JP2015179752A - 基板処理方法、プログラム、制御装置、基板処理装置及び基板処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】少ない枚数のモニタ基板で、基板の処理結果を知ることができる基板処理方法を提供すること。【解決手段】複数のスロットを有する基板保持具内に少なくともモニタ基板を載置した状態で基板に処理を施す基板処理方法であって、モニタ基板を第１の枚数含んで実施された第１の処理における、第１の処理条件と、モニタ基板に関する第１の処理結果とを取得する、第１取得ステップと、モニタ基板を第１の枚数より多い第２の枚数含んで実施された第２の処理における、第２の処理条件と、モニタ基板に関する第２の処理結果とを取得する、第２取得ステップと、第１の処理条件と第２の処理条件との間の処理条件差を算出する、第１算出ステップと、第１の処理結果と、第２の処理結果と、処理条件差と、処理条件と処理結果との間の関係を示すプロセスモデルとに基づいて、第１の処理におけるモニタ基板が載置されていないスロット位置での基板の処理結果を算出する、第２算出ステップと、を有する、基板処理方法が提供される。【選択図】図５

Description

本発明は、基板処理方法、プログラム、制御装置、基板処理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、複数の基板、例えば、半導体ウエハ（ウエハ）を一括して処理するバッチ式の基板処理装置が用いられている。近年、半導体デバイスの高集積化に対する要求に伴い、面間均一性良くウエハを処理することが求められている。しかしながら、バッチ式の基板処理装置では、複数の半導体ウエハを効率的に処理することができるが、面間均一性を確保することが困難である。

また、一般的に、バッチ式の基板処理装置を用いた基板処理プロセスにおいては、製品用の基板に加えて処理結果をモニタするためのモニタ基板が載置された状態で基板処理が行われる。そして、モニタ基板の処理結果に基づいて、処理条件の最適化等が実施される。

面間均一性良く基板を処理するためには、多数のモニタ基板を載置して処理結果を確認し、処理条件を最適化することが好ましい。しかしながら、多数のモニタ基板を配置した場合、製造コストが増大する。

そこで、本発明の一つの案では、少ない枚数のモニタ基板で、基板の処理結果を知ることができる基板処理方法を提供することを課題とする。

一つの案では、複数のスロットを有する基板保持具内に少なくともモニタ基板を載置した状態で基板に処理を施す基板処理方法であって、モニタ基板を第１の枚数含んで実施された第１の処理における、第１の処理条件と、モニタ基板に関する第１の処理結果とを取得する、第１取得ステップと、モニタ基板を第１の枚数より多い第２の枚数含んで実施された第２の処理における、第２の処理条件と、モニタ基板に関する第２の処理結果とを取得する、第２取得ステップと、第１の処理条件と第２の処理条件との間の処理条件差を算出する、第１算出ステップと、第１の処理結果と、第２の処理結果と、処理条件差と、処理条件と処理結果との間の関係を示すプロセスモデルとに基づいて、第１の処理におけるモニタ基板が載置されていないスロット位置での基板の処理結果を算出する、第２算出ステップと、を有する、基板処理方法が提供される。

一態様によれば、少ない枚数のモニタ基板で、基板の処理結果を知ることができる基板処理方法を提供することができる。

本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略構成図である。 ウエハが載置されるウエハボートの一例の概略図である。 本実施形態に係る制御部の一例の概略構成図である。 ウエハに形成される膜の面間均一性を説明するための概略図である。 本実施形態に係る基板処理方法の一例のフローチャートである。 本実施形態に係る基板処理方法の一例の説明図である。 本実施形態に係る基板処理方法の一例の説明図である。 本実施形態に係る基板処理方法の一例の説明図である。 本実施形態に係る基板処理方法の一例の説明図である。 本実施形態に係る基板処理方法の応用例のフローチャートである。 実施例に係る面間均一性の評価結果の一例を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

［基板処理装置の全体構成］
先ず、本実施形態に係る基板処理装置１００について、図１を参照しながら説明する。図１に、本実施形態に係る基板処理装置１００の一例の概略構成図を示す。

本実施形態に係る基板処理装置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の外側に同心的に載置された有天井の外筒１０２ｂとの２重管構造で構成される。

処理容器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Ｎ_２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、成膜する膜の種類等に応じて、当業者が適宜選択することができる。例えば、半導体ウエハ等の基板に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜を形成する場合、処理ガスの一例として、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）及び一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）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等が介設されている。

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等を有する真空排気路からなる配管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される円盤状の蓋体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を気密に封止可能に構成されている。

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１７５枚程度のウエハＷを、水平状態で所定の間隔で多段に保持する、例えば石英製のウエハボート１２６が載置されている。

ウエハボート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、処理後は、蓋体１２０を下降させることで処理容器１０２内から搬出される。

ウエハボート１２６は、長手方向に複数のスロット（支持溝）を有し、ウエハＷは、各々水平な状態で上下に間隔をおいてスロットに積載される。ウエハボート１２６に載置されるウエハ群は、１つのバッチを構成し、バッチ単位で各種の基板処理が施される。

図２に、ウエハＷが載置されるウエハボート１２６の一例の概略図を示す。なお、図２に示すウエハボート１２６の上方向は、前述した基板処理装置１００の上方向と対応している。また、ウエハボート１２６の下方向は、前述した基板処理装置１００の下方向と対応している。また、本実施形態では、説明の便宜上、ウエハボート１２６のスロット位置を上方から下方に向かって順に１、２、３、…と称する。

また、一般にウエハボート１２６を３分割し、ウエハボート１２６の上方から順にトップ領域、センター領域、ボトム領域と呼ぶことがある。

ウエハボート１２６には、例えば、製品ウエハＷｐ、モニタウエハＷｍ、ダミーウエハＷｄ等のウエハＷが載置される。

製品ウエハＷｐは、半導体装置の製造に用いられるウエハＷである。

モニタウエハＷｍは、ウエハＷ（特に製品ウエハＷｐ）に所望の基板処理が施されたかどうかを確認するためのウエハＷである。そして、モニタウエハＷｍの処理結果に基づいて、次の処理における処理条件の調整等が行われる。

モニタウエハＷｍとしては、製品ウエハＷｐと処理条件を揃えるため、製品ウエハＷｐと同一又はほぼ同一のウエハＷが用いられる。

モニタウエハＷｍは、一般的に、ウエハボート１２６の長さ方向（図２の上下方向）に沿って散在して配置される。一例として、図２では、ウエハボート１２６の上方から順に、Ｗｍ１、Ｗｍ２、Ｗｍ３、Ｗｍ４、Ｗｍ５、Ｗｍ６、Ｗｍ７の７枚のモニタウエハＷｍが設けられる例を示す。しかしながら、本発明はこの点において限定されず、７枚未満又は８枚以上のモニタウエハＷｍが設けられる構成であっても良い。以下、モニタウエハＷｍが載置されているスロット位置を測定スロット位置、モニタウエハＷｍが載置されていないスロット位置を未測定スロット位置と称する。

ウエハボート１２６の上端領域及び下端領域に載置されるウエハＷは、中央部に載置されるウエハＷに対して、熱的に不平衡となりやすい。そのため、上端領域及び下端領域に載置される（製品）ウエハＷの温度補償等を行うために、ウエハボート１２６の上端領域及び下端領域には、ダミーウエハＷｄが載置される。

一般的にウエハボート１２６の上端領域及び下端領域には、各々６枚又は７枚程度のダミーウエハＷｄが載置される。

また、ウエハボート１２６のスロット数に対して、少ない枚数の製品ウエハＷｐが処理される場合、ウエハボート１２６内にウエハＷが未載置の空き領域が形成される。この場合、局所的にウエハ温度や処理ガスの濃度が不均一になり、処理の面内均一性、面間均一性等が悪化することがある。そのため、スロットの空き領域に対応するダミーウエハＷｄを用いて、ウエハボート１２６を満載状態にすることもある。

一般的に、ウエハボート１２６に載置するモニタウエハＷｍの枚数が多いほど、処理されるウエハ群の処理状態を精度良くモニタすることができる。このため、所望の処理結果が得られていない場合であっても、次処理の処理条件の調整を精度良く行うことができる。

一方、製造コストの観点から、ウエハボート１２６に載置するモニタウエハＷｍの枚数を少なくすることが好ましい。モニタウエハＷｍの枚数を少なくすることにより、モニタウエハＷｍの消費量が少なくなるため、モニタウエハＷｍに係るコストを低減することができる。また、より多くの製品ウエハＷｐを載置することができるため、１バッチあたりに処理できる製品ウエハＷｐの枚数を多くすることができる。

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、図１の上側から、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。）に分割されている。そして、各ヒータ１２８ａ〜１２８ｅは、電力制御機１３０ａ〜１３０ｅによって独立して出力を制御できるように構成される。

また、本実施形態に係る基板処理装置１００は、図１に示すように、制御部１３２を有する。図３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３に示すように、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、所定の処理条件と、基板が所定の処理条件で処理されたときの処理結果との関係を示すプロセスモデルが記憶されている。プロセスモデルとしては、例えばヒータ温度が、成膜された膜の膜厚（ウエハＷへの成膜量）に与える影響を表す温度−膜厚モデルが記憶されている。

レシピ記憶部１３６には、基板処理装置１００で実行される基板処理の種類に応じて、制御手順を定める処理条件が記憶されている。処理条件は、使用者が実際に行う処理ごとに用意されるレシピであり、例えば、基板処理装置１００へのウエハＷの搬入から、処理済みのウエハ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、供給量等を規定する。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。

また、レシピ記憶部１３６には、モニタ基板に関する処理結果が記憶されている。

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、使用者が基板処理装置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に記憶されている処理条件に沿って、基板処理装置１００の動作を制御する。

また、ＣＰＵ１４４は、後述するように、モデル記憶部１３４に記憶されているプロセスモデルと、レシピ記憶部１３６に記憶されている処理条件及び処理結果とに基づいて、モニタウエハＷｍが載置されていないスロット位置でのウエハＷの処理結果を算出する。

バス１４６は、各部の間で情報を伝達する。

［バッチ型の基板処理装置を用いた基板処理における、面間均一性］
次に、ウエハボート１２６に載置されたウエハＷに形成される膜の面間均一性について、図４を参照しながら説明する。なお、本実施形態においては、簡単のために、ウエハＷに、基板処理として所定の温度条件で成膜処理を施した場合の、得られる膜の面間均一性について、説明する。

図４に、ウエハＷに形成される膜の面間均一性を説明するための概略図を示す。より具体的には、図４は、所定の成膜処理を施した後における、モニタウエハＷｍ６、モニタウエハＷｍ７及びこれらのモニタウエハＷｍの間に配置されたウエハＷに形成された膜の膜厚の分布図である。

また、図４の例においては、各々のウエハＷに膜厚Ｙａ（ｎｍ）（図４中の太実線）の膜を形成することを目標として、ゾーン５のヒータ１２８ｅの設定温度を、所定の３種類の温度、すなわち、Ｔｂ℃（実線）、Ｔｂ−５℃（破線）、Ｔｂ＋５℃（点線）に設定して、成膜処理を実施した。

図４において、例えば、モニタウエハＷｍ６とモニタウエハＷｍ７とに形成された膜の膜厚を参照する。この場合、ヒータ１２８ｅの設定温度がＴｂ℃、Ｔｂ−５℃又はＴｂ＋５℃のいずれの処理条件においても、モニタウエハＷｍ６及びモニタウエハＷｍ７に形成された膜の膜厚は、目標とする膜厚Ｙａから０．５ｎｍの範囲内の膜厚となっている。

一方、モニタウエハＷｍ６とモニタウエハＷｍ７との間に配置されたウエハＷに形成された膜の膜厚を参照する。この場合、ヒータ１２８ｅの設定温度がＴｂ℃の処理条件が、目標とする膜厚Ｙａに最も近似し、かつ、面間での膜厚のゆらぎが小さい（面間均一性に優れた）条件であると判断することができる。

このことは、従来、モニタウエハＷｍを１バッチ内に少ない枚数配置した場合、未測定スロット位置における、ウエハＷの膜厚を正確に知ることができないことを意味する。特に、図４に示すように、スロット位置ごとに膜厚のゆらぎやうねりが存在する場合には、未測定スロット位置に載置されるウエハＷに形成される膜の膜厚を知ることは特に困難である。特にウエハボート１２６のボトム領域は、膜厚のゆらぎやうねりが大きくなる傾向にある。

そのため、少枚数のモニタウエハＷｍを用いた基板処理の結果に基づいて、次の処理の処理条件を調整すると、前述の膜厚のうねりやゆらぎを考慮に入れた調整ができない。結果として、次の処理におけるウエハＷを、面間均一性良く処理することができない。

しかしながら、本発明者らは、後述するように、モニタウエハＷｍの使用枚数を少なくした場合であっても、モニタウエハＷｍを載置していないスロットのウエハＷの処理結果を正確に知ることができる基板処理装置１００を見出した。これにより、本実施形態に係る基板処理装置１００を用いた、ウエハＷの正確な処理結果に基づいて、次の処理の処理条件の調整又は最適化を行うことができる。結果として、この調整又は最適化された処理条件を用いて行われる次の基板処理における面間均一性を向上することができる。

［基板処理方法］
次に、前述した基板処理装置１００の基板処理方法について説明する。図５に本実施形態に係る基板処理方法の一例のフローチャートを示す。

本実施形態に係る基板処理方法は、
複数のスロットを有する基板保持具内に少なくともモニタ基板を載置した状態で基板に処理を施す基板処理方法であって、
前記モニタ基板を第１の枚数含んで実施された第１の処理における、第１の処理条件と、前記モニタ基板に関する第１の処理結果とを取得する、第１取得ステップと、
前記モニタ基板を第１の枚数より多い第２の枚数含んで実施された第２の処理における、第２の処理条件と、前記モニタ基板に関する第２の処理結果とを取得する、第２取得ステップと、
前記第１の処理条件と前記第２の処理条件との間の処理条件差を算出する、第１算出ステップと、
前記第１の処理結果と、前記第２の処理結果と、前記処理条件差と、処理条件と処理結果との間の関係を示すプロセスモデルとに基づいて、前記第１の処理における前記モニタ基板が載置されていないスロット位置での前記基板の処理結果を算出する、第２算出ステップと、
を有する。

以下、各々のステップについて説明する。

以下の説明では、第１の処理では７枚（第１の枚数）のモニタウエハＷｍがウエハボート１２６に載置され、第２の処理では８枚（第２の枚数）のモニタウエハＷｍがウエハボート１２６に載置される場合について説明するが、本発明はこれに限定されない。第１の枚数及び第２の枚数としては、第２の枚数が第１の枚数よりも多ければ良く、例えば、第１の枚数として３枚、第２の枚数として１３枚等のように選択される。

また、以下の説明では、モニタウエハＷｍが載置されるスロット位置をＷｍと称する。

第１の処理では、図２におけるウエハボート１２６のスロット位置Ｗｍ１、Ｗｍ２、Ｗｍ３、Ｗｍ４、Ｗｍ５、Ｗｍ６及びＷｍ７に７枚のモニタウエハＷｍが散在して載置されている。

第２の処理では、図２におけるウエハボート１２６のスロット位置Ｗｍ１、Ｗｍ２、Ｗｍ３、Ｗｍ４、Ｗｍ５、Ｗｍ６、Ｗｍ７に７枚のモニタウエハＷｍが散在して載置され、スロット位置Ｗｍ６とスロット位置Ｗｍ７との間のスロット位置Ｗｍ８に１枚のモニタウエハＷｍが散在して載置されている。すなわち、第２の処理では、第１の処理においてモニタウエハＷｍが載置されているスロット位置Ｗｍ１、Ｗｍ２、Ｗｍ３、Ｗｍ４、Ｗｍ５、Ｗｍ６及びＷｍ７と、第１の処理においてモニタウエハＷｍが載置されていないスロット位置Ｗｍ８とに、モニタウエハＷｍが載置されている。そして、第１の処理におけるスロット位置Ｗｍ８に載置されるウエハＷの膜厚を算出する例について説明する。

また、本実施形態においては、一例として、処理条件としてヒータ温度、処理結果として膜厚を選択した場合について説明するが、この点において限定されるものではない。処理条件としては、例えば温度、圧力、ガス流量、時間又はそれらの組み合わせ等を挙げることができる。また、処理結果としては、例えば膜中不純物濃度、エッチングレート又はそれらの組み合わせ等を挙げることができる。

次に、具体的なステップについて説明する。

（Ｓ１）第１の処理における第１の処理条件及び第１の処理結果を取得するステップ
本ステップでは、第１の処理における各々のゾーンでのヒータ温度及びモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚を取得する。

図６（ａ）に、第１の処理におけるゾーンとヒータ温度との関係の一例を示す。図６（ｂ）に、第１の処理におけるウエハボート１２６のスロット位置と、ウエハボート１２６に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚の一例としての平均膜厚との関係を示す。

図６（ａ）に示すように、ゾーン１〜５のヒータ温度は、例えば５０１℃に設定されている。なお、ゾーン１〜５のヒータ温度は、説明の簡略化のために同じ温度としたが、異なる温度であっても良い。

図６（ｂ）に示すように、スロット位置Ｗｍ１、Ｗｍ３、Ｗｍ５に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚は９９．４ｎｍであり、スロット位置Ｗｍ２、Ｗｍ４、Ｗｍ６、Ｗｍ７に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚は９９．５ｎｍである。

（Ｓ２）第２の処理における第２の処理条件及び第２の処理結果を取得するステップ
本ステップでは、第２の処理における各々のゾーンでのヒータ温度及びモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚を取得する。

図６（ｃ）に、第２の処理におけるゾーンとヒータ温度との関係の一例を示す。図６（ｄ）に、第２の処理におけるウエハボート１２６のスロット位置と、ウエハボート１２６に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚の一例としての平均膜厚との関係を示す。

図６（ｃ）に示すように、ゾーン１〜４のヒータ温度は、例えば５００℃に設定され、ゾーン５のヒータ温度は、例えば４９５℃に設定されている。

また、図６（ｄ）に示すように、スロット位置Ｗｍ１、Ｗｍ２、Ｗｍ３、Ｗｍ４、Ｗｍ５、Ｗｍ６、Ｗｍ７に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚は９９．０ｎｍであり、スロット位置Ｗｍ８に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚は９９．６ｎｍである。

（Ｓ３）第１の処理条件と第２の処理条件との間の処理条件差を算出するステップ
本ステップでは、第１の処理におけるヒータ温度と、第２の処理におけるヒータ温度との温度差を各々のゾーンについて算出する。

図７（ａ）に、第１の処理及び第２の処理におけるゾーンとヒータ温度との関係の一例を示す。図中、横軸はゾーン、縦軸は温度を示している。なお、図７以降の図において、黒塗りのプロットは、実測値であり、白塗り又は米印のプロットは、制御部１３２によって算出又は推測された値である。また、プロット間の線分は、隣り合うプロット（実測値）間を線形補間したものである。

本ステップでは、図７（ａ）に示すように、第１の処理におけるゾーン１〜５のヒータ温度（黒三角印）と、第２の処理におけるゾーン１〜５のヒータ温度（黒丸印）との差ΔＴｅｍｐ（図の矢印参照）を、各々のゾーンについて算出する。なお、本実施形態では、ゾーン１〜４におけるΔＴｅｍｐは１℃であり、ゾーン５におけるΔＴｅｍｐは６℃である。

（Ｓ４）第１の処理における未測定スロット位置での処理結果を算出するステップ
Ｓ４では、図７（ｂ）、図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照しながら、第１の処理における未測定スロット位置Ｗｍ８に載置された製品ウエハＷｐに形成された膜の膜厚を算出するステップについて説明する。

本ステップでは、先ず、第２の処理において、スロット位置Ｗｍ８での膜厚が測定されていないと仮定して、第２の処理におけるスロット位置Ｗｍ８での膜厚を推定する。

図７（ｂ）に、第２の処理におけるウエハボート１２６のスロット位置とウエハボート１２６に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚との関係の一例を示す。図中、横軸はウエハボート１２６のスロット位置、縦軸はモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚を示している。

前述したように、第２の処理におけるスロット位置Ｗｍ８の膜厚が測定されていないと仮定する。この場合、図７（ｂ）に示すように、第２の処理におけるスロット位置Ｗｍ８での膜厚は、第２の処理で測定されたスロット位置Ｗｍ８に隣り合うスロット位置Ｗｍ６及びＷｍ７での膜厚から、９９．０ｎｍ（星印参照）であると推定される。なお、以下では、図７（ｂ）の星印における膜厚を、第２の膜厚Ｔ２（Ｗｍ８）とも呼ぶ。

本実施形態においては、スロット位置Ｗｍ８での膜厚は、隣り合うスロット位置での膜厚から線形補間により算出したが、本発明は、この点について特に限定されるものではない。他にも、複数のプロットを用いて最小二乗法等の方法により近似式を求め、この近似式における膜厚の値を採用しても良い。

次に、第２の処理で測定されたスロット位置Ｗｍ８に載置されたモニタウエハＷｍの膜厚と、前述した第２の膜厚Ｔ２（Ｗｍ８）との差を算出する。

図８（ａ）に、第２の処理におけるウエハボート１２６のスロット位置とウエハボート１２６に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚との関係の一例を示す。

図８（ａ）に示すように、本実施形態では、第２の処理で測定されたスロット位置Ｗｍ８に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜厚（黒菱形印）と、第２の膜厚Ｔ２（Ｗｍ８）（星印）との差であるΔＴｈｉｃｋ１（Ｗｍ８）（図の矢印参照）は、０．６ｎｍである。

次に、第１の処理と第２の処理との間で、処理条件（ヒータ温度）に差がないと仮定した場合における、スロット位置Ｗｍ８での膜厚（補正膜厚と呼ぶ）を算出する。

図８（ｂ）に、第２の処理におけるウエハボート１２６のスロット位置とウエハボート１２６に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚との関係の一例を示す。

図８（ｂ）に示すように、Ｓ３で算出された各ゾーンにおけるヒータ温度の差ΔＴｅｍｐ（図７（ａ）参照）と、前述したモデル記憶部１３４に記憶された温度−膜厚モデルとに基づいて、第２の処理が第１の処理と同じ処理条件で実施された場合のスロット位置Ｗｍ８での膜厚と、実際の第２の処理におけるスロット位置Ｗｍ８での膜厚との差に対応する、膜厚補正量ΔＴｈｉｃｋ２（Ｗｍ８）（図の矢印参照）を算出する。本実施形態では、膜厚補正量ΔＴｈｉｃｋ２（Ｗｍ８）は、０．３ｎｍである。

次に、前述したΔＴｈｉｃｋ１（Ｗｍ８）とΔＴｈｉｃｋ２（Ｗｍ８）との差を算出する。これにより、第２の処理のスロット位置Ｗｍ８における、推定される膜厚うねり量ΔＴｈｉｃｋ３（Ｗｍ８）（図の矢印参照）を算出する。本実施形態では、ΔＴｈｉｃｋ３（Ｗｍ８）は、０．３ｎｍである。

次に、この膜厚うねり量ΔＴｈｉｃｋ３（Ｗｍ８）に基づき、第１の処理におけるスロット位置Ｗｍ８の膜厚を算出（推定）する。

図９（ａ）に、第１の処理におけるウエハボート１２６のスロット位置とウエハボート１２６に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚との関係の一例を示す。

図９（ａ）に示すように、第１の処理におけるスロット位置Ｗｍ８での膜厚は、第１の処理で測定されたスロット位置Ｗｍ８に隣り合うスロット位置Ｗｍ６及びＷｍ７の膜厚から線形補間により９９．５ｎｍ（星印）であると推定される。なお、以下では、図９（ａ）の星印における膜厚を、第１の膜厚Ｔ１（Ｗｍ８）とも呼ぶ。

ここで、スロット位置Ｗｍ８での膜厚は、隣り合うスロット位置での膜厚から線形補間により算出されたが、この点については特に限定されるものではない。

次に、第１の膜厚Ｔ１（Ｗｍ８）に、膜厚うねり量ΔＴｈｉｃｋ３（Ｗｍ８）を加算し、第１の処理におけるスロット位置Ｗｍ８での膜厚を算出する。

図９（ｂ）に、第１の処理におけるウエハボート１２６のスロット位置とウエハボート１２６に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚との関係の一例を示す。

図９（ｂ）に示すように、第１の処理におけるスロット位置Ｗｍ８での膜厚Ｅｓｔ（Ｗｍ８）（×印）は、９９．７５ｎｍである。

以上のステップにより、第１の処理でモニタウエハＷｍが載置されていないスロット位置Ｗｍ８（未測定スロット位置）における膜厚を算出することができる。

なお、本実施形態では、未測定スロット位置が１つの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、未測定スロット位置が複数の場合についても同様に前述の基板処理方法を適用することができる。

また、第２の処理は、基板処理装置１００が、例えば、工場、研究室等に導入（設置）された直後に実施されることが好ましい。基板処理装置１００が導入（設置）された直後とは、基板処理装置１００が導入（設置）され、製品ウエハＷｐを生産開始するまでの期間を表す。

また、第２の処理は、基板処理装置１００に対するオーバーホールが行われた直後に実施されることが好ましい。これにより、第１の処理での未測定スロット位置における膜厚の算出精度がより向上する。なお、オーバーホールが行われた直後とは、オーバーホールが行われ、生産を再開するまでの期間を表す。

また、第２の処理は、処理条件が大きく異なる、例えば、同じゾーンにおいてはヒータ温度が２０℃異なるごとに実施されることが好ましい。さらに、第２の処理は、処理条件が複数の条件、例えば、温度、圧力、ガス流量、時間等を含む場合には、少なくとも１つの条件が異なるごとに実施されることが好ましい。これにより、第１の処理での未測定スロット位置における膜厚の算出精度がより向上する。

また、本実施形態では、基板処理としては、成膜処理を例に挙げて説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、拡散処理、エッチング処理等に適用してもよい。

［基板処理方法の応用例］
次に、本実施形態に係る基板処理方法の応用例について、図１０を参照しながら説明する。

図１０に、本実施形態に係る基板処理方法の応用例のフローチャートを示す。

本実施形態に係る基板処理方法を応用する場合、ホストコンピュータの制御部が基板処理装置１００の制御部１３２に指示を行う。この指示により、ＣＰＵ１４４は、入力された指示内容に応答した基板処理の処理条件をレシピ記憶部１３６から読み出す。なお、オペレータが操作パネル１４８を操作することにより、制御部１３２に指示を行っても良い。

次に、ＣＰＵ１４４は、決定された処理条件に基づいて、ヒータ１２８により処理容器１０２内の温度を設定する。そして、少なくともモニタ基板としてのモニタウエハＷｍを含むウエハＷをウエハボート１２６に所定の枚数載置し、昇降機構１２２により蓋体１２０を上昇させる。そして、ＣＰＵ１４４は、ウエハＷを処理容器１０２内にロードし、処理容器１０２内を気密状態にする。

ＣＰＵ１４４は、ウエハＷのロードが完了すると、処理容器１０２内を読み出した処理条件に従った条件に設定する。処理条件は、例えば、開度可変弁１１４の開度等を含む。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、基板処理を実行する（Ｓ１００）。

続いて、ＣＰＵ１４４は、基板処理が終了したか否かを判別し、基板処理が終了すると、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、処理条件に定められたアンロード温度に設定し、ウエハボート１２６をアンロードする。

ＣＰＵ１４４は、ウエハボート１２６のアンロード後、ウエハボート１２６に載置されたモニタウエハＷｍを取り出し、形成された膜の処理結果を取得し、処理結果に問題があるかどうかを判別する（Ｓ２００）。

ＣＰＵ１４４は、モニタウエハＷｍに形成された処理結果に問題がない場合、処理を終了する、又は、次の処理を実行する。

一方、ＣＰＵ１４４は、モニタウエハＷｍに形成された処理結果に問題がある場合、前述の基板処理方法で説明したＳ１〜Ｓ４の方法により、モニタウエハＷｍが載置されていないスロット位置（未測定スロット位置）での処理結果の算出を行う（Ｓ３００）。

次に、ＣＰＵ１４４は、測定されたモニタウエハＷｍの処理結果と、算出された未測定スロット位置での処理結果とに基づいて、処理条件の最適化を行う。

次に、ＣＰＵ１４４は、最適化された処理条件に基づいて、次の処理を実行する（Ｓ１００）。

以上に説明したように、本実施形態に係る基板処理方法が応用される。

以上、本実施形態に係る基板処理方法の応用例によれば、少ない枚数のモニタ基板で、プロセス領域内の基板の処理結果（未測定スロット位置での処理結果）を知ることができる。さらに、この処理結果（測定されたモニタウエハＷｍの処理結果と算出された未測定スロット位置での処理結果）に基づいて、処理条件の調整又は最適化が行われるため、この調整又は最適化された処理条件を用いて行われる処理における面間均一性が向上する。

［実施例］
前述した本実施形態に係る基板処理方法を適用した実施例を、図１１を参照しながら説明する。図１１（ａ）は、所定の成膜処理を施した後における、ウエハボート１２６のトップ領域、センター領域及びボトム領域に配置されたウエハＷに形成された膜の膜厚の測定結果である。より具体的には、図１１（ａ）は、前述した基板処理方法による処理を適用（計算）する前（黒丸印）と、１回適用（計算）後（黒三角印）と、２回適用（計算）後（黒四角印）とにおけるウエハボート１２６のスロット位置とウエハボート１２６に載置されたモニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚との関係を示す図である。

図１１（ａ）の例においては、成膜処理は、各々のウエハＷに膜厚Ｙｂ（ｎｍ）（太実線）の膜を形成することを目標として実施した。なお、本実施例においては、一例として、ウエハボート１２６に８枚のモニタウエハＷｍを配置し、８枚のモニタウエハＷｍのうち３枚のモニタウエハＷｍ（大きな黒丸印）に形成された膜の膜厚を前述した本実施形態に係る基板処理方法に適用した。なお、小さな黒丸印は、モニタウエハＷｍに形成された膜の膜厚が前述の基板処理方法に適用する際に用いられずに、図１１（ｂ）に示す面間均一性の算出のためのみに用いられたデータである。

図１１（ａ）に示すように、前述した本実施形態に係る基板処理方法による処理を適用すると、ウエハボート１２６に配置されたウエハＷに形成される膜の膜厚のばらつきが小さくなることが確認できた。特に、ボトム領域に配置されたウエハＷに形成された膜の膜厚の目標とする膜厚Ｙｂからのずれが大きく低減していることが確認できた。

図１１（ｂ）に、前述した基板処理方法による処理の適用前後における膜厚の面間均一性を示す。図１１（ｂ）中、面間均一性は、図１１（ａ）で示した膜厚測定結果の各々の処理結果（適用前、１回適用後及び２回適用後）における最大膜厚をＴｍａｘ、最小膜厚をＴｍｉｎ、平均膜厚をＴａｖｅとした場合に、以下の式（１）により算出される値である。
（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／（Ｔａｖｅ×２）×１００［％］ …（１）
図１１（ｂ）に示すように、本実施形態に係る基板処理方法による処理を１回適用すると、面間均一性は±１．４６％から±０．８９％となり、面間均一性が向上することが確認できた。また、本実施形態に係る基板処理方法による処理を２回適用すると、面間均一性は±０．８９％から±０．４８％となり、面間均一性が更に向上することが確認できた。

すなわち、モニタウエハＷｍの使用枚数を低減し、かつ面間均一性が向上することが確認できた。

以上に説明したように、本実施形態に係る基板処理方法、プログラム、制御装置、基板処理装置及び基板処理システムによれば、少ない枚数のモニタ基板で、プロセス領域内の基板の処理結果を知ることができる基板処理方法を提供することができる。

以上、基板処理方法、プログラム、制御装置、基板処理装置及び基板処理システムを実施形態及び実施例により説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

１００ 基板処理装置
１２６ ウエハボート
１３２ 制御部
Ｗ ウエハ
Ｗｍ モニタウエハ

Claims (11)

1. 複数のスロットを有する基板保持具内に少なくともモニタ基板を載置した状態で基板に処理を施す基板処理方法であって、
   前記モニタ基板を第１の枚数含んで実施された第１の処理における、第１の処理条件と、前記モニタ基板に関する第１の処理結果とを取得する、第１取得ステップと、
   前記モニタ基板を前記第１の枚数より多い第２の枚数含んで実施された第２の処理における、第２の処理条件と、前記モニタ基板に関する第２の処理結果とを取得する、第２取得ステップと、
   前記第１の処理条件と前記第２の処理条件との間の処理条件差を算出する、第１算出ステップと、
   前記第１の処理結果と、前記第２の処理結果と、前記処理条件差と、処理条件と処理結果との間の関係を示すプロセスモデルとに基づいて、前記第１の処理における前記モニタ基板が載置されていないスロット位置での前記基板の処理結果を算出する、第２算出ステップと、
   を有する、
   基板処理方法。
2. 前記第２算出ステップは、
   前記第２の処理結果と、前記処理条件差と、前記プロセスモデルとに基づいて、前記処理条件差によって生じる処理結果の差を補正する補正膜厚を算出するステップと、
   前記補正膜厚と、前記第１の処理結果とに基づいて、前記第１の処理における、前記モニタ基板が載置されていないスロット位置での前記基板の処理結果を算出するステップと、
   を有する、
   請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記第２の処理における前記モニタ基板が載置されるスロット位置は、前記第１の処理における前記モニタ基板が載置されるスロット位置を含む、
   請求項１又は２に記載の基板処理方法。
4. 前記第１の処理における前記モニタ基板が載置されていないスロット位置の少なくとも一部は、前記第２の処理において、前記モニタ基板が載置されているスロット位置である、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の基板処理方法。
5. 前記処理条件は、ヒータ温度を含む、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の基板処理方法。
6. 前記処理は、前記モニタ基板に対する成膜処理を含み、
   前記処理結果は、前記基板に成膜された膜の膜厚を含む、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の基板処理方法。
7. 算出された前記モニタ基板が載置されていないスロット位置での前記基板の処理結果と、前記第１の処理結果とに基づいて、処理条件の更新又は最適化を行うステップを更に有する、
   請求項１乃至６の何れか一項に記載の基板処理方法。
8. 請求項１乃至７の何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。
9. 少なくともモニタ基板が載置される複数のスロットを備えた基板保持具を有する基板処理装置の動作を制御する制御装置であって、
   前記制御装置は、
   前記モニタ基板を第１の枚数含んで実施された第１の処理における第１の処理条件と前記モニタ基板に関する第１の処理結果と、前記モニタ基板を第１の枚数より多い第２の枚数含んで実施された第２の処理における第２の処理条件と前記モニタ基板に関する第２の処理結果と、を記憶するレシピ記憶部と、
   処理条件と処理結果との間の関係を示すプロセスモデルを記憶するモデル記憶部と、
   を有し、
   前記レシピ記憶部に記憶されている前記第１の処理結果と前記第２の処理結果と、前記モデル記憶部に記憶されているプロセスモデルと、前記第１の処理条件と前記第２の処理条件との間の処理条件差とに基づいて、前記第１の処理における前記モニタ基板が載置されていないスロット位置での基板の処理結果を算出する、
   制御装置。
10. 少なくともモニタ基板が載置される複数のスロットを備えた基板保持具及び制御部を有し、複数の基板を処理することが可能な基板処理装置であって、
    前記制御部は、
    前記モニタ基板を第１の枚数含んで実施された第１の処理における第１の処理条件と前記モニタ基板に関する第１の処理結果と、前記モニタ基板を第１の枚数より多い第２の枚数含んで実施された第２の処理における第２の処理条件と前記モニタ基板に関する第２の処理結果と、を記憶するレシピ記憶部と、
    処理条件と処理結果との間の関係を示すプロセスモデルを記憶するモデル記憶部と、
    を有し、
    前記レシピ記憶部に記憶されている前記第１の処理結果と前記第２の処理結果と、前記モデル記憶部に記憶されているプロセスモデルと、前記第１の処理条件と前記第２の処理条件との間の処理条件差とに基づいて、前記第１の処理における前記モニタ基板が載置されていないスロット位置での前記基板の処理結果を算出する、
    基板処理装置。
11. 少なくともモニタ基板が載置される複数のスロットを備えた基板保持具を有し、複数の基板を処理することが可能な基板処理装置と、
    前記基板処理装置を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、
    前記モニタ基板を第１の枚数含んで実施された第１の処理における第１の処理条件と前記モニタ基板に関する第１の処理結果と、前記モニタ基板を第１の枚数より多い第２の枚数含んで実施された第２の処理における第２の処理条件と前記モニタ基板に関する第２の処理結果と、を記憶するレシピ記憶部と、
    処理条件と処理結果との間の関係を示すプロセスモデルを記憶するモデル記憶部と、
    を有し、
    前記レシピ記憶部に記憶されている前記第１の処理結果と前記第２の処理結果と、前記モデル記憶部に記憶されているプロセスモデルと、前記第１の処理条件と前記第２の処理条件との間の処理条件差とに基づいて、前記第１の処理における前記モニタ基板が載置されていないスロット位置での前記基板の処理結果を算出する、
    基板処理システム。

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