JP2007326770A - 半導体ウェハを処理する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】６５ｎｍまたはそれよりも小さい線幅で素子を製造するのに適しており、平坦性およびナノトポグラフィならびに層均一性を向上させた半導体ウェハを提供する。
【解決手段】ａ）半導体ウェハ５の特性を表すパラメータを位置に依存して測定し、ウェハ５の面全体で位置に依存するパラメータ値を求める。ｂ）酸化レートおよび結果として得られる酸化層の厚さがウェハ５の平面における光強度に依存しており、酸化剤の使用とともにウェハ５の面全体を同時に照射することによる作用によって、ウェハ５の面全体を酸化させる。ｃ）酸化層を除去する。この場合、ステップｂ）において光強度を位置に依存してまえもって設定し、ステップａ）において測定された位置に依存する各パラメータ値における相違を、位置に依存する光強度の結果として生じるステップｂ）における酸化レートおよびステップｃ）におけるその後の酸化層除去によって低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、局所的に酸化レートないしは酸化率を異ならせた酸化により半導体ウェハを処理する方法および装置に関する。

半導体ウェハたとえば半導体産業で利用するための単結晶シリコンウェハは高度な平坦度を有していなければならず、殊にその目的は集積回路製造に関する要求を考慮するためである。一般に認められているFaustルールによれば、半導体ウェハのＳＦＱＲ_max値は半導体ウェハ上に製造すべき素子の線幅よりも大きくてはならない。しかも、できるかぎり多くの個数の回路を集積できるようにするためには、要求される平坦度が表側の面においてエッジのできるかぎり近くまで保証されていなければならない。なお、ここでは素子を製造すべき側を表側ないしは表側の面として定義する。つまりこのことが意味するのは、エッジの除外領域をできるかぎり僅かにして平坦度の測定を実施しなければならないこと、指定された平坦度の値をいわゆるフルサイトに関してすなわち全体的にだけでなくパーシャルサイトに関してもすなわち局所的にも満たさなければならないことである。（フルサイトとは完全な素子を製造可能なすべての面要素とのことであり、パーシャルサイト Partial Site とは完全な素子のためのスペースがないウェハエッジにおける面要素のことである。）

半導体ウェハの平坦度の定義にあたり、ＳＥＭＩ規格Ｍ１−９４によれば、全体的な平坦度と局所的な平坦度とを区別している。全体的な平坦度は、定義すべきエッジ除外領域を差し引いたウェハ表面全体に係わるものである。これはＧＢＩＲ（"global backsurface-referenced ideal plane/range" = 半導体ウェハの表側の面全体について裏側の面を基準とする理想平面からの正と負の偏差の範囲）により記述され、これは以前に慣用的であったＴＴＶ（total thickness variation）という記述に対応するものである。局所的な平坦度は、一般に素子を上に作成すべき面に対応する半導体ウェハの限定された面に係わるものである。これはＳＦＱＲ（"site front surface referenced least squares/rang" ＝規定された寸法の面について最小２乗誤差により定義された表側からの正および負の偏差の範囲）として表される。ＳＦＱＲ_maxという量は、特定の半導体ウェハ上のすべての素子平面について最大のＳＦＱＲ値のことを表す。ＳＦＱＲにおいて常に表さなければならないのは、呈示された値がどの面に関するものであるのかについてであり、たとえばＩＴＲＳロードマップによれば２６×８ｍｍ²の面について表される。

平坦度に関する別のパラメータはいわゆるナノトポグラフィである。これは所定の面要素たとえば２×２ｍｍ²におけるピーク・ツー・バレイ偏差（山対谷偏差）として定義される。ナノトポグラフィは、ADE CR 83 SQM, ADE PhaseShift NanomapperあるいはKLA Tencor SNTのような測定機器を利用して測定される。

半導体ウェハのエッジ領域における平坦度は、いわゆる「エッジ・ロールオフ」により決定的な影響が及ぼされる。"A New Method for the Precise Measurement of Wafer Roll off of Silicon Polished Wafer", Jpn.J.Appl.Phys., Vol. 38 (1999), p.38-39" には、ウェハのロールオフ＝エッジロールオフ（"Wafer Roll off" = Edge Roll off）の測定について記載されている。エッジロールオフは、半導体ウェハの表側においても裏側においても発生する可能性がある。これにより、ウェハエッジに位置する面要素のＳＦＱＲ値に重大な影響を及ぼされる可能性がある。エッジロールオフは、たとえばＳＯＩウェハを製造するために別の半導体ウェハと接合される（貼り合わせられる）半導体ウェハにおいて殊に妨害を及ぼすものであり、その理由は、互いに接合すべきウェハ平面のエッジロールオフがウェハエッジ貼り合わせ品質に大きな影響を及ぼすからである。 今日、マイクロエレクトロニクス素子製造のための基板として用いられる半導体ウェハは、一般に以下の慣用的なプロセスシーケンスに従い作成される：スライス、ラッピングおよび／または研削、化学的ウェットエッチング、除去ポリッシング（stock removal polishing）、および仕上げポリッシング（鏡面研磨 mirror polishing）。その際に判明したのは、このようなプロセスシーケンスによっても線幅が絶えず小さくなっていく状況で必要とされる平坦度を確保できない、ということである。

EP 798766 A1によれば半導体ウェハの平坦度を向上させる目的で、除去ポリッシングと最終ポリッシングとの間にＰＡＣＥ法（プラズマ補助化学エッチング "plasma assisted chemical etching"）に従い気相エッチングステップおよびそれに続く熱処理ステップが挿入される。直径２００ｍｍのシリコンウェハの処理によれば、上述のプロセスシーケンスによって０．２〜０．３μｍのＧＢＩＲという結果の得られることが判明した。ここでは局所的な平坦度データは挙げられていない。さらに、平坦度測定のエッジ除外領域がどれほどの大きさであったのかも記載されていない。

EP 961314 A1にも同様の方法について記載されており、これによればスライス、研磨、ＰＡＣＥおよび仕上げポリッシングを経て最良で０．１４μｍのＧＢＩＲ値と最良で０．０７μｍのＳＦＱＲ_max値が得られる。

EP 961314 A1において提案されているようなＰＡＣＥ法によれば、ポリッシングされたウェハにおける粗さが劣化することになり、これはＰＡＣＥ直前の付加的な疎水化ステップによって部分的には低減可能である。ＰＡＣＥは真空中で実施しなければならず、これによってプロセスが装置技術的に煩雑になってしまう。しかもエッチングに使用されるガスの分解生成物によって半導体ウェハが汚染され、このためにはEP 1100117A2に記載されているような余分な洗浄ステップが必要とされる。さらにこのプロセスは面全体で行われるのではなく、半導体ウェハのスキャンによって行われる。これは著しく時間がかかる一方、スキャンのオーバラップ領域におけるナノトポグラフィに関する問題点も引き起こされるし、ウェハエッジから約５ｍｍ離れたところまでの半導体ウェハ外側領域における平坦性（ＳＦＱＲ_maxおよびエッジロールオフ）に関する問題点も引き起こされる。考えられる原因は、真空中で作業が行われるため、半導体ウェハエッジにおいて吸引作用が強められること、ひいてはエッチング媒体が減少することである。スキャンにおいて必要とされるオーバラップによって、オーバラップポジションにおいて殊にナノトポグラフィが劣化する。エッチング媒体を供給するノズルの直径が大きくなるにつれて、劣化がいっそうひどくなる。ただし経済的な理由から、ノズル直径を任意に小さく選定することはできない。

したがって従来技術において知られている方法であると、６５ｎｍ以下の線幅をもつ構成素子に対する幾何学的形状要求すなわち最大でも６５ｎｍであるＳＦＱＲ_maxの値を満たすことはできない。その際に最も深刻な問題は半導体ウェハのエッジ領域において発生する。なぜならば、現在は（９０ｎｍの線幅で）３ｍｍであるエッジ除外領域は、６５ｎｍあるいはそれ以下という将来の線幅においては２ｍｍもしくは１ｍｍまで低減されるからであり、平坦度の判定においてパーシャルサイトが算入されるからである。

いわゆるＳＯＩウェハの場合には付加的な問題点が発生する。このような半導体ウェハは、ベースウェハ（英語では"base wafer"または"handle wafer"）の面上に存在する半導体層を有している。半導体層の厚さは、処理すべき構成素子に応じて変わる。一般に、いわゆる「薄い層（厚さ１００ｎｍよりも薄い層）といわゆる「厚い層」（厚さ１００ｎｍから約８０μｍまでの層）とに区別される。ベースウェハは、全体を電気的に絶縁性の材料（たとえばガラス、石英、サファイア）によって構成することもできるし、あるいはたとえば有利にはシリコンのような半導体材料によって構成し、単に電気的に絶縁性の層によって半導体層から分離しておくこともできる。電気的に絶縁性の層をたとえば酸化シリコンによって構成することができる。

ＳＯＩウェハは、マイクロエレクトロニクス素子を製造するために非常に重要なものである。ＳＯＩウェハの半導体層は、最も外側のエッジ領域に至るまで著しく均一な厚さをもっていなければならない。厚さ１００ｎｍまたはそれ以下の半導体層の場合には殊に、不均一な層厚であるとたとえばスイッチオン電圧のようなトランジスタ特性が著しく大きく変動する。薄い半導体層と厚い半導体層をもつＳＯＩウェハにおける絶対的な厚さの許容範囲は層厚に依存する。層厚測定方法として有利には分光エリプソメトリ、反射率測定法または干渉測定法が利用される。

しかもできるかぎり多くの個数の回路を集積できるようにするためには、必要とされる層厚均一性が表側エッジのできるかぎり近くまで保証されていなければならない。このことはやはり、エッジ除外領域が著しく僅かであることを意味する。

さらに層厚均一性の向上を目的としたＳＯＩウェハの後処理方法も知られている。ここで全般的に対象としているのは、ＳＯＩウェハをスキャンしながら行う局所的なエッチング法であって、この場合、層厚が比較的厚い個所ではエッチングによりいっそう多くの除去が行われるようにしている。US 2004/0063329 A1によれば、ドライエッチングプロセスにおいてＳＯＩウェハ表面がノズルによってスキャンされ、このノズルを介して気体状のエッチング媒体が局所的に供給される。EP 488642 A2およびEP 511777 A1に記載されている方法によれば、ＳＯＩウェハの半導体層が面全体にわたりエッチング媒体に晒される。ただしこのエッチング媒体は、レーザビームまたは光学系によりフォーカシングされた光源の光ビームによって表面をスキャンをしながら局所的に活性化させなければならない（光化学的エッチング）。

エッチングにより局所的に異なる除去を実現するために半導体層表面をスキャンしなければならないすべての方法は著しく時間がかかり、ひいてはコストがかかってしまう。しかもスキャンのためには、時間のかかる光源もしくはノズルあるいはＳＯＩウェハの運動が必要とされる。

さらに殊にウェハエッジ領域において、つまりウェハエッジから５ｍｍまで離れた領域において、ならびにスキャンにあたりオーバラップが生じる領域において、層厚の付加的な不均一性が発生する。EP 488642 A2によれば、層厚が５２０ｎｍのとき１０ｎｍの層厚均一性が達成されるが、エッジ除外領域についての記述はない。さらにEP 511777 A1によれば、層厚が１０８ｎｍのとき８ｎｍの層厚均一性が達成されるが、エッジ除外領域についての記述はない。

したがって手間のかかる方法であるにもかかわらず、必要とされる層厚均一性殊にＳＯＩウェハのエッジ領域において必要とされる層厚均一性は実現されない。
EP 798766 A1 EP 961314 A1 A New Method for the Precise Measurement of Wafer Roll off of Silicon Polished Wafer", Jpn.J.Appl.Phys., Vol. 38 (1999), p.38-39 Young等著 Applied Physic Letters 50(2) (1987) p.80, Kazor等著 Applied Surface Science 54 (1992) p.460-464 Applied Surface Science 54 (1992), p.460-464）およびIshikawa等（Jpn. J. Appl. Phys. 30 (1991) L661 Oren等によるJournal of applied Physics 42(2) (1971), p.752-756 Boyd等著 Nuclear Instruments and Methods in Physic Research B 121 (1997), p.349-356

したがって本発明の課題は、６５ｎｍまたはそれよりも小さい線幅で素子を製造するのに適しており、（殊にエッジ領域における）平坦性およびナノトポグラフィを向上させた半導体ウェハを提供することにある。なお、ここで「半導体ウェハ」という用語にはＳＯＩウェハも含まれる。さらに本発明の課題は、層厚均一性殊にエッジ領域における層厚均一性を向上させたＳＯＩウェハを提供することにある。

本発明によればこの課題は、半導体ウェハの処理方法において以下のステップを有することにより解決される。すなわち、
ａ）半導体ウェハの特性を表すパラメータを位置に依存して測定し、該半導体ウェハの面全体で位置に依存する該パラメータの値を求めるステップと、
ｂ）酸化レートおよび結果として得られる酸化層の厚さが前記半導体ウェハ平面における光強度に依存しており、酸化剤の使用とともに該半導体ウェハの面全体を同時に照射することによる作用によって、該半導体ウェハの面全体を酸化させるステップと、
ｃ）酸化層を除去するステップが設けられており、
前記ステップｂ）において光強度を位置に依存してまえもって設定し、前記ステップａ）において測定された位置に依存するパラメータの各値における相違を、位置に依存する光強度の結果として生じる前記ステップｂ）における酸化レートおよび前記ステップｃ）におけるその後の酸化層除去によって低減することを特徴とする、半導体ウェハの処理方法により解決される。

本発明は、半導体ウェハの面のうち少なくとも１つの面の酸化ならびに酸化層の除去によって半導体ウェハを処理する方法に関する。この方法によれば、半導体ウェハの面（ＳＯＩウェハであれば半導体層）が従来技術とは異なり、ポイントごとにまたはスキャンにより処理されるのではなく、面全体で処理される。ステップａ）において位置に依存して測定されたパラメータの補正が、ステップｂ）における酸化層の位置に依存する成長レートないしは成長率（以下では酸化レートないしは酸化率とも称する）によって達成される。その結果、酸化層において位置に応じて異なる厚さが発生し、ついでこれがステップｃ）において有利には完全に除去される。酸化ならびに酸化層の除去により、位置に依存してそれぞれ異なる量で材料が取り除かれる。補正に必要とされる局所的に異なる酸化レートは、局所的に異なる光強度によって達成される。局所的な光強度配分は、事前に測定されたパラメータの局所的な値によって決定される。本発明による方法において最適化すべきパラメータは、ステップａ）において測定される。その結果得られた測定値は、局所的な光強度を制御するために用いられる。

本発明による方法はあらゆる半導体ウェハに適用可能であって、たとえばゲルマニウムから成る半導体ウェハ、有利にはシリコンーゲルマニウムまたはシリコンカーバイドから成る半導体ウェハなどに適用可能である。殊に有利であるのはシリコンへの適用である。この種の半導体ウェハの表側の平坦性を向上させるのであれば、本発明による方法のステップａ）において測定されるパラメータとして、上述のように規定の理想平面からの高さの偏差が適している。この高さの偏差は、慣用の形状測定装置によって求めることができる。

半導体ウェハにおける全体的な平坦度（ＧＢＩＲ）を最適化しようとするならば、ステップａ）において、ウェハ裏側により規定される理想平面からのウェハ表側の偏差が求められ、ステップｂ）において、局所的な凸部では高い酸化レートないしは酸化率が、局所的な凹部では低い酸化レートないしは酸化率が達成されるよう、局所的な光強度が制御される。

これに対し半導体ウェハにおける局所的な平坦度（ＳＦＱＲ）を最適化しようとするならば、ステップａ）において、たとえばサイズ２６×８ｍｍ²といった決められた測定窓に関連づけられた理想平面からのウェハ表側の偏差が求められ、ステップｂ）において、局所的な凸部では高い酸化レートないしは酸化率が、局所的な凹部では低い酸化レートないしは酸化率が達成されるよう、局所的な光強度が制御される。

本発明による方法はＳＯＩウェハにも適用可能であって、この場合、ＳＯＩウェハの半導体層をたとえばゲルマニウムから成るものとすることができる。有利であるのは、シリコンーゲルマニウムまたはシリコンカーバイドから成る半導体ウェハに適用することであり、殊に有利であるのはシリコンに適用することである。半導体層の層厚均一性を向上させようとするならば、この層厚が本発明による方法のステップａ）において測定される。半導体層の厚さはたとえばエリプソメータ、干渉計あるいは反射率計により位置に依存して測定することができる。続くステップｂ）において、層厚の厚い個所では高い酸化レートが得られ、層厚の薄い個所では低い酸化レートが得られるよう、局所的な光強度が制御される。

ステップａ）における測定に基づき、半導体ウェハの面における各ポイントごとに必要とされる除去量が求められる。酸化レートは、該当する半導体材料において使用されるエッチング媒体により達成されるものであり、この酸化レート自体は材料除去量を規定するものであるが、光強度に依存するこのような酸化レートから、酸化処理に必要とされる時間も計算されるし、半導体ウェハの面における各ポイントについて必要とされる光強度も計算される。

一般に測定ポイントの個数ならびにポジションは、望まれる分解能に合わせられる。最大可能な測定ポイント数は、測定センサのサイズに依存する。たとえば測定センサのサイズは、（直径２００ｍｍの半導体ウェハのための）測定装置ＡＤＥ ９５００および（直径３００ｍｍの半導体ウェハのための）測定装置ＡＤＥ ＡＦＳの場合、２×２ｍｍ²である。

ついで測定値から、必要とされる局所的な光強度が計算される。以下では適切な方法について形状データに基づき、すなわちＧＢＩＲまたはＳＦＱＲの最適化に関して説明するけれども、ＳＯＩウェハの場合にこの方法を半導体層のナノトポグラフィデータまたは層厚に対しても同様に適用可能である。

形状測定装置はＡ×Ａ（典型的には４×４ｍｍ²または２×２ｍｍ²）のサイズをもつ測定センサを用いて、直径Ｄである半導体ウェハの厚さｔにおける完全なマッピングを測定する。この場合、厚さｔは精確にいえば、半導体ウェハの裏側により規定される理想平面からの高さの偏差である。これらのデータを、形状測定装置の生データとしてコンピュータへ伝送することができる。ここでデカルト座標系を半導体ウェハの中心においた場合、各ポイントｘ，ｙそれぞれについて厚さの値ｔ（ｘ，ｙ）が存在する。この場合、ｘとｙは測定窓サイズのラスタ内で変化し、つまりｔ（ｘ，ｙ）はｘ−Ａ／２〜ｘ＋Ａ／２およびｙ−Ａ／２〜ｙ＋Ａ／２により規定された正方形に関する厚さの平均値として捉えることができる。照射装置はＢ×Ｂ個の画素から成る分解能を有しており、たとえば１０２４×１０２４個の画素から成る分解能を有している。Ｂ×Ｂのサイズをもつコンピュータ内部のマトリックスを用いて、各マトリックス要素Ｍ（ａ，ｂ）にオリジナルの厚さマトリックスから対応する値が割り当てられる。

M(a,b) = t(|-D/2 + a*D/B|, |-D/2 + b*D/B|) (1)
ここでシンボル | | は絶対値関数を表す。絶対値関数を適用できるようにしている理由は、典型的には照射装置の分解能がオリジナルの厚さデータよりも高いことによる。これとは逆の事例では、単純にオリジナルデータの幾何学的な平均値形成が実行される。

この変換後、データが平滑化される。コントロールパラメータとして平均半径Ｒが存在する。座標ｉ，ｊをもつ画素に対し、ポイントｉ，ｊを中心とする半径Ｒをもつ円内に入るすべての画素による平均値が割り当てられる。ポイントｘ，ｙがｉ，ｊを中心とする円内に正確に収まるのは、次式が満たされたときである：
(i-x) * (i-x) + (j-y) * (j-y) ≦ R*R (2)
この新たな値は、上述の条件を満たすすべてのＭ（ｘ，ｙ）の平均値から計算される：
M_smooth(i,j) = 平均値(M (x₁, y₁) , M(x₂, y₂), M(x₃, y₃), ...M(X_n, y_n)) (3)
Ｒはオリジナルの座標系に関して典型的には０．１ｃｍ〜２ｃｍにあり、これはチューニングパラメータとして用いられる。

ただしこのような幾何学的な平滑化のほか、データ処理において一般的な他のすべての平滑化のための標準的な方法を実行することもできる。

マトリックスＭ_smoothの最大値Ｍａｘ_Mと最小値Ｍｉｎ_Mによって、半導体ウェハを照射するためのグレースケールマトリックスを生成することができる。

画素ｉ，ｊの透過割合 =
(M_smooth(i, j) - Min_M) * (Max_M-Min_M)*100% (4)
画素ｉ，ｊの黒色割合 =
100% - (M_smooth(i, j) - Min_M) * (Max_M - Min_M) * 100% (5)
このアルゴリズムによって、半導体ウェハの殊に厚い個所が透明なものとして表され、その結果、それらの個所は高い光強度で照射される。これに対して最も薄い個所は黒色で表され、したがってそれらの個所は照射されないかまたはごく僅かな光強度でしか照射されない。

本発明は、特定の酸化反応の速度と入射光の強度および波長の関係を利用している。以下では、これについてシリコンを例として具体的に説明する。ただし本発明は他の半導体材料にも適用可能である。

シリコンの熱酸化速度は、１）反応性酸化種の生成、２）ウェハ表面からシリコンウェハ中に成長していくシリコンと酸化シリコンとの間の界面へのこの酸化種の拡散、ならびに３）この界面における酸化シリコンの生成、によって実質的に決定される。これらの反応ステップの１つまたはいくつか、ひいては酸化反応の速度を、適切な波長の光を照射することによって加速できることは知られている。

光強度および波長の影響ならびに基礎を成す酸化モデルは、Young, Kazor等によって記述されている（Young等著 Applied Physic Letters 50(2) (1987) p.80, Kazor等著 Applied Surface Science 54 (1992) p.460-464）。

ステップｂ）で使用される酸化剤をガス状とするのが有利である。殊に有利な酸化剤は酸素（Ｏ₂）である。一酸化二窒素（Ｎ₂Ｏ）のような窒素酸化物も適している。しかもガス雰囲気には、水素（Ｈ₂）または塩素（Ｃｌ₂）といったさらに別の反応性ガスならびに窒素（Ｎ₂）または希ガスといった非反応性ガスも含めることができる。また、ガス雰囲気には水素（Ｈ₂Ｏ）も含めることができ、このようにした場合には湿式酸化と呼ばれる。さらにたとえば空気を用いて酸化を行うこともできる。

酸化剤が酸素であれば、２５０ｎｍよりも短い波長をもつＵＶ光による照射によって酸素と酸素の結合が破られ、その結果、著しく反応性の高い単原子の酸素（Ｏ）およびオゾン（Ｏ₃）が発生する。この作用は波長が短くなるにつれて増大するので、酸素を酸化剤として使用する場合には２００ｎｍよりも短い波長の光を用いるのがよい。単原子の酸素（Ｏ）およびオゾン（Ｏ₃）は、分子状の酸素（Ｏ₂）よりも本質的に強い酸化剤である。したがって酸化レートないし酸化率を、上述の波長領域のＵＶ光を照射することによって格段に加速させることができる。この作用については、Boyd等によって述べられている（Boyd等著 Nuclear Instruments and Methods in Physic Research B 121 (1997), p.349-356）。

オゾンおよび単原子の酸素のライフタイムは著しく短く、そのライフタイムは温度が高まるにつれてさらに短くなる。有利であるのはステップｂ）における酸化処理を１００°Ｃ〜１１００°Ｃの温度で実施することであり、殊に有利であるのは３００°Ｃ〜５００°Ｃで実施することである。このような温度では上述の反応性酸素種のライフタイムはきわめて短く、したがって酸素種の生成後、これはたいして拡散しない。

ＵＶ光強度を位置に依存させることによって、それぞれ異なる個所において上述の反応性酸素種を様々な量で生成することができる。上述の酸素種の拡散は実質的には問題にならないので、これによって酸素種を位置に依存してそれぞれ異なる濃度で生じさせることもでき、つまりは位置に応じた酸化レートが達成される。

波長がもっと長い光を用いた場合も、酸化反応のステップ２）およびステップ３）に対する作用によって、酸化レートの位置依存性を達成することができる。ただし最大の効果は、２５０ｎｍよりも短い波長殊に２００ｎｍよりも短い波長および酸化反応のステップ１）に対するその作用によって達成できる。

吸収のスペクトル依存性は、本発明の実施に適した光源の選択に関して重要である。たとえば光アークランプは幅の広いスペクトルと高い光強度の点で優れており、つまり半導体ウェハ全体の照射に関してきわめて有用である。適切なフィルタ（ハイパス、ローパス）を使用することによって、適合する波長範囲を設定することができる。ただし基本的には、上述の作用の達成に適した光を放出するあらゆる光源を利用することができる。たとえば低圧放電水銀ランプまたはナトリウム蒸気ランプ、重水素ランプ、エキシマランプ、レーザまたはＬＥＤも適している。酸化剤として酸素を使用するとき、位置に依存する照射によってまず第１に（上述のように）反応性酸素種の発生に影響を与えようとする場合には、２５０ｎｍよりも短いあるいはそれどころか２００ｎｍよりも短い光成分を放出する光源が有利であり、たとえば重水素ランプ、エキシマランプあるいは低圧水銀ランプが有利である。

本発明による方法のステップｂ）において位置に依存してそれぞれ異なる照射を実現する複数のオプションが存在する。
たとえば単一光源の照射装置を使用することができ、この場合、照射の位置依存性は、位置に依存する透過特性をもつフィルタまたは位置に依存する反射率をもつミラーによって実現される。 計算されたグレースケールマトリックスを、適切な光学系を用いることで照射装置により半導体ウェハ表面にシャープに投影することができ、したがってこれを局所的な光強度の制御に用いることができる。 有利には光学系は、半導体ウェハの被照射面ができるかぎり均一に面全体に照射されるように構成され、つまり有利には、位置に依存する透過特性をもつフィルタないしは位置に依存する反射率をもつミラーが光源と半導体ウェハとの間に介在しないときに、±１０％よりも小さい偏差で照射されるように構成される。これに対する代案として、光源または光学系に起因する照射の不均一性を、グレースケール計算アルゴリズムにおいて考慮し、それによって補償することもできる。

本発明の１つの実施形態によれば、１つの半導体ウェハに精確に整合されたフィルタを形成するために、ステップａ）において得られたこの半導体ウェハの測定結果が利用され、ついでそのフィルタがこの半導体ウェハの照射に利用される。フィルタのグレースケールは、上述のアルゴリズムを用いて計算することができる。このフィルタ自体は様々なやり方で形成することができ、たとえば印刷プロセスにおいてフィルタシートを製造することによって形成できる。半導体ウェハに合わせて製造されたフィルタはその半導体ウェハを照射するために、フィルタが半導体ウェハ上に精確に結像されるよう、適切なやり方および適正な配向で光源と半導体ウェハとの間に取り付けられる。

択一的に、電圧の印加により位置に依存して透過特性を変えることのできるＬＣＤフィルタを利用することもできる。

ただし原則的に、ほぼ０〜１００％の透過率を可能としかつ適切な局所分解能を実現するあらゆる種類のフィルタが適している。また、位置によって異なる光透過率をもつフィルタの代わりに、位置によって異なる反射率をもつよう相応に製造されたミラーを使用することもできる。

そのつど１つの半導体ウェハのためだけに使用可能なフィルタまたはミラーを製造するのは、著しく煩雑である。この理由から、本発明の以下の実施形態は２５０ｎｍ以上の波長に関して著しく有利である。ステップａ）において測定された位置に依存するパラメータ値から、制御ユニット有利にはコンピュータによってグレースケールマップが計算される。この目的で上述のアルゴリズムを使用することができる。ステップｂ）における半導体ウェハの照射は投影装置により行われ、この装置はグレースケールマップの画像を半導体ウェハの表面に投影する。このケースでは照射装置は、固定的なフィルタまたはミラーを用いずにグレースケールマップの画像を半導体ウェハにダイレクトに投影可能な投影装置である。この投影装置は有利には、データプロジェクタまたはビデオプロジェクタ（いわゆる「ビーマ」）の原理に従って動作する。その際、投影ランプの光は、制御可能なミラーチップ（数ｃｍ²サイズのチップ上に設けられた微視的に小さい数１０万個のミラーから成るマトリックス）を介して偏向される。現在市販されているようなこの種の投影装置によってたとえば、１０２４×７６８個のポイントから成る分解能を伴って０〜１００％の範囲で光透過率を制御することができる。これによって３００ｍｍの直径をもつ被処理半導体ウェハの表面に、約６．５ポイント／ｍｍ²の厚さが生じる。

いっそう短い波長殊に２５０ｎｍよりも短い波長に関しては、ミラーのための適切な材料をみつけるのがいっそう困難となる。このケースにおいて殊に有利であるのは、光強度における局所的な相違を互いに並置された多数の光源から成るアレイによって生成することであり、その際にこれらの光源によって半導体ウェハがダイレクトに照射され、あるいは付加的なフィルタを介して照射される。これらの光源は、半導体ウェハ平面の各場所に作用する光強度がステップａ）で測定された位置に依存するパラメータ値と一義的な関係をもつよう、個別にまたはグループごとに制御される。いっそう長い波長の場合にも、すなわち２５０ｎｍよりも長い波長の場合にも、複数の光源から成るアレイを使用することができる。

上述の実施形態の各々において、半導体材料と酸化物との間で著しく平坦な界面を実現する目的で酸化レートにおける所望の局所的な相違が十分であるよう、光源が選択される。酸化レートは温度、波長、光強度、酸化剤の種類ならびに濃度に左右される。

酸化剤もしくは雰囲気の組成は、使用される光の波長範囲との組み合わせにおいて半導体材料に依存して、酸化レートと光強度および波長との間で十分に強い依存性が生じるよう選定すべきである。（５５０°Ｃよりも下の）低い温度に対する典型的な酸化条件については、Kazor等（Applied Surface Science 54 (1992), p.460-464）およびIshikawa等（Jpn. J. Appl. Phys. 30 (1991) L661）により述べられている。酸化レートと波長の依存性については、Young等（Applied Physics Letters 50(2) (1987), p.12）によって述べられている。

予備実験によって、酸化処理のための適切なパラメータセットを求めることができる（Kazor等によるApplied Surface Science 54 (1992), p.460-464; Boyd等によるNuclear Instruments and Methods in Physics Research B 121 (1997), p.349-356）。

位置に依存するシリコンの酸化のために、本発明による方法においては酸化剤としてたとえば酸素が適している。酸化剤は有利には毎分１００〜１０００ｃｍ³の流量で、さらに有利には毎分１５０〜６００ｃｍ³の流量で、酸化室へ供給される。有利な圧力範囲は光の波長に依存する。１８５ｎｍまたはそれよりも長い波長の場合には、雰囲気圧力あるいは低減された圧力のもとで動作させることができる。これよりも短い波長の場合、酸素による吸収が高まることから、低減された圧力有利には１００ｈＰａよりも低い圧力が有利である。ＵＶ照射のもとで酸素分子から形成されるオゾンのライフタイムは、圧力が低減されると長くなる一方、雰囲気圧力の場合にはライムタイムが短くなることから、オゾン濃度の位置依存性がいっそう良好に規定される。したがって具体的な条件は役割設定に整合させるべきである。

酸化処理における他のパラメータに依存させて、所望の酸化レートが達成されるよう入射光の光強度が選定される。０Ｗ／ｃｍ²〜１０Ｗ／ｃｍ²の局所的な強度が可能であり（レーザの場合）、有利には０〜１００ｍＷ／ｃｍ²、殊に有利には０〜３０ｍＷ／ｃｍ²の局所的な強度が可能である。シリコンの酸化のために有利な光源は低圧水銀ランプであり、このランプは１８５〜２５４ｎｍの波長で放出を行う。

十分な酸化レートを達成する目的で、酸化処理中に３００〜５００°Ｃの温度とするのが有利である。この温度の場合、光強度に依存して毎秒２〜６ｎｍの酸化レートが可能である。一般的に必要とされる酸化層厚を達成するためには、約１〜４秒の処理時間が必要とされる。

酸化レートをさらに高める目的で、５００°Ｃ〜１１００°Ｃの範囲にあるいっそう高い温度を適用することも可能である（Oren等によるJournal of applied Physics 42(2) (1971), p.752-756; Young等によるApplied Physics Leiters, 50(2) (1987), p.80）。

場合によっては酸化剤の流量不均一性が発生し、半導体ウェハのエッジにおいて材料除去の偏差が引き起こされる可能性があるが、局所的な光強度を適切に補正することによってこのような流量不均一性を補償することができる。

ついでステップｃ）において酸化層が除去される。有利にはステップｃ）において酸化層が完全に除去される。これは有利には適切なエッチング法によって行われる。この場合、エッチング法を気相エッチング法、湿式化学エッチング法あるいはプラズマエッチング法とすることができる。その際、エッチング法によって酸化物だけが腐食ないしは侵食され、半導体材料自体は侵食されないよう、条件を選定するのが有利である。半導体材料がシリコンであるならば、フッ化水素（ＨＦ）を含む水性溶剤の適用によってこのことを達成することができる。酸化剤が存在しない場合、フッ化水素は酸化シリコンのみを侵食し、シリコンを侵食しない。

酸化および酸化層の除去はそれぞれ面全体で行われるので、時間のかかる表面のスキャンを回避することができる。このようにして本発明による方法を低コストで実施することができる。位置に依存する光強度の段階づけおよび位置分解能を著しく細かく選定できるので、従来技術によればスキャンに際して現れていたオーバラップ作用を回避することができる。

本発明による方法の利点は、半導体ウェハのエッジに至るまで局所的に補正されながら動作するので、必要とされる品質がウェハエッジに至るまで達成されることである。殊に、要求される平坦度または層厚を２ｍｍまたはそれよりも小さいエッジ除外領域においてパーシャルサイトを含めながら実現できる。

本発明による方法は、ＳＯＩウェハの半導体層の不均一性を取り除くためにも、エッジロールオフを含む半導体ウェハの不均一性を取り除くためにも適している。したがって本発明による方法を用いて処理される半導体ウェハは、別の半導体ウェハとの結合（貼り合わせ）のためにもきわめて適している。その理由は、貼り合わせ品質は殊にエッジにおいてＳＦＱＲ値およびエッジロールオフによって影響を受けるからである。著しく経済的な利点として、素子製造に関してウェハ面の有用性が著しく高いことが挙げられる。ＳＯＩウェハの場合にはその製造コストが著しく高いことから、これによってきわめて大きい影響が及ぼされる。

本発明による方法は、ＳＯＩウェハの場合には一般に表側（＝半導体層を担持する面）においてのみ実行され、層構造をもたない半導体ウェハの場合には有利には表側において実行される。エッジロールオフを裏側においても低減すべき場合、本発明による方法を裏側にも適用する必要がある。この場合、本発明による方法を裏側と表側に順番に、あるいは両方の側に同時に適用することができる。

平坦度または層厚均一性を再び劣化させない目的で、本発明による方法に続いてポリッシングを実施しないのが有利である。１μｍよりも薄いシリコン層厚を備えたＳＯＩウェハであるならば殊に、ポリシングを実施すべきではない。表面の粗さを低減するため引き続きポリシングが必要とされるケースでは、表面の平坦性もしくは層厚の均一性を維持する目的で、できるかぎり僅かなポリシング除去量を伴うようにすべきである。

半導体層をドナウェハからベースウェハへ移すことにより製造されるＳＯＩウェハの場合、これらのウェハを結合してドナウェハの残りの部分から層を分離した後、本発明による方法が実施される。ＳＯＩウェハの場合には本発明による方法を、表面平滑化または貼り合わせ力強化のための１つまたは複数の熱処理プロセスと、および／または半導体層を薄くするための１つまたは複数の酸化処理プロセスと組み合わせることができる。

本発明による方法によれば、著しく平坦な表面をもつ半導体ウェハおよび層厚が著しく均一なＳＯＩウェハを製造することができる。

たとえば本発明による方法によれば、以下のような半導体ウェハを製造することができる。すなわちこの半導体ウェハの表側は、最大０．０９μｍのＧＢＩＲ、エッジ除外領域が２ｍｍでパーシャルサイトを含むサイズ２６×８ｍｍ²の測定窓において最大０．０５μｍのＳＦＱＲ_maxをもち、かつ半導体ウェハエッジから１ｍｍ〜３ｍｍ隔たった範囲内の測定において表側で最大０．２μｍのエッジロールオフをもっている。

さらに有利には本発明に従って製造される半導体ウェハは、エッジ除外領域が２ｍｍでパーシャルサイトを含むサイズ２６×８ｍｍ²の測定窓において最大０．０３μｍのＳＦＱＲ_maxをもつことを特徴としている。

本発明によればさらに以下のような半導体ウェハも製造することができる。すなわちこの半導体ウェハの表側は、２ｍｍのエッジ除外領域でサイズ２×２ｍｍ²の測定窓において最大１６ｎｍのナノトポグラフィ（山対谷偏差 peak to valley）をもつ。

本発明に従って製造されるきわめて平坦な半導体ウェハ殊に単結晶シリコンから成るきわめて平坦な半導体ウェハは、たとえば６５ｎｍまたはそれよりも小さい線幅をもつ電子素子の製造など半導体産業における用途に適している。このような半導体ウェハは、結合されたＳＯＩウェハを作成するためのドナウェハまたはベースウェハとしてきわめて良好に適しており、殊にその理由は、２ｍｍにすぎない著しく僅かなエッジ除外領域であってもエッジロールオフを含めて平坦性が確保されるからである。

本発明によれば以下のようなＳＯＩウェハも製造することができる。すなわちこのＳＯＩウェハには半導体層と支持ウェハすなわちベースウェハとが設けられており、この半導体層は１００ｎｍよりも薄い厚さを有しており、この半導体層の平均厚からの相対標準偏差はエッジ除外領域が２ｍｍで最大３％である。半導体層の厚さの相対標準偏差を、以下では層厚均一性とも称する。

有利には本発明に従って製造されたＳＯＩウェハは、最大１００ｎｍの層厚においてエッジ除外領域が２ｍｍで最大１％の層厚均一性を有している。

殊に有利であるのは、最初にドナウェハとベースウェハに対し本発明による方法を適用してから、これらのウェハを互いに結合し、その後、半導体層を伴うベースウェハをドナウェハの残りの部分から分離し、ついでこのようにして作成されたＳＯＩウェハに対し、半導体層の厚さを均一にする目的でもう一度本発明による方法を適用することである。このようにして製造されたＳＯＩウェハは上述の特性に加えて、最大０．１μｍのＧＢＩＲ、エッジ除外領域が２ｍｍでありパーシャルサイトを含むサイズ２６×８ｍｍ²の測定窓において最大５３ｎｍのＳＦＱＲ_maxをもち、かつ半導体ウェハエッジから１ｍｍ〜３ｍｍ隔たった領域内の測定において表側で最大０．２５μｍのエッジロールオフをもつことを特徴としている。

本発明による方法は厚い半導体層をもつＳＯＩウェハにも適用可能であるため、本発明によれば以下のようなＳＯＩウェハも製造することができる。すなわちこのＳＯＩウェハは半導体層と支持ウェハすなわちベースウェハを有しており、この場合、半導体層は０．１μｍ〜８０μｍの範囲の厚さを有しており、この半導体層の平均厚からの相対標準偏差はエッジ除外領域が２ｍｍで最大４％である。

有利には厚い半導体層をもち本発明に従って製造されたＳＯＩウェハは、エッジ除外領域が２ｍｍで最大２％の層厚均一性を有することを特徴としている。

薄い半導体層をもつＳＯＩウェハに関してすでに述べたようにＳＯＩウェハを、ドナウェハとベースウェハに対して本発明による方法を適用し、ついでＳＯＩウェハに対して適用することによって製造するのが有利であるが、このようにして製造される場合、薄い半導体層をもつＳＯＩウェハは付加的に、最大で０．１１μｍのＧＢＩＲをもち、エッジ除外領域が２ｍｍでパーシャルサイトを含むサイズ２６×８ｍｍ²の測定窓において最大で５５ｎｍのＳＦＱＲ_maxをもち、かつＳＯＩウェハのエッジから１ｍｍ〜３ｍｍ隔たった範囲内の測定において表側のエッジロールオフが最大０．３μｍである。

しかも厚い半導体層または薄い半導体層をもち本発明に従って製造されたＳＯＩウェハは有利には、エッジ除外領域が２ｍｍでサイズ２×２ｍｍ²の測定窓において最大１６ｎｍのナノトポグラフィ（山対谷偏差 peak to valley）をもち、有利には最大８ｎｍ、殊に有利には最大２ｎｍのナノトポグラフィをもつ。

以下では、本発明による方法の有利な実施形態について述べておく。これらの実施形態によれば本発明の方法による材料除去を高めることができる。

ＳＯＩウェハの場合に望ましいとされる可能性のあるのは、本発明による方法によって層厚の均一性を向上させるだけでなく、層厚を規定された目標値まで低減させることである。このことは本発明による方法によれば、ステップｂ）およびステップｃ）で達成される材料除去の均等で位置に依存しない増大によって実現できる。このためにいくつかのオプションがある。

たとえばステップｂ）に加えて、位置に依存しない均一の酸化レートでさらに別の酸化処理を実施することができる。上述の別の酸化処理をステップｂ）の前、ステップｂ）とｃ）の間、あるいはステップｃ）の後に実施することができる。第１のケースでは、ステップｃ）と同様に均一の厚さの酸化層を除去してから、ステップｂ）における位置に依存する酸化を始めることができる。第２のケースでは、生成された酸化層全体がステップｃ）において除去される。第３のケースでは、均一の厚さをもつ付加的な酸化層がついでステップｃ）と同じようにして除去される。これらのステップを何度も繰り返すことができる。たとえば半導体ウェハを完全に照射する場合、酸化レートを高めるために付加的な酸化処理を実施することができる。また、外部で生成されたオゾンを酸化室へ供給することによって酸化レートを高めることもできる。さらに、プラズマの生成によっても酸化レートが高められる。

ただし均一化と薄板化を、ステップｂ）およびステップｃ）によってのみ実施することもできる。このケースでは局所的に異なる光強度の計算において、望まれる最終厚に至るまでに必要とされる全除去量が考慮される。ステップｂ）において、光強度の全般的な上昇、温度の上昇、外部で生成されたオゾンの同時供給、あるいはプラズマ支援によって、酸化レートを均一につまり位置に依存することなく高めることができる。酸化室内で行われる位置に依存する照射によって、酸化レートの必要な位置依存性が達成される。

次に、本発明による方法の実施に適した装置について図面を参照しながら説明する。

本発明による方法を実施するのに殊に適している半導体ウェハ５を処理する装置には
半導体ウェハ５の特性を表すパラメータを位置に依存して測定する測定装置１１と、
半導体ウェハ５のための保持装置と酸化剤を供給および排出するためのシステム９を備えた半導体ウェハ収容のための酸化室６と、
半導体ウェハ５の面に対し平行に位置する平面に並置された多数の光源２を含む照射装置と、
測定装置１１により求められたパラメータの値を照射装置の制御命令に換算してこの命令を照射装置へ転送する制御ユニット１０が設けられている。

なお、上述の光源２は個別にまたはグループで制御可能であって、それらの光源は、酸化室６内におかれた半導体ウェハ５の一方の面を位置に依存した光強度で照射できるように配置される。

制御可能な照射装置は多数の光源２を有している。個々の光源は半導体ウェハ５の面に対し平行に位置する平面に並置されており、個別にまたはグループで、酸化室６内におかれた半導体ウェハ５の一方の面を位置に依存した光強度で照射できるよう制御可能である。個々の光源に種々の形状をもたせることができ、たとえばリング状、円形、正方形あるいはストライプ状とすることができる。また、各光源に同じ形状をもたせることもできるし、あるいはそれぞれ異なる形状をもたせることもできる。個々の光源２は、規定された出力と波長で光を放出する。

この照射装置の光源２としてたとえば低圧水銀ランプを利用することができ、このランプは１８５ｎｍ〜２５４ｎｍの波長で光を放出する。半導体ウェハ５の表面における位置に依存する光強度は、０〜３０ｍＷ／ｃｍ²にあるとよい。

光源２を酸化室６内にじかに（図２参照）、あるいは酸化室６外の固有のケーシング１内に（図１参照）取り付けることができる。

光源２と半導体ウェハ５との間にフィルタ３を配置しておくことができる。このフィルタによって、光の波長領域を制限することができる。ただし、位置に依存して異なる透過特性で調整可能なフィルタたとえばＬＣＤフィルタなども利用できる。さらに両方の形式のフィルタを組み合わせることも可能である。図２に示した事例の場合には、酸化室６内にもフィルタが配置されている。

図２に示した装置の場合にはフィルタによって、酸化室６内にも存在する光源２が半導体ウェハから放出される熱放射から保護される。また、図１に示した装置の場合には光源２の過熱が、光源と向き合った酸化室６上部に対し適切な材料を選択することによって回避される。たとえば、光源から放出される放射４（有利にはＵＶ放射）に対し透過性でありかつ半導体ウェハから放出されるＩＲ放射１２を吸収するガラスを使用することができる。光源２の過熱を、光源の冷却たとえば空気または水による冷却によっても回避可能である。

半導体ウェハ５表面における光の強度は、光源２の開放角度、光源２と半導体ウェハ５の間隔、ならびに光源２に印加される電圧に依存する。光源２から放出された光の伝播方向は、半導体ウェハ５表面に対し実質的に垂直にすべきである。十分な局所分解能を保証する目的で、照射装置の個々の光源２ができるかぎり僅かな開放角度をもつようにすると有利であり、これは殊に光源２と半導体ウェハ５の間隔が比較的広いときである。さらに有利であるのは、半導体ウェハ５における個々の光源２の光円錐体のオーバラップがそれぞれじかに隣り合う光源に制約されるようにすることである。このことを達成する目的で、適切なレンズ、レフレクタまたは絞りを組み込むことができる。付加的な光学的部材を各光源ごとに個別に、あるいは複数の光源から成るグループに対して組み込むことができる。典型的には、開放角度は０°〜１０°の間にあり、光源と半導体ウェハとの間の間隔は１〜５０ｃｍである。

個々の光源２から放出された光強度を、光源２に加えられる電圧によって制御することができる。光源と半導体ウェハとの間隔や光源の開放角度といった幾何学的境界条件に依存して、半導体ウェハ表面上の特定の場所で必要とされる光強度が、固有の光源２に印加される電圧によって制御される。照射にあたりできるかぎり高い分解能（シャープさ）を達成するためには、個々の光源を各々固有に制御するのが有利である。ただし、複数の個々の光源から成るグループを共通に制御することもできる。

図１および図２に示した本発明による装置の場合、本発明による方法のステップａ）で得られた測定値に基づき算出されたグレースケールマトリックスは、個々の光源における出力のマトリックスに対応する。光円錐体のオーバラップが僅かであれば、個々の光源の出力はグレースケールマトリックスの対応する点における透過の割合に比例する。

制御ユニット１０は照射装置１および場合によっては可制御フィルタ３（たとえばＬＣＤフィルタ）のほか、装置の別の機能も制御することができ、これはたとえばロボットによる半導体ウェハのロード／アンロード、あるいはたとえば温度（一例としてヒータ７の温度）、酸化処理時間、酸化剤供給システム９を介した酸化剤の流れのような酸化処理パラメータなどである。

酸化処理に用いられる酸化室６は、半導体ウェハ５を水平に置いてまたは垂直に立てて収容することができる。（局所的に異なる光強度は別にして）均一な酸化レートを達成するために、半導体ウェハ５を動かすことができる。さらにたとえば半導体ウェハ５を回転させることができるが、この場合、照射装置１および必要に応じてフィルタ３を、たとえば同時に回転させるなどしてこの半導体ウェハの回転に同時に追従させる必要がある。ただし有利であるのは、半導体ウェハ５を動かさないことである。

また、温度を均一にするために冷却装置を用いることもできる。しかしながら酸化処理は一般に高められた温度で実施されることから、ヒータ７を利用するのが有利であって、これは別個のコントローラ８によって、あるいは制御ユニット１０によって制御される。

酸化室６には酸化剤供給システム９が接続されており、これによって酸化剤が必要とされる量、調量状態および品質で（場合によっては濾過されて）供給される。

酸化層の厚さに関するin-situ測定を組み込まれた測定システム１１を用いて行うことができ、これによれば最新の測定データを制御ユニット１０へただちに転送して処理することができる。

実施例
直径３００ｍｍのＳＯＩウェハを扱う場合、これはドナウェハのシリコン層をベースウェハへ移すことにより製造される。ウェハの厚さは７３５μｍであり、酸化シリコン層の厚さは８０ｎｍ、酸化シリコン層の上に設けられるシリコン層の目標厚は２０ｎｍである。

ステップａ）において、シリコン層の厚さを位置に依存して干渉計により精密に測定した。２０００個の測定ポイントと１ｍｍのエッジ除外領域を伴う測定の結果、２１．９ｎｍの平均層厚が得られ、その際に標準偏差は０．７ｎｍ、最大層厚と最小層厚との差は２．８ｎｍとなった。図３には、直径方向に沿った厚さのプロフィルが描かれており、つまり単位ｎｍで測定されたシリコン層の厚さｔ_SOIが単位ｍｍで測定された半径方向ポジションｒに依存して描かれている。厚さ測定値をコンピュータに格納し、グレースケールマップに換算した。この場合、層厚がいっそう大きい個所はグレースケールマップ上で光透過の割合がいっそう大きくなり、その結果、それらの個所ではいっそう多くの照射が行われ、ひいてはいっそう大きい除去率が達成され、さらにこれとは逆のことが行われた。

ついでステップｂ）において酸化処理を実施した。ＲＣＡ法によりきれいにクリーニングされたＳＯＩウェハを酸化室に収容し、窒素のもとで５００°Ｃのプロセス温度まで加熱した。このプロセス温度に達すると、雰囲気圧において毎分０．５リットルの流量の酸素に切り替えられ、局所的に異なる強度で面全体にわたるＵＶ照射がオンにされることによって、プロセスがスタートする。その際、照射装置として低圧水銀ランプアレイが用いられ、１８５ｎｍ付近の放出波長が使用された。光源からシリコン層表面までの間隔は１０ｃｍであった。ついで、事前にステップａ）において算出しておいたグレースケールマップを、光源アレイによってシリコン層表面に結像させた。その際、グレースケールマップに従いランプを個別に制御した。このようにしてシリコン層表面を局所的に異なる光強度で照射した。シリコン層表面における光強度を、位置に依存して１〜３０ｍＷ／ｃｍ²の間で変化させた。６０分の酸化時間後、最も厚い個所で６．０ｎｍの酸化層厚が生じ（２．８８ｎｍの酸化されたシリコンに相応）、最も薄い個所で１．８ｎｍの酸化層が生じた（０．８６ｎｍの酸化されたシリコンに相応）。酸化時間の終了後、窒素により酸化室がいっしょに洗浄され、ウェハが酸化室から取り出される。ついで湿式化学エッチングによって、酸化層が完全に取り除かれる。この目的で、０．５％のフッ化水素（ＨＦ）を含み２０％のフッ化アンモニウム（ＮＨ₃Ｆ）で緩衝させた水性溶剤を用いた。この溶剤による処理によっても、シリコン層表面には測定可能なざらつきは生じない。

ついで開始時と同じ厚さ測定法を用いて、位置に依存するシリコン層厚がもう一度測定された。平均層厚はここでは２０．１ｎｍとなり、標準偏差は０．２１ｎｍ、最大層厚と最小層厚との差は０．６５ｎｍであった。直径方向に沿った図４の厚さプロフィルは、シリコン層が著しく平坦化されたことを表している。

多数の個別の光源を備えた本発明による装置の構造を概略的に示す図 多数の個別の光源を備えた本発明による別の装置の構造を概略的に示す図 従来技術に従って製造されたＳＯＩウェハのシリコン層における半径方向の厚さプロフィルを示す図 本発明による方法を適用した後のＳＯＩウェハのシリコン層における半径方向の厚さプロフィルを示す図

符号の説明

１ 照射装置
２ 光源
３ フィルタ
４ 光源から放出される放射
５ 半導体ウェハ
６ 酸化室
７ ヒータ
８ コントローラ
９ 酸化剤供給システム
１０ 制御ユニット
１１ 測定装置
１２ ＩＲ放射

Claims (15)

1. 半導体ウェハの処理方法において、
   ａ）半導体ウェハの特性を表すパラメータを位置に依存して測定し、該半導体ウェハの面全体で位置に依存する該パラメータの値を求めるステップと、
   ｂ）酸化レートおよび結果として得られる酸化層の厚さが前記半導体ウェハ平面における光強度に依存しており、酸化剤の使用とともに該半導体ウェハの面全体を同時に照射することによる作用によって、該半導体ウェハの面全体を酸化させるステップと、
   ｃ）酸化層を除去するステップが設けられており、
   前記ステップｂ）において光強度を位置に依存してまえもって設定し、前記ステップａ）において測定された位置に依存するパラメータの各値における相違を、位置に依存する光強度の結果として生じる前記ステップｂ）における酸化レートおよび前記ステップｃ）におけるその後の酸化層除去によって低減することを特徴とする、
   半導体ウェハの処理方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記半導体ウェハの照射を、光源および該光源と前記半導体ウェハとの間に取り付けられたフィルタにより行い、位置に依存する光透過性を該フィルタにもたせ、該光透過性は位置に依存する前記パラメータの値と一義的な関係にあることを特徴とする方法。
3. 請求項１記載の方法において、
   前記ステップａ）で測定された位置に依存するパラメータの値から、コンピュータによりグレースケールマップを形成し、前記ステップｂ）における前記半導体ウェハの照射を投影装置により行い、該投影装置により前記グレースケールマップの画像を前記半導体ウェハの面に投影させることを特徴とする方法。
4. 請求項１記載の方法において、
   前記半導体ウェハ（５）の照射を複数の光源（２）によって行い、該光源は前記半導体ウェハ（５）の平面に対し平行に位置する配置されており、前記光源を個別にまたはグループで制御して、前記半導体ウェハ（５）の面上の各個所に作用する光強度と前記位置に依存するパラメータ値とに一義的な関係をもたせることを特徴とする方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の方法において、
   前記酸化剤はガス状であることを特徴とする方法。
6. 請求項５記載の方法において、
   前記酸化剤は酸素、オゾンまたは窒素酸化物であることを特徴とする方法。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の方法において、
   前記半導体ウェハは、シリコン−ゲルマニウムおよびシリコンカーバイドのグループから選択された材料から成ることを特徴とする方法。
8. 請求項６記載の方法において、
   前記半導体ウェハはシリコンから成ることを特徴とする方法。
9. 請求項１から８のいずれか１項記載の方法において、
   前記パラメータは規定された理想平面からの高さの偏差であることを特徴とする方法。
10. 請求項１から６のいずれか１項記載の方法において、
    前記半導体ウェハは、電気的に絶縁性の支持体上に設けられた半導体層を含むＳＯＩウェハであることを特徴とする方法。
11. 請求項１０記載の方法において、
    前記半導体層は、シリコン−ゲルマニウムおよびシリコンカーバイドのグループから選択された材料から成ることを特徴とする方法。
12. 請求項１０記載の方法において、
    前記半導体層はシリコンから成ることを特徴とする方法。
13. 請求項１０または１２のいずれか１項記載の方法において、
    前記パラメータは半導体層の厚さであることを特徴とする方法。
14. 半導体ウェハ（５）の処理装置において、
    該半導体ウェハ（５）の特性を表すパラメータを位置に依存して測定する測定装置（１１）と、
    前記半導体ウェハ（５）用の保持装置と酸化剤を供給および排出するシステム（９）を備えており前記半導体ウェハ（５）を収容する酸化室（６）と、
    前記半導体ウェハ（５）の平面に対し平行に位置する平面に並置された複数の光源（２）を含む照射装置が設けられており、該複数の光源（２）は、個別にまたはグループで制御可能であって、前記酸化室（６）内におかれた半導体ウェハ（５）の一方の面を位置に依存する光強度で照射可能に配置されており、
    前記測定装置（１１）により求められたパラメータの値を前記照射装置の制御命令に換算して該照射装置へ命令を転送する制御ユニット（１０）が設けられていることを特徴とする、
    半導体ウェハ（５）の処理装置。
15. 請求項１４記載の装置において、
    前記測定装置（１１）は、層厚を測定するためのエリプソメータ、干渉計または反射率計であり、または規定された理想平面からの高さの偏差を測定するための形状測定装置であることを特徴とする装置。

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