(57)【要約】【課題】バッチ式基板処理装置において、処理すべきウェーハの枚数に制限を設けることなく、ダミーウェーハの使用量を削減することができる基板処理方法、および基板処理システムを提供する。【解決手段】バッチ式基板処理装置のボート１２に搭載される被処理基板の数が、ボート１２に搭載可能な基板の最大数よりも少ない場合、プロセスガス流の上流側に被処理基板１５〜１７を詰めて搭載する。このとき、ボート１２の下流側の基板搭載位置には、ダミー基板等の基板は搭載しない。当該状態で被処理基板１５〜１７が搭載されたボート１２をインナーチューブ９内に収容し、インナーチューブ９内にプロセスガス流を形成した状態で基板処理を行う。この場合、処理時間は、予め取得された被処理基板１５〜１７の数と成膜速度との対応関係と、被処理基板上に形成すべき膜厚とから算出することができる。【選択図】図１
2008166501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向へ向かうプロセスガス流が形成される処理室内に、複数枚の基板を、前記プロセスガス流に沿って所定間隔で配列した状態で支持する基板支持具を収容し、基板処理を行う基板処理方法であって、
前記基板支持具に搭載される被処理基板の数が、前記基板支持具に搭載可能な基板の最大数よりも少ない場合、前記基板支持具に最大数の基板を搭載したときの上流端の基板搭載位置から、前記被処理基板と同数の基板搭載位置までを、基板を搭載する搭載範囲とし、前記搭載範囲よりも下流側の基板搭載位置の全てを、基板を搭載しない非搭載範囲として、前記被処理基板を前記所定間隔で前記基板支持具に搭載する工程と、
前記被処理基板が搭載された基板支持具を処理室内に収容するとともに、処理室内に前記プロセスガス流を形成した状態で基板処理を行う工程と、
を含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
複数の被処理基板群に対してそれぞれ基板処理を行う場合、
前記処理室にプロセスガスを導入するガス導入口と、前記基板支持具に搭載された被処理基板のうち前記ガス導入口に最も近い被処理基板との距離を同一として基板処理を行う請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記基板処理が成膜処理であり、当該成膜処理が前記基板支持具に搭載された被処理基板の数に応じて算出された処理時間で実施される請求項１または２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記処理時間が、予め取得された前記被処理基板の数と成膜速度との対応関係と、被処理基板上に形成すべき膜厚とから算出される請求項３記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記基板処理が、減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いた成膜処理である請求項１〜４にいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記基板処理が、熱酸化処理である請求項１〜４にいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項７】
基板上に膜を形成する処理を行う基板処理システムであって、
所定方向へ向かうプロセスガス流が形成される処理室内に、複数枚の基板を、前記プロセスガス流に沿って上流端の基板搭載位置から所定間隔で配列した状態で搭載した基板支持具を収容し、成膜処理を行う手段と、
予め取得された、前記基板支持具に搭載された被処理基板の数と成膜速度との対応関係に基づいて、前記基板支持具に搭載された被処理基板の数に対応する成膜速度を算出する手段と、
前記算出された成膜速度と前記被処理基板上に形成すべき膜厚とから、成膜処理の処理時間を算出し、当該処理時間を前記成膜手段に設定する手段と、
を備えたことを特徴とする基板処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法および基板処理システムに関し、特に、半導体装置の製造工程等において複数枚の基板を一括して処理するバッチ処理方式の基板処理方法および基板処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置の製造工程では、半導体基板上に薄膜を形成する成膜工程において、減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置として、複数枚の半導体基板を一度に処理するバッチ式の減圧ＣＶＤ装置が広く使用されている。バッチ式減圧ＣＶＤ装置は、処理室内に、複数枚の基板を所定間隔で支持したボートを収容した状態で成膜処理を行う。成膜処理を行う際には、通常、ボートの基板搭載位置の全てに半導体基板が搭載される。これは、ボート上に搭載される半導体基板の位置および数（以下、設置位置分布という。）が異なると、当該設置位置分布に依存して処理室内の温度分布が変化するためである。すなわち、半導体基板の設置位置分布が異なると、半導体基板上に堆積される薄膜の膜厚分布が変動する可能性がある。そのため、例えば、処理すべき製品ウェーハの枚数がボートの基板搭載枚数よりも少ない場合には、不足分に相当するダミーウェーハが製品ウェーハとともにボート上に搭載される。なお、製品ウェーハとは、実際に半導体集積回路が形成される半導体基板を指す。
【０００３】
図６は、標準的なバッチ式減圧ＣＶＤ装置の構造を示す概略断面図である。図６に示すように、減圧ＣＶＤ装置は、キャップ１上にＯ−リング２を介して配置された、鉛直方向に軸心を有する円筒状の金属製フランジ３を有する。フランジ３の側面にはガス導入管４と排気管５が接続されている。排気管５はバルブ６を介して真空ポンプ７に連結されている。フランジ３上には、Ｏ−リング８を介して鉛直方向の軸心を有する円筒状の石英製のチューブ１３が配置されている。チューブ１３は下端のみが開放端になっており、キャップ１、フランジ３、チューブ１３により気密された空間が処理室を構成している。
【０００４】
フランジ３内部とチューブ１３内部とにわたって、鉛直方向に軸心を有する円筒状の石英製のインナーチューブ９が収納されている。インナーチューブ９は両端が開放端になっている。インナーチューブ９の側面にはフランジ３の側面を通じてガス導入管１０が接続されている。ガス導入管１０によりインナーチューブ９内に導入されたプロセスガスは、インナーチューブ９の内側を下端から上端に流れ、次にインナーチューブ９の上端からチューブ１３とインナーチューブ９との間の空間を経由して排気管５に排出される。
【０００５】
チューブ１３の外周には、処理室内の温度を制御する環状のヒーター１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄがチューブ１３の上方側から順に配置されている。各ヒーター１１ａ〜１１ｄには、熱電対等からなる温度センサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが配設されている。温度センサ１４ａ〜１４ｄの計測値に基づいてヒーター１１ａ〜１１ｄの発熱量を調整することにより、チューブ１３内が一定温度に保持される。
【０００６】
処理対象の基板（ウェーハ）は水平を保った状態で鉛直方向に一定の間隔でボート１２に搭載される。ボート１２はキャップ１に支持されており、キャップ１と一体になってチューブ１３から出し入れされる。
【０００７】
ボート１２がチューブ１３内にセットされると、真空ポンプ７によりチューブ１３内の圧力が減圧され、一定圧力に維持される。このとき、チューブ１３内はヒーター１１ａ〜１１ｄにより一定温度に保持される。その状態でチューブ１３内にガス導入管１０からプロセスガスを導入することにより、ウェーハ上にプロセスガスに応じた膜が堆積される。
【０００８】
図６に示すように、ボート１２には、製品ウェーハ１７の他、サイドダミーウェーハ１５、モニターウェーハ１６が搭載される。サイドダミーウェーハ１５は、ボート１２の両端部（図６では、上端と下端）に複数枚搭載されるダミーウェーハである。サイドダミーウェーハ１８は、ボート１２の両端部における均熱長を確保する機能を有している。製品ウェーハ１７がシリコン（Ｓｉ）基板である場合、サイドダミーウェーハ１５には、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板やＳｉ基板が使用される。また、モニターウェーハ１６は、成膜処理により形成された膜の膜厚などのデータ取得に使用されるウェーハである。製品ウェーハ１７がＳｉ基板である場合、モニターウェーハ１６には、例えば、Ｓｉ基板やＳｉＣ基板が使用される。モニターウェーハ１６はボード１２上に少なくとも１枚搭載される。図６では、サイドダミーウェーハ１５の内側にそれぞれ配置した事例を示している。
【０００９】
また、製品ウェーハ１７、サイドダミーウェーハ１５、モニターウェーハ１６の数が、ボート１２の基板搭載位置の数に満たない場合、不足分を補充する製品ダミーウェーハ１８がボート１２に搭載される。製品ダミーウェーハ１８は、製品ウェーハ１７が搭載された領域の均熱長を確保する機能も有している。このため、製品ダミーウェーハ１８には、製品ウェーハ１７と同一の比熱を有する製品ウェーハ１７と同一材質のウェーハが使用されることが多い。また、製品ウェーハ１７がＳｉ基板である場合、製品ダミーウェーハ１８としてＳｉＣ基板が使用されることもある。なお、図６では、ボート１２上の各種ウェーハの配置範囲を模式的に示している。
【００１０】
製品ダミーウェーハ１８は、通常、複数回の成膜処理にわたって同一のウェーハが繰り返し使用される。また、成膜処理後に、製品ダミーウェーハ１８上に形成された膜が除去されることもない。したがって、製品ダミーウェーハ１８の表面には、当初、何も形成されていないが、成膜処理を経るごとに膜が堆積していく。製品ダミーウェーハ１８上の累積膜厚が大きくなると、膜剥がれなどが発生する。このような膜剥がれにより、チューブ１３内にはパーティクルが発生する。製品ウェーハ１７上へのパーティクル付着は、製造歩留まりを低下させる。このため、製品ダミーウェーハ１８は、規定の累積膜厚に相当する回数の成膜処理に使用されると、新たな製品ダミーウェーハ１８に交換される。
【００１１】
近年、半導体集積回路装置の製造工程では、ウェーハの大口径化や多品種少量生産が進み、同一バッチで処理すべきウェーハの枚数が減少している。このため、減圧ＣＶＤ装置において、処理すべき製品ウェーハ１７の数が、ボート１２の基板搭載位置の数に満たない状況が多く発生するようになっている。この結果、製品ダミーウェーハ１８の使用量が増大し、製造コストを増大させている。
【００１２】
この対策として、特許文献１には、フィルダミーウェーハ（製品ダミーウェーハ１８にあたる。）の使用量を減らす手法が提案されている。当該手法では、ボート上に各種ウェーハを、２倍ピッチ（１枚歯抜け状態）等の整数倍ピッチで等間隔に製品ウェーハを搭載する。これにより、許容範囲内での膜厚均一性を確保した状態で、ダミーウェーハの使用量を減らすことができるとされている。
【特許文献１】特開２００４−１０４０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に開示された手法では、例えば、ボート上に２倍ピッチでウェーハを搭載した場合、ボート上に最大搭載枚数のウェーハを搭載した場合よりも広い間隔で製品ウェーハが搭載される。この場合、ボートへのウェーハ装填密度の差異に起因して、厳密には、成膜速度や温度分布が変化している。このため、製品ウェーハ上に形成される膜の膜厚が大きく変化する可能性がある。
【００１４】
また、ボート上にウェーハを整数倍ピッチで配置するため、１回の成膜処理において、ボート上に搭載できるウェーハの枚数が、ボートの最大搭載枚数の整数分の一に制限される。したがって、成膜処理を行うべき製品ウェーハが、このような制限された枚数と一致しない場合には、異なる整数倍ピッチで配置した成膜処理を複数回繰り返す、あるいは製品ダミーウェーハを搭載するなどの必要がある。すなわち、特許文献１の手法によっても、解決できない場合が多い。
【００１５】
本発明は、以上のような従来の問題点を鑑みて提案されたものであって、処理すべきウェーハの枚数に制限を設けることなく、ダミーウェーハの使用量を削減することができる基板処理方法、および基板処理システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明は下記の技術的手段を採用する。まず、本発明の基板処理方法は、所定方向へ向かうプロセスガス流が形成される処理室内に、複数枚の基板をプロセスガス流に沿って所定間隔で配列した状態で支持する基板支持具を収容し、基板処理を行う基板処理方法を前提としている。そして、本発明に係る基板処理方法は、上記基板支持具に搭載される被処理基板の数が、上記基板支持具に搭載可能な基板の最大数よりも少ない場合、基板支持具の基板搭載位置に、被処理基板を上流側に詰めて搭載する。すなわち、上記基板支持具に最大数の基板を搭載したときの上流端の基板搭載位置から、被処理基板と同数の基板搭載位置までを、基板を搭載する搭載範囲とする。また、当該搭載範囲よりも下流側の基板搭載位置の全てを、基板を搭載しない非搭載範囲とする。当該状態で被処理基板が搭載された基板支持具を処理室内に収容するとともに、処理室内にプロセスガス流を形成した状態で基板処理を行う。なお、被処理基板は、基板支持具に搭載され、処理室内で基板処理が行われる全ての基板を指す。すなわち、モニター基板やダミー基板を含む。
【００１７】
以上の構成によれば、基板支持具に搭載された任意の被処理基板について、プロセスガス流の上流側に存在する他の被処理基板の数および装填密度が、基板支持具に最大数の基板を搭載した場合と同一にすることができる。このため、基板支持具に搭載された任意の被処理基板の上流側における、温度分布およびプロセスガスの分圧を、基板支持具に最大数の基板を搭載した場合と同等にすることができる。この結果、基板支持具に搭載された各被処理基板に対する処理結果の基板位置依存性を、基板支持具に最大数の基板を搭載した場合の処理結果の基板位置依存性と同一形状にすることができる。
【００１８】
上記基板処理方法を用いて、複数の被処理基板群に対してそれぞれ基板処理を行う場合、上記処理室にプロセスガスを導入するガス導入口と、基板支持具に搭載された被処理基板のうちガス導入口に最も近い被処理基板との距離を同一として基板処理を行うことが好ましい。
【００１９】
また、上記基板処理が成膜処理である場合、成膜処理は、前記基板支持具に搭載された被処理基板の数に応じて算出された処理時間で実施することができる。その処理時間は、予め取得された前記被処理基板の数と成膜速度との対応関係と、被処理基板上に形成すべき膜厚とから算出することができる。
【００２０】
これにより、基板支持具に搭載される被処理基板の数が、基板支持具に搭載可能な基板の最大数よりも少ない場合であっても、目的の膜厚を有する膜を成膜することができる。この場合、基板支持具への基板搭載枚数を最大搭載数に一致させるためのダミー基板を搭載する必要がないため、ダミー基板の使用量を大幅に削減することができる。
【００２１】
一方、他の観点では、本発明は、基板上に膜を形成する処理を行う基板処理システムを提供することができる。すなわち、本発明に係る基板処理システムは、成膜装置と、成膜速度演算部と、成膜時間演算部とを備える。成膜装置は、所定方向へ向かうプロセスガス流が形成される処理室内に、複数枚の基板を、前記プロセスガス流に沿って上流端の基板搭載位置から所定間隔で配列した状態で搭載した基板支持具を収容し、成膜処理を行う。成膜速度演算部は、予め取得された、上記基板支持具に搭載された被処理基板の数と成膜速度との対応関係に基づいて、基板支持具に搭載された被処理基板の数に対応する成膜速度を算出する。成膜時間演算部は、成膜速度演算部により算出された成膜速度と、被処理基板上に形成すべき膜厚とから、成膜処理の処理時間を算出し、当該処理時間を上記成膜装置に設定する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基板支持具に搭載される被処理基板の数が、基板支持具の最大基板搭載数よりも少ない場合に、各基板上への成膜速度を、基板支持具に搭載される基板数に比例させることができる。この結果、基板支持具への基板枚数に応じて、成膜時間を設定することで、ダミーウェーハを使用することなく、目的の膜厚を得ることができる。このため、ダミーウェーハの使用量を削減することができ、製造コストの増大を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下では、バッチ式基板処理装置を用いて、半導体基板上へ薄膜を堆積する事例により本発明を具体化している。
【００２４】
（第１の実施形態）
ここでは、本発明をバッチ式の減圧ＣＶＤ装置に適用した事例を説明する。図１は、本発明に係る基板処理方法を適用した減圧ＣＶＤ装置を示す概略断面図である。図１に示す減圧ＣＶＤ装置は、図６で示した減圧ＣＶＤ装置と同一であるため、同一の部位には同一の符号を付与し再度の説明は省略する。また、図１では、図６と同様に、ボート（基板支持具）１２上のウェーハは、各種ウェーハの搭載範囲を示すことにより模式的に示している。なお、サイドダミーウェーハ１５、モニターウェーハ１６、および製品ウェーハ１７の定義も上述したとおりである。
【００２５】
公知のように、ボート１２は、内側面に各ウェーハを等間隔で水平に支持する基板搭載位置を構成する多数の溝を備えている。例えば、２００ｍｍ径ウェーハの処理を行う一般的なバッチ式減圧ＣＶＤ装置では、ボート１２の製品ウェーハ最大搭載枚数は１５０枚程度である。また、３００ｍｍ径ウェーハの処理を行う減圧ＣＶＤ装置では、ボート１２の最大搭載枚数は５０枚程度である。なお、以下では、ボート１２に製品ウェーハ最大搭載枚数のウェーハが搭載された状態を、適宜、フルバッチ状態と記述する。
【００２６】
本実施形態の基板処理方法は、処理すべき製品ウェーハ１７の枚数がボート１２の最大搭載枚数に満たない場合に適用される。図１に示すように、本実施形態では、サイドダミーウェーハ１５、モニターウェーハ１６、および製品ウェーハ１７が、ボート１２に下詰めで配置されている。すなわち、各種ウェーハは、成膜処理中にインナーチューブ９内を流れるプロセスガス流の上流側に詰めた状態で、ボード１２に搭載される。図１の例では、サイドダミーウェーハ１５、モニターウェーハ１６、製品ウェーハ１７、モニターウェーハ１６、サイドダミーウェーハ１５が、ボート１２の下端から順に等間隔で搭載されている。したがって、ボート１２に搭載された各ウェーハの間隔は、フルバッチ状態のウェーハ間隔と同一になる。なお、サイドダミーウェーハ１５の枚数は２〜３枚とすることができる。また、モニターウェーハ１６の枚数は少なくとも１枚であれば良い。
【００２７】
また、図１から理解できるように、本実施形態では、従来の製品ダミーウェーハはボート１２上に搭載されない。すなわち、ボート１２において、サイドダミーウェーハ１５、モニターウェーハ１６、製品ウェーハ１７、モニターウェーハ１６、サイドダミーウェーハ１５が下詰めで搭載された範囲（以下、搭載範囲という。）よりも上方のウェーハ搭載位置は、ウェーハが搭載されない非搭載範囲になっている。
【００２８】
以上のように各種ウェーハを搭載したボート１２が、インナーチューブ９内に収容される。そして、ガス供給管１０からプロセスガスを導入することにより、インナーチューブ９内に下方から上方に向かうプロセスガス流が形成された状態で、成膜処理が実施される。なお、インナーチューブ９内に収容された、下端のサイドダミーウェーハ１５の位置は、フルバッチ状態でインナーチューブ９に収容されたボート１２の下端に搭載されたウェーハの位置と同一である。したがって、この位置はヒーター１１ａ〜１１ｄによる温度制御が可能な領域内にある。
【００２９】
図２は、ボート１２上に各種ウェーハを下詰めで搭載して薄膜を形成したときの膜厚分布を示す図である。図２において、横軸は膜厚に対応し、縦軸はインナーチューブ９内に収容されたボート１２上の位置に対応する。縦軸に付したＢＴＭは、ボート１２にフルバッチ状態でウェーハを搭載したときの最下端の基板搭載位置である。ＴＯＰは、ボート１２にフルバッチ状態でウェーハを搭載したときの最上端の基板搭載位置である。ＣＴＲは、ＢＴＭとＴＯＰの中間位置である。また、図２では、ボート１２に搭載するウェーハの枚数の最小単位をａ枚として、１回の成膜処理でボート１２に搭載する各種ウェーハの総枚数をａ〜６ａ枚（例えば、ａ＝２５）として変化させたそれぞれのデータを示している。なお、ボート１２に搭載するウェーハの枚数以外の成膜条件は、全て同一である。
【００３０】
図２に示すように、ウェーハを下詰めで搭載した場合、ボート１２に搭載するウェーハ枚数が変化すると、形成された膜の膜厚が変動する。しかしながら、ボート１２に搭載するウェーハ枚数が変化しても、膜厚分布は同様の形状を示している。
【００３１】
図１に示す構成の減圧ＣＶＤ装置では、プロセスガスはインナーチューブ９の下部からガス導入管１０を通じて流入する。そして、プロセスガスは、ヒーター１１ａ〜１１ｄと温度センサ１４ａ〜１４ｄにより一定温度に保持されたインナーチューブ９内を下方から上方に向かって流れていく。インナーチューブ９内を下方から上方に向かう過程で、プロセスガスはボート１２に搭載された各ウェーハの表面で成膜反応によりその一部が消費される。消費されずにインナーチューブ９の上端に到達したプロセスガスは、インナーチューブ９とチューブ１３との間の空間を通って排気管５から外部へ排出される。
【００３２】
つまり、インナーチューブ９内における成膜反応は、インナーチューブ９の下部が起点になっている。この場合、ボート１２上の任意のウェーハ位置よりも上流側で温度分布やプロセスガスの圧力分布の変動が発生すると、当該任意のウェーハ位置の上流における成膜速度が変化する。成膜速度が変化するとプロセスガスの消費量も変化する。そのため、下流側にある当該ウェーハ上に堆積される膜の成膜速度が変化してしまう。すなわち、ボート１２に搭載された任意のウェーハの上流側に搭載されるウェーハの枚数が変化すると、上流側の温度分布やプロセスガスの圧力分布が変化し、当該ウェーハの膜厚が大きく変動してしまう。
【００３３】
これに対し、本実施形態では、ウェーハを、ボート１２に下詰めで、かつフルバッチ状態と間隔を変えずに装填している。そのため、ボート１２上に搭載されたいずれのウェーハにおいても、そのウェーハよりも上流側にあるウェーハ枚数およびウェーハ装填密度は、フルバッチ状態と同一である。この結果、上流側の温度分布の形状およびプロセスガス圧力は、フルバッチ状態の場合と同様になる。このため、各ウェーハにおいて、フルバッチ状態と同一形状の膜厚分布が得られるものと推定される。
【００３４】
また、図３は、本実施形態において、成膜速度と、ボート１２に搭載したウェーハ枚数との関係を示す図である。図３において、横軸はボート１２に搭載したウェーハの枚数に対応し、縦軸は成膜速度に対応する。なお、図２と同様にボート１２に搭載するウェーハの枚数は、単位枚数ａ枚（例えば、ａ＝２５）から６ａ枚までａ枚ステップで変化させている。なお、各成膜処理は、ガス導入管１０とインナーチューブ９との接続部（ガス導入口）と、ガス導入口に最も近い被処理基板との距離を同一として実施している。
【００３５】
また、成膜速度は、各搭載枚数において、ボート１２の同一位置に載置されたウェーハ上に堆積された膜の膜厚に基づいて算出している。図３に示すように、ウェーハをボート１２上に下詰め（上流側詰め）で搭載した場合、ウェーハ枚数と成膜速度とに相関関係がある。すなわち、成膜速度は、ウェーハ枚数に対してほぼ線形に変化し、ウェーハ枚数が増大するにつれて、成膜速度が増大している。
【００３６】
これは、本実施形態では、プロセスガスの下流側（ボート１２上部側）にウェーハが存在しない非搭載範囲が設けられてことに起因していると考えられる。すなわち、非搭載範囲には、ウェーハが搭載されていないため、フルバッチ状態に比べてインナーチューブ９内の空間にプロセスガスが広がり易くなっている。この結果、インナーチューブ９内部のプロセスガスの分圧が、フルバッチ状態に比べて全体的に下がり、全体の成膜速度を遅くしていると考えられる。すなわち、ボート１２上に搭載されるウェーハの枚数が増えるとプロセス成膜ガスの分圧が高くなり、成膜速度が速くなる。逆に、ボート１２上に搭載されるウェーハの枚数が減るとプロセスガスの分圧が低くなり、成膜速度が遅くなる。
【００３７】
したがって、本実施形態では、ボート１２に搭載するウェーハの枚数がフルバッチ状態より少ない場合であっても、成膜時間をボート１２に搭載したウェーハの枚数に応じて設定することで、各ウェーハ上に目的の膜厚を有する膜を形成することができる。すなわち、製品ダミーウェーハを使用することなく、各ウェーハ上に目的の膜厚を有する膜を形成することができる。この結果、ダミーウェーハの使用を大幅に削減でき、製造コストを低減することができる。
【００３８】
以下、上述の手法により、ウェーハ上に成膜を行う基板処理システムについて説明する。図４は、上述の手法が適用される上記減圧ＣＶＤ装置が組み込まれたＣＩＭ（Computer Integrated Manufacturing）システムを示す概略構成図である。公知のように、ＣＩＭシステムでは、半導体装置の製造工程で使用される種々の製造装置や検査装置がネットワーク等を介してＣＩＭサーバ２０に接続されている。図４では、ＣＩＭシステムのうち、成膜に関わる部位だけを示している。
【００３９】
図４に示すように、本ＣＩＭシステムは、成膜速度演算部２３、および成膜時間演算部２４を備えている。成膜速度演算部２３には、図３に示したような、ボート１２に搭載されたウェーハ枚数と成膜速度との相関関係を表す成膜速度算出式が格納されている。なお、当該成膜速度算出式は、予め実験的に取得されたものである。成膜時間演算部２４は、成膜速度演算部２３により演算された成膜速度と、目標膜厚とに基づいて成膜時間を算出し、当該成膜時間を減圧ＣＶＤ装置２５に設定する。また、ＣＩＭサーバ２０は、処理枚数データベース２１および処理条件データベース２２を備えている。ここで、処理枚数データベース２１は、減圧ＣＶＤ装置２５における処理単位（バッチ）ごとの、製品ウェーハ数、サイドダミーウェーハ数、モニターウェーハ数を格納している。また、処理条件データベース２２は、各バッチに対する、目標膜厚、ヒーター温度、プロセスガス流量等の各種成膜処理条件を格納している。
【００４０】
以下、当該システムにおいて、成膜を行う手順を説明する。本システムにおいても、まず、減圧ＣＶＤ装置２５のボート１２上に、下詰めで上述の各種ウェーハが搭載される。このとき、ＣＩＭサーバ２０は、処理枚数データベース２１から、当該バッチのウェーハ構成（ボート１２に搭載された、製品ウェーハ１７の枚数、サイドダミーウェーハ１５の枚数、およびモニターウェーハ１６の枚数）を特定する。そして、ボート１２に搭載されたウェーハの総枚数を、成膜速度演算部２３に入力する。また、ＣＩＭサーバ２０は、当該バッチの処理条件を特定し、目標膜厚を成膜時間演算部２４に入力するとともに、他の条件を減圧ＣＶＤ装置２５に設定する。
【００４１】
成膜速度演算部２３は、ＣＩＭサーバ２０からウェーハ枚数が入力されると、上述のウェーハ枚数と成膜速度との対応関係（成膜速度算出式）に基づいて、入力されたウェーハ枚数に対応する成膜速度を算出する。また、成膜速度演算部２３は、算出した成膜速度を成膜時間演算部２４に入力する。
【００４２】
成膜時間演算部２４は、成膜速度演算部２３から入力された成膜速度と、ＣＩＭサーバ２０から入力された目標膜厚とから、所定の規格範囲内に入る膜厚を有する膜を形成するための成膜時間を算出する。そして、成膜時間演算部２４は算出した成膜時間を減圧ＣＶＤ装置２５に設定する。減圧ＣＶＤ装置２５は、ＣＩＭサーバ２０により設定された成膜条件、および成膜時間演算部２４により設定された成膜時間にしたがって成膜を行う。
【００４３】
なお、上記ＣＩＭシステムが備える、成膜速度演算部２３、および成膜時間演算部２４は、例えば、専用の演算回路や、プロセッサとＲＡＭやＲＯＭ等のメモリとを備えたハードウェア、および当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウェア等として実現することができる。また、上記では、ＣＩＭサーバ２０と、成膜速度演算部２３、および成膜時間演算部２４とを別装置として説明したが、各演算部２３、２４の機能はＣＩＭサーバ２０により実現されてもよい。また、以上では、設備を効率的に運用する観点から、ＣＩＭシステムを構成したが、図４に示した要素の全てを、減圧ＣＶＤ装置２５が備える構成であってもよい。
【００４４】
なお、上記では、成膜速度演算部２３は、特定の成膜条件における相関関係を格納している事例について説明したが、成膜速度演算部２３は、成膜条件に応じた相関関係を格納していることが望ましい。この場合、ＣＩＭサーバ２０は、成膜速度演算部２３に、特定した成膜条件を合わせて入力する。そして、成膜速度演算部２３は、ＣＩＭサーバ２０から入力された成膜条件により対応する対応関係を特定した後、当該対応関係に基づいて成膜速度を算出する。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、ダミーウェーハを使用することなく、各ウェーハ上に目標膜厚の膜を形成することができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、本発明をバッチ式減圧ＣＶＤ装置に適用した事例について説明した。ここでは、本発明を、バッチ式熱酸化処理装置に適用した事例について説明する。
【００４７】
図５は、シリコン基板上に熱酸化法によりシリコン酸化膜を形成する縦型熱酸化処理装置の一例を示す図である。図５に示すように、縦型熱酸化処理装置は、上述の減圧ＣＶＤ装置と同様に、キャップ１上にＯ−リング２を介して配置された、鉛直方向に軸心を有する円筒状の石英製のチューブ１３を有している。チューブ１３は下端のみが開放端になっており、キャップ１、チューブ１３により気密された空間が処理室を構成している。
【００４８】
チューブ１３の外周には、チューブ１３内部を所定の温度に制御する環状のヒーター１１ａ〜１１ｄがチューブ１３の上方側から順に配置されている。各ヒーター１１ａ〜１１ｄには、各ヒーター１１ａ〜１１ｄの温度を計測する外部熱電対２８ａ〜２８ｄが設けられている。また、各ヒーター１１ａ〜１１ｄに対応するチューブ１３内部には、当該位置のチューブ１３内温度を計測する内部熱電対２９ａ〜２９ｄが設けられている。本装置では、内部熱電対２９ａ〜２９ｄにより計測された温度、および外部熱電対２８ａ〜２８ｄにより計測された温度に基づいて、各ヒーター１１ａ〜１１ｄの発熱量を調整することにより、温度制御が行われる。
【００４９】
チューブ１３の側壁には、外部燃焼管２７と排気管５が接続されている。外部燃焼管２７には、プロセスガスを導入するガス導入管１０が接続されている。ここでは、ガス導入管１０から、水素ガスおよび酸素ガスが外部燃焼管２７に導入されている。外部燃焼管２７内に導入された水素ガスと酸素ガスは、外部燃焼管２７内で燃焼され、水蒸気としてチューブ１３内に導入される。なお、外部燃焼管２７において生成された水蒸気は、チューブ１３の内壁に沿ってチューブ１３と一体に設けられた石英製細管を通じてチューブ１３内の上部まで誘導される。そして、チューブ１３内上部の供給開口３０からチューブ１３内に水蒸気を含むガス（プロセスガス）が供給される。供給開口３０からチューブ１３内に供給された水蒸気を含むガスは、その後、チューブ内を下降し、排気管５からチューブ１３の外部に排出される。
【００５０】
当該縦型熱酸化処理装置においても、処理対象のウェーハは、上述の減圧ＣＶＤ装置と同様に、水平を保った状態で鉛直方向に一定の間隔で石英製のボート１２に搭載される。ボート１２はキャップ１に支持されており、キャップ１と一体になってチューブ１３から出し入れされる。
【００５１】
さて、本実施形態では、ボート１２に搭載すべきウェーハの総枚数がボート１２の最大搭載枚数に満たない場合、図５に示すように、サイドダミーウェーハ１５、モニターウェーハ１６、および製品ウェーハ１７が、ボート１２に上詰めで搭載される。すなわち、各種ウェーハは、熱酸化処理中にチューブ１３内を流れるプロセスガス流の上流側に詰めた状態で、ボード１２に搭載される。図５の例では、サイドダミーウェーハ１５、モニターウェーハ１６、製品ウェーハ１７、モニターウェーハ１６、サイドダミーウェーハ１５が、ボート１２の上端から順に等間隔で搭載されている。したがって、ボート１２に搭載された各ウェーハの間隔は、フルバッチ状態のウェーハ間隔と同一になる。なお、図５では、図１と同様に、ボート１２上のウェーハは、各種ウェーハの搭載範囲を示すことにより模式的に示している。また、サイドダミーウェーハ１５、モニターウェーハ１６、および製品ウェーハ１７の定義も上述したとおりである。サイドダミーウェーハ１５の枚数は２〜３枚とすることができる。また、モニターウェーハ１６の枚数は少なくとも１枚であればよい。
【００５２】
また、図５から理解できるように、本実施形態では、従来の製品ダミーウェーハはボート１２上に搭載されない。すなわち、ボート１２において、サイドダミーウェーハ１５、モニターウェーハ１６、製品ウェーハ１７、モニターウェーハ１６、サイドダミーウェーハ１５が上詰めで搭載された搭載範囲よりも下方の基板搭載位置は、ウェーハが搭載されない非搭載範囲になっている。
【００５３】
以上のように各種ウェーハを搭載したボート１２が、チューブ１３内に収容される。そして、ガス供給管１０からプロセスガスを導入することにより、チューブ１３内に上方から下方に向かうプロセスガス流が形成された状態で、熱酸化処理が実施される。なお、チューブ１３内に収容された、上端のサイドダミーウェーハ１５の位置は、フルバッチ状態でチューブ１３に収容されたボート１２の上端に搭載されたウェーハの位置と同一である。したがって、この位置はヒーター１１ａ〜１１ｄによる温度制御が可能な領域内にある。
【００５４】
縦型熱酸化処理装置ではプロセスガスである水蒸気の供給開口３０がチューブ１３内の上部に配置されているため、チューブ１３内における成膜反応は、チューブ１３の上部が起点になっている。本実施形態では、各種ウェーハを、ボート１２に上詰めで、フルバッチ状態と間隔を変えずに装填している。そのため、ボート１２上に搭載されたいずれのウェーハにおいても、そのウェーハよりも上流側にあるウェーハ枚数およびウェーハの装填密度は、フルバッチ状態と常に同一である。
【００５５】
このようにウェーハをボート１２上に搭載することにより、第１の実施の形態と同様に、上流側の温度分布の形状およびプロセスガス圧力は、フルバッチ状態の場合と同様になる。この結果、各ウェーハにおいて、フルバッチ状態と同一形状の膜厚分布を得ることができる。
【００５６】
熱酸化膜形成工程の場合、成膜温度が８００℃〜１１００℃と高温であり、またシリコン基板表面での酸化機構から考えて、製品ウェーハの搭載枚数の変動に対して酸化膜の成長速度は敏感に変動しない。このため、目標膜厚の精度がそれほど高くない場合には、ボート１２に搭載されたウェーハの総枚数がフルバッチ状態と異なる場合であっても処理時間を変更する必要がない。
【００５７】
しかしながら、目標膜厚が１ｎｍ〜５０ｎｍ程度であり、またウェーハ間の高い膜厚精度が必要な場合は、第１の実施の形態のようにウェーハ処理枚数と成膜速度の関係を予め求めておき、これに基づいて所定規格範囲内の目標膜厚が得られるように処理時間を変更することが望ましい。このような基板処理システムは、図４に示した基板処理システムと同様の構成により実現することができる。
【００５８】
なお、上述した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記では、本発明を縦型の基板処理装置に適用した事例を説明したが、横型の基板処理装置に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施形態における基板処理装置を示す概略断面図
【図２】本発明の第１の実施形態における膜厚分布を示す図
【図３】処理枚数と成膜速度の相関図
【図４】本発明の第１の実施形態における基板処理システムを示す概略構成図
【図５】本発明の第２の実施形態における基板処理装置を示す概略断面図
【図６】従来の基板処理装置を示す概略断面図
【符号の説明】
【００６０】
１  キャップ
２  Ｏ−リング
３  フランジ
４  ガス導入管
５  排気管
６  バルブ
７  真空ポンプ
８  Ｏ−リング
９  インナーチューブ
１０  ガス導入管
１１  ヒーター
１２  ボート
１３  チューブ
１４  温度センサ（熱電対等）
１５  サイドダミーウェーハ
１６  モニターウェーハ
１７  製品ウェーハ
１８  製品ダミーウェーハ
２０  ＣＩＭサーバ
２３  成膜速度演算部
２４  成膜時間演算部
２５  減圧ＣＶＤ装置
２７  外部燃焼管
２８  外部熱電対
２９  内部熱電対
【図１】
2008166501.tif 000003
【図２】
2008166501.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008166501.tif 000006
【図５】
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【図６】
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