JPH11330185A - 半導体装置の製造装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造装置及びその製造方法Info
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- JPH11330185A JPH11330185A JP12484498A JP12484498A JPH11330185A JP H11330185 A JPH11330185 A JP H11330185A JP 12484498 A JP12484498 A JP 12484498A JP 12484498 A JP12484498 A JP 12484498A JP H11330185 A JPH11330185 A JP H11330185A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
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- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 クラスタリングされ、かつ、一連の処理の途
中で処理条件の適否を判断することのできる半導体装置
の製造装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 バッファチャンバ５１の周囲には、予備
加熱を行なうためのデガスチャンバ５３、オリエンター
チャンバ５５などが配置されている。トランスファチャ
ンバ６１の周囲には、エッチングチャンバ６２、アニー
ルチャンバ６３、第１成膜チャンバ、第２成膜チャンバ
６５などが配設されている。各チャンバが大気から遮断
された共通空間内に配置されている。オリエンターチャ
ンバ５５にエリプソメータが配設され、成膜，アニー
ル，エッチング等の一連のプロセスが終了するまでウエ
ハを製造装置外の大気にさらすことなく、基板内のイオ
ン注入領域（アモルファス層）の厚みや、成膜した膜の
厚みなどをエリプソメータにより測定することで、次の
処理の条件設定などの管理が可能となる。
中で処理条件の適否を判断することのできる半導体装置
の製造装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 バッファチャンバ５１の周囲には、予備
加熱を行なうためのデガスチャンバ５３、オリエンター
チャンバ５５などが配置されている。トランスファチャ
ンバ６１の周囲には、エッチングチャンバ６２、アニー
ルチャンバ６３、第１成膜チャンバ、第２成膜チャンバ
６５などが配設されている。各チャンバが大気から遮断
された共通空間内に配置されている。オリエンターチャ
ンバ５５にエリプソメータが配設され、成膜，アニー
ル，エッチング等の一連のプロセスが終了するまでウエ
ハを製造装置外の大気にさらすことなく、基板内のイオ
ン注入領域（アモルファス層）の厚みや、成膜した膜の
厚みなどをエリプソメータにより測定することで、次の
処理の条件設定などの管理が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
装置及びその製造方法に係り、特に大気とは絶縁された
雰囲気下でクラスタリングされた製造装置を用いた製造
工程中における半導体層の表面及びその上に形成された
絶縁膜の特性の管理に関する。
装置及びその製造方法に係り、特に大気とは絶縁された
雰囲気下でクラスタリングされた製造装置を用いた製造
工程中における半導体層の表面及びその上に形成された
絶縁膜の特性の管理に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の製造工程中の一連の
工程を大気に暴露することなく実現し、大気暴露に起因
する自然酸化膜の形成や汚染物質の付着を防止しようと
するクラスタリングの概念が報告されている（文献１：
Schuegrafら，IEEE/International Reliability and Ph
ysics Symposium 97,p.7）。このクラスタリングされた
プロセスを用いると、高品質の半導体装置が得られるこ
とが検証されている。
工程を大気に暴露することなく実現し、大気暴露に起因
する自然酸化膜の形成や汚染物質の付着を防止しようと
するクラスタリングの概念が報告されている（文献１：
Schuegrafら，IEEE/International Reliability and Ph
ysics Symposium 97,p.7）。このクラスタリングされた
プロセスを用いると、高品質の半導体装置が得られるこ
とが検証されている。
【０００３】一方、従来の半導体装置の製造工程の管理
は、各工程の終了後に工程で使用した装置外にウエハを
取り出して行なわれている。例えば、酸化膜の形成工程
においては、酸化を行うためのチャンバの外部に設置さ
れたエリプソメータにより酸化膜の膜厚が測定される。
は、各工程の終了後に工程で使用した装置外にウエハを
取り出して行なわれている。例えば、酸化膜の形成工程
においては、酸化を行うためのチャンバの外部に設置さ
れたエリプソメータにより酸化膜の膜厚が測定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光学的測定方法を上述のクラスタリングされた製造
装置を用いて行なわれる製造工程の管理に適用すると、
以下のような問題が生じる。
来の光学的測定方法を上述のクラスタリングされた製造
装置を用いて行なわれる製造工程の管理に適用すると、
以下のような問題が生じる。
【０００５】すなわち、上述のようなクラスタリングさ
れた製造装置を用いたプロセスでは、ウエハに対して多
くの一連の処理を行なった後に、ウエハ上に形成された
ＭＯＳキャパシタやＭＯＳトランジスタの特性を測定す
ることになるが、その一連の処理の途中工程におけるウ
エハの状態を管理する方法がなかった。そのため、研究
室レベルではともかく、ＭＯＳデバイスの量産工程にお
いては、せっかくクラスタリングを用いた製造装置を用
いても、高品質の半導体装置を形成できるという保証が
ないのが現状である。
れた製造装置を用いたプロセスでは、ウエハに対して多
くの一連の処理を行なった後に、ウエハ上に形成された
ＭＯＳキャパシタやＭＯＳトランジスタの特性を測定す
ることになるが、その一連の処理の途中工程におけるウ
エハの状態を管理する方法がなかった。そのため、研究
室レベルではともかく、ＭＯＳデバイスの量産工程にお
いては、せっかくクラスタリングを用いた製造装置を用
いても、高品質の半導体装置を形成できるという保証が
ないのが現状である。
【０００６】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、クラスタリングされた製造装置を用
いた一連の処理中において、ウエハの表面状態を光学的
評価を通じて把握することにより、高品質の半導体装置
を効率よく、かつ、何らかの異常により規格外のウエハ
ができた場合にも良品として製造するための装置及び方
法を提供することにある。
あり、その目的は、クラスタリングされた製造装置を用
いた一連の処理中において、ウエハの表面状態を光学的
評価を通じて把握することにより、高品質の半導体装置
を効率よく、かつ、何らかの異常により規格外のウエハ
ができた場合にも良品として製造するための装置及び方
法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、以下のような半導体装置の製造装置に
関する手段と半導体装置の製造方法に関する手段とを講
じている。
に、本発明では、以下のような半導体装置の製造装置に
関する手段と半導体装置の製造方法に関する手段とを講
じている。
【０００８】本発明の半導体装置の製造装置は、ウエハ
に第１の処理を行なうための第１の反応室と、ウエハに
第２の処理を行なうための第２の反応室とを少なくとも
備え、上記第１の反応室及び第２の反応室を含む共通空
間を大気とは遮断した雰囲気に維持することが可能に、
かつ、上記第１の反応室と第２の反応室との間でウエハ
を搬送することが可能に構成されたクラスタリングされ
た半導体装置の製造装置であって、上記共通空間内のい
ずれかの部位にウエハを設置した状態で上記ウエハの表
面状態を光学的に評価するための光学的測定手段を備え
ている。
に第１の処理を行なうための第１の反応室と、ウエハに
第２の処理を行なうための第２の反応室とを少なくとも
備え、上記第１の反応室及び第２の反応室を含む共通空
間を大気とは遮断した雰囲気に維持することが可能に、
かつ、上記第１の反応室と第２の反応室との間でウエハ
を搬送することが可能に構成されたクラスタリングされ
た半導体装置の製造装置であって、上記共通空間内のい
ずれかの部位にウエハを設置した状態で上記ウエハの表
面状態を光学的に評価するための光学的測定手段を備え
ている。
【０００９】これにより、ウエハを大気にさらすことに
より形成される自然酸化膜や吸着ガスなどの影響のない
状態でウエハの表面状態を光学的に評価することができ
る。したがって、アモルファス層や酸化膜の膜厚などを
高精度で測定することが可能となり、特に微細化された
半導体装置の製造工程を適正に管理する機能を有する半
導体装置の製造装置が得られる。
より形成される自然酸化膜や吸着ガスなどの影響のない
状態でウエハの表面状態を光学的に評価することができ
る。したがって、アモルファス層や酸化膜の膜厚などを
高精度で測定することが可能となり、特に微細化された
半導体装置の製造工程を適正に管理する機能を有する半
導体装置の製造装置が得られる。
【００１０】上記半導体装置の製造装置において、上記
光学的測定手段は、エリプソメータであってもよいし、
分光エリプソメータであってもよい。
光学的測定手段は、エリプソメータであってもよいし、
分光エリプソメータであってもよい。
【００１１】上記半導体装置の製造装置において、上記
第１の反応室をウエハ上の吸着ガスなどを除去するため
の予備加熱を行なうデガスチャンバとすることができ
る。
第１の反応室をウエハ上の吸着ガスなどを除去するため
の予備加熱を行なうデガスチャンバとすることができ
る。
【００１２】これにより、ウエハの表面上に水分やガス
が吸着されていない状態で、ウエハの状態を光学的に評
価することができるので、各種の処理前のウエハの表面
付近の半導体層や膜の厚みなどをより正確に把握するこ
とができる。
が吸着されていない状態で、ウエハの状態を光学的に評
価することができるので、各種の処理前のウエハの表面
付近の半導体層や膜の厚みなどをより正確に把握するこ
とができる。
【００１３】上記半導体装置の製造装置において、上記
第１，第２の反応室とは異なる部位に配置され上記共通
空間に連通する光学的測定室をさらに設け、上記光学的
測定手段を上記光学的測定室に配設することができる。
第１，第２の反応室とは異なる部位に配置され上記共通
空間に連通する光学的測定室をさらに設け、上記光学的
測定手段を上記光学的測定室に配設することができる。
【００１４】これにより、ウエハに処理を施すための構
造にとらわれることなく、光学的評価を行うのに適した
光学的測定室を設けることが可能になる。
造にとらわれることなく、光学的評価を行うのに適した
光学的測定室を設けることが可能になる。
【００１５】さらに、上記光学的測定室をウエハの方位
を設定するオリエンター室又はウエハを冷却するための
冷却室としても兼用させてもよい。
を設定するオリエンター室又はウエハを冷却するための
冷却室としても兼用させてもよい。
【００１６】これにより、製造装置内に設けられている
オリエンター室や冷却室を利用して光学的評価を行うこ
とができる。
オリエンター室や冷却室を利用して光学的評価を行うこ
とができる。
【００１７】本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハ
に第１の処理を行なう第１の工程と、上記第１の処理が
施されたウエハに第２の処理を行なう第２の工程とを少
なくとも備え、上記第１の処理と第２の処理とを含む一
連の処理を大気とは遮断された共通空間内で行なうよう
にした半導体装置の製造方法であって、少なくとも上記
第１の処理の後における上記ウエハの表面状態を光学的
に評価する第３の工程を備えている。
に第１の処理を行なう第１の工程と、上記第１の処理が
施されたウエハに第２の処理を行なう第２の工程とを少
なくとも備え、上記第１の処理と第２の処理とを含む一
連の処理を大気とは遮断された共通空間内で行なうよう
にした半導体装置の製造方法であって、少なくとも上記
第１の処理の後における上記ウエハの表面状態を光学的
に評価する第３の工程を備えている。
【００１８】この方法により、一連の処理が連続して行
なわれる途中、あるいは一連の処理が終了して大気雰囲
気に戻される前におけるウエハの表面状態を光学的に評
価することが可能になる。したがって、クラスタリング
された製造装置内における一連の処理のうちの途中工程
あるいは全体工程の条件の適否やウエハ上に形成された
部材の合否の判定が可能になる。すなわち、途中工程で
不良が発見されたときには、その前の工程で追加の処理
を行なうか、元に戻して最初から処理を行なうなどの措
置を講ずることが可能になり、その後の無駄な工程の実
施を回避することができる。また、処理条件を変更する
ことで、その後の不良の発生を未然に防止することも可
能になる。
なわれる途中、あるいは一連の処理が終了して大気雰囲
気に戻される前におけるウエハの表面状態を光学的に評
価することが可能になる。したがって、クラスタリング
された製造装置内における一連の処理のうちの途中工程
あるいは全体工程の条件の適否やウエハ上に形成された
部材の合否の判定が可能になる。すなわち、途中工程で
不良が発見されたときには、その前の工程で追加の処理
を行なうか、元に戻して最初から処理を行なうなどの措
置を講ずることが可能になり、その後の無駄な工程の実
施を回避することができる。また、処理条件を変更する
ことで、その後の不良の発生を未然に防止することも可
能になる。
【００１９】上記半導体装置の製造方法において、上記
第３の工程を行なう前のウエハには、不純物イオンが注
入されて非晶質化した領域が形成されている場合には、
上記第３の工程に、不純物イオンが注入されて非晶質化
したイオン注入領域を有する半導体層に、光軸に垂直な
面内でｐ方向（光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含
む面との交線の方向）とｓ方向（光軸に垂直な面内で上
記ｐ方向に垂直な方向）に対して傾いた直線偏光の測定
光を上記半導体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方
向から入射するステップと、上記半導体層から楕円偏光
として反射される上記測定光の反射光のうち上記半導体
層の表面に平行な方向の成分と垂直な方向の成分との位
相差をΔとしたときに、少なくともcos Δを測定するス
テップと、上記測定光の波長を変化させて、少なくとも
上記cos Δのスペクトルを測定するステップと、上記少
なくともcos Δのスペクトルの形状に基づいて、上記イ
オン注入領域の状態を評価するステップとを設けること
ができる。
第３の工程を行なう前のウエハには、不純物イオンが注
入されて非晶質化した領域が形成されている場合には、
上記第３の工程に、不純物イオンが注入されて非晶質化
したイオン注入領域を有する半導体層に、光軸に垂直な
面内でｐ方向（光軸に垂直な面と入射光及び反射光を含
む面との交線の方向）とｓ方向（光軸に垂直な面内で上
記ｐ方向に垂直な方向）に対して傾いた直線偏光の測定
光を上記半導体層の表面に垂直な方向に対して傾いた方
向から入射するステップと、上記半導体層から楕円偏光
として反射される上記測定光の反射光のうち上記半導体
層の表面に平行な方向の成分と垂直な方向の成分との位
相差をΔとしたときに、少なくともcos Δを測定するス
テップと、上記測定光の波長を変化させて、少なくとも
上記cos Δのスペクトルを測定するステップと、上記少
なくともcos Δのスペクトルの形状に基づいて、上記イ
オン注入領域の状態を評価するステップとを設けること
ができる。
【００２０】この方法により、楕円偏光として検出され
る測定光の波長を変化させると、半導体層の複素屈折率
に関するパラメータであるcos Δが求められる。そし
て、cos Δのスペクトルの形状が非晶質化領域の状態つ
まり非晶質化の度合いや非晶質化した領域の厚み等に関
する情報として得られ、非晶質化した半導体層の状態を
非破壊で調べることが可能となる。
る測定光の波長を変化させると、半導体層の複素屈折率
に関するパラメータであるcos Δが求められる。そし
て、cos Δのスペクトルの形状が非晶質化領域の状態つ
まり非晶質化の度合いや非晶質化した領域の厚み等に関
する情報として得られ、非晶質化した半導体層の状態を
非破壊で調べることが可能となる。
【００２１】上記半導体装置の製造方法において、上記
第１の工程ではイオン注入領域を有するウエハ上の吸着
ガスなどを除去するためのデガス処理を行ない、上記第
２の工程では上記ウエハのイオン注入領域のアニールを
行ない、上記第３の工程では予め少なくともcos Δのス
ペクトル形状とイオン注入領域の厚みとの相関を示す基
準パターンを準備しておき、上記基準パターンに基づい
て上記イオン注入領域の厚みを測定することができる。
第１の工程ではイオン注入領域を有するウエハ上の吸着
ガスなどを除去するためのデガス処理を行ない、上記第
２の工程では上記ウエハのイオン注入領域のアニールを
行ない、上記第３の工程では予め少なくともcos Δのス
ペクトル形状とイオン注入領域の厚みとの相関を示す基
準パターンを準備しておき、上記基準パターンに基づい
て上記イオン注入領域の厚みを測定することができる。
【００２２】この方法により、予めＲＢＳやＴＥＭ等の
破壊検査によるイオン注入領域の厚みとcos Δのスペク
トル形状との相関を示す基準パターンを準備しておくこ
とにより、測定されたスペクトルパターンを基準パター
ンと比較すれば、非晶質化したイオン注入領域の厚みが
高い再現性をもって非破壊で測定することが可能にな
る。
破壊検査によるイオン注入領域の厚みとcos Δのスペク
トル形状との相関を示す基準パターンを準備しておくこ
とにより、測定されたスペクトルパターンを基準パター
ンと比較すれば、非晶質化したイオン注入領域の厚みが
高い再現性をもって非破壊で測定することが可能にな
る。
【００２３】上記半導体装置の製造方法において、上記
第３の工程における測定結果に基づいて、上記第２の工
程におけるアニール条件を設定する工程をさらに備える
ことができる。
第３の工程における測定結果に基づいて、上記第２の工
程におけるアニール条件を設定する工程をさらに備える
ことができる。
【００２４】この方法により、より適正な条件でアニー
ルを行なうことができる。
ルを行なうことができる。
【００２５】上記半導体装置の製造方法において、上記
第１の工程ではウエハの上に膜を形成し、上記第３の工
程では上記膜の厚みをエリプソメータにより測定するこ
とができる。
第１の工程ではウエハの上に膜を形成し、上記第３の工
程では上記膜の厚みをエリプソメータにより測定するこ
とができる。
【００２６】この方法により、従来から使用されている
エリプソメータを用いながら、ウエハを大気にさらさな
い条件下で行なわれる成膜工程及びそれに関する各工程
という一連の工程の管理を行なうことができる。例え
ば、以下のような処理が可能となる。
エリプソメータを用いながら、ウエハを大気にさらさな
い条件下で行なわれる成膜工程及びそれに関する各工程
という一連の工程の管理を行なうことができる。例え
ば、以下のような処理が可能となる。
【００２７】上記第２の工程をウエハ上の膜にドライエ
ッチングを施す工程とし、上記第３の工程におけ上記膜
の厚みの測定結果に基づき、上記第２の工程におけるエ
ッチング時間を設定する工程をさらに設けることができ
る。
ッチングを施す工程とし、上記第３の工程におけ上記膜
の厚みの測定結果に基づき、上記第２の工程におけるエ
ッチング時間を設定する工程をさらに設けることができ
る。
【００２８】上記第３の工程における上記膜の厚みの測
定値が適正範囲よりも大きい側に外れている場合には、
上記第２の工程において上記膜を適正範囲の厚みにする
ようドライエッチングするための時間を設定する工程を
さらに設けることができる。
定値が適正範囲よりも大きい側に外れている場合には、
上記第２の工程において上記膜を適正範囲の厚みにする
ようドライエッチングするための時間を設定する工程を
さらに設けることができる。
【００２９】上記第３の工程における上記膜の厚みの測
定値が適正範囲よりも小さい側に外れている場合には、
上記第１の工程に戻って追加の成膜を行なうための時間
を設定する工程をさらに設けることができる。
定値が適正範囲よりも小さい側に外れている場合には、
上記第１の工程に戻って追加の成膜を行なうための時間
を設定する工程をさらに設けることができる。
【００３０】上記第１の工程をウエハの半導体層の上に
シリサイド用金属膜を形成する工程とし、上記第２の工
程を上記金属膜と半導体層を反応させてシリサイド膜を
形成するための熱処理を施す工程として、上記第３の工
程におけ上記膜の厚みの測定結果に基づき、上記第２の
工程における熱処理時間を設定する工程をさらにもうけ
ることができる。
シリサイド用金属膜を形成する工程とし、上記第２の工
程を上記金属膜と半導体層を反応させてシリサイド膜を
形成するための熱処理を施す工程として、上記第３の工
程におけ上記膜の厚みの測定結果に基づき、上記第２の
工程における熱処理時間を設定する工程をさらにもうけ
ることができる。
【００３１】また、上記半導体装置の製造方法におい
て、記第１の工程をウエハ上の膜にドライエッチングを
施す工程とし、上記第３の工程では、上記エッチングさ
れた膜の厚みをエリプソメータにより測定することがで
きる。
て、記第１の工程をウエハ上の膜にドライエッチングを
施す工程とし、上記第３の工程では、上記エッチングさ
れた膜の厚みをエリプソメータにより測定することがで
きる。
【００３２】この場合には、以下のような光学的測定を
含む一連の処理が可能である。
含む一連の処理が可能である。
【００３３】上記第３の工程における膜の厚みの測定値
が適正範囲よりも大きい側に外れている場合には、上記
第１の工程に戻って上記膜を適正範囲の厚みにするよう
エッチングするための時間を設定する工程をさらに設け
ることができる。
が適正範囲よりも大きい側に外れている場合には、上記
第１の工程に戻って上記膜を適正範囲の厚みにするよう
エッチングするための時間を設定する工程をさらに設け
ることができる。
【００３４】上記第３の工程における膜の厚みの測定値
が適正範囲よりも小さい側に外れている場合には、追加
の成膜を行なうための時間を設定する工程をさらに設け
ることができる。
が適正範囲よりも小さい側に外れている場合には、追加
の成膜を行なうための時間を設定する工程をさらに設け
ることができる。
【００３５】上記半導体装置の製造方法において、上記
第３の工程における膜の厚みの測定値が適正範囲よりも
外れている場合には、エッチングのためのプラズマパワ
ーを調整することができる。
第３の工程における膜の厚みの測定値が適正範囲よりも
外れている場合には、エッチングのためのプラズマパワ
ーを調整することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について説明す
る前に、まず、本発明の各実施形態で用いられる半導体
装置の製造装置について説明する。
る前に、まず、本発明の各実施形態で用いられる半導体
装置の製造装置について説明する。
【００３７】図１は、半導体装置の製造装置５０の構成
を模式的に示すブロック図である。同図において、５１
はバッファチャンバ、６１はトランスファチャンバ、６
０ａ，６０ｂはバッファチャンバ５１とトランスファチ
ャンバ６１との間に設けられたゲートをそれぞれ示す。
バッファチャンバ５１の周囲には、ウエハをウエハカセ
ットに収納し、あるいは取り出すためのロード・アンロ
ード室５２ａ，５２ｂと、吸着ガスを追い出す等の目的
でウエハの予備加熱を行なうためのデガスチャンバ５３
と、スルーチャンバ５４と、ウエハのオリフラなどを基
準としてウエハの方位を設定するためのオリエンターを
配置したオリエンターチャンバ５５と、ウエハを冷却す
るためのクーリングチャンバ５６とが配置されている。
また、トランスファチャンバ６１の周囲には、ウエハ上
の各種膜や基板そのものなどをエッチングするためのエ
ッチングチャンバ６２と、ウエハに熱処理を施すための
アニールチャンバ６３と、ウエハ上にＣＶＤによる膜を
形成するための第１成膜チャンバと、ウエハ上にスパッ
タリングによる膜を形成するための第２成膜チャンバ６
５とが配設されている。すなわち、各チャンバ５３，５
４，５５，５６，６２，６３，６４，６５が大気から遮
断された減圧雰囲気下の共通空間内に配置されており、
いわゆるクラスタリングされた製造装置となっている。
を模式的に示すブロック図である。同図において、５１
はバッファチャンバ、６１はトランスファチャンバ、６
０ａ，６０ｂはバッファチャンバ５１とトランスファチ
ャンバ６１との間に設けられたゲートをそれぞれ示す。
バッファチャンバ５１の周囲には、ウエハをウエハカセ
ットに収納し、あるいは取り出すためのロード・アンロ
ード室５２ａ，５２ｂと、吸着ガスを追い出す等の目的
でウエハの予備加熱を行なうためのデガスチャンバ５３
と、スルーチャンバ５４と、ウエハのオリフラなどを基
準としてウエハの方位を設定するためのオリエンターを
配置したオリエンターチャンバ５５と、ウエハを冷却す
るためのクーリングチャンバ５６とが配置されている。
また、トランスファチャンバ６１の周囲には、ウエハ上
の各種膜や基板そのものなどをエッチングするためのエ
ッチングチャンバ６２と、ウエハに熱処理を施すための
アニールチャンバ６３と、ウエハ上にＣＶＤによる膜を
形成するための第１成膜チャンバと、ウエハ上にスパッ
タリングによる膜を形成するための第２成膜チャンバ６
５とが配設されている。すなわち、各チャンバ５３，５
４，５５，５６，６２，６３，６４，６５が大気から遮
断された減圧雰囲気下の共通空間内に配置されており、
いわゆるクラスタリングされた製造装置となっている。
【００３８】ここで、本発明の特徴は、オリエンターチ
ャンバ５５（あるいは、バッファチャンバ５１、トラン
スファチャンバ６１、ロード・アンロード室５２ａ，５
２ｂ、デガスチャンバ５３、スルーチャンバ５４，もし
くはクーリングチャンバ５６）などの共通空間内の一部
にエリプソメータなどの光学的評価装置が配設されてい
る点である。
ャンバ５５（あるいは、バッファチャンバ５１、トラン
スファチャンバ６１、ロード・アンロード室５２ａ，５
２ｂ、デガスチャンバ５３、スルーチャンバ５４，もし
くはクーリングチャンバ５６）などの共通空間内の一部
にエリプソメータなどの光学的評価装置が配設されてい
る点である。
【００３９】すなわち、成膜，アニール，エッチング等
の一連のプロセスが終了するまでウエハを製造装置外の
大気にさらすことなく、その間のウエハの状態（基板内
のイオン注入領域（アモルファス層）の厚みや、成膜し
た膜の厚みなどをエリプソメータにより測定すること
で、次の処理の判断や、当該工程における処理条件の調
整などの管理を行なうことが可能となる。つまり、大気
にさらすことによって形成される自然酸化膜や、吸着ガ
スなどのない、つまり表面における物理的，化学的状態
の変化を受けない状態でウエハの状態を測定することが
できるように構成されている。
の一連のプロセスが終了するまでウエハを製造装置外の
大気にさらすことなく、その間のウエハの状態（基板内
のイオン注入領域（アモルファス層）の厚みや、成膜し
た膜の厚みなどをエリプソメータにより測定すること
で、次の処理の判断や、当該工程における処理条件の調
整などの管理を行なうことが可能となる。つまり、大気
にさらすことによって形成される自然酸化膜や、吸着ガ
スなどのない、つまり表面における物理的，化学的状態
の変化を受けない状態でウエハの状態を測定することが
できるように構成されている。
【００４０】次に、エリプソメータによる酸化膜の膜厚
や、イオン注入層の厚みなどの測定原理について説明す
る。
や、イオン注入層の厚みなどの測定原理について説明す
る。
【００４１】図２は、ウエハ１１上のイオン注入領域１
５の状態を測定するための分光エリプソメータの構成を
概略的に示す側面図である。Ｘｅ光源２０から出力され
るＸｅ光を偏光子２１により直線偏光に変えて、基板面
に垂直な方向に対して角度θ0 でウエハ１１に入射さ
せ、楕円偏光として反射される光を検光子２２を経た後
分光器２３に入射させて、分光しながら、ディテクター
２４により各波長における複素屈折率Ｎ＝ｎ−ｉｋを測
定するように構成されている。ただし、入射光の直線偏
光の軸は、ｐ方向（光軸に垂直な面と入射光及び反射光
を含む面との交線の方向）と、ｓ方向（光軸に垂直な面
内でｐ方向に垂直な方向）に対して傾いている。
５の状態を測定するための分光エリプソメータの構成を
概略的に示す側面図である。Ｘｅ光源２０から出力され
るＸｅ光を偏光子２１により直線偏光に変えて、基板面
に垂直な方向に対して角度θ0 でウエハ１１に入射さ
せ、楕円偏光として反射される光を検光子２２を経た後
分光器２３に入射させて、分光しながら、ディテクター
２４により各波長における複素屈折率Ｎ＝ｎ−ｉｋを測
定するように構成されている。ただし、入射光の直線偏
光の軸は、ｐ方向（光軸に垂直な面と入射光及び反射光
を含む面との交線の方向）と、ｓ方向（光軸に垂直な面
内でｐ方向に垂直な方向）に対して傾いている。
【００４２】次に、本実施形態で使用した分光エリプソ
メトリの測定原理について説明する。上記図２に示すウ
エハ１１へのＸｅ光の入射光とウエハ主面の法線とのな
す角をθ0 とすると、各波長における試料の複素屈折率
Ｎ＝ｎ−ｉｋは、下記式（１），（２）で表される。
メトリの測定原理について説明する。上記図２に示すウ
エハ１１へのＸｅ光の入射光とウエハ主面の法線とのな
す角をθ0 とすると、各波長における試料の複素屈折率
Ｎ＝ｎ−ｉｋは、下記式（１），（２）で表される。
【００４３】
【式１】
【００４４】ここで、Ψはｐ成分とｓ成分との間の振幅
反射率比を、Δは上記ｐ成分とｓ成分との間の位相差を
それぞれ示す。すなわち、反射光のtan Ψ，cos Δを測
定することにより、式（１），（２）から各波長におけ
る試料の物性を表すんこんまｋつまり複素屈折率Ｎ（＝
ｎ−ｉｋ）が求められる。
反射率比を、Δは上記ｐ成分とｓ成分との間の位相差を
それぞれ示す。すなわち、反射光のtan Ψ，cos Δを測
定することにより、式（１），（２）から各波長におけ
る試料の物性を表すんこんまｋつまり複素屈折率Ｎ（＝
ｎ−ｉｋ）が求められる。
【００４５】そして、測定光のある波長におけるｎ，ｋ
がわかれば酸化膜等の透明膜の厚みｄが求まることが知
られており、現在では、酸化膜等の膜厚を測定するため
のエリプソメータが市販されている。
がわかれば酸化膜等の透明膜の厚みｄが求まることが知
られており、現在では、酸化膜等の膜厚を測定するため
のエリプソメータが市販されている。
【００４６】また、検出光を広い波長範囲に分光してエ
リプソメータトリにより各波長領域でのｎ，ｋを求める
分光エリプソメトリ法もある。その場合、本発明者等
は、以下の実施形態で説明するように、分光エリプソメ
トリによって得られるcos Δのスペクトル形状を利用す
れば、高濃度の不純物イオンを注入した領域の膜厚や、
イオン注入条件等に関する有用な情報が得られることを
見出している。
リプソメータトリにより各波長領域でのｎ，ｋを求める
分光エリプソメトリ法もある。その場合、本発明者等
は、以下の実施形態で説明するように、分光エリプソメ
トリによって得られるcos Δのスペクトル形状を利用す
れば、高濃度の不純物イオンを注入した領域の膜厚や、
イオン注入条件等に関する有用な情報が得られることを
見出している。
【００４７】次に、この製造装置を用いて行なわれる各
種処理と、その処理に関する光学的測定とについて、個
別に説明する。
種処理と、その処理に関する光学的測定とについて、個
別に説明する。
【００４８】（第１の実施形態）本実施形態では、不純
物イオンの注入後のアニール工程の管理方法について説
明する。この製造装置を用いて例えばイオン注入後のア
ニールを行なうときは、不純物のイオン注入が施された
半導体領域（イオン注入領域＝アモルファス層）を有す
るウエハが、この製造装置のロード・アンロード室５２
ａでウエハカセットにセットされる。そして、ウエハが
デガスチャンバ５３で予備加熱された後、オリエンター
チャンバ５５においてイオン注入領域（アモルファス
層）の厚み等に関する分光エリプソメトリ法による測定
が行なわれる。その後、スルーチャンバ５４を経て、ゲ
ート６０ａからトランスファチャンバ６１に送られる。
そして、アニールチャンバ６３内にセットされた後、注
入された不純物を活性化するためのアニール（ＲＴＡな
ど）が行なわれる。処理が終了すると、トランスファチ
ャンバ６１からゲート６０ｂを経てクーリングチャンバ
５６に運ばれ、ウエハが十分冷却されてからオリエンタ
ーチャンバ５５に搬入されて、再びウエハのイオン注入
領域について分光エリプソメトリ法による測定が行なわ
れる。
物イオンの注入後のアニール工程の管理方法について説
明する。この製造装置を用いて例えばイオン注入後のア
ニールを行なうときは、不純物のイオン注入が施された
半導体領域（イオン注入領域＝アモルファス層）を有す
るウエハが、この製造装置のロード・アンロード室５２
ａでウエハカセットにセットされる。そして、ウエハが
デガスチャンバ５３で予備加熱された後、オリエンター
チャンバ５５においてイオン注入領域（アモルファス
層）の厚み等に関する分光エリプソメトリ法による測定
が行なわれる。その後、スルーチャンバ５４を経て、ゲ
ート６０ａからトランスファチャンバ６１に送られる。
そして、アニールチャンバ６３内にセットされた後、注
入された不純物を活性化するためのアニール（ＲＴＡな
ど）が行なわれる。処理が終了すると、トランスファチ
ャンバ６１からゲート６０ｂを経てクーリングチャンバ
５６に運ばれ、ウエハが十分冷却されてからオリエンタ
ーチャンバ５５に搬入されて、再びウエハのイオン注入
領域について分光エリプソメトリ法による測定が行なわ
れる。
【００４９】すなわち、本実施形態では、アニールを行
なう前、及びアニールを行なった後のウエハに対し、オ
リエンターチャンバ５５に取り付けられた分光エリプソ
メトリ評価装置を用いて、イオン注入領域の膜厚測定な
どを行なうようにしている。以下、分光エリプソメトリ
法によって得られるイオン注入領域の特性に関する情報
の例について説明する。
なう前、及びアニールを行なった後のウエハに対し、オ
リエンターチャンバ５５に取り付けられた分光エリプソ
メトリ評価装置を用いて、イオン注入領域の膜厚測定な
どを行なうようにしている。以下、分光エリプソメトリ
法によって得られるイオン注入領域の特性に関する情報
の例について説明する。
【００５０】図３は、イオン注入を行っていないシリコ
ン基板からの反射光のtan Ψ及びcos Δのスペクトルを
示す。一方、図４は高濃度不純物のイオン注入を行った
後のシリコン基板からの反射光のtan Ψ及びcos Δのス
ペクトルを示す。図４のcosΔのスペクトル線を図３のc
os Δのスペクトル線３Ａと比較するとわかるように、
シリコン単結晶に不純物をドープすると、cos Δのスペ
クトル形状は、未注入のときのスペクトル線３Ａに比べ
長波長領域（４５０ｎｍ〜８５０ｎｍ）で負の側に移動
する傾向を示す。
ン基板からの反射光のtan Ψ及びcos Δのスペクトルを
示す。一方、図４は高濃度不純物のイオン注入を行った
後のシリコン基板からの反射光のtan Ψ及びcos Δのス
ペクトルを示す。図４のcosΔのスペクトル線を図３のc
os Δのスペクトル線３Ａと比較するとわかるように、
シリコン単結晶に不純物をドープすると、cos Δのスペ
クトル形状は、未注入のときのスペクトル線３Ａに比べ
長波長領域（４５０ｎｍ〜８５０ｎｍ）で負の側に移動
する傾向を示す。
【００５１】図５はアモルファスシリコン層に対して注
入エネルギーを変えたときのcos Δのスペクトル形状の
変化を示す。ただし、不純物イオン（Ａｓ+ ）のドーズ
量は４×１０15ｃｍ-2である。図５からわかるように、
アモルファスシリコン層へのイオン注入の場合、ある波
長（たとえば６３０ｎｍ）におけるcos Δ，tan Ψを測
定しても、注入エネルギーが増大しても、cos Δ，tan
Ψの測定値が増大するとも減少するともいえないが、ス
ペクトル形状とイオン注入エネルギーとの関係を予め調
べておくことにより、ある注入量におけるイオン注入エ
ネルギーとイオン注入領域の厚みとの関係がわかる。
入エネルギーを変えたときのcos Δのスペクトル形状の
変化を示す。ただし、不純物イオン（Ａｓ+ ）のドーズ
量は４×１０15ｃｍ-2である。図５からわかるように、
アモルファスシリコン層へのイオン注入の場合、ある波
長（たとえば６３０ｎｍ）におけるcos Δ，tan Ψを測
定しても、注入エネルギーが増大しても、cos Δ，tan
Ψの測定値が増大するとも減少するともいえないが、ス
ペクトル形状とイオン注入エネルギーとの関係を予め調
べておくことにより、ある注入量におけるイオン注入エ
ネルギーとイオン注入領域の厚みとの関係がわかる。
【００５２】図６は、分光エリプソメトリ法によるcos
Δ，tan Ψのスペクトル形状を利用して、各種注入エネ
ルギー条件（２０，３０，４０，５０（ｋｅＶ））とイ
オン注入領域（アモルファス層）の厚みとの関係を示す
特性図である。この図６のデータは、図５に示す注入エ
ネルギー条件（２０，３０，４０，５０（ｋｅＶ））に
ついて、膜厚測定器でイオン注入領域の厚みを測定し
て、cos Δ，tan Ψのスペクトル形状と注入領域の厚み
の測定結果との相関を調べておくことにより、イオン注
入エネルギーと注入領域の厚みとの関係を求めたもので
ある。つまり、イオン注入領域の厚みに対応したcos
Δ，tan Ψのスペクトル形状の基準パターンを予め準備
しておき、各サンプルについて測定した結果得られるco
s Δ等のスペクトル形状をこの基準パターンと比較する
のである。図６には、ＴＥＭ，ＴＲＩＭ（計算）による
注入エネルギーと注入領域の厚みとの関係も示されてい
る。図３からわかるように、本実施形態に係る分光エリ
プソメトリ法によって求められる注入領域の厚みは、計
算値よりもＴＥＭによる実測結果に近く、非破壊で高精
度の測定を行うことができる。つまり、インラインでの
検査に適した評価方法であるといえる。
Δ，tan Ψのスペクトル形状を利用して、各種注入エネ
ルギー条件（２０，３０，４０，５０（ｋｅＶ））とイ
オン注入領域（アモルファス層）の厚みとの関係を示す
特性図である。この図６のデータは、図５に示す注入エ
ネルギー条件（２０，３０，４０，５０（ｋｅＶ））に
ついて、膜厚測定器でイオン注入領域の厚みを測定し
て、cos Δ，tan Ψのスペクトル形状と注入領域の厚み
の測定結果との相関を調べておくことにより、イオン注
入エネルギーと注入領域の厚みとの関係を求めたもので
ある。つまり、イオン注入領域の厚みに対応したcos
Δ，tan Ψのスペクトル形状の基準パターンを予め準備
しておき、各サンプルについて測定した結果得られるco
s Δ等のスペクトル形状をこの基準パターンと比較する
のである。図６には、ＴＥＭ，ＴＲＩＭ（計算）による
注入エネルギーと注入領域の厚みとの関係も示されてい
る。図３からわかるように、本実施形態に係る分光エリ
プソメトリ法によって求められる注入領域の厚みは、計
算値よりもＴＥＭによる実測結果に近く、非破壊で高精
度の測定を行うことができる。つまり、インラインでの
検査に適した評価方法であるといえる。
【００５３】図７は、イオン注入エネルギーを４０（ｋ
ｅＶ）と一定にしておき、注入量（ドーズ量）を２．
０，２．５，３．０，３．５，４．０×１０15ｃｍ-2の
５段階で変化させたときの注入量と注入領域の厚みとの
関係を示す図である。この図７のデータも、各イオン注
入量に対応する分光エリプソメトリのcos Δ等のスペク
トル形状と注入領域の厚みの実測値との対応関係を予め
調べておくことにより、容易に得られる。
ｅＶ）と一定にしておき、注入量（ドーズ量）を２．
０，２．５，３．０，３．５，４．０×１０15ｃｍ-2の
５段階で変化させたときの注入量と注入領域の厚みとの
関係を示す図である。この図７のデータも、各イオン注
入量に対応する分光エリプソメトリのcos Δ等のスペク
トル形状と注入領域の厚みの実測値との対応関係を予め
調べておくことにより、容易に得られる。
【００５４】ただし、図６及び図７に示すデータを得る
に際し、シリコン基板は予めｐ型不純物がドープされた
ｐ型シリコン基板を用い、その抵抗率は１０．０〜１
５．０（Ω・ｃｍ）、基板面の結晶方位は（１００）で
ある。また、注入イオン種としてはＡｓ+ を用い、注入
エネルギーを２０〜８０（ｋｅＶ）の間で変え、注入量
を２〜４×１０15ｃｍ-2の間で変えている。また、分光
は、２５０〜８００ｎｍの範囲で行っている。
に際し、シリコン基板は予めｐ型不純物がドープされた
ｐ型シリコン基板を用い、その抵抗率は１０．０〜１
５．０（Ω・ｃｍ）、基板面の結晶方位は（１００）で
ある。また、注入イオン種としてはＡｓ+ を用い、注入
エネルギーを２０〜８０（ｋｅＶ）の間で変え、注入量
を２〜４×１０15ｃｍ-2の間で変えている。また、分光
は、２５０〜８００ｎｍの範囲で行っている。
【００５５】また、図８は、分光エリプソメトリ法によ
り測定して得られた不純物注入領域のウエハ面内均一性
を示す図である。ただし、Ａｓ+ を注入エネルギー４０
（ｋｅＶ），ドーズ量５×１０15ｃｍ-2の条件で注入し
たときの測定結果を示す。同図に示す本実施形態に係る
分光エリプソメトリ法では、注入領域の厚みが６９ｎｍ
であり面内均一性は０．１５３％である。また、同図の
うち（−）で示す膜厚が薄くなっている部分がアモルフ
ァス化している領域である。このような分光エリプソメ
トリ法によるイオン注入領域の厚みの面内均一性測定に
よれば、非破壊でありながら注入領域の厚みのばらつき
を把握できる。
り測定して得られた不純物注入領域のウエハ面内均一性
を示す図である。ただし、Ａｓ+ を注入エネルギー４０
（ｋｅＶ），ドーズ量５×１０15ｃｍ-2の条件で注入し
たときの測定結果を示す。同図に示す本実施形態に係る
分光エリプソメトリ法では、注入領域の厚みが６９ｎｍ
であり面内均一性は０．１５３％である。また、同図の
うち（−）で示す膜厚が薄くなっている部分がアモルフ
ァス化している領域である。このような分光エリプソメ
トリ法によるイオン注入領域の厚みの面内均一性測定に
よれば、非破壊でありながら注入領域の厚みのばらつき
を把握できる。
【００５６】そして、イオン注入領域の厚みに関する情
報が得られると、そのデータをデータ変換ソフトを利用
して、アニール時間として出力する。アニール時間は、
カットセンサーにて、自動で指定の時間がくると、次の
ステップに進むような方式を採用している。
報が得られると、そのデータをデータ変換ソフトを利用
して、アニール時間として出力する。アニール時間は、
カットセンサーにて、自動で指定の時間がくると、次の
ステップに進むような方式を採用している。
【００５７】したがって、図６，図７のデータを利用し
て、アニール前におけるイオン注入領域の厚みを予め正
確に把握しておくことにより、次工程であるアニール処
理の条件を適正に決定することができる。また、注入領
域の厚みが適正範囲にあるかどうかの合否の判定をも行
なうことができる。
て、アニール前におけるイオン注入領域の厚みを予め正
確に把握しておくことにより、次工程であるアニール処
理の条件を適正に決定することができる。また、注入領
域の厚みが適正範囲にあるかどうかの合否の判定をも行
なうことができる。
【００５８】特に、本実施形態の方法によると、このよ
うに大気と遮断された状態で光学的測定を行なうことに
より、デガスチャンバ５３でウエハ表面に吸着されてい
る水分やガスを十分除去した状態で、イオン注入領域の
厚みなどを極めて正確に把握できるので、アニール工程
の条件をより適正に設定することができる。
うに大気と遮断された状態で光学的測定を行なうことに
より、デガスチャンバ５３でウエハ表面に吸着されてい
る水分やガスを十分除去した状態で、イオン注入領域の
厚みなどを極めて正確に把握できるので、アニール工程
の条件をより適正に設定することができる。
【００５９】また、アニールに限らず、すべてのプロセ
スで変更ソフトと入力ソフトがあればある程度の条件出
しをしておくことにより、処理中に自動的に条件が変わ
り、常に同じ製品を提供することが可能になる。
スで変更ソフトと入力ソフトがあればある程度の条件出
しをしておくことにより、処理中に自動的に条件が変わ
り、常に同じ製品を提供することが可能になる。
【００６０】なお、図１に示す製造装置５０に、イオン
注入装置をも付設した場合には、イオン注入後、大気に
さらすことなくウエハのイオン注入領域の状態を検知で
きるので、より正確な光学的測定が可能となる。また、
アニール前にエッチングチャンバ６２で自然酸化膜を除
去してからオリエンターチャンバ５５で光学的測定を行
なってもよい。
注入装置をも付設した場合には、イオン注入後、大気に
さらすことなくウエハのイオン注入領域の状態を検知で
きるので、より正確な光学的測定が可能となる。また、
アニール前にエッチングチャンバ６２で自然酸化膜を除
去してからオリエンターチャンバ５５で光学的測定を行
なってもよい。
【００６１】次に、アニール後におけるイオン注入領域
の状態についての光学的測定について説明する。
の状態についての光学的測定について説明する。
【００６２】図９〜図１０はそれぞれ各図に示す条件で
シリコン基板に不純物イオンを注入した領域に対する分
光エリプソメトリ法によるtan Ψ，cos Δのスペクトル
線をそれぞれ示す。
シリコン基板に不純物イオンを注入した領域に対する分
光エリプソメトリ法によるtan Ψ，cos Δのスペクトル
線をそれぞれ示す。
【００６３】図９と図１０とを比較すると、図９のスペ
クトル線の方が図１０のスペクトル線よりも減少領域Ｒ
ａ及び増大領域Ｒｃの勾配がやや緩やかである。このこ
とは、たとえば図９における波長３００ｎｍにおけるco
s Δの値よりも図１０における同じ波長におけるcos Δ
の値が小さいことからわかる。したがって、図１０に示
す条件の方がシリコン基板をアモルファス化させにくい
ことがわかる。ここで、図９に示す条件と図１０に示す
条件とを比較すると、図１０に示す条件は電流密度が大
きい点だけが両者の相違点である。すなわち、図１０に
示すような大電流によるイオン注入を行った場合、イオ
ン注入によってアモルファス層が結晶状態に回復しよう
とするいわゆるビームアニール効果が生じていることが
わかる。すなわち、アニール後におけるスペクトル形状
からアニール効果がわかることになる。したがって、ア
ニール後のスペクトル形状とアニール条件，イオン注入
領域（ソース・ドレイン領域）の各種特性との関係を予
め調べておくことにより、アニール条件を適正に調整し
たり、次工程の条件例えばシリサイド化のための処理条
件を決定したり、次工程への進行の可否を判定するな
ど、製造工程の管理を行なうことができる。
クトル線の方が図１０のスペクトル線よりも減少領域Ｒ
ａ及び増大領域Ｒｃの勾配がやや緩やかである。このこ
とは、たとえば図９における波長３００ｎｍにおけるco
s Δの値よりも図１０における同じ波長におけるcos Δ
の値が小さいことからわかる。したがって、図１０に示
す条件の方がシリコン基板をアモルファス化させにくい
ことがわかる。ここで、図９に示す条件と図１０に示す
条件とを比較すると、図１０に示す条件は電流密度が大
きい点だけが両者の相違点である。すなわち、図１０に
示すような大電流によるイオン注入を行った場合、イオ
ン注入によってアモルファス層が結晶状態に回復しよう
とするいわゆるビームアニール効果が生じていることが
わかる。すなわち、アニール後におけるスペクトル形状
からアニール効果がわかることになる。したがって、ア
ニール後のスペクトル形状とアニール条件，イオン注入
領域（ソース・ドレイン領域）の各種特性との関係を予
め調べておくことにより、アニール条件を適正に調整し
たり、次工程の条件例えばシリサイド化のための処理条
件を決定したり、次工程への進行の可否を判定するな
ど、製造工程の管理を行なうことができる。
【００６４】しかも、アニール工程と次の工程との間で
光学的測定を行なっても、大気と遮断された共通空間か
らウエハを取り出すわけではないので、次工程に影響を
与えることなく一連の処理を進めることができる。
光学的測定を行なっても、大気と遮断された共通空間か
らウエハを取り出すわけではないので、次工程に影響を
与えることなく一連の処理を進めることができる。
【００６５】（第２の実施形態）次に、図１に示す製造
装置５０内で行なわれるスパッタリング工程の管理方法
に関する第２の実施形態について説明する。
装置５０内で行なわれるスパッタリング工程の管理方法
に関する第２の実施形態について説明する。
【００６６】この製造装置を用いて、例えば上記第１の
実施形態におけるアニール処理が行なわれたイオン注入
領域の上に金属膜を形成するためのスパッタリングを行
なうときは、ウエハがデガスチャンバ５３で予備加熱さ
れた後、スルーチャンバ５４を経て、ゲート６０ａから
トランスファチャンバ６１に送られる。そして、第２成
膜チャンバ６５内にセットされた後、ウエハ上に金属膜
を形成するためのスパッタリングが行なわれる。その
後、処理が終了すると、クーリングチャンバ５６を経て
オリエンターチャンバ５５で、紫外線領域の波長を用い
たエリプソメータによる金属膜の厚みの測定が行なわれ
る。
実施形態におけるアニール処理が行なわれたイオン注入
領域の上に金属膜を形成するためのスパッタリングを行
なうときは、ウエハがデガスチャンバ５３で予備加熱さ
れた後、スルーチャンバ５４を経て、ゲート６０ａから
トランスファチャンバ６１に送られる。そして、第２成
膜チャンバ６５内にセットされた後、ウエハ上に金属膜
を形成するためのスパッタリングが行なわれる。その
後、処理が終了すると、クーリングチャンバ５６を経て
オリエンターチャンバ５５で、紫外線領域の波長を用い
たエリプソメータによる金属膜の厚みの測定が行なわれ
る。
【００６７】そして、金属膜の厚みに関する情報が得ら
れると、そのデータをデータ変換ソフトを利用して、次
工程の条件が設定される。すなわち、変更ソフトから次
工程の処理条件へと入力されると、自動的にセンサーが
切り換わり、次工程の条件が変更されるようにプログラ
ミングされている。次工程が金属膜をパターニングする
ためのエッチングを行なう工程であれば、部分的に除去
される領域での金属膜を全厚みに亘って除去するための
エッチング時間が設定される。さらに、次工程が金属膜
とシリコンとを反応させるシリサイド処理であれば、シ
リサイド化のための熱処理時間や温度が設定される。
れると、そのデータをデータ変換ソフトを利用して、次
工程の条件が設定される。すなわち、変更ソフトから次
工程の処理条件へと入力されると、自動的にセンサーが
切り換わり、次工程の条件が変更されるようにプログラ
ミングされている。次工程が金属膜をパターニングする
ためのエッチングを行なう工程であれば、部分的に除去
される領域での金属膜を全厚みに亘って除去するための
エッチング時間が設定される。さらに、次工程が金属膜
とシリコンとを反応させるシリサイド処理であれば、シ
リサイド化のための熱処理時間や温度が設定される。
【００６８】また、属膜の厚みが不足している場合に
は、第２成膜チャンバ６５にウエハを戻して、追加デポ
を行なうよう指示する。さらに、金属膜が厚すぎる場合
には、金属膜を所定の厚みにするためのエッチングを行
なう時間が設定される。
は、第２成膜チャンバ６５にウエハを戻して、追加デポ
を行なうよう指示する。さらに、金属膜が厚すぎる場合
には、金属膜を所定の厚みにするためのエッチングを行
なう時間が設定される。
【００６９】したがって、スパッタリング工程で形成さ
れた金属膜の厚みを予め正確に把握しておくことによ
り、次工程であるエッチング工程や熱処理工程の条件を
適正に決定することができる。また、金属膜の厚みが適
正範囲にあるかどうかの合否の判定をも行なうことがで
きる。
れた金属膜の厚みを予め正確に把握しておくことによ
り、次工程であるエッチング工程や熱処理工程の条件を
適正に決定することができる。また、金属膜の厚みが適
正範囲にあるかどうかの合否の判定をも行なうことがで
きる。
【００７０】特に、本実施形態の方法によると、このよ
うに大気と遮断された状態で光学的測定を行なうことに
より、形成された金属膜などの成膜の表面に大気中の水
分やガスが吸着したり、自然酸化膜が形成されることが
ない状態で、成膜の厚みなどを正確に測定できる。しか
も、スパッタリング工程と次の工程との間で光学的測定
を行なっても、大気と遮断された共通空間からウエハを
取り出すわけではないので、次工程に影響を与えること
なく一連の処理を進めることができる。
うに大気と遮断された状態で光学的測定を行なうことに
より、形成された金属膜などの成膜の表面に大気中の水
分やガスが吸着したり、自然酸化膜が形成されることが
ない状態で、成膜の厚みなどを正確に測定できる。しか
も、スパッタリング工程と次の工程との間で光学的測定
を行なっても、大気と遮断された共通空間からウエハを
取り出すわけではないので、次工程に影響を与えること
なく一連の処理を進めることができる。
【００７１】なお、本実施形態では、スパッタリングに
ついて説明をしたが、ＣＶＤによる成膜処理についても
同様に適用することができる。
ついて説明をしたが、ＣＶＤによる成膜処理についても
同様に適用することができる。
【００７２】（第３の実施形態）次に、図１に示す製造
装置内で行なわれるエッチング工程の管理方法に関する
第３の実施形態について説明する。
装置内で行なわれるエッチング工程の管理方法に関する
第３の実施形態について説明する。
【００７３】この製造装置を用いて、例えば上記第２の
実施形態におけるスパリング処理により形成された金属
膜をパターニングするなどのためのエッチングを行なう
ときは、ウエハがデガスチャンバ５３で予備加熱された
後、スルーチャンバ５４を経て、ゲート６０ａからトラ
ンスファチャンバ６１に送られる。そして、エッチング
チャンバ６２内にセットされた後、金属膜のエッチング
が行なわれる。その後、エッチングが終了したと判断さ
れると、クーリングチャンバ５６を経てオリエンターチ
ャンバ５５で、紫外線領域の波長を用いたエリプソメー
タによる金属膜の残膜の厚みの測定などが行なわれる。
すなわち、一定時間のエッチングを行なった後、データ
ソフトを用いて残膜の厚みを測定し、金属膜を除去すべ
き領域において金属膜が完全に除去されているかなどを
判定する。
実施形態におけるスパリング処理により形成された金属
膜をパターニングするなどのためのエッチングを行なう
ときは、ウエハがデガスチャンバ５３で予備加熱された
後、スルーチャンバ５４を経て、ゲート６０ａからトラ
ンスファチャンバ６１に送られる。そして、エッチング
チャンバ６２内にセットされた後、金属膜のエッチング
が行なわれる。その後、エッチングが終了したと判断さ
れると、クーリングチャンバ５６を経てオリエンターチ
ャンバ５５で、紫外線領域の波長を用いたエリプソメー
タによる金属膜の残膜の厚みの測定などが行なわれる。
すなわち、一定時間のエッチングを行なった後、データ
ソフトを用いて残膜の厚みを測定し、金属膜を除去すべ
き領域において金属膜が完全に除去されているかなどを
判定する。
【００７４】そして、除去すべき領域に金属膜の残膜が
ある場合には、再度エッチングチャンバ６２にウエハを
戻して追加エッチングを行なう。
ある場合には、再度エッチングチャンバ６２にウエハを
戻して追加エッチングを行なう。
【００７５】また、全面エッチングの場合には、金属膜
などの膜厚が薄くなると、その段差からエッチング量を
測定する。そして、残りのどれくらいの量をエッチング
したらよいかを、レシピによって時間に換算する。
などの膜厚が薄くなると、その段差からエッチング量を
測定する。そして、残りのどれくらいの量をエッチング
したらよいかを、レシピによって時間に換算する。
【００７６】また、エッチングレート、測定した膜厚、
目標とする残膜の厚みを入力すると、エッチング時間や
プラズマのパワーが調整できるようになっている。
目標とする残膜の厚みを入力すると、エッチング時間や
プラズマのパワーが調整できるようになっている。
【００７７】（その他の実施形態）上記各実施形態で
は、エリプソメータをオリエンターチャンバ５５又はク
ーリングチャンバ５６に取り付けるようにしたが、処理
の種類によっては、その処理を行なうチャンバに直接取
り付けることもできる。
は、エリプソメータをオリエンターチャンバ５５又はク
ーリングチャンバ５６に取り付けるようにしたが、処理
の種類によっては、その処理を行なうチャンバに直接取
り付けることもできる。
【００７８】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造装置によれ
ば、大気と遮断された共通空間内でウエハに各種処理を
施すための一連の反応室をクラスタリングした状態で配
設するとともに、共通空間内のいずれかの部位にウエハ
を設置した状態でウエハの表面状態を光学的に評価する
ための光学的測定手段を設けたので、自然酸化膜などの
影響のない状態でウエハ上の酸化膜の有無や酸化膜の膜
厚などを高精度で測定することが可能となり、微細化さ
れた半導体装置の製造工程を適正に管理する機能を有す
る半導体装置の製造装置が得られる。
ば、大気と遮断された共通空間内でウエハに各種処理を
施すための一連の反応室をクラスタリングした状態で配
設するとともに、共通空間内のいずれかの部位にウエハ
を設置した状態でウエハの表面状態を光学的に評価する
ための光学的測定手段を設けたので、自然酸化膜などの
影響のない状態でウエハ上の酸化膜の有無や酸化膜の膜
厚などを高精度で測定することが可能となり、微細化さ
れた半導体装置の製造工程を適正に管理する機能を有す
る半導体装置の製造装置が得られる。
【００７９】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
一連の処理を大気とは遮断された共通空間内でウエハに
行なうようにするとともに、一連の処理のうち少なくと
も最初の処理が終了した後におけるウエハの表面状態を
光学的に評価するようにしたので、無駄な工程の実施の
回避や、その後の不良の発生の防止を図ることができ
る。
一連の処理を大気とは遮断された共通空間内でウエハに
行なうようにするとともに、一連の処理のうち少なくと
も最初の処理が終了した後におけるウエハの表面状態を
光学的に評価するようにしたので、無駄な工程の実施の
回避や、その後の不良の発生の防止を図ることができ
る。
【図１】本発明の実施形態で用いたクラスタリングされ
た製造装置の構成をもしく的に示すブロック図である。
た製造装置の構成をもしく的に示すブロック図である。
【図２】発明の実施形態における評価に使用した光学的
評価装置の構成を概略的に示す図である。
評価装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】発明の実施形態で行った実験によるデータであ
って、低濃度のイオン注入領域におけるcos Ψ及びcos
Δのスペクトルをそれぞれ示す図である。
って、低濃度のイオン注入領域におけるcos Ψ及びcos
Δのスペクトルをそれぞれ示す図である。
【図４】発明の実施形態で行った実験によるデータであ
って、高濃度のイオン注入領域におけるcos Ψ及びcos
Δのスペクトルをそれぞれ示す図である。
って、高濃度のイオン注入領域におけるcos Ψ及びcos
Δのスペクトルをそれぞれ示す図である。
【図５】発明の実施形態で行った実験によるデータであ
って、高濃度のイオン注入をその注入エネルギーを変え
て行ったときのイオン注入領域におけるcos Δのスペク
トルを示す図である。
って、高濃度のイオン注入をその注入エネルギーを変え
て行ったときのイオン注入領域におけるcos Δのスペク
トルを示す図である。
【図６】発明の実施形態で行った実験によるデータであ
って、高濃度のイオン注入をその注入エネルギーを変え
て行ったときのイオン注入領域におけるtan Ψのスペク
トルを示す図である。
って、高濃度のイオン注入をその注入エネルギーを変え
て行ったときのイオン注入領域におけるtan Ψのスペク
トルを示す図である。
【図７】第１の実施形態のデータであって、分光エリプ
ソメトリによる測定で得られたイオン注入量とイオン注
入領域の厚みとの関係を示す図である。
ソメトリによる測定で得られたイオン注入量とイオン注
入領域の厚みとの関係を示す図である。
【図８】第１の実施形態のデータであって、分光エリプ
ソメトリによる測定で得られたイオン注入領域の厚みの
ウエハ内均一性を示す図である。
ソメトリによる測定で得られたイオン注入領域の厚みの
ウエハ内均一性を示す図である。
【図９】第１の実施形態におけるデータであって、Ｂ社
のイオン注入装置を用いて１×１０14ｃｍ-2のイオン注
入を電流密度６１５μＡで行ったシリコン非晶質領域に
おけるcos Δ，tan Ψのスペクトルである。
のイオン注入装置を用いて１×１０14ｃｍ-2のイオン注
入を電流密度６１５μＡで行ったシリコン非晶質領域に
おけるcos Δ，tan Ψのスペクトルである。
【図１０】第１の実施形態におけるデータであって、Ｂ
社のイオン注入装置を用いて１×１０14ｃｍ-2のイオン
注入を電流密度２０００μＡで行ったシリコン非晶質領
域におけるcos Δ，tan Ψのスペクトルである。
社のイオン注入装置を用いて１×１０14ｃｍ-2のイオン
注入を電流密度２０００μＡで行ったシリコン非晶質領
域におけるcos Δ，tan Ψのスペクトルである。
１１ ウエハ ２０ Ｘｅ光源 ２１ 偏光子 ２２ 検光子 ２３ 分光器 ２４ ディテクター
Claims (19)
- 【請求項１】 ウエハに第１の処理を行なうための第１
の反応室と、ウエハに第２の処理を行なうための第２の
反応室とを少なくとも備え、上記第１の反応室及び第２
の反応室を含む共通空間を大気とは遮断した雰囲気に維
持することが可能に、かつ、上記第１の反応室と第２の
反応室との間でウエハを搬送することが可能に構成され
たクラスタリングされた半導体装置の製造装置であっ
て、 上記共通空間内のいずれかの部位にウエハを設置した状
態で上記ウエハの表面状態を光学的に評価するための光
学的測定手段を備えていることを特徴とする半導体装置
の製造装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の製造装置に
おいて、 上記光学的測定手段は、エリプソメータであることを特
徴とする半導体装置の製造装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の半導体装置の製造装置に
おいて、 上記光学的測定手段は、分光エリプソメータであること
を特徴とする半導体装置の製造装置。 - 【請求項４】 請求項１記載の半導体装置の製造装置に
おいて、 上記第１の反応室は、ウエハ上の吸着ガスなどを除去す
るための予備加熱を行なうデガスチャンバであることを
特徴とする半導体装置の製造装置。 - 【請求項５】 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載
の半導体装置の製造装置において、 上記第１，第２の反応室とは異なる部位に配置され、上
記共通空間に連通する光学的測定室をさらに備え、 上記光学的測定手段は、上記光学的測定室に配設されて
いることを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 【請求項６】 請求項５記載の半導体装置の製造装置に
おいて、 上記光学的測定室は、ウエハの方位を設定するオリエン
ター室又はウエハを冷却するための冷却室としても機能
することを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 【請求項７】 ウエハに第１の処理を行なう第１の工程
と、上記第１の処理が施されたウエハに第２の処理を行
なう第２の工程とを少なくとも備え、上記第１の処理と
第２の処理とを含む一連の処理を大気とは遮断された共
通空間内で行なうようにした半導体装置の製造方法であ
って、 少なくとも上記第１の処理の後における上記ウエハの表
面状態を光学的に評価する第３の工程を備えていること
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 請求項７記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記第３の工程を行なう前のウエハには、不純物イオン
が注入されて非晶質化した領域が形成されており、 上記第３の工程は、 不純物イオンが注入されて非晶質化したイオン注入領域
を有する半導体層に、光軸に垂直な面内でｐ方向（光軸
に垂直な面と入射光及び反射光を含む面との交線の方
向）とｓ方向（光軸に垂直な面内で上記ｐ方向に垂直な
方向）に対して傾いた直線偏光の測定光を上記半導体層
の表面に垂直な方向に対して傾いた方向から入射するス
テップと、 上記半導体層から楕円偏光として反射される上記測定光
の反射光のうち上記ｐ成分とｓ成分との位相差をΔとし
たときに、少なくともcos Δを測定するステップと、 上記測定光の波長を変化させて、少なくとも上記cos Δ
のスペクトルを測定するステップと、 上記少なくともcos Δのスペクトルの形状に基づいて、
上記イオン注入領域の状態を評価するステップとを備え
ていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 請求項８記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記第１の工程では、イオン注入領域を有するウエハ上
の吸着ガスなどを除去するためのデガス処理を行ない、 上記第２の工程では、上記ウエハのイオン注入領域のア
ニールを行ない、 上記第３の工程では、予め少なくともcos Δのスペクト
ル形状とイオン注入領域の厚みとの相関を示す基準パタ
ーンを準備しておき、上記基準パターンに基づいて上記
イオン注入領域の厚みを測定することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項８記載の半導体装置の製造方法
において、 上記第３の工程における測定結果に基づいて、上記第２
の工程におけるアニール条件を設定する工程をさらに備
えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】 請求項７記載の半導体装置の製造方法
において、 上記第１の工程では、ウエハの上に膜を形成し、 上記第３の工程では、上記膜の厚みをエリプソメータに
より測定することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の半導体装置の製造方
法において、 上記第２の工程は、ウエハ上の膜にドライエッチングを
施す工程であり、 上記第３の工程における上記膜の厚みの測定結果に基づ
き、上記第２の工程におけるエッチング時間を設定する
工程をさらに備えていることを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項１３】 請求項１１記載の半導体装置の製造方
法において、 上記第３の工程における上記膜の厚みの測定値が適正範
囲よりも大きい側に外れている場合には、上記第２の工
程において上記膜を適正範囲の厚みにするようドライエ
ッチングするための時間を設定する工程をさらに備えて
いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】 請求項１１記載の半導体装置の製造方
法において、 上記第３の工程における上記膜の厚みの測定値が適正範
囲よりも小さい側に外れている場合には、上記第１の工
程に戻って追加の成膜を行なうための時間を設定する工
程をさらに備えていることを特徴とする半導体装置の製
造方法。 - 【請求項１５】 請求項１１記載の半導体装置の製造方
法において、 上記第１の工程は、ウエハの半導体層の上にシリサイド
用金属膜を形成する工程であり、 上記第２の工程は、上記金属膜と半導体層を反応させて
シリサイド膜を形成するための熱処理を施す工程であ
り、 上記第３の工程におけ上記膜の厚みの測定結果に基づ
き、上記第２の工程における熱処理時間を設定する工程
をさらに備えていることを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項１６】 請求項７記載の半導体装置の製造方法
において、 上記第１の工程は、ウエハ上の膜にドライエッチングを
施す工程であり、 上記第３の工程では、上記エッチングされた膜の厚みを
エリプソメータにより測定することを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項１７】 請求項１６記載の半導体装置の製造方
法において、 上記第３の工程における膜の厚みの測定値が適正範囲よ
りも大きい側に外れている場合には、上記第１の工程に
戻って上記膜を適正範囲の厚みにするようエッチングす
るための時間を設定する工程をさらに備えていることを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１８】 請求項１６記載の半導体装置の製造方
法において、 上記第３の工程における膜の厚みの測定値が適正範囲よ
りも小さい側に外れている場合には、追加の成膜を行な
うための時間を設定する工程をさらに備えていることを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１９】 請求項１６記載の半導体装置の製造方
法において、 上記第３の工程における膜の厚みの測定値が適正範囲よ
りも外れている場合には、エッチングのためのプラズマ
パワーを調整することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP12484498A JP3773355B2 (ja) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | 半導体装置の製造装置 |
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|---|---|
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| JP3773355B2 JP3773355B2 (ja) | 2006-05-10 |
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