JP6046757B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム - Google Patents
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Description
以下に、本発明の一実施形態の半導体製造方法(基板処理方法とも呼ぶ)について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、処理対象となる基板としては、例えば、半導体装置(半導体デバイス)が作り込まれる半導体ウエハ基板(以下、単に「ウエハ」という。)が挙げられる。
本実施形態におけるゲート電極形成工程を、図1を用いて説明する。
図1(A)(B)を用いて説明する。図1(A)に記載のウエハ200上に形成されたPoly−Si膜101上に、後述する成膜装置を用いた成膜工程により、図(B)に記載のようにハードマスク膜としてのシリコン窒化膜(SiN膜)102を形成する。Poly−Si膜101は後にゲート電極となる層であり、被エッチング膜とも呼ぶ。ハードマスク膜102は反射防止膜としての役割も有する。
図1(C)を用いて説明する。ハードマスク膜102上に、レジスト塗布装置を用いてレジスト膜103を形成する。
図1(D)を用いて説明する。レジスト膜103上にエッチングマスク103を形成した後、露光装置にて所望のパターンを露光する。
図1(E)を用いて説明する。露光工程の後、後述するエッチング装置を用いてプラズマによるドライエッチング処理を行いPoly−Si膜101に溝を形成する。溝には、後の工程において、例えばシリコン酸化膜等で構成される絶縁膜が埋め込まれる。
図1(F)を用いて説明する。エッチング工程の後、Poly−Si膜101の上方にあるレジスト膜103、ハードマスク膜102を除去する。
続いて、ハードマスク膜を形成する基板処理装置2000を説明する。基板処理装置は、成膜装置とも呼ぶ。
本実施形態に係る基板処理装置は、処理対象となる基板に対して一枚ずつ処理を行う枚葉式の基板処理装置として構成されている。
図2に示すように、基板処理装置2000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201と、ウエハ200を処理空間201に搬送する際にウエハ200が通過する搬送空間203とが形成されている。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。
処理空間201内には、ウエハ200を支持する基板載置部210が設けられている。基板載置部210は、ウエハ200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と、基板載置台212に内包された加熱源としてのヒータ213と、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。
処理空間201の上部(ガス供給方向上流側)には、ガス分散機構としてのシャワーヘッド230が設けられている。シャワーヘッド230の蓋231にはガス導入口231a、231bが設けられる。ガス導入口231a、231bには後述するガス供給系が接続される。ガス導入孔231a、231bから導入されるガスは、シャワーヘッド230のバッファ空間232に供給される。
シャワーヘッド230の蓋231に設けられたガス導入孔231aには第一ガス供給管としてのガス供給管243aが貫通されている。ガス導入孔231bには第二ガス供給管としてのガス供給管242が接続されている。ガス供給管243aは後述するシャワーヘッド234に内包されたバッファ空間232aに接続される。ガス供給管242は、231bへの接続によって、バッファ空間232bに連通する。
第一ガス供給管243aには、上流方向から順に、第一ガス供給源243b、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)243c、及び開閉弁であるバルブ243dが設けられている。そして、第一ガス供給管243aからは、第一ガスが、MFC243c、バルブ243dを介して、バッファ室232a内に供給される。
第二ガス供給管242に接続されるガス供給管244aには、下流にRPU244eが設けられている。上流には、上流方向から順に、第二ガス供給源244b、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)244c、及び開閉弁であるバルブ244dが設けられている。そして、ガス供給管244aからは、第二ガスが、MFC244c、バルブ244d、RPU244e、ガス供給管242を介して、シャワーヘッド230内に供給される。第二ガスは、リモートプラズマユニット244eによりプラズマ状態とされ、ウエハ200上に照射される。
処理容器202の雰囲気を排気する排気系は、処理容器202に接続された排気管222を有する。排気管222は、排気バッファ室209の上面又は側方に設けられた排気孔221を介して、排気バッファ室209内に接続される。排気管222には、排気バッファ室209に連通する処理空間201内を所定の圧力に制御する圧力制御器であるAPC(Auto Pressure Controller)223が設けられる。APC223は、開度調整可能な弁体(図示せず)を有し、後述するコントローラ260からの指示に応じて排気管222のコンダクタンスを調整する。排気管222において、APC223の下流側には、排気ポンプ224が設けられる。排気ポンプ224は、排気管222を介して、排気バッファ室209及びこれに連通する処理空間201の雰囲気を排気する。また、排気管222において、APC223の下流側若しくは上流側、またはこれらの両方には、図示しないバルブが設けられる。主に、排気管222、APC223、排気ポンプ224、及び図示せぬバルブによって、ガス排気系が構成される。
続いて、図3を用いてシャワーヘッド230の詳細構造を説明する。
シャワーヘッド230は、第一のバッファ空間232aと第二のバッファ空間232bを有し、それぞれのバッファ空間の雰囲気は隔離されている。具体的には、第一のバッファ空間232aは分散板234に内包されており、分散板234の一部である上壁234aを境界として、バッファ空間232bと分けられている。
成膜装置2000は、成膜装置2000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は、演算部261及び記憶部262を少なくとも有する。コントローラ260は、上記した各構成に接続され、上位コントローラや使用者の指示に応じて記憶部262からプログラムやレシピを呼び出し、その内容に応じて各構成の動作を制御する。具体的には、コントローラ260は、ゲートバルブ205、昇降機構218、ヒータ213、MFC243c、244c、246c、247c、バルブ243d、244d、246d、247d、APC223、排気ポンプ224等の動作を制御する。
次に、成膜装置2000を用いたハードマスク膜の成膜工程(図1(B))の詳細について図4を用いて説明する。対象とするウエハには、被エッチング膜であるポリシリコン膜が成膜されている。なお、以下の説明において、成膜装置2000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。
成膜装置2000では、先ず、基板載置台212をウエハ200の搬送位置まで下降させることにより、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。続いて、ゲートバルブ205を開いて搬送空間203を移載室(図示せず)と連通させる。そして、この移載室からウエハ移載機(図示せず)を用いてウエハ200を搬送空間203に搬入し、リフトピン207上にウエハ200を移載する。これにより、ウエハ200は、基板載置台212の表面から突出したリフトピン207上に水平姿勢で支持される。
基板載置台212の内部に埋め込まれたセンターゾーンヒータ213a、アウトゾーンヒータ213bに電力を供給し、ウエハ200の表面が所定の温度分布となるよう制御される。この際、センターゾーンヒータ213a、アウトゾーンヒータ213bの温度は温度検出部216a、温度検出部216bで検出された温度情報やエッチング工程(E)後の膜情報等に基づいてヒータ213への通電具合を制御することによって調整される。このときのウエハ200の温度が、例えば250から700℃、好ましくは300から650℃、より好ましくは350から600℃の範囲内となるよう、センターゾーンヒータ213a、アウトゾーンヒータ213bを制御する。
尚、ここでは基板搬入載置工程(S102)と基板加熱工程(S104)を別工程として説明したが、それに限るものではなく、この二つの工程を平行して行っても良い。
基板加熱工程(S104)の後は、次に、処理ガス供給工程(S106)を行う。
被エッチング膜であるポリシリコン膜上にハードマスク膜としてのSiN膜を形成したら、搬入・載置工程102と逆の手順によりウエハ200を搬出する。搬出後、被エッチング膜が形成された未処理のウエハ200を処理室に搬入し、同様の処理を行う。
以上の各工程からなる成膜工程の後、処理ガス供給工程(S106)で処理したウエハ200が所定の枚数に到達したか否かを判定する(S110)。
まず、一般的なエッチング装置を説明する。エッチング工程においてプラズマによるドライエッチングを実施する場合、例えば図5のようなエッチング装置5000を用いる。エッチング装置5000は容器501内に平行平板型プラズマ電極を有し、供給されたエッチングガスはそれによってプラズマ状態とされる。図5においては、ウエハ200を載置する載置部を兼ねた下部電極502と、ガスを供給するシャワーヘッドを兼ねた上部電極503が平行平板電極として構成される。電極にはそれぞれ電源が接続されている。
以下、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、
処理室と、
前記処理室にハードマスク形成ガスを供給するガス供給部と、
被エッチング膜が形成された第nロットの基板Wnが載置される基板載置部と、
前記基板載置部に内包された加熱部と、
前記第nロットより前に処理された第mロットの基板Wmのエッチング情報に基づいて前記加熱部の温度分布を制御する制御部と
を有する基板処理装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、
前記基板Wmのエッチング情報が、基板の中心である中心面と、前記中心面の外周である外周面とにおけるエッチングレート情報か、もしくは前記中心面と前記外周面とにおける被エッチング膜の幅の情報である付記1に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記基板Wmのエッチング情報が、前記外周面のエッチングレートが前記中心面のエッチングレートよりも高いことを示す情報である場合、前記基板Wnに形成されるハードマスク膜の前記外周面の膜厚が、前記中心面の膜厚よりも厚くなるよう前記温度分布を制御する
付記2に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記加熱部は、前記中心面を加熱するセンターゾーンヒータと、前記外周面を加熱するアウトゾーンヒータとを有し、
前記温度分布を制御する際、前記アウターゾーンヒータの温度をセンターゾーンヒータの温度よりも高くするよう制御する付記3に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記温度分布を制御する際、前記基板Wnのハードマスク膜を形成する際の前記アウターゾーンヒータの温度を、前記基板Wmでハードマスク膜を形成した際の温度よりも高くなるよう制御する付記4記載の基板処理装置が提供される
本発明の更に他の態様によれば、
前記温度分布を制御する際、前記センターゾーンヒータの温度が前記基板Wmでハードマスク膜を形成した際の温度を維持するよう制御する付記5記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記基板Wmのエッチング情報が、前記外周面における被エッチング膜の幅が前記中心面よりも狭いことを示す情報である場合、前記基板Wnに形成されるハードマスク膜の基板外周の膜厚が、基板外周面の膜厚よりも厚くなるよう前記温度分布を制御する
付記2記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記加熱部は、前記中心面を加熱するセンターゾーンヒータと、前記外周面を加熱するアウトゾーンヒータとを有し、
前記温度分布を制御する際、前記アウトゾーンヒータの温度を前記センターゾーンヒータの温度よりも高くするよう制御する付記7記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記温度分布を制御する際、前記アウトゾーンヒータ温度が前記基板Wmでハードマスク膜を形成した際の温度よりも高くなるよう制御する
付記8記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記温度分布を制御する際、前記センターゾーンヒータの温度が、前記基板Wmでハードマスク膜を形成した際の温度を維持するよう制御する付記9記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記基板Wmのエッチング情報が、前記外周面におけるエッチングレートが前記中心面におけるエッチングレートよりも小さいことを示す情報である場合、前記基板Wnに形成されるハードマスク膜の前記中心面の膜厚が前記外周面の膜厚よりも厚くなるよう前記温度分布を制御する付記2に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記加熱部は、前記中心面を加熱するセンターゾーンヒータと、前記外周面を加熱するアウトゾーンヒータとを有し、
前記温度分布を制御する際、前記センターゾーンヒータの温度をアウトゾーンヒータの温度よりも高くするよう制御する付記11に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記温度分布を制御する際、前記センターゾーンヒータの温度が、前記基板Wmでハードマスク膜を形成した際の温度よりも高くなるよう制御する付記12に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記温度分布を制御する際、前記アウターゾーンヒータの温度が、前記基板Wmでハードマスク膜を形成した際の温度を維持するよう制御する請求項13に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記基板Wmのエッチング情報が、前記外周面における被エッチング膜の幅が前記中心面における幅よりも広いことを示す情報である場合、前記基板Wnに形成されるハードマスク膜の前記中心面の膜厚が前記外周面の膜厚よりも厚くなるよう前記温度分布を制御する
付記2に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記温度分布を制御する際、前記センターゾーンヒータの温度を前記アウターゾーンヒータの温度よりも高くするよう制御する付記15に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記温度分布を制御する際、前記センターゾーンヒータの温度が、前記基板Wmでハードマスク膜を形成した際の温度よりも高くなるよう制御する付記17に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記温度分布を制御する際、前記アウターゾーンヒータの温度が、前記基板Wmでハードマスク膜を形成した際の温度を維持するよう制御する付記17に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記ハードマスク膜はシリコン窒化膜である付記1から18の内、いずれか一項に記載の基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
前記被エッチング膜は、ゲート電極層である請求項1から19の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
本発明の更に他の態様によれば、
処理室に内包された基板載置部に、被エッチング膜が形成された第nロットの基板Wnを載置する工程と、
前記第nロットより前に処理された第mロットの基板Wmのエッチング情報に基づいて、前記基板Wnの面内温度分布を制御する工程と、
前記処理室にハードマスク形成ガスを供給する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
処理室に内包された基板載置部に、被エッチング膜が形成された第nロットの基板Wnを載置する工程と、
前記第nロットより前に処理された第mロットの基板Wmのエッチング情報に基づいて、前記基板Wnの面内温度分布を制御する工程と、
前記処理室にハードマスク形成ガスを供給する工程と
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
処理室に内包された基板載置部に、被エッチング膜が形成された第nロットの基板Wnを載置する工程と、
前記第nロットより前に処理された第mロットの基板Wmのエッチング情報に基づいて、前記基板Wnの面内温度分布を制御する工程と、
前記処理室にハードマスク形成ガスを供給する工程と
をコンピュータに実行させるプログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体が提供される。
200・・・ウエハ(基板)
201・・・処理空間
209・・・排気バッファ室
211・・・基板載置面
222・・・排気管
230・・・シャワーヘッド
Claims (9)
- 処理室と、
前記処理室にハードマスク形成ガスを供給するガス供給部と、
被エッチング膜が形成された第nロットの基板Wnが載置される基板載置部と、
前記基板載置部に内包された加熱部と、
前記第nロットより前に処理された第mロットの基板Wmのエッチング情報に基づいて前記加熱部の温度分布を制御する制御部とを有し、
前記基板Wmのエッチング情報が、基板の中心である中心面と前記中心面の外周である外周面とにおけるエッチングレート情報か、もしくは前記中心面と前記外周面とにおける被エッチング膜の幅の情報であって、
前記制御部は、
前記基板Wmのエッチング情報が、前記外周面のエッチングレートが前記中心面のエッチングレートよりも高いこと、もしくは前記外周面の被エッチング膜の幅が前記中心面よりも狭いこと、を示す情報である場合、
前記基板Wnに形成されるハードマスク膜の前記外周面の膜厚が、前記中心面の膜厚よりも厚くなるよう前記温度分布を制御し、
前記基板Wmのエッチング情報が、前記外周面のエッチングレートが前記中心面のエッチングレートよりも小さいことを示すこと、もしくは前記外周面の被エッチング膜の幅が前記中心面の幅よりも広いこと、を示す情報である場合、
前記基板Wnに形成されるハードマスク膜の前記中心面の膜厚が、前記外周面の膜厚よりも厚くなるよう前記温度分布を制御する
基板処理装置。 - 前記加熱部は、前記中心面を加熱するセンターゾーンヒータと、前記外周面を加熱するアウトゾーンヒータとを有し、
前記基板Wmのエッチング情報が、前記外周面のエッチングレートが前記中心面のエッチングレートよりも高いこと、もしくは前記外周面の被エッチング膜の幅が前記中心面よりも狭いこと、を示す情報である場合、
前記温度分布を制御する際、前記アウトゾーンヒータの温度を前記センターゾーンヒータの温度よりも高くするよう制御する請求項1に記載の基板処理装置。 - 前記温度分布を制御する際、前記基板Wnのハードマスク膜を形成する際の前記アウトゾーンヒータの温度が、前記基板Wmでハードマスク膜を形成した際の温度よりも高くなるよう制御する請求項2に記載の基板処理装置。
- 前記加熱部は、前記中心面を加熱するセンターゾーンヒータと、前記外周面を加熱するアウトゾーンヒータとを有し、
前記基板Wmのエッチング情報が、前記外周面のエッチングレートが前記中心面のエッチングレートよりも小さいことを示すこと、もしくは前記外周面の被エッチング膜の幅が前記中心面の幅よりも広いこと、を示す情報である場合、
前記温度分布を制御する際、前記センターゾーンヒータの温度を前記アウトゾーンヒータの温度よりも高くするよう制御する請求項1に記載の基板処理装置。 - 前記温度分布を制御する際、前記基板Wnのハードマスク膜を形成する際の前記センターゾーンヒータの温度が、前記基板Wmでハードマスク膜を形成した際の温度よりも高くなるよう制御する請求項4に記載の基板処理装置。
- 前記ハードマスク膜はシリコン窒化膜である請求項1から5の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 前記被エッチング膜は、ゲート電極層である請求項1から6の内、いずれか一項に記載の基板処理装置。
- 処理室に内包された基板載置部に、被エッチング膜が形成された第nロットの基板Wnを載置する工程と、
前記第nロットより前に処理された第mロットの基板Wmのエッチング情報に基づいて、前記基板Wnの面内温度分布を制御する工程と、
前記処理室にハードマスク形成ガスを供給する工程とを有し、
前記基板Wmのエッチング情報が、基板の中心である中心面と前記中心面の外周である外周面とにおけるエッチングレート情報か、もしくは前記中心面と前記外周面とにおける被エッチング膜の幅の情報であって、
前記面内温度分布を制御する工程では、
前記基板Wmのエッチング情報が、前記外周面のエッチングレートが前記中心面のエッチングレートよりも高いこと、もしくは前記外周面の被エッチング膜の幅が前記中心面よりも狭いこと、を示す情報である場合、
前記基板Wnに形成されるハードマスク膜の前記外周面の膜厚が、前記中心面の膜厚よりも厚くなるよう前記温度分布を制御し、
前記基板Wmのエッチング情報が、前記外周面のエッチングレートが前記中心面のエッチングレートよりも小さいことを示すこと、もしくは前記外周面の被エッチング膜の幅が前記中心面の幅よりも広いこと、を示す情報である場合、
前記基板Wnに形成されるハードマスク膜の前記中心面の膜厚が前記外周面の膜厚よりも厚くなるよう前記温度分布を制御する
半導体装置の製造方法。 - 処理室に内包された基板載置部に、被エッチング膜が形成された第nロットの基板Wnを載置する処理と、
前記第nロットより前に処理された第mロットの基板Wmのエッチング情報に基づいて、前記基板Wnの面内温度分布を制御する処理と、
前記処理室にハードマスク形成ガスを供給する処理とを有し、
前記基板Wmのエッチング情報が、基板の中心である中心面と前記中心面の外周である外周面とにおけるエッチングレート情報か、もしくは前記中心面と前記外周面とにおける被エッチング膜の幅の情報であって、
前記面内温度分布を制御する処理では、
前記基板Wmのエッチング情報が、前記外周面のエッチングレートが前記中心面のエッチングレートよりも高いこと、もしくは前記外周面の被エッチング膜の幅が前記中心面よりも狭いこと、を示す情報である場合、
前記基板Wnに形成されるハードマスク膜の前記外周面の膜厚が、前記中心面の膜厚よりも厚くなるよう前記温度分布を制御し、
前記基板Wmのエッチング情報が、前記外周面のエッチングレートが前記中心面のエッチングレートよりも小さいことを示すこと、もしくは前記外周面の被エッチング膜の幅が前記中心面の幅よりも広いこと、を示す情報である場合、
前記基板Wnに形成されるハードマスク膜の前記中心面の膜厚が前記外周面の膜厚よりも厚くなるよう前記温度分布を制御する
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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