JP6857675B2 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents
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Description
半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラムに関する。
半導体デバイスを製造する装置としては、基板を一枚ごとに処理する枚葉装置が存在する（例えば特許文献１）。枚葉装置では、例えば基板を加熱すると共に、基板上にガスを供給することで、半導体デバイスの一部として構成される膜を形成する。
複数の基板に対して同じ種類の膜を形成する場合、基板間の処理条件のばらつきを抑制することが望ましい。処理条件とは、例えば基板の加熱温度である。
枚葉装置で複数の基板を連続して加熱処理する場合、連続処理した枚数に応じて処理室の温度が高くなることがある。一部の膜では、所定温度が高くなると膜質が変化するため、基板上に所望の品質の膜を形成できないおそれがある。
本技術は、複数の基板を連続して加熱処理する基板処理装置において、所望の品質の膜を形成することを目的とする。
ｍ枚目（ｍ＜ｎ）の基板を処理室に搬入し、処理室にて前記ｍ枚目の基板を加熱して膜を形成し、ｍ枚目の基板を前記処理室から搬出し、その後、処理室に基板が無い状態で、処理室での処理を所定時間待機し、待機した後、処理室に次に処理する基板を搬入し、処理室にて基板を加熱して膜を形成する技術を提供する。
複数の基板を連続して加熱処理する基板処理装置において、所望の品質の膜を形成できる。
以下に、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（１）基板処理装置の構成
図１から図７を用いて、基板処理装置の構成を説明する。
図１、図２は基板処理装置の概略を説明する説明図であり、図３から図６は基板処理装置が有するプロセスモジュールを説明する説明図である。図７は基板処理装置のコントローラを説明する説明図である。以下に、各構成を具体的に説明する。
図１から図７を用いて、基板処理装置の構成を説明する。
図１、図２は基板処理装置の概略を説明する説明図であり、図３から図６は基板処理装置が有するプロセスモジュールを説明する説明図である。図７は基板処理装置のコントローラを説明する説明図である。以下に、各構成を具体的に説明する。
基板処理装置の概要構成を、図１、図２を用いて説明する。図１は基板処理装置の構成例を示す横断面図である。図２は、図１α−α’における縦断面図である。
基板処理装置２００は基板１００を処理するもので、ＩＯステージ１１０、大気搬送室１２０、ロードロック室１３０、真空搬送室１４０、モジュールＰＭで主に構成される。次に各構成について具体的に説明する。図１の説明においては、前後左右は、Ｘ１方向が右、Ｘ２方向が左、Ｙ１方向が前、Ｙ２方向が後とする。
（大気搬送室・ＩＯステージ）
基板処理装置２００の手前には、ＩＯステージ（ロードポート）１１０が設置されている。ＩＯステージ１１０上には複数のポッド１１１が搭載されている。ポッド１１１はシリコン（Ｓｉ）基板などの基板１００を搬送するキャリアとして用いられる。
基板処理装置２００の手前には、ＩＯステージ（ロードポート）１１０が設置されている。ＩＯステージ１１０上には複数のポッド１１１が搭載されている。ポッド１１１はシリコン（Ｓｉ）基板などの基板１００を搬送するキャリアとして用いられる。
ポッド１１１内には、ロット管理される複数の基板１００が格納される。例えば、ｎ枚の基板１００が格納される。
ポッド１１１にはキャップ１１２が設けられ、ポッドオープナ１２１によって開閉される。ポッドオープナ１２１は、ＩＯステージ１１０に載置されたポッド１１１のキャップ１１２を開閉し、基板出し入れ口を開放・閉鎖することにより、ポッド１１１に対する基板１００の出し入れを可能とする。ポッド１１１は図示しないＡＭＨＳ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ、自動ウエハ搬送システム）によって、ＩＯステージ１１０に対して、供給および排出される。
ＩＯステージ１１０は大気搬送室１２０に隣接する。大気搬送室１２０は、ＩＯステージ１１０と異なる面に、後述するロードロック室１３０が連結される。大気搬送室１２０内には基板１００を移載する大気搬送ロボット１２２が設置されている。
大気搬送室１２０の筐体１２７の前側には、基板１００を大気搬送室１２０に対して搬入搬出するための基板搬入搬出口１２８と、ポッドオープナ１２１とが設置されている。大気搬送室１２０の筐体１２７の後ろ側には、基板１００をロードロック室１３０に搬入搬出するための基板搬入出口１２９が設けられる。基板搬入出口１２９は、ゲートバルブ１３３によって開放・閉鎖することにより、基板１００の出し入れを可能とする。
（ロードロック室）
ロードロック室１３０は大気搬送室１２０に隣接する。ロードロック室１３０を構成する筐体１３１が有する面のうち、大気搬送室１２０と異なる面には、後述する真空搬送室１４０が配置される。
ロードロック室１３０は大気搬送室１２０に隣接する。ロードロック室１３０を構成する筐体１３１が有する面のうち、大気搬送室１２０と異なる面には、後述する真空搬送室１４０が配置される。
ロードロック室１３０内には基板１００を載置する載置面１３５を、少なくとも二つ有する基板載置台１３６が設置されている。基板載置面１３５間の距離は、後述するロボット１７０のアームが有するエンドエフェクタ間の距離に応じて設定される。
（真空搬送室）
基板処理装置２００は、負圧下で基板１００が搬送される搬送空間となる搬送室としての真空搬送室（トランスファモジュール）１４０を備えている。真空搬送室１４０を構成する筐体１４１は平面視が五角形に形成され、五角形の各辺には、ロードロック室１３０及び基板１００を処理するモジュール（以下ＰＭと呼ぶ。）であるＰＭ１〜ＰＭ４が連結されている。真空搬送室１４０の略中央部には、負圧下で基板１００を移載（搬送）する搬送部としての搬送ロボット１７０がフランジ１４４を基部として設置されている。
基板処理装置２００は、負圧下で基板１００が搬送される搬送空間となる搬送室としての真空搬送室（トランスファモジュール）１４０を備えている。真空搬送室１４０を構成する筐体１４１は平面視が五角形に形成され、五角形の各辺には、ロードロック室１３０及び基板１００を処理するモジュール（以下ＰＭと呼ぶ。）であるＰＭ１〜ＰＭ４が連結されている。真空搬送室１４０の略中央部には、負圧下で基板１００を移載（搬送）する搬送部としての搬送ロボット１７０がフランジ１４４を基部として設置されている。
真空搬送室１４０内に設置される真空搬送ロボット１７０は、エレベータ１４５およびフランジ１４４によって真空搬送室１４０の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。ロボット１７０が有する二つのアーム１８０は昇降可能なよう構成されている。尚、図２においては、説明の便宜上、アーム１８０のエンドエフェクタを表示し、エンドエフェクタとフランジ１４４の間のリンク構造等は省略している。
ＰＭ１、ＰＭ２、ＰＭ３、ＰＭ４のそれぞれには、リアクタ（以下ＲＣと呼ぶ。）が設けられている。具体的には、ＰＭ１にはＲＣ１、ＲＣ２が設けられる。ＰＭ２にはＲＣ３、ＲＣ４が設けられる。ＰＭ３にはＲＣ５、ＲＣ６が設けられる。ＰＭ４にはＲＣ７、ＲＣ８が設けられる。
ＰＭに設けられる二つのＲＣは、後述する処理空間２０５の雰囲気が混在しないよう、ＲＣの間に隔壁を設け、各処理空間２０５が独立した雰囲気となるよう構成されている。
筐体1４１の側壁のうち、各ＲＣと向かい合う壁には基板搬入出口１４８が設けられる。例えば、図２に記載のように、ＲＣ５と向かい合う壁には、基板搬入搬出口１４８（５）が設けられる。更には、ゲートバルブ１４９がＲＣ毎に設けられる。例えば、ＲＣ５にはゲートバルブ１４９（５）が設けられる。なお、ＲＣ１からＲＣ４、ＲＣ６からＲＣ８もＲＣ５と同様の構成であるため、ここでは説明を省略する。
エレベータ１４５内には、アーム１８０の昇降や回転を制御するアーム制御部１７１が内蔵される。アーム制御部１７１は、アーム１８０の軸を支持する支持軸１７１ａと、支持軸１７１ａを昇降させたり回転させたりする作動部１７１ｂを主に有する。フランジ１４４のうち、アーム１８０の軸と支持軸１７１ａの間には穴が設けられており、支持軸１７１ａはアーム１８０の軸を直接支持するよう構成される。
作動部１７１ｂは、例えば昇降を実現するためのモータを含む昇降機構１７１ｃと、支持軸１７１ａを回転させるための歯車等の回転機構１７１ｄを有する。尚、エレベータ１４５内には、アーム制御部１７１の一部として、作動部１７１ｂに昇降・回転支持するための指示部１７１ｅを設けても良い。指示部１７１ｅはコントローラ４００に電気的に接続される。指示部１７１ｅはコントローラ４００の指示に基づいて、作動部１７１ｂを制御する。
アーム１８０は、軸を中心とした回転や延伸が可能である。回転や延伸を行うことで、ＲＣ内に基板１００を搬送したり、ＲＣ内から基板１００を搬出したりする。更には、コントローラ４００の指示に応じて、ウエハ番号に応じたＲＣにウエハを搬送可能とする。
（モジュール）
次に、モジュール（ＰＭ）についてリアクタ（ＲＣ）を中心に説明する。なお、ＰＭ１〜ＰＭ４はそれぞれ同様の構成であるため、ここではＰＭとして説明する。また、ＲＣ１〜ＲＣ８もそれぞれ同様の構成であるため、ここではＲＣとして説明する。
次に、モジュール（ＰＭ）についてリアクタ（ＲＣ）を中心に説明する。なお、ＰＭ１〜ＰＭ４はそれぞれ同様の構成であるため、ここではＰＭとして説明する。また、ＲＣ１〜ＲＣ８もそれぞれ同様の構成であるため、ここではＲＣとして説明する。
図１に記載のように、ＰＭは二つのＲＣを有する。各ＲＣには、後述するように、ガス供給部、ガス排気部が接続される。本実施形態においては、ＲＣとガス供給部とガス排気部をまとめてＰＭと呼ぶ。
図３を用いてＲＣの詳細を説明する。なお、隣接するＲＣも同様の構成であるため、ここでは一つのＲＣを説明する。図３に記載のように、ＲＣは容器２０２を備えている。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、容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料により構成されている。容器２０２内には、シリコンウエハ等の基板１００を処理する処理空間２０５を構成する処理室２０１と、基板１００を処理空間２０５に搬送する際に基板１００が通過する搬送空間を有する搬送室２０６とが形成されている。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２０８が設けられる。
下部容器２０２ｂの側面には、ゲートバルブ１４９に隣接した基板搬入出口１４８が設けられており、基板１００は基板搬入出口１４８を介して真空搬送室１４０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。更に、下部容器２０２ｂは接地されている。
処理空間２０５には、基板１００を支持する基板支持部２１０が配される。基板支持部２１０は、基板１００を載置する基板載置面２１１と、基板載置面２１１を表面に持つ基板載置台２１２、基板載置台２１２内に設けられた加熱部としてのヒータ２１３を主に有する。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る。
さらに、基板載置台２１２内には、ヒータ２１３の温度を測定する第一の温度測定器である温度測定器２１６を有する。温度測定端器２１６は、配線２２０を介して第一の温度測定部である温度測定部２２１に接続される。
ヒータ２１３には、電力を供給するための配線２２２が接続される。配線２２２はヒータ制御部２２３に接続される。
温度測定部２２１、ヒータ制御部２２３は後述するコントローラ４００に電気的に接続されている。コントローラ４００は、温度測定部２２１で測定した温度情報をもとにヒータ制御部２２１に制御情報を送信する。ヒータ制御部２２３は受信した制御情報を参照し、ヒータ２１３を制御する。
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、容器２０２の底部を貫通しており、さらに容器２０２の外部で昇降部２１８に接続されている。
昇降部２１８はシャフト２１７を支持する支持軸２１８ａと、支持軸２１８ａを昇降させたり回転させたりする作動部２１８ｂを主に有する。作動部２１８ｂは、例えば昇降を実現するためのモータを含む昇降機構２１８ｃと、支持軸２１８ａを回転させるための歯車等の回転機構２１８ｄを有する。
昇降部２１８には、昇降部２１８の一部として、作動部２１８ｂに昇降・回転指示するための指示部２１８ｅを設けても良い。指示部２１８ｅはコントローラ４００に電気的に接続される。指示部２１８ｅはコントローラ４００の指示に基づいて、作動部２１８ｂを制御する。
昇降部２１８を作動させてシャフト２１７および基板載置台２１２を昇降させることにより、基板載置台２１２は、載置面２１１上に載置される基板１００を昇降させることが可能となっている。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、これにより処理空間２０５内は気密に保持されている。
処理室２０１は、例えば後述するバッファ構造２３０と基板載置台２１２とで構成される。なお、処理室２０１は基板１００を処理する処理空間２０５を確保できればよく、他の構造により構成されてもよい。
基板載置台２１２は、基板１００の搬送時には、基板載置面２１１が基板搬入出口１４８に対向する搬送ポジションＰ０まで下降し、基板１００の処理時には、図３で示されるように、基板１００が処理空間２０５内の処理ポジションとなるまで上昇する。
処理空間２０５の上部（上流側）には、ガスを拡散させるバッファ構造２３０が設けられている。バッファ構造２３０は、主に蓋２３１で構成される。
蓋２３１には、温度測定器２３５が設けられる。温度測定器２３５は、配線２３６を介して第二の温度測定部である温度測定部２３７に接続される。温度測定器２３５は、処理室２０１の温度を検出する。
蓋２３１に設けられたガス導入孔２３１ａと連通するよう、蓋２３１には、後述する第一ガス供給部２４０、第二ガス供給部２５０、第三ガス供給部２６０と連通する。図３ではガス導入孔２３１ａが一つしか示されていないが、ガス供給部ごとにガス導入孔を設けてもよい。
蓋２３１には、処理室２０１を冷却する冷却部２３８を設けてもよい。冷却部２３８には、例えば冷媒が供給される。後述する成膜工程Ｓ１０６ではバッファ構造２３０の過剰昇温を抑制し、待機工程Ｓ１２０では処理室２０１を冷却する役割を有する。
（第一ガス供給部）
次に、図４を用いて第一ガス供給部２４０を説明する。第一ガス供給部２４０は第一ガス供給管２４１を有する。第一ガス供給管２４１は、図３のＡに対応するものであり、処理室２０１にガスを供給する構成である。
次に、図４を用いて第一ガス供給部２４０を説明する。第一ガス供給部２４０は第一ガス供給管２４１を有する。第一ガス供給管２４１は、図３のＡに対応するものであり、処理室２０１にガスを供給する構成である。
第一ガス供給管２４１には、上流方向から順に、第一ガス源２４２、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４３、及び開閉弁であるバルブ２４４が設けられている。
第一ガス源２４２は第一元素を含有する第一ガス（「第一元素含有ガス」とも呼ぶ。）源である。第一元素含有ガスは、原料ガス、すなわち、処理ガスの一つである。ここで、第一元素は、例えばチタン（Tｉ）である。すなわち、第一元素含有ガスは、例えばチタン含有ガスである。具体的には、チタン含有ガスとして、４塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスが用いられる。
主に、第一ガス供給管２４１、マスフローコントローラ２４３、バルブ２４４により、第一ガス供給部２４０（チタン含有ガス供給系ともいう）が構成される。
（第二ガス供給部）
次に、図５を用いて第二ガス供給部２５０を説明する。第二ガス供給部２５０は第二ガス供給管２５１を有する。第二ガス供給管２５１は、図３のＢに対応するものであり、処理室２０１にガスを供給する構成である。
次に、図５を用いて第二ガス供給部２５０を説明する。第二ガス供給部２５０は第二ガス供給管２５１を有する。第二ガス供給管２５１は、図３のＢに対応するものであり、処理室２０１にガスを供給する構成である。
第二ガス供給管２５１には、上流方向から順に、第二ガス源２５２、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２５３、及び開閉弁であるバルブ２５４が設けられている。
第二ガス源２５２は第二元素を含有する第二ガス（以下、「第二元素含有ガス」とも呼ぶ。）源である。第二元素含有ガスは、処理ガスの一つである。なお、第二元素含有ガスは、反応ガスまたは改質ガスとして考えてもよい。
ここで、第二元素含有ガスは、第一元素と異なる第二元素を含有する。第二元素としては、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）のいずれか一つである。ここでは、第二元素含有ガスは、例えば窒素含有ガスとして説明する。具体的には、窒素含有ガスとして、アンモニアガス（ＮＨ３）が用いられる。
主に、第二ガス供給管２５１、マスフローコントローラ２５３、バルブ２５４により、第二ガス供給部２５０（反応ガス供給系ともいう）が構成される。
なお、第一ガス単体で基板１００上に膜を形成する場合は、第二ガス供給部２５０を設けなくてもよい。
（第三ガス供給部）
次に、図６を用いて第三ガス供給部２６０を説明する。第三ガス供給部２６０は第三ガス供給管２６１を有する。第三ガス供給管２６１は、図３のＣに対応するものであり、処理室２０１にガスを供給する構成である。
次に、図６を用いて第三ガス供給部２６０を説明する。第三ガス供給部２６０は第三ガス供給管２６１を有する。第三ガス供給管２６１は、図３のＣに対応するものであり、処理室２０１にガスを供給する構成である。
第三ガス供給管２６１には、上流方向から順に、第三ガス源２６２、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２６３、及び開閉弁であるバルブ２６４が設けられている。
第三ガス源２６２は冷却ガス源である。冷却ガスは、容器２０２を冷却する熱伝導ガスであり、例えば、窒素（Ｎ２）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガスである。
主に、第三ガス供給管２６１、マスフローコントローラ２６３、バルブ２６４により、第三ガス供給部２６０が構成される。
以上説明した第一ガス供給部２４０、第二ガス供給部２５０、第三ガス供給部２６０をまとめてガス供給部と呼ぶ。
（排気部）
続いて、図３で排気部２７１を説明する。
処理空間２０５には、排気管２７２が連通される。排気管２７２は、処理空間２０５に連通するよう、上部容器２０２ａに接続される。排気管２７２には、処理空間２０５内を所定の圧力に制御する圧力制御器であるＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２７３が設けられる。ＡＰＣ２７３は開度調整可能な弁体（図示せず）を有し、コントローラ４００からの指示に応じて排気管２７２のコンダクタンスを調整する。また、排気管２７２においてＡＰＣ２７３の上流側にはバルブ２７４が設けられる。排気管２７２とバルブ２７４、ＡＰＣ２７３をまとめて排気部と呼ぶ。
続いて、図３で排気部２７１を説明する。
処理空間２０５には、排気管２７２が連通される。排気管２７２は、処理空間２０５に連通するよう、上部容器２０２ａに接続される。排気管２７２には、処理空間２０５内を所定の圧力に制御する圧力制御器であるＡＰＣ（ＡｕｔｏＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２７３が設けられる。ＡＰＣ２７３は開度調整可能な弁体（図示せず）を有し、コントローラ４００からの指示に応じて排気管２７２のコンダクタンスを調整する。また、排気管２７２においてＡＰＣ２７３の上流側にはバルブ２７４が設けられる。排気管２７２とバルブ２７４、ＡＰＣ２７３をまとめて排気部と呼ぶ。
さらに、排気管２７２の下流には、ＤＰ（Ｄｒｙ Ｐｕｍｐ。ドライポンプ）２７５が設けられる。ＤＰ２７５は、排気管２７２を介して、処理空間２０５の雰囲気を排気する。
（コントローラ）
次に図７を用いてコントローラ４００を説明する。
基板処理装置２００は、各部の動作を制御するコントローラ４００を有している。
次に図７を用いてコントローラ４００を説明する。
基板処理装置２００は、各部の動作を制御するコントローラ４００を有している。
制御部（制御手段）であるコントローラ４００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４０１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４０２、記憶装置としての記憶部４０３、Ｉ／Ｏポート４０４を備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ４０２、記憶部４０３、Ｉ／Ｏポート４０４は、内部バス４０５を介して、ＣＰＵ４０１とデータ交換可能なように構成されている。基板処理装置２００内のデータの送受信は、ＣＰＵ４０１の一つの機能でもある送受信指示部４０６の指示により行われる。
ＣＰＵ４０１は、さらに判断部４０７を有する。判断部４０７は、記憶部４０３に記憶されたテーブルと、第二の温度測定部２３７で測定した温度情報との関係を分析する役割を有する。
上位装置２７０にネットワークを介して接続されるネットワーク送受信部２８３が設けられる。ネットワーク送受信部２８３は、ロット中の基板１００の処理履歴や処理予定に関する情報等を受信することが可能である。
記憶部４０３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。記憶部４０３内には、基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ４０９や、基板処理装置の動作を制御する制御プログラム４１０が読み出し可能に格納されている。また、温度測定部２２１、２３７が計測した温度データの記録や、その温度データの読み出しが可能な記憶部４１１を有する。
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４００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、このプロセス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、プロセス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、ＲＡＭ４０２は、ＣＰＵ４０１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４０４は、ゲートバルブ１４９、昇降部２１８、各圧力調整器、各ポンプ、ヒータ制御部２２３、等、ＰＭの各構成に接続されている。
ＣＰＵ４０１は、記憶部４０３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２８１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶部４０３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、ＣＰＵ４０１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１４９の開閉動作、昇降部２１８の昇降動作、温度測定部２２１、２３７、ヒータ制御部２２３、各ポンプのオンオフ制御、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４００は、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）２８２を用いて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、本技術に係るコントローラ４００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２８２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２８２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、記憶部４０３や外部記憶装置２８２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、記憶部４０３単体のみを含む場合、外部記憶装置２８２単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
（２）基板処理工程
次に図８を用いて、半導体製造工程の一工程として、上述した構成の基板処理装置２００を用いて基板１００上に膜を形成する工程について説明する。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４００により制御される。
次に図８を用いて、半導体製造工程の一工程として、上述した構成の基板処理装置２００を用いて基板１００上に膜を形成する工程について説明する。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４００により制御される。
以下の説明中では、ｎは１ロットで処理する基板１００の枚数を示し、ｍは1ロット内で処理する基板１００の番号を示す。例えば、ｍ＝１であれば１枚目の基板処理であり、１０であれば１０枚目の基板である。ｍは１ロット内の基板の番号であることから、ｍ＝１，２・・・，ｎである。
ここでは、一つのＲＣにおける基板処理方法を例にして説明する。
（基板搬送工程）
基板搬送工程を説明する。なお、図８では本工程を省略している。
基板搬送工程では、ポッド１１１から基板１００を搬出する。ここでは、例えば任意のｍ枚目の基板１００をポッド１１１から搬出する。基板１００は大気搬送室１２０を介してロードドック室１３０の載置面１３５上に載置される。
基板搬送工程を説明する。なお、図８では本工程を省略している。
基板搬送工程では、ポッド１１１から基板１００を搬出する。ここでは、例えば任意のｍ枚目の基板１００をポッド１１１から搬出する。基板１００は大気搬送室１２０を介してロードドック室１３０の載置面１３５上に載置される。
その後第ｍ基板１００はロボット１７０によってピックアップされ、真空搬送室１４０中で待機される。
（ＲＣ搬入工程Ｓ１０２）
ＲＣ基板搬入工程Ｓ１０２を説明する。ここでは、真空搬送室１４０に待機された基板１００をＲＣに搬入する。
ＲＣ基板搬入工程Ｓ１０２を説明する。ここでは、真空搬送室１４０に待機された基板１００をＲＣに搬入する。
具体的には、基板載置台２１２を基板１００の搬送位置（搬送ポジションＰ０）まで下降させ、基板載置台２１２の貫通孔２１４にリフトピン２０７を貫通させる。その結果、リフトピン２０７が、基板載置台２１２表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。これらの動作と並行して、搬送室２０６の雰囲気を排気し、隣接する真空搬送室１４０と同圧、あるいは隣接する真空搬送室１４０の圧力よりも低い圧力とする。
続いて、ゲートバルブ１４９を開いて、搬送室２０６を隣接する真空搬送室１４０と連通させる。そして、真空搬送ロボット１７０が、基板１００を真空搬送室１４０から搬送室２０６に搬入し、リフトピン２０７上に載置する。
（基板処理ポジション移動工程Ｓ１０４）
基板処理ポジション移動工程Ｓ１０４を説明する。
リフトピン２０７上に基板１００が載置されたら、基板載置台２１２を上昇させ、基板載置面２１１上に基板１００を載置し、更に図１のように、基板処理ポジションまで上昇させる。
基板処理ポジション移動工程Ｓ１０４を説明する。
リフトピン２０７上に基板１００が載置されたら、基板載置台２１２を上昇させ、基板載置面２１１上に基板１００を載置し、更に図１のように、基板処理ポジションまで上昇させる。
（成膜工程Ｓ１０６）
続いて、成膜工程Ｓ１０６を説明する。
基板載置台２１２が基板処理ポジションに移動したら、排気管２７２を介して処理室２０１から雰囲気を排気して、処理室２０１内の圧力を調整する。
続いて、成膜工程Ｓ１０６を説明する。
基板載置台２１２が基板処理ポジションに移動したら、排気管２７２を介して処理室２０１から雰囲気を排気して、処理室２０１内の圧力を調整する。
ここでは、基板１００は基板載置面２１１に載置された状態で、ヒータ２１３によって加熱される。所定の圧力に調整しつつ、基板１００の温度が所定の温度、例えば４００℃から６００℃に到達したら、ガス供給部から処理ガス、例えばＴｉＣｌ４ガスとアンモニアガスとを処理室に供給する。供給されたＴｉＣｌ４ガスとアンモニアガスによって基板１００上にチタン含有膜を形成する。チタン含有膜が所望の膜厚となるまで基板１００を処理する。
（搬送ポジション移動工程Ｓ１０８）
続いて、搬送ポジション移動工程Ｓ１０８を説明する。
所望の膜厚の膜が形成されたら、基板載置台２１２を下降させて、図３に記載の搬送ポジションＰ０に移動する。したがって、基板１００は搬送室２０６に待機される。
続いて、搬送ポジション移動工程Ｓ１０８を説明する。
所望の膜厚の膜が形成されたら、基板載置台２１２を下降させて、図３に記載の搬送ポジションＰ０に移動する。したがって、基板１００は搬送室２０６に待機される。
（温度測定工程Ｓ１１０）
続いて温度測定工程Ｓ１１０を説明する。
温度測定工程Ｓ１１０では、温度測定器２３５が処理室２０１の温度を測定する。例えば、処理室２０１の温度としてバッファ構造２３０の温度を計測する。具体的には温度測定器２３５が蓋２３１の温度を測定する。温度測定部２３７は温度測定器２３５が測定した温度データを、温度記憶部４１１に記録する。
続いて温度測定工程Ｓ１１０を説明する。
温度測定工程Ｓ１１０では、温度測定器２３５が処理室２０１の温度を測定する。例えば、処理室２０１の温度としてバッファ構造２３０の温度を計測する。具体的には温度測定器２３５が蓋２３１の温度を測定する。温度測定部２３７は温度測定器２３５が測定した温度データを、温度記憶部４１１に記録する。
成膜工程Ｓ１０６の後に温度を計測することで、成膜工程Ｓ１０６が終了するまでに上昇した処理室２０１の温度を把握できる。したがって、成膜工程Ｓ１０６の後に温度を計測することが望ましい。
なお、ここでは搬送ポジション移動工程Ｓ１０８の後に温度を計測したがそれに限るものでは無く、成膜工程Ｓ１０６後の処理室２０１の温度を把握できれば搬送ポジション移動工程Ｓ１０８の途中に温度を検出してもよい。
（ＲＣ搬出工程Ｓ１１２）
続いて基板搬出工程Ｓ１１２を説明する。
基板１００を搬送ポジションＰ０に移動したら、ゲートバルブ１４９を開として、搬送室２０６から真空搬送室１４０に基板１００を搬出する。
続いて基板搬出工程Ｓ１１２を説明する。
基板１００を搬送ポジションＰ０に移動したら、ゲートバルブ１４９を開として、搬送室２０６から真空搬送室１４０に基板１００を搬出する。
（判定Ｓ１１４）
続いて判定Ｓ１１４を説明する。
成膜工程Ｓ１０６および温度測定工程Ｓ１１０が終了したら、判定Ｓ１１４に移行する。ここでは、所定枚数の基板１００を処理した後に、次に処理する基板の有無を判断する。他のＲＣで処理した基板を含め、一ロット中の全ての基板であるｎ枚の基板を処理したと判断したら、処理を終了する。もしくは、ｎ枚の基板を処理していなくても、次に処理する基板１００が無ければ処理を終了する。次に処理する基板があれば次基板処理設定工程Ｓ１１６に移行する。
続いて判定Ｓ１１４を説明する。
成膜工程Ｓ１０６および温度測定工程Ｓ１１０が終了したら、判定Ｓ１１４に移行する。ここでは、所定枚数の基板１００を処理した後に、次に処理する基板の有無を判断する。他のＲＣで処理した基板を含め、一ロット中の全ての基板であるｎ枚の基板を処理したと判断したら、処理を終了する。もしくは、ｎ枚の基板を処理していなくても、次に処理する基板１００が無ければ処理を終了する。次に処理する基板があれば次基板処理設定工程Ｓ１１６に移行する。
（次基板処理設定工程Ｓ１１６）
続いて次基板処理設定工程Ｓ１１６を説明する。
ここでは、次に処理する基板１００に対応できるよう基板処理装置２００を設定する。例えば第ｍ基板を処理していた場合、次に処理する基板１００を処理可能なよう、設定する。設定の一例としては、次に処理する基板１００に大気搬送ロボット１２２がアクセス可能なよう切り替える。
続いて次基板処理設定工程Ｓ１１６を説明する。
ここでは、次に処理する基板１００に対応できるよう基板処理装置２００を設定する。例えば第ｍ基板を処理していた場合、次に処理する基板１００を処理可能なよう、設定する。設定の一例としては、次に処理する基板１００に大気搬送ロボット１２２がアクセス可能なよう切り替える。
なお、本工程は第ｍ基板１００をＰＭから搬出した後であるため、基板載置台２１２は搬送ポジションＰ０に待機した状態である。
（判定Ｓ１１８）
判定Ｓ１１８を説明する。ここでは、次に処理する基板１００を基板載置台２１２に載置する前に、処理室２０１での処理を所定時間待機するかどうかを判断する。具体的には、処理室２０１にガスを供給せずに、基板載置台２１２を搬送ポジションＰ０にて所定時間待機させるかどうかを判断する。判断の基準は後述する。
判定Ｓ１１８を説明する。ここでは、次に処理する基板１００を基板載置台２１２に載置する前に、処理室２０１での処理を所定時間待機するかどうかを判断する。具体的には、処理室２０１にガスを供給せずに、基板載置台２１２を搬送ポジションＰ０にて所定時間待機させるかどうかを判断する。判断の基準は後述する。
次に、所定時間待機させる理由を説明する。
成膜工程Ｓ１０６の間、ヒータ２１３は基板１００だけでなく処理室２０１も加熱してしまう。そのため、成膜工程Ｓ１０６の間、処理室２０１には熱が蓄積され、処理室２０１の温度は成膜工程Ｓ１０６の開始時に比べて高くなる。
成膜工程Ｓ１０６の間、ヒータ２１３は基板１００だけでなく処理室２０１も加熱してしまう。そのため、成膜工程Ｓ１０６の間、処理室２０１には熱が蓄積され、処理室２０１の温度は成膜工程Ｓ１０６の開始時に比べて高くなる。
一般的に、基板１００の温度は、ヒータ２１３による影響のほかに、その他の周囲の構造（例えば処理室２０１）の熱影響を受けることが知られている。そのため、次の基板処理では、前の基板処理で昇温された処理室２０１の影響を受ける。
これに関して図９を用いて説明する。図９は基板１００を連続処理した場合と基板温度との関係を説明したものであり、横軸は処理された基板１００の番号、縦軸は基板１００の温度を示す。横軸における番号１００（ｘ）は、ＲＣ内でｘ枚目に処理した基板１００を示す。なお、ｘは任意番号である。
線Ｔ１００（ｘ）は、工程Ｓ１０６における基板１００（ｘ）の温度を示す。線Ｔ１００（ｘ−２）は、ｘから見て二枚前に処理した基板１００（ｘ−２）の工程Ｓ１０６における温度を示す。線Ｔ１００（ｘ＋２）は、ｘから見て二枚後に処理した基板１００（ｘ＋２）の工程Ｓ１０６における温度を示す。線Ｔ１００（ｘ−１）、線Ｔ１００（ｘ＋１）も同様の考えである。なお、線（ｉ）は各基板１００の処理開始温度を結んだ線である。
各基板１００は、成膜工程Ｓ１０６開始時から徐々に温度が上昇し、その後所定温度に維持される。この間、基板１００上にガスが供給され、所望の膜が形成される。
前述のように、処理を行う度に処理室２０１の温度が高くなるため、次に処理される基板は、処理室２０１の温度が高い状態で搬入される。例えば、前に処理した基板１００（ｘ−２）の処理開始温度よりも、次に搬入した基板１００（ｘ−１）の処理開始温度が高くなる。したがって、基板１００を連続処理した場合、線（ｉ）のように、基板１００の処理開始温度は徐々に高くなる。
このような状況の中、発明者は鋭意研究の結果、基板１００の処理開始温度によって膜質が変わってしまうことを見出した。例えば、低温で処理した場合は、図１０（ａ）に記載のように基板１００上に最初に付着した膜成分の結晶１０１のサイズが大きく、高温の場合は図１０（ｂ）に記載のように基板１００上に最初に付着した膜成分の結晶１０２のサイズが小さくなる。
更には、結晶のサイズ（以下グレインサイズ）は膜の抵抗値と反比例することも見出した。具体的には、グレインサイズが大きいと抵抗値が小さく、グレインサイズが小さいと抵抗値が高くなる。これは、膜組成密度に依存するためと考えられる。
このような基板間の抵抗値のばらつきは、半導体製品の品質のばらつきにつながる。すなわち、歩留まりの低下につながる。特に近年の高集積化された半導体製品では、絶縁膜や金属膜等の抵抗値のばらつきの影響はより顕著である。そのため、基板１００ごとの品質を一定にすることが望ましい。ここでは、後述する待機工程Ｓ１２０を行うことで基板の処理開始温度を制御して、基板間でグレインサイズが所定サイズ以上となるよう制御する。
次に、判定Ｓ１１８の具体的な動作を説明する。ここでは、処理室２０１に搬入された基板１００が所定温度以下で処理が開始されるようであれば「Ｎｏ」と判断し、次基板処理移行工程Ｓ１２２に移行する。所定温度より高い温度で処理が開始されるようであれば、「Ｙｅｓ」と判断し、待機工程Ｓ１２０に移行する。なお、所定温度とは、例えばグレインサイズが所定サイズより大きくなる温度を示す。
図９においては、線（ｉｉ）で示す所定温度が所定サイズ以上のグレインサイズを形成する基準温度である。具体的には、処理開始温度が基準温度以下の基板１００（ｘ―２）、１００（ｘ―１）、１００（ｘ）はグレインサイズを所定サイズ以上にできる。基板１００（ｘ＋１）、１００（ｘ＋２）は基準温度よりも高い温度であるため、グレインサイズが所定サイズよりも小さくなる。
前述したように、基板１００の処理開始温度は、前の基板を処理した際の処理室２０１の温度に影響を受ける。そのため、本工程では、判断部４０７が温度記憶部４１１に記録された処理室２０１の温度と所定温度を比較して判断する。温度記憶部４１１に記録された温度は、温度測定工程Ｓ１１０で測定した温度である。
なお、ここでは温度測定工程Ｓ１１０で測定した温度と比較しているが、それに限るものでは無く、次のように判断してもよい。例えば、本装置を製造する工場等で、処理室２０１が所定温度より高くなる処理枚数を検証し、その枚数を処理したか否かで判断してもよい。この場合、所定温度に達する枚数の一枚前の基板枚数を閾値として、その閾値を満たしたかどうかを判断し、閾値に達したら待機工程Ｓ１２０に移行する。まだ閾値に達していない場合は、次基板処理移行工程Ｓ１２２に移行する。
（待機工程Ｓ１２０）
続いて待機工程Ｓ１２０を説明する。判定Ｓ１１８でＹｅｓと判断されたら、待機工程Ｓ１２０に移動する。待機工程Ｓ１２０では、ゲートバルブ１４９を閉とした状態で、成膜工程Ｓ１０６で実施していたガスの供給や加熱等の処理を停止した状態とする。更には、基板１００が搬出され、基板載置台２１２が搬送ポジションＰ０に維持された状態である。すなわち、ヒータ２１３は処理室２０１から退避された状態である。このようにして、各構成は所定時間待機される。
続いて待機工程Ｓ１２０を説明する。判定Ｓ１１８でＹｅｓと判断されたら、待機工程Ｓ１２０に移動する。待機工程Ｓ１２０では、ゲートバルブ１４９を閉とした状態で、成膜工程Ｓ１０６で実施していたガスの供給や加熱等の処理を停止した状態とする。更には、基板１００が搬出され、基板載置台２１２が搬送ポジションＰ０に維持された状態である。すなわち、ヒータ２１３は処理室２０１から退避された状態である。このようにして、各構成は所定時間待機される。
待機している間、ヒータ２１３は処理室２０１から退避されているため、処理室２０１はヒータ２１３の影響が小さくなり、処理室２０１の温度は低下する。ここでは、次に投入する基板１００の処理開始温度が、基準温度以下となるよう、所定時間待機する。
待機を開始して、所定時間が経過したら、待機工程Ｓ１２０を終了し、次基板処理移行工程Ｓ１２２に移行する。
より良くは、待機工程Ｓ１２０では、第三ガス供給部から冷却ガスを供給してもよい。冷却ガスを供給すると、処理室２０１を早期に冷却できるため、待機時間を短縮でき、基板の処理効率を高くできる。
（次基板処理移行工程Ｓ１２２）
続いて次基板処理移行工程Ｓ１２２を説明する。
待機工程Ｓ１２０が終了したら、もしくは判定Ｓ１１６でＮｏと判断されたら、次基板処理移行工程Ｓ１２２に移動する。
続いて次基板処理移行工程Ｓ１２２を説明する。
待機工程Ｓ１２０が終了したら、もしくは判定Ｓ１１６でＮｏと判断されたら、次基板処理移行工程Ｓ１２２に移動する。
ここでは、次基板処理設定工程Ｓ１１６の設定に基づいて基板処理装置２００を制御する。例えば、次の基板１００をＰＭに搬入するよう、真空搬送ロボット１７０等を制御する。
以上の説明では一つのＲＣを例にして説明したが、他のＲＣでも同様に基板１００を処理する。この場合、それぞれのＲＣで判定Ｓ１１８を含めた図８に記載のフローを実施し、処理室２０１の温度を制御する。
ここで、それぞれのＲＣでフローを実施する理由を説明する。それぞれのＲＣはヒータ２１３を有するが、処理室２０１の加熱状態にばらつきがある場合がある。例えばヒータ２１３の性能に差があったり、あるいは処理ポジションにばらつきがあったりする場合である。これら機差がある状態で、各ＲＣで基板１００を複数枚連続で処理すると、処理室の熱の蓄積量の差が生じてしまう。このようにそれぞれの処理室２０１で基板１００の加熱状態が異なるので、判定Ｓ１１８をＲＣ毎に行う必要がある。
判定Ｓ１１８をＲＣ毎に行うことで、ＲＣの加熱状態のばらつきを吸収し、全てのＲＣでグレインサイズを所定サイズ以上にできる。すなわち、ロット中のｎ毎の基板１００それぞれの処理状態のばらつきが抑制される。
（他の実施形態）
以上に、実施形態を具体的に説明したが、本技術は上述の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以上に、実施形態を具体的に説明したが、本技術は上述の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、上述した各実施形態では、基板処理装置が行う成膜処理において、第一元素含有ガス（第一の処理ガス）としてＴｉＣｌ４ガスを用い、第二元素含有ガス（第二の処理ガス）としてＮＨ３ガスを用いて、膜を形成する例を示したがそれに限るものでは無く、他の種類のガスを用いて他の種類の薄膜を形成してもよい。
また、ここでは二種類のガスを供給する例を用いたが、それに限るものでは無く、一種類のガスや３種類以上のガスを供給して膜を形成してもよい。
１００…基板、２００…基板処理装置、２０１…処理室、２１３…ヒータ、ＲＣ…リアクタ、４００…コントローラ
Claims (9)
- ｎ枚の基板を1ロットとして処理する半導体装置の製造方法であって、
ｍ枚目（ｍ＜ｎ）の基板を処理室に搬入する工程と、
前記処理室にて前記ｍ枚目の基板を加熱してグレインを有する膜を形成する工程と、
前記ｍ枚目の基板を前記処理室から搬出する工程と、
前記搬出する工程の後、前記グレインのグレインサイズが所定サイズ以上となる基準温度以下となるよう、前記処理室に前記基板が無い状態で、前記処理室での処理を所定時間待機する工程と、
前記待機する工程の後、前記処理室に次に処理する前記基板を搬入する工程と、
前記処理室にて前記次の基板を加熱して前記グレインを有する膜を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記膜を形成する工程では、前記基板は基板載置台が有する加熱部によって加熱され、
前記待機する工程では、前記基板載置台は前記処理室から退避させられる請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記膜を形成する工程を所定枚数分繰り返したら、前記待機する工程に移行する請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理室の温度が基準温度を超えたら前記待機する工程に移行する請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記待機する工程の間前記処理室を冷却する請求項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。
- 前記待機する工程の間前記処理室に熱伝導ガスを供給する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理室は複数設けられ、
前記待機する工程への移行は、前記処理室のそれぞれで判断される請求項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。 - ｎ枚の基板を1ロットとして処理する基板処理装置であって、
ｍ枚目（ｍ＜ｎ）の前記基板が搬入される処理室と、
前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室にガスを供給するガス供給部と、
前記処理室にて前記ｍ枚目の基板を加熱してグレインを有する膜を形成した後、前記ｍ枚目の前記基板を前記処理室から搬出し、
その後、前記グレインのグレインサイズが所定サイズ以上となる基準温度以下となるよう、前記処理室に前記基板が無い状態で、前記処理室での処理を所定時間待機し、
前記所定時間経過後、前記処理室に次に処理する前記基板を搬入し、前記基板を加熱して前記グレインを有する膜を形成するよう制御する制御部と、
を有する基板処理装置。 - ｎ枚の基板を1ロットとして、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であって、
ｍ枚目（ｍ＜ｎ）の前記基板を処理室に搬入する手順と、
前記処理室にて前記ｍ枚目の基板を加熱してグレインを有する膜を形成する手順と、
前記ｍ枚目の基板を前記処理室から搬出する手順と、
前記搬出する工程の後、前記グレインのグレインサイズが所定サイズ以上となる基準温度以下となるよう、前記処理室に前記基板が無い状態で、前記処理室での処理を所定時間待機する手順と、
前記待機する工程の後、前記処理室に次に処理する前記基板を搬入する手順と、
前記処理室にて前記次の基板を加熱して前記グレインを有する膜を形成する手順と、
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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