特許 6046757 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6046757

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20161212BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 105A

   H01L21/302 101G

【請求項の数】9

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-32843(P2015-32843)

(22)【出願日】2015年2月23日

(65)【公開番号】特開2016-72596(P2016-72596A)

(43)【公開日】2016年5月9日

【審査請求日】2015年9月17日

(31)【優先権主張番号】特願2014-199910(P2014-199910)

(32)【優先日】2014年9月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(72)【発明者】

【氏名】須田 敦彦

(72)【発明者】

【氏名】島本 聡

(72)【発明者】

【氏名】大橋 直史

【審査官】 鈴木 聡一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２５８１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１７７０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８１４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１７１９５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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。

【請求項6】

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。

【請求項7】

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。

【請求項8】

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。

【請求項9】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体装置は高集積化の傾向にある。それに伴い、半導体装置に採用されるトランジスタのパターンサイズが著しく微細化されている。例えばトランジスタのゲート電極を形成する際に実施する。ゲート電極の幅は、４５ｎｍ世代トランジスタの場合、例えば４０ｎｍ未満が求められている。これらのパターンは、ハードマスクやレジストの形成工程、リソグラフィ工程、エッチング工程等で形成している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

ところでトランジスタを複数採用する半導体装置の場合、性能のばらつきを抑えるため各トランジスタの性能を均一にすることが求められている。性能を均一にするためには、トランジスタの特性を左右するチャネル長さに相当するゲート電極幅を均一にすることが望ましい。ゲート電極幅のばらつきの許容値は、例えばゲート電極幅の約１０％程度と言われている。

【0004】

そこで本発明は、トランジスタの特性のばらつきを抑制することが可能な構成を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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構成が提供される。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、ゲート電極幅のばらつきを抑制することが可能な構成を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一実施形態に係るゲート電極の形成方法を説明する説明図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る枚葉式の成膜装置の概略構成図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る枚葉式の成膜装置のシャワーヘッドを説明する説明図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る成膜工程を説明するフロー図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るエッチング装置を説明する説明図である。

【図6】エッチング工程を実施した基板を説明する説明図である。

【図7】エッチング工程を実施した基板を説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

＜本発明の第一実施形態＞
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。

【0009】

（１）ゲート電極形成工程
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。

【0010】

（ハードマスク膜形成工程）
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。

【0011】

ここで、ハードマスク層を形成する理由を説明する。近年の微細化に伴い、後述するレジスト形成工程ではレジストの薄膜化が求められている。然しながら、薄膜化に伴ってレジストのエッチング耐性が劣化するため、エッチング工程中にレジストが消失してしまうことがある。そこで、レジストの下部に位置する反射防止膜等に、エッチング耐性の高いハードマスクを用いる手法がとられている。

【0012】

（レジスト膜形成工程）
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。

【0013】

（露光工程）
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。

【0014】

（エッチング工程）
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。

【0015】

（レジスト膜・ハードマスク膜除去工程）
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。

【0016】

以上のようにしてウエハ２００上に複数のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１を形成する。

【0017】

（２）基板処理装置（成膜装置）の構成
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。

【0018】

以下、本実施形態に係る基板処理装置の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係る枚葉式の基板処理装置の概略構成図である。

【0019】

（処理容器）
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。

【0020】

上部容器２０２ａの内部の外周端縁近傍には、排気バッファ室２０９が設けられている。

【0021】

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。

【0022】

（基板載置部）
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。

【0023】

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となっている。なお、シャフト２１７の下端部の周囲はベローズ２１９により覆われており、処理容器２０２内は気密に保持されている。

【0024】

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に対向する位置（ウエハ搬送位置）まで下降し、ウエハ２００の処理時には、図１で示されるように、ウエハ２００が処理空間２０１内の処理位置（ウエハ処理位置）となるまで上昇する。

【0025】

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。

【0026】

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、アウトゾーンヒータ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。

【0027】

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。

【0028】

基板載置台２１３には、ウエハ２００の温度を計測する温度計測器２１６ａと温度計測器２１６ｂが内包される。温度計測器２１６ａはセンターゾーンヒータ２１３ａ近傍の温度を計測するよう、基板載置台２１２の中心部に設けられる。温度計測器２１６ｂはアウトゾーンヒータ２１３ｂ近傍の温度を計測するよう、基板載置台２１２の外周部に設けられる。温度計測器２１６ａ、温度計測器２１６ｂは温度情報受信部２１６ｃに接続される。各温度計測器で計測した温度は、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後述するエッチング情報に基づきヒータ温度を制御する。なお、温度計測器２１６ａ、温度計測器２１６ｂ、温度情報受信部２１６ｃをまとめて温度検出部２１６とする。

【0029】

（シャワーヘッド）
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。

【0030】

バッファ空間２３２は、第一のバッファ空間２３２ａと第二のバッファ空間２３２ｂとを有する。第一のバッファ空間２３２ａは分散板２３４に内包される。第二のバッファ空間２３２ｂは、蓋２３１と分散板２３４の間に構成される。

【0031】

シャワーヘッド２３０は、分散板２３４を備えている。分散版２３４は、ガス導入孔２３１ａ、２３１ｂから供給されるガスを分散させる。この分散板２３４の上流側がバッファ空間２３２ｂであり、下流側が処理空間２０１である。分散板２３４には、後述するように複数の貫通孔２３４ｃ、貫通孔２３４ｄが設けられている。分散板２３４は、基板載置面２１１と対向するように配置されている。

【0032】

（ガス供給系）
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。

【0033】

ガス供給管２４２には、リモートプラズマユニット（ＲＰＵ）２４４ｅを介してガス供給管２４４ａが接続される。

【0034】

第一ガス供給管２４３ａを含む第一ガス供給系２４３からは第一のガスが主に供給され、第二ガス供給管２４２、ガス供給管２４４ａを含む第二ガス供給系２４２からは第二のガスが主に供給される。

【0035】

（第一ガス供給系）
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。

【0036】

第一ガスは、処理ガスの一つであり、例えばＳｉ（シリコン）元素を含む原料であるヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガスである。なお、第一ガスとしては、常温常圧で固体、液体、及び気体のいずれであっても良い。第一ガスが常温常圧で液体の場合は、第一ガス供給源２４３ｂとマスフローコントローラ２４３ｃとの間に、図示しない気化器を設ければよい。ここでは気体として説明する。

【0037】

主に、第一ガス供給管２４３ａ、ＭＦＣ２４３ｃ、バルブ２４３ｄにより、第一ガス供給系２４３が構成される。なお、第一ガス供給系２４３は、第一ガス供給源２４３ｂ、後述する第一不活性ガス供給系を含めて考えてもよい。また、第一ガス供給系２４３は、処理ガスの一つである第一ガスを供給するものであることから、処理ガス供給系の一つに該当する。

【0038】

第一ガス供給管２４３ａのバルブ２４３ｄよりも下流側には、第一不活性ガス供給管２４６ａの下流端が接続されている。第一不活性ガス供給管２４６ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４６ｂ、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）２４６ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４６ｄが設けられている。そして、第一不活性ガス供給管２４６ａからは、不活性ガスが、ＭＦＣ２４６ｃ、バルブ２４６ｄ、第一ガス供給管２４３ａを介して、バッファ空間２３２ａ内に供給される。

【0039】

不活性ガスは、第一ガスのキャリアガスとして作用するもので、第一ガスとは反応しないガスを用いることが好ましい。具体的には、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスを用いることができる。また、Ｎ_２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いることができる。

【0040】

主に、第一不活性ガス供給管２４６ａ、ＭＦＣ２４６ｃ及びバルブ２４６ｄにより、第一不活性ガス供給系が構成される。なお、第一不活性ガス供給系は、不活性ガス供給源２４６ｂ、第一ガス供給管２４３ａを含めて考えてもよい。また、第一不活性ガス供給系は、第一ガス供給系２４３に含めて考えてもよい。

【0041】

（第二ガス供給系）
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。

【0042】

第二ガスは、処理ガスの一つであり、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスが用いられる。

【0043】

主に、第二ガス供給管２４２、ガス供給管２４４ａ、ＭＦＣ２４４ｃ、バルブ２４４ｄにより、第二ガス供給系２４４が構成される。なお、第二ガス供給系２４４は、第二ガス供給源２４４ｂ、ＲＰＵ２４４ｅ、後述する第二不活性ガス供給系を含めて考えてもよい。また、第二ガス供給系２４４は、処理ガスの一つである第二ガスを供給するものであることから、処理ガス供給系の他の一つに該当することになる。

【0044】

ガス供給管２４４ａのバルブ２４４ｄよりも下流側には、第二不活性ガス供給管２４７ａの下流端が接続されている。第二不活性ガス供給管２４７ａには、上流方向から順に、不活性ガス供給源２４７ｂ、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）２４７ｃ、及び開閉弁であるバルブ２４７ｄが設けられている。そして、第二不活性ガス供給管２４７ａからは、不活性ガスが、ＭＦＣ２４７ｃ、バルブ２４７ｄ、ガス供給管２４４ａ、ＲＰＵ２４４ｅ、第二ガス供給管２４２を介して、シャワーヘッド２３０内に供給される。

【0045】

不活性ガスは、第二ガスのキャリアガス又は希釈ガスとして作用するものである。具体的には、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスを用いることができる。また、Ｎ_２ガスのほか、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いてもよい。

【0046】

主に、第二不活性ガス供給管２４７ａ、ＭＦＣ２４７ｃ、及びバルブ２４７ｄにより、第二不活性ガス供給系が構成される。なお、第二不活性ガス供給系は、不活性ガス供給源２４７ｂ、第二ガス供給管２４３ａ、ＲＰＵ２４４ｅを含めて考えてもよい。また、第二不活性ガス供給系は、第二ガス供給系２４４に含めて考えてもよい。

【0047】

主に、第一ガス供給系、第二ガス供給系によりガス供給部が構成される。なお、不活性ガス供給系、シャワーヘッドをガス供給部に含めて考えてもよい。更には、第一ガスと第二ガスをまとめてハードマスク形成ガスと呼んでも良い。

【0048】

（ガス排気系）
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。

【0049】

（シャワーヘッド）
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。

【0050】

分散板２３４は処理空間２０１と接する下壁２３４ｂを有する。下壁２３４ｂには、第一のバッファ空間２３２ａと連通する複数の貫通孔２３４ｃが設けられている。更には、第二のバッファ空間２３２ｂと連通する複数の貫通孔２３４ｄが設けられている。貫通孔２３４ｃと貫通孔２３４ｄは、径方向に交互に設けられており、それぞれの貫通孔から供給されるガスが、均一にウエハ２００上に供給されるよう構成されている。なお、貫通孔２３４ｄは上壁２３４ａと下壁２３４ｂを接続する柱２３４ｅに内包されている。

【0051】

第一のガス供給管２４３ａは、ガス導入孔２３１ａ、バッファ空間２３２ｂを介して上壁２３４ａに接続される。接続されることで、第一のガス供給管２４３ａは第一のバッファ空間２３２ａに連通される。

【0052】

第一のバッファ空間２３２ａは、貫通孔２３４ｄを内包する柱２３４ｅを有すると共に、径方向に連通した空間である。第一ガス供給管２４３ａから供給されたガスは第一のバッファ空間２３２ａで分散され、複数の分散孔２３４ｃを介して処理空間２０１に供給される。

【0053】

第二のバッファ空間２３２ｂは、上壁２３４ａと天井２３１との間に構成される。上壁２３４ａには貫通孔２３４ｄが設けられており、ガス供給管２４２と貫通孔２３４ｄは連通されている。ガス供給管２４２から供給されたガスは貫通孔２３４ｄを介して処理空間２０１に供給される。

【0054】

（コントローラ）
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。

【0055】

コントローラ２６０は、工場内の上位装置に接続されている。コントローラ２６０は、本成膜装置とは異なる装置であるエッチング装置でのエッチング工程の基板処理に関する情報等を受信可能としている。コントローラ２６０は、本成膜装置の情報に基づいたスタンドアローンの制御だけでなく、他の工程で使用した装置の情報に基づいて各構成の動作を制御可能とする。

【0056】

なお、コントローラ２６０は、専用のコンピュータとして構成してもよいし、汎用のコンピュータとして構成してもよい。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等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）を用意し、その外部記憶装置２６３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。

【0057】

また、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２６３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２６３を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶部２６２や外部記憶装置２６３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２６２単体のみを含む場合、外部記憶装置２６３単体のみを含む場合、又は、その両方を含む場合がある。

【0058】

（３）成膜工程
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。

【0059】

ここでは、第一ガス（第一の処理ガス）としてＨＣＤＳガスを用い、第二ガス（第二の処理ガス）としてＮＨ_３ガスを用いて、ウエハ２００上にシリコン含有膜としてＳｉＮ（シリコン窒化）膜を形成する例について説明する。なお、ＳｉＮ膜はハードマスク層１０２として形成される。

【0060】

（基板搬入載置工程：Ｓ１０２）
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。

【0061】

処理容器２０２内にウエハ２００を搬入したら、ウエハ移載機を処理容器２０２の外へ退避させ、ゲートバルブ２０５を閉じて処理容器２０２内を密閉する。その後、基板載置台２１２を上昇させることにより、基板載置台２１２に設けられた基板載置面２１１上にウエハ２００を載置させ、さらに基板載置台２１２を上昇させることにより、前述した処理空間２０１内の処理位置までウエハ２００を上昇させる。

【0062】

ウエハ２００が搬送空間２０３に搬入された後、処理空間２０１内の処理位置まで上昇すると、ガス排気系におけるバルブを開き、排気バッファ室２０９とＡＰＣ２２３の間を連通させるとともに、ＡＰＣ２２３と排気ポンプ２２４の間を連通させる。ＡＰＣ２２３は、排気管２２２のコンダクタンスを調整することで、排気ポンプ２２４による排気バッファ室２０９の排気流量を制御し、排気バッファ室２０９に連通する処理空間２０１を所定の圧力に維持する。なお、他の排気系のバルブは閉状態を維持する。また、第一ガス排気系におけるバルブを閉じるときは、ＴＭＰの上流側に位置するバルブを閉状態とした後、ＴＭＰの下流側に位置するバルブを閉状態とすることで、ＴＭＰの動作を安定に維持する。

【0063】

（基板加熱工程：Ｓ１０４）
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。

【0064】

このようにして、ウエハ２００の表面温度が所定の範囲内となるように制御する。
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。

【0065】

（成膜工程：Ｓ１０６）
基板加熱工程（Ｓ１０４）の後は、次に、処理ガス供給工程（Ｓ１０６）を行う。

【0066】

処理ガス供給工程（Ｓ１０６）では、先ず、バルブ２４３ｄを開とすると共に、ＭＦＣ２４３ｃを制御して、所定流量の第一のガスであるＨＣＤＳガスを供給する。それと並行して、バルブ２４４ｄを開とすると共に、ＭＦＣ２４３ｃを制御して、所定流量の第二のガスを供給する。このとき、事前に起動したＲＰＵ２４４ｅを介することから、第二のガスであるアンモニアガスはプラズマ状態で処理空間２０１に供給される。

【0067】

具体的には、第一の処理ガス（ＨＣＤＳ）を供給する際は、バルブ２４３ｄを開くとともに、第一ガスの流量が所定流量となるようにマスフローコントローラ２４３ｃを調整することで、処理空間２０１内への第一ガスの供給を開始する。第一ガスの供給流量は、例えば１００〜５００ｓｃｃｍである。第一ガスは、シャワーヘッド２３０により分散されて処理空間２０１内のウエハ２００上に均一に供給される。このとき、第一の処理ガスは、熱エネルギーの影響が支配的なガスを用いることが望ましい。熱エネルギーが支配的なため、後述する温度分布制御による膜厚制御が容易なためである。

【0068】

このとき、第一不活性ガス供給系のバルブ２４６ｄを開き、第一不活性ガス供給管２４６ａから不活性ガス（Ｎ_２ガス）を供給する。不活性ガスの供給流量は、例えば５００〜５０００ｓｃｃｍである。なお、パージガス供給系の第三ガス供給管２４５ａから不活性ガスを流してもよい。

【0069】

第二の処理ガス（ＮＨ_３ガス）を供給する際は、バルブ２４４ｄを開けて、リモートプラズマユニット２４４ｅ、シャワーヘッド２３０を介して、処理空間２０１内への第二ガスの供給を開始する。このとき、第二ガスの流量が所定流量となるように、ＭＦＣ２４４ｃを調整する。第二ガスの供給流量は、例えば１０００〜１００００ｓｃｃｍである。

【0070】

プラズマ状態の第二ガスは、シャワーヘッド２３０により分散されて処理空間２０１内のウエハ２００上に均一に供給され、ウエハ２００上のＨＣＤＳと反応し、ウエハ２００上にハードマスク膜としてのＳｉＮ膜を生成する。

【0071】

このとき、第二不活性ガス供給系のバルブ２４７ｄを開き、第二不活性ガス供給管２４７ａから不活性ガス（Ｎ_２ガス）を供給する。不活性ガスの供給流量は、例えば５００〜５０００ｓｃｃｍである。

【0072】

このときの処理空間２０１内の処理温度、処理圧力は、第一のガスと第二のガスが反応し、ＳｉＮ膜が形成可能な範囲に制御される。このときの処理室２０１内の圧力は、例えば１〜１３３００Ｐａ、好ましくは２０〜１３３０Ｐａの範囲内の圧力とする。

【0073】

（基板搬出工程：Ｓ１０８）
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。

【0074】

（処理枚数判定工程：Ｓ１１０）
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）。

【0075】

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ていなければ、その後は、次に待機している新たなウエハ２００の処理を開始するため、基板搬入載置工程（Ｓ１０２）に移行する。また、所定の枚数のウエハ２００に対して処理ガス供給工程（Ｓ１０６）を実施した場合には１ロットの基板処理を終了する。

【0076】

前述のゲート電極形成工程で説明したように、ハードマスク膜を成膜工程で形成した後、レジスト膜形成工程、露光工程を経て、エッチング装置にてエッチング工程を実施する。

【0077】

ところで、エッチング工程終了後に柱状のポリシリコン膜の幅を確認したところ、基板面内においてＰｏｌｙ−Ｓｉ膜で構成されるゲート電極の幅が、ウエハの中心とその外周とでばらつくことを発見した。発明者による鋭意研究の結果、エッチング工程において、ウエハの中心とその外周とでエッチングレートが異なることが、ばらつきの原因の一つであることがわかった。

【0078】

以下にエッチングレートがウエハの中心とその外周で異なる理由を説明する。
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。

【0079】

図５において、５０４は下部電極５０１を支持する円筒状の支持部であり、５０６は容器５０１内の雰囲気を排気するための排気管である。排気管５０６にはバルブ等で構成される排気制御部５０７が設けられ、排気量を制御している。排気管５０６の先端にはポンプが接続され、容器５０１内の雰囲気を排気している。下部電極５０２と容器５０１との間には流路５０８が形成される。流路５０８は上方から見た場合に周状に構成されている。

【0080】

上部電極５０３は、内部にガス流路が設けられると共に、ウエハ２００と向かい合う面には分散孔が設けられている。ガス流路は、ガス供給管５０９が接続されている。ガス供給管にはガス供給を制御するバルブやマスフローコントローラ等のガス供給制御部５１０が設けられている。ガス供給制御部５１０は、図示しないエッチングガス源から供給されたガスの流量等を制御する。矢印で示されるガス５１１は上部電極５０３を介して上部電極５０３と下部電極５０２の間の空間に供給される。供給されたエッチングガスは上部電極５０３、下部電極５０２によってプラズマ状態とされ、ウエハ２００上の膜をエッチングする。

【0081】

エッチングに使用されたガスは流路５０８を介して排気管５０６から排気される。継続してエッチングする際は、ガス供給制御部５１０と排気制御部５０７との協働により処理容器５０１内の圧力を所望の圧力に調整し、エッチング処理を行う。

【0082】

エッチング装置５０００のような枚葉装置で基板を処理する場合に、処理容器５０１内の圧力やガス流量、排気量等を調整して所定の処理条件に調整するが、次の問題が起きる場合がある。

【0083】

第一の問題を説明する。エッチング装置５０００の場合、構造上の問題からエッチングガスはウエハ２００の外周である流路５０８を介して排気管５０６から排気される。例えばエッチング時間を短くするために、ウエハ２００にアタックするエッチングガスのボリュームを増やしてエッチング効率を高める場合、処理容器５０１内の圧力を高くしたり、ガス供給/排気する際の流速を高くしたりしてガスを拡散容易としている。このような場合、ウエハ外周面２００ｂ上では、ウエハ中心面２００ａ上よりもガスが高速で供給される。従って、ウエハ外周面のエッチングガスの供給量は、ウエハ中心面よりも多い。即ち、ウエハ外周面のプラズマ密度はウエハ中心面のプラズマ密度よりも高い。このような状況であることから、ウエハ外周面２００ｂのエッチングレートは、ウエハ中心面２００ａよりも高いことが考えられる。

【0084】

第二の問題を説明する。例えばエッチング時間を短くするため、プラズマ密度を高めてエッチング効率を高める場合、電極への電力供給量を増やすことが考えられる。しかしながら、上部電極５０３中央部の下方の空間（すなわちウエハ中心面２００ａ上方空間）に磁界が集まるため、上部電極５０３中央部の下方の空間のプラズマ密度は、上部電極５０３の外周の下方の空間（すなわちウエハ外周面２００ｂの上方空間）のプラズマ密度よりも高くなってしまう。このような状況であることから、ウエハ中心面２００ａのエッチングレートは、ウエハ外周面２００ｂよりも高いことが考えられる。

【0085】

次に、ウエハの中心とその外周とでエッチングレートが異なった場合の問題点について図６、図７を用いて説明する。

【0086】

図６は第一の問題であるウエハ外周面２００ｂのエッチングレートが、ウエハ中心面２００ａよりも高い場合を説明した図である。ここではウエハ中心面２００ａのエッチングレートをＲａ１、ウエハ外周面のエッチングレートをＲｂ１とする。更には、ウエハ中心面２００ａ上に形成されたｐｏｌｙ-Ｓｉ膜を１０１ａ、ハードマスクを１０２ａ、レジストを１０３ａと呼ぶ。ウエハ外周面２００ｂ上に形成されたｐｏｌｙ-Ｓｉ膜を１０１ｂ、ハードマスクを１０２ｂ、レジストを１０３ｂと呼ぶ。

【0087】

ウエハ中心面２００ａ上にエッチング残渣が残らないように、中心側エッチングレートＲａ1のエッチング時間に合わせてエッチングする場合、外周側エッチングレートＲｂ1のエッチングレートが高いため、ウエハ外周面２００ｂ上ではエッチングガスの供給量が中心側に比べて多くなる。

【0088】

前述したように、近年の微細化に伴いレジストが薄膜化されており、大量のエッチングガスに曝されると、レジストもエッチングされてしまうことがある。更には、レジストそのものがエッチングされてしまうため、レジストの下方に形成されたハードマスクの上部がエッチングガスに曝される。ハードマスクはある程度のエッチング耐性を有するが、大量のエッチングガスに曝された場合はエッチングされてしまう。その結果、ハードマスク１０２ｂの幅方向の一部がエッチングされてしまい、所望の幅を維持できないことがある。そのため、ハードマスク１０２ｂの下方では、複数の柱状で構成されるＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１ｂがエッチングされ、それぞれの柱が所望の幅よりも細くなってしまう。更には、エッチングガスを長時間さらすことで、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１ｂにアンダーカットが起きてしまい、所望の幅を維持することができない。

【0089】

以上の説明のように、ウエハ外周面２００ｂではウエハ中心面２００ａのＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１ａよりも細いＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１ｂが形成される。従って、ウエハ２００の中心面と外周面とでゲート電極の幅にばらつきが出てしまう。

【0090】

図７は第二の問題であるウエハ中心面２００ａのエッチングレートが、ウエハ外周面２００ｂよりも高い場合を説明した図である。ここではウエハ中心面２００ａのエッチングレートをＲａ２、ウエハ外周面のエッチングレートをＲｂ２とする。更には、ウエハ中心面２００ａ上に形成されたｐｏｌｙ-Ｓｉ膜を１０１ａ、ハードマスクを１０２ａ、レジストを１０３ａと呼ぶ。ウエハ外周面２００ｂ上に形成されたｐｏｌｙ-Ｓｉ膜を１０１ｂ、ハードマスクを１０２ｂ、レジストを１０３ｂと呼ぶ。

【0091】

ウエ外周２００ｂ上にエッチング残渣が残らないように、外周側エッチングレートＲｂ２に合わせてエッチングする場合、中心側エッチングレートＲａ２のエッチングレートが高いため、ウエハ中心面２００ａ上では外周側に比べてエッチングガスの供給量が多くなる。

【0092】

前述したように、近年の微細化に伴いレジストが薄膜化されており、大量のエッチングガスに曝されると、レジストもエッチングされてしまうことがある。更には、レジストそのものがエッチングされてしまうため、レジストの下方に形成されたハードマスクの上部がエッチングガスに曝さる。ハードマスクはある程度のエッチングガス耐性を有するが、大量のエッチングガスに曝された場合はエッチングされてしまう。その結果、ハードマスク１０２ａの幅方向の一部がエッチングされてしまい、所望の幅を維持できないことがある。そのため、ハードマスク１０２ａの下方に形成されたＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１ａも削られ、所望の幅よりも細くなってしまう。更には、プラズマ密度の高いエッチングガスに曝されるので、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１ａにアンダーカットが起きてしまい、各柱は所望の幅を維持することができない。

【0093】

このような状況であるので、図７に記載のように、ウエハ中心面２００ａには、ウエハ外周面２００ｂのＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１ｂよりも細い柱状のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１ａが形成される。従って、ウエハ２００の中心面と外周面でゲート電極の幅にばらつきが出てしまう。

【0094】

以上説明したように、ドライエッチングを行う場合に、ウエハ面内においてゲート電極の幅を均一にすることは困難である。

【0095】

そこで本実施形態においては、新たに処理するロット（第ｎロットと呼ぶ）のウエハＷｎの成膜工程でハードマスクを形成する際に、エッチング工程が終了した処理済みロット（第ｍロットと呼ぶ）のウエハのエッチング情報に応じて、ハードマスクの膜厚をウエハ２００の中心面と外周面とで異ならせるよう膜厚分布を制御する。ここでエッチング情報とは、ウエハ２００の中心面、外周面におけるエッチングレート、エッチング後の被エッチング膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１）の柱の幅やその分布を言う。ウエハ２００の中心面、外周面におけるエッチングレートについては、例えばロットｍのエッチング結果を見て算出する。被エッチング膜の柱の幅については、エッチング処理後に、既存の測定装置を用いて測定する。

【0096】

以下に、ハードマスクの膜厚をウエハ２００の中心面と外周面とで異ならせる具体的方法と膜厚を異ならせる理由について説明する。ロットｎから見て、ロットｍのウエハを「他の基板」もしくは「基板Ｗｍ」と呼ぶ。これに対して、新たに処理するロットのウエハを単に「基板」もしくは「基板Ｗｎ」と呼ぶ。

【0097】

エッチング工程が終了したロットｍの他の基板（基板Ｗｍ）のエッチング情報が、図６のようにＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１ａの幅がＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１ｂよりも広いことを示す情報である場合、もしくは基板外周２００ｂのエッチングレートがウエハ中心面２００ａ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、ロットｎの処理では、ウエハ外周面２００ｂのハードマスク１０２ｂをハードマスク１０２ａよりも厚くするよう成膜装置２０００を制御する。

【0098】

具体的な制御としては、成膜装置２０００のアウトゾーンヒータ２１３ｂの温度をセンターゾーンヒータ２１３ａの温度よりも高くした状態で処理ガス供給工程（Ｓ１０６）を実施する。より良くは、Ｗｎを処理する際のヒータ２３１ｂの温度は、Ｗｍを処理した際の温度よりも高くする。また、Ｗｎを処理する際のヒータ２３１ａの温度は、Ｗｍを処理した際の温度を維持する。

【0099】

ウエハ温度が高いとガスの反応が促進され、ハードマスク１０２の成膜レートが高くなる。従ってハードマスク１０２ｂの厚みはハードマスク１０２ａより厚くなる。このとき、ハードマスク１０１ａ、ハードマスク１０１ｂの厚さは、少なくとも所定のエッチング時間においてＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１が露出しない程度の厚みとする。

【0100】

好ましくは、ハードマスク１０２ａの厚みをＨａ１、ハードマスク１０２ｂの厚みをＨｂ１、エッチング処理時間をｔとしたとき、「Ｈａ１ ＞ Ｒａ１ × ｔ」、「Ｈｂ１ ＞ Ｒｂ１ × ｔ」の関係となることが望ましい。このような関係とすることで、ウエハ外周面のエッチングレートが外周面より高いとしても、より確実にハードマスクのオーバーエッチングやアンダーカットを防ぐことができる。従って、ウエハ面内において、均一なゲート電極幅とすることができる。

【0101】

また、エッチング工程が終了したロットｍの他の基板（基板Ｗｍ）のエッチング情報が、図７のようにＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１ｂの幅がＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１ａよりも広いことを示す情報である場合、もしくは基板外周面のエッチングレートが基板外周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、ロットｎの処理にて、ウエハ中心面２００ａのハードマスク１０２ａをハードマスク１０２ｂよりも厚くするよう制御する。

【0102】

具体的な制御としては、成膜装置２０００のセンターゾーンヒータ２１３ａの温度をアウトゾーンヒータ２１３ｂの温度よりも高くした状態で処理ガス供給工程（Ｓ１０６）を実施し、膜厚分布が所定の範囲内となるよう温度分布を制御する。より良くは、Ｗｎを処理する際のアウトゾーン２３１ｂの温度は、Ｗｍを処理した際の温度を維持する。また、Ｗｎを処理する際のセンターゾーンヒータ２３１ａの温度は、Ｗｍを処理した際の温度よりも高くする。

【0103】

前述のように、ウエハ温度が高いとガスの反応が促進され、ハードマスク１０２の成膜レートが高くなる。従ってハードマスク１０２ａの厚みはハードマスク１０２ｂより厚くなる。このとき、ハードマスク１０１ａ、ハードマスク１０１ｂの厚さは、少なくとも所定のエッチング時間においてＰｏｌｙ−Ｓｉ膜１０１が露出しない程度の厚みとする。

【0104】

好ましくは、ハードマスク１０２ａの厚みをＨａ２、ハードマスク１０２ｂの厚みをＨ２、エッチング処理時間をｔとしたとき、「Ｈａ２ ＞ Ｒａ２ × ｔ」、「Ｈｂ２ ＞ Ｒｂ２ × ｔ」の関係となることが望ましい。このような関係とすることで、ウエハ中心面のエッチングレートが外周より高いとしても、より確実にハードマスクのオーバーエッチングやアンダーカットを防ぐことができる。従って、ウエハ面内において、均一なゲート電極幅とすることができる。

【0105】

このように、本発明によれば、前のロット（ロットｍ）でエッチング工程後のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜の幅にばらつきがあったとしても、後のロット（ロットｎ）ではロットｍのエッチング情報に基づいてハードマスクの膜厚を調整するので、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の幅を所望の範囲内に収めることができる。

【0106】

尚、以上の実施例では、ウエハ２００の中心面、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ウエハ温度を制御しても良い。例えば、基板中心、外周、中心と外周の間等、３つの領域に分けても良い。

【0107】

また、ここではハードマスクとして、シリコン窒化膜を例に説明したが、それに限るものではなく、例えばシリコン酸化膜でも良い。

【0108】

また、シリコンを含むガスとしては、本実施例の説明で用いたＨＣＤＳのような熱エネルギーの影響が支配的なガスを用いることが望ましい。熱エネルギーが支配的なため、温度分布制御による膜厚制御が容易なためである。

【0109】

また、シリコンを含むガスとしては、ＨＣＤＳの他、ＤＣＳ（ジクロロシラン）、アミノシラン系の４ＤＭＡＳ（テトラキスジメチルアミノシラン、Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）、３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン、Ｓｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］３Ｈ）、２ＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン、Ｓｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２Ｈ２）、ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリーブチルアミノシラン、ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２）などの有機原料を用いてもよい。また、ＴＣＳ（テトラクロロシラン、ＳｉＣｌ４）、ＳｉＨ４（モノシラン）、Ｓｉ２Ｈ６（ジシラン）等を用いてもよい。

【0110】

また、窒素含有ガスとしては、ＮＨ３ガス以外に、Ｎ２ガス、Ｎ２Ｈ４ガスやＮ３Ｈ８ガス等を用いてもよい。

【0111】

また、ロットｍの処理として製品化する基板で説明したが、それに限らず製品化しないダミー基板等を用いても良い。

【0112】

また、本実施形態では二種類のガスを基板上で反応させて膜を形成する手法を例にして説明したがそれに限るものではなく、成膜が可能であれば例えば１種類のガス、もしくは３種類以上のガスを用いても良い。

【0113】

更には、本実施形態では二種類のガスが処理空間内に同時に存在するようにガスを供給していたが、それに限るものではなく、例えば処理空間に交互にガスを供給しても良い。

【0114】

＜本発明の好ましい態様＞
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。

【0115】

＜付記２＞
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。

【0116】

＜付記３＞
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。

【0117】

＜付記４＞
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。

【0118】

＜付記５＞
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

【0119】

＜付記６＞
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。

【0120】

＜付記７＞
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。

【0121】

＜付記８＞
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。

【0122】

＜付記９＞
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。

【0123】

＜付記１０＞
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。

【0124】

＜付記１１＞
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。

【0125】

＜付記１２＞
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。

【0126】

＜付記１３＞
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。

【0127】

＜付記１４＞
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。

【0128】

＜付記１５＞
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。

【0129】

＜付記１６＞
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。

【0130】

＜付記１７＞
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。

【0131】

＜付記１８＞
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。

【0132】

＜付記１９＞
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。

【0133】

＜付記２０＞
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。

【0134】

＜付記２１＞
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。

【0135】

＜付記２２＞
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。

【0136】

＜付記２３＞
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。

【符号の説明】

【0137】

２０００・・・基板処理装置
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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】