(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体製造工程の加熱処理プロセスにおいて、ウェーハ面内における輻射率など光学特性の差異に起因するウェーハ面内の到達温度のばらつきを抑えるとともに、配線幅などの形状の差異に起因する特性のばらつきを抑えることが可能な半導体装置の製造装置と半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】所定の出力分布でウェーハを熱処理する熱処理ユニット11と、熱処理後の特性分布の目標値の入力部31と、光学特性の分布情報を取得する光学特性情報取得部34と、形状の分布情報を取得するための形状情報取得部33と、熱処理後の所定特性の分布情報を取得するための熱処理後特性情報取得部35と、目標値と、光学特性、形状、所定特性の分布情報と、出力分布を算出するための計算パラメータとを含むデータを保持する記憶部41と、記憶部41に保持されたデータに基づいて、所定特性の分布が目標値加熱源を制御する制御部44とを備える。【選択図】図１
2010171121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の出力分布でウェーハを熱処理するための加熱源を有する熱処理ユニットと、
前記熱処理後の前記ウェーハにおける所定特性の分布の目標値を入力するための入力部と、
前記ウェーハにおける光学特性の分布情報を取得する光学特性情報取得部と、
前記ウェーハにおける形状の分布情報を取得するための形状情報取得部と、
前記ウェーハにおける前記熱処理後の前記所定特性の分布情報を取得するための熱処理後特性情報取得部と、
前記目標値と、取得された前記光学特性の分布情報、前記形状の分布情報および前記所定特性の分布情報と、前記出力分布を算出するための計算パラメータとを含むデータを保持する記憶部と、
前記記憶部に保持された前記データに基づいて、前記所定特性の分布が前記目標値となるように前記ウェーハを熱処理するための前記出力分布を、前記計算パラメータを用いて算出する演算部と、
算出された前記出力分布となるように前記加熱源を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記記憶部は、前記計算パラメータとして、予め過去の熱処理結果に基づいて得られた複数の特性マトリクスを保持し、
前記複数の特性マトリクスより、前記光学特性の分布情報、前記形状の分布情報に適合する特性マトリクスを選択する選択部を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記熱処理後特性情報取得部において新たに取得された前記所定特性の分布情報により、前記記憶部に保持された前記計算パラメータ更新するための更新部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
熱処理が施されるウェーハにおける光学特性の分布情報および形状の分布情報を取得し、
取得された前記光学特性の分布情報および前記形状の分布情報と、予め取得された過去の熱処理結果に基づいて得られた計算パラメータにより、前記ウェーハにおける熱処理後の所定特性の分布が目標値となるように前記ウェーハを熱処理するための出力分布を算出し、
算出された前記出力分布で前記ウェーハに前記熱処理を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理された前記ウェーハにおける前記所定特性の分布を測定し、
測定された前記所定特性の分布により前記計算パラメータを更新することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体ウェーハの活性化熱処理工程に用いられる半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高集積化、高性能化に伴い、トランジスタの電流駆動力改善を図るために、ソース・ドレインの拡散層形成のための熱処理工程において、スパイクＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）が用いられている。このスパイクＲＴＡによれば、熱源として例えばハロゲンランプなどによる高エネルギーの光をウェーハに照射して、ウェーハを例えば１０００℃程度に到達するように、急速昇降温させることができるため、不純物の深さ方向への拡散を抑え、イオン活性化を図ることが可能である。
【０００３】
このとき、例えば成膜装置、イオン注入装置、リソグラフィ装置や、エッチング装置などの加工装置において、形成される配線の配線幅（ゲート電極幅）にウェーハ面内で差異が生じている場合がある。複数の製造装置間の個体差や、面内における処理のばらつきが考えられ、例えば同じ閾値電圧で駆動させるための拡散層深さは異なってくる。従って、同じ熱処理条件では、ウェーハ面内において特性にばらつきが生じ、配線幅に応じて、熱処理条件を変動させる必要がある。
【０００４】
そこで、ゲート長寸法の面内分布を求め、予測されるトランジスタ駆動力の面内分布を相殺する活性化熱処理温度の面内分布を算出する手法が開示されている（例えば特許文献１など参照）。
【０００５】
しかしながら、ウェーハの表面には、シリコン酸化膜や窒化膜、金属層などがパターニングされており、各部位の積層膜構造や加工幅などの形状により、ウェーハ面内輻射率に大きくばらつきが生じる場合がある。そして、輻射率が低い領域は、ウェーハを熱処理する場合、十分に光エネルギーを吸収することができないため、不純物が十分に活性化せず、ウェーハ面内の抵抗率が変動してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３０５６５５号公報（［００４９］〜［００６０］など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、半導体製造工程の加熱処理プロセスにおいて、ウェーハ面内における輻射率など光学特性の差異に起因するウェーハ面内の到達温度のばらつきを抑えるとともに、配線幅などの形状の差異に起因する特性のばらつきを抑えることが可能な半導体装置の製造装置と半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、所定の出力分布でウェーハを熱処理するための加熱源を有する熱処理ユニットと、前記熱処理後の前記ウェーハにおける所定特性の分布の目標値を入力するための入力部と、前記ウェーハにおける光学特性の分布情報を取得する光学特性情報取得部と、前記ウェーハにおける形状の分布情報を取得するための形状情報取得部と、前記ウェーハにおける前記熱処理後の前記所定特性の分布情報を取得するための熱処理後特性情報取得部と、前記目標値と、取得された前記光学特性の分布情報、前記形状の分布情報および前記所定特性の分布情報と、前記出力分布を算出するための計算パラメータとを含むデータを保持する記憶部と、前記記憶部に保持された前記データに基づいて、前記所定特性の分布が前記目標値となるように前記ウェーハを熱処理するための前記出力分布を、前記計算パラメータを用いて算出する演算部と、算出された前記出力分布となるように前記加熱源を制御する制御部と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の一態様によれば、熱処理が施されるウェーハにおける光学特性の分布情報および形状の分布情報を取得し、取得された前記光学特性の分布情報および前記形状の分布情報と、予め取得された過去の熱処理結果に基づいて得られた計算パラメータにより、前記ウェーハにおける熱処理後の所定特性の分布が目標値となるように前記ウェーハを熱処理するための出力分布を算出し、算出された前記出力分布で前記ウェーハに前記熱処理を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施態様によれば、半導体製造工程の熱処理プロセスにおいて、ウェーハ面内における光学特性や形状の差異に起因するウェーハ面内の特性のばらつきを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一態様による半導体装置の製造装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一態様における熱処理ユニットの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一態様におけるウェーハｗのゾーンを示す図である。
【図４】本発明の一態様におけるフローチャートである。
【図５】本発明の一態様におけるウェーハの抵抗率分布を示す図である。
【図６】本発明の一態様における最外周の面内加熱源出力補正分布を変化させたときの抵抗率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１３】
（実施形態１）
図１に本実施形態の半導体装置の製造装置の構成を示す。ハロゲンランプなどの加熱源によりウェーハを熱処理するための熱処理ユニット１１と、熱処理条件の算出に必要なウェーハ情報を取得するためのウェーハ情報取得部１２と、ウェーハ情報取得部１２からの情報を保持するとともに、これらの情報から熱処理条件を算出し、制御する管理サーバ１３より構成されている。
【００１４】
図２は、熱処理ユニット１１の構成を示す断面図である。図２に示すように、ウェーハｗが搬入され、Ｎ２、不活性ガスなどでパージすることが可能な石英チャンバー２１が設置されている。石英チャンバー２１には、ウェーハｗを搬入／搬出するためのゲート２２と、搬入されたウェーハｗを保持し、回転させるための石英保持部２３が設けられている。
【００１５】
石英チャンバー２１を挟むように、ウェーハｗを上下から加熱する一対の加熱源２４、２５が設置されている。加熱源２４、２５は、輻射光源として例えば８００〜１１５０℃まで１００〜２５０℃／ｓｅｃの昇温レートでウェーハｗを加熱することが可能なハロゲンランプを複数備えている。上部の加熱源２４の上部および下部の加熱源２５の下部には、必要に応じてウェーハ温度を測定するための放射温度計（図示せず）が設置されている。
【００１６】
そして、加熱源２４、２５は、例えば図３に示すようなウェーハｗのゾーン１、ゾーン２、ゾーン３を加熱するための３つのゾーン２４ａ、２５ａ／２４ｂ、２５ｂ／２４ｃ、２５ｃに分割され、それぞれ独立して制御可能となっている。なお、必ずしも上下が対応するように分割する必要はなく、上側のみ、あるいは下側のみを分割してもよく、分割方法は特に限定されない。各ゾーン２４ａ、２５ａ／２４ｂ、２５ｂ／２４ｃ、２５ｃは、管理サーバ１３内に設けられた後述する制御部と接続され、それぞれ所定の出力分布となるように制御される。
【００１７】
ウェーハ情報取得部１２には、ロット情報を入力する入力部３１と、情報をデータベース化して保持するロット情報データベース３２、ウェーハにおける配線幅など形状の分布情報を取得するための形状情報取得部３３、ウェーハにおける輻射率などの光学特性の分布情報を取得する光学特性情報取得部３４、ウェーハにおける熱処理後の抵抗率などの特性の分布情報を取得するための熱処理後特性情報取得部３５が設けられている。
【００１８】
入力部３１は、ウェーハ名、設計情報とこれに対応する製品名などのロット情報を入力するためのキーボードやタッチパネルなどから構成される。入力されるウェーハの設計情報には、例えば、抵抗値などの特性分布の目標値が含まれる。
【００１９】
ロット情報データベース３２においては、入力部３１より入力されたロット情報が保持される。ロット情報データベース３２は、管理サーバ１３内に設けられた後述する記憶部と接続され、ロット情報が転送可能となっている。
【００２０】
形状情報取得部３３は、例えばウェーハ上の配線幅など表面形状分布を測定することが可能なＣＤ−ＳＥＭ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などから構成される。形状情報取得部３３は、管理サーバ１３内に設けられた後述する記憶部と接続され、入力部３１より入力されたロット情報とともに取得された配線幅分布が転送可能となっている。測定される表面形状としては、配線幅の他、熱処理時の活性化率に影響を与えるゲート電極被覆率、素子分離膜幅や、素子分離膜被覆率などでもよい。また、測定装置としては、ＣＤ-ＳＥＭの他ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサーなどの固体撮像素子を用いることも可能である。
【００２１】
光学特性情報取得部３４は、例えばウェーハの輻射率分布を測定することが可能な輻射率測定器などから構成される。輻射率測定器は、ウェーハの表面あるいは裏面の輻射率分布を測定することが可能であり、両面の輻射率を測定することが可能であればより好ましい。両面同時に測定できればさらに好ましい。輻射率の差異に起因する抵抗率のばらつきを小さくするように制御することが可能となる。光学特性情報取得部３４は、管理サーバ１３内に設けられた後述する記憶部と接続され、入力部３１より入力されたロット情報とともに取得された輻射率分布が転送可能となっている。測定される光学特性としては、輻射率の他、反射率・透過率、屈折率、消衰係数などを用いることができ、輻射率測定器に代えてこれらの測定器を用いることも可能である。
【００２２】
熱処理後特性情報取得部３５は、例えば熱処理後のウェーハ面内の抵抗率分布を測定することが可能な抵抗率測定装置などから構成される。熱処理後特性情報取得部３５は、管理サーバ１３内に設けられた後述する記憶部と接続され、入力部３１より入力されたロット情報とともに取得された抵抗率分布が転送可能となっている。測定される熱処理後特性としては、抵抗率の他、閾値電圧Ｖｔｈなどを用いることができる。
【００２３】
これら、形状情報取得部３３、光学特性情報取得部３４、熱処理後特性情報取得部３５において、熱処理ユニット１１のゲート２２に測定ユニットを接続し、測定ユニット内にそれぞれの測定器を設置してもよい。また、それぞれの測定器は、必ずしもオンラインで接続されている必要はなく、オフラインで別途取得したデータをそれぞれ入力することにより情報を取得することも可能である。
【００２４】
管理サーバ１３には、データを保持する記憶部４１と、保持されたデータより処理されるウェーハに適合するデータを選択する選択部４２と、選択されたデータを用いてウェーハを熱処理するための出力分布を算出する演算部４３と、演算部４３において算出された出力分布により、熱処理ユニット１１の加熱源２４，２５を制御する制御部４４と、熱処理結果に基づき記憶部４１に保持されたデータを更新する更新部４５が設けられている。
【００２５】
記憶部４１においては、入力部３１より入力され、ロット情報データベース３２に保持されたウェーハ情報と、形状情報取得部３３において取得された形状の分布情報、光学特性情報取得部３４において取得された光学特性の分布情報、熱処理後特性情報取得部３５において取得された特性の分布情報の他、ウェーハを熱処理する出力分布を算出するための計算パラメータなどのデータが保持されている。計算パラメータは、例えば過去の熱処理結果により予め求められたそれぞれ複数の特性マトリクスと補正前特性分布で構成することができる。
【００２６】
選択部４２においては、入力されたウェーハ情報、取得された光学特性の分布情報、形状の分布情報に適合した計算パラメータが選択される。
【００２７】
演算部４３においては、入力されたウェーハ情報と、選択部４２において選択された計算パラメータを用いて、ウェーハを熱処理するための出力分布が算出される。
【００２８】
制御部４４においては、熱処理ユニット１１と接続されており、演算部４３において算出された出力分布に基づき、加熱源２４、２５を制御する。
【００２９】
更新部４５においては、熱処理後に熱処理後特性情報取得部３５において測定された特性により記憶部４１に保持されたデータを更新する。
【００３０】
このように構成される半導体装置の製造装置を用いて、図４に示すフローでウェーハｗが熱処理される。
【００３１】
先ず、入力部３１より、熱処理が施されるウェーハ名、製品名、熱処理後の抵抗値分布の目標値、到達温度（処理温度）を含む設計情報などのロット情報を入力する（Ｓｔｅｐ１）。入力されたロット情報は、ロット情報データベース３２に一旦格納される。
【００３２】
次いで、形状情報取得部３３において、例えばＣＤ−ＳＥＭによりウェーハ上の配線幅分布を測定し、ウェーハ面内の配線幅分布情報を取得する（Ｓｔｅｐ２）。また、光学特性情報取得部３４において、例えば輻射率測定器によりウェーハ両面の輻射率分布を同時に測定し、ウェーハ面内の輻射率分布情報を取得する（Ｓｔｅｐ３）。
【００３３】
そして、入力されたロット情報、取得された輻射率分布情報、配線幅分布情報は、記憶部４１に転送され、例えば表１のような形式で記憶される（Ｓｔｅｐ４）。
【表１】
2010171121.tif 000003
【００３４】
例えば、製品名をＰ１、到達温度：１０００℃、輻射率分布εａ：ウェーハ中央部に対して外周部が＋３％、配線幅分布Ｗａ：ウェーハ中央部に対して外周部が−５％とする。
【００３５】
一方、記憶部４１において、過去の熱処理ウェーハの情報は、表２のような形式で保存されている。
【表２】
2010171121.tif 000004
【００３６】
ここで、特性マトリクスは、加熱源（ウェーハｗ）の分割ゾーン数：ｎ×ｎの行列変数であり、特性分布を目標値とするための出力分布を得るために出力補正量を算出するための計算パラメータである。補正前面内抵抗率分布は、加熱源（ウェーハｗ）の分割ゾーン数：ｎ×１の行列変数であり、製品（形状）、到達温度、輻射率分布、配線幅分布に依存する出力分布を補正しない状態で処理したときの面内抵抗率分布である。到達温度（処理温度）は、通常ウェーハ平均抵抗値が所望の値となるように設定されており、製品ごとに決められた値を取る。
【００３７】
ここで、例えば、到達温度Ｔ１：１０００℃、輻射率分布ε１：ウェーハ中央部に対して外周部が＋１０％より小さい、配線幅分布Ｗ１：ウェーハ中央部に対して外周部が−１０％より小さいとする。これら表２に示す過去の熱処理ウェーハの情報より、選択部４２において、表１の条件に適合するサンプルＮｏ．１が選択される。そして、Ｎｏ．１の特性マトリクスＡ１１１、補正前面内抵抗率分布Ｒｓｉ１１１を用いて、面内抵抗率が目標値となるような出力分布が算出される（Ｓｔｅｐ５）。
【００３８】
本実施形態において、分割ゾーン数は３であるので、特性マトリクスＡ１１１は、
【数１】
2010171121.tif 000005
となる。例えば、特性マトリクス内のパラメータを、
ａ１１＝+1.090Ω/%、ａ１２＝+0.045Ω/%、ａ１３＝-0.986Ω/%
ａ２１＝-0.296Ω/%、ａ２２＝-0.460Ω/%、ａ２３＝+0.472Ω/%
ａ３１＝-1.074Ω/%、ａ３２＝-0.282Ω/%、ａ３３＝+0.946Ω/%
とする。
【００３９】
そして、補正前面内抵抗率分布Ｒｓｉ１１１は、
【数２】
2010171121.tif 000006
となる。例えば、補正前面内抵抗率分布内のパラメータを、
ρSｉ１＝106Ω、ρSｉ２＝100Ω、ρSｉ３＝92Ω
とする。
このとき、特性分布を目標値とするための出力分布を得るための面内加熱源出力補正分布をΔＰｗ、補正により得られる補正後面内抵抗率分布をＲｓａとすると、
【数３】
2010171121.tif 000007
となる。ここで、面内抵抗率分布の目標値をＲｓｔとすると、目標値Ｒｓｔに合わせこむ場合、Ｒｓａ＝Ｒｓｔとすればよいので、
｜ΔＰｗ｜＝｜Ａ｜−１・（｜Ｒｓｔ｜−｜Ｒｓｉ｜）
となる。ここで、目標値Ｒｓｔを、
【数４】
2010171121.tif 000008
とすると、面内加熱源出力補正分布ΔＰｗは、
【数５】
2010171121.tif 000009
と求められる。
【００４０】
このようにして求められた面内加熱源出力補正分布ΔＰｗは、加熱源２４，２５を制御するために、制御部４４より熱処理ユニット１１に送信される。熱処理ユニット１１において、送信された面内加熱源出力補正分布ΔＰｗに基づいて、加熱源の出力値が設定され、ウェーハに熱処理が施される（Ｓｔｅｐ６）。
【００４１】
ウェーハｗは、先ず、ゲート２２より、加熱ユニット１１内の石英チャンバー２１内に搬入され、石英保持部２３により保持され、回転される。そして、ゲート２２を閉じた後、石英チャンバー２１内に、例えばＮ２などの所定のガスがパージされる。
【００４２】
そして、加熱源２４、２５により石英チャンバー２１を介してウェーハｗが加熱される。このとき、加熱源２４、２５は、ウェーハｗの各ゾーン１、ゾーン２、ゾーン３を加熱するための３つのゾーン２４ａ、２５ａ／２４ｂ、２５ｂ／２４ｃ、２５ｃに分割され、それぞれ先に面内加熱源出力補正分布ΔＰｗに基づいて設定された出力値により、ウェーハｗに熱処理が施される。
【００４３】
このようにして熱処理されたウェーハについて、熱処理後特性情報取得部３５において、例えば抵抗率測定装置によりウェーハ面内の抵抗率分布を測定し、ウェーハ面内の抵抗率分布情報を取得する（Ｓｔｅｐ７）。なお、抵抗率分布は、熱処理後、他のプロセスを経てから測定してもよい。
【００４４】
図５に、本実施形態によりウェーハ面内の出力分布を補正して熱処理が施されたウェーハの抵抗率分布を示す。また、比較例として出力分布を補正せずに熱処理が施されたウェーハの抵抗率分布を併せて示す。図に示すように、本実施形態において、抵抗率のばらつきが抑えることが可能となる。
【００４５】
取得された抵抗率分布情報は、ウェーハ名とともに管理サーバ１３内の記憶部４１に送信される。そして、例えば表３のような形式で保存される。
【表３】
2010171121.tif 000010
【００４６】
そして、例えばｎ回の熱処理結果が保存される毎に、更新部４５において、式（１）に基づいて再計算し、特性マトリクスが更新される（Ｓｔｅｐ８）。
【００４７】
図６に、最外周の面内加熱源出力補正分布ΔＰｗ１を変化させたときのゾーン毎の抵抗率Ｒｓの実測値を示す。各ゾーンのプロットの傾きが、式（１）におけるａ１１、ａ２１、ａ３１に相当する。同様にして、ΔＰｗ２、ΔＰｗ３を変化させ、残りのパラメータを求めることで、特性マトリクスを更新することができる。また、ｙ切片は、補正前面内抵抗率分布Ｒｓｉ１に相当する。同様にして、ΔＰｗ２、ΔＰｗ３を変化させ、残りのパラメータを求めることで、補正前面内抵抗率分布を更新することができる。
【００４８】
本実施形態によれば、ウェーハ面内における光学特性や形状の差異に基づき熱処理の出力を変動させることができるため、ウェーハ面内の特性のばらつきを抑えることが可能となる。
【００４９】
なお、これら実施形態においては、不純物活性化のための熱処理を行う場合を例に挙げたが、これに限定されるものではなく、輻射光を用いた熱処理であれば、適用することが可能である。例えば、サリサイド形成工程など、より低温、低昇温レートの条件の工程において、適用することも可能である。
【００５０】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００５１】
ｗ…ウェーハ
１１…熱処理ユニット
１２…ウェーハ情報取得部
１３…管理サーバ
２１…石英チャンバー
２２…ゲート
２３…石英保持部
２４、２５…加熱源
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ…ゾーン
３１…入力部
３２…ロット情報データベース
３３…形状情報取得部
３４…光学特性情報取得部
３５…熱処理後特性情報取得部
４１…記憶部
４２…選択部
４３…演算部
４４…制御部
４５…更新部
【図１】
2010171121.tif 000011
【図２】
2010171121.tif 000012
【図３】
2010171121.tif 000013
【図４】
2010171121.tif 000014
【図５】
2010171121.tif 000015
【図６】
2010171121.tif 000016