JP6072845B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理システム、基板処理装置及びプログラム - Google Patents

半導体装置の製造方法、基板処理システム、基板処理装置及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理システム、基板処理装置及びプログラムに関する。
近年、半導体装置は高集積化の傾向にある。それに伴い、パターンサイズが著しく微細化されている。これらのパターンは、ハードマスクやレジストの形成工程、リソグラフィ工程、エッチング工程等で形成される。形成するに際しては、半導体装置の特性のばらつきが起きないよう求められている。
ところで、加工上の問題から、形成される回路等の幅にばらつきが起きてしまうことがある。特に微細化された半導体装置においては、そのばらつきが半導体装置の特性に大きく影響を及ぼす。
そこで本発明は、半導体装置の特性のばらつきを抑制可能な技術を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、基板上に形成されたチャネル領域上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜上に、シリコン含有膜の一部として構成される第一のシリコン含有層を形成する第一のシリコン含有層形成工程と、前記基板を研磨する研磨工程と、前記第一のシリコン含有膜の基板面内における膜厚分布を測定する工程と、研磨後の前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正する工程とを有する技術を提供する。
本発明に係る技術によれば、半導体装置特性のばらつきを抑制することが可能となる。
一実施形態に係る半導体デバイスの製造フローを説明する説明図である。 一実施形態に係るウエハの説明図である。 一実施形態に係る半導体装置の製造フローの一部を説明する説明図である。 一実施形態に係る研磨装置を説明する説明図である。 一実施形態に係る研磨装置を説明する説明図である。 一実施形態に係るpoly−Si層の膜厚分布を説明する説明図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する説明図である。 一実施形態に係るpoly−Si層の膜厚分布を説明する説明図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する説明図である。 一実施形態に係るpoly−Si層の膜厚分布を説明する説明図である。 一実施形態に係る基板処理装置を説明する説明図である。 一実施形態に係る基板処理装置のシャワーヘッドを説明する説明図である。 一実施形態に係るコントローラの概略構成図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する説明図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する説明図である。 一実施形態に係るウエハの処理状態を説明する説明図である。 比較例に係る、ウエハの処理状態を説明する説明図である。 比較例に係る、ウエハの処理状態を説明する説明図である。 一実施形態に係るシステムを説明する説明図である。
以下に本発明の実施の形態について説明する。
初めに、図1から図3を用いて、半導体素子の一つであるFinFetを例として、半導体装置の製造工程の一工程を説明する。
(ゲート絶縁膜形成工程S101)
ゲート絶縁膜形成工程S101では、例えば、図2に示すウエハ200がゲート絶縁膜形成装置に搬入される。図2(A)はウエハ200を説明する斜視図であり、図2(B)は図2(A)のα-α’における断面図を示す。ウエハ200はシリコン等で構成されており、その一部にチャネルとしての凸構造2001が形成されている。凸構造2001は所定間隔で複数設けられる。凸構造2001は、ウエハ200の一部をエッチングすることで形成される。
説明の便宜上、ウエハ200上において凸構造の無い部分を凹構造2002と呼ぶ。即ち、ウエハ200は凸構造2001と凹構造2002とを少なくとも有している。なお、本実施形態においては、説明の便宜上、凸構造2001の上面を凸構造表面2001aと呼び、凹構造の上面を凹構造表面2002aと呼ぶ。
隣り合う凸構造の間である凹構造表面2002a上には、凸構造を電気的に絶縁するための素子分離膜2003が形成されている。素子分離膜2003は、例えばシリコン酸化膜で構成されている。
ゲート絶縁膜形成装置は薄膜を形成可能な既知の枚葉装置であり、説明を省略する。ゲート絶縁膜形成装置では、図3(A)に記載のように、例えばシリコン酸化膜(SiO膜)等の誘電体で構成されたゲート絶縁膜2004を形成する。形成する際は、ゲート絶縁膜形成装置にシリコン含有ガス(例えばHCDS(ヘキサクロロジシラン)ガス)と酸素含有ガス(例えばOガス)をゲート絶縁膜形成装置に供給し、それらを反応させることで形成する。ゲート絶縁膜2004は、凸構造表面2001a上と、凹構造表面2002aの上方にそれぞれ形成される。ゲート絶縁膜形成後、ウエハ200をゲート絶縁膜形成装置から搬出する。
(第一のシリコン含有層形成工程S102)
次に、第一のシリコン含有層形成工程S102を説明する。
ゲート絶縁膜形成装置からウエハ200を搬出後、第一のシリコン含有層形成装置にウエハ200を搬入する。第一のシリコン含有層形成装置は一般的な枚葉CVD装置を用いるため、説明を省略する。図3(B)に記載のように、第一のシリコン含有層形成装置では、poly−Si(多結晶シリコン)で構成され第一のシリコン含有層2005(第一のpoly-Si層2005、または単にpoly-Si層2005とも呼ぶ。)を、ゲート絶縁膜2004上に形成する。形成する際は、第一のシリコン含有層形成装置にジシラン(Si2H6)ガスを供給し、それを熱分解することでpoly−Si層を形成する。poly−Si層はゲート電極、もしくはダミーゲート電極として用いられる。
poly-Si層2005を形成後、第一のシリコン含有層形成装置からウエハ200を搬出する。
(CMP工程S103)
続いて、CMP(Cheamical Mechanical Polishing)工程S103を説明する。
第一のシリコン含有層形成装置から搬出されたウエハ200は、研磨装置300に搬入される。
ここで、第一のシリコン含有層形成装置S102で形成されたpoly-Si層について説明する。図3(B)に記載のように、ウエハ200には凸構造2001と凹構造2002が存在するため、poly-Si層の高さが異なってしまう。具体的には、凹構造表面2002aから凸構造2001上のpoly-Si層2005b表面までの高さが、凹構造表面2002aから凹構造表面2002a上のpoly-Si層2005b表面の高さよりも高くなる。
しかしながら、後述する露光工程、エッチング工程とのいずれかまたは両方の関係から、poly-Si層2005aの高さとpoly-Si層2005bの高さを揃える必要がある。そこで、本工程のようにpoly-Si層2005を研磨して高さを揃える。
以下に、CMP工程の具体的な内容について説明する。第一のシリコン含有層形成装置からウエハ200を搬出後、図4に記載の研磨装置300にウエハ200を搬入する。
図4において、401は研磨盤であり、402はウエハ200を研磨する研磨布である。研磨盤401は図示しない回転機構に接続され、ウエハ200を研磨する際は、矢印406方向に回転される。
403は研磨ヘッドであり、研磨ヘッド403の上面には、軸404が接続される。軸404は図示しない回転機構・上下駆動機構に接続される。ウエハ200を研磨する間、矢印407方向に回転される。
405はスラリー(研磨剤)を供給する供給管である。ウエハ200を研磨する間、供給管405から研磨布402に向かってスラリーが供給される。
続いて、図5を用いて、研磨ヘッド403とその周辺構造の詳細を説明する。図5は研磨ヘッド403の断面図を中心に、その周辺構造を説明する説明図である。研磨ヘッド403は、トップリング403a、リテナーリング403b、弾性マット403cを有する。研磨する間、ウエハ200の外側はリテナーリング403bによって囲まれると共に、弾性マット403cによって研磨布402に抑えつけられる。リテナーリング403bには、リテナーリングの外側から内側にかけて、スラリーが通過するための溝403dが形成されている。溝403dはリテナーリング403bの形状に合わせて、円周状に複数設けられている。溝403dを介して、未使用の新鮮なスラリーと、使用済みのスラリーが入れ替わるように構成されている。
続いて、本工程における動作を説明する。
研磨ヘッド403内にウエハ200を搬入したら、供給管405からスラリーを供給すると共に、研磨盤401及び研磨ヘッド403を回転させる。スラリーはリテナーリング403bに流れ込み、ウエハ200の表面を研磨する。このように研磨することで、図3(C)に記載のように、poly-Si層2005bとpoly-Si層2005bの高さを揃える。所定の時間研磨したら、ウエハ200を搬出する。ここでいう高さとは、poly-Si層2005aとpoly-Si層2005bの表面(上端)の高さを言う。所定の時間研磨したら、ウエハ200をCMP装置400から搬出する。
ここで、poly−Si層2005aとpoly−Si層2005bの高さを整えるようCMP装置400で研磨しても、図6に記載のように、ウエハ200の面内では研磨後のpoly-Si層の高さが揃わない場合があることがわかった。例えば、ウエハ200の外周面の膜厚が中央面に比べて小さい分布Aや、ウエハ200の中央面の膜厚が外周面に比べて大きい分布Bが見受けられることがわかった。
膜厚分布に偏りがあると、後述するリソグラフィ工程やエッチング工程にて、パターンの幅のばらつきが発生するという問題がある。それに起因して、ゲート電極幅のばらつきが起き、その結果、歩留まりの低下を引き起こす。
この問題に対して、発明者による鋭意研究の結果、分布A、分布Bそれぞれに原因があることがわかった。以下にその原因を説明する。
分布Aの原因はウエハ200に対するスラリーの供給方法である。前述のように、研磨布402に供給されたスラリーはリテナーリング403bを介して、ウエハ200の周囲から供給される。そのため、ウエハ200の中央面にはウエハ200外周面を研磨した後のスラリーが流れ込み、一方ウエハ200外周面には未使用なスラリーが流れ込む。未使用なスラリーは研磨効率が高いため、ウエハ200の外周面は中央面よりも研磨されてしまう。以上のことから、poly-Si層の膜厚は分布Aのようになることがわかった。
分布Bになる原因はリテナーリング403bの摩耗である。研磨装置400にて多くのウエハ200を研磨すると、研磨布402に押し付けられたリテナーリング403bの先端が摩耗し、溝403dや研磨布402との接触面が変形したりする。そのため、本来供給されるべきスラリーがリテナーリング403bの内周に供給されない場合がある。このような場合、ウエハ200の外周面にスラリーが供給されないので、ウエハ200の中央面が研磨され、外周面が研磨されない状態になる。従って、poly-Si層の膜厚は分布Bのようになることがわかった。
そこで本実施形態では、後述するように、研磨装置400にてウエハ200上のpoly−Si層2005を研磨した後に、ウエハ200の面内のpoly-Si膜の高さを揃える工程を構成する。ここでいうpoly−Si膜とは、poly−Si層2005と後述するpoly−Si層2006を重ねた膜をいう。なお、ここではpoly−Si膜をシリコン含有膜と呼んでも良い。
高さを揃える具体的な方法としては、研磨工程S102の後に膜厚測定工程S104でpoly−Si層2005の膜厚分布を測定し、その測定データに応じて第二のpoly−Si層膜形成工程S105を実行する。このようにすることで、露光工程やエッチング工程にて、パターンの幅のばらつきを抑制する。
(膜厚測定工程S104)
次に、膜厚測定工程S104を説明する。
膜厚測定工程S104では、一般的な測定装置を用いて研磨後のpoly-Si膜2005の膜厚を測定する。測定装置は一般的な装置が使用可能であるため、具体的な説明を省略する。ここでいう膜厚とは、例えば凹構造表面2002aからpoly-Si層2005表面までの高さを言う。
CMP工程S104後、ウエハ200は測定装置に搬入される。測定装置は、研磨装置400の影響を受けやすいウエハ200の中央面とその外周の外周面のうち、少なくとも数か所を測定し、poly-Si層2005の膜厚(高さ)分布を測定する。測定されたデータは、上位装置を介して、後述する基板処理装置900に送られる。測定後、ウエハ200は搬出される。
(第二のシリコン含有層形成工程S105)
続いて、第二のシリコン含有層形成工程を説明する。第二のシリコン含有層2006はpoly-Si層であり、第一のシリコン含有層2005と同様の組成である。図3(c)、図7に記載のように、第二のシリコン含有層は、研磨後の第一のシリコン含有層2005上に形成される。
形成する際は、研磨後の第一のシリコン含有層2005の膜厚分布を補正するように、第二のシリコン含有層2006(第二のpoly-Si層2006、または単にpoly-Si層2006、もしくは補正膜とも呼ぶ。)を形成する。より好ましくは、第二のシリコン含有層2006の表面の高さをウエハ200の面内で揃えるように第二のシリコン含有層2006を形成する。ここでいう高さとは、第二のシリコン含有層2006の表面までの高さを言い、言い換えれば凹構造表面2002aから第二のシリコン含有層2006表面までの距離をいう。
以下に、図7から図13を用いて本工程を説明する。図7は、第一のpoly-Si層2005が分布Aとなった場合に、本工程で形成した第二のpoly-Si層2006を説明する図である。図8は膜厚分布Aと、その補正分布A’を説明する説明図である。図9は、第一のpoly-Si層2005が分布Bとなった場合に、本工程で形成した第二のpoly-Si層2006を説明する図である。図10は膜厚分布Bと、その補正分布B’を説明する説明図である。図11から図13は本工程を実現するための基板処理装置を説明する説明図である。
図7において、(A)は第二のpoly-Si層2006を形成した後のウエハ200を上方から見た図であり、図7(B)は、図7(A)のα-α’の断面のうち、ウエハ200中央とその外周を抜粋した図である。
図8(A)は第二のpoly-Si層2006を形成した後のウエハ200を上方から見た図であり、図8(A)のα-α’の断面のうち、ウエハ200中央とその外周を抜粋した図である。
ここでは、ウエハ200中央面の第二のpoly-Si層をpoly-Si層2006a、外周面を第二のpoly-Si層2006bと呼ぶ。
測定器から搬出されたウエハ200は、図11に記載の第二のシリコン含有層形成装置である基板処理装置900に搬入される。
基板処理装置900は、膜厚測定工程S104で測定したデータに基づいてpoly-Si層2006の膜厚を基板面内において制御する。例えば、上位装置から受信したデータが分布Aを示すデータであれば、図6に記載のように、ウエハ200外周面のpoly-Si層2006bを厚くし、中央面poly-Si層2006aがpoly-Si層2006bよりも薄くなるよう、膜厚を制御する。また、上位装置から受信したデータが分布Bを示すデータであれば、図9に記載のように、ウエハ200中央面のpoly-Si層2006aを厚くし、外周面のpoly-Si層2006bがにpoly-Si層2006aよりも薄くなるよう、膜厚を制御する
より好ましくは、凹構造表面2002aから見て、第一のpoly-Si層2005と第二のpoly-Si層2006とを重ね合わせたpoly−Si層、即ちpoly−S膜の高さを、ウエハ200の面内で所定の範囲にするよう、第二のpoly-Si層2007の厚みを制御する。言い換えれば、基板の面内における前記第二のシリコン含有層の高さの分布が所定の範囲内となるよう第二のシリコン含有層の膜厚分布を制御する。即ち、図7、図9に記載のように、ウエハ200中央面における凹構造表面2002aから第二のpoly-Si層2006a上端までの高さH1aと、ウエハ200外周面における凹構造表面2002aから第二のpoly-Si層2006bの上端までの高さH1bとを揃えることができる。
次に、poly−Si層2006a、2006bそれぞれの膜厚を制御可能な、第二のpoly-Si層2006を形成する基板処理装置900について、具体的に説明する。
本実施形態に係る処理装置900について説明する。基板処理装置900は、図11に示されているように、枚葉式基板処理装置として構成されている。
図11に示すとおり、基板処理装置900は処理容器202を備えている。処理容器202は、例えば横断面が円形であり扁平な密閉容器として構成されている。また、処理容器202は、例えばアルミニウム(Al)やステンレス(SUS)などの金属材料または、石英により構成されている。処理容器202内には、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ200を処理する処理空間(処理室)201、搬送空間203が形成されている。処理容器202は、上部容器202aと下部容器202bで構成される。上部容器202aと下部容器202bの間には仕切り板204が設けられる。上部処理容器202aに囲まれた空間であって、仕切り板204よりも上方の空間を処理空間(処理室ともいう)201と呼び、下部容器202bに囲まれた空間であって、仕切り板よりも下方の空間を搬送空間203と呼ぶ。
下部容器202bの側面には、ゲートバルブ205に隣接した基板搬入出口206が設けられており、ウエハ200は基板搬入出口206を介して図示しない搬送室との間を移動する。下部容器202bの底部には、リフトピン207が複数設けられている。
処理室201内には、ウエハ200を支持する基板支持部210が設けられている。基板支持部210は、ウエハ200を載置する載置面211と、載置面211を表面に持つ基板載置台212とを有する。基板載置台212の内部には、加熱部としてのヒータ213が設けられる。加熱部213を設けることにより、基板を加熱させ、基板上に形成される膜の品質を向上させることができる。基板載置台212には、リフトピン207が貫通する貫通孔214が、リフトピン207と対応する位置にそれぞれ設けられていても良い。
基板載置台212はシャフト217によって支持される。シャフト217は、処理容器202の底部を貫通しており、更には処理容器202の外部で昇降機構218に接続されている。昇降機構218を作動させてシャフト217及び基板載置台212を昇降させることにより、基板載置面211上に載置されるウエハ200を昇降させることが可能に構成される。なお、シャフト217下端部の周囲はベローズ219により覆われており、処理室201内は気密に保持されている。
基板載置台212は、ウエハ200の搬送時には、基板載置面211が基板搬入出口206の位置(ウエハ搬送位置)となるように下降し、ウエハ200の処理時には図11で示されるように、ウエハ200が処理室201内の処理位置(ウエハ処理位置)まで上昇する。
具体的には、基板載置台212をウエハ搬送位置まで下降させた時には、リフトピン207の上端部が基板載置面211の上面から突出して、リフトピン207がウエハ200を下方から支持するようになっている。また、基板載置台212をウエハ処理位置まで上昇させたときには、リフトピン207は基板載置面211の上面から埋没して、基板載置面211がウエハ200を下方から支持するようになっている。なお、リフトピン207は、ウエハ200と直接触れるため、例えば、石英やアルミナなどの材質で形成することが望ましい。なお、リフトピン207に昇降機構を設けて、基板載置台212とリフトピン207が相対的に動くように構成してもよい。
ヒータ213は、ウエハ200の中心である中心面と、その中心面の外周である外周面をそれぞれ個別に加熱制御可能な構成である。例えば、基板載置面211の中心に設けられ、上方から見て周状のセンターゾーンヒータ213aと、同じく周状であり、アウトゾーンヒータ213aの外周に設けられたアウトゾーンヒータ213bを有する。センターゾーンヒータ213aはウエハ200の中心面を加熱し、アウトゾーンヒータ213bはウエハ200の外周面を加熱する。
センターゾーンヒータ213a、アウトゾーンヒータ213bは、それぞれヒータ電力供給線を介してヒータ温度制御部215に接続される。ヒータ温度制御部215は各ヒータへの電力供給を制御することで、ウエハ200の中心面、外周面の温度を制御する。
基板載置台213には、ウエハ200の温度を測定する温度測定器216aと温度測定器216bが内包される。温度測定器216aはセンターゾーンヒータ213a近傍の温度を測定するよう、基板載置台212の中心部に設けられる。温度測定器216bはアウトゾーンヒータ213b近傍の温度を測定するよう、基板載置台212の外周部に設けられる。温度測定器216a、温度測定器216bは温度情報受信部216cに接続される。各温度測定器で測定した温度は、温度情報受信部216cに送信される。温度情報受信部216cは受信した温度情報を後述するコントローラ260に温度情報を送信する。コントローラ260は受信した温度情報や後述するエッチング情報に基づきヒータ温度を制御する。なお、温度測定器216a、温度測定器216b、温度情報受信部216cをまとめて温度検出部216とする。
(排気系)
処理室201(上部容器202a)の内壁上面には、処理室201の雰囲気を排気する排気口221が設けられている。排気口221には第一排気管としての排気管224が接続されており、排気管224には、処理室201内を所定の圧力に制御するAPC(Auto Pressure Controller)等の圧力調整器222、真空ポンプ223が順に直列に接続されている。主に、排気口221、排気管224、圧力調整器222により、第一の排気部(排気ライン)が構成される。なお、真空ポンプ223を第一の排気部に含めるように構成しても良い。
(バッファ室)
処理室201の上方には、バッファ室232が設けられている。バッファ室232は、側壁232a、天井232bにより構成されている。バッファ室232は、シャワーヘッド234を内包する。バッファ室232の内壁とシャワーヘッド234との間には、ガス供給経路235が構成される。即ち、ガス供給経路235はシャワーヘッド234の外壁234bを囲むように設けられる。
シャワーヘッド234と処理室201を区画する壁には、分散板234aが設けられる。分散板234は例えば円盤状に構成される。処理室201側から見ると、図12のようにガス供給経路235はシャワーヘッド側壁234bと側壁232aの間であって、分散板234の水平方向周囲に設けられた構造となる。
バッファ室232の天井232bには、ガス供給孔232cが設けられている。ガス供給孔232cには、ガス供給管241aが接続される。バッファ室232の天井には、更に貫通孔232dが設けられる。シャワーヘッド234の天井には、貫通孔232dを貫通するガス供給管242aが接続される。
ガス供給管242aから供給されたガスは、シャワーヘッド234を介して処理室201に供給される。ガス供給管241aから供給されたガスはガス供給経路235を介して処理室201に供給される。
シャワーヘッド234から供給されたガスはウエハ200の中心部分に供給される。ガス供給経路235から供給されたガスはウエハ200のエッジ部分に供給される。ウエハ200のエッジ部分とは、前述のウエハ200中心部分に対して、その外周面を言う。
シャワーヘッド234は、例えば、石英、アルミナ、ステンレス、アルミなどの材料で構成される。
(供給系)
ガス供給管241aには、上流から合流管240b、マスフローコントローラ241b、バルブ241cが設けられる。マスフローコントローラ241b、バルブ241cによって、ガス供給管241aを通過するガスの流量が制御される。ガス供給管242aには、上流から合流管240b、マスフローコントローラ242b、バルブ242cが設けられる。マスフローコントローラ242b、バルブ242cによって、ガス供給管242aを通過するガスの流量が制御される。合流管240bの上流には処理ガスのガス源240aが設けられる。処理ガスは、シリコン含有ガスである。例えばジシラン(Si2H6)が用いられる。
好ましくは、バルブ241cの下流側に、不活性ガスを供給するための第一の不活性ガス供給管243aが接続される。不活性ガス供給管243aには、上流から不活性ガス源243b、マスフローコントローラ243c、バルブ243dが設けられる。不活性ガスは例えば窒素(He)ガスが用いられる。不活性ガスは、ガス供給管241aを流れる処理ガスに添加され、希釈ガスとして使用される。マスフローコントローラ243c、バルブ243dを制御することで、ガス供給経路235をを介して処理室201に供給されるガスの濃度や流量を、より最適にチューニングすることができる。
好ましくは、バルブ242cの下流側に、不活性ガスを供給するための第二の不活性ガス供給管245aが設けられる。不活性ガス供給管245aには、上流から不活性ガス源245b、マスフローコントローラ245c、バルブ245dが設けられる。不活性ガスは例えば窒素(N2)ガスが用いられる。不活性ガスは、ガス供給管242aを流れる処理ガスの希釈ガスとして使用される。マスフローコントローラ245c、バルブ245dを制御することで、シャワーヘッド234を介して処理室201に供給されるガスの濃度や流量をより最適にチューニングすることができる。不活性ガスは例えばヘリウム(He)ガスが用いられる。
ガス供給管241a、マスフローコントローラ241b、バルブ241cをまとめて第一ガス供給部と呼ぶ。また、不活性ガス供給管243a、マスフローコントローラ243c、バルブ243dをまとめて第一不活性ガス供給部と呼ぶ。第一ガス供給部に第一不活性ガス供給部を含めても良い。更には、第一ガス供給部に、合流管240b、ガス源240a、ガス源243bを含めても良い。
ガス供給管242a、マスフローコントローラ242b、バルブ242cをまとめて第二ガス供給部と呼ぶ。また、不活性ガス供給管245a、マスフローコントローラ245c、バルブ245dをまとめて第二不活性ガス供給部と呼ぶ。第二ガス供給部に第二不活性ガス供給部を含めても良い。更には、第二ガス供給部に、合流管240b、ガス源240a、ガス源245bを含めても良い。
また、第一ガス供給部、第二ガス供給部、第一不活性ガス供給部、第二不活性ガス供給部をまとめてガス供給部と呼んでも良い。この場合、ガス源240a、合流管240bをガス供給部に含めても良い。
以上のように、第一ガス供給部及び第二ガス供給部それぞれにマスフローコントローラ、バルブを設けているので、個別にガスの量を制御することができる。また、第一の不活性ガス供給部、第二の不活性ガス供給部のそれぞれにマスフローコントローラ、バルブを設けているので、個別にガスの濃度を制御することができる。
(制御部)
基板処理装置900は、基板処理装置900の各部の動作を制御するコントローラ260を有している。
コントローラ260の概略を図13に示す。制御部(制御手段)であるコントローラ260は、CPU(Central Processing Unit)260a、RAM(Random Access Memory)260b、記憶装置260c、I/Oポート260dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM260b、記憶装置260c、I/Oポート260dは、内部バス260eを介して、CPU260aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ260には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置261や、外部記憶装置262が接続可能に構成されている。更に、上位装置270にネットワークを介して接続される受信部263が設けられる。受信部260は、上位装置から他の装置の情報を受信することが可能である。
記憶装置260cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等で構成されている。記憶装置260c内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプログラムレシピ等が読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ260に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプログラムレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プログラムレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、RAM260bは、CPU260aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
I/Oポート260dは、ゲートバルブ205、昇降機構218、ヒータ213、圧力調整器222、真空ポンプ223等に接続されている。また、MFC241b,242b、243c、245c、バルブ241c,242c、243d、245d等にも接続されていても良い。
CPU260aは、記憶装置260cからの制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置261からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置260cからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、CPU260aは、読み出されたプロセスレシピの内容に沿うように、ゲートバルブ205の開閉動作、昇降機構218の昇降動作、ヒータ213への電力供給動作、圧力調整器222の圧力調整動作、真空ポンプ223のオンオフ制御、マスフローコントローラの流量調整動作、バルブ等を制御可能に構成されている。
なお、コントローラ260は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていても良い。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MOなどの光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)262を用意し、係る外部記憶装置262を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ260を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置262を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置262を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置260cや外部記憶装置262は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において、記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置260c単体のみを含む場合、外部記憶装置262単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合が有る。
続いて、基板処理装置900を用いた膜の形成方法について説明する。
膜厚測定工程S104の後、測定されたウエハ200は基板処理装置900に搬入される。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ260により制御される。
(基板搬入工程)
膜厚測定工程S105で第一のpoly-Si層2005が測定されたら、ウエハ200を基板処理装置900に搬入させる。具体的には、基板支持部210を昇降機構218によって下降させ、リフトピン207が貫通孔214から基板支持部210の上面側に突出させた状態にする。また、処理室201内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ205を開放し、ゲートバルブ205からリフトピン207上にウエハ200を載置させる。ウエハ200をリフトピン207上に載置させた後、昇降218によって基板支持部210を所定の位置まで上昇させることによって、ウエハ200が、リフトピン207から基板支持部210へ載置されるようになる。
(減圧・昇温工程)
続いて、処理室201内が所定の圧力(真空度)となるように、排気管224を介して処理室201内を排気する。この際、圧力センサが測定した圧力値に基づき、圧力調整器222としてのAPCバルブの弁の開度をフィードバック制御する。また、温度センサ216が検出した温度値に基づき、処理室201内が所定の温度となるようにヒータ213への通電量をフィードバック制御する。具体的には、基板支持部210をヒータ213により予め加熱しておき、ウエハ200又は基板支持部210の温度変化が無くなってから所定時間置く。この間、処理室201内に残留している水分あるいは部材からの脱ガス等が有る場合は、真空排気や不活性ガス供給によるパージによって除去しても良い。これで成膜プロセス前の準備が完了することになる。なお、処理室201内を所定の圧力に排気する際に、一度、到達可能な真空度まで真空排気しても良い。
ウエハ200が基板支持部210に載置され、処理室201内の雰囲気が安定した後、マスフローコントローラ241b、マスフローコントローラ242bを稼働させると共に、バルブ241c、バルブ242cの開度を調整する。このとき、マスフローコントローラ243c、マスフローコントローラ245cを稼働させると共に、バルブ243d、バルブ245dの開度を調整しても良い。
(ガス供給工程)
ガス供給工程では、第一ガス供給部からガス供給経路235を介してウエハ200の外周面にガスを供給する。それと並行して、第二ガス供給部からバッファ室234を介してウエハ200の中央面にガスを供給する。
ガスを供給する際は、上位装置270から受信したpoly-Si層2005の膜厚測定データに応じて、第一ガス供給部、第二ガス供給部を制御し、ウエハ200に供給するガスの量(もしくは濃度)と外周面に供給するガスの量(もしくは濃度)をそれぞれ制御する。より好ましくは、上位装置270から受信した測定データに応じて、アウターゾーンヒータ213aとアウターゾーンヒータ213bを制御して、ウエハ200の面内の温度勾配を制御する。
処理室内に供給されたガスは処理室内で分解され、第一のpoly-Si層2005上に第二のpoly-Si層2006を形成する。
所定の時間経過後、バルブ241c、バルブ242c、バルブ243d、バルブ245dを閉じて、各ガスの供給を停止する。
このときのヒータ213の温度は、ウエハ200への200〜750℃、好ましくは300〜600℃、より好ましくは300〜550℃の範囲内の所定の温度となるように設定する。不活性ガスとしては、Heガスの他、膜に悪影響の無いガスであれば良く、例えばAr,N2、Ne,Xe等の希ガスを用いても良い。
(基板搬出工程)
成膜工程が終わった後、基板支持部210を昇降機構218によって下降させ、リフトピン207が貫通孔214から基板支持部210の上面側に突出させた状態にする。また、処理室201内を所定の圧力に調圧した後、ゲートバルブ205を解放し、ウエハ200をリフトピン207上からゲートバルブ205外へ搬送する。
続いて、本装置を用いて第二のpoly-Si層2006の膜厚を制御する方法を説明する。
前述のように、CMP工程S103終了後、第一のpoly-Si膜2005は、ウエハ200の中央面と外周面とで膜厚が異なってしまう。測定工程S104ではその膜厚分布を測定する。測定結果は上位装置270を通して、RAM260bに格納される。格納されたデータは記憶装置260c内のレシピと比較され、そのレシピに基づいた装置制御が成される。
次に、RAM260bに格納されたデータが分布Aである場合を説明する。分布Aの場合とは、図6に記載のように、poly-Si層2005aがpoly-Si層2005bよりも厚い場合を言う。
分布Aの場合、本工程では、ウエハ200外周面に形成するpoly-Si層2006bの膜厚を大きくし、ウエハ200中央面のpoly-Si層2006aの膜厚を、poly-Si層2006bよりも小さくするよう制御する。具体的には、ガスを供給する際、第一ガス供給部は第二ガス供給部よりも多くのガスを供給するよう制御する。このようにすることで、本半導体装置におけるpoly-Si層の高さ、即ちpoly-Si層2005にpoly-Si層2006を重ねたpoly−Si膜の膜厚を、図8に記載のターゲット膜厚分布A’のように補正することができる。
このとき第一ガス供給部は、マスフローコントローラ241bを制御すると共に、バルブ241cの開度を制御し、ガス供給経路235から処理室201に供給するガスの量を制御する。更に、第二ガス供給部はマスフローコントローラ242bを制御すると共に、バルブ242cの開度を制御し、シャワーヘッド234から処理室201に供給するガスの量を制御する。ウエハ200表面における単位面積当たりの処理ガス(シリコン含有ガス)の暴露量は、ガス供給経路235から供給される処理ガスの暴露量が、シャワーヘッドから供給される処理ガスの暴露量よりも多くなるよう制御される。
シャワーヘッド234を介して供給された処理ガスは、ウエハ200の中央面に形成されたpoly-Si層2005a上に供給される。供給されたガスは、図7に記載のように、poly−Si層2005a上にpoly−Si層2006aを形成する。
ガス供給経路235を介して供給された処理ガスはウエハ200の外周面に形成されたpoly-Si層2005b上に供給される。供給されたガスは、図7に記載のように、poly-Si層2005b上にpoly-Si層2006bを形成する。
前述のように、ウエハ200表面における単位面積当たりの処理ガスの暴露量は、poly-Si層2005b上がpoly-Si層2005a上よりも多くなるので、poly-Si層2006bの膜厚をpoly-Si層2006aよりも大きくすることが可能となる。
このとき、図7に記載のように、poly-Si層2005bにpoly-Si層2006bを重ねた厚さH1bと、poly-Si層2005aにpoly-Si層2006aを重ねた厚さH1aとが実質的に等しくなるよう、poly-Si層2006の厚みを制御する。より好ましくは、前記基板表面から前記第二のシリコン含有層の上端までの距離が所定範囲内となるよう制御する。またより好ましくは、前記基板の面内における前記poly-Si層2006の高さ(poly-Si層2006の上端)の分布が所定の範囲内となるようpoly-Si層2006の膜厚分布を制御する。
また、別の方法として、ガス供給管241aとガス供給管242aの処理ガスの供給量を同じとし、替わりにガス供給管241aとガス供給管242aそれぞれのシリコン含有ガスの濃度を制御しても良い。処理ガスの濃度を制御する際は、第一不活性ガス供給部を制御することで、ガス供給管241aを通過する処理ガスの濃度を制御する。更に、第二不活性ガス供給部を制御することで、ガス供給管242aを通過する処理ガスの濃度を制御する。分布Aの場合、ガス供給管241aを通過する処理ガスの濃度を高くすると共に、ガス供給管242aを通過する処理ガスの濃度を、ガス供給管241aを通過するガスの濃度よりも低くする。
このようにすることで、ウエハ200表面における単位面積当たりの処理含有ガスの暴露量に関し、ガス供給経路235から供給されるガス量が、シャワーヘッド234から供給されるガス量よりも多くなるよう、より緻密に制御できる。このように制御することで、より確実にpoly−Si層2006bの膜厚をpoly−Si層2006aよりも大きくすることが可能となる。
より好ましくは、ガス供給管241aとガス供給管242aの処理ガスの供給量を異ならせると共に、濃度を異ならせても良い。このような制御をすることで、単位面積当たりの処理ガスの暴露量をより大きい差分で供給することができる。即ち、poly-Si層2006aとpoly-Si層2006bとでより大きい膜厚差とすることができる。従って、CMP工程S103でpoly-Si層2005aとpoly-Si層2005bの高さの差が大きくなってしまったとしても、高さを揃えることが可能となる。
更に、より好ましくは、上記のように処理ガスを制御することと並行して、センターゾーンヒータ213aとアウトゾーンヒータ213bを制御しても良い。形成される膜厚は温度に比例するので、分布Aの場合、アウターゾーンヒータ213bの温度をセンターゾーンヒータ213aよりも高くする。例えばジシランのような、温度条件が膜生成効率に大きく寄与するガスを用いてpoly-Si層2006を形成する場合に有効である。
このように、処理ガス供給量(濃度)と温度を並行して制御することで、より緻密な制御が可能となる。
分布Bの場合、本工程では、ウエハ200中央面に形成するpoly-Si層2006aの膜厚を大きくし、ウエハ200外周面のpoly-Si層2006bの膜厚を、poly-Si2006aよりも小さくするよう制御する。具体的には、ガスを供給する際、第二ガス供給部は第一ガス供給部よりも多くの処理ガスを供給するよう制御する。このようにすることで、本半導体装置におけるpoly-Si層の高さ、即ちpoly-Si層2005にpoly-Si層2006を重ねたpoly−Si膜の膜厚を、図10に記載のターゲット膜厚分布B’のように補正することができる。
このとき第一ガス供給部は、マスフローコントローラ241bを制御すると共に、バルブ241cの開度を制御し、ガス供給経路235から処理室201に供給するガスの量を制御する。更に、第二ガス供給部はマスフローコントローラ242bを制御すると共に、バルブ242cの開度を制御し、シャワーヘッド234から処理室201に供給するガスの量を制御する。ウエハ200表面における単位面積当たりの処理ガス(シリコン含有ガス)の暴露量は、シャワーヘッド234から供給される処理ガスの暴露量が、ガス供給経路235から供給される処理ガスの暴露量よりも多くなるよう制御される。
シャワーヘッド234を介して供給された処理ガスは、ウエハ200の中央面に形成されたpoly-Si層2005a上に供給される。供給されたガスは、図9に記載のように、poly−Si層2005a上にpoly−Si層2006aを形成する。
ガス供給経路235を介して供給された処理ガスはウエハ200の外周面に形成されたpoly-Si層2005b上に供給される。供給されたガスは、図9に記載のように、poly-Si層2005b上にpoly-Si層2006bを形成する。
前述のように、ウエハ200表面における単位面積当たりの処理ガスの暴露量は、poly-Si層2005a上がpoly-Si層2005b上よりも多くなるので、poly-Si層2006aの膜厚をpoly-Si層2006bよりも大きくすることが可能となる。
このとき、図9に記載のように、poly-Si層2005bにpoly-Si層2006bを重ねた厚さH1bと、poly-Si層2005aにpoly-Si層2006aを重ねた厚さH1aとが実質的に等しくなるよう、poly-Si層2006の厚みを制御する。より好ましくは、前記基板表面から前記第二のシリコン含有層の上端までの距離が所定範囲内となるよう制御する。またより好ましくは、前記基板の面内における前記poly-Si層2006の高さ(poly-Si層2006の上端)の分布が所定の範囲内となるようpoly-Si層2006の膜厚分布を制御する。
また、別の方法として、ガス供給管241aとガス供給管242aの処理ガスの供給量を同じとし、替わりにガス供給管241aとガス供給管242aそれぞれのシリコン含有ガスの濃度を制御しても良い。処理ガスの濃度を制御する際は、第一不活性ガス供給部を制御することで、ガス供給管241aを通過する処理ガスの濃度を制御する。更に、第二不活性ガス供給部を制御することで、ガス供給管242aを通過する処理ガスの濃度を制御する。分布Bの場合、ガス供給管242aを通過する処理ガスの濃度を高くすると共に、ガス供給管241aを通過する処理ガスの濃度を、ガス供給管242aを通過するガスの濃度よりも小さくする。
このようにすることで、ウエハ200表面における単位面積当たりの処理含有ガスの暴露量に関し、シャワーヘッド234から供給されるガス量が、ガス供給経路235から供給されるガス量よりも多くなるよう、より緻密に制御できる。このように制御することで、より確実にpoly−Si層2006aの膜厚をpoly−Si層2006bよりも大きくすることが可能となる。
より好ましくは、ガス供給管241aとガス供給管242aの処理ガスの供給量を異ならせると共に、濃度を異ならせても良い。このような制御をすることで、単位面積当たりの処理ガスの暴露量をより大きい差分で供給することができる。即ち、poly-Si層2006aとpoly-Si層2006bとでより大きい膜厚差とすることができる。従って、CMP工程S103でpoly-Si層2005aとpoly-Si層2005bの高さの差が大きくなってしまったとしても、高さを揃えることが可能となる。
更に、より好ましくは、上記のようにガスを制御することと並行して、センターゾーンヒータ213aとアウトゾーンヒータ213bを制御しても良い。形成される膜厚は温度に比例するので、分布Bの場合、センターゾーンヒータ213aの温度をアウターゾーンヒータ213bよりも高くする。例えばジシランのような、温度条件が膜生成効率に大きく寄与するガスを用いてpoly-Si層2006を形成する場合に有効である。
このように、処理ガス供給量(濃度)と温度を並行して制御すると、より緻密な膜厚制御が可能となる。
(膜厚測定工程S106)
続いて、膜厚測定工程106について説明する。膜厚測定工程S106では、第一のpoly-Si層2005と第二のpoly-Si層2006を重ね合わせた層の高さを測定する。具体的には、重ね合わせた層の高さが揃っているか否か、つまりpoly-Si層の膜厚がターゲットの膜厚分布のように補正されているか否かを確認する。ここで「高さが揃う」とは、完全に高さが一致しているものに限らず、高さに差があっても良い。例えば、高さの差は、後の露光工程やエッチング工程で影響の無い範囲であれば良い。
ウエハ200の面内おける高さの分布が所定範囲内であれば窒化膜形成工程S107に移行する。なお、膜厚分布が所定の分布になることが予めわかっている場合には、膜厚測定工程S106は省略しても良い。
(窒化膜形成工程S107)
続いて、窒化膜形成工程107を説明する。
膜厚測定後、ウエハ200を窒化膜形成装置に搬入する。窒化膜形成装置は、一般的な枚葉装置であるため説明を省略する。
本工程では、図14のように、第二のpoly-Si層2006上にシリコン窒化膜2007を形成する。このシリコン窒化膜は、後述するエッチング工程におけるハードマスクの役割を有する。なお、図14では分布Aを例にしているが、それに限るものではなく、分布Bにおいても同様であることは言うまでもない。
窒化膜形成装置では処理室内にシリコン含有ガスと窒素含有ガスを供給し、ウエハ200上にシリコン窒化膜2007を形成する。シリコン含有ガスは例えばジシラン(SiH)であり、窒素含有ガスは例えばアンモニア(NH)である。
シリコン窒化膜2007は、第二のpoly-Si層形成工程で高さが揃えられたpoly-Si膜上に形成されるので、シリコン窒化膜の高さも基板面内で所定の範囲の高さ分布となる。即ち、ウエハ200の面内において、凹状表面2002aから窒化膜2007表面までの距離は、ウエハ200の面内所定の範囲内となる。
(膜厚測定工程S108)
続いて、膜厚測定工程108について説明する。膜厚測定工程S108では、第一のpoly-Si層2005と第二のpoly-Si層2006、シリコン窒化膜2007を重ね合わせた層の高さを測定する。高さが所定範囲内であればパターニング工程S109に移行する。ここで「高さが所定範囲内」とは、完全に高さが一致しているものに限らず、高さに差があっても良い。例えば、高さの差は、後の工程であるエッチング工程や金属膜形成工程で影響の無い範囲であれば良い。なお、第一のpoly−Si層と第二poly−Si層、シリコン窒化膜を重ね合わせた層の高さが予め所定値になっていることが分かっている場合には、膜厚測定工程S108を省略しても良い。
(パターニング工程S109)
続いて、図15、図16を用いてパターニング工程S109を説明する。図15は露光工程のウエハ200を説明した説明図である。図16は、エッチング工程後のウエハ200を説明した説明図である。
以下に具体的な内容を説明する。
シリコン窒化膜形成後、シリコン窒化膜上にレジスト膜2008を塗布する。その後ランプ501から光を発して露光工程を行う。露光工程ではマスク502を介してレジスト2008上に光503を照射し、レジスト2008の一部を変質させる。ここでは、変質したレジスト膜をレジスト2008aと呼び、変質していないレジスト膜をレジスト2008bと呼ぶ。
前述のように、凹状表面2002aから窒化膜2007の表面までの高さは、基板面内で所定の範囲内である。従って、凹状表面2002aからレジスト2008の表面までの高さを揃えることができる。露光工程においては光がレジストまで到達する距離、即ち光503の移動距離がウエハ200の面内において等しくなる。従って焦点深度の面内分布を等しくすることができる。
焦点深度を等しくすることができるため、図15のようにレジスト膜2008aの幅を、基板面内において一定にすることができる。従って、パターン幅のばらつきをなくすことができる。
続いて、図16を用いてエッチング処理後のウエハ200の状態を説明する。前述のようにレジスト膜2008aの幅が一定であるので、ウエハ200の面内におけるエッチング条件を一定にすることが可能となる。従って、ウエハ200の中央面や外周面において、エッチングガスを均一に供給でき、エッチング後のpoly-Si層(以下ピラーと呼ぶ)の幅βを一定にすることができる。幅βがウエハ200の面内で一定となるので、ゲート電極の特性を基板面内で一定とすることができ、歩留まりを向上させることができる。
次に、図17、図18を用いて比較例を説明する。比較例は、第二のシリコン含有層形成工程S105を実施しない場合である。したがってウエハ200の中央面とその外周面とで高さが異なる。
まず、図17を用いて第一の比較例を説明する。図17は図15と比較した図である。図17の場合、poly-Si層の高さがウエハ200中央面と外周面とで異なるため、光503の距離がウエハ200中央面とウエハ200外周面とで異なってしまう。従って、焦点距離が中央面と外周面とで異なり、その結果レジスト膜2008aの幅が基板面内で異なってしまう。このようなレジスト膜2008で処理を進めると、エッチング工程後のピラーの幅が異なってしまうので、特性にばらつきが起きる。
これに対して、本実施形態は第二のシリコン含有層形成工程S105を行うので、ウエハ面内においてピラーの幅を一定とすることができる。従って、比較例に比べ、均一な特性の半導体装置を形成でき、歩留まりの向上に著しく貢献することができる。
次に、図18を用いて第二の比較例を説明する。図18は図16と比較した図である。図18は、仮にウエハ200中央面とウエハ200外周面とでレジスト膜2008aの幅にばらつきがなかった場合の説明図である。即ち、レジスト膜2008a間の空隙(レジスト2008aを除去した箇所)の幅にばらつきがない場合を言う。
レジスト2008bを除去した後、エッチング工程を行う。エッチング工程では、poly-Si膜を除去するが、ウエハ200中央面とウエハ200外周面とではpoly-Si膜の高さが異なる。従って、例えば中央面の高さのエッチング量に応じてエッチング時間を設定した場合、中央面では所望の量をエッチングできるが、外周面ではエッチング対象物が残存してしまう。一方、外周の高さのエッチング量に応じて中央面をエッチングした場合、外周面では所望の量をエッチングができるが、中央面ではピラーの側壁や絶縁膜2004、素子分離膜2003をエッチングしてしまう。
ピラーの側壁がエッチングされると、ピラーのpoly-Si膜間の距離Γがウエハ200中央面と外周面で異なってしまう。つまり、ピラーのpoly-Siの幅βが、ウエハ200中央面と外周面で異なってしまう。
電極の特性は幅βの影響を受けやすいので、幅βにばらつきがあると、形成される電極の特性にもばらつきが起きる。従って、幅βのばらつきは歩留まりの低下につながってしまう。
これに対し、本実施形態では、poly-Si膜の高さを揃えることで、ウエハ200の中央面と外周面においても、ピラーの幅を揃えることが可能となる。従って、歩留まりを向上させることができる。
尚、本実施形態では、ゲート絶縁膜形成工程S101からパターニング工程S109までを個別の装置で実施するよう説明したが、それに限らず、図19のように一つのシステムとして実施しても良い。ここでは、システム600として、システムをコントロールする上位装置601を有する。基板を処理する基板処理装置や基板処理システムとして、ゲート絶縁膜形成工程S101を実施する絶縁膜形成装置602、第一のシリコン含有層形成工程S102を実施する基板処理装置603、CMP工程S103を実施する研磨装置604(本実施形態の研磨装置400に相当)、膜厚測定工程S104を実施する膜厚測定装置605、第二のシリコン含有層形成工程S105を実施する基板処理装置606(本実施形態の基板処理装置900に相当)、膜厚測定工程S106を実施する膜厚測定装置607、窒化膜形成工程S107を実施する窒化膜形成装置608、膜厚測定工程S108を実施する測定装置609、パターニングS109を実施するパターニングシステムS610を有する。更には、各装置やシステム間で情報をやりとりするためのネットワーク611を有する。
システム600が有する装置は適宜選択可能であり、機能が冗長する装置であれば一つの装置に集約しても良い。更には、本システム600内で管理せずに、他のシステムで管理しても良い。この場合、より上位のネットワーク612を介して他のシステムと情報伝達を行うようにしても良い。
上位装置601は、各基板処理装置や基板処理システムの情報伝達を制御するコントローラ6001を有している。
制御部(制御手段)であるコントローラ6001は、CPU(Central Processing Unit)6001a、RAM(Random Access Memory)6001b、記憶装置6001c、I/Oポート6001dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM6001b、記憶装置6001c、I/Oポート6001dは、内部バスを介して、CPU6001aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ601には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置6002や、外部記憶装置6003が接続可能に構成されている。更に、他の装置やシステとネットワークを介して情報を送受信する送受信部6004が設けられる。
記憶装置6001cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等で構成されている。記憶装置6001c内には、基板処理装置に動作命令するためのプログラム等が読み出し可能に格納されている。また、RAM6001bは、CPU6001aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
CPU6001aは、記憶装置6001cからの制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置6002からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置6001cからプログラムを読み出すように構成されている。そして、CPU6001aは、読み出されたプログラムの内容に沿うように各装置の情報伝達動作を制御可能に構成されている。
なお、コントローラ6001は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていても良い。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MOなどの光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)6003を用意し、係る外部記憶装置6003を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ6001を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置6003を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置6003を介さずにプログラムを供給するようにしても良い。なお、記憶装置6001cや外部記憶装置6003は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において、記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置6001c単体のみを含む場合、外部記憶装置6003単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合が有る。
また、以上の実施例では、ウエハ200の中央、外周に分けて説明したが、それに限るものではなく、径方向に対してより細分化した領域でシリコン含有膜の膜厚を制御しても良い。例えば、基板中央、外周、中央と外周の間等、3つの領域に分けても良い。
また、ここではハードマスクとして、シリコン窒化膜を例に説明したが、それに限るものではなく、例えばシリコン酸化膜でも良い。
また、凹凸を埋めるようなCVDの様な成膜処理や、酸化処理、窒化処理、酸窒化処理を行っても良い。この様な処理によれば、マイグレーションやスパッタによって、凹凸を低減できない場合であっても、補正を行うことができる。
なお、スパッタ処理や成膜処理を行う場合には、異方性の処理や等方性の処理を組み合わせるように構成しても良い。異方性処理や等方性処理を組み合わせることによって、より精密な補正を行うことができることがある。
また、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜に限らず、他の元素を含有する、酸化膜,窒化膜,炭化膜,酸窒化膜,金属膜,それぞれを複合した膜でパターンが形成されている場合であっても良い。
また、上述では、半導体デバイスの製造工程の一工程の処理について記したが、これに限らず、液晶パネルの製造工程のパターニング処理、太陽電池の製造工程のパターニング処理や、パワーデバイスの製造工程のパターニング処理などの、基板を処理する技術にも適用可能である。
また、上述では、第一のpoly-Si膜の分布に応じてガス供給量(濃度)が異なるよう第一ガス供給部と第二ガス供給部を制御し、更にセンターゾーンヒータ213a、アウターゾーンヒータ213bを制御したが、それに限るものではない。例えば、ガス供給部にてガスの量や濃度を変更しにくい場合は、第一ガス供給部、第二ガス供給部の供給量を等しくすると共に、センターゾーンヒータ213a、アウターゾーンヒータ213bの温度が異なるよう制御してもよい。
また、上述では、第一のシリコン含有層形成工程と第二のシリコン含有層形成工程で異なる装置を用いたがそれに限るものではない。例えば、第一のシリコン含有層形成工程を基板処理装置900で実施しても良い。
また、上述では、300mmウエハを用いて説明したが、それに限るものではない。例えば、450mmウエハ等の大型基板であればより効果的である。大型基板の場合、CMP工程S103の影響がより顕著になるためである。即ち、poly-Si層2005aとpoly-Si層2005bの膜厚差がより大きくなる。第二のシリコン含有層形成工程を実施することで、大型基板においても面内の特性のばらつきを抑制することができる。
<本発明の好ましい態様>
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
<付記1>
本発明の一態様によれば、
基板上に形成されたチャネル領域上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜上に、シリコン含有膜の一部として構成される第一のシリコン含有層を形成する第一のシリコン含有層形成工程と、
前記基板を研磨する研磨工程と、
前記第一のシリコン含有膜の基板面内における膜厚分布を測定する工程と、
研磨後の前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正する工程と
を有する半導体装置の製造方法または基板処理方法が提供される。
<付記2>
付記1に記載の方法であって、好ましくは
前記シリコン含有層はポリシリコンで構成される。
<付記3>
付記1または付記2に記載の方法であって、好ましくは
前記第二のシリコン含有層形成工程の後、前記基板に対して所定のパターンに形成するパターニング工程を有する。
<付記4>
付記1から付記3に記載のうち、いずれか一つに記載の方法であって、好ましくは、
前記パターニング工程では前記基板に対して露光処理をする露光工程を有し、
前記第二のシリコン含有層形成工程では、前記露光工程における焦点深度の基板面内分布が所定の範囲内となるよう、前記第二のシリコン含有層の基板面内の膜厚分布を制御する。
<付記5>
付記1から付記4に記載のうち、いずれか一つに記載の方法であって、好ましくは、
前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が大きい場合には、
前記外周面における前記基板の単位面積当たりの処理ガスの主成分の暴露量を前記中央面よりも少なくする。
<付記6>
付記1から付記5に記載のうち、いずれか一つに記載の方法であって、好ましくは
前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が大きい場合には、
前記外周面に供給する処理ガスの量を前記中央面よりも少なくする。
<付記7>
付記1から付記6に記載のうち、いずれか一つに記載の方法であって、好ましくは
前記第二のシリコン含有層形成工程では、
前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が大きい場合には、
前記外周面に供給する処理ガスの主成分の濃度を前記中央面よりも小さくする
<付記8>
付記7に記載方法であって、好ましくは
前記処理ガスの濃度を制御する際は、前記外周面に供給する処理ガスに添加する不活性ガスの供給量を、前記中央面に供給する処理ガスに添加する不活性ガスの供給量よりも多くする。
<付記9>
付記1から付記8に記載のうち、いずれか一つに記載の方法であって、好ましくは、
前記第二のシリコン含有層形成工程では、
前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が大きい場合には、
前記基板の中央面の温度を前記外周面の温度よりも高くする。
<付記10>
付記1から付記4に記載のうち、いずれか一つに記載の方法であって、好ましくは、
前記第二のシリコン含有層形成工程では、
前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が小さい場合には、
前記外周面における前記基板の単位面積当たりの処理ガスの主成分の暴露量を前記中央面よりも大きくする。
<付記11>
付記1から付記4、または付記10に記載のうち、いずれか一つに記載の方法であって、好ましくは、
前記第二のシリコン含有層形成工程では、
前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が小さい場合には、
前記外周面における前記基板の単位面積当たりの処理ガスの主成分の暴露量を前記中央面よりも大きくする。
<付記12>
付記1から付記4、または付記10から付記11のうち、いずれか一つに記載の方法であって、好ましくは、
前記第二のシリコン含有層形成工程では、
前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が小さい場合には、
前記外周面に供給する処理ガスの量を前記中央面よりも多くする。
<付記13>
付記1から付記4、もしくは付記11から12のうち、いずれか一つに記載の方法であって、好ましくは、
前記第二のシリコン含有層形成工程では、
前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が小さい場合には、
前記外周面に供給する処理ガスの主成分の濃度を前記中央面よりも大きくする。
<付記14>
付記13に記載の方法であって、好ましくは、
前記処理ガスの濃度を制御する際は、前記中央面に供給する処理ガスに添加する不活性ガスの供給量を、前記外周面に供給する処理ガスに添加する不活性ガスの供給量よりも多くする。
<付記15>
付記1から付記4、もしくは付記11から14のうち、いずれか一つに記載の方法であって、好ましくは、
前記基板の外周面の温度を前記中央面の温度よりも高くする。
<付記16>
更に他の態様によれば、
チャネル領域上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、シリコン含有膜の一部であって、研磨された状態の第一のシリコン含有層を形成する第一の装置と、
前記第一のシリコン含有層を研磨する第二の装置と、
前記第一のシリコン含有層の膜厚分布を測定する第三の装置と、
研磨後の前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正する第四の装置と
を有する基板処理システムが提供される。
<付記17>
更に他の態様によれば、
チャネル領域と、前記チャネル領域上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に、シリコン含有膜の一部として構成される第一のシリコン含有層とが形成された基板の膜厚分布データを受信する受信部と、
前記基板を載置する基板載置部と、
前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布データの膜厚分布と異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正するようガスを供給するガス供給部と、
を有する基板処理装置が提供される。
<付記18>
更に他の態様によれば、
チャネル領域と、前記チャネル領域上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に、シリコン含有膜の一部として構成される第一のシリコン含有層とが形成された基板の膜厚分布データを受信する工程と、
前記基板を、基板載置部に載置する工程と、
前記膜厚分布データを基に、前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布データの前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正する工程と
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
<付記19>
更に他の態様によれば、
チャネル領域と、前記チャネル領域上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に、シリコン含有膜の一部として構成される第一のシリコン含有層とが形成された基板の膜厚分布データを受信する手順と、
前記基板を、基板載置部に載置する手順と、
前記膜厚分布データを基に、前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布データの膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正する手順と
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
<付記20>
更に他の態様によれば、
チャネル領域と、前記チャネル領域上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に、シリコン含有膜の一部として構成される第一のシリコン含有層とが形成された基板の膜厚分布データを受信する手順と、
前記基板を、基板載置部に載置する手順と、
前記膜厚分布データを基に、前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布データの膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正する手順と
をコンピュータに実行させるプログラムが記録される記録媒体が提供される。
<付記21>
更に他の態様によれば、
基板上に形成されたチャネル領域上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜上に、シリコン含有膜の一部として構成される第一のシリコン含有層を形成する手順と、
前記基板を研磨する手順と、
前記第一のシリコン含有膜の基板面内における膜厚分布を測定する手順と、
研磨後の前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正する手順と
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
<付記19>
更に他の態様によれば、
基板上に形成されたチャネル領域上に絶縁膜を形成する手順と、
前記絶縁膜上に、シリコン含有膜の一部として構成される第一のシリコン含有層を形成する手順と、
前記基板を研磨する手順と、
前記第一のシリコン含有膜の基板面内における膜厚分布を測定する手順と、
研磨後の前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正する手順と
をコンピュータに実行させるプログラムが記録される記録媒体が提供される。
200 ウエハ(基板)
201 処理室
202 処理容器
212 基板載置台

Claims (19)

  1. 基板上に形成された凸状のチャネル領域上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
    前記絶縁膜上に、シリコン含有膜の一部として構成される第一のシリコン含有層を形成する第一のシリコン含有層形成工程と、
    前記第一のシリコン含有層を研磨する研磨工程と、
    前記第一のシリコン含有層の基板面内における膜厚分布を測定する測定工程と、
    研磨後の前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正する第二のシリコン含有層形成工程と
    を有する半導体装置の製造方法。
  2. 前記第二のシリコン含有層はポリシリコンで構成される請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 更に、前記第二のシリコン含有層形成工程の後、前記基板に対して所定のパターンを形成するパターニング工程を有する請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記パターニング工程では前記基板に対して露光処理をする露光工程を有し、
    前記第二のシリコン含有層形成工程では、前記露光工程における焦点深度の基板面内分布が所定の範囲内となるよう、前記第二のシリコン含有層の基板面内の膜厚分布を制御する請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記第二のシリコン含有層形成工程では、
    前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が大きい場合には、
    前記外周面における前記基板の単位面積当たりの処理ガスの主成分の暴露量を前記中央面よりも少なくする請求項1から請求項4のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記第二のシリコン含有層形成工程では、
    前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が大きい場合には、
    前記外周面に供給する処理ガスの量を前記中央面よりも少なくする請求項1から請求項5のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記第二のシリコン含有層形成工程では、
    前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が大きい場合には、
    前記外周面に供給する処理ガスの主成分の濃度を前記中央面よりも小さくする請求項1から請求項6のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記処理ガスの濃度を制御する際は、前記外周面に供給する処理ガスに添加する不活性ガスの供給量を、前記中央面に供給する処理ガスに添加する不活性ガスの供給量よりも多くする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記第二のシリコン含有層形成工程では、
    前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が大きい場合には、
    前記基板の中央面の温度を前記外周面の温度よりも高くする請求項1から8のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記第二のシリコン含有層形成工程では、
    前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が小さい場合には、
    前記外周面における前記基板の単位面積当たりの処理ガスの主成分の暴露量を前記中央面よりも大きくする請求項1から請求項4のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製
    造方法。
  11. 前記第二のシリコン含有層形成工程では、
    前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が小さい場合には、
    前記外周面における前記基板の単位面積当たりの処理ガスの主成分の暴露量を前記中央面よりも大きくする請求項1から請求項4のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製
    造方法。
  12. 前記第二のシリコン含有層形成工程では、
    前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が小さい場合には、
    前記外周面に供給する処理ガスの量を前記中央面よりも多くする請求項1から4、もしくは請求項11のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記第二のシリコン含有層形成工程では、
    前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が小さい場合には、
    前記外周面に供給する処理ガスの主成分の濃度を前記中央面よりも大きくする請求項1から4、もしくは請求項11から請求項12のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の
    製造方法。
  14. 前記処理ガスの濃度を制御する際は、前記中央面に供給する処理ガスに添加する不活性ガスの供給量を、前記外周面に供給する処理ガスに添加する不活性ガスの供給量よりも多くする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
  15. 前記第二のシリコン含有層形成工程では、
    前記第一のシリコン含有層の膜厚分布が、前記基板の中央面よりもその外周面の膜厚が小さい場合には、
    前記基板の外周面の温度を前記中央面の温度よりも高くする請求項1から4、もしくは請求項13から請求項14のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  16. 凸状のチャネル領域上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、シリコン含有膜の一部であって、研磨された状態の第一のシリコン含有層を形成する第一の装置と、
    前記第一のシリコン含有層を研磨する第二の装置と、
    前記第一のシリコン含有層の膜厚分布を測定する第三の装置と、
    研磨後の前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正する第四の装置と
    を有する基板処理システム。
  17. 凸状のチャネル領域と、前記チャネル領域上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に、シリコン含有膜の一部として構成される第一のシリコン含有層とが形成された基板の膜厚分布データを受信する受信部と、
    前記基板を載置する基板載置部と、
    前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布データの膜厚分布と異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正するようガスを供給するガス供給部と、
    を有する基板処理装置。
  18. 凸状のチャネル領域と、前記チャネル領域上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に、シリコン含有膜の一部として構成される第一のシリコン含有層とが形成された基板の膜厚分布データを受信する工程と、
    前記基板を基板載置部に載置する工程と、
    前記膜厚分布データを基に、前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布データの膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正する工程と
    を有する半導体装置の製造方法。
  19. 凸状のチャネル領域と、前記チャネル領域上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に、シリコン含有膜の一部として構成される第一のシリコン含有層とが形成された基板の膜厚分布データを受信する手順と、
    前記基板を、基板載置部に載置する手順と、
    前記膜厚分布データを基に、前記第一のシリコン含有層上に、前記膜厚分布データの膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記シリコン含有膜の一部として構成される第二のシリコン含有層を形成し、前記シリコン含有膜の膜厚を補正する手順と
    コンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
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