JP4822048B2

JP4822048B2 - 半導体製造装置のプリメンテナンス方法

Info

Publication number: JP4822048B2
Application number: JP2005354297A
Authority: JP
Inventors: 直弘高橋; 民秀安本
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2025-12-08
Also published as: JP2007158202A

Description

本発明は半導体製造装置のプリメンテナンス方法に関するものであり、特に、ウェハを保持する裏面吸着チャックステージを有するエッチング装置や成膜装置のクリーニング周期を適正に定めて製造歩留りを向上するための構成に特徴のある半導体製造装置のプリメンテナンス方法に関するものである。

従来より半導体装置の製造工程においては成膜工程、エッチング工程、或いは、フォトリソグラフィー工程において各種要因で発生したパーティクルや金属微粒子が汚染や欠陥発生の源になり完成した半導体デバイスの特性に悪影響を及ぼすため、半導体製造装置を定期的に清掃する必要がある。

また、製造プロセスに伴う半導体ウェハの搬送工程においても、半導体製造装置に不具合が発生すると、搬送駆動系と摩擦してパーティクルが発生して金属汚染源となることもある。

特に、３００ｍｍウェハは、２００ｍｍウェハと裏面の状態が異なって鏡面研磨されているため問題となる。
即ち、従来の２００ｍｍウェハの場合には、裏面は粗研磨状態であることが一般的であったが、設計ルールの微細化とともに大口径ウェハが使用されるようになったため、３００ｍｍウェハでは表面の平坦度の要求スペックを満たすために裏面も鏡面研磨している。なお、現在は、２００ｍｍウェハの場合にも表面の平坦度の要求スペックを満たすために裏面も鏡面研磨する場合がある。

そのため、真空吸着或いは静電吸着を用いたウェハ吸着タイプのステージにおいては、ステージとウェーハとの密着性が高くなりパーティクルがあると、パーティクルが付着しやすくなり、製品の不良発生、具体的にはパターンニング工程の局所フォーカス不良発生につながることになる。

これは、ステージに付着したパーティクルが基点になってウェハが凸状に撓んでウェハ全面に渡る平坦性が失われるため、フォトリソグラフィー工程においてウェハのある点に焦点を合わせると、他の点で焦点が合わなくなるためと考えられる。

このようなパーティクルを除去して裏面吸着タイプのステージを常にクリーンな状態を保つために、定期的な清掃工程が必要になるが、このような清掃を裏面に粘着性のテープを貼り付けた清掃用プレートをステージ上に搬送して載置した後回収することによって自動的に行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１７２３９５号公報

しかし、上述の粘着剤層を有する清掃用プレートを用いた自動清掃機構を全ての半導体製造装置に導入することは、コストが高くなり実用的ではないという問題がある。

一方、定期的に製造ラインを停止して半導体製造装置を薬液等を用いて清掃することも行われているが、清掃周期を適正に設定することが困難であり、安全率を見込んで清掃周期を短くすると稼働率が低下するという問題があり、一方、清掃周期を長く設定すると不良発生が多発するという問題がある。

したがって、本発明は半導体製造装置を製造ラインに投入する前に、クリーニング周期を適正に設定することを目的とする。

図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１における符号４は、製品用ウェハ格納部である。
図１参照
上記課題を解決するために、本発明は、半導体製造装置のプリメンテナンス方法において、ステージ１上において製品用ウェハ３を用いた製造プロセスが予め設定した所定の回数を超えた時に、裏面を鏡面研磨するとともに表面を裏面より高い鏡面度に研磨した裏面ウェハ５を裏面を上面としてステージ１上に搬送してステージ１上に搬送してパーティクル・汚染チェックを行ってプリメンテナンス周期を決定し、決定したプリメンテナンス周期に裏面ウェハ５を裏面を上面としてステージ１上に搬送して搬送チェックを行ったのち、別の裏面ウェハ５を裏面を上面としてステージ１上に搬送して裏面測定及び裏面汚染チェックを行ってプリメンテナンス周期を適正化することを特徴とする。結果が良好である場合には、半導体製造装置を生産現場に投入し、結果が不良である場合には不良の原因を解析する。

なお、裏面ウェハ５を製品用ウェハ３とは別個に格納できる裏面ウェハ格納部６及びそのための搬送機構２を備えることによって、実際に製造に使用する半導体製造装置のプリメンテナンスを実際の製造条件と同じ条件下で行うことができ、それによって、プリメンテナンス周期を正確に求めることができるので製造歩留りを向上することができる。
なお、搬送機構２としては、通常の製品用ウェハ３を搬送する搬送機構２が兼用できるように搬送機構２を設計すれば良い。

また、裏面ウェハ５はデバイスを作り込んで製品とするわけではないので、使用後の裏面ウェハ５は洗浄・研磨することによって再生ウェハとして再び裏面ウェハ５として使用することができるので、粘着剤層を有する清掃用プレートに比べて製造コストを大幅に上昇させることはない。

この場合、裏面ウェハ格納部６において、裏面ウェハ５を周期的に上下を反転させて格納させれば良く、それによって、搬送チェック用ウェハと裏面測定・裏面汚染チェック用ウェハを同じ仕様の裏面ウェハ５を用いて且つ一つの裏面ウェハ格納部６から供給することができる。

或いは、裏面ウェハ格納部６において、裏面ウェハ５を裏面を上面にして格納させても良く、その場合には、搬送チェック用ウェハとしては裏面ウェハ５を裏面を上面にしてそのまま用いることになる。
或いは、裏面ウェハ格納部６を、裏面ウェハ５を裏面を上面にして格納させたものと裏面ウェハ５を表面を上面にして格納させたものを別個に２つ設けても良い。

この場合のステージ１としては、パーティクルの付着が顕著になるウェハ吸着型ステージ１が典型的であるが、エッジ把持型ステージ１にも適用されるものであり、この場合には、裏面に付着したパーティクルに起因する局所フォーカス不良は発生しないものの、裏面に付着したパーティクルを後工程に持ち込むことを防止することができる。

ここで、図２及び図３を参照して、本発明におけるプリメンテナンス周期の設定原理を説明する。
図２及び図３参照
図２及び図３は、本発明者による実験結果の説明図であり、図２は絶縁膜成膜プロセスを重ねたのちにテストウェハをステージ１上に載置したのちテストウェハの裏面に付着したパーティクル数のウェハ処理枚数依存性を示した図であり、図３はリソパターニング後の表面欠陥の数のウェハ処理枚数依存性を示した図である。

この図２及び図３を対比することによって、本発明者はパーティクル数と表面欠陥数との間に強い相関があることを発見し、テストウェハ付着するパーティクル数がある水準に達するウェハ処理枚数毎に定期的に清掃を行えば局所フォーカス不良は発生しないという考えに至ったものである。

なお、局所フォーカス不良に限らず、このような付着するパーティクル数と各種の欠陥・不良発生との関係は同様の因果関係があるので、テストウェハ付着するパーティクル数がある水準に達するウェハ処理枚数毎に定期的に清掃を行えば各種の欠陥・不良発生を抑制することができる。

また、半導体製造装置をプリメンテナンスする場合には、ステージ１上において製品用ウェハ３を用いた製造プロセスが上述の半導体製造装置のプリメンテナンス周期決定方法で決定したプリメンテナンス周期に達する毎にプリメンテナンスを行えば良く、それによって、適正なプリメンテナンス周期で清掃を行うことができるので、製造ラインを必要以上に停止することなく、製品不良の発生を抑制することができる。

この場合、ステージ１上において製品用ウェハ３を用いた製造プロセスが予め設定した所定の回数を超えた時に、ステージ１上に裏面ウェハ５を裏面が上面になるように搬送してステージ１の表面のクリーニングのみを行うようにしても良く、それによって、プリメンテナンス工程を簡素化することができる。

本発明によれば、３００ｍｍウェハをはじめとする大口径ウェハ量産工場に対しても設備稼働の安定及び生産性向上を維持しながら、ステージ１の汚れによる歩留り低減の要因をなくすことができ、常にステージ１表面をクリーンな状態に保持できるようになる。

本発明は、ステージ上において製品用ウェハを用いた製造プロセスが予め設定した所定の回数を超えた時に、裏面を鏡面研磨するとともに表面を裏面より高い鏡面度に研磨した裏面ウェハを裏面を上面としてステージ上に搬送してパーティクル・汚染チェックを行ってプリメンテナンス周期を決定し、決定したプリメンテナンス周期に裏面ウェハを裏面を下面としてステージ上に搬送して搬送チェックを行ったのち、別の裏面ウェハを裏面を上面としてステージ上に搬送して裏面測定及び裏面汚染チェックを行ってプリメンテナンス周期の適正化を行い、結果が良好である場合には生産現場に引渡し、生産現場では、設定したプリメンテナンス周期毎にクリーニングを兼ねるプリメンテナンスを行って故障や不良品の発生を抑止するものである。

ここで、図４及び図５を参照して、本発明の実施例１の半導体製造装置のプリメンテナンス周期決定方法を説明する。
図４参照
図４は、本発明の実施例１の半導体製造装置のプリメンテナンス周期決定方法を示すフローチャートであり、まず、
Ａ．半導体製造装置を用いて所定の製造プロセス、例えば、成膜装置であれば成膜工程、エッチング装置であればエッチング工程を所定回数、例えば、１０ロット処理を行う。

次いで、
Ｂ．１０ロット処理毎に裏面を鏡面研磨するとともに表面を裏面より高い鏡面度に研磨した裏面ウェハを裏面を上面としてステージ上に搬送して載置したのち、製造プロセスを行うことなく裏面ウェハを回収して裏面に付着したパーティクルや汚染を測定してデータプロットを行う。

次いで、
Ｃ．この測定データに基づいて、ステージのクリーニング周期を決定する。

図５参照
図５は裏面パーティクル測定結果のプロット図であり、裏面に付着したパーティクル数をゴミチェック測定器により測定し、この測定データに基づいて、ステージのクリーニング周期を決定する。
図から明らかなように処理枚数の増加とともに欠陥が増加する。
なお、欠陥数は、３００ｍｍ裏面ウェハ一枚における欠陥数であり、欠陥とは直径が０．２μｍ以上のパーティクルを表す。

図においては、実績上、３００ｍｍウェハ一枚における欠陥数が７０００個までが許容範囲であったので、欠陥数が７０００個に達する処理枚数である５００枚処理をクリーニング周期に設定する。

また、これと同時に全反射蛍光Ｘ線で、ウェハ面内の５点を測定した検出した元素毎に平均値を採って個々の元素毎のコンタミ管理値内確認も行う。
この場合、各製造装置によって異なるが、例えば、実績に基づいて管理値を５×１０¹⁰ａｔｍｓ／ｃｍ²以下とする。

次いで、
Ｄ．再び、半導体製造装置を用いて所定の製造プロセスを行い、Ｃで決定したクリーニング周期に自動的に裏面ウェハを搬送して、搬送チェック、パーティクルチェック、及び、コンタミチェックを行う。

まず、搬送チェックとしては、
Ｄ₁．ウェハロード用のポートに裏面を下面として裏面ウェハを収容した裏面ウェハキャリアを配置し、この裏面ウェハキャリアから裏面ウェハをステージ上に搬送したのち、製造プロセスは行わずに裏面ウェハを裏面ウェハキャリアにアンロードする。

この時、搬送駆動系をできるだけ動作させてテストを行い、ゴミ測定や金属測定を行って半導体製造装置の搬送系の機能チェックを行うものであり、搬送回数は１乃至５回の間で適宜設定する。

次いで、パーティクルチェックとしては、
Ｄ₂．ウェハロード用のポートに裏面を上面として裏面ウェハを収容した裏面ウェハキャリアを配置し、この裏面ウェハキャリアから裏面ウェハをステージ上に搬送したのち、製造プロセスは行わずに裏面ウェハを裏面ウェハキャリアにアンロードする。

次いで、ゴミチェック測定器を用いて裏面ウェハの表面に付着したパーティクル数をチェックし、測定したパーティクル数が管理値、この場合は７０００個以内であるか否かを判定する。

次いで、コンタミチェックとしては、
Ｄ₃．パーティクルチェック後の裏面ウェハ対して、全反射蛍光Ｘ線で、ウェハ面内の５点を測定した検出した元素毎に平均値を採って個々の元素毎のコンタミ管理値内確認も行う。
この場合の管理値は、上述のように５×１０¹⁰ａｔｍｓ／ｃｍ²以下とする。

上記のＤ₁乃至Ｄ₃において測定したパーティクル数及びコンタミが管理値以内であれば適正と判断して、最終判断を設備担当エンジニアに確認の上、生産現場に引き渡すことによってプリメンテナンス工程を終了する。

一方、上記のＤ₁乃至Ｄ₃において測定したパーティクル数及びコンタミが管理値以上であれば、
Ｅ．裏面ウェハのパーティクルが付着した表面に対してＳＥＭ−ＥＤＸ分析により異常物を分析し、構成要素を特定することによってその異常物の発生源を推測する。

次いで、
Ｆ．推定した発生源に対して異常物を発生しないように設計変更或いは補修を行う。
例えば、パーティクル或いはコンタミである異常物が有機系或いは酸化物系であるかに分けて対象処置を実施する。

次いで、対象処置を施した半導体製造装置により、上記のＣの工程に戻り、上記のＤ₁乃至Ｄ₃において測定したパーティクル数及びコンタミが管理値以内になるまで繰り返したのち、最終判断を設備担当エンジニアに確認の上、生産現場に引き渡すことによってプリメンテナンス周期決定工程を終了する。

なお、搬送チェック及びパーティクル・コンタミチェック工程において、ステージ上に堆積したパーティクルはこの裏面ウェハに吸着されたことになるので、チェック工程自体がクリーニング工程となり、ステージ上に堆積したパーティクル・コンタミが除去されることになる。

次いで、生産現場においては、上述のＣで設定したクリーニング周期毎に搬送チェック及びパーティクル・コンタミチェック工程を予め組まれたプログラムに沿って自動的に開始することによって、ステージを定期的にクリーニングするとともに、搬送駆動系の確認とパーティクル・コンタミ発生状況を把握する。

このように、本発明の実施例１においては、プリメンテナンス周期決定工程において、裏面ウェハを用いてクリーニング工程を兼ねる搬送チェック及びパーティクル・コンタミチェック工程を行って半導体製造装置の稼働安定性を確認したのち、生産工程に設置し、生産現場においては、裏面ウェハを用いたクリーニング工程を兼ねる搬送チェック及びパーティクル・コンタミチェックを行うプリメンテンナンスを定期的に且つ自動的に行っているので、半導体製造装置の稼働の稼働率を高めることができるとともに、不良品の発生を抑制することができる。

この時、搬送チェック及びパーティクル・コンタミチェックに用いた裏面ウェハは、洗浄・研磨を行うことによって、再生ウェハとして、搬送チェック及びパーティクル・コンタミチェックに再利用することができるので、従来の粘着剤層を有する清掃用プレートを用いた場合に比べて、コストの低減が可能になる。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は実施例に記載された構成・条件等に限られるものではなく各種の変更が可能であり、例えば、実施例においては３００ｍｍ以上の大口径ウェハを対象にしているが、大口径ウェハに限られるものではなく、２００ｍｍウェハ等の３００ｍｍ以下のウェハにも適用されるものである。

また、上記の実施例においては、クリーニング周期の決定工程においては、搬送チェック用裏面ウェハとパーティクル・コンタミチェック用裏面ウェハとを別個のウェハキャリアに収納しているが、生産ラインに設置した場合には、裏面が上面向きの裏面ウェハと下面向きの裏面ウェハとを交互に同じウェハキャリアに収容しても良いものである。

また、上記の実施例においては、生産ラインに設置した場合においても、設定したクリーニング周期毎に、搬送チェック及びパーティクル・コンタミチェックを行っているが、搬送チェック用裏面ウェハとパーティクル・コンタミチェック用裏面ウェハとをステージ上に載置してクリーニングを行うだけで、搬送チェック及びパーティクル・コンタミチェックに伴うパーティクル測定、金属測定、及び、コンタミ測定を行う必要はなく、このようなパーティクル測定、金属測定、及び、コンタミ測定は数回のクリーニング工程に１回の割合で行うようにしても良いものである。

また、上記の実施例においては、クリーニング自体は裏面ウェハによる吸着効果だけであるが、ステージ表面に付着するパーティクルが、酸化物系なら、静電気的に付着しやすくなるように電荷を発生させた酸化膜付きのウェハを通すとより除去効果が得られる。

また、ステージ表面に付着するパーティクルは有機系のパーティクルなら、定期的クリーニング工程において、Ｏ₃ガスや紫外線照射する工程を加えることによって、Ｏ₃ガスや紫外線によって有機物を分解して有機系のパーティクルを効果的に除去するようにしても良い。

また、上記の実施例においては、ウエーハ吸着タイプのステージとしているが、ウエーハ吸着タイプのステージに限られるものではなく、ウェハの裏面に触れずに固定するエッジグリップ（エッジ把持）タイプのステージにも適用されるものであり、この場合には、搬送チェックのみを行う。

エッジグリップタイプは、裏面ウェーハ最外周の付着パーティクルの回り込みが懸念されるが、搬送チェック動作時、即ち、クリーニング動作時には、ウェーハ接触部分の汚れをより確実に除去することができる。

このエッジグリップタイプのステージの場合には、ウェハの裏面に付着したパーティクル等はその製造処理中では問題発生の原因となる可能性は低いものの、そのパーティクルやコンタミをその後の工程に持ち込むことになるが、上述のプリメンテナンスを行うことによって後工程への持込みを低減することができる。

ここで再び図１を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び、図１参照
（付記１）ステージ１上において製品用ウェハ３を用いた製造プロセスが予め設定した所定の回数を超えた時に、裏面を鏡面研磨するとともに表面を裏面より高い鏡面度に研磨した裏面ウェハ５を裏面を上面として前記ステージ１上に搬送してパーティクル・汚染チェックを行ってプリメンテナンス周期を決定し、決定したプリメンテナンス周期毎に前記裏面ウェハ５を裏面を上面として前記ステージ１上に搬送して搬送チェックを行ったのち、別の裏面ウェハ５を裏面を上面として前記ステージ１上に搬送して裏面測定及び裏面汚染チェックを行うことによりプリメンテナンス周期を適正化することを特徴とする半導体製造装置のプリメンテナンス方法。
（付記２）上記裏面ウェハ５が、表面側が酸化されている裏面ウェハ５であることを特徴とする付記１に記載の半導体製造装置のプリメンテナンス方法。
（付記３）上記表面側が酸化されている裏面ウェハ５における酸化膜は、電荷を発生させた酸化膜であることを特徴とする付記２に記載の半導体製造装置のプリメンテナンス方法。
（付記４）ステージ１上において製品用ウェハ３を用いた製造プロセスが付記１に記載の半導体製造装置のプリメンテンナス周期決定方法によって決定したプリメンテナンス周期に達する毎にプリメンテナンスを行うことを特徴とする半導体製造装置のプリメンテナンス方法。
（付記５）ステージ１上において製品用ウェハ３を用いた製造プロセスが上記プリメンテンナンス周期に達した時に、前記ステージ１上に上記裏面ウェハ５を裏面が上面になるように搬送して前記ステージ１の表面のクリーニングのみを行うことを特徴とする付記４に記載の半導体製造装置のプリメンテナンス方法。

本発明の活用例としては、半導体製造装置のプリメンテナンスが典型的なものであるが、半導体製造装置のプリメンテナンスに限られるものではなく、アクティブマトリクス型液晶表示装置や、強誘電体デバイス、或いは、超伝導デバイス等のフォトリソグラフィー工程の伴う各種の電子デバイスの製造装置一般に適用されるものである。

本発明の原理的構成の説明図である。テストウェハの裏面に付着したパーティクル数のウェハ処理枚数依存性の説明図である。リソパターニング後の表面欠陥の数のウェハ処理枚数依存性の説明図である。本発明の実施例１の半導体製造装置のプリメンテナンス周期決定方法を示すフローチャートである。裏面パーティクル測定結果のプロット図である。

１ステージ
２搬送機構
３製品用ウェハ
４製品用ウェハ格納部
５裏面ウェハ
６裏面ウェハ格納部

Claims

ステージ上において製品用ウェハを用いた製造プロセスが予め設定した回数を超えたときに裏面を鏡面研磨するとともに表面を裏面より高い鏡面度に研磨した裏面ウェハを裏面を上面として前記ステージ上に搬送してパーティクル・汚染チェックを行ってプリメンテナンス周期を決定し、決定したプリメンテナンス周期に前記裏面ウェハを裏面を下面として前記ステージ上に搬送して搬送チェックを行ったのち、別の裏面ウェハを裏面を上面として前記ステージ上に搬送して裏面測定及び裏面汚染チェックを行って前記プリメンテナンス周期を適正化することを特徴とする半導体製造装置のプリメンテナンス方法。
ステージ上において製品用ウェハを用いた製造プロセスが請求項１に記載の半導体製造装置のプリメンテナンス周期決定方法によって決定したプリメンテナンス周期に達する毎にプリメンテナンスを行うことを特徴とする半導体製造装置のプリメンテナンス方法。
ステージ上において製品用ウェハを用いた製造プロセスが上述のプリメンテナンス周期に達した時に、前記ステージ上に上記裏面ウェハを裏面が上面になるように搬送して前記ステージの表面のクリーニングのみを行うことを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置のプリメンテナンス方法。