けられており、炉口１１８を密閉可能とすることができる。
蓋体１２０の上には、例えば石英製の保温筒１２４が設置されている。また、保温筒１２４の上には、例えば２５枚から１５０枚程度のウェハＷを、水平状態で所定の間隔で多段に保持する、例えば石英製のウェハＷボート１２６が載置されている。
ウェハＷボート１２６は、昇降機構１２２を用いて、蓋体１２０を上昇させることで処理容器１０２内へと搬入され、成膜処理後は、蓋体１２０を下降させることで処理容器１０２内から下方のローディングエリアへと搬出される。
また、処理容器１０２の外周側には、処理容器１０２を所定の温度に加熱制御可能な、例えば円筒形状のヒータ１２８が設けられている。
ヒータ１２８は、複数のゾーン、例えば５つのゾーン（以後、鉛直方向上側から、ゾーン１、ゾーン２、ゾーン３、ゾーン４及びゾーン５と呼ぶ）に分割されていて、各ヒータ１２８ａ〜１２８ｅが、電力制御機１３０ａ〜１３０ｅによって独立して発熱量を制御できるように構成される。また、内筒１０２ａの内壁及び外筒１０２ｂの外壁には、ヒータ１２８ａ〜１２８ｅに対応して、図示しない温度センサが設置されている。
ウェハＷボート１２６に載置されたウェハＷの全体は、１つのバッチを構成し、同時に熱処理される。また、ウェハＷボート１２６に載置されるウェハＷの少なくとも１枚以上は、モニタウェハＷであることが好ましい。なお、モニタウェハＷは、分割されるヒータ１２８それぞれに載置されていなくても良い。例えば、５つのゾーンに、１０枚、又は３枚のモニタウェハＷを配置することも可能である。
また、本実施形態に係る成膜装置１００は、制御部１３２を有する。図２に、本実施形態に係る制御部１３２の一例の概略構成図を示す。
図２に示されるように、制御部１３２は、モデル記憶部１３４と、レシピ記憶部１３６と、ＲＯＭ（Read-Only Memory）１３８と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１４０と、Ｉ／Ｏポート１４２と、ＣＰＵ１４４と、これらを相互に接続するバス１４６とを有して構成される。
モデル記憶部１３４には、プロセスモデルと熱モデルとの２種類のモデルが記憶されている。プロセスモデルとしては、（１）ウェハＷの温度（成膜温度）が、成膜された膜の膜厚（ウェハＷへの成膜量）に与える影響を表すウェハ温度−膜厚モデルと、（２）成膜時のウェハＷの温度（成膜温度）が、成膜された膜のエッチングレートに与える影響を表すウェハ温度−エッチングレートモデルとが記憶されている。また、熱モデルとしては、（３）処理容器内の温度を、ウェハ温度−膜厚モデルとウェハ温度−エッチングレートモデルとから算出される成膜温度とするように、設定温度プロファイルを決定する、熱モデルとが記憶されている。また、他にも、温度センサの出力やモニタウェハＷの温度等からウェハＷの温度を推定するための熱モデルが記憶されていても良い。なお、これらのモデルの詳細については説明を省略するが、当業者であれば、適宜作成することができる。
上述したモデルは、プロセス条件や装置の状態によって、デフォルトの数値が最適でない場合も考えられる。そのため、これらのモデルの少なくとも１つ以上のモデルに、温度を計算するソフトウエアに拡張カルマンフィルタ等を付加して学習機能を搭載し、モデルの学習を行うものであっても良い。
レシピ記憶部１３６には、この成膜装置１００で実行される成膜処理の種類に応じて、制御手順を定めるプロセス用レシピが記憶されている。プロセス用レシピは、使用者が実際に行う処理毎に用意されるレシピであり、例えば、成膜装置１００へのウェハＷの搬入から、処理済みのウェハＷの搬出までの、圧力変化、処理ガス等のガス供給の開始及び停止のタイミング、供給量などを規定する。また、前述のプロセスモデルと熱モデルとで決定された設定温度プロファイルに基づいて、レシピを更新する。
ＲＯＭ１３８は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスク等から構成され、ＣＰＵ１４４の動作プログラム等を記憶する記憶媒体である。
ＲＡＭ１４０は、ＣＰＵ１４４のワークエリア等として機能する。
Ｉ／Ｏポート１４２は、温度、圧力、ガスの流量等の処理条件に関する測定信号を、ＣＰＵ１４４に供給すると共に、ＣＰＵ１４４が出力する制御信号を各部（開度可変弁１１４の図示しないコントローラ、電力制御機１３０、マスフローコントローラ等）へ出力する。また、Ｉ／Ｏポート１４２には、使用者が成膜装置１００を操作する操作パネル１４８が接続されている。
ＣＰＵ１４４は、ＲＯＭ１３８に記憶された動作プログラムを実行し、操作パネル１４８からの指示に従って、レシピ記憶部１３６に記憶されているプロセス用レシピに沿って、成膜装置１００の動作を制御する。
また、ＣＰＵ１４４は、プロセス用レシピに基づく、ウェハＷの所望の膜厚（成膜量）及び成膜後の膜の所望のエッチングレートと、モデル記憶部１３４に記憶されているプロセスモデルとに基づいて、ウェハＷの成膜温度を算出する。モデル記憶部１３４に記憶されている熱モデルは、温度センサの出力等からウェハＷの温度を推定し、推定したウェハＷの温度から、ウェハＷの温度が、算出された成膜温度となるように、電力制御機１３０に制御信号を出力し、これらの温度を調整する。
ウェハＷの温度の算出は、線形計画法や２次計画法などの最適化アルゴリズムを利用して、読み出したプロセス用レシピに記憶された膜厚及びその後のエッチング工程におけるエッチングレートに基づいた面内均一性を満たすような温度を、最適化アルゴリズムを利用して算出する。
バス１４６は、各部の間で情報を伝達する。
［エッチング装置］
次に、本実施形態に係るエッチング装置について説明する。図３に、本実施形態に係るエッチング装置の一例の概略構成図を示す。なお、本実施形態においては、一例として、前述した成膜装置を用いて所定の膜が成膜されたウェハＷをウェットエッチングするウェットエッチング装置について説明するが、本発明はこの点において限定されない。前述の成膜装置で成膜した膜のエッチングレートが、成膜時の成膜温度に依存するプロセスであれば、ウェハＷをドライエッチングするドライエッチング装置を使用しても良い。
次に、本実施形態に係るエッチング装置について説明する。図３に、本実施形態に係るエッチング装置の一例の概略構成図を示す。なお、本実施形態においては、一例として、前述した成膜装置を用いて所定の膜が成膜されたウェハＷをウェットエッチングするウェットエッチング装置について説明するが、本発明はこの点において限定されない。前述の成膜装置で成膜した膜のエッチングレートが、成膜時の成膜温度に依存するプロセスであれば、ウェハＷをドライエッチングするドライエッチング装置を使用しても良い。
図３に示されるエッチング装置２００は、ウェハＷを保持する回転ステージ等の保持部２０２を有する。保持部２０２は、例えば、スピンチャックであり、真空吸着によりウェハＷを保持するように構成される。
保持部２０２は、駆動部２０４によって鉛直軸回りに回転可能、かつ、昇降可能に構成されている。駆動部２０４によって、ウェハＷを所定の回転速度でスピン回転させながら、後述するノズル２１２によりエッチング液を所定の流量でウェハＷに噴きつける。その際、ノズル２１２を旋回運動又は揺動させて、ノズル２１２をウェハＷの半径方向で往復移動させても良い。
また、保持部２０２の周囲には、ウェハＷから保持部２０２に跨るカップ２０６が設けられ、このカップ２０６の底面には、排気管２０８やドレイン管２１０等の廃液部が設けられている。ウェハＷ上の反応で発生したガスや溶解物は、保持部２０２の周囲に飛散して、カップ２０６の底部に導かれ、廃液はドレイン２１０から図示しないドレインタンクへと送られる。また、排ガスは、排気管２０８から図示しない排気装置へと送られる。
（基板処理方法）
次に、以上説明したように構成される成膜装置及びエッチング装置を使用した、本実施形態に係る基板処理方法について、以下説明する。
次に、以上説明したように構成される成膜装置及びエッチング装置を使用した、本実施形態に係る基板処理方法について、以下説明する。
本実施形態に係る基板処理方法は、
昇温又は降温を含む設定温度プロファイルで、処理ガスを用いて基板上に膜を形成する成膜工程（Ｓ３００）と、
前記膜をエッチングするエッチング工程（Ｓ３５０）と、
を含み、
前記エッチング工程は、エッチングレートが前記成膜工程での成膜温度に依存する前記膜をエッチングする工程であり、
前記設定温度プロファイルは、前記エッチング工程でのエッチングレートの前記成膜温度に対する第１の温度依存性と、前記成膜工程での成膜量の前記成膜温度に対する第２の温度依存性とに基づいて決定される。
昇温又は降温を含む設定温度プロファイルで、処理ガスを用いて基板上に膜を形成する成膜工程（Ｓ３００）と、
前記膜をエッチングするエッチング工程（Ｓ３５０）と、
を含み、
前記エッチング工程は、エッチングレートが前記成膜工程での成膜温度に依存する前記膜をエッチングする工程であり、
前記設定温度プロファイルは、前記エッチング工程でのエッチングレートの前記成膜温度に対する第１の温度依存性と、前記成膜工程での成膜量の前記成膜温度に対する第２の温度依存性とに基づいて決定される。
［従来の基板処理方法］
図５に、従来の基板処理方法を説明するための概略図を示す。より具体的には、図５（ａ）は、時間の経過（横軸）と設定温度（縦軸）との関係を表したものである。図５（ｂ）は、図５（ａ）の設定温度プロファイルでウェハＷが成膜処理された場合の、ウェハＷの成膜状況を説明するための概略図であり、横軸はウェハＷの位置を意味する。図５（ｃ）は、図５（ａ）の設定温度プロファイルでウェハＷが成膜処理された場合の、ウェハＷの面内でのエッチングレートを説明するための概略図である。図５（ｃ）において、横軸はウェハＷの位置を意味し、縦軸はエッチングレートの大きさを意味する。図５（ｄ）は、図５（ａ）の設定温度プロファイルでウェハＷが成膜処理された場合の、エッチング後のウェハの様子の一例を説明するための概略図であり、横軸はウェハＷの位置を意味する。
図５に、従来の基板処理方法を説明するための概略図を示す。より具体的には、図５（ａ）は、時間の経過（横軸）と設定温度（縦軸）との関係を表したものである。図５（ｂ）は、図５（ａ）の設定温度プロファイルでウェハＷが成膜処理された場合の、ウェハＷの成膜状況を説明するための概略図であり、横軸はウェハＷの位置を意味する。図５（ｃ）は、図５（ａ）の設定温度プロファイルでウェハＷが成膜処理された場合の、ウェハＷの面内でのエッチングレートを説明するための概略図である。図５（ｃ）において、横軸はウェハＷの位置を意味し、縦軸はエッチングレートの大きさを意味する。図５（ｄ）は、図５（ａ）の設定温度プロファイルでウェハＷが成膜処理された場合の、エッチング後のウェハの様子の一例を説明するための概略図であり、横軸はウェハＷの位置を意味する。
なお、本実施形態では、図５（ｂ）及び後述する図６（ｂ）に示されるように、例えばウェハＷである下地４００上に、成膜対象である膜４１０を成膜した場合について、説明する。なお、この膜４１０は、成膜工程における成膜温度に依存して、エッチングレートが変化する膜である。
図５（ａ）に示されるように、従来は、設定温度が一定で、かつ、ゾーン１〜ゾーン５毎で設定温度が異なるように、ウェハＷが成膜処理されてきた。ゾーン１〜ゾーン５毎の設定温度が異なっている理由としては、ウェハＷ間での膜厚の均一化を図る、即ち、ウェハＷの面間均一性を向上させるためである。
この場合、図５（ｂ）に示されるように、膜４１０の膜厚分布は、中央部（Center部）の膜厚が、周縁部（Edge部）の膜厚よりも小さくなる、即ち、Center部がEdge部に対して凹型となるような膜４１０が成膜される。Center部とEdge部とで膜厚分布が異なるのは、膜厚分布が、成膜温度のみならず、ウェハＷ面内で処理ガスの濃度分布等に依存するからである。
ここで、前述したように、膜４１０は、成膜温度によってエッチングレートが変化する。そのため、図５（ａ）の設定温度プロファイルで示されるような定温での成膜処理では、図５（ｃ）に示されるように、ウェハＷ面内でのエッチングレートは一定となる。
結果として、エッチング後のウェハＷでは、図５（ｄ）に示されるように、エッチング部４２０の深さ（エッチング部４２０の底面の、下地４００の底面からの高さ）がCenter部とEdge部とで異なるものとなる。即ち、従来の基板処理方法は、下地４００のエッチング後の膜厚の面内分布が不均一となる。
［本実施形態に係る基板処理方法］
図６に、本実施形態に係る基板処理方法の一例を説明するための概略図を示す。より具体的には、図６（ａ）は、時間の経過と設定温度との関係を表したものである。図６（ｂ）は、図６（ａ）の設定温度プロファイルでウェハＷが成膜処理された場合の、ウェハＷの成膜状況を説明するための概略図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）の設定温度プロファイルでウェハＷが成膜処理された場合の、ウェハＷの面内でのエッチングレートを説明するための概略図である。図６（ｄ）は、図６（ａ）の設定温度プロファイルでウェハＷが成膜処理された場合の、エッチング後のウェハの様子の一例を説明するための概略図である。
図６に、本実施形態に係る基板処理方法の一例を説明するための概略図を示す。より具体的には、図６（ａ）は、時間の経過と設定温度との関係を表したものである。図６（ｂ）は、図６（ａ）の設定温度プロファイルでウェハＷが成膜処理された場合の、ウェハＷの成膜状況を説明するための概略図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）の設定温度プロファイルでウェハＷが成膜処理された場合の、ウェハＷの面内でのエッチングレートを説明するための概略図である。図６（ｄ）は、図６（ａ）の設定温度プロファイルでウェハＷが成膜処理された場合の、エッチング後のウェハの様子の一例を説明するための概略図である。
図６（ａ）に示されるように、本実施形態においては、ウェハＷの成膜中に設定温度を変化させ、かつゾーン１〜ゾーン５毎で設定温度が異なるように、ウェハＷを成膜処理する。なお、図６（ａ）の例では、設定温度を時間と共に降温させるプロセスについて説明するが、本実施形態においてはこの実施形態に限定されず、設定温度を時間と共に昇温させるプロセスであっても良い。
ウェハＷのCenter部とEdge部とでは、設定温度に対する温度変化の程度が異なる。具体的には、ウェハＷのEdge部は、ウェハＷの外部（ヒータ１２８）に近いため、加熱、冷却され易い傾向にある。また、ウェハＷのCenter部は、ウェハＷの外部から遠いため、加熱、冷却され難い傾向にある。そのため、図６（ａ）に示されるような設定温度を時間と共に降温させるプロセスでは、ウェハＷのEdge近傍が、中央近傍より先に温度が低下する。この結果、Center部の温度は、Edge部の温度よりも相対的に高くなり、図６（ｂ）に示されるように、図５（ｂ）で示された膜厚分布の凹型形状が緩和され、より平坦な膜厚分布が得られる（ウェハＷにおける膜厚の面内均一性が向上する。）。
しかしながら、成膜時のプロセス設定のみでは、ウェハ面内における成膜後の膜厚を均一とすることはできず、図６（ｂ）に示されるように、膜厚分布の凹型形状が緩和されたものとなる。
ここで、前述したように、膜４１０は、成膜温度によってエッチングレートが変化する。そのため、図６（ａ）の設定温度プロファイルで示されるような定温での成膜処理では、図６（ｃ）に示されるように、ウェハＷのCenter部でのエッチングレートは、Edge部でのエッチングレートと比して、小さくなる。
結果として、エッチング後のウェハＷでは、図６（ｄ）に示されるように、エッチング部４２０の深さ（エッチング部４２０の底面の、下地４００の底面からの高さ）がCenter部とEdge部とで同一とすることができる。即ち、本実施形態の基板処理方法は、下地４００の膜厚の面内分布が均一となる。
なお、図６で示した実施形態では、エッチングによって、膜４１０及び下地４００をエッチングする実施形態について説明したが、この実施形態に限定されない。図７に、本実施形態に係る基板処理方法の他の例を説明するための概略図を示す。図７に示されるように、本実施形態のエッチング工程では、膜４１０のみをエッチングするプロセスにも適用可能である。
本実施形態に係る基板処理方法を実行する場合、先ず、オペレータが操作パネル１４８に、処理の内容（例えば、シリコン窒化膜の形成、ウェハＷの目標膜厚及びウェハＷの目標エッチングレート）を入力する。ＣＰＵ１４４は、入力があるか否かを判別し、入力があると、入力された指示内容に応答した膜形成用のレシピをレシピ記憶部１３６から読み出す。
次に、モデル記憶部１３４に記憶されている、前記成膜温度が、前記成膜量に与える影響を表す第１のプロセスモデルと、前記成膜温度が、前記エッチングレートに与える影響を表す第２のプロセスモデルとから、エッチング後のウェハＷの膜厚の面内分布が均一となるように、目標成膜温度プロファイルが算出される。目標成膜温度プロファイルの算出は、線形計画法や２次計画法などの最適化アルゴリズムを利用して、読み出したプロセス用レシピに記憶された膜厚及びその後のエッチング工程におけるエッチングレートに基づいた面内均一性を満たすような温度を、最適化アルゴリズムを利用して算出する。
また、モデル記憶部１３４に記憶されている熱モデルによって、ウェハＷの温度が目標成膜温度プロファイルとなるように、設定温度プロファイル（例えば、電力制御機１３０への制御信号のプロファイル）が算出され、レシピが更新される。なお、設定温度プロファイルは、成膜開始温度である第１の温度から、成膜終了温度である第２の温度へと、成膜時間である第１の時間で温度を変化させる設定温度プロファイルを含む。
なお、温度制御は、ゾーン毎に行うことが好ましい。これにより、面間均一性に優れた成膜処理を実施することができる。
次に、ＣＰＵ１４４は、決定された設定温度プロファイルに基づいて、ヒータ１２８により処理容器１０２内の温度を設定し、被処理体であるウェハＷをウェハボート１２６に所定の枚数、例えば、１５０枚載置し、昇降機構１２２により蓋体１２０を上昇させる。そして、ＣＰＵ１４４は、処理容器１０２内を気密状態として、ウェハＷを処理容器１０２内にロードする。
ＣＰＵ１４４は、ウェハＷのロードが完了すると、処理容器１０２内を読み出したレシピに従った成膜条件に設定する。成膜条件は、例えば、開度可変弁１１４の開度などを含む。そして、ＣＰＵ１４４は、レシピに従って、処理容器１０２内に所定量の処理ガスを供給し、成膜処理を実行する。
続いて、ＣＰＵ１４４は、成膜処理が終了したか否かを判別し、成膜処理が終了すると、処理ガスの供給を停止する。そして、ＣＰＵ１４４は、処理容器１０２内を冷却し、レシピに定められたアンロード温度に設定し、ウェハボート１２６をアンロードする。
なお、アンロード後は、ウェハボート１２６に載置されたウェハＷから、ゾーン1〜５毎に少なくとも１枚のウェハＷを取り出し、形成された膜の膜厚に問題があるかどうかを判別する判別工程を実施しても良い。
ＣＰＵ１４４は、算出した設定温度プロファイルを、次の成膜処理時の設定温度プロファイルとして、ＲＡＭ１４０に格納し、レシピを更新しても良い。また、オペレータが、操作パネル１４８から、算出された設定温度プロファイルを、次の成膜処理時の設定温度プロファイルとして、レシピの更新を行っても良い。
ウェハボート１２６からアンロードされたウェハＷは、次のエッチング工程に供される。本実施形態に係る基板処理方法で処理されたウェハは、ウェハエッチングレートを考慮した設定温度プロファイルで、成膜処理されている。そのため、エッチング工程においては、平坦な膜をエッチングする場合と同様に、均一にエッチングするだけで、エッチング後のウェハＷの膜厚の面内分布を均一とすることができる。
以上説明したように、本実施形態に係る基板処理方法及び基板処理システムは、成膜工程での膜厚と、成膜工程後のエッチング工程でのエッチングレートとを考慮したプログラムに従って、基板処理方法を実行する。そのため、オペレータの手作業による調整を行うことなく、エッチング後のウェハＷの膜厚の面内分布を均一とすることができる。
１００ 処理装置
１０２ 処理容器
１０４ マニホールド
１０６ ガス導入部
１０８ ガス排気部
１１０ 配管
１１２ 真空ポンプ
１１４ 開度可変弁
１１６ 配管
１１８ 炉口
１２０ 蓋体
１２２ 昇降機構
１２５ 保温筒
１２６ ウェハボート
１２８ ヒータ
１３０ 電力制御機
１３２ 制御部
１３４ モデル記憶部
１３６ レシピ記憶部
１３８ ＲＯＭ
１４０ ＲＡＭ
１４２ Ｉ／Ｏポート
１４４ ＣＰＵ
１４６ バス
１４８ 操作パネル
２００ エッチング装置
２０２ 保持部
２０４ 駆動部
２０６ カップ
２０８ 排気管
２１０ ドレイン管
２１２ ノズル
Ｗ 半導体ウェハ
１０２ 処理容器
１０４ マニホールド
１０６ ガス導入部
１０８ ガス排気部
１１０ 配管
１１２ 真空ポンプ
１１４ 開度可変弁
１１６ 配管
１１８ 炉口
１２０ 蓋体
１２２ 昇降機構
１２５ 保温筒
１２６ ウェハボート
１２８ ヒータ
１３０ 電力制御機
１３２ 制御部
１３４ モデル記憶部
１３６ レシピ記憶部
１３８ ＲＯＭ
１４０ ＲＡＭ
１４２ Ｉ／Ｏポート
１４４ ＣＰＵ
１４６ バス
１４８ 操作パネル
２００ エッチング装置
２０２ 保持部
２０４ 駆動部
２０６ カップ
２０８ 排気管
２１０ ドレイン管
２１２ ノズル
Ｗ 半導体ウェハ
Claims (8)
- 昇温又は降温を含む設定温度プロファイルで、処理容器内で処理ガスを用いて被処理体上に膜を形成する成膜工程と、
前記膜をエッチングするエッチング工程と、
を含み、
前記エッチング工程は、エッチングレートが前記成膜工程での成膜温度に依存する前記膜をエッチングする工程であり、
前記設定温度プロファイルは、前記エッチング工程でのエッチングレートの前記成膜温度に対する第１の温度依存性と、前記成膜工程での成膜量の前記成膜温度に対する第２の温度依存性とに基づいて決定される、
基板処理方法。 - 前記設定温度プロファイルは、所定の前記成膜量と所定の前記エッチングレートに対して、
前記成膜温度が、前記成膜量に与える影響を表す第１のプロセスモデルと、
前記成膜温度が、前記エッチングレートに与える影響を表す第２のプロセスモデルと、
前記処理容器内の温度を、前記第１のプロセスモデルと前記第２のプロセスモデルとから算出される前記成膜温度とするように、前記設定温度プロファイルを決定する熱モデルと、
に基づいて決定される、
請求項１に記載の基板処理方法。 - 前記設定温度プロファイルは、第１の温度から第２の温度へと第１の時間で温度を変化させる設定温度プロファイルを含む、
請求項１又は２に記載の基板処理方法。 - 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 処理容器及びヒータを有し、昇温又は降温を含む設定温度プロファイルで、被処理体上に膜を成膜することが可能な成膜装置の作動を制御する制御装置であって、
前記制御装置はモデル記憶部を有し、
前記モデル記憶部は、
成膜温度が前記膜の成膜量に与える影響を表す、第１のプロセスモデルと、
前記成膜温度が前記膜のエッチングレートに与える影響を表す、第２のプロセスモデルと、
前記処理容器内の温度を、前記第１のプロセスモデルと前記第２のプロセスモデルとから算出される前記成膜温度とするように、前記設定温度プロファイルを決定する熱モデルと、
を有する、制御装置。 - 処理容器、ヒータ及び制御部を有し、被処理体上に、昇温又は降温を含む設定温度プロファイルで、膜を成膜することが可能な成膜装置であって、
前記制御部はモデル記憶部を有し、
前記モデル記憶部は、
成膜温度が前記膜の成膜量に与える影響を表す、第１のプロセスモデルと、
前記成膜温度が前記膜のエッチングレートに与える影響を表す、第２のプロセスモデルと、
前記処理容器内の温度を、前記第１のプロセスモデルと前記第２のプロセスモデルとから算出される前記成膜温度とするように、前記設定温度プロファイルを決定する熱モデルと、
を有する、成膜装置。 - 処理容器及びヒータを有し、被処理体上に、昇温又は降温を含む設定温度プロファイルで、膜を成膜することが可能な成膜装置と、
成膜後の前記被処理体をエッチングするエッチング装置と、
前記成膜装置及び前記エッチング装置を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記エッチング装置による前記膜のエッチングレートの、前記膜の成膜温度に対する第１の温度依存性と、前記膜の成膜量の、前記成膜温度に対する第２の温度依存性とに基づいて前記設定温度プロファイルを決定する、
基板処理システム。 - 前記制御部は、モデル記憶部を有し、
前記モデル記憶部は、
前記成膜温度が前記膜の成膜量に与える影響を表す、第１のプロセスモデルと、
前記成膜温度が前記膜のエッチングレートに与える影響を表す、第２のプロセスモデルと、
前記処理容器内の温度を、前記第１のプロセスモデルと前記第２のプロセスモデルとから算出される前記成膜温度とするように、前記設定温度プロファイルを決定する熱モデルと、
を有する、請求項７に記載の基板処理システム。
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