JP2009267159A

JP2009267159A - 半導体ウェーハの製造装置及び方法

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Publication number: JP2009267159A
Application number: JP2008116166A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kurosawa; 義明黒澤
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2009-11-12
Also published as: US8196545B2; US20090269861A1; TWI384541B; TW201001589A

Abstract

【課題】全面で良好な平坦度をもつエピタキシャルウェーハを製造する技術の提供。
【解決手段】種々の成膜条件で実際にウェーハサンプル上にエピタキシャル膜を成長させてみて、成長前後のウェーハの全面での厚み形状を測定し、その差から、種々の成膜条件下でのエピタキシャル膜の全域での膜厚形状を把握し記憶する。その後、素材ウェーハの全域での厚み形状を測定し、それに、記憶しておいた種々の成膜条件下での膜厚形状をそれぞれ加算して、種々の成膜条件下での製品ウェーハの平坦度を予測する。そして、予測された平坦度が要求仕様を満たす１種類の加工条件を選択し、その加工条件で実際に素材ウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般には、半導体ウェーハの製造装置及び方法に関わり、特にエピタキシャル膜の成長或いは表面エッチングなどの加工を経た製品ウェーハの平坦度を向上させるための技術に関する。

素材ウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させることで製造されるエピタキシャルウェーハを例に取る。エピタキシャルウェーハの平坦度は、素材ウェーハの表面形状にエピタキシャル膜の厚みが付加されることで決定される。素材ウェーハの平坦度及びエピタキシャル膜厚分布が様々であれば、最終製品の平坦度にバラツキが生じる。高平坦度をもつエピタキシャルウェーハの製造のために、素材ウェーハの高平坦度化、エピタキシャル膜厚の均一化が求められる。しかし両者ともに理想状態にすることは困難であるから、特許文献１に記載されているように、素材ウェーハの表面形状に、それとマッチングする膜厚形状を組合わせる方法が有効である。

特願２００７−９４１３２号公報

特許文献１に開示されているような凹形状に凸形状を組合わせる方法により、無作為な方法よりは、平坦性を改善することが可能である。しかし、素材ウェーハの形状はウェーハ毎に様々であるから、上記のように組み合わせた中でも平坦度のバラツキが生じる。例えばロット単位で素材ウェーハの形状の特徴を把握する場合には、同じロット内でのウェーハ毎の形状の違いによる平坦度のバラツキを解消することはできない。

また、特許文献１に開示の発明によれば、平坦度が最も高くなる組合せを選択することができても、要求される平坦度仕様を満足させ得るか否かは分らない。

さらに、特許文献１に開示の発明では、ウェーハの周縁部の平坦度のみに着目している。しかし、周縁部以外の領域の平坦度もエピタキシャル膜の成長により変化する。従って、ウェーハ全域での平坦度を向上させるためには、特許文献１に開示の発明はまだ不満足である。

類似の問題は、ウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させる場合の平坦度だけに限らず、膜成長に伴うウェーハの反りや、ウェーハ表面を研磨又はエッチングする場合の表面形状の変化など、各種の加工に伴うウェーハの表面形状の変化に関して存在する。

従って、本発明の目的は、製造された半導体ウェーハの実質的に全域における表面形状を向上させることにある。

本発明の一つの側面に従う半導体ウェーハの製造装置は；複数種類の加工条件の下でのウェーハの実質的に全域における加工量、をそれぞれ表した複数の加工量データを記憶する記憶手段と；素材ウェーハの実質的に全域における形状を測定した素材ウェーハ表面形状データを得る素材ウェーハ測定手段と；前記素材ウェーハ表面形状データに前記複数の加工量データをそれぞれ適用することにより、前記複数種類の加工条件の下で前記素材ウェーハを加工したならば得られるであろう製品ウェーハの実質的に全域における表面形状の予測値をそれぞれ示す、複数の製品ウェーハ表面形状データを算出する製品ウェーハ予測手段と；前記複数の製品ウェーハ表面形状データに基づいて、前記複数種類の加工条件を評価し、評価結果に応じて、１種類の加工条件を選択する加工条件選択手段と、
前記選択された加工条件の下で前記素材ウェーハを加工して製品ウェーハを製造するウェーハ加工手段とを備える。

この半導体ウェーハ製造装置は、実際に素材ウェーハを加工する前に、複数種類の加工条件の下でその素材ウェーハをそれぞれ加工したならば得られるであろう期待の製品ウェーハの表面形状を予測し、その予測に基づいて、複数種類の加工条件の中から要求を満たす１種類の加工条件を選択することができる。そして、選択された加工条件で実際の加工が実行される。従って、その全域において良好な表面形状をもつ製品ウェーハを製造することができる。

好適な実施形態にかかる半導体ウェーハ製造装置は、上記構成に加えて、さらに、複数枚の素材ウェーハサンプルの実質的に全域における表面形状を測定して、複数の素材ウェーハ表面形状データを得る素材ウェーハサンプル測定手段と；前記複数種類の加工条件の下で前記複数枚の素材ウェーハサンプルをそれぞれ加工して、複数枚の製品ウェーハサンプルを製造するサンプル加工手段と；前記複数枚の素材ウェーハサンプルの実質的に全域における表面形状を測定して、複数の製品ウェーハ表面形状データを得る製品ウェーハサンプル測定手段と；前記複数の素材ウェーハ表面形状データと前記複数の製品ウェーハ表面形状データとから、前記複数の加工量データを計算する加工量計算手段と備える。

この追加の構成により、この半導体ウェーハ製造装置は、上記複数種類の加工条件の下での加工量を計測することができる。

好適な実施形態にかかる半導体ウェーハ製造装置では、前記加工条件選択手段が、前記複数の製品ウェーハ表面形状データのそれぞれに基づいて複数の表面形状評価値をそれぞれ計算し、計算された前記複数の表面形状評価値を所定の表面形状仕様に照らすことにより、前記所定の表面形状仕様を満たす１種類の加工条件を選択するように構成される。

これにより、所定の表面形状仕様を満たすような製品ウェーハを確実に製造することができる。

好適な実施形態にかかる半導体ウェーハ製造装置は、より具体的な構成として、ウェーハの厚みを測定できる平坦度測定器と、設定された加工条件で動作するエピタキシャル膜成長炉と、前記平坦度測定器からの出力データを入力し、前記エピタキシャル膜成長炉を制御するための制御装置とを備える。そして、前記平坦度測定器が、前記素材ウェーハ測定手段として機能する。また、前記エピタキシャル膜成長炉が、前記ウェーハ加工手段として機能する。また、前記制御装置が、前記記憶手段、前記製品ウェーハ予測手段及び前記加工条件選択手段として機能する。

本発明が適用できる加工の種類の例として、ウェーハ上へのエピタキシャル膜の成長、又はウェーハ表層の研磨若しくはエッチングなどがある。エピタキシャル膜の成長の場合、上述したウェーハの表面形状として、例えば、ウェーハの厚み形状を採用することができ、上述した加工量として、例えば、エピタキシャル膜の厚み形状を採用することができる。また、研磨又はエッチングの場合、上述したウェーハの表面形状として、例えば、ウェーハの厚み形状を採用することができ、上述した加工量として、例えば、研磨又はエッチングによる加工代を採用することができる。

本発明の別の観点に従う半導体ウェーハの製造方法は；複数種類の加工条件の下でのウェーハの実質的に全域における加工量、をそれぞれ表した複数の加工量データを記憶する記憶ステップと；素材ウェーハの実質的に全域における形状を測定した素材ウェーハ表面形状データを得る素材ウェーハ測定ステップと；前記素材ウェーハ表面形状データに前記複数の加工量データをそれぞれ適用することにより、前記複数種類の加工条件の下で前記素材ウェーハを加工したならば得られるであろう製品ウェーハの実質的に全域における表面形状の予測値をそれぞれ示す、複数の製品ウェーハ表面形状データを算出する製品ウェーハ予測ステップと；前記複数の製品ウェーハ表面形状データに基づいて、前記複数種類の加工条件を評価し、評価結果に応じて、１種類の加工条件を選択する加工条件選択ステップと；前記選択された加工条件の下で前記素材ウェーハを加工して製品ウェーハを製造するウェーハ加工ステップとを備える。

本発明によれば、製造された半導体ウェーハの実質的に全域における表面形状が改善される。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態にかかる半導体ウェーハ製造装置について説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる半導体ウェーハ製造装置の全体構成を示す。

図１に示すように、半導体ウェーハ製造装置１０は、平坦度測定装置１２と１台以上のエピタキシャル膜成長炉１４、１４、…と制御装置１６を有する。平坦度測定装置１２は、そこにセットされた半導体ウェーハの表面形状、本実施形態では厚み形状、を測定するための装置である。エピタキシャル膜成長炉１４は、そこにセットされた半導体ウェーハの前面上にエピタキシャル膜を成長させるための装置である。制御装置１６は、平坦度測定装置１２により測定された半導体ウェーハの厚み形状を取得し、それに基づいて、エピタキシャル膜成長炉１４、１４、…を制御するための装置である。制御装置１６は、データベース１８を有する。

図２Aは、半導体ウェーハの厚みが平坦度測定装置１２により測定される半導体ウェーハ上の多数の位置（以下、測定点という）を例示している。図２Bは、その半導体ウェーハ上の小領域を拡大して示している。

図２Aにおいて、ウェーハ４０の全域にわたり分布している細かい多数の点が、多数の測定点を示している。ウェーハ４０の直径が通常、20cmや30cmというオーダであるのに対し、隣り合う測定点４２，４２、…間の間隔は、図２Bに拡大して示されるように、X座標と及びY座標のそれぞれの方向で例えば0.5mmから1.0mm程度というオーダである。このように非常に高密度でウェーハ４０の全域に配置された多数の測定点４２，４２、…にて、ウェーハ４０の厚みが測定される。従って、平坦度測定装置１２から出力される全ての測定点４２，４２、…での厚みの測定値の集合（以下、ウェーハ厚データという）は、ウェーハ４０の実質的に全域にわたる厚み形状を表すことになる。

図３は、図１に示された半導体ウェーハ製造装置１０によって行われるエピタキシャルウェーハ製造工程の全体の流れを示す。

図３に示される全体の製造工程は、大きく２段階に分けることができる。第１の段階は、ステップS１とステップS2からなる準備工程である。第２の段階は、ステップS3〜S5からなるエピタキシャルウェーハの実製造工程である。

準備工程では、加工条件ごとの加工量、すなわち、エピタキシャル膜それ自体の（すなわち、ウェーハ厚を含まないエピタキシャル膜単独の）膜厚の情報が取得される。

まず、ステップS1で、複数の異なる加工条件の下で、試験的に、エピタキシャル膜がまだ形成されていない半導体ウェーハ(以下、素材ウェーハという）上に生成される。そして、それぞれの加工条件下で形成されたエピタキシャル膜の膜厚形状が計測される（その具体的方法は後述する）。それにより、加工条件ごとのエピタキシャル膜の膜厚データが取得される。そして、ステップS2で、取得された加工条件ごとの膜厚データがデータベース１８に格納される。

ここで、「加工条件」とは、素材ウェーハの加工（本実施形態ではエピタキシャル膜の成長）を制御するための条件を意味する。従って、本実施形態では、「加工条件」には、エピタキシャル膜成長炉１４の動作条件（例えば、温度変化カーブのような温度条件、サセプタの種類や形状や回転速度などのサセプタ条件、ガスの種類や濃度や流量などのガス条件、など）が含まれる。それに加え、複数台のエピタキシャル膜成長炉１４、１４、…が使用可能な場合には、どのエピタキシャル膜成長炉１４を使用するかという炉の選択も、上記「加工条件」に含まれる。エピタキシャル膜は、加工条件によって決まるある一定の膜厚形状に成長する。従って、準備工程で得られた膜厚データは、どのような厚み形状をもつ素材ウェーハにも適用可能である。

準備工程の後の実製造工程では、１枚以上（通常は多数枚）の製品としてのエピタキシャルウェーハ（以下、製品ウェーハという）が製造される。その際、準備工程で取得された加工条件ごとのエピタキシャル膜厚データを各素材ウェーハの厚み形状に演算的に適用することにより、各製品ウェーハの平坦度が満足すべき良好なものになるよう、各素材ウェーハに適用されるエピタキシャル膜成長のための加工条件が選択される。

すなわち実製造工程では、用意された１枚以上（通常は多数枚）の素材ウェーハの一枚一枚について、ステップS３〜S5の処理が行われる。

まず、ステップS3で、各素材ウェーハの厚み形状の測定が行われ、その素材ウェーハのウェーハ厚データが得られる。そして、そのウェーハ厚データに、データベース１８内の異なる加工条件下での異なるエピタキシャル膜厚データがそれぞれ加算される。この加算により得られた異なるウェーハ厚データは、その素材ウェーハ上に上記異なる加工条件下でエピタキシャル膜をそれぞれ成長させたならば得られるであろう異なる製品ウェーハの厚み形状の予想結果（期待値）を、それぞれ意味する。

その後、ステップS4で、上記予測された異なる加工条件下での製品ウェーハのウェーハ厚データをそれぞれ用いて、製品ウェーハの平坦度検査で用いられるのと同様の平坦度評価値、例えばサイト平坦度（例えば、SFQR（Site flatness Front reference least sQuare Range））を算出する。すなわち、上記異なる加工条件の適用結果としての平坦度を、実際に成膜加工を行う前に予測するのである。

ここで、サイト平坦度としては、上記SFQRの代わりに又はそれと組合わせて、SFQD(Site flatness Front reference least sQuare Deviation)、SBIR(Site flatness Back reference Ideal Range)、SBID(Site flatness Front reference Ideal Deviation)、SFLR(Site flatness Front reference Least square Range)、又はSFLD(Site flatness Front reference Least square Deviation)などを単独又は組合わせて使用してもよい。

その後、ステップS5で、上記算出された異なる加工条件下での平坦度評価値に基づいて、所定の要求される平坦度仕様（例えば、許容されるサイト平坦度の値、及びその値より良いサイト平坦度が得られる率（平坦度取得率）の最低値、など）を満足させ得る一つの加工条件が選択される。そして、その選択された加工条件（特定のエピタキシャル成長炉１４と特定の動作条件）を用いて、その素材ウェーハ上にエピタキシャル膜が生成される。

以下、上記全体工程の中のそれぞれのサブ工程S1〜S5について、より詳細に説明する。

図４は、図３に示されたステップS１〜S2の準備工程（すなわち、加工条件ごとのエピタキシャル膜厚データを取得する処理）の流れを示す。また、図１において、点線矢印が、準備工程での半導体ウェーハの流れを示す。

図１に示されるように、準備工程では複数枚の素材ウェーハ２０、２０、…が用意される（これらの素材ウェーハ２０、２０、…を、実製造工程で使用される素材ウェーハ３０、３０、…と区別するために、以下、素材ウェーハサンプルという）。各素材ウェーハサンプル２０について、図４に示されたステップS11〜S16の処理が行われる。

図１と図４を参照して、まず、ステップS11で、各素材ウェーハサンプル２０が平坦度測定器１２にセットされ、そして、その素材ウェーハサンプル２０の厚みが、その全域にわたる多数の測定点４２、４２、…（図２参照）にて測定される。その結果、その素材ウェーハサンプル２０の実質的に全域の厚み形状を表した素材ウェーハ厚データ５０が、平坦度測定器１２から制御装置１６に入力される。

その後、ステップS12で、制御装置１６が、予め用意されている複数の異なる加工条件（異なるエピタキシャル膜成長炉１４、１４、…と異なる動作条件の組合わせ）の中から、一種類の加工条件（特定の一台のエピタキシャル膜成長炉１４と特定の一種類の動作条件の組合わせ）を選択し、そして、選択されたエピタキシャル膜成長炉１４に、選択された動作条件を設定する。

ステップS13で、上記選択されたエピタキシャル膜成長炉１４に、ステップS11で厚みを計測された素材ウェーハサンプル２０がセットされ、そして、上記選択された加工条件の下で、その素材ウェーハサンプル２０上にエピタキシャル膜が形成される。

その後、ステップS14で、上記選択されたエピタキシャル膜成長炉１４から、エピタキシャル膜の形成が完了した製品ウェーハ２２が取り出されて、再び、平坦度測定器12にセットされる（この製品ウェーハ２２を、実製造工程で製造される製品ウェーハ３２から区別するために、以下、製品ウェーハサンプルという）。そして、その製品ウェーハサンプル２２の厚みが、その全域にわたる多数の測定点４２、４２、…（図２参照）にて測定される。その結果、その製品ウェーハサンプル２２の実質的に全域の厚み形状を表した製品ウェーハ厚データ５２が、平坦度測定器１２から制御装置１６に入力される。

その後、ステップS15で、制御装置１６が、素材ウェーハ厚データ５０と製品ウェーハ厚データ５２との間の差（すなわち、エピタキシャル膜の成長という加工による加工量、つまり、エピタキシャル膜の厚み形状）を計算する。その結果、上記選択された加工条件の下でのエピタキシャル膜それ自体の全域にわたる厚み形状を表した膜厚データ５４が得られる。この過程をグラフィカルに図５A〜図５Cに示す。図５Aに示される製品ウェーハ厚データ５２から図５Bに示される素材ウェーハ厚データ５０を差し引くことにより、エピタキシャル膜の膜厚データ５４が得られる。

その後、ステップS16で、制御装置１６が、算出された膜厚データ５４を、上記選択された加工条件を示す加工条件データに関連付けて、データベース１８に保存する。

上述のステップS11〜S16の処理が、所定の複数種類の加工条件のそれぞれについて繰り返される。その結果、図４に示されるように、複数種類の加工条件のそれぞれに対応した複数の膜厚データ５４、５４、…が、データベース１８に蓄積される。

なお、一種類の加工条件の下での膜厚データ５４を得るために、その同じ加工条件の下で複数枚の素材ウェーハサンプル２０，２０、…について上述のステップS11〜S16を繰り返し、その結果得られた複数の膜厚データの平均値を計算するようにしてもよい。

図６は、データベース１８内で相互に関連付けられた膜厚データと加工条件データの構造例を示す。

図６に示すように、膜厚データ５４には、適用された加工条件を識別するための加工条件ID５６が付されており、また、同じ加工条件を示す加工条件データ６０にも、同じ加工条件ID５６が付されている。この同じ加工条件ID５６が、膜厚データ５４と加工条件データ６０とを関連付ける。

膜厚データ５４は、例えば、図２に示された多数の測定点４２、４２、…にそれぞれ対応した多数の３次元ベクトル（X値、Y値及びZ値）の集合である。各ベクトルのXとY値は、対応する測定点４２のX座標値とY座標値を示し、Z値はその測定点４２での膜厚を示す。加工条件データ６０は、使用されるエピタキシャル膜成長炉１４を識別するための成長炉IDと、前述した温度条件、サセプタ条件及びガス条件などの動作条件を表した動作条件データとを含む。

図７は、図３に示された実製造工程でのステップS3、すなわち、異なる加工条件下での製品ウェーハの厚み形状を予測する処理の流れを示す。また、図１において、一点鎖線矢印が、このサブ工程での半導体ウェーハの流れを示す。

図１と図７に示されるように、ステップS21で、実製造工程用に用意された各素材ウェーハ３０が、平坦度測定器１２にセットされ、そして、素材ウェーハ３０の厚みが、その全域にわたる多数の測定点４２、４２、…（図２参照）にて測定される。その結果、その素材ウェーハ３０の実質的に全域の厚み形状を表した素材ウェーハ厚データ７０が、平坦度測定器１２から制御装置１６に入力される。

その後、ステップS22で、制御装置１６が、データベース１８から、上述した複数の異なる加工条件の下での複数のエピタキシャル膜厚データ５４、５４、…を読み、各加工条件の下でのエピタキシャル膜厚データ５４を、ステップS21で得られた素材ウェーハ厚データ７０に加算する。その結果、上述した複数の異なる加工条件の下でエピタキシャル膜をそれぞれ成長させたならば得られると予測される製品ウェーハの厚み形状をそれぞれ表した複数の製品ウェーハ厚データ７２、７２、…が得られる。

このステップS22の処理をグラフィカルに、図８A〜図８Cに示す。

図８Aでは、素材ウェーハ厚データ７０に、加工条件Aでのエピタキシャル膜厚データ５４が加算され、加工条件Aでの予測された製品膜厚データ７２が得られる。図８Bでは、素材ウェーハ厚データ７０に、別の加工条件Bでのエピタキシャル膜厚データ５４が加算され、加工条件Bでの予測された製品膜厚データ７２が得られる。図８Cでは、素材ウェーハ厚データ７０に、また別の加工条件Cでのエピタキシャル膜厚データ５４が加算され、加工条件Cでの予測された製品膜厚データ７２が得られる。

このようにして、同じ一つの素材ウェーハ３０に関して、異なる加工条件の下で加工された場合の製品ウェーハ３２の異なる膜厚形状が予測される。

図９は、図３に示された実製造工程でのステップS4〜S5、すなわち、適切な加工条件を選択し、そしてエピタキシャル膜を生成する処理の流れを示す。また、図１において、二点鎖線矢印が、このサブ工程での半導体ウェーハの流れを示す。

図９に示されるように、ステップS31で、制御装置１６が、図７のステップS22で予測された、複数種類の加工条件下での製品ウェーハ厚データ２、７２、…にそれぞれ基づいて、製品ウェーハの全域（全てのサイト）における平坦度評価値、例えばサイト平坦度（例えば、SFQR（Site flatness Front reference least sQuare Range））を算出する。その結果、複数種類の加工条件下での全サイトの平坦度の予測値をそれぞれ示す複数のサイト平坦度データ７４、７４、…が得られる。

その後、ステップS32で、制御装置１６が、上記複数種類の加工条件下でのサイト平坦度データ７４、７４、…を、要求される平坦度仕様（例えば、許容されるサイト平坦度の値、及びその値より良いサイト平坦度が得られる率（平坦度取得率）の最低値、など）を示す予め用意された平坦度仕様データ７６と対比し、また相互間での平坦度の良し悪し（例えば、平坦度取得率）を対比する。その対比結果に基づいて、ステップS33で、要求される平坦度仕様を満たす１種類の加工条件を選択する。そのとき、要求される平坦度仕様を満たす加工条件が複数種類あるならば、その中で最も平坦度の良くなる加工条件を選ぶことができる。例えば、それらが図８A〜図８Cに示された例であるならば、図８Aに示された条件Aを選ぶことができる。

なお、実用上は、多くの場合、要求される平坦度仕様を満たしさえすれば十分であって、必ずしも最も平坦度が良くなる加工条件を選ぶ必要はない。従って、図８A〜図８Cの例において、例えば、条件Cのみが要求される平坦度仕様から外れる場合には、条件A、Bのいずれかを選択することができる。この場合、平坦度以外の観点、例えば、加工条件の変更回数を減らす、生産性を上げる、制御を容易にする、コストを下げる、製品品質を上げる、などの観点から、適当な加工条件を選ぶことができる。

その後、ステップS34で、選択された加工条件により特定されたエピタキシャル成長炉１４に、選択された加工条件により特定された動作条件が設定される。そして、ステップS35で、そのエピタキシャル成長炉１４に、図７のステップS21で厚みを計測された素材ウェーハ３０がセットされ、設定された動作条件の下で、その素材ウェーハ３０上にエピタキシャル膜が形成される。

図７と図９に示されたサブ工程が、用意された多数の素材ウェーハ３０、３０、…について繰り返され、多数の製品ウェーハ３２、３２、…が製造される。

図１０は、種々の加工条件下で実際に製造された製品ウェーハから実測された全サイトのサイト平坦度（実測平坦度）と、上述した図９のステップS31で算出された同加工条件下での製品ウェーハの全サイトのサイト平坦度（予測平坦度）との間の関係を示す（サイト平坦度としてSFQRを採用した）。

図１０から分かるように、予測平坦度と実測平坦度との間には極めて高い相関が存在する。このことは、本実施形態によれば、製品ウェーハの全域での平坦度を高い精度で予測できることを意味する。従って、本実施形態によれば、満足できる平坦度をもつエピタキシャルウェーハを製造することができる。

図１１A〜図１１Cは、或る一つのサイトに着目した場合における、上記図７のステップS21で計測された素材ウェーハ厚データ７０と、上記図４のステップS15で計測された或るエピタキシャル膜厚データ５４と、上記図７のステップS22で予測された製品ウェーハ厚データ７２とを、グラフィカルに示す。

図１１A〜図１１Cにおいて、矩形領域８０が１つのサイトの領域を示し、上下の矩形領域間の距離７６が、要求される平坦度仕様を意味する。

図１１A〜図１１Cから分かるように、本実施形態によれば、加工条件の選択次第で、製品ウェーハの平坦度（図１１C参照）が、素材ウェーハの平坦度（図１１A参照）を上回ることが可能である。

本実施形態によれば、ウェーハの周縁部のみならずウェーハ全域での高精度な厚み形状の予測が可能なため、エピタキシャル膜を成長させる前に製品ウェーハの平坦度取得率が予想でき、適切な加工条件を決定することができる。これにより、製品ウェーハの高平坦化、平坦度歩留まりの向上、及び安定化によるコスト低減が実現できる。

また、本実施形態によれば、ベストな加工条件でなくとも、要求される平坦度仕様を満たし得る加工条件を見つけることが可能であるため、加工条件調整又は変更を必要最低限に減らすことができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

例えば、本発明は、製品ウェーハは、上記実施形態のように主に膜成長後の製品ウェーハの平坦度の改善のために有効であるが、それだけでなく、膜成長に伴うウェーハの反り（Warp）の改善のためにも、その反り量を加工量の中に含ませることにより、適用可能である。その場合、準備工程で、膜成長の前と後の時点でのウェーハの厚さ（前面と後面間の距離）だけを計測するのではなく、ウェーハの反り形状（例えば、前面それ自体の形状）を計測するようにすればよい。

また、本発明は、膜成長のみならず、ウェーハの研磨やエッチングなどの加工に関しても、適用可能である。その場合、準備工程で、研磨やエッチングなどの加工を行う前と後の時点で計測されたウェーハ厚データの差が、膜厚ではなく、加工により除去された厚さ（加工代）を意味することになる。

本発明の一実施形態にかかる半導体ウェーハ製造装置の全体構成を示すブロック線図。平坦度測定装置によるウェーハの厚み測定の測定点の配置を示す図。図１に示された半導体ウェーハ製造装置によって行われるエピタキシャルウェーハ製造工程の全体の流れを示す図。図３に示されたステップS１〜S2の準備工程（すなわち、加工条件ごとのエピタキシャル膜厚データを取得する処理）の流れを示す図。膜厚データの算出方法をグラフィカルに説明した図。データベース内で相互に関連付けられた膜厚データと加工条件データの構造例を示す図。図３に示された実製造工程でのステップS3、すなわち、異なる加工条件下での製品ウェーハの厚み形状を予測する処理の流れを示す図。製品ウェーハの厚み形状を予測する処理をグラフィカルに示す図。図３に示された実製造工程でのステップS4〜S5、すなわち、適切な加工条件を選択し、そしてエピタキシャル膜を生成する処理の流れを示す図。実測平坦度と予測平坦度との間の関係を示す図。或る一つのサイトに着目した場合における、図７のステップS21で計測された素材ウェーハ厚データ７０と、図４のステップS15で計測された或る加工条件下でのエピタキシャル膜厚データ５４と、図７のステップS22で予測された同加工条件下での製品ウェーハ厚データ７２とを、グラフィカルに示す図。

符号の説明

１０半導体ウェーハ製造装置
１２平坦度測定器
１４エピタキシャル膜成長炉
１６制御装置
２０素材ウェーハサンプル
２２製品ウェーハサンプル
３０素材ウェーハ
３２製品ウェーハ
４２測定点
５４膜厚データ
７０素材ウェーハ厚データ
７２製品ウェーハ厚データ

Claims

半導体ウェーハの製造装置において、
複数種類の加工条件の下でのウェーハの実質的に全域における加工量、をそれぞれ表した複数の加工量データを記憶する記憶手段と、
素材ウェーハの実質的に全域における形状を測定した素材ウェーハ表面形状データを得る素材ウェーハ測定手段と、
前記素材ウェーハ表面形状データに前記複数の加工量データをそれぞれ適用することにより、前記複数種類の加工条件の下で前記素材ウェーハを加工したならば得られるであろう製品ウェーハの実質的に全域における表面形状の予測値をそれぞれ示す、複数の製品ウェーハ表面形状データを算出する製品ウェーハ予測手段と、
前記複数の製品ウェーハ表面形状データに基づいて、前記複数種類の加工条件を評価し、評価結果に応じて、１種類の加工条件を選択する加工条件選択手段と、
前記選択された加工条件の下で前記素材ウェーハを加工して製品ウェーハを製造するウェーハ加工手段と
を備えた半導体ウェーハ製造装置。
請求項１記載の半導体ウェーハ製造装置において、
複数枚の素材ウェーハサンプルの実質的に全域における表面形状を測定して、複数の素材ウェーハ表面形状データを得る素材ウェーハサンプル測定手段と、
前記複数種類の加工条件の下で前記複数枚の素材ウェーハサンプルをそれぞれ加工して、複数枚の製品ウェーハサンプルを製造するサンプル加工手段と、
前記複数枚の素材ウェーハサンプルの実質的に全域における表面形状を測定して、複数の製品ウェーハ表面形状データを得る製品ウェーハサンプル測定手段と、
前記複数の素材ウェーハ表面形状データと前記複数の製品ウェーハ表面形状データとから、前記複数の加工量データを計算する加工量計算手段と
を更に備えた半導体ウェーハ製造装置。
請求項１又は２記載の半導体ウェーハ製造装置において、
前記加工条件選択手段が、前記複数の製品ウェーハ表面形状データのそれぞれに基づいて複数の表面形状評価値をそれぞれ計算し、計算された前記複数の表面形状評価値を所定の表面形状仕様に照らすことにより、前記所定の表面形状仕様を満たす１種類の加工条件を選択する、
半導体ウェーハ製造装置。
請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体ウェーハ製造装置において、
前記加工が、エピタキシャル膜の成長であり、
前記加工量が、エピタキシャル膜の膜厚形状であり、
前記表面形状が、ウェーハ厚み形状である、
半導体ウェーハ製造装置。
請求項４記載の半導体ウェーハ製造装置において、
ウェーハの厚みを測定できる平坦度測定器と、
設定された加工条件で動作するエピタキシャル膜成長炉と、
前記平坦度測定器からの出力データを入力し、前記エピタキシャル膜成長炉を制御するための制御装置と
を備え、
前記平坦度測定器が、前記素材ウェーハ測定手段として機能し、
前記エピタキシャル膜成長炉が、前記ウェーハ加工手段として機能し、
前記制御装置が、前記記憶手段、前記製品ウェーハ予測手段及び前記加工条件選択手段として機能する、
半導体ウェーハ製造装置。
請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体ウェーハ製造装置において、
前記加工が、研磨又はエッチングであり、
前記加工量が、研磨又はエッチングによる加工代であり、
前記表面形状が、ウェーハ厚み形状である、
半導体ウェーハ製造装置。
半導体ウェーハの製造方法において、
複数種類の加工条件の下でのウェーハの実質的に全域における加工量、をそれぞれ表した複数の加工量データを記憶する記憶ステップと、
素材ウェーハの実質的に全域における形状を測定した素材ウェーハ表面形状データを得る素材ウェーハ測定ステップと、
前記素材ウェーハ表面形状データに前記複数の加工量データをそれぞれ適用することにより、前記複数種類の加工条件の下で前記素材ウェーハを加工したならば得られるであろう製品ウェーハの実質的に全域における表面形状の予測値をそれぞれ示す、複数の製品ウェーハ表面形状データを算出する製品ウェーハ予測ステップと、
前記複数の製品ウェーハ表面形状データに基づいて、前記複数種類の加工条件を評価し、評価結果に応じて、１種類の加工条件を選択する加工条件選択ステップと、
前記選択された加工条件の下で前記素材ウェーハを加工して製品ウェーハを製造するウェーハ加工ステップと
を備えた半導体ウェーハ製造方法。