JP6321579B2 - 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、多層配線化がなされている。多層配線は、パターニング工程、研磨工程、成膜工程等の組み合わせで形成される。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、基板上に形成される回路間の距離にばらつきが起きてしまうことがある。特に多層配線構造では、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、複数の配線用溝が形成された第一の絶縁膜の上に金属配線の第一層としての金属膜が成膜された基板に対して研磨する第一の研磨工程と、前記研磨工程の後、前記基板に、積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記第二の絶縁膜を研磨する第二の研磨工程と、前記第二の研磨工程の後、前記第二の絶縁膜の基板面内の膜厚分布を測定する測定工程と、前記第二の絶縁膜上に、前記測定工程で測定された膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成し、前記積層絶縁膜の膜厚分布を補正する補正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、半導体装置の特性のばらつきを抑制できる。
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。 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。 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。 一実施形態に係る研磨工程後の絶縁膜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。 一実施形態に係る絶縁膜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。 一実施形態に係る絶縁膜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。 一実施形態に係る基板処理装置のガス供給系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ガス供給系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。 一実施形態に係るシステム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。 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。
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図1を用いて、半導体装置の製造工程の一工程を説明する。
（第一の絶縁膜形成工程Ｓ１０１）
続いて第一の絶縁膜形成工程Ｓ１０１について説明する。第一の絶縁膜形成工程Ｓ１０１に関し、図２、図３を用いてウエハ２００を説明する。図２は絶縁膜が形成される前の段階の状態である。図３は絶縁膜形成後の状態である。
図２（Ａ）は処理するウエハ２００を処理面から見た図である。図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるα−α’線の断面図である。図２（Ｂ）において、破線の右側がウエハ中央部を説明し、波線の左側がウエハ中央部の外周を説明した図である。
ウエハ２００にはソースもしくはドレインとして構成されるソース・ドレイン領域２００１が形成されている。ソース・ドレイン領域２００１の間にはチャネル領域２００２が形成されている。各チャネル領域２００２上にはゲート電極２００３が形成されている。ゲート電極２００３の周囲には、ゲート電極２００２の側壁からの電流漏洩を抑制する等の役割を有する外壁２００４が形成されている。ソース・ドレイン領域２００１、ゲート電極２００３は、半導体装置の回路構成の一部として用いられる。ソース・ドレイン領域２００１上にはプラグとしての金属膜２００５が形成され、その間にはシリコン酸化膜で構成される層間絶縁膜２００６が形成されている。金属膜２００５は、例えばタングステンで形成される。層間絶縁膜２００６は、後述する第一の層間絶縁膜２００７との関係から、ここでは第ゼロの絶縁膜とも呼ぶ。
続いて図１、図３を用いて、第一の絶縁膜形成工程Ｓ１０１を説明する。ウエハ２００が第一の絶縁膜を形成する基板処理装置（第一の絶縁膜形成装置）に搬入されたら、基板処理装置の処理室内にシリコン含有ガス及び酸素含有ガスを供給する。供給されたガスは処理室内で反応し、後述する金属膜２００９間を絶縁する第一の層間絶縁膜２００７（単に絶縁膜２００７、もしくは配線形成用絶縁膜２００７とも呼ぶ。）を形成する。絶縁膜２００７は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で形成される。シリコン含有ガスは例えばＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）ガスであり、酸素含有ガスは例えば酸素ガス（Ｏ２）である。絶縁膜２００７はシリコン酸化膜に限るものでなく、低誘電率膜（Ｌｏｗ−Ｋ膜）やシリコン酸窒化膜でも良い。
所望の時間経過後、絶縁膜２００７が形成されたら、ウエハ２００を基板処理装置（第一の絶縁膜形成装置）から搬出する。
（パターニング工程Ｓ１０２）
続いて、図１、図４を用いて第一の絶縁膜２００７をパターニングするパターニング工程Ｓ１０２を説明する。図４はエッチング後のウエハ２００の状態を説明した図である。
パターニング工程Ｓ１０２は、第一のパターニングシステムの一部として構成される露光装置やエッチング装置で行われる。パターニング工程Ｓ１０２は、露光装置による露光工程、エッチング装置によるエッチング工程等の工程を含む。パターニングシステムに搬入されたウエハ２００は、露光された後、図４に記載のように、エッチング装置にて絶縁膜２００７を所定のパターンに形成する。ここでは配線用溝２００８を形成する。エッチング処理終了後、ウエハ２００はエッチング装置から搬出され、パターニングシステムから搬出される。
（金属膜形成工程Ｓ１０３）
続いて、図１、図５を用いて金属膜形成工程Ｓ１０３について説明する。金属膜形成工程Ｓ１０３は金属膜形成システムで行われる。金属膜形成システムは、バリアメタル膜を形成するバリアメタル膜形成装置や配線として構成される金属膜を形成する金属膜形成装置を含む。パターニングシステムから搬出されたウエハ２００は、金属膜形成システムの一つであるバリアメタル膜形成装置に搬入される。バリアメタル膜形成装置では、図５（ｃ）のように、各配線用溝２００８表面にバリアメタル膜２０２１を形成する。バリアメタル膜２０２１は、後述する金属膜２００９の拡散を抑制するものであり、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）で形成される。バリアメタル膜２０２１を形成したら、金属膜形成装置に搬入される。金属膜形成装置は、既存のめっき装置、もしくはスパッタリング装置が用いられる。金属膜形成装置では、バリアメタル膜２０２１上にメッキ処理もしくはスパッタリング処理によって金属膜（配線用金属膜とも呼ぶ。）２００９が形成される。金属膜２００９は例えば銅（Ｃｕ）で構成される。バリアメタル膜２０１２は、後述するバリア絶縁膜との区別をつけるために、第一のバリア膜と呼んでも良い。
成膜の性質から、金属膜２００９は図５に記載のように、配線用溝２００８だけでなく、絶縁膜２００７上にも形成される。ここでは、配線用溝２００８内に形成された金属膜２００９を金属膜２００９ａと呼び、絶縁膜２００７上に形成された金属膜２００９を金属膜２００９ｂと呼ぶ。
配線用溝２００８に金属膜２００９を形成したら、金属膜形成装置からウエハ２００を搬出する。
（金属膜研磨工程Ｓ１０４）
続いて、図１、図６を用いて研磨工程Ｓ１０４を説明する。図５に記載のように、金属膜をスパッタリング処理やメッキ処理で形成すると絶縁膜２００７上にも金属膜２００９ｂが形成される。金属膜２００９ｂは金属膜２００９ａ間を電気的に接続してしまうため、それを回避すべく、金属膜２００９ｂを除去するよう研磨を行う。なお、研磨工程は、ＣＭＰ（Ｃｈｅａｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程とも呼ぶ。
金属膜形成装置から搬出されたウエハ２００は第一の研磨装置に搬入される。本工程では金属膜２００９ａ間の絶縁をより確実とするために、過剰に研磨する。過剰に研磨すると、図６に記載のように、金属膜２００９ｂが除去され、金属膜２００９ａを絶縁する。更には、絶縁膜２００７と金属膜２００９の研磨速度の違いや、金属膜２００９の粗密の問題から、膜上にディッシング２０１０やエロージョン２０１１が形成される。
第一の研磨装置にて所定の時間ウエハ２００を処理したら、第一の研磨装置からウエハ２００を搬出する。
ここでは、研磨後の絶縁膜２００７、金属膜２００９を有する層を多層配線の第一層と呼ぶ。また、金属膜２００９を金属配線の第一層、もしくはＭ１層と呼ぶ。
（バリア絶縁膜形成工程Ｓ1０５）
続いて、図１、図７を用いてバリア絶縁膜形成工程Ｓ１０５を説明する。第一の研磨装置から搬出されたウエハ２００は、バリア絶縁膜形成装置に搬入される。バリア絶縁膜形成装置では、後述する金属膜２００９の拡散を防止するバリア絶縁膜として使用されるバリア絶縁膜２０１２が形成される。バリア絶縁膜２０１２は、前述するバリアメタル膜との区別をつけるために、第二のバリア膜と呼んでも良い。
バリア絶縁膜２０１２は後述するパターニング工程にてエッチングしにくい材質であり、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）膜やシリコン窒化（ＳｉＮ）膜、シリコン炭窒化（ＳｉＣＮ）膜のいずれかで構成される。
バリア絶縁膜２０１２は、絶縁膜２００７、金属膜２００９上に形成される。従って、ディッシング２０１０やエロージョン２０１１上にも形成される。そのため、ディッシング２０１０やエロージョン２０１１上ではへこみを有するバリア絶縁膜２０１２が形成される。
バリア絶縁膜２０１２を形成後、バリア絶縁膜形成装置からウエハ２００を搬出する。
（第二の絶縁膜形成工程Ｓ１０６）
続いて、図１、図８を用いて、第二の絶縁膜形成工程Ｓ１０６を説明する。ウエハ２００が第二の絶縁膜を形成する基板処理装置（第二の絶縁膜形成装置）に搬入されたら、基板処理装置の処理室内にシリコン含有ガス及び酸素含有ガスを供給する。供給されたガスは処理室内で反応し、後述する金属膜２０２０や金属膜２０１９間を絶縁する第二の層間絶縁膜２０１３（単に絶縁膜２０１３、もしくは配線形成用絶縁膜２０１３とも呼ぶ。）を形成する。絶縁膜２０１３は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で形成される。シリコン含有ガスは例えばＴＥＯＳガスであり、酸素含有ガスは例えば酸素ガスである。絶縁膜２０１３はシリコン酸化膜に限るものでなく、低誘電率膜（Ｌｏｗ−Ｋ膜）やシリコン酸窒化膜でも良い。
所望の時間経過後、絶縁膜２０１３が形成されたら、ウエハ２００を基板処理装置（第二の絶縁膜形成装置）から搬出する。
絶縁膜２０１３は、バリア絶縁膜２０１２上に形成される。従って、ディッシング２０１０やエロージョン２０１１の影響を受け、ディッシング２０１０やエロージョン２０１１上では凹部２０１４を有する絶縁膜２０１３が形成される。凹部２０１４は半導体装置の特性に影響するため、後の第二の絶縁膜研磨工程Ｓ１０７にて平坦化される。
（第二の絶縁膜研磨工程Ｓ１０７）
続いて、第二の絶縁膜研磨工程Ｓ１０７について、図９から図１５を用いて説明する。第二の絶縁膜形成装置から搬出されたウエハ２００は第二の研磨装置４００に搬入され、絶縁膜２０１３が研磨される。絶縁膜２０１３を研磨することで、凹部２０１４を無くす。
以下に、研磨工程の具体的な内容について説明する。第二の絶縁膜形成装置からウエハ２００を搬出後、図９に記載の研磨装置４００にウエハ２００を搬入する。
図９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１０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１０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４０３ｂ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内に流れ込み、ウエハ２００の表面を研磨する。このように研磨することで、凹部２０１４を無くすことができる。所定の時間研磨したら、研磨装置４００からウエハ２００を搬出する。
ところで、本工程を実施すると、図１１に記載のように、ウエハ２００の面内では絶縁膜２０１３の高さが揃わない場合があることがわかった。即ち、絶縁膜２０１３の膜厚が揃わない場合がある。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。
高さ分布に偏りがあると、後述するパターニング工程でビアホールの高さのばらつきが発生するという問題がある。それらに起因してウエハ２００面内の金属膜の特性にばらつきが起きるため、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の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の外周面には新鮮なスラリーが流れ込む。新鮮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、絶縁膜２０１３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、ウエハ２００の外周面が研磨されない状態になる。従って、絶縁膜２０１３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上の絶縁膜２０１３を研磨した後に、基板面内における積層絶縁膜の高さを揃えるように補正する補正工程を有する。ここでいう積層絶縁膜とは、絶縁膜２０１３に後述する絶縁膜２０１５を重ねた膜を言う。言い換えれば、積層絶縁膜の一部として絶縁膜２０１３を有し、更に他の一部として、絶縁膜２０１５を有する。
高さを揃える具体的な方法としては、第二の絶縁膜研磨工程Ｓ１０７の後に第二の絶縁膜膜厚測定工程S１０８で絶縁膜２０１３の膜厚分布を測定し、その測定データに応じて第三の絶縁膜形成工程Ｓ１０９を実行する。このようにすることで、後述する貫通溝２０１６の高さをウエハ２００の面内で揃えることができる。
（膜厚測定工程S１０８）
次に、膜厚測定工程S１０８を説明する。
膜厚測定工程S１０８では、測定装置を用いて研磨後の絶縁膜２０１３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、例えばウエハ２００の表面から絶縁膜２０１３の表面までの膜厚を言う。
研磨工程Ｓ１０７の後、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、絶縁膜２０１３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は測定装置から搬出される。
（第三の絶縁膜形成工程S１０９）
続いて、第三の絶縁膜形成工程を説明する。第三の絶縁膜は第二の絶縁膜２０１３と同様の成分組成である。本工程では、図１２もしくは図１４に記載のように、第三の層間絶縁膜２０１５を、研磨後の第二の絶縁膜２０１３上に形成する。ここでは、第二の絶縁膜２０１３と第三の絶縁膜２０１５を重ね合わせた層を積層絶縁膜と呼ぶ。また、第三の絶縁膜は積層絶縁膜の膜厚分布を補正する膜であるので、補正膜と呼んでも良い。また、第三の絶縁膜形成工程S１０９は、積層絶縁膜の膜厚分布を補正する第三の絶縁膜を形成する工程であるので、補正工程と呼んでも良い。
形成する際は、研磨後の第二の層間絶縁膜２０１３の膜厚分布を補正するように、第三の層間絶縁膜２０１５を形成する。より好ましくは、絶縁膜２０１５の表面の高さを揃えるように絶縁膜２０１５を形成する。ここでいう高さとは、絶縁膜２０１５の表面の高さを言い、言い換えればウエハ２００の表面から絶縁膜２０１５の表面までの距離をいう。
以下に図１２から図２０を用いて本工程を説明する。図１２は、第二の絶縁膜２０１３が分布Ａとなった場合に、本工程で形成した絶縁膜２０１５を説明する図である。図１３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１４は、第二の絶縁膜２０１３が分布Ｂとなった場合に、本工程で形成した絶縁膜２０１５を説明する図である。図１５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１６から図２０は本工程を実現するための基板処理装置を説明する図である。
図１２において、（Ａ）は絶縁膜２０１５を形成した後のウエハ２００を上方から見た図である。図１２（Ｂ）は、膜厚分布Ａにおいて、図１２（Ａ）のα-α’の断面のうち、ウエハ２００の中央とその外周を抜粋した図である。
図１４において、（Ａ）は絶縁膜２００７を形成した後のウエハ２００を上方から見た図である。図１４（Ｂ）は、膜厚分布Ｂにおいて、図1４（Ａ）のα-α’の断面のうち、ウエハ２００の中央とその外周を抜粋した図である。
ここでは、ウエハ２００中央面の第一の絶縁膜を絶縁膜２０１３ａ、第二の絶縁膜を絶縁膜２０１５ａと呼び、ウエハ２００の外周面の第一の絶縁膜を絶縁膜２０１３ｂ、第二の絶縁膜を絶縁膜２０１５ｂと呼ぶ。
測定器から搬出されたウエハ２００は、図１６に記載の第三の絶縁膜を形成する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、第二の絶縁膜膜厚測定工程S１０８で測定したデータに基づいて絶縁膜２００７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、ウエハ２００外周面の絶縁膜２０１５ｂを厚くし、中央面の絶縁膜２０１５ａが外周面の絶縁膜２０１５ｂよりも薄くなるよう、膜厚を制御する。また、上位装置２７０から受信したデータが分布Bを示すデータであれば、ウエハ２００中央面の絶縁膜２０１５ａを厚くし、外周面の絶縁膜２０１５ｂを絶縁膜２０１５ａよりも薄くなるよう、膜厚を制御する。
より好ましくは、第二の絶縁膜２０１３と第三の絶縁膜２０１５とを重ね合わせた積層絶縁膜の高さを、ウエハ面内で所定の範囲にするよう、第三の絶縁膜２０１５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層間絶縁膜２０１５の高さの分布が所定の範囲内となるよう第三の層間絶縁膜２０１５の膜厚分布を制御し、高さを整える。
即ち、図１２、図１４に記載のように、ウエハ２００の中央面におけるバリア絶縁膜２０１２表面から第三の絶縁膜２０１５ａ上端までの高さＨ１ａと、ウエハ２００外周面におけるバリア絶縁膜２０１２表面から第三の絶縁膜２０１５ｂの上端までの高さＨ１ｂとを揃えることができる。
次に、絶縁膜２０１５ａ、絶縁膜２０１５ｂそれぞれの膜厚を制御可能な基板処理装置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１６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１６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。好ましくは、加熱部としてのヒータ２１３を設ける。加熱部を設けることにより、ウエハ２００を加熱させ、ウエハ２００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１２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、センターゾーンヒータ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はウエハの中心面を加熱し、アウトゾーンヒータ２１３ｂはウエハ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の外周面に設けられる。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上位装置２７０から受信する膜厚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1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１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１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２３２ａ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２３４ａは例えば円盤状に構成される。処理室２０１側から見ると、図１７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、ガス導入管２３６、ガス導入管２３７が貫通されている。更に、ガス導入管２３８、ガス導入管２３９が接続されている。ガス導入管２３６、ガス導入管２３７はシャワーヘッド２３４に接続される。ガス導入管２３６、ガス導入管２３８は後述する第一ガス供給系に接続される。ガス導入管２３７、ガス導入管２３９は後述する第二ガス供給系に接続される。
ガス導入管２３６、ガス導入管２３７から導入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。ガス導入管２３８、ガス導入管２３９から導入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のエッジに供給される。ウエハの外周面（エッジ）とは、前述のウエハ中心に対して、その外周を言う。
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。
（ガス供給系）
（第一ガス供給系）
続いて、図１８を用いて第一のガス供給系を説明する。
図１８のＡ１は図１６のＡ１に接続され、Ａ２は図１６のＡ２に接続される。即ち、ガス供給管２４１ａはガス導入管２３６に接続され、ガス供給管２４２aはガス導入管２３８に接続される。
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。合流管２４０ｂの上流には第一の処理ガスのガス源２４０ａが設けられる。第一の処理ガスはシリコン含有ガスである。例えばジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスを用いる。
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ヘリウム（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、ガス導入管２３６、シャワーヘッド２３４を介して供給する処理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。
ガス導入管２３８と接続されるガス供給管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の上流には第一の処理ガスのガス源２４０ａが設けられる。
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２４４ａが接続される。不活性ガス供給管２４４ａには、上流から不活性ガス源２４４ｂ、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄが設けられる。不活性ガスは例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスが用いられる。不活性ガスは、ガス供給管２４２ａを流れるガスに添加され、希釈ガスとして使用される。マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄを制御することで、ガス導入管２３８、ガス供給経路２３５を流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。
ガス供給管２４１ａ、マスフローコントローラ２４１ｂ、バルブ２４１ｃ、ガス供給管２４２ａ、マスフローコントローラ２４２ｂ、バルブ２４２ｃ、合流管２４０ｂをまとめて第一ガス供給系と呼ぶ。なお、ガス源２４０ａ、ガス導入管２３６、ガス導入管２３８を第一ガス供給系に含めても良い。
第一の不活性ガス供給管２４３ａ、マスフローコントローラ２４３ｃ、バルブ２４３ｄ、第二の不活性ガス供給管２４４ａ、マスフローコントローラ２４４ｃ、バルブ２４４ｄをまとめて第一不活性ガス供給系と呼ぶ。なお、不活性ガス源２４３ｂ、不活性ガス源２４４ｂを第一不活性ガス供給系に含めても良い。
更には、第一ガス供給系に第一不活性ガス供給系を含めても良い。
（第二ガス供給系）
続いて、図１９を用いて第二ガス供給系を説明する。図１９のＢ１は図１６のＢ１に接続され、Ｂ２は図１６のＢ２に接続される。即ち、ガス供給管２５１ａはガス導入管２３７に接続され、ガス供給管２５２aはガス導入管２３９に接続される。
ガス供給管２５１ａには、上流から合流管２５０ｂ、マスフローコントローラ２５１ｂ、バルブ２５１ｃが設けられる。マスフローコントローラ２５１ｂ、バルブ２５１ｃ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。合流管２５０ｂの上流には第二の処理ガスのガス源２５０ａが設けられる。第二の処理ガスは酸素含有ガスである。例えば酸素ガス（Ｏ２）を用いる。
好ましくは、バルブ２５１ｃの下流側に、不活性ガスを供給するための第三の不活性ガス供給管２５３ａが設けられる。不活性ガス供給管２５３ａには、上流から不活性ガス源２５３ｂ、マスフローコントローラ２５３ｃ、バルブ２５３ｄが設けられる。不活性ガスは例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスが用いられる。不活性ガスは、ガス供給管２５１ａを流れる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２５３ｃ、バルブ２５３ｄを制御することで、ガス導入管２３７、シャワーヘッド２３４を介して供給す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。
ガス供給管２５２ａには、上流から合流管２５０ｂ、マスフローコントローラ２５２ｂ、バルブ２５２ｃが設けられる。マスフローコントローラ２５２ｂ、バルブ２５２ｃによって、ガス供給管２５２ａを通過するガスの流量が制御される。合流管２５０ｂの上流には第二の処理ガスのガス源２５０ａが設けられる。
好ましくは、バルブ２５２ｃの下流側に、不活性ガスを供給するための第四の不活性ガス供給管２５４ａが設けられる。不活性ガス供給管２５４ａには、上流から不活性ガス源２５４ｂ、マスフローコントローラ２５４ｃ、バルブ２５４ｄが設けられる。不活性ガスは例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスが用いられる。不活性ガスは、ガス供給管２５２ａを流れる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２５４ｃ、バルブ２５４ｄを制御することで、ガス導入管２３９、ガス供給経路２３５を流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。
ガス供給管２５１ａ、マスフローコントローラ２５１ｂ、バルブ２５１ｃ、ガス供給管２５２ａ、マスフローコントローラ２５２ｂ、バルブ２５２ｃ、合流管２５０ｂをまとめて第二ガス供給系と呼ぶ。なお、ガス源２５０ａ、ガス導入管２３７、ガス導入管２３９を第二ガス供給系に含めても良い。
第三の不活性ガス供給管２５３ａ、マスフローコントローラ２５３ｃ、バルブ２５３ｄ、第四の不活性ガス供給管２５４ａ、マスフローコントローラ２５４ｃ、バルブ２５４ｄをまとめて第二不活性ガス供給系と呼ぶ。なお、不活性ガス源２５３ｂ、不活性ガス源２５４ｂを第二不活性ガス供給系に含めても良い。
更には、第二ガス供給系に第二不活性ガス供給系を含めても良い。また第一ガス供給系、第二ガス供給系をまとめてガス供給系と呼ぶ。
以上のように、第一ガス供給系及び第二ガス供給系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系、第二の不活性ガス供給系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２０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２７０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、２４４ｃ、２５１ｂ、２５２ｂ、２５３ｃ、２５４ｃ、バルブ２４１ｃ，２４２ｃ、２４３ｄ、２４４ｄ、２５１ｃ，２５２ｃ、２５３ｄ、２５４ｄ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。
なお、本実施形態の受信部では、上位装置２７０から他の装置の情報を受信することについて記載したが、それに限るものではない。例えば、他の装置から、直接情報を受信するようにしてもよい。また、入出力装置２６１で他の装置の情報を入力し、それに基づき制御しても良い。また、他の装置の情報を外部記憶装置に記憶し、その外部記憶装置から他の装置の情報を受信しても良い。
続いて、基板処理装置９００を用いた絶縁膜の形成方法について説明する。
第二の絶縁膜膜厚測定工程S１０８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Ｓ１０８で第一の絶縁膜２０１３の膜厚が測定されたら、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、マスフローコントローラ２５１ｂ、マスフローコントローラ２５２ｂ、を稼働させると共に、バルブ２４１ｃ、バルブ２４２ｃ、バルブ２５１ｃ、バルブ２５２ｃ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２４４ｃ、マスフローコントローラ２５３ｃ、マスフローコントローラ２５４ｃを稼働させると共に、バルブ２４３ｄ、バルブ２４４ｄ、バルブ２５３ｄ、バルブ２５４ｄ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、第一ガス供給系及び第二ガス供給系から処理室２０１にガスを供給する。
ガスを供給する際は、上位装置２７０から受信した絶縁膜２０１３の膜厚測定データに応じて第一ガス供給系、第二ガス供給系のマスフローコントローラやバルブを制御し、ウエハ２００の中央面に供給する処理ガスの量（もしくは濃度）と外周面に供給する処理ガスの量（もしくは濃度）をそれぞれ制御する。より良くは、上位装置２７０から受信した測定データに応じて、センターゾーンヒータ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２０１内に供給されたガスは処理室２０１内で分解され、研磨後の第二の絶縁膜２０１３上に第三の絶縁膜２０１５を形成する。
所定の時間経過後、各バルブを閉じて、ガスの供給を停止する。
このときのヒータ２１３の温度は、ゲート電極２０３等の既に形成されている構成に悪影響の無い温度とする。特に、金属膜２００９の成分が周囲の構成に拡散しないような温度範囲となるよう設定する。よりよくは、金属膜２００９の周囲に形成されたバリア絶縁膜２０１２、バリアメタル膜２０２１の誘電率が所望の範囲となるような温度範囲となるよう設定する。例えば、ウエハ２００が３００〜４５０℃の範囲内の所定の温度となるように設定する。
例えば、ウエハ２００を３００℃以上とすることで既に形成されているバリア絶縁膜２０１２の膜の劣化や誘電率の向上等を抑制する。仮に３００℃未満とした場合、バリア絶縁膜２０１２の膜密度が劣化するので、金属膜２００９の成分、例えば銅成分が、絶縁膜２０１３等に拡散しやすくなる。絶縁膜２０１３の主成分であるＳｉは、銅成分が拡散しやすい材質であるので、ウエハ２００の面内における拡散状態を制御することは困難である。銅成分が拡散した場合、配線間の特性がウエハ２００の面内でばらついてしまう。そこでウエハ２００の温度を３００℃以上とすることで、金属膜２００９の成分が絶縁膜２０１３等に拡散されることを抑制する。
更に、例えばウエハ２００を４５０℃以下とすることで、図５（Ｃ）に記載のバリアメタル膜２０２１の膜密度が低下し、金属膜２００９の成分、例えば銅成分が絶縁膜２００９等に拡散することを抑制する。仮に４５０℃より高い温度とした場合、バリアメタル膜２０２１の膜密度が低下するので、金属膜２００９の成分、例えば銅成分が、絶縁膜２００７等に拡散しやすくなる。絶縁膜２００７の主成分であるＳｉは、銅成分が拡散しやすい材質であるので、ウエハ２００の面内における拡散状態を制御することは困難である。従って、銅成分が拡散した場合、配線間の特性がウエハ２００の面内でばらついてしまう。そこで、ウエハ２００の温度を４５０℃以下とすることで、金属膜２００９の成分が絶縁膜２００７等に拡散されることを抑制する。
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）
ガス供給工程が終わった後、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、本装置を用いて第三の層間絶縁膜２０１５の膜厚を制御する方法を説明する。
前述のように、研磨工程Ｓ１０７終了後、第二の絶縁膜２０１３は、ウエハ２００の中央面と外周面とで膜厚が異なる。膜厚測定工程Ｓ１０８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１２に記載のように、絶縁膜２０１３ａが絶縁膜２０１３ｂ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外周面に形成する絶縁膜２０１５ｂを厚くし、ウエハ２００中央面に形成する絶縁膜２０１５ａの膜厚を絶縁膜２０１５ｂよりも薄くなるよう制御する。具体的には、ガスを供給する際、ウエハ２００の外周面に供給するシリコン含有ガスを、ウエハ２００中央面よりも多くするよう制御する。このようにすることで、本半導体装置における絶縁膜の高さ、即ち絶縁膜２０１３に絶縁膜２０１５を重ねた積層絶縁膜の膜厚を、図１３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。即ち、積層絶縁膜の膜厚を膜厚分布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系では、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、シャワーヘッド２３４から処理室２０１に供給するシリコン含有ガスの量を制御する。更に、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、ガス供給経路２３５から処理室２０１にシリコン含有ガスを供給する。ウエハ２００の処理面における単位面積当たりのシリコン含有ガスの暴露量は、ガス供給経路２３５から供給されるガスの暴露量がシャワーヘッドから供給されるガスの暴露量よりも多くなるよう制御される。ここでいう暴露量とは、処理ガスの主成分の暴露量を言う。本実施形態においては、処理ガスがシリコン含有ガスであり、主成分はシリコンである。
更に、第二ガス供給系では、マスフローコントローラ２５１ｂを制御すると共に、バルブ２５１ｃの開度を制御し、シャワーヘッド２３４から供給する酸素含有ガスの量を制御する。ガス供給管２５１ａにおける酸素含有ガスの量は、ガス供給管２４１ａにおけるシリコン含有ガスの量に対応した量とする。更に、マスフローコントローラ２５２ｂを制御すると共に、バルブ２５２ｃの開度を制御し、ガス供給経路２３５から酸素含有ガスを供給する。ガス供給管２５２ａにおける酸素含有ガスの量は、ガス供給管２４２ａにおけるシリコン含有ガスの量に対応した量とする。
このとき、ウエハ２００の処理面における単位面積当たりのシリコン含有ガスの暴露量は、ガス供給経路２３５から供給されるガスの暴露量がシャワーヘッド２３４から供給されるガスの暴露量よりも多くなるよう制御される。ここでいう暴露量とは、処理ガスの主成分の暴露量を言う。本実施形態においては、処理ガスがシリコン含有ガスであり、主成分はシリコンである。
シャワーヘッド２３４を介して供給されたシリコン含有ガスと酸素含有ガスは、ウエハ２００の中央面に形成された絶縁膜２０１３ａ上に供給される。供給されたガスは、図１２に記載のように、絶縁膜２０１３ａ上に絶縁膜２０１５ａを形成する。
ガス供給経路２３５を介して供給されたシリコン含有ガスと酸素含有ガスはウエハ２００の外周面に形成された絶縁膜２０１３ｂ上に供給される。供給されたガスは、図１２に記載のように、絶縁膜２０１３ｂ上に絶縁膜２０１５ｂを形成する。
前述のように、ウエハ２００の処理面における単位面積当たりのシリコン含有ガスの暴露量は、絶縁膜２０１３ｂ上が絶縁膜２０１３ａ上よりも多くなるので、絶縁膜２０１５ｂの膜厚を絶縁膜２０１５ａよりも厚くすることが可能となる。
このとき、図１２に記載のように、絶縁膜２０１３ｂに絶縁膜２０１５ｂを重ねた厚さＨ1ｂと、絶縁膜２０１３ａに絶縁膜２０１５ａを重ねた厚さＨ１ａが実質的に等しくなるよう、絶縁膜２０１５の厚みを制御する。より良くは、基板２００の表面から絶縁膜２０１５ｂの上端までの距離と、基板２００の表面から絶縁膜２０１５ａの上端までの距離の差が所定範囲内となるよう制御する。またより良くは、前記基板の面内における絶縁膜２０１５の高さ（第三の層間絶縁膜の上端）の分布が所定の範囲内となるよう第三の絶縁膜２０１５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のシリコン含有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。シリコン含有ガスの濃度を制御する際は、第一不活性ガス供給系を制御することで、ガス供給管２４１ａ、ガス供給管２４２ａを通過するシリコン含有ガスの濃度を制御する。分布Ａの場合、ガス供給管２４１ａを通過するシリコン含有ガスの濃度を低くすると共に、ガス供給管２４２ａを通過するシリコン含有ガスの濃度を、ガス供給管２４１ａを通過するガスの濃度よりも高くする。
このようにすることで、ウエハ２００の処理面における単位面積当たりのシリコン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、より確実に絶縁膜２０１５ｂの膜厚を絶縁膜２０１５ａよりも厚くすることが可能となる。
より良くは、ガス供給管２４１ａとガス供給管２４２ａのシリコン含有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、単位面積当たりのシリコン含有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、絶縁膜２０１５aと絶縁膜２０１５ｂとでより大きい膜厚差とすることができる。従って、第二の絶縁膜研磨工程Ｓ１０７で絶縁膜２０１３ａと絶縁膜２０１３ｂ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。
更により良くは、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。例えばジシランガスのような、温度条件が膜生成効率に大きく寄与するガスを用いて絶縁膜２０１５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。
次に、ＲＡＭ２６０ｂに格納されたデータが分布Ｂである場合を説明する。分布Ｂの場合とは、図１４に記載のように、絶縁膜２０１３ｂが絶縁膜２０１３ａよりも厚い場合を言う。
分布Ｂの場合、本工程では、ウエハ２００中央面に形成する絶縁膜２０１５ａを厚くし、ウエハ２００外周面に形成する絶縁膜２０１５ｂの膜厚を絶縁膜２０１５ａ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、ウエハ２００中央面に供給するシリコン含有ガスを、ウエハ２００外周面よりも多くするよう制御する。このようにすることで、本半導体装置における絶縁膜の高さ、即ち絶縁膜２０１３に絶縁膜２０１５を重ねた高さを、図１５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。即ち、積層絶縁膜の膜厚を膜厚分布Ｂ’のように補正することができる。
このとき、第一ガス供給系で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、シャワーヘッド２３４から処理室２０１に供給するシリコン含有ガスの量を制御する。更に、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、ガス供給経路２３５から処理室２０１にシリコン含有ガスを供給する。ウエハ２００の処理面における単位面積当たりのシリコン含有ガスの暴露量は、シャワーヘッド２３４から供給されるガスの暴露量がガス供給経路２３５から供給されるガスの暴露量よりも多くなるよう制御される。
更に、第二ガス供給系では、マスフローコントローラ２５１ｂを制御すると共に、バルブ２５１ｃの開度を制御し、シャワーヘッド２３４から供給する酸素含有ガスの量を制御する。ガス供給管２５１ａにおける酸素含有ガスの量は、ガス供給管２４１ａにおけるシリコン含有ガスの量に対応した量とする。更に、マスフローコントローラ２５２ｂを制御すると共に、バルブ２５２ｃの開度を制御し、ガス供給経路２３５から酸素含有ガスを供給する。ガス供給管２５２ａにおける酸素含有ガスの量は、ガス供給管２４２ａにおけるシリコン含有ガスの量に対応した量とする。
このとき、ウエハ２００の処理面における単位面積当たりのシリコン含有ガスの暴露量は、シャワーヘッド２３４から供給されるガスの暴露量がガス供給経路２３５から供給される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シリコン含有ガスと酸素含有ガスは、ウエハ２００の中央面に形成された絶縁膜２０１３ａ上に供給される。供給されたガスは、図１４に記載のように、絶縁膜２０１３ａ上に絶縁膜２０１５ａを形成する。
ガス供給経路２３５を介して供給されたシリコン含有ガスと酸素含有ガスはウエハ２００の外周面に形成された絶縁膜２０１３ｂ上に供給される。供給されたガスは、図１４に記載のように、絶縁膜２０１３ｂ上に絶縁膜２０１５ｂを形成する。
前述のように、ウエハ２００の処理面における単位面積当たりのシリコン含有ガスの暴露量は、絶縁膜２０１３ａ上が絶縁膜２０１３ｂ上よりも多くなるので、絶縁膜２０１５ａの膜厚を絶縁膜２０１５ｂよりも厚くすることが可能となる。
このとき、図１４に記載のように、絶縁膜２０１３ｂに絶縁膜２０１５ｂを重ねた厚さＨ1ｂと、絶縁膜２０１３ａに絶縁膜２０１５ａを重ねた厚さＨ１ａが実質的に等しくなるよう、絶縁膜２０１５の厚みを制御する。より良くは、基板２００の表面から絶縁膜２０１５ｂの上端までの距離と、基板２００の表面から絶縁膜２０１５ａの上端までの距離の差が所定範囲内となるよう制御する。またより良くは、前記基板の面内における絶縁膜２０１５の高さ（第三の層間絶縁膜の上端）の分布が所定の範囲内となるよう第三の絶縁膜２０１５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のシリコン含有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。シリコン含有ガスの濃度を制御する際は、第一不活性ガス供給系を制御することで、ガス供給管２４１ａ、ガス供給管２４２ａを通過するシリコン含有ガスの濃度を制御する。分布Ｂの場合、ガス供給管２４２ａを通過するシリコン含有ガスの濃度を小さくすると共に、ガス供給管２４１ａを通過するシリコン含有ガスの濃度を、ガス供給管２４２ａを通過するガスの濃度よりも高くする。
このようにすることで、より確実にウエハ２００の処理面における単位面積当たりの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制御できる。このように制御することで、より確実に絶縁膜２０１５ａの膜厚を絶縁膜２０１５ｂよりも厚くすることが可能となる。
より良くは、ガス供給管２５１ａとガス供給管２５２ａのシリコン含有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、単位面積当たりのシリコン含有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、絶縁膜２０１５aと絶縁膜２０１５ｂとでより大きい膜厚差とすることができる。従って、第二の絶縁膜研磨工程Ｓ１０７で絶縁膜２０１３ａと絶縁膜２０１３ｂ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。
更により良くは、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。例えばジシランガスのような、温度条件が膜生成効率に大きく寄与するガスを用いて絶縁膜２０１５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。
以上説明したように、ウエハ２００の処理面の単位面積当たりのシリコン含有ガスの量をチューニングすることで、ウエハ２００の中央とその外周それぞれで第三の絶縁膜２０１５の厚み制御することができる。
このとき、絶縁膜２０１３ｂに絶縁膜２０１５ｂを重ねた厚さを、絶縁膜２０１３ａに絶縁膜２０１５ａを重ねた厚さと等しくなるよう、絶縁膜２０１５の厚みを制御する。
（膜厚測定工程Ｓ１１０）
続いて、膜厚測定工程Ｓ１１０を説明する。膜厚測定工程Ｓ１１０では、第二の絶縁膜２０１３と第三の絶縁膜２０１５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、つまり積層絶縁膜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、後のパターニ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。
第三の絶縁膜形成工程Ｓ１０９の後、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面のうち、少なくとも数か所を測定し、絶縁膜２０１５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２７０に送られる。測定後、ウエハ２００は搬出される。
ウエハ２００の面内おける高さの分布が所定範囲内、具体的には後のパターニング工程Ｓ１１１や金属膜形成工程Ｓ１１２で影響の無い範囲内であればパターニング工程Ｓ１１１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Ｓ１１０は省略しても良い。
（パターニング工程Ｓ１１１）
続いて、パターニング工程Ｓ１１１を説明する。膜厚測定後、ウエハ２００を所望のパターンにパターニングする。パターニング工程の詳細を図２１から図２３を用いて説明する。なお、ここでは分布Ａを例にして説明しているが、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。
パターニング工程Ｓ１１１は、第二のパターニングシステムの一部として構成される露光装置やエッチング装置で行われる。パターニング工程Ｓ１１１は、露光装置による露光工程、 エッチング装置によるエッチング工程等の工程を含む。パターニングシステムに搬入されたウエハ２００は、露光された後、図２１に記載のように、エッチング装置にて積層絶縁膜を所定のパターンに形成する。ここでは貫通溝２０１６を形成する。エッチング処理終了後、ウエハ２００はエッチング装置から搬出され、パターニングシステムから搬出される。ここでは貫通溝を形成する工程を貫通溝形成工程と呼ぶ。
具体的には、本工程では、図２１のように、積層絶縁膜（第二の絶縁膜２０１３と第三の絶縁膜２０１５を積層した膜）に、コンタクトホールとして用いられる貫通溝２０１６を形成する。貫通溝２０１６を形成する際は、バリア絶縁膜２０１２をエッチングし、金属膜２００９の一部がむき出しになるよう処理される。エッチングする際はバリア絶縁膜２０１２をエッチングするエッチング装置にて所定の時間処理をする。金属膜２００９のむき出し部分で、後述する金属膜２０１９と金属膜２００９が電気的に接続される。後述するように、貫通溝２０１６の下部は金属膜２０１９が埋め込まれるビアホールとして構成され、上部は金属膜２０２０が埋め込まれる配線溝として構成される。
続いて、図２２のように、配線となる金属膜を配置するための配線用溝２０１７を形成する。形成する際は、配線用溝を形成するエッチング装置にて所定の時間ウエハ２００を処理する。ここでは、ウエハ２００の中央面に、高さＨ２ａの配線溝２０１７ａを形成する。また、ウエハ２００の外周面に、高さＨ２ｂの配線溝２０１７ｂを形成する。積層絶縁膜の高さがウエハ２００中央面とウエハ２００外周面とで等しいので、自ずと高さＨ２ａと高さＨ２ｂは実質的に等しくなる。尚、配線用溝は半導体装置の第二層として用いられる。ここでは配線溝を形成する工程を配線溝形成工程と呼ぶ。
（金属膜形成工程Ｓ１１２）
続いて、貫通溝２０１６や配線溝２０１７の表面にバリアメタル膜２０１８を形成する。その後、バリアメタル膜２０１８上に、図２３に記載のように、接続配線（via、または貫通端子とも呼ぶ。）として用いられる金属膜２０１９を埋め込み、更に配線用溝２０１７に配線として用いられる金属膜２０２０（配線用金属膜２０２０、もしくは配線２０２０とも呼ぶ。）を埋め込む。金属膜２０１９、金属膜２０２０は同じ成分としても良い。同じ成分とした場合は、一つの成膜工程で金属膜２０１９、金属膜２０２０を形成する。金属膜２０１９、金属膜２０２０の成分としては、例えば銅を用いる。金属膜形成工程Ｓ１１２では接続配線を形成していることから、接続配線形成工程と呼んでもよい。
尚、ここでは金属膜２０１９、金属膜２０２０、絶縁膜２０１３を有する層を多層配線層の第二層と呼ぶ。更に、金属膜２０２０を金属配線の第二層、もしくはＭ２層と呼ぶ。
前述のように、第三の絶縁膜形成工程Ｓ１０９を含めた基板処理工程を行うことで、ビアホールとして用いられるＭ１層とＭ２層の間の貫通溝２０１６の高さを、ウエハ２００の面内で一定にすることができる。即ち、ウエハ２００中央面におけるＭ１層とＭ２層の間の貫通溝２０１６ａの高さＨ３ａと、ウエハ２００外周面におけるＭ１層とＭ２層の間の貫通溝２０１６ｂの高さＨ３ｂとを揃えることができる。このようにすると、ウエハ２００中央における金属膜２０１９ａと、ウエハ２００外周における金属膜２０１９ｂの高さを揃えることができるので、金属膜２０１９の特性をウエハ面内で一定にできる。従って、ウエハ２００から生産する多くの半導体装置に関し、特性を一定とすることができる。
尚、ここでいう特性とは、金属膜２０１９の高さに比例する特性を言い、例えば電気的な容量や抵抗値を言う。
（研磨工程Ｓ１１３）
金属膜形成工程Ｓ１１２が終了したら、金属膜研磨工程Ｓ１０４と同様に、金属膜間を絶縁するための研磨を行う。
（判定工程Ｓ１１４）
ウエハ上に所望の層数が形成されたか判断する。所望の層数が形成されていれば処理を終了する。所望の層数が形成されていなければバリア絶縁膜形成工程Ｓ１０５に移行する。所望の層数が形成されるまで、バリア絶縁膜形成工程Ｓ１０５から金属膜研磨工程Ｓ１１３を繰り返す。
本実施形態においては、Ｍ１層とＭ２層を例にして説明したがそれに限るものではない。例えば、Ｍ３層以上でも適用可能である。
また、本実施形態においては重力方向下層と上層を接続することを例に説明したが、それに限るものではなく、例えば３次元積層回路に応用しても良いことは言うまでもない。
次に、図２５から図２７を用いて比較例を説明する。
比較例は、膜厚測定工程Ｓ１０８、第三の絶縁膜形成工程Ｓ１０９を実施しない場合である。即ち、第二の絶縁膜研磨工程Ｓ１０７の後、パターニング工程Ｓ１１１を実施している。したがってウエハ２００の中央面とその外周面とで絶縁膜の高さや貫通溝２０１６の高さが異なる。
図２５を用いて比較例を説明する。図２５は図２１と比較した図である。図２５の場合、第二の絶縁膜研磨工程Ｓ１０７によって絶縁膜２０１３の高さがウエハ２００中央面とウエハ２００外周面とで異なる。即ち絶縁膜２０１３ａと絶縁膜２０１３ｂの高さが異なる。
このようなウエハ２００に対して、配線溝２０１７を形成するエッチングプロセスを実行する。エッチングプロセスは所定の時間行うので、図２６に記載のように、ウエハ２００内周における配線溝２０１７ａの高さＨ４ａとウエハ２００外周における配線溝２０１７ｂの高さＨ４ａの高さは一定となる。しかしながら、絶縁膜２０１３の高さがウエハ２００外周とウエハ２００中央とで異なるため、貫通溝２０１６のうち、ビアホールの高さが異なってしまう。即ち、ウエハ２００中央のビアホールの高さＨ５ａと、ウエハ２００外周のビアホールの高さＨ５ｂが異なる。
ウエハ２００中央とウエハ２００外周とでビアホールの高さが異なるため、図２７に記載のように、ビアホールに埋め込まれる金属膜２０１９’の高さもウエハ２００中央とウエハ２００外周とで異なる。従って、電気的な容量や抵抗値等の高さに比例する特性が、ウエハ２００中央の金属膜２０１９ａ’とウエハ２００外周の金属膜２０１９ｂ’とで異なる。従って、ウエハ２００から生産する多くの半導体装置に関し、特性を一定とすることができない。
これに対して、本実施形態は膜厚測定工程Ｓ１０８、第三の絶縁膜形成工程Ｓ１０９を行うので、ウエハ２００の面内において金属膜２０１９の高さを一定とすることができる。従って、比較例に比べ、ウエハ２００の面内において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。
尚、本実施形態では、第一の絶縁膜工程Ｓ１０１から第二の金属膜形成工程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２４のように一つの基板処理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、第一の絶縁膜形成工程Ｓ１０１を実施する絶縁膜形成装置６０２、パターニング工程Ｓ１０２を実施するパターニングシステム６０３、金属膜形成工程Ｓ１０３を実施する金属膜形成システム６０４、金属膜研磨工程Ｓ１０４を実施する研磨装置６０５、バリア絶縁膜形成工程Ｓ１０５を実施するバリア絶縁膜形成装置６０６、第二の絶縁膜形成工程Ｓ１０６を実施する絶縁膜形成装置６０７、第二の絶縁膜研磨工程Ｓ１０７を実施する研磨装置６０８（本実施形態の研磨装置４００に相当）、膜厚測定工程Ｓ１０８を実施する測定装置６０９、第三の絶縁膜形成工程Ｓ１０９を実施する絶縁膜形成装置６１０（本実施形態の基板処理装置９００に相当）、膜厚測定工程Ｓ１１０を実施する膜厚測定装置６１１、パターニング工程Ｓ１１１を実施するパターニングシステム６１２、金属膜形成工程Ｓ１１２を実施する金属膜形成システム６１３、金属膜研磨工程Ｓ１１３を実施する研磨装置６１４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６１５を有する。
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。上位装置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、他の装置やシステム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６００３ｃ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。
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。逆に、スループット等を重視する場合は、一つの工程を実施する装置を複数設けても良い。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６１６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。
また、記憶装置６００１ｃには、測定装置６０９から受信したデータに基づいて絶縁膜形成装置６１０をコントロールするプログラムを格納しても良い。この場合、上位装置６０１がコントロールするので、例えば絶縁膜形成装置６１０が複数ある場合に、搬送律速等の条件により適宜選択可能となるので、処理効率を高めることができる。
尚、本実施形態においては、第二の絶縁膜形成工程の他の工程も説明したが、それらの工程や装置、システムに限定されないことは言うまでもない。
また、ウエハ２００の中央、外周面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絶縁膜の膜厚を制御しても良い。例えば、基板中央、外周面、中央と外周の間の面等、３つ以上の領域に分けても良い。
また、本実施形態では、膜厚測定工程Ｓ１１０を行ったが、それに限るものでなく、行わなくても良い。この場合、絶縁膜２０１３上に絶縁膜２０１５を重ね合わせた高さが、ビアの特性のばらつきの無い範囲で揃っていれば良い。
また、膜を形成する工程においては、ＣＶＤの様な成膜処理や、ガスを交互に供給して薄膜を形成するサイクリック処理、膜を改質する酸化処理、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、絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いたが、その目的が達成できればよく、他の元素を含有する、酸化膜，窒化膜，炭化膜，酸窒化膜等、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、第一の絶縁膜の分布に応じてガス、単位面積当たりの暴露量が異なるよう第一ガス供給系と第二ガス供給系を制御し、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、第一ガス供給系、第二ガス供給系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、第一の絶縁膜形成工程と第二の絶縁膜形成工程と第三の絶縁膜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、第一の絶縁膜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、絶縁膜研磨工程Ｓ１０７の影響がより顕著になる。即ち、絶縁膜２０１３ａと絶縁膜２０１３ｂの膜厚差がより大きくなる。第二の絶縁膜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、
複数の配線用溝が形成された第一の絶縁膜の上に金属配線の第一層としての金属膜が成膜された基板に対して研磨する第一の研磨工程と、
前記研磨工程の後、前記基板に、積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記第二の絶縁膜を研磨する第二の研磨工程と、
前記第二の研磨工程の後、前記第二の絶縁膜の基板面内の膜厚分布を測定する測定工程と、
前記第二の絶縁膜上に、前記測定工程で測定された膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成し、前記積層絶縁膜の膜厚分布を補正する補正工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
＜付記２＞
付記1に記載の方法であって、好ましくは
更に、前記補正工程の後、前記積層絶縁膜に対してパターニングして前記積層絶縁膜に貫通溝を形成する貫通溝形成工程と、
前記貫通溝形成工程の後、前記貫通溝の上部に金属配線の第二層としての金属膜が成膜されるように配線溝を形成する配線溝形成工程と、
前記配線溝形成工程の後、前記貫通溝の下部に接続配線を形成する接続配線形成工程と
を有する。
＜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
前記金属配線の第一層に形成された配線用溝には第一のバリア膜が形成され、前記補正工程では、前記第一のバリア膜の膜密度が低下しない温度に前記基板を加熱する。
＜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
前記金属配線の第一層と前記第二の絶縁膜の間には第二のバリア膜が形成され、
前記補正工程では、前記第二のバリア膜が劣化しない温度に前記基板を加熱する。
＜付記５＞
付記２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
前記金属配線の第一層と前記金属配線の第二層は前記接続配線を介して電気的に接続されるよう構成される。
＜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
前記補正工程では、
前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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
前記補正工程では、
前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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８＞
付記１から付記７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
前記補正工程では、
前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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９＞
付記８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１０＞
付記１から付記９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
前記補正工程では、
前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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１１＞
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
前記補正工程では、
前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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５、もしくは付記７から付記１１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
前記補正工程では、
前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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５、もしくは付記１１から１２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
前記補正工程では、
前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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５、もしくは付記１１から付記１４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
前記補正工程では、
前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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。
＜付記１６＞
更に他の態様によれば、
複数の配線用溝が形成された第一の絶縁膜の上に金属配線の第一層としての金属膜が成膜された基板に対して研磨する第一の装置と、
前記研磨後の基板に、積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜を形成する第二の装置と、
前記第二の絶縁膜を研磨する第三の装置と、
研磨後の前記第二の絶縁膜の膜厚分布を測定する第四の装置と、
研磨後の前記第二の絶縁膜上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成し、前記積層絶縁膜の膜厚を補正する第五の装置と
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、
処理室に内包され、配線用溝に成膜された金属配線の第一層としての金属膜と、前記配線用溝が複数形成された第一の絶縁膜と、前記金属膜と前記第一の絶縁膜上に形成された積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜とを有し、表面が研磨された状態である基板を載置する基板載置部と、
研磨後の、前記第二の絶縁膜の基板面内における膜厚分布情報を受信する受信部と、
前記第二の絶縁膜上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成し、前記積層絶縁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。
＜付記１８＞
更に他の態様によれば、
配線用溝に成膜された金属配線の第一層としての金属膜と、前記配線用溝が複数形成された第一の絶縁膜と、前記金属膜と前記第一の絶縁膜上に形成された積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜とを有し、表面が研磨された状態の基板の膜厚分布情報を、測定装置から受信する受信部と、
前記膜厚分布情報に応じて、研磨後の前記第二の絶縁膜上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成するよう絶縁膜形成装置に指示する指示部と、
を有する基板処理装置が提供される。
＜付記１９＞
更に他の態様によれば、
配線用溝に成膜された金属配線の第一層としての金属膜と、前記複配線用溝が複数形成された第一の絶縁膜と、前記金属膜と前記絶縁膜上に形成された積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜とを有し、表面が研磨された状態の基板を、処理室に内包した基板載置部に載置する工程と、
前記第二の絶縁膜の基板面内における膜厚分布情報を受信する工程と、
前記第二の絶縁膜上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成し、前記積層絶縁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２０＞
更に他の態様によれば、
配線用溝に成膜された金属配線の第一層としての金属膜と、前記複配線用溝が複数形成された第一の絶縁膜と、前記金属膜と前記絶縁膜上に形成された積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜とを有し、表面が研磨された状態の基板を、処理室に内包した基板載置部に載置する手順と、
前記第二の絶縁膜の基板面内における膜厚分布情報を受信する手順と、
前記第二の絶縁膜上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成し、前記積層絶縁膜の膜厚を補正する手順と
を実行させるプログラム、またはプログラムが格納された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 (20)

  1. 複数の配線用溝が形成された第一の絶縁膜の上に金属配線の第一層としての金属膜が成膜された基板に対して研磨する第一の研磨工程と、
    前記研磨工程の後、前記基板に、積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
    前記第二の絶縁膜を研磨する第二の研磨工程と、
    前記第二の研磨工程の後、前記第二の絶縁膜の基板面内の膜厚分布を測定する測定工程と、
    前記基板面内において前記積層絶縁膜の表面の高さを揃えるよう、前記第二の絶縁膜上に、前記測定工程で測定された膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成し、前記積層絶縁膜の膜厚分布を補正する補正工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  2. 更に、前記補正工程の後、前記積層絶縁膜に対してパターニングして前記積層絶縁膜に貫通溝を形成する貫通溝形成工程と、
    前記貫通溝形成工程の後、前記貫通溝の上部に金属配線の第二層としての金属膜が成膜されるように配線溝を形成する配線溝形成工程と、
    前記配線溝形成工程の後、前記貫通溝の下部に接続配線を形成する接続配線形成工程とを有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記金属配線の第一層に形成された配線用溝には第一のバリア膜が形成され、前記補正工程では、前記第一のバリア膜の膜密度が低下しない温度に前記基板を加熱する請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記金属配線の第一層と前記第二の絶縁膜の間には第二のバリア膜が形成され、
    前記補正工程では、前記第二のバリア膜が劣化しない温度に前記基板を加熱する請求項１または請求項３のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記金属配線の第一層と前記金属配線の第二層は前記接続配線を介して電気的に接続されるよう構成される請求項２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. 前記補正工程では、
    前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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. 前記補正工程では、
    前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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. 前記補正工程では、
    前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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７のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 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８に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記補正工程では、
    前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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９のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記補正工程では、
    前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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５のうち、いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記補正工程では、
    前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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５、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. 前記補正工程では、
    前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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５、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. 前記補正工程では、
    前記第二の絶縁膜の膜厚分布が、前記基板の中央面よりも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５、もしくは請求項１１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. 複数の配線用溝が形成された第一の絶縁膜の上に金属配線の第一層としての金属膜が成膜された基板に対して研磨する第一の装置と、
    前記研磨後の基板に、積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜を形成する第二の装置と、
    前記第二の絶縁膜を研磨する第三の装置と、
    研磨後の前記第二の絶縁膜の膜厚分布を測定する第四の装置と、
    前記基板面内において前記積層絶縁膜の表面の高さを揃えるよう、研磨後の前記第二の絶縁膜上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成し、前記積層絶縁膜の膜厚を補正する第五の装置と
    を有する基板処理システム。
  17. 処理室に内包され、配線用溝に成膜された金属配線の第一層としての金属膜と、前記配線用溝が複数形成された第一の絶縁膜と、前記金属膜と前記第一の絶縁膜上に形成された積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜とを有し、表面が研磨された状態である
    基板を載置する基板載置部と、
    研磨後の、前記第二の絶縁膜の基板面内における膜厚分布情報を受信する受信部と、
    前記基板面内において前記積層絶縁膜の表面の高さを揃えるよう、前記第二の絶縁膜上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成し、前記積層絶縁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. 配線用溝に成膜された金属配線の第一層としての金属膜と、前記配線用溝が複数形成された第一の絶縁膜と、前記金属膜と前記第一の絶縁膜上に形成された積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜とを有し、表面が研磨された状態の基板の膜厚分布情報を、測定装置から受信する受信部と、
    前記基板面内において前記積層絶縁膜の表面の高さを揃えるよう、前記膜厚分布情報に応じて、研磨後の前記第二の絶縁膜上に、前記膜厚分布とは異なる厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成するよう絶縁膜形成装置に指示する指示部と、
    を有する基板処理装置。
  19. 配線用溝に成膜された金属配線の第一層としての金属膜と、前記複配線用溝が複数形成された第一の絶縁膜と、前記金属膜と前記絶縁膜上に形成された積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜とを有し、表面が研磨された状態の基板を、処理室に内包した基板載置部に載置する工程と、
    前記第二の絶縁膜の基板面内における膜厚分布情報を受信する工程と、
    前記基板面内において前記積層絶縁膜の表面の高さを揃えるよう、前記第二の絶縁膜上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成し、前記積層絶縁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。
  20. 配線用溝に成膜された金属配線の第一層としての金属膜と、前記複配線用溝が複数形成された第一の絶縁膜と、前記金属膜と前記絶縁膜上に形成された積層絶縁膜の一部として構成される第二の絶縁膜とを有し、表面が研磨された状態の基板を、処理室に内包した基板載置部に載置する手順と、
    前記第二の絶縁膜の基板面内における膜厚分布情報を受信する手順と、
    前記基板面内において前記積層絶縁膜の表面の高さを揃えるよう、前記第二の絶縁膜上に、前記膜厚分布とは異なる膜厚分布で、前記積層絶縁膜の一部として構成される第三の絶縁膜を形成し、前記積層絶縁膜の膜厚を補正する手順と
    を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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