JP2020524908A - 半導体ウェハを処理するための方法、制御システムおよびプラント、ならびに半導体ウェハ - Google Patents

半導体ウェハを処理するための方法、制御システムおよびプラント、ならびに半導体ウェハ Download PDF

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Abstract

本発明は、３つの処理動作、すなわち、半導体ウェハ（６００）が両面研磨を受ける第１の研磨動作と、それに続く、半導体ウェハ（６００）が化学機械研磨を受ける第２の研磨動作と、それに続く、半導体ウェハ（６００）が層のエピタキシャル堆積を受けるコーティング動作とを含む、半導体ウェハ（６００）を処理する方法に関する。本発明はさらに、この方法を実施するための制御システム、制御システムを備える、半導体ウェハを処理するためのプラント、および半導体ウェハに関する。本方法の特徴は、３つの処理動作の各々の少なくとも１つの動作パラメータが、特に、処理される半導体ウェハ上で決定される少なくとも１つのウェハパラメータに基づいて、それぞれの処理動作が実行される処理装置の実際の状態に基づいて、および好ましくは、３つの処理動作を受けた後のその状態に関して平坦度を特性化するためにウェハパラメータを、当該３つのすべての個々の処理ステップ後の状態に関してこれらのウェハパラメータを最適化する代わりに、最適化することに基づいて、それぞれの処理動作において定義される。

Description

説明
本発明は、半導体ウェハの処理方法、半導体ウェハを処理するための処理装置を制御する制御システム、そのような処理装置およびそのような制御システムを有する半導体ウェハを処理するプラント、ならびに半導体ウェハに関する。
従来技術
半導体ウェハ、特にシリコンウェハは、例えば、半導体産業での使用、特に高度に統合された電子部品、例えばマイクロプロセッサまたはメモリチップの製造に適している。現代のマイクロエレクトロニクスでは、基板と呼ばれる、大域的および局所的な平坦性、エッジジオメトリ、厚さ分布、ナノトポロジと呼ばれる片面ベースの局所的な平坦性、および欠陥がないことへの高い要求がある。
そのような特性を有する半導体ウェハを得るために、これらの半導体ウェハは様々な処理動作を受け得る。これらは特に両面研磨（ＤＳＰと呼ばれる）を含み、この研磨では、好ましくは、材料除去中に半導体ウェハの前面および背面に作用する処理力が、本質的に平衡しており、ガイド装置によって半導体ウェハに拘束力が加えられず、すなわち、半導体ウェハが「自由浮動」方式で処理されるように、半導体ウェハの両面が、２つの作業面による１つの処理ステップにおいて材料を除去することによって同時に処理される。これに関連して、複数の半導体ウェハが、半導体ウェハのための凹部を有する１つまたは複数の「キャリアプレート」に挿入され、その後、半導体ウェハの両面に作用する力により研磨されることが特に可能である。シリコンウェハのＤＳＰ処理は、例えば、米国特許出願公開第２００３／０５４６５０号に記載されており、それに適した装置はドイツ特許出願公開第１００ ０７ ３９０号に記載されている。
有用なさらなる処理動作は、例えばドイツ特許第１０ ２００８ ０４５ ５３４号から知られているような、化学機械研磨（「ＣＭＰ」）である。この場合、半導体ウェハは、キャリアによって研磨パッドに（場合によっては研磨プレートに）押し付けられ、その後、通常は回転しながら圧力下で動かされる。適切な研磨媒体または研磨媒体懸濁液を使用することにより、半導体ウェハの片面が研磨される。
有用なさらなる処理動作は、例えばドイツ特許出願公開第１０ ２００５ ０４５ ３３９号から知られているようなコーティング動作である。例えば、エピタキシャルリアクタ内の半導体ウェハのエピタキシャルコーティングでは、堆積ガスがエピタキシャルリアクタを通過し、その結果、半導体ウェハの表面上に材料がエピタキシャル成長され得る。ただし、半導体ウェハ上を除き、材料はエピタキシャルリアクタ内にも堆積される。したがって、通常、堆積中に制御されない様態でエピタキシャルリアクタの表面上に堆積された残留物を時々除去する必要がある。
可能な限り最良の半導体ウェハ、すなわち上述の要求を非常に実質的に満たすものを得るためには、これらの処理動作の各々において可能な限り最良の結果を得るために、動作パラメータに関してこれらの処理動作の各々を最適化するのが通例である。
この背景に対して、対処される問題は、特にその表面の平坦性に関して、さらにより良好な半導体ウェハを得る方法を特定することである。
発明の開示
本発明に従って、独立請求項の特徴を有する、方法、制御システムおよびプラント、ならびにまた、半導体ウェハが提案される。有利な実施形態は、従属請求項および以下の説明の主題である。
本発明は、半導体ウェハが両面研磨（すなわち、いわゆるＤＳＰ）を受ける第１の研磨動作と、それに続く、半導体ウェハが化学機械研磨（すなわち、いわゆるＣＭＰ）を受ける第２の研磨動作と、それに続く、半導体ウェハが層のエピタキシャル堆積を受けるコーティング動作とを含む、３つの処理動作を有する半導体ウェハを処理する方法から進む。
これらの個々の処理動作のために、適切な処理装置を使用することが可能である。第１の研磨動作に有用な第１の研磨装置は、例えば、各々が共通の回転軸を中心に回転可能な上側研磨プレートおよび下側研磨プレートと、半導体ウェハを収容するために上側研磨プレートと下側研磨プレートとの間に配置されたロータディスクとを有するものである。半導体ウェハに面する上側研磨プレートおよび下側研磨プレートの面は、各々平坦になるように整列し、互いに平行であってもよい。研磨パッドが、半導体ウェハに面する上側研磨プレートおよび下側研磨プレートの面の各々に適用されていてもよい。一般に、このような研磨動作において、ここで、複数の半導体ウェハを１回の実行において処理または研磨することが通例である。
第２の研磨動作に関して、有用な第２の研磨装置の例は、その上に配置された研磨パッドが配置されている研磨プレートを有するものである。加えて、研磨パッド上にある半導体ウェハに力を加えることができるキャリアが提供されてもよい。半導体ウェハは、ここで、キャリアによって研磨パッドに沿って動かすことができ、キャリアは、特に自身の中心軸を中心に回転することができる。ここで、適切な研磨媒体または研磨媒体懸濁液を添加することができる。そのような研磨動作では、通常、単一の半導体ウェハのみが１回の実行において処理または研磨される。
コーティング動作に関して、有用なコーティング装置、特にエピタキシャル反応装置の例は、半導体ウェハをサセプタに施与することができるものである。次いで、堆積ガスが、半導体ウェハのコーティングのためにコーティング装置を通過することができる。さらに、堆積ガスを通過させる前に、コーティング装置内の任意の堆積物を除去するために、エッチングガスをコーティング装置に通過させることができる。このようなコーティング動作では、１回の実行において単一の半導体ウェハのみをコーティングすることが全体的に通例である。
これらの３つの処理動作と処理動作との間、処理動作の前、または処理動作の後に、さらなる処理動作を行うことも可能であるが、これらは半導体ウェハの平坦度に少なくとも重大な影響は及ぼさない。
本発明により現在、少なくとも１つのウェハパラメータが３つの処理動作すべてを受けた後に望ましい値の範囲内にあるために、異なる処理動作に属する少なくとも２つの動作パラメータが互いに依存して定義されることが想定されている。
より具体的には、これは、少なくとも１つの処理動作において、少なくとも１つの対応する動作パラメータが、他の処理動作の少なくとも１つを受けた後の少なくとも１つのウェハパラメータの値に基づいて定義されるという点で間接的に達成することもでき、ここで、このウェハパラメータは、この他の処理動作の少なくとも１つの動作パラメータに依存する。このようにして、例えばウェハパラメータを測定することにより、動作パラメータの相互の正確な依存性を得ることができる。
ここで考慮される動作パラメータは、特に、それぞれの処理動作において確立することができる様々な量である。これらは、例えば、研磨動作における圧力もしくは圧力分布、またはコーティング動作における堆積ガスもしくはエッチングガスの体積もしくは質量流量であってもよい。特に第２の研磨動作において、圧力分布は、さらに詳細に後述するように、半導体ウェハの様々な半径に対して異なる圧力を含むことができる。加えて、両方の研磨動作において、回転速度および／または研磨時間を確立することもできる。
ウェハパラメータは、特にその品質に関して、半導体ウェハを評価するために使用することができるパラメータまたは量を意味すると理解される。そのようなウェハパラメータの例については、以下の説明を参照されたい。
ここで、様々な処理動作間の相互作用を考慮することにより、特に半導体ウェハの平坦度に関して、それ自体のすべての個々の処理動作の個々の処理動作を最適化する場合よりも、明らかにより良好な結果を達成できることが認識されている。これは、特に、様々な処理動作間の相互作用の考慮事項は、プロセス最適からの大幅な逸脱のために個々の処理動作では考慮されない個々の処理動作の動作パラメータの範囲も含むという事実に起因する。例えば、第２の研磨動作の場合、いずれにしても外縁において材料が半導体ウェハにより大きく施与されることが予想される場合は、半導体ウェハの外縁において材料がより大きく除去されることが許容され得るか、または、他の様態で意図的に確立することができ、または、後のコーティング動作で意図的に確立することができる。後で説明するように、後続の処理動作の後に、少なくとも１つのウェハパラメータの所望の値に応じて動作パラメータを定義することも可能である。その場合、研磨動作の結果はもはや、例えば、半導体ウェハが最大の平坦度を有するということではなく、後続の処理動作のための良好な出発材料を構成するということであるが、適切な場合は望ましいプロファイルを有する。
同様に、極角（polar angle）に応じてエッジ領域において異なる速度で材料が堆積されるという、コーティング動作において生じる状況を考慮することも可能である。例えば、単結晶シリコンのエピタキシャル層は、０°、９０°、１８０°、および２７０°の極角位置において、＜１１０＞方向を示すオリエンテーションノッチを有する単結晶シリコンの｛１００｝配向半導体ウェハに対して言及される位置に対して４５°オフセットされた極角位置よりも速く成長する。０°の位置はノッチ位置を示す。したがって、コーティングされた半導体ウェハの厚さは、互いに等距離にある円周の４つの領域内で、その間の領域よりも大きくなる（４回対称と呼ばれる）。
３つの処理動作の各々の少なくとも１つの動作パラメータが、特に、
処理される半導体ウェハ上で決定される少なくとも１つのウェハパラメータに基づいて、
それぞれの処理動作が実行される処理装置の実際の状態に基づいて、および
好ましくは、３つの処理動作を受けた後のその状態に関してウェハパラメータＥＳＦＱＲｍａｘ、ＳＦＱＲｍａｘ、ＺＤＤａｖおよびＧＢＩＲを、当該３つのすべての個々の処理ステップ後の状態に関してこれらのウェハパラメータを最適化する代わりに、最適化することに基づいて、
それぞれの処理動作において定義される。
したがって、本発明者らは、平坦度を特性化するウェハパラメータＥＳＦＱＲｍａｘ、ＳＦＱＲｍａｘ、ＺＤＤａｖ、およびＧＢＩＲが３つの処理動作の後に最適化されている、すなわち目標値の範囲内にあるように、処理動作の動作パラメータを定義することを提案する。
処理される半導体ウェハに対して決定される少なくとも１つのウェハパラメータは、平坦度測定からの生データから得られることが好ましい。したがって、原則として、例えばＥＳＦＱＲｍａｘおよびＳＦＱＲｍａｘは、決定されるウェハパラメータとして適している。好ましくは、決定されるウェハパラメータは、基準、例えば基準面または基準線からの偏差の大きさおよび符号をそこから取得することができるという特性を有する。このため、ＥＳＦＱＤａｖを、決定するウェハパラメータとして選択することが好ましい。頭字語ＥＳＦＱＤは「Ｅｄｇｅ Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔｓｕｒｆａｃｅ−ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ ｌｅａｓｔ ｓＱｕａｒｅｓ／Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ」の略で、添え字ａｖは半導体ウェハの円周領域のエッジサイトのＥＳＦＱＤ値の平均を示す。通常、円周領域はこの種の７２個のサイト（セクタ）を含む。
提案されている方法において、最初に述べられた要求に関してはるかにより良好な値を有する半導体ウェハを得ることが可能である。より詳細には、２ｍｍのエッジ除外域、７２個のセクタへのエッジ分割、かつ３０ｍｍのセクタ長において１０ｎｍ以下のＥＳＦＱＲｍａｘ値を有し、２ｍｍのエッジ除外域、かつ２６ｍｍ×８ｍｍのサイト面積において１０ｎｍ以下のＳＦＱＲｍａｘ値を有し、１４８ｍｍの半径位置において１０ｎｍ／ｍｍ２以下の大きさのＺＤＤａｖ値を有し、２ｍｍのエッジ除外域において０．１０μｍ以下のＧＢＩＲ値を有する半導体ウェハが利用可能になる。本発明はまた、特に単結晶シリコンのエピタキシャル層を備えた単結晶シリコンウェハの形態のこの種の半導体ウェハを提供する。半導体ウェハは、好ましくは、｛１００｝配向または｛１１０｝配向を有し、好ましくは、３００ｍｍ以上の直径を有する。
ＺＤＤａｖ（「Ｚ−Ｈｅｉｇｈｔ Ｄｏｕｂｌｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ」）は、半導体ウェハの前面のエッジ領域の曲率の平均を表す。前面は、エピタキシャル層でコーティングされた面である。ＳＦＱＲは「Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔｓｕｒｆａｃｅ−ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ ｌｅａｓｔ−ｓＱｕａｒｅｓ／Ｒａｎｇｅ」の略で、その値は半導体ウェハの平坦度を示す。ＳＦＱＲｍａｘは、エッジサイトではないサイトの最大ＳＦＱＲ値を示す。より詳細には、これは、平坦な基準面からの表面の正と負の偏差を相関させる。一般に、偏差は各々、半導体ウェハの表面における特定の寸法を有する領域の計算に使用される。ＥＳＦＱＲは「Ｅｄｇｅ Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔｓｕｒｆａｃｅ−ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ ｌｅａｓｔ ｓＱｕａｒｅｓ／Ｒａｎｇｅ」の略で、その値はＳＦＱＲ値として定義されるが、半導体ウェハのエッジサイトのみに関するものである。ＥＳＦＱＲｍａｘは、エッジサイトの最大ＥＳＦＱＲ値を示す。ＧＢＩＲは「Ｇｌｏｂａｌ Ｂａｃｋｓｉｄｅ Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ Ｒｅａｄｉｎｇ」の略である。これらの値はすべて、放射角および極角依存の不均一性に関して特に感受性である。
記載されているウェハパラメータの定義および試験方法は、規格ＳＥＭＩ Ｍ６７（ＥＳＦＱＲおよびＥＳＦＱＤ）、ＳＥＭＩ Ｍ１、ＳＥＭＩ ＭＦ１５３０およびＳＥＭＩ Ｍ４９（ＳＦＱＲおよびＧＢＩＲ）、ならびにＳＥＭＩ Ｍ６８（ＺＤＤ）に存在する。
処理動作の各々について、少なくとも１つの処理動作を受けた後の少なくとも１つのウェハパラメータの決定された値に基づいて、少なくとも１つの対応する動作パラメータが定義される。このようにして、より詳細には、任意の不利な値を後続の処理動作によって補償し、したがって、ウェハパラメータの特に良好な値を得ることができる。
第１の研磨動作に属し、確立される少なくとも１つの動作パラメータは、好ましくは、研磨圧力、研磨時間、上側研磨プレートの回転速度、下側研磨プレートの回転速度、内側駆動リングの回転速度、外側駆動リングの回転速度、上側研磨プレートの温度、下側研磨プレートの温度、研磨媒体の組成、研磨媒体の体積流量、研磨媒体の温度、研磨媒体のｐＨ、および、研磨された半導体ウェハの中心厚と、研磨に使用されるロータディスクの平均厚との目標差分（負の目標差＝欠陥（負の突出）、正の目標差＝超過（正の突出））を含む群から選択される。
第２の研磨動作のために、第１の研磨動作を受けた後の少なくとも１つのウェハパラメータの値に基づいて、少なくとも１つの対応する動作パラメータが定義されることが、特に有利である。同様に、コーティング動作のために、第２の研磨動作を受けた後の少なくとも１つのウェハパラメータの値に基づいて、少なくとも１つの対応する動作パラメータが定義されることも有利である。一般に、このようにして、特に異なる処理動作にわたって結果を考慮しなければ達成することができない、特に平坦な、または均一な半導体ウェハを達成することが可能である。
処理動作の各々について、３つの処理動作を受けた後のウェハパラメータＥＳＦＱＲｍａｘ、ＳＦＱＲｍａｘ、ＺＤＤａｖおよびＧＢＩＲの目標値に基づいて、少なくとも１つの対応する動作パラメータが定義される。したがって、任意の不利な値を後続の処理動作によって補償することが可能なだけでなく、例えば、下流の処理動作の１つによって再び特に良好に補償することができる偏差を意図的に定義することも可能である。
３つの処理動作の各々について、少なくとも１つの対応する動作パラメータが、特に少なくとも１つの他の１つの処理動作を受けた後のそれぞれの半導体ウェハの少なくとも１つのウェハパラメータの値に基づいて、単一の半導体ウェハに対して個別に定義されることが有利である。このような動作パラメータの個別の設定または定義により、特に、処理される半導体ウェハに対するそれぞれの処理動作の前に決定されるウェハパラメータに基づいて、または、３つの処理動作を受けた後のウェハパラメータＥＳＦＱＲｍａｘ、ＳＦＱＲｍａｘ、ＺＤＤａｖおよびＧＢＩＲの目標値に基づいて、複数の半導体ウェハのそれぞれの処理ステップにおいて、固定処理レシピのこれまで通例であった定義よりも明らかに均一または平坦な半導体ウェハを取得することができる。これに対する別の理由は、例えば、本発明の文脈における個別の定義によって特に良好に考慮することができる、例えば研磨パッドの摩耗またはコーティング材料の堆積の結果として、処理装置が半導体ウェハの処理とともに変化する可能性もあることである。
それぞれの半導体ウェハ内で決定される少なくとも１つのウェハパラメータの値が、複数の半導体ウェハに基づく評価（例えば、平均、内挿および／または外挿）を使用して測定および／または確認されることが適切である。例えば容量性または干渉走査による適切な測定装置による測定は、実行ごとに１つのみの半導体ウェハが処理される処理動作の場合に特に有用である。対照的に、複数のウェハの同時処理の場合、複数の半導体ウェハに基づく（状況に応じた）評価（例えば、平均、内挿、および／または外挿）も特に選択肢となる。これは、ＤＳＰ処理、すなわち第１の研磨動作の場合に特に適切である。これは、このようにして測定の複雑さを明確に減らすことが可能であり、一方で、それにもかかわらず内挿または外挿によって十分に正確な値を取得することができるためである。
また、それぞれの処理動作が実行される処理装置の実際の状態も考慮される。好ましくは、この目的のために、処理される半導体ウェハに対して決定される少なくとも１つのウェハパラメータが、それぞれの処理動作を受けた後に再び決定される。次に、差し迫った作業が、それぞれの処理動作における後続の半導体ウェハの処理のために少なくとも１つの対応する動作パラメータを定義することである場合、再び決定されたウェハパラメータも考慮される。少なくとも１つの動作パラメータの定義の基礎は、以前に処理されたいくつかの半導体ウェハを使用して決定されたウェハパラメータでもあり得る。したがって、例えば、半導体ウェハの処理に影響を与える処理装置における任意の摩耗現象または他の変化、特に測定可能な変化を具体的に考慮し、したがって、全体として達成可能な半導体ウェハの平坦度を改善することが可能である。
有利には、第２の研磨動作（すなわちＣＭＰ）について、少なくとも１つの動作パラメータは、半径方向の半導体ウェハの領域が処理において異なる程度まで影響を受けるように、より詳細には、さらに半径方向外側の半導体ウェハの領域が、さらに半径方向内側の領域よりも強く影響を受けるように、定義される。これは、各事例において、特に半導体ウェハの領域への異なる圧力を定義することにより達成することができる。そのような異なる圧力は、例えば、対応する処理装置の適切に設計されたキャリア（または研磨ラム）によって発生させることができ、それによって圧力が半導体ウェハに加えられる。したがって、半導体ウェハの個々の領域に対して圧力を特異的に定義することが可能である。ここで、半導体ウェハごとに個々に（動作パラメータの）レシピを定義することが可能であり、これは付加的に、材料固有（例えば、半導体ウェハの材料に対して）でもあり、それぞれの処理装置（例えば、研磨パッドの状態）に対して固有である。
第２の研磨動作に属し、確立される少なくとも１つの動作パラメータは、好ましくは、研磨圧力の半径方向分布、研磨時間、研磨プレートの回転速度、キャリアの回転速度、研磨媒体の組成、研磨媒体の体積流量、研磨媒体のｐＨ、研磨プレートの温度、研磨媒体の温度、および研磨パッドの目立てを含む群から選択される。
コーティング動作が、半導体ウェハが配置されるコーティング装置に堆積ガスを通過させる前にコーティング装置にエッチングガスを通過させることを含み、少なくとも１つの動作パラメータが、堆積ガスおよび／またはエッチングガスの流れの測度（例えば、体積流量、質量流量、エッチングまたは堆積時間など）を定義することが有利である。したがって、コーティングに非常に正確に影響を与えることが可能であり、エッチングガスを事前に通過させて、例えば半導体ウェハ上のガス流および温度分布、したがって半導体ウェハのコーティングに影響を及ぼす堆積物を少なくとも部分的に除去することが可能である。ここで、エッチングガスおよび／または堆積ガスが通過する持続時間を動作パラメータとして選択することも特に考えられる。エッチングガスは塩化水素と水素との混合物からなることが好ましいが、エッチングガスはまた、塩化水素のみまたは水素のみからなってもよい。
コーティング動作に属し、確立される少なくとも１つの動作パラメータは、好ましくは、堆積ガスの体積流量、堆積ガスの温度、堆積ガスの組成、エピタキシャル層の堆積の持続時間、サセプタの回転速度、および半導体ウェハの加熱のための加熱出力の分布、ならびに、加えて、エピタキシャル層の堆積前のコーティング動作がエッチング動作を含む場合、エッチングガスの体積流量、エッチングガスの温度、エッチングガスの組成およびエッチング動作の持続時間を含む群から選択される。
本発明は、半導体ウェハが第１の研磨動作において両面研磨を受けることができる第１の研磨装置と、半導体ウェハが第２の研磨動作において化学機械研磨を受けることができる第２の研磨装置と、コーティング動作において半導体ウェハ上に層をエピタキシャル堆積させることができるコーティング装置とを含む、半導体ウェハを処理するための処理装置を制御するための制御システムをさらに提供する。この制御システムは、本発明の方法を実施するように設定されている。
本発明はさらに、上述の３つの処理装置と本発明の制御システムとを備える、半導体ウェハを処理するためのプラントを提供する。
制御システムおよびプラントのさらなる構成および利点に関しては、繰り返しを避けるために、ここで対応して適用可能である、提案された方法についての言及が参照される。
本発明のさらなる利点および実施形態が、本明細書および添付の図面から明らかになるであろう。
本発明の範囲から逸脱することなく、上記の特徴および以下に説明される特徴は、示された特定の組み合わせだけでなく、他の組み合わせで、または単独で使用することもできることが理解されよう。
本発明は、例示的な実施形態によって図面に概略的に示されており、図面を参照して以下に説明される。
本発明の方法をともに実施することができる好ましい実施形態における本発明のプラントの概略図である。 本発明の方法の文脈で使用可能な第１の研磨装置の概略図である。 本発明の方法の文脈で使用可能な第２の研磨装置の概略図である。 本発明の方法の文脈で使用可能なコーティング装置の概略図である。 好ましい実施形態における本発明の方法の手順の概略図である。 本発明の意味での第１の研磨動作および第２の研磨動作の実施後の半導体ウェハの測定結果を簡略化した形で示す図である。 本発明の意味でのコーティング動作の能動制御を省いた、コーティング動作（ｅｐｉｏｕｔ）および第２の研磨動作後（ＣＭＰｉｎ）後の半導体ウェハの測定結果を簡略化した形で示す図である。 本発明の意味でのコーティング動作の能動制御を実施した、コーティング動作（ｅｐｉｏｕｔ）および第２の研磨動作後（ＣＭＰｉｎ）後の半導体ウェハの測定結果を簡略化した形で示す図である。 本発明の方法のフロー図である。
図１は、本発明の方法をともに実施することができる好ましい実施形態における本発明のプラント５００の概略図を示す。プラント５００は、半導体ウェハ６００を処理する役割を果たし、第１の研磨装置１００と、第２の研磨装置２００と、コーティング装置３００とを備えている。これら３つの処理装置は、個々の処理装置を連続的に通過することができる半導体ウェハ６００を処理する役割を果たす。完全を期すために、この時点で、図示されている本発明の文脈において関連する処理装置の前、間、および／または後に追加の処理装置を提供することも可能であるが、これらは少なくとも、本発明に対して、あったとしてもほとんど関連性がないことに再度言及しなければならない。個々の処理装置のより詳細な説明については、この時点で図２から４を参照されたい。
加えて、プラント５００は、図示の３つの処理装置と共に使用してそれらを作動または動作することができる制御システム４００を備えている。示された例では、制御システム４００は、３つの個別の制御ユニット４１０、４２０および４３０を備え、それらの各々は、３つの処理装置のうちの１つの作動または動作のために提供される。それぞれの制御ユニットによって、各事例においてそれぞれの処理装置に対して少なくとも１つの動作パラメータを定義または設定することが特に可能である。
制御ユニット４１０、４２０、および４３０のそれぞれについて、それぞれの測定装置４１１、４２１、および４３１が加えて提供される。これらの測定装置により、少なくとも１つのウェハパラメータに関して、それぞれの処理装置内で処理された後の半導体ウェハを測定することが可能である。第１の研磨装置１００について、複数の半導体ウェハをともに研磨することが意図されている。そのような測定装置は、用途に応じて、それぞれの制御ユニットに統合することもできることは明らかである。
さらに、中央制御ユニット４４０がここに示されており、中央制御ユニット４４０は、制御ユニット４１０、４２０および４３０の各々、ならびに、測定装置４１１、４２１および４３１の各々に接続されている。そのような接続は、例えば有線または無線形式のデータ転送のための少なくとも１つの接続を含む。個々の測定装置４１１、４２１、および４３１によって決定された値は、このようにして中央制御ユニット４４０に送信することができ、結果、中央制御ユニット４４０によって、それぞれの処理装置の適切な動作パラメータを決定することが可能になり、これらのパラメータはその後、それぞれの制御ユニット４１０、４２０または４３０に送信することができる。それぞれの動作パラメータの決定は、他の何らかの方法で、例えば個々の制御ユニットの１つにおいて直接行うこともできることは明らかである。
図２は、本発明の方法の文脈で使用可能な好ましい実施形態における（ＤＳＰのための）第１の研磨装置１００を、概略的な形で図１よりも詳細に断面図で示している。この場合、回転装置と呼ばれる、内側リングギア１３１および外側リングギア１３２によって動かされるキャリアプレート１３０の対応する凹部内で、４つの半導体ウェハ６００（そのうち左半分の２つのみに参照符号が与えられている）が、上側研磨プレート１１０と下側研磨プレート１１１との間に挿入される。
下側研磨プレート１１１上には研磨パッド１２１がある。上側研磨プレート１１０上には研磨パッド１２０がある。研磨プレート１１０は、研磨パッド１２０とともに、研磨または接触圧力ｐ１の方向において、キャリアプレート１３０、半導体ウェハ６００、および研磨パッド１１１を有する下側研磨プレート１１１に押し付けられる。この研磨または接触圧力ｐ１（時間とともに変化するｐ１（ｔ）を含む）は、例えば、第１の研磨装置の可能な動作パラメータである。完全を期すために、この点において、半導体ウェハ６００に面する研磨プレート１１０および１１１の面が環状であることにも留意されたい。
有用なさらなる動作パラメータは、上側研磨プレート１１０および下側研磨プレート１１１が旋回または回転することができる回転速度ω１およびω２を含む。ここでは、２つの回転速度が反対方向に示されているが、これらはまた、例えば、用途に応じて、同じ回転方向を有し、ただし異なる大きさを有してもよい。同様に、動作中に回転速度（すなわち、ω１（ｔ）およびω２（ｔ）は時間とともに変化する）、および、同様に接触もしくは研磨圧力、ならびに／または、研磨媒体の組成および／もしくは研磨時間を変化させることも考えられる。
図３は、本発明の方法の文脈で使用可能な好ましい実施形態における第２の研磨装置２００（ＣＭＰのための）を、概略的な形で図１よりも詳細に断面図で示している。ここで、半導体ウェハ６００は、研磨パッド２２０に施与されており、研磨パッド２２０は、研磨プレート２１０上に配置されている。キャリア２３０により、半導体ウェハ６００は研磨パッド２２０に押し付けられる。研磨中、キャリア２３０は、例えば、回転速度ω３で第１の軸を中心として回転するとともに、回転速度ω４で第２の軸を中心として回転することができる。さらに、キャリアは半径方向速度ｖ１（内向きまたは外向きのいずれか）で動かされ得る。研磨のために、ここで適切な研磨媒体を研磨パッドに適用することが可能である。
より詳細には、付加的に、キャリア２３０により、半導体ウェハ６００に加えることができる圧力を異なる領域に対して異なるように設定することができる場合がある。示されている簡略化された例では、半径方向外側領域２３１に圧力ｐ２を、半径方向内側領域２３２に圧力ｐ３を加えることができる。これらの圧力ｐ２およびｐ３は、特に、第２の研磨装置の有用な動作パラメータである。同様に、回転速度ω３およびω４と半径方向速度ｖ１の両方を付加的にまたは代替的に動作パラメータとして使用することも考えられる。必要に応じて、代替的または追加的に、研磨媒体の変更された組成および／または変更された研磨時間を定義することが可能である。これらのパラメータはすべて、必要に応じて時間とともに変化するように定義することもできる。
圧力は、例えば、圧力ｐ２が圧力ｐ３よりも大きくなるように選択することができる。より詳細には、圧力は、代替的に、その大きさに関して具体的に設定されてもよい。圧力が個別に調整可能な、さらにより多くの異なる領域を半径方向において提供することができることは明らかであろう。
図４は、本発明の方法の文脈で使用可能な、ここでは気相エピタキシャルリアクタの形態の、好ましい実施形態におけるコーティング装置３００を、概略的な形で図１よりも詳細に断面図で示している。コーティング装置３００の中央にはサセプタ３１０があり、その上に、コーティングされるべき半導体ウェハ６００を配置する、すなわち置くことができる。サセプタ３１０は、半導体ウェハ６００がサセプタ３１０上で、例えばそのエッジの数ミリメートルの領域内のみにあるように、中央に窪みを有する。
ガスは、本例では２つの矢印で示されるように、エピタキシャルリアクタ３００の左側の開口部からエピタキシャルリアクタ３００の右側の開口部まで、エピタキシャルリアクタ３００を通過することができる。熱発生器、例えば、一例として一方に参照符号が与えられている、エピタキシャルリアクタ３００の上側および下側の加熱ランプ３３０により、エピタキシャルリアクタ３００および半導体ウェハを通過するガスは、必要に応じて、所望の温度にすることができる。
半導体ウェハ６００のコーティングのために、堆積ガス、例えば、任意選択的に水素と混合されたトリクロロシランが、次いで、エピタキシャルリアクタ３００を通過する。体積流量ｆ１および／または通過の持続時間および／または温度は、ここでは、例えば、動作パラメータとして半導体ウェハ６００上にエピタキシャル堆積される層の所望の厚さに従って調整することができる。さらに、半導体ウェハ６００がその上に配置されたサセプタ３１０は、定義可能な回転速度ω５で軸を中心として回転させることができ、これは、図に示すように、同様に付加的または代替的な動作パラメータである。このようにして、エピタキシャル層の均質な堆積を達成することができる。必要に応じて、代替的または追加的に、変更された半径方向温度分布を定義することができる。これらのパラメータはすべて、必要に応じて時間とともに変化するように定義することもできる。
コーティング動作の文脈において、堆積ガスを通過させる前に、半導体ウェハから材料を除去するエッチングガスが、その後、エッチング動作においてエピタキシャルリアクタ３００を通過することができ、結果、実際のコーティング動作の前に半導体ウェハが制御された様式で前処理される。
好ましくは、ここで、第１のエッチングガスの体積流量を４ｓｌｍに設定し、キャリアガスのガス流量を５０ｓｌｍに設定することが可能である（ｓｌｍは、標準リットル毎分を表す）。
図５は、好ましい実施形態における本発明の方法の手順の概略図である。まず、例として、第１の研磨装置１００内の複数の半導体ウェハについて、回転速度に対して動作パラメータω１およびω２が定義される。第１の研磨動作を行受け後、ＥＳＦＱＤａｖ値は、ここで半導体ウェハの各々のウェハパラメータとして決定される。すでに述べたように、これは、複数の半導体ウェハからの値に基づいた内挿または外挿によって、第１の研磨装置において実施することができる。
ここで決定されたＥＳＦＱＤａｖ値に基づいて、次いで、例として、動作パラメータｐ２およびｐ３、すなわち、第２の研磨装置２００内で半導体ウェハが様々な領域においてキャリアによって研磨パッドに押し付けられる圧力が定義される。加えて、３つの処理動作を受けた後、処理された半導体ウェハのＥＳＦＱＲｍａｘ、ＳＦＱＲｍａｘ、ＺＤＤａｖおよびＧＢＩＲが決定され、ウェハパラメータＳＰの各々が、対応する所望の目標値範囲内にあるか、または、所望の目標値に対応するかに関してチェックが行われる。より詳細には、目標値の範囲を順守することができない場合、これは、後続の半導体ウェハの３つの処理動作のうちの少なくとも１つの少なくとも１つの動作パラメータを変更する原因と見なされる。例えば、この効果は、変更された動作パラメータｐ２およびｐ３の定義になり得る。このようにして、第２の研磨動作とコーティング動作との間の任意の相互作用を特に良好に考慮することができ、したがって、半導体ウェハの平坦度を明確に改善することができる。
決定されたＥＳＦＱＤａｖ値に基づいて、コーティング装置３００において、例として、動作パラメータｆ１およびΔｔを、エッチングガスの体積流量および対応する持続時間に対して定義することができる。また、堆積ガスの体積流量および／または対応する持続時間の定義も考えられる。したがって、全体として、様々な処理動作または処理装置の動作パラメータは、互いに依存して定義される。
完全を期すために、この点において、図示および説明されている手順は単なる例示であり、また他の動作パラメータおよび場合によってはまた他のウェハパラメータ（各事例において、ここで言及されている動作パラメータと他の可能な動作パラメータの両方）を設定し、または考慮することができることにも留意されたい。
図６は、第１の研磨動作および第２の研磨動作の実施後の半導体ウェハの測定結果を簡略化した形で示す図である。この目的のために、第１の研磨装置を通過した後で、第２の研磨装置を通過する前の（白色の菱形）、および、第２の研磨装置を通過した後で、コーティング装置を通過する前の（黒色の菱形）、累積パーセント単位の処理されている半導体ウェハの数ｎが、ＥＳＦＱＤａｖ値に対してプロットされる。
加えて、−１２〜０ｎｍのＥＳＦＱＤａｖ値の領域が含まれる。これは、本発明の方法を実施することによって、３つの処理動作を受けた後、各事例において所望される目標値の範囲内にあるＥＳＦＱＲｍａｘ、ＳＦＱＲｍａｘ、ＺＤＤａｖおよびＧＢＩＲを得るために、標的がこの領域の中央よりもいくらか小さくなければならないという知見が得られるためである。個々の処理動作の最適化に限定された戦略は、第１の研磨動作および第２の研磨動作後に可能な限り０ｎｍに近い半導体ウェハのＥＳＦＱＤａｖ値を達成することを目的として、動作パラメータを定義する。
本発明に従って第２の研磨動作のための少なくとも１つの動作パラメータを定義することにより、ＥＳＦＱＤａｖ値を主に目標範囲内に維持することが可能である。半導体ウェハの約２５％のみが第１の研磨動作後に目標範囲内にあるが、第２の研磨動作を受けた後、半導体ウェハの約８０％がこの所望の範囲内にある。これは、第１の研磨動作後に少なくとも１つの決定されたウェハパラメータを考慮し、これを基礎として使用して、第２の研磨動作の少なくとも１つの動作パラメータを定義することによって、任意の偏差を非常に良好に補償することができることを示している。より詳細には、所望の範囲内の最大約９０％以上の半導体ウェハを達成することさえ可能であることが分かった。
図７および図８は各々、コーティング動作（ｅｐｉｏｕｔ）および第２の研磨動作（ＣＭＰｉｎ）の実施後の半導体ウェハに関する測定結果を簡略化した形で示す。ここでの目的は、そうしないことと比較して、本発明に従ってコーティング動作を制御することの効果を調べることに限定されていた。本発明によるコーティング動作の制御が不要であり、より詳細には、４回対称によるコーティングの差が考慮されない場合、半導体ウェハの比較的小さい割合、すなわち約−１ｎｍ〜約−６ｎｍの範囲内のＥＳＦＱＤａｖを有するもののみが考慮され、３つの処理動作を受けた後、ｎｍ単位のＥＳＦＱＲｍａｘ値に関して最良の結果を達成する（図７）。比較すると、約−１２ｎｍ〜約＋３ｎｍの範囲のＥＳＦＱＤａｖを有するすべての半導体ウェハが、ＥＳＦＱＲｍａｘ値に関して同等の結果を達成することが予測される（図８）。
図９は、要約すると、本発明の方法の原理を示している。
３つの処理動作の各々について、各処理装置に固有の少なくとも１つの動作パラメータを定義することを可能にするための情報が提供される。
後続の処理動作（プロセス間フィードフォワード、ｆｆ）の少なくとも１つの動作パラメータを定義するために、処理される半導体ウェハ上で少なくとも１つのウェハパラメータが決定される。
それぞれの処理装置の実際の状態が評価され、これに基づいて、評価中の処理装置の少なくとも１つの動作パラメータが、この処理装置による後続の半導体ウェハの処理について定義される（プロセス内フィードバック、ｗｐ）。
３つの処理動作を受けた後、処理済み半導体ウェハのＥＳＦＱＲｍａｘ、ＳＦＱＲｍａｘ、ＺＤＤａｖおよびＧＢＩＲが考慮され、後続の半導体ウェハを処理するための３つの処理動作のうちの１つまたは複数の、少なくとも１つの動作パラメータを定義するために、それぞれの目標値と比較される（プロセス間フィードバック、ｆｂ）。
本発明の効果も実際に試験された。半導体ウェハは、本発明の方法により単結晶シリコンのエピタキシャル層を有する単結晶シリコンから製造された。半導体ウェハの配向は｛１００｝であり、直径は３００ｍｍ、エピタキシャル層の厚さは２．７５μｍであった。下の表は、製造された半導体ウェハの２つの代表例の特性を示している。ＤＴ／ＤＬは、半導体ウェハ（ＳＷ）およびエピタキシャル層（ＥＬ）のドーパント型とドーパントレベルを示す。
Figure 2020524908

Claims (14)

  1. 半導体ウェハ（６００）を処理する方法であって、３つの処理動作、すなわち、前記半導体ウェハ（６００）が両面研磨を受ける第１の研磨動作、後続する、前記半導体ウェハ（６００）が化学機械研磨を受ける第２の研磨動作、および、後続する、前記半導体ウェハ（６００）が層のエピタキシャル堆積を受けるコーティング動作を含み、
    前記３つの処理動作の各々の少なくとも１つの動作パラメータが、
    処理される前記半導体ウェハ上で決定される少なくとも１つのウェハパラメータに基づいて、
    それぞれの前記処理動作が実行される処理装置の実際の状態に基づいて、および
    前記３つの処理動作を受けた後の状態に関して平坦度を特性化するためにウェハパラメータを、前記３つのすべての個々の処理動作後の状態に関して前記ウェハパラメータを最適化する代わりに、最適化することに基づいて、
    それぞれの前記処理動作において定義される、方法。
  2. 前記決定されるウェハパラメータが、平坦度測定からの生データから得られる、請求項１に記載の方法。
  3. 選択される、前記決定されるウェハパラメータがＥＳＦＱＤａｖである、請求項１または２に記載の方法。
  4. 平坦度の特性化のために考慮される前記ウェハパラメータは、ＥＳＦＱＲｍａｘ、ＳＦＱＲｍａｘ、ＺＤＤａｖ、およびＧＢＩＲである、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  5. 前記第１の研磨動作について、前記少なくとも１つの対応する動作パラメータが確立され、研磨圧力、研磨時間、上側研磨プレートの回転速度、下側研磨プレートの回転速度、内側駆動リングの回転速度、外側駆動リングの回転速度、上側研磨プレートの温度、下側研磨プレートの温度、研磨媒体の組成、研磨媒体の体積流量、研磨媒体の温度、研磨媒体のｐＨ、および、研磨された半導体ウェハの中心厚と、研磨に使用されるロータディスクの平均厚との目標差分を含む第１の群から選択される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記処理される半導体ウェハ上で決定される前記少なくとも１つのウェハパラメータは、特定の前記半導体ウェハ上の測定により決定されるか、または、処理される複数の半導体ウェハの測定に基づく評価を使用して決定される、請求項５に記載の方法。
  7. 前記第２の研磨動作について、前記少なくとも１つの対応する動作パラメータが確立され、研磨圧力の半径方向分布、研磨時間、研磨プレートの回転速度、キャリアの回転速度、研磨媒体の組成、研磨媒体の体積流量、研磨媒体のｐＨ、研磨プレートの温度、研磨媒体の温度、および研磨パッドの目立てを含む第２の群から選択される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  8. 前記コーティング動作について、前記少なくとも１つの対応する動作パラメータが確立され、堆積ガスの体積流量、堆積ガスの温度、堆積ガスの組成、エピタキシャル層の堆積の持続時間、サセプタの回転速度、半導体ウェハの加熱のための加熱出力の分布、ならびに、加えて、エピタキシャル層の堆積前のコーティング動作がエッチング動作を含む場合、エッチングガスの体積流量、エッチングガスの温度、エッチングガスの組成およびエッチング動作の持続時間を含む第３の群から選択される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  9. 前記エッチング動作の過程で、前記エッチングガスが前記コーティング装置（３００）を通過する、請求項８に記載の方法。
  10. 少なくとも１つの前記処理動作について、少なくとも１つの対応する動作パラメータが、後続の少なくとも１つの前記処理動作を受けた後の前記少なくとも１つのウェハパラメータの所望の値に基づいて定義される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  11. 前記第２の研磨動作について、前記少なくとも１つの動作パラメータ（ｐ２、ｐ３）は、前記半導体ウェハ（６００）の半径方向において、領域が、特に、前記半導体ウェハ（６００）の前記領域に対して異なる圧力（ｐ２、ｐ３）を定義することにより、前記処理において別様に研磨されるように定義される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  12. 半導体ウェハ（６００）が第１の研磨動作において両面研磨を受けることができる第１の研磨装置（１００）と、前記半導体ウェハ（６００）が第２の研磨動作において化学機械研磨を受けることができる第２の研磨装置（２００）と、コーティング動作において前記半導体ウェハ（６００）上に層をエピタキシャル堆積させることができるコーティング装置（３００）とを含む、前記半導体ウェハ（６００）を処理するための処理装置（１００、２００、３００）を制御するための制御システム（４００）であって、前記制御システム（４００）は、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法を実行するように設定されている、制御システム（４００）。
  13. 半導体ウェハ（６００）が第１の研磨動作において両面研磨を受けることができる第１の研磨装置（１００）と、前記半導体ウェハ（６００）が第２の研磨動作において化学機械研磨を受けることができる第２の研磨装置（２００）と、コーティング動作において前記半導体ウェハ（６００）上に層をエピタキシャル堆積させることができるコーティング装置（３００）とを含む、処理動作のための３つの処理装置を有し、請求項１２に記載の制御システム（４００）をも有する、前記半導体ウェハ（６００）を処理するためのプラント（５００）。
  14. 特にシリコンウェハであって、２ｍｍのエッジ除外域で１０ｎｍ以下のＥＳＦＱＲｍａｘ値を有し、エッジ部は７２個のセクタに分割され、かつセクタ長は３０ｍｍであり、２ｍｍのエッジ除外域で１０ｎｍ以下のＳＦＱＲｍａｘ値を有し、サイト面積は２６ｍｍ×８ｍｍであり、１４８ｍｍの半径位置において１０ｎｍ／ｍｍ２以下の大きさのＺＤＤａｖ値を有し、２ｍｍのエッジ除外域において０．１０μｍ以下のＧＢＩＲ値を有する半導体ウェハ（６００）。
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