JP6267881B2

JP6267881B2 - 基板処理方法及び制御装置

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Publication number: JP6267881B2
Application number: JP2013140155A
Authority: JP
Inventors: 裕一竹永; 克彦小森
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: JP2015015315A

Description

本発明は、基板処理方法及び制御装置に関する。

半導体デバイスの製造においては、被処理体である半導体ウェハ（以後、ウェハ）に成膜処理やエッチング処理等の各種処理を繰り返し行って、所望のデバイスを製造する。

例えば、ウェハへの成膜処理では、多数枚のウェハが棚状に保持された保持具を、縦型の熱処理装置（以後、縦型基板処理装置と呼ぶ）内に配置し、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理、酸化処理等によって、ウェハ上に膜を形成する。

従来、ウェハ上に形成された膜の（ドライ）エッチングは、例えば平行平板型のプラズマ処理装置を用いて枚葉式で実施されてきた。しかしながら、近年、スループットの向上の観点から、縦型基板処理装置内で、成膜処理及びエッチング処理の両方を実施するプロセスが提案されている。具体的には、縦型基板処理装置内で、トレンチやホール等のパターンが形成されたウェハに対して、第１の成膜処理、エッチング処理、次いで第２の成膜処理を実施し、パターンの凹部内に成膜物質を埋め込むＤＥＤ（Deposition Etch Deposition）プロセスが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

縦型基板処理装置内で成膜処理及びエッチング処理を実施することにより、多数枚のウェハを同時に、成膜処理、次いでエッチング処理することができるため、スループットが向上すると考えられる。

特開２０１２−２０９３９４号公報

近年、半導体デバイスの高速化、配線パターンの微細化、高集積化の要求に伴い、トレンチの幅やホール径が数十ｎｍ以下となっている。このような狭いトレンチやホール等のパターン内に成膜物質を成膜する場合、パターンの開口部が成膜物質で塞がれる、オーバーハングが発生しやすい。オーバーハングが発生してパターンの開口幅が狭い状態で次の成膜処理を実施した場合、成膜物質を内部に十分埋め込むことができずに、ボイド（空洞）が発生する等の問題が生じる。そのため、縦型基板処理装置内でのエッチング工程における、エッチング量の制御は重要な課題である。

上記課題に対して、縦型基板処理装置内でのエッチング工程において、所望のエッチング量に制御できる基板処理方法を提供する。

複数枚の基板を所定の間隔で多段に保持する基板保持具を配置可能な処理容器と
前記処理容器内を加熱する複数のゾーンに分割されたヒータと、
前記処理容器内に成膜ガス及びエッチングガスを導入するエッチングガス導入部と、
前記処理容器内を排気する排気部と、
を有する縦型基板処理装置と、前記縦型基板処理装置の作動を制御する制御装置と、を用いた基板処理方法であって、
前記基板処理方法は、
予め所定の凹凸パターンが形成されると共に前記凹凸パターンの凹部上に前記処理容器内において成膜物質が成膜された前記複数枚の基板の内の、前記ヒータの各々のゾーンに対応する箇所から少なくとも１枚ずつ選択される前記基板に対する前記成膜物質のエッチング量が、所望のエッチング量となるように、前記制御装置が、エッチング条件が前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す複数のプロセスモデルに基づいて、エッチング条件を算出する、算出工程と、
算出された前記エッチング条件に基づいて、前記基板をエッチング処理する、処理工程と、
を含む、基板処理方法。

縦型基板処理装置内でのエッチング工程において、所望のエッチング量に制御できる基板処理方法を提供できる。

本実施形態に係る縦型基板処理装置の一例の概略構成図である。本実施形態に係る制御装置の一例の概略構成図である。ＤＥＤプロセスの一例を説明するための概略図である。本実施形態に係る基板処理方法の一例のフロー図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

（縦型基板処理装置）
先ず、本実施形態に係る縦型基板処理装置について、説明する。本実施形態の縦型熱処理装置は、被処理体の一例としての半導体ウェハが多数枚棚状に保持された保持具を配置可能であり、多数枚の半導体ウェハを同時に成膜処理及びエッチング処理可能な基板処理装置である。

図１に、本実施形態に係る縦型基板処理装置の一例の概略構成図を示す。

本実施形態に係る縦型基板処理装置１００は、長手方向が垂直である、例えば石英製の処理容器１０２を有する。処理容器１０２は、例えば円筒体の内筒１０２ａと、この内筒１０２ａの外側に同心的に配置された有天井の外筒１０２ｂの２重管構造で構成される。

反応管１０２の下端部は、ステンレススチール等から形成されるマニホールド１０４によって、気密的に保持される。マニホールド１０４は、図示しないベースプレートに固定される構成であっても良い。

マニホールド１０４は、処理容器１０２内に、成膜処理の為の１乃至複数の成膜ガス、エッチング処理の為の１乃至複数のエッチングガスを含む処理ガスや、不活性ガス（例えばＮ_２ガス）等のパージガスを導入するガス導入部１０６を有する。なお、図１では、ガス導入部が１つ設置される構成を示したが、本発明はこの点において限定されない。例えば、後述するウェハボート１２６の高さ方向において、上部、中部、下部の３箇所にガス導入部１０６が配置することが好ましい。ガス導入部１０６を複数も設けることにより、成膜処理やエッチング処理において、半導体ウェハＷ（以後、ウェハＷと呼ぶ）の面間均一性を向上させることができる。即ち、ウェハＷの枚数、使用する処理ガスの種類、所望のプロセス条件等に応じて、１乃至複数のガス導入部１０６を有する構成とすることができる。

処理ガスの種類としては、特に限定されない。例えば、予めトレンチやホールが形成されたウェハＷに、化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いてゲート電極としての多結晶シリコン（ポリシリコン）を埋め込む場合、窒素（Ｎ_２）ガスや水素（Ｈ_２）ガス雰囲気下で、モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス等を熱分解させる。また、予めトレンチやホールが形成されたウェハＷに、絶縁膜としてのシリコン酸化膜を埋め込む場合、ＳｉＨ_４ガスと酸素（Ｏ_２）ガスを用いて蒸着させる。即ち、所望のプロセスに応じて、適宜、処理ガスを選択することができる。

ガス導入部１０６には、前述の各種ガスを処理容器１０２内に導入するための配管１１０が接続される。配管１１０には、ガス流量を各々調整するための、図示しないマスフローコントローラ等の流量調整部や、図示しないバルブ等が介設されている。

また、マニホールド１０５は、処理容器１０２内を排気するガス排気部１０８を有する。ガス排気部１０８には、処理容器１０２内を減圧制御可能な真空ポンプ１１２や、開度可変弁１１４等を有する真空排気路なる配管１１６が接続されている。

マニホールド１０５の下端部には、炉口１１８が形成されており、この炉口１１８には、例えばステンレススチール等から形成される円盤状の蓋体１２０が設けられている。この蓋体１２０は、昇降機構１２２により、昇降可能に設けられており、炉口１１８を密閉可能とすることができる。

蓋体１２０の上には、例えば石英製の保温筒１２５が設置されている。また、保温筒１２４の上には、例えば２５枚〜１５０枚程度のウェハＷを、水平状態で所定の間隔で多段に保持する、例えば石英製のウェハボート１２６が載置されている。

ウェハボート１２６は、昇降機構１２２を用いて蓋体１２０を上昇させることで、処理容器１０２内へと搬入され、このウェハボート１２６内に保持されたウェハは、各種処理が施される。また、各種処理が施された後には、昇降機構１２２を用いて蓋体１２０を下降させることで、処理容器１０２内から下方のローディングエリアへと搬出される。

また、処理容器１０２に外周側には、処理容器１０２を所定の温度に加熱制御可能な、例えば円筒形状のヒータ１２８が設けられている。

ヒータ１２８は、好ましくは複数のゾーンに分割されていて、図１に示す例では、鉛直方向上側から下側に向かって、ヒータ１２８ａ〜１２８ｅが設けられている。ヒータ１２８ａ〜１２８ｅは、各々、電力制御機１３０ａ〜１３０ｅによって独立して発熱量を制御できるように構成される。また、内筒１０２ａの内壁及び／又は外筒１０２ｂの外壁には、ヒータ１２８ａ〜１２８ｅに対応して、図示しない温度センサが設置されている。なお、ヒータ１２８の分割数は、図１に示す例に限定されず、例えば鉛直方向上側から下側に向かって、３つのゾーンに分割されていても良い。

ウェハボート１２６に載置された複数枚のウェハＷは、１つのバッチを構成し、同時に成膜処理やエッチング処理が実施される。この際、ウェハボート１２６に載置されるウェハＷの少なくとも１枚以上は、モニタウェハであることが好ましい。なお、モニタウェハは、分割されるヒータ１２８ａ〜ｅの各々に対応して配置されていることが好ましいが、各々に対応して配置されていなくても良い。例えば、５つのゾーンに、１０枚のモニタウェハを配置しても良いし、３枚のモニタウェハを配置することも可能である。

また、本実施形態に係る縦型基板処理装置１００は、その内部又は外部に、制御装置１３２を有する。外部に制御装置１３２を有する場合、制御装置１３２は、有線又は無線等の通信手段によって、縦型基板処理装置１００を制御することができる。

図２に、本実施形態に係る制御装置１３２の一例の概略構成図を示す。

図２に示すように、制御装置１３２は、モデル記憶部１３４と、レシピ記憶部１３６と、ＲＯＭ（Read-Only Memory）１３８と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１４０と、Ｉ／Ｏポート１４２と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４４と、これらを相互に接続するバス１４６とを有して構成される。

モデル記憶部１３４には、少なくとも後述するプロセスモデルが記憶されている。また、モデル記憶部１３４には、後述する熱モデルが記憶されていることが好ましい。

レシピ記憶部１３６には、この縦型基板処理装置１００で実行されるエッチング処理や成膜処理の種類に応じて制御手段を定めるプロセス用レシピが記憶されている。プロセス用レシピは、使用者が実際に行う処理毎に用意されるレシピであり、例えば、縦型基板処理装置１００へのウェハＷの搬入から、処理済みのウェハＷの搬出までの、圧力変化、温度変化、処理ガス等のガス供給の開始及び停止のタイミング、処理ガスの供給量等の処理条件を規定するものである。そして、後述するプロセスモデルと熱モデルとに基づいて決定された処理条件に基づいて、レシピを更新する。

ＲＯＭ１３８は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスク等から構成され、ＣＰＵ１４４の動作プログラム等を記憶する記憶媒体である。

ＲＡＭ１４０は、ＣＰＵ１４４のワークエリア等として機能する。

Ｉ／Ｏポート１４２は、温度、圧力、処理ガスの流量等の処理条件に関する測定信号を、ＣＰＵ１４４に供給すると共に、ＣＰＵ１４４が出力する制御信号を各部（開度可変弁１１４の図示しないコントローラ、電力制御機１３０、ガス導入部１０６に接続された図示しないマスフローコントローラ、内筒１０２ａの内壁に配置された図示しない温度センサ等）へ出力する。また、Ｉ／Ｏポート１４２には、使用者が縦型基板処理装置１００を操作する操作パネル１４８が接続されている。

ＣＰＵ１４４は、ＲＯＭ１３８に記憶された動作プログラムを実行し、操作パネル１４８からの指示に従って、レシピ記憶部１３６に記憶されているプロセス用レシピに沿って、縦型基板処理装置１００の動作を制御する。

バス１４６は、各部の間で情報を伝達する。

（基板処理方法）
［基板処理方法の概略］
次に、上述した縦型基板処理装置１００を使用した、基板処理方法について、説明する。先ず、縦型基板処理装置１００を使用した、ＤＥＤプロセスについて、図を参照して説明する。

図３に、ＤＥＤプロセスの一例を説明するための概略図を示す。図３では、トレンチやホール等のパターン２００が形成された下地膜２０２を有するウェハＷに、成膜処理及びエッチング処理を繰り返し処理することで、パターン２００に成膜物質２０４を埋め込むプロセスについて、説明する。なお、図３では、成膜処理、続くエッチング処理及び成膜処理を施すことで、成膜物質２０４を埋め込むプロセスについて説明するが、更に１乃至複数回のエッチング処理及び成膜処理を施すことによって、成膜物質２０４を埋め込むプロセスであっても良い。

先ず、図３（ａ）に示すように、トレンチやホール等のパターン２００が形成された下地膜２０２を有する複数枚のウェハＷを、ウェハボート１２６を介して、縦型基板処理装置１００内に搬入する。

そして、図３（ｂ）に示すように、所定の成膜条件によって、少なくともパターン２００上に、成膜物質２０４を成膜する。これにより、図３（ｂ）に示すように、パターン２００の深さ方向における、開口部近傍の「上部」に対応する成膜物質２０４ａの膜厚はＨ１に、底部近傍の「下部」に対応する成膜物質２０４ｃの膜厚はＨ３に、この「上部」及び「下部」の間の位置に対応する成膜物質２０４ｂの膜厚はＨ２となる。

近年、高アスペクト比のホールやトレンチに成膜物質を成膜することが要求されている。この場合、成膜処理によって、パターン２００の底部における径よりも、開口部における径が小さくなる、オーバーハングが発生しやすい。オーバーハングが発生してトレンチやホールの開口幅が狭い状態で次の成膜処理を実施した場合、成膜物質を内部に十分埋め込むことができずに、ボイド（空洞）が発生する等の問題が生じる。

そこで、本実施形態では、成膜物質２０４の、パターン２００の側壁２００ａからの膜厚を所定の膜厚となるように、成膜物質２０４をエッチングする（図３（ｃ）参照）。より具体的な例として、図３（ｃ）に示すように、パターン２００の深さ方向における、開口部近傍の「上部」に対応する成膜物質２０４ａの膜厚がＨ１'、底部近傍の「下部」に対応する成膜物質２０４ｃの膜厚がＨ３'、この「上部」及び「下部」の間の位置に対応する成膜物質２０４ｂの膜厚がＨ２'、と所定の膜厚となるように、成膜物質２０４をエッチングする。

そして、図３（ｄ）に示すように、成膜物質２０４を再度成膜することによって、パターン２００内に成膜物質２０４を完全に埋め込む。

ここで、縦型基板処理装置を使用した成膜処理の成膜条件については、既に従来から幅広く研究が行われている。そのため、下地膜２０２の種類、成膜物質２０４の種類、パターン２００の径、アスペクト比等に応じて、適切な成膜条件が既に知られている。しかしながら、ウェハＷ上に成膜された成膜物質２０４のエッチングは、従来、プラズマ処理装置を利用したプラズマエッチングや、塗布装置を利用したウェットエッチング等によって実施されてきた。そのため、縦型基板処理装置を使用した、エッチング量（又はエッチングレート）の厳密な調整については、行われていない。

エッチング量は、エッチング処理における、種々の処理条件に大きく影響を受ける。また、縦型基板処理装置では、２５枚〜１５０枚程度のウェハＷを１つのバッチを構成し、同時にエッチング処理を実施する。そのため、ヒト自身が、エッチング時のウェハ間での面間均一性及びウェハ内での面内均一性を調整し、かつ、パターン２００の深さ方向でのエッチング量を調整することは困難である。

そこで、本実施形態の基板処理方法では、後述するプロセスモデル及び／又は熱モデルを使用し、制御装置１３２によって、エッチング量を厳密に制御して、最適なエッチング条件でエッチングを実施する。

図４に、本実施形態に係る基板処理方法のフロー図の一例を示す。本実施形態に係る基板処理方法は、
予め所定のパターンが形成されると共に前記パターン上に成膜物質が成膜された前記基板に対する前記成膜物質のエッチング量が、所望のエッチング量となるように、前記制御装置がエッチング条件を算出する、算出工程（Ｓ３００）と、
算出された前記エッチング条件に基づいて、前記基板をエッチング処理する、処理工程（Ｓ３１０）と、
を有する。

なお、前述したように、制御装置１３２は、それ自身が１つの装置であっても良いし、縦型基板処理装置１００の制御部として、縦型基板処理装置１００内に組み込まれていても良い。

制御対象としては、複数のウェハＷの面間のエッチング量を調整する観点から、例えばウェハボート１２６に載置される多数枚のウェハＷの内の、ヒータ１２８ａ〜ｅの各々のゾーンに対応する箇所から１枚ずつ、合計５枚のウェハＷを選択することができる。また、ウェハＷの面内のエッチング量を調整する観点から、例えば、ウェハＷの中心部及び周縁部の２箇所を制御対象として選択することができる。さらに、ウェハＷのパターン２００の深さ方向における、エッチング量を調整する観点から、パターン２００の深さ方向における、開口部近傍の「上部」と、底部近傍の「下部」と、この上部及び下部の間の任意の位置の「中部」との３箇所を制御対象として選択することができる。しかしながら、本発明はこの点において限定されない。

［エッチング量に影響を及ぼすエッチング条件］
エッチング量に影響を及ぼすエッチング条件、即ち、制御装置１３２によるエッチング量の調整手段としては、エッチング時のウェハＷの温度、エッチングガスの流量、エッチング時の圧力（即ち、処理容器１０２内の圧力）及びエッチング時間の群から選択される、１つ以上のパラメータが挙げられる。

例えば、エッチング時のウェハＷの温度を調整することで、エッチング工程全体のエッチング量を調整することができる。また、前述したヒータ１２８ａ〜１２８ｅのゾーン間での温度を調整することで、エッチング量の面間均一性を向上させることができる。なお、エッチング時の温度は、一定であっても良いし、時間と共に冷却する又は加熱するように変化させても良い。ウェハＷの中心部と周縁部とでは温度変化の程度が異なる。具体的には、ウェハＷの周縁部は、ヒータ１２８に近いため、加熱又は冷却され易い傾向にある。また、ウェハＷの中心部は、ヒータ１２８から遠いため、加熱又は冷却され難い傾向にある。そのため、温度を変化させながらエッチングを進行させることにより、ウェハの面内でのエッチング量を調整することができる。

別の例では、エッチングガスの流量を変更することで、エッチング工程全体のエッチング量を調整することができる。また、ガス導入部１０６の数や配置を調整し、各々のガス導入部１０６でのエッチングガスの流量を調整することで、エッチング量の面間均一性及び面内均一性を向上させることができる。

また別の例では、エッチング時の圧力を調整することで、エッチング工程全体のエッチング量を調整することができる。また、エッチング時の圧力の調整は、エッチング量の面間均一性や面内均一性を向上させる手段としても有効である。

さらに別の例では、エッチング時の時間を調整することで、エッチング工程全体のエッチング量を調整することができる。

また、上述した、エッチングガスの流量、エッチング時の圧力及びエッチング時間を調整することによって、パターン２００の深さ方向で、エッチング量を調整することも可能である。

一例として、パターン２００の深さ方向において、開口部近傍の「上部」と、底部近傍の「下部」と、この上部及び下部の間の任意の位置の「中部」とを挙げ、前述したエッチング条件を変更することにより、どの箇所のエッチング量が変更されるかについて、説明する。例えば、エッチングガスの流量を変更する場合、「上部」におけるエッチング量への影響が大きく、「中部」及び「下部」におけるエッチング量への影響は相対的に小さくなる。また、エッチング時の圧力を変更する場合、前述のエッチングガス流量の場合と比較して、「中部」及び「下部」におけるエッチング量の変動への影響が大きくなる。さらに、エッチング時間を変更する場合、短期的には「上部」におけるエッチング量への影響が大きく、中期的には「中部」及び「下部」におけるエッチング量への影響も大きくなる。

以上説明したように、本実施形態の基板処理方法においては、制御装置１３２によって、エッチング時のウェハＷの温度、エッチングガスの流量、エッチング時の圧力（即ち、処理容器１０２内の圧力）及びエッチング時間の群から選択される、１つ以上のパラメータを調整する。これにより、エッチング時のウェハ間での面間均一性及びウェハ内での面内均一性を調整し、かつ、パターン２００の深さ方向でのエッチング量を調整することができる。

［プロセスモデル及び熱モデル］
本実施形態の縦型基板処理装置１００のモデル記憶部１３４に記憶されているモデルの実施形態例について、説明する。

一実施形態において、モデル記憶部１３４には、プロセスモデルとして、
（１）ウェハＷの温度が、成膜された膜のエッチング量に与える影響を表す、ウェハ温度−エッチング量モデルと、
（２）エッチングガスの流量が、成膜された膜のエッチング量に与える影響を表す、エッチングガス流量−エッチング量モデルと、
（３）処理容器１０２内の圧力が、成膜された膜のエッチング量に与える影響を表す、圧力−エッチング量モデルと、
（４）エッチングガスを供給する時間が、成膜された膜のエッチング量に与える影響を表す、エッチング時間−エッチング量モデルと、
が記憶されている。また、この場合、モデル記憶部１３４には、熱モデルとして、
（５）処理容器内のウェハＷの温度と、ヒータ１２８の設定温度、即ち、ヒータ１２８の電力制御機１３０の出力と、の関係を表す、熱モデルが記憶されている。この熱モデルは、例えば、内筒１０２ａの内壁に配置される図示しない温度センサの出力やモニタウェハＷの温度等からウェハＷの温度を推定するための熱モデルを使用することができる。

ＣＰＵ１４４は、プロセス用レシピに基づく、ウェハＷの所望のエッチング量と、モデル記憶部１３４に記憶されている上述のプロセスモデルと、に基づいて、ウェハＷのエッチング温度、エッチングガスの流量、処理容器１０２内の圧力、エッチング時間等の各種エッチング条件を算出する。この際、エッチング条件の算出は、線形計画法や２次計画法等の最適化アルゴリズムを利用して、読み出したプロセス用レシピに記憶された所望のエッチング量に基づき、ウェハＷの面内均一性、ウェハＷ間の面間均一性を満たすようなエッチング条件を、最適化アルゴリズムを利用して算出する。そして、モデル記憶部１３４に記憶されている熱モデルは、温度センサの出力等からウェハＷの温度を推定し、推定したウェハＷの温度から、ウェハＷの温度が算出されたエッチング温度となるように、電力制御機１３０に制御信号を出力して、エッチング温度を制御する。

上述したプロセスモデルや熱モデルは、プロセス条件や装置の状態等によって、デフォルトの数値が最適でない場合も考えられる。そのため、これらのモデルの少なくとも１つ以上のモデルに、各種計算を実施するソフトウェアに拡張カルマンフィルタ等を付加して学習機能を搭載し、モデルの学習を行うものであっても良い。

本実施形態のモデル記憶部１３４に記憶されているモデルの実施形態の他の例について、説明する。

他の実施形態において、モデル記憶部１３４には、プロセスモデルとして、
（６）ヒータ１２８の設定温度が、成膜された膜のエッチング量に与える影響を表す、設定温度−エッチング量モデルと、
（７）エッチングガスの流量が、成膜された膜のエッチング量に与える影響を表す、エッチングガス流量−エッチング量モデルと、
（８）処理容器１０２内の圧力が、成膜された膜のエッチング量に与える影響を表す、圧力−エッチング量モデルと、
（９）エッチングガスを供給する時間が、成膜された膜のエッチング量に与える影響を表す、エッチング時間−エッチング量モデルと、
が記憶されている。

即ち、この実施形態では、熱モデルを使用せずに、プロセスモデルのみを使用して、エッチング条件を最適化する。

ＣＰＵ１４４は、プロセス用レシピに基づく、ウェハＷの所望のエッチング量と、モデル記憶部１３４に記憶されている上述のプロセスモデルと、に基づいて、ヒータ１２８の設定温度、エッチングガスの流量、処理容器１０２内の圧力、エッチング時間等の各種エッチング条件を算出する。この際、エッチング条件の算出は、線形計画法や２次計画法等の最適化アルゴリズムを利用して、読み出したプロセス用レシピに記憶された所望のエッチング量に基づき、ウェハＷの面内均一性、ウェハＷ間の面間均一性を満たすようなエッチング条件を、最適化アルゴリズムを利用して算出する。

本実施形態においても、プロセス条件や装置の状態等によって、デフォルトの数値が最適でない場合も考えられる。そのため、これらのモデルの少なくとも１つ以上のモデルに、各種計算を実施するソフトウェアに拡張カルマンフィルタ等を付加して学習機能を搭載し、モデルの学習を行うものであっても良い。

なお、各々のプロセスモデル及び熱モデルは、当業者であれば適宜作成することができるため、本明細書内ではその詳細については割愛する。

本実施形態に係る基板処理方法を実行する場合について、説明する。本実施形態の基板処理方法は、予め所定のパターンが形成されたウェハＷが、ウェハボート１２６に載置された状態で処理容器１０２内にロードされ、所定の１回目の成膜処理が実施された後に、実行される。

本実施形態に係る基板処理方法は、先ず、オペレータが操作パネル１４８に、処理の内容、例えばパターン２００の深さ方向における、開口部近傍の「上部」、底部近傍の「下部」、及び、この上部及び下部の間の任意の位置の「中部」の各々におけるエッチング量を入力する。縦型基板処理装置を使用した、１回目の成膜処理や２回目の成膜処理等の成膜処理については、既に従来から成膜条件に関する研究が広く行われてきている。そのため、過去に既に処理されたプロセスと類似のプロセスでエッチングする場合は、エッチング量を入力するだけで、本実施形態に係る基板処理方法を実施することができる。

また、エッチング量を入力する代わりに、ウェハＷのパターン２００の側壁からの所望の膜厚を入力する構成であっても良い。この場合、図示しない検出センサ等により、ウェハＷのパターン２００の側壁からの現在の膜厚が測定され、この膜厚と所望の膜厚とからエッチング量を決定することができる。

また、操作パネル１３８に処理の内容を入力する際には、下地膜の種類、成膜物質の種類、及び／又は、ウェハＷのパターン２００に関する他の情報（例えば、ホール又はトレンチの径、アスペクト比等）を入力する構成であっても良い。

ＣＰＵ１４４は、入力があるか否かを判別し、入力があると、入力された指示内容に応答したエッチング用のレシピをレシピ記憶部１３６から読み出す。

次に、モデル記憶部１３４に記憶されている、プロセスモデル及び／又は熱モデルから、所望のエッチング量となるように（又はエッチング後のウェハＷの膜厚が目標膜厚となるように）エッチング条件が算出され、エッチング用のレシピが更新される。エッチング条件の算出は、線形計画法や２次計画法等の最適化アルゴリズムを利用して、読み出したプロセス用レシピに記憶されたエッチング量（又は目標膜厚）を満たすようなエッチング条件を、最適化アルゴリズムを利用して算出する（図４のＳ３００参照）。

次に、ＣＰＵ１４４は、決定されたエッチング用のレシピに基づいて、ヒータ１２８により処理容器１０２内の温度を、開度可変弁１１４により処理容器１０２内の圧力を設定する。そして、ＣＰＵ１４４は、レシピに従って、処理容器１０２内に所定量の処理ガスを供給し、エッチング処理を実行する（図４のＳ３１０参照）。

続いて、ＣＰＵ１４４は、エッチング処理が終了したか否かを判別する。エッチング処理が終了すると、エッチングガスの供給を停止する。そして、ＣＰＵ１４４は、２回目の成膜処理を実施して、パターンに成膜物質を埋め込む。

なお、エッチング処理の終了後は、ウェハＷをアンロードして、ウェハボート１２６に載置されたウェハＷから、少なくとも１枚以上のウェハＷを取り出し、成膜物質の膜厚に問題があるかどうかを判別する判別工程を実施しても良い。

ＣＰＵ１４４は、算出したエッチング条件を、次のエッチング処理時のエッチング条件として、ＲＡＭ１４０に格納し、レシピを更新しても良い。また、オペレータが、操作パネル１４８から、算出したエッチング条件を、次のエッチング処理時のエッチング条件として、レシピの更新を行っても良い。

以上説明したように、本実施形態に係る縦型基板処理装置及び基板処理方法は、多数枚のウェハＷを１つのバッチとして同時に処理できると共に、制御装置１３２によって最適なエッチング条件を算出し、所望のエッチング量でエッチングすることができる。そのため、ヒトの手間や時間を最小限にしながら、多数枚のウェハＷを同時に、所望のエッチング量でエッチングすることができる。

１００縦型基板処理装置
１０２処理容器
１０４マニホールド
１０６ガス導入部
１０８ガス排気部
１１０配管
１１２真空ポンプ
１１４開度可変弁
１１６配管
１１８炉口
１２０蓋体
１２２昇降機構
１２５保温筒
１２６ウェハボート
１２８ヒータ
１３０電力制御機
１３２制御装置
１３４モデル記憶部
１３６レシピ記憶部
１３８ＲＯＭ
１４０ＲＡＭ
１４２Ｉ／Ｏポート
１４４ＣＰＵ
１４６バス
１４８操作パネル
２００パターン
２０２下地膜
２０４成膜物質
Ｗ半導体ウェハ

Claims

複数枚の基板を所定の間隔で多段に保持する基板保持具を配置可能な処理容器と
前記処理容器内を加熱する複数のゾーンに分割されたヒータと、
前記処理容器内に成膜ガス及びエッチングガスを導入する処理ガス導入部と、
前記処理容器内を排気する排気部と、
を有する縦型基板処理装置と、前記縦型基板処理装置の作動を制御する制御装置と、を用いた基板処理方法であって、
前記基板処理方法は、
予め所定の凹凸パターンが形成されると共に前記凹凸パターンの凹部上に前記処理容器内において成膜物質が成膜された前記複数枚の基板の内の、前記ヒータの各々のゾーンに対応する箇所から少なくとも１枚ずつ選択される前記基板に対する前記成膜物質のエッチング量が、所望のエッチング量となるように、前記制御装置が、エッチング条件が前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す複数のプロセスモデルに基づいて、エッチング条件を算出する、算出工程と、
算出された前記エッチング条件に基づいて、前記基板をエッチング処理する、処理工程と、
を含む、基板処理方法。
前記処理工程でエッチング処理する前記成膜物質は、前記縦型基板処理装置内で成膜されたものであり、
前記処理工程の後に、前記縦型基板処理装置を用いて前記基板上に前記成膜物質を成膜し、前記凹凸パターンの前記凹部内に前記成膜物質を埋め込む、埋め込み工程を有する、
請求項１に記載の基板処理方法。
前記算出工程の前に、
前記凹凸パターンの側壁からの、前記成膜物質の膜厚を測定する、測定工程と、
前記成膜物質の前記膜厚に関する、操作者からの所望の膜厚を受信する、受信工程と、
を含み、
前記所望のエッチング量は、前記受信工程で受信した前記所望の膜厚と、前記測定工程で測定した前記膜厚と、に基づくものである、
請求項１又は２に記載の基板処理方法。
前記エッチング条件は、前記処理工程における前記基板の温度、前記処理工程における前記エッチングガスの流量、前記処理工程における前記処理容器内の圧力及び前記処理工程における処理時間の群から選択される２以上の条件を含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
前記エッチング条件は、前記処理工程における前記基板の温度、前記処理工程における前記エッチングガスの流量、前記処理工程における前記処理容器内の圧力及び前記処理工程における処理時間の群から全ての条件を含み、
前記算出工程は、
前記基板の温度が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第１のプロセスモデルと、
前記エッチングガスの流量が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第２のプロセスモデルと、
前記処理容器内の圧力が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第３のプロセスモデルと、
前記エッチングガスを供給する時間が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第４のプロセスモデルと、
前記基板の温度と、前記ヒータの設定温度と、の関係を表す、熱モデルと、
に基づいて、前記制御装置が前記エッチング条件を算出する、
請求項４に記載の基板処理方法。
前記エッチング条件は、前記処理工程における前記基板の温度、前記処理工程における前記エッチングガスの流量、前記処理工程における前記処理容器内の圧力及び前記処理工程における処理時間の群から全ての条件を含み、
前記算出工程は、
前記ヒータの設定温度が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第５のプロセスモデルと、
前記エッチングガスの流量が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第６のプロセスモデルと、
前記処理容器内の圧力が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第７のプロセスモデルと、
前記エッチングガスを供給する時間が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第８のプロセスモデルと、
に基づいて、前記制御装置が前記エッチング条件を算出する、
請求項４に記載の基板処理方法。
前記算出工程における前記所望のエッチング量は、前記凹凸パターンの深さ方向に対して、前記凹凸パターンの開口部近傍の第１の位置と、前記凹凸パターンの底部近傍の第２の位置と、前記第１の位置及び前記第２の位置の間の第３の位置と、の各々における所望のエッチング量である、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
複数枚の基板を所定の間隔で多段に保持する基板保持具を配置可能な処理容器と、
前記処理容器内を加熱する複数のゾーンに分割されたヒータと、
前記処理容器内に成膜ガス及びエッチングガスを導入する処理ガス導入部と、
前記処理容器内を排気する排気部と、
を有し、予め所定の凹凸パターンが形成された前記基板に、成膜物質の成膜処理及び前記成膜物質のエッチング処理を１回乃至複数回繰り返し処理し、繰り返し処理後に再度成膜処理を経て、前記凹凸パターンの凹部内に前記成膜物質を埋め込む縦型基板処理装置の、少なくとも前記エッチング処理を制御可能な制御装置であって、
前記制御装置は、モデル記憶部を有し、
前記モデル記憶部には、
前記基板の温度が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第１のプロセスモデルと、
前記エッチングガスの流量が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第２のプロセスモデルと、
前記処理容器内の圧力が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第３のプロセスモデルと、
前記エッチングガスを供給する時間が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第４のプロセスモデルと、
前記基板の温度と、前記ヒータの設定温度と、の関係を表す、熱モデルと、
が記憶されており、
前記制御装置は、予め所定の凹凸パターンが形成されると共に前記凹凸パターンの凹部上に成膜物質が成膜された前記複数枚の基板の内の、前記ヒータの各々のゾーンに対応する箇所から少なくとも１枚ずつ選択される前記基板に対する前記成膜物質のエッチング量が、所望のエッチング量となるように、前記第１のプロセスモデル、前記第２のプロセスモデル、前記第３のプロセスモデル、前記第４のプロセスモデル及び前記熱モデルに基づいて、エッチング条件を算出する、制御装置。
複数枚の基板を所定の間隔で多段に保持する基板保持具を配置可能な処理容器と、
前記処理容器内を加熱する複数のゾーンに分割されたヒータと、
前記処理容器内に成膜ガス及びエッチングガスを導入するエッチングガス導入部と、
前記処理容器内を排気する排気部と、
を有し、予め所定の凹凸パターンが形成された前記基板に、成膜物質の成膜処理及び前記成膜物質のエッチング処理を１回乃至複数回繰り返すことで、前記凹凸パターンの凹部内に前記成膜物質を埋め込む縦型基板処理装置の作動を制御可能な制御装置であって、
前記制御装置は、モデル記憶部を有し、
前記モデル記憶部には、
前記ヒータの設定温度が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第５のプロセスモデルと、
前記エッチングガスの流量が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第６のプロセスモデルと、
前記処理容器内の圧力が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第７のプロセスモデルと、
前記エッチングガスを供給する時間が、前記成膜物質のエッチング量に与える影響を表す、第８のプロセスモデルと、
が記憶されており、
前記制御装置は、予め所定の凹凸パターンが形成されると共に前記凹凸パターンの凹部上に成膜物質が成膜された前記複数枚の基板の内の、前記ヒータの各々のゾーンに対応する箇所から少なくとも１枚ずつ選択される前記基板に対する前記成膜物質のエッチング量が、所望のエッチング量となるように、前記第５のプロセスモデル、前記第６のプロセスモデル、前記第７のプロセスモデル及び前記第８のプロセスモデルに基づいて、エッチング条件を算出する、制御装置。