JP7468429B2

JP7468429B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法

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Publication number: JP7468429B2
Application number: JP2021055492A
Authority: JP
Inventors: 貴章山本; 拓也野元
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2041-03-29
Also published as: JP2022152644A; US12224199B2; DE102022100110A1; US20220310437A1; CN115148618A

Description

本開示は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１には、吸着ステージにおける異物検知方法が開示されている。吸着ステージは、基板を吸着固定する設置部と、設置部における基板の吸着圧を測定する圧力測定手段と、基板の吸着異常の有無を判定する判定部と、を備える。この異物検知方法は、測定工程と判定工程とを有する。測定工程では、圧力測定手段が、設置面における基板の吸着圧を測定する。判定工程では、判定部が、変動データに対して基準変動データとの比較評価を行う。変動データは、測定工程で取得した吸着圧のデータのうち、基板の吸着を始めてから吸着圧の数値が安定する手前までの間のデータである。基準変動データは、あらかじめ判定部に記憶されている、設置面に異物が無かった場合の変動データである。これにより判定部は、設置面における吸着異常の有無を判定して、設置面上の異物の有無を判定する。

特開２０１３－１４９８０９号公報

特許文献１に示される異物検知方法は、ステージ上の異物検出に関する技術である。このため、ステージ上に載置された半導体ウエハの欠陥については、欠陥による吸着圧の変動が小さすぎて、検出できない可能性がある。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、ウエハの欠陥を検出することが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。

本開示に係る半導体製造装置は、上面にウエハの搭載領域を有するステージと、前記搭載領域から前記ステージを貫通して前記ステージの裏面側に延びる複数の吸引配管と、前記複数の吸引配管に接続され、前記複数の吸引配管を介して前記ウエハを前記搭載領域に吸着する真空ポンプと、前記ステージの上面に設けられ、前記ウエハを覆うカップと、前記ステージの上面と前記カップで囲まれた空間を加圧するガス供給ラインと、前記複数の吸引配管内の圧力を検出する圧力センサと、を備える。

本開示に係る半導体装置の製造方法は、ステージの上面に設けられた搭載領域にウエハを搭載し、カップを前記ステージの上面に搭載して前記ウエハを覆い、前記ステージの上面と前記カップで囲まれた空間にガスを供給して、前記ウエハを加圧し、前記搭載領域から前記ステージを貫通して前記ステージの裏面側に延びる複数の吸引配管に接続された真空ポンプで、前記ウエハを前記搭載領域に吸着し、前記ウエハを加圧し、前記ウエハを前記搭載領域に吸着しながら、前記複数の吸引配管内の圧力を検出し、前記複数の吸引配管内の圧力を検出した後に、前記ウエハに洗浄、成膜、写真製版、エッチング、拡散処理またはイオン注入を行う。

本開示に係る半導体製造装置および半導体装置の製造方法では、ステージの上面とカップで囲まれた空間にガスを供給して、ウエハを加圧することができる。従って、ウエハの欠陥を検出することができる。

実施の形態１に係る半導体製造装置の平面図および正面図である。実施の形態１に係る半導体製造装置にカップを取り付けた状態を示す平面図および正面図である。実施の形態１の変形例に係る半導体製造装置の平面図および正面図である。実施の形態２に係る半導体製造装置の平面図および正面図である。実施の形態２に係る半導体装置の検査方法を説明する図である。実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。

各本実施の形態に係る半導体製造装置および半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体製造装置１００の平面図および正面図である。半導体製造装置１００は、上面にウエハ１の搭載領域２ａを有するステージ２を備える。ウエハ１は半導体基板である。また、半導体製造装置１００は、搭載領域２ａからステージ２を貫通してステージ２の裏面側に延びる複数の吸引配管４を備える。各々の吸引配管４は、ステージ２の内部に設けられた第１部分４ａと、ステージ２の裏面から延び、ステージ２の外部に設けられた第２部分４ｂを有する。真空ポンプ３は、複数の吸引配管４に接続され、複数の吸引配管４を介してウエハ１を搭載領域２ａに吸着する。各々の吸引配管４には、圧力センサ５が設けられる。圧力センサ５は、吸引配管４内の圧力を検出する。

ステージ２が仮想的に格子状に分割されることで、複数の吸着エリア２ｂが形成される。複数の吸着エリア２ｂの各々には、吸引配管４が設けられる。図１において、複数の吸引配管４の吸引口４ｃの位置が点線で示されている。吸引口４ｃは、搭載領域２ａに格子状に並ぶ。真空ポンプ３は吸着エリア２ｂ毎にウエハ１を真空吸着する。

吸引配管４に接続された圧力センサ５は、吸着エリア２ｂ毎に圧力を監視する。貫通孔等の欠陥１ａを有するウエハ１が吸着されると、欠陥１ａがある吸着エリア２ｂでは、欠陥１ａがない吸着エリア２ｂと比べて異なる圧力が得られる。このように、圧力センサ５で圧力変動を検出して、欠陥を検出することができる。

吸着エリア２ｂのサイズは検出したい欠陥１ａの大きさに応じて決定される。例えばウエハ径が８インチで、１０μｍ～１ｃｍ角程度の欠陥を検出する場合、吸着エリアは１ｃｍ角であれば良い。この場合、吸着エリア２ｂは１列あたり２０個程度となる。従って、４００個程度の圧力センサ５を備えれば良い。ウエハ１の径に合わせて、１列当たりまたは全体の圧力センサ５の個数は変更されても良い。例えば、ウエハ１の径が４インチ～１２インチであり、吸着エリア２ｂが１ｃｍ角であるとすると、１列あたり１０個～３０個程度、合計１００個～９００個程度の圧力センサ５を備えれば良い。

図２は、実施の形態１に係る半導体製造装置１００にカップ６を取り付けた状態を示す平面図および正面図である。半導体製造装置１００は、ステージ２の上面に設けられ、ウエハ１を覆うカップ６を備える。カップ６は、ボックス状あるいはドーム状である。カップ６は、内部の気密性が確保されるように、ステージ２に密着する。カップ６はガス供給ライン７に接続される。ガス供給ライン７は、ステージ２の上面とカップ６で囲まれた空間を加圧する。ガス供給ライン７はカップ６内に例えばＮ２を供給する。

カップ６に封入されたガスは、ウエハ１の全面をステージ２に押し付ける。このため、ウエハ１表面の欠陥状態により吸引配管４内で圧力変動が起こる。欠陥が貫通孔の場合、欠陥を介してガス供給ライン７から供給されたガスが吸引配管４に漏れる。これにより、吸引配管４内で圧力変動が起こる。従って、欠陥検出感度を向上させることができ、貫通孔などのウエハ１の欠陥を検出することができる。本実施の形態では、例えば１０μｍ～１ｃｍの微小な欠陥であっても検出することができる。本実施の形態の検出対象となる欠陥として、例えばマイクロパイプなどの貫通孔、ウエハ１の表面から裏面に到達するクラックなどが想定される。

ウエハ１は、珪素によって形成される。これに限らず、ウエハ１は珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されていても良い。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドである。特に炭化珪素は多くの結晶多型を有しており、ＳｉＣ結晶を１つの結晶多型のみで構成することは難しい。炭化珪素では、珪素と比べて結晶成長中に他の結晶多型が混入して欠陥の原因となり易い。従って、例えばマイクロパイプのような貫通孔が発生し易い。このため、ウエハ１がワイドバンドギャップ半導体によって形成されている場合に、本実施の形態は特に有効となる。

また、珪素または炭化珪素は、透明な材質である。このため、光がウエハ１を透過し、光で欠陥を検出することは難しい。これに対し本実施の形態では、圧力変動により欠陥を検出するため、光を透過するウエハ１であっても欠陥を検出できる。また、マイクロパイプは一般に斜めに形成される。このため、マイクロパイプを光で検出することは難しい。これに対し本実施の形態では、吸着エリア２ｂを細分化して吸着エリア２ｂごとにウエハ１を真空吸着して欠陥を検出する。従って、マイクロパイプの検出感度を向上させることができる。

図３は、実施の形態１の変形例に係る半導体製造装置２００の平面図および正面図である。ガス供給ライン７により供給されるガスとして、Ｎ２に加えてＨｅが供給されても良い。また、半導体製造装置２００は、複数の吸引配管４内での、ガス供給ライン７により供給されるＨｅガスの濃度を検出する濃度計２０５を備えても良い。濃度計２０５は各吸引配管４に設けられる。

半導体製造装置２００では、欠陥を介してＨｅガスが吸引配管４に漏れることで、吸引配管４内のＨｅガスの濃度が変化する。このように、圧力センサ５と濃度計２０５を併用することで、ウエハ１を貫通した欠陥について、さらに微小な欠陥であっても検出することができる。また、Ｈｅガスは、リークチェックに一般に使用されるガスのため、扱いやすい。ここでは、圧力センサ５と濃度計２０５を併用する例を示したが、濃度計２０５のみを設けても良い。

これらの変形は、以下の実施の形態に係る半導体製造装置および半導体装置の製造方法について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る半導体製造装置および半導体装置の製造方法については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る半導体製造装置３００の平面図および正面図である。半導体製造装置３００は圧力センサ５を１つ備える。半導体製造装置３００は、複数の吸引配管４と圧力センサ５との間にそれぞれ設けられた複数のバルブ３０８を備える。各吸着エリア２ｂと圧力センサ５は、バルブ３０８を介して接続される。

また、半導体製造装置３００は、圧力センサ５が測定した圧力から、ウエハ１のうち複数の吸引配管４の各々が吸着する領域での欠陥の有無を検出する検出装置３０９を備える。検出装置３０９は、複数のバルブ３０８を順番に開放状態とし、開放状態のバルブ３０８に対応する吸引配管４内の圧力から、ウエハ１のうち当該吸引配管４が吸着する領域の欠陥の有無を検出する。

検出装置３０９は、例えば開閉部３０９ａ、測定部３０９ｂ、判定部３０９ｃおよび出力部３０９ｄを有する。開閉部３０９ａは、バルブ３０８の開閉を制御し、複数のバルブ３０８を順番に開放状態に切り替える。測定部３０９ｂは、開放状態のバルブ３０８に対応する吸引配管４内の圧力を測定する。判定部３０９ｃは、測定部３０９ｂが測定した圧力から、欠陥の有無を判定する。出力部３０９ｄは、判定部３０９ｃの判定結果を出力する。

閉鎖状態のバルブ３０８に対応する吸着エリア２ｂでは、ウエハ１は真空吸着される。開放状態のバルブ３０８に対応する吸着エリア２ｂでは、ウエハ１の欠陥の有無が判別される。これにより、１つの圧力センサ５で検査が可能となる。従って、省スペース化及びコスト低減が可能となる。

同様に、半導体製造装置３００は濃度計２０５を１つ備え、各吸着エリア２ｂと濃度計２０５はバルブ３０８を介して接続されても良い。この場合、検出装置３０９は、濃度計２０５が測定したガスの濃度から、ウエハ１のうち複数の吸引配管４の各々が吸着する領域での欠陥の有無を検出する。検出装置３０９は、複数のバルブ３０８を順番に開放状態とし、開放状態のバルブ３０８に対応する吸引配管４内のガスの濃度から、ウエハ１のうち当該吸引配管４が吸着する領域の欠陥の有無を検出する。このとき、測定部３０９ｂは、開放状態のバルブ３０８に対応する吸引配管４内のガスの濃度を測定する。判定部３０９ｃは、測定部３０９ｂが測定した濃度から欠陥の有無を判定する。

図５は、実施の形態２に係る半導体装置の検査方法を説明する図である。図５において矢印８１で示されるように、ウエハ１の外周部から中心に向かって順番に欠陥を検出しても良い。つまり、検出装置３０９は、ウエハ１の外周部で欠陥の有無を検出したあと、ウエハ１の中心部で欠陥の有無を検出しても良い。図５に示される例では、ウエハ１の円周方向に順番に検査が行われる。欠陥は、一般にウエハ１の外周部において発生しやすい。これは、ウエハ１を収納するカセットまたはウエハ１を載置する装置との接触により、物理的なストレスが外周部に加わるためである。このため、外周部から検査を行うことで検査時間を短くすることができ、生産性を向上できる。

本実施の形態の検出装置３０９は実施の形態１の半導体製造装置１００または半導体製造装置２００に設けられても良い。この場合、開閉部３０９ａは設けられなくても良い。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。図６には、実施の形態１または２の半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法が示されている。まず、ステップＳ１としてウエハ１を準備する準備工程を実施する。準備工程では、例えば珪素または炭化珪素のインゴットが所定の厚さにスライスされ、ウエハ１が準備される。なお、ステップＳ１において、スライスされた基板にエピ成長を行い、ウエハ１を準備しても良い。

次に、ステップＳ２として、ウエハ１は製品製造プロセスに投入される。製品製造プロセスである半導体装置の製造工程は、ステップＳ３に示される洗浄工程、ステップＳ４に示される成膜工程、ステップＳ５に示される写真製版工程、ステップＳ６に示されるエッチング工程、ステップＳ７に示される拡散、イオン注入工程を含む。なお、これらの工程には周知の製造方法を適用できる。また、成膜工程には、酸化、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、メタライズ等が含まれる。

また、半導体製造装置１００を用いた検査工程では、ステージ２の上面に設けられた搭載領域２ａにウエハ１を搭載する。次に、カップ６をステージ２の上面に搭載してウエハ１を覆う。次に、ステージ２の上面とカップ６で囲まれた空間にガスを供給して、ウエハ１を加圧する。また、真空ポンプ３で、ウエハ１を搭載領域２ａに吸着する。さらに、ウエハ１をガスで加圧し、ウエハ１を搭載領域２ａに吸着しながら、複数の吸引配管４内の圧力を検出する。また、半導体製造装置２００、３００を用いる場合は、ウエハ１をガスで加圧し、ウエハ１を搭載領域２ａに吸着しながら、複数の吸引配管４内のガスの濃度を検出する。これにより、ウエハ１の欠陥の有無を検査する。

本実施の形態では、洗浄工程、成膜工程、写真製版工程、エッチング工程、拡散、イオン注入工程のうち少なくとも１つの工程前に、半導体製造装置１００、２００または３００による検査工程を備える。つまり、複数の吸引配管４内の圧力またはガスの濃度を検出して、検査を行った後に、ウエハ１に洗浄、成膜、写真製版、エッチング、拡散処理またはイオン注入を行う。これにより、半導体装置の製造工程において、欠陥を有するウエハの処理によって生じ得るステージ異常などの二次的トラブルを抑制することができる。

各工程の前に検査工程を行うことで、例えば以下の効果が得られる。洗浄工程または写真製版工程の前に検査工程を行うことで、欠陥から薬液が流入することによるステージの腐食を抑制できる。また、後続ウエハの汚染を抑制できる。成膜工程の前に検査工程を行うことで、成膜による生成物が欠陥を通過しステージに堆積することを抑制できる。エッチング工程の前に検査工程を行うことで、欠陥からエッチングガスが流入することによるステージ腐食を抑制できる。また、後続ウエハの汚染を抑制できる。拡散、イオン注入工程の前に検査工程を行うことで、レーザーアニール処理などの際に、欠陥へのレーザー照射によるステージ焼けを抑制することができる。

なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。

１ウエハ、１ａ欠陥、２ステージ、２ａ搭載領域、２ｂ吸着エリア、３真空ポンプ、４吸引配管、４ａ第１部分、４ｂ第２部分、４ｃ吸引口、５圧力センサ、６カップ、７ガス供給ライン、１００、２００半導体製造装置、２０５濃度計、３００半導体製造装置、３０８バルブ、３０９検出装置、３０９ａ開閉部、３０９ｂ測定部、３０９ｃ判定部、３０９ｄ出力部

Claims

上面にウエハの搭載領域を有するステージと、
前記搭載領域から前記ステージを貫通して前記ステージの裏面側に延びる複数の吸引配管と、
前記複数の吸引配管に接続され、前記複数の吸引配管を介して前記ウエハを前記搭載領域に吸着する真空ポンプと、
前記ステージの上面に設けられ、前記ウエハを覆うカップと、
前記ステージの上面と前記カップで囲まれた空間を加圧するガス供給ラインと、
前記複数の吸引配管内の圧力を検出する圧力センサと、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
前記圧力センサが測定した圧力から、前記ウエハのうち前記複数の吸引配管の各々が吸着する領域での欠陥の有無を検出する検出装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
前記複数の吸引配管内での、前記ガス供給ラインにより供給されるガスの濃度を検出する濃度計を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造装置。
前記圧力センサは前記複数の吸引配管の各々に設けられることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の半導体製造装置。
前記複数の吸引配管と前記圧力センサとの間にそれぞれ設けられた複数のバルブを備え、
前記検出装置は、前記複数のバルブを順番に開放状態とし、前記開放状態のバルブに対応する吸引配管内の圧力から、前記ウエハのうち前記開放状態のバルブに対応する吸引配管が吸着する領域の前記欠陥の有無を検出することを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
前記検出装置は、前記ウエハの外周部で前記欠陥の有無を検出したあと、前記ウエハの中心部で前記欠陥の有無を検出することを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。
前記複数の吸引配管の吸引口は、前記搭載領域に格子状に並ぶことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の半導体製造装置。
前記ガス供給ラインにより供給されるガスは、ＨｅまたはＮ２であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の半導体製造装置。
前記ウエハはワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の半導体製造装置。
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドであることを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置。
ステージの上面に設けられた搭載領域にウエハを搭載し、
カップを前記ステージの上面に搭載して前記ウエハを覆い、
前記ステージの上面と前記カップで囲まれた空間にガスを供給して、前記ウエハを加圧し、
前記搭載領域から前記ステージを貫通して前記ステージの裏面側に延びる複数の吸引配管に接続された真空ポンプで、前記ウエハを前記搭載領域に吸着し、
前記ウエハを加圧し、前記ウエハを前記搭載領域に吸着しながら、前記複数の吸引配管内の圧力を検出し、
前記複数の吸引配管内の圧力を検出した後に、前記ウエハに洗浄、成膜、写真製版、エッチング、拡散処理またはイオン注入を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。