JP2009033110A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の製造装置の状態が変化した場合でも、ウェーハの酸化膜厚や不純物濃度を正確に制御し、製造ばらつきを低減し、半導体装置を高歩留で製造する方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の熱処理装置において、熱処理装置のパラメータをモニタリングする（Ｓ５０２）。そして、そのパラメータから予測される膜厚を算出する（Ｓ５０３）。そして、その算出結果から処理時間を決定し（Ｓ５０７）、熱処理時間を制御することにより（Ｓ５０８）、所望の膜厚を得る。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウェーハに酸化膜等を形成したり、注入した不純物を活性化したりする半導体装置の製造装置において、その膜厚や不純物濃度分布を精度良く制御し、半導体装置の製造ばらつきを抑え、製造歩留を向上させる半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体装置のデザインルールの微細化に伴って、半導体ウェーハに形成される膜の薄膜化や、ドーピングされた不純物の極浅接合（USJ:Ultra Shallow Junction）など、より高精度な制御が求められている。さらに、半導体ウェーハの大口径化によって、ウェーハ面内でより均一な膜形成、不純物濃度分布の制御が求められる。例えば、ゲート電極部の絶縁膜は、ウェーハ面内かつウェーハ間で、数ナノメーターのオーダーで正確に制御される必要がある。それらを実現するために、通常、定期的に半導体製造装置で半導体ウェーハ上に形成されたプロセスモニター等から得られたデータを処理し、生成された膜厚や不純物濃度分布（通常、ウェーハ表面のシート抵抗値などで代用）を測定し管理することにより、製造装置の状態変化を監視している。

しかしながら、半導体装置のさらなる微細化が進むにつれて、製造装置の微小な状態変化が製造プロセスの出来映えに影響を及ぼし、もはや製造装置自身の制御だけでは、安定なプロセスを実現することが難しくなりつつある。例えば、酸化膜形成装置の場合、ウェーハを同じ温度に制御していても、その膜形成装置の状態に依存して、実際に形成される酸化膜厚が異なる。その場合、プロセスモニター等の酸化膜厚を測定し、その膜厚から、処理時間等を調整して、目標とする膜厚に調整するプロセス制御（APC:Advanced Process Control）等が用いられる場合がある。

例えば、特許文献１に記載された方法もＡＰＣの一つである。特許文献１では、熱処理による製造プロセスを行う炉、減圧ＣＶＤ（Low Pressure-Chemical Vapor Deposition）装置、急速昇降温熱処理装置（RTP:Rapid Thermal Processor）等の製造装置において、プロセス制御コントローラを設けている。そのコントローラにおいて、製造装置から得られたガス流量や温度を基に酸化膜厚を計算し、所望の酸化膜厚となったときに製造装置のプロセスを停止させることを提案している。

また、特許文献２に記載された方法では、ウェーハ上に形成されたゲート電極の寸法を測定し、ゲート長と電気特性（ゲート閾値電圧やソースドレイン電流等）の関係からウェーハ面内の半導体装置の電気特性の分布を予測する。そして、設計値との差分と、温度と電気特性の関係からウェーハ面内の処理温度分布を算出し、製造装置の管理データ（温度分布）と比較して、電気特性のウェーハ面内のばらつきを最小限にするように製造装置の温度分布を補正している。
特開２００７−５９９４５号公報 特開２００６−１９０７９５号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載された方法ではいくつかの課題がある。

まず、特許文献１の方法では、ウェーハ上の酸化膜厚の予測に、半導体製造装置のガス流量から得られたガス分圧と温度を用いているが、これらのパラメータのみでは装置の状態変化を正確に捉えることができない。これは、酸化膜形成のメカニズムや製造装置から得られるパラメータの測定原理と、その性質を考えると容易に説明できる。

すなわち、ウェーハ表面に存在する酸素原子（あるいは酸素ラジカル）が熱エネルギーを得てシリコンと結合し酸化膜となる。酸素原子の数はガス分圧から求められるが、熱エネルギーは製造装置が示すウェーハ温度では正確に求められない。製造装置でウェーハ温度を測定する方法には熱電対を利用するものとパイロメータ（放射温度計）を利用するものがある。

前者では、熱電対を保護管に挿入し、その先端をウェーハに接触させて温度を測定する。この得られた温度は、熱が平衡状態である場合はウェーハ温度と同等であるが、ＲＴＰのような熱が非平衡状態である場合は、熱電対の保護管の温度を測定していることになる。したがって、ウェーハ温度を正確に求めることはできない。

一方、後者のパイロメータは熱電対よりもウェーハ温度測定性能は良いが、パイロメータも正確にはウェーハの温度そのものを測定していない。パイロメータは、入射した熱放射を温度に変換するが、パイロメータは黒体炉によって校正されるため、その値のままでは測定対象は黒体であるとみなされる。そのため、ウェーハの放射率を求め、当該放射率に基づいて測定値をウェーハ温度に換算しなければならない。さらにパイロメータに入射する熱放射はウェーハ以外からの熱放射も含まれているため、ウェーハ以外からの熱放射を差し引いて補正する必要もある。このように得られたウェーハ温度は何らしかの換算が必要である。その換算量は製造装置の状態に依存し、例えば真のウェーハ放射率が同じウェーハであっても、装置の状態変化によって、製造装置が測定したウェーハ放射率は同じ値とはならない。

したがって、製造装置の状態によって、製造装置におけるウェーハ温度の計測値と実際のウェーハ温度との差が生じてくることになる。製造装置は計測されたウェーハ温度を一定に制御しようとするため、熱源の出力が変わる。つまり、装置の状態変化はウェーハ温度に現れるのではなく、熱源の出力の変化に現れるため、熱源の出力を考慮して酸化膜厚を予測しなければならない。

特許文献２の方法では、実際のウェーハ温度分布を製造装置の管理データ、すなわち不純物活性化処理後のシート抵抗から換算した温度を用いており、この管理データは周期的に測定される。例えば週毎に管理データを測定した場合は、装置の状態変化をすばやくウェーハの出来映え（本例では不純物濃度の均一性）にフィードバックすることができない。また、測定周期を短くした場合はその測定時間が製造装置のスループットを大きく低下させる。さらに微細な半導体装置を製造する場合にはロット毎、ウェーハ毎のＡＰＣが必要になるが、シート抵抗をロット毎やウェーハ毎に測定し、フィードバックすることはコスト的に現実的ではない。

そこで、本発明は、製造装置の状態変化を的確に捉え、その変化をロットやウェーハの処理毎にフィードバックすることで、ウェーハ上の膜厚や不純物濃度のばらつきを低減する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、チャンバー内に設置されたウェーハを加熱下で処理する工程を含む、半導体装置の製造方法を前提としている。そして、本発明に係る半導体装置の製造方法では、加熱処理工程が、以下のようにして実施される。

すなわち、まず、チャンバー内に設置されたウェーハの放射率が測定される。次いで、予め取得された、ウェーハを加熱する熱源から放射される熱エネルギー量およびウェーハの放射率と、付与された熱エネルギー量に依存して変動するウェーハの物理量の変動レートとの対応関係を示す予測式と、上記測定された放射率とに基づいて、前記物理量の変動レートが算出される。そして、算出された変動レートに基づいて、上記物理量が所定値となる処理時間が算出され、当該算出された処理時間により、加熱処理が実施される。

例えば、加熱処理が、ウェーハ表面に酸化膜を形成する処理である場合、付与された熱エネルギー量に依存して変動するウェーハの物理量として、酸化膜厚を使用することができる。また、加熱処理が、不純物領域の活性化処理である場合、付与された熱エネルギー量に依存して変動するウェーハの物理量として、不純物領域のシート抵抗（不純物濃度の分布）を使用することができる。

この半導体装置の製造方法によれば、製造装置の状態が変化しても、その変化に応じて膜厚や不純物濃度分布を所望の状態に制御することができる。

また、本発明に係る他の半導体装置の製造方法では、まず、チャンバー内に設置されたウェーハの放射率が測定される。次いで、予め取得された、ウェーハを加熱する熱源から放射される熱エネルギー量およびウェーハの放射率と、付与された熱エネルギー量に依存して変動するウェーハの物理量の変動レートとの対応関係を示す予測式と、上記測定された放射率とに基づいて、前記物理量の変動レートが算出される。続いて、算出された物理量の変動レートと予定処理時間とに基づいて、予定処理時間経過後のウェーハの物理量が算出される。そして、算出された物理量が予め設定された範囲に属するか否かが判定され、予め設定された範囲に属すると判定された場合に、加熱処理が実施される。

この半導体装置の製造方法によれば、製造装置の状態が変化し、膜厚や不純物濃度分布を所望の状態にできない場合に、加熱処理の実施を停止することができる。その結果、製造歩留の低下を未然に防ぐことができる。

また、上記構成において、上記物理量がウェーハ上の複数点についてそれぞれ算出され、算出された物理量のウェーハ面内均一性が予め設定された範囲外に属すると判定された場合に、前記加熱処理工程を停止するか、あるいは１つ以上の熱源の出力を制御することでウェーハ面内の膜厚均一性を基準値内に制御してもよい。

また、前記予測式は、ウェーハの品種に依存したウェーハ放射率をパラメータとして含むことができる。

また、前記予測式は、仮想的な熱エネルギーロスをパラメータとして含むことができる。

さらに、加熱処理が、ランプ加熱式の熱処理装置において実施される場合、前記熱エネルギーロスは、ウェーハ下に配置された反射板に膜が付着することにより変化した、反射板の反射率（あるいは放射率）から算出することができる。

また、加熱処理が、ランプ加熱式の熱処理装置において実施される場合、前記熱エネルギーロスは、ランプ室の圧力から算出することができる。

また、算出された物理量が前記範囲外に属すると判定された場合に、前記反射板に付着した膜を、ウェーハが無い状態でエッチングガスを流すことにより除去する構成を採用することもできる。

本発明の半導体装置の製造方法は、使用に伴って製造装置の状態が変化しても、その変化に応じて膜厚や不純物濃度分布（シート抵抗）を所望の値に制御することで、そのウェーハ上の特性のばらつきを抑え、半導体装置の形状を制御することができる。その結果、半導体装置の製造歩留を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。以下の各実施形態では、ウェーハ上に酸化膜を形成する処理として本発明を具体化している。

（第１の実施形態）
図１〜図４を用いて本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は本実施形態における半導体装置の製造装置である、酸化膜等の膜を形成する熱処理装置を示す概略構成図である。

図１に示すように、熱処理装置は、内部に熱源である複数のランプ２が設けられたランプ室１を備える。ランプ室１と対向して、ウェーハ３を支持するウェーハ支持部４が設けられている。ウェーハ支持部４に支持されたウェーハ３の裏面側には、ウェーハ３の温度を測定するパイロメータ５と、ウェーハ３からの熱放射を反射させる反射板６が設けられている。ウェーハ支持部４、パイロメータ５、反射板６は、減圧可能に構成されたチャンバー内に収容されている。

また、当該熱処理装置は、パイロメータ５で測定した温度を基にランプ２の出力やガス、圧力、処理時間等を制御する装置制御部７と、プロセス制御部８とを備えている。プロセス制御部８は、データを収集し記憶するデータ収集部９と、収集したデータから酸化膜の膜厚を予測する膜厚演算部１０と、演算された膜厚が予め設定された基準膜厚範囲内にあるかを判定する異常判定部１１を備えている。異常判定部１１において異常判定された情報は生産システム１２に伝達される。

なお、装置制御部７、データ収集部９、膜厚演算部１０、異常判定部１１は、例えば、専用の演算回路、あるいは、プロセッサとＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリとを備えたハードウェア、および当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウェアにより実現することができる。また、データ収集部９は収集したデータを記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置をさらに備える。

上記構成により、チャンバー内にガスを導入し、圧力を一定に制御した状態で、ランプ２でウェーハ３を加熱する。このとき、パイロメータ５はウェーハ３からの熱放射を計測し、プランクの法則に基づいてウェーハ放射率の換算を考慮したウェーハ温度を算出する。装置制御部７は、そのウェーハ温度が一定になるように、ランプ２の出力を制御する。ランプ２は複数のゾーン（例えば、１５ゾーン）に区分されており、ウェーハ面内が均一の温度になるように各ゾーンのランプ出力が制御される。

一般にパイロメータでウェーハ温度を測定する熱処理装置は、ウェーハ放射率を直接的に求めるタイプの装置と、別のパラメータから間接的に求める（計算する）タイプの装置とがある。図１の熱処理装置は後者のタイプである。

ここで、図１に示す熱処理装置のウェーハ放射率の求め方を以下に簡単に説明する。

図１において、ウェーハ３から反射板６へ放射された熱は反射板６で反射され、再度、ウェーハ３で一部が反射される。これらの反射が繰り返され、積算された熱放射をパイロメータ５が取り込むことになる。一方でウェーハ３からの熱放射のみを取り込む別のパイロメータ（図２参照）を設けて、温度を計測する。

図２（ａ）は、図１に示す熱処理装置における、反射板６面内でのパイロメータの配置を示す平面図である。図２（ａ）に示すように、反射板６には、ウェーハ３の半径方向に適当な間隔（ここでは、等間隔）をおいて、複数のパイロメータ５（ここでは７個）が配置されている。各パイロメータ５により、ウェーハ３の下面から放射される熱が、ウェーハ３の中心部から外周部にわたって計測される。

一方、上述のウェーハ３からの熱放射のみを取り込むパイロメータ１５は、パイロメータ５とは異なる位置に配置されている。この例では、パイロメータ１５は、半径方向に並べて配置された中央（４番目）のパイロメータ５と同一円周上で、異なる半径方向に配置されている。

パイロメータ５とパイロメータ１５とは構造上の差異はなく、周囲の反射板６の構造が異なっている。図２（ｂ）、図２（ｃ）は、パイロメータ５およびパイロメータ１５の周囲構造をそれぞれ示す断面図である。パイロメータ５は、反射板６に設けられた貫通孔に、先端が反射板６の表面と略同一になる状態で配置されている。パイロメータ１５も同様に配置されているが、パイロメータ１５の周囲には、パイロメータ１５から所定距離にわたって反射板６の表面部に凹部１６が設けられている。当該凹部１６の底部には、パイロメータ１５が計測する波長の光（熱放射）の反射を抑制する吸収材１７が配置されている。したがって、パイロメータ１５の周囲では、上述の熱の反射が抑制され、パイロメータ１５の先端には、ウェーハ３からの熱放射のみが入射する。

パイロメータ５が示す温度とパイロメータ１５が示す温度との間には差が生じる。本実施形態では、その温度差とウェーハ３のウェーハ放射率が一次関数の関係にあるという実験式を使ってウェーハ放射率を決定している。

しかしながら、ウェーハの熱処理を重ねる毎に、ウェーハからのアウトガスやウェーハ下に回り込んだプロセスガスにより、反射板６の表面に膜が形成され、前述した反射性能が劣化、つまり反射率が低下する。この反射板６の反射率低下によって図１の熱処理装置で算出されたウェーハ放射率は実際のウェーハ３のウェーハ放射率と差異が生じる。したがって、ウェーハ温度に誤差が生じ、結果として所望の膜厚が得られなくなる。

また、ランプ室１内は不活性なガスが充填されているが、当該ガスはランプ２からの熱を一部吸収するため、ランプ室１内の圧力が変化する。さらにその圧力変化により、ランプ２から不活性ガスに吸収される熱量が変化するので、ウェーハに到達する熱も変動する。

このような熱エネルギーのロスを考慮して求めたウェーハ上に形成される酸化膜厚の予測式を以下に説明する。ウェーハ上の面内のある位置ｉでの酸化膜レート（成膜レート）をＲｉとすると、Ｒｉはウェーハ上の酸素ラジカル濃度および熱エネルギーに比例すると考える。酸素ラジカル濃度は導入されるガス流量が全て一定であるとすると、チャンバー圧力に比例する。また、熱エネルギーはランプ２から出力された熱放射エネルギーから、ランプ室１で吸収されたものがウェーハ３へ照射され、さらに、反射板６で吸収される熱エネルギーを減じて下式（数１）で与えられる。

すなわち、

ここで、Ｐはチャンバー圧力、Ｌ_jは各ゾーンのランプ出力（ｊはゾーンの数）、Ｐ_Lはランプ室圧力、Ｌ_Tは全ゾーンのランプ出力の和（あるいは平均値）、ε_Mは熱処理装置が算出したウェーハ放射率である。これらは熱処理装置から得られるパラメータの値で、データ収集部９で収集される。また、Ａ_ij、Ｂ_i、Ｃ_i、Ｄ_iは、位置ｉ（ここでは、各パイロメータ５に対応する位置）ごとに決まる定数、ε_Wは位置ｉに関わらず共通の定数であり、重回帰分析などで実験等により予め求めることができる。ε_Wの物理的な意味は、真のウェーハ放射率である。このウェーハ放射率を品種毎に変える（求める）ことにより、パターン率等の異なるウェーハに対する酸化膜レートも同じ式（数１）で表すことができる。

酸化膜厚は、式（数１）を用いて算出した酸化膜レートと、処理時間との積で表される。

図３に酸化膜厚の平均値とウェーハ面内の均一性に対して、実測値と式（数１）による予測値の比較例を示す。図３（ａ）が、酸化膜厚の平均値を比較した図であり、図３（ｂ）が、酸化膜厚の面内均一性を比較した図である。図３（ａ）、（ｂ）において、横軸がウェーハの処理数に対応する。また、図３（ａ）において、縦軸は膜厚平均値に対応し、図３（ｂ）において、縦軸は面内均一性に対応する。なお、図３（ａ）において、膜厚平均値は、所定の基準値との差として示している。また、図３（ｂ）において、面内均一性は、（最大膜厚−最小膜厚）／平均膜厚として算出している。

さらに、図４に酸化膜厚のウェーハ面内分布に対する実測値と式（数１）による予測値の比較例を示す。図４において、横軸はウェーハ中心からの距離に対応し、縦軸は酸化膜厚に対応する。図４においても、膜厚は、所定の基準値との差として示している。

図３および図４から、予測値と実測値とが高い精度で一致していることがわかる。したがって、目標膜厚を、式（数１）を用いて算出した酸化膜レートの予測値で除することにより算出される処理時間により加熱処理を行うことで、所望の膜厚の酸化膜をウェーハ３に形成することができる。

また、式（数１）により算出される酸化膜レートの予測値を使用することにより、製造歩留の低下を未然に防ぐこともできる。図５に酸化膜レートの予測値から求めた予測膜厚が基準範囲外である場合に処理停止するフローチャートを示す。まず、図１に示す熱処理装置において、ウェーハ処理時の上述のパラメータ（Ｐ、Ｌ_j、Ｐ_L、Ｌ_T、ε_M）をデータ収集部９から取得する（Ｓ４０１）。次に、取得したパラメータから式（数１）を用いてウェーハの予め決められた複数位置（これらは膜厚測定する際の位置に等しい）での酸化膜レートの予測値を膜厚演算部１０にて計算する（Ｓ４０２）。得られた酸化膜レートに予定処理時間を乗じてウェーハ各位置での酸化膜厚予測値を算出する（Ｓ４０３）。ウェーハの各位置での予測膜厚が基準値（予め設定された範囲）内か否かを、異常判定部１１が判定する（Ｓ４０４）。基準値外の場合は製品への投入を禁止する情報を異常判定部１１が生産システム１２へ伝達する（Ｓ４０５）。

以上のように、本実施形態によれば、製造装置の状態が変化しても、その変化に応じて膜厚を所望の状態に制御することができる。また、熱処理装置の各パラメータのウェーハ処理毎のデータを基にウェーハ面内の酸化膜厚を予測して異常判定を行うことで、製品の製造歩留低下を抑制することができる。

なお、本実施形態では、酸化膜厚を例としたが、同様の装置構成であれば、他の膜生成やシリサイド形成、不純物拡散などにも適用できる。以下の実施の形態についても同様である。

また、不純物拡散等の常圧で熱処理が実施される場合は、ランプ室の圧力は制御されないため、式（数１）中のランプ室圧力Ｐ_Lは無視することができる。この場合、式（数１）は、以下の式となる。

例えば、熱処理が不純物領域の活性化処理である場合、式（数２）左辺のＲｉは、位置ｉにおけるシート抵抗の変動レートになる。

（第２の実施形態）
続いて、図１、図６、図７を参照しながら、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、全体の製造装置構成は、第１の実施形態と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。

図６に酸化膜レートの予測値を用いて酸化膜厚を制御するフローチャートを示す。図１に示す熱処理装置において、ｎ枚目のウェーハを時間ｔ_nで処理が実施されたとする（Ｓ５０１）。当該処理における熱処理装置の上述のパラメータは、データ収集部９が取得する（Ｓ５０２）。次に、膜厚演算部１０が、データ収集部９が取得したパラメータと、式（数１）とにより、ウェーハ面内複数点の酸化膜レートの予測値を算出し、それらから平均値Ｒ_nを算出する（Ｓ５０３）。このとき、膜厚演算部１０は、平均値Ｒ_nと酸化膜厚ターゲットＴ_OXから、次のウェーハの処理時間ｔ_n+1を算出する（Ｓ５０７）。また、膜厚演算部１０は、各位置の酸化膜レートの予測値と次ウェーハの処理時間ｔ_n+1とから各位置の酸化膜厚の予測値を算出し（Ｓ５０４）、その予測膜厚が基準値内か否かを異常判定部１１が判定する（Ｓ５０５）。予測膜厚が基準値外の場合は製品への投入を禁止する情報を異常判定部１１が生産システム１２へ伝達する（Ｓ５０６）。予測膜厚が基準値内の場合は、次ウェーハの処理のフロー（図６）が開始される。なお、次ウェーハ処理のフローでは、次ウェーハの処理時間ｔ_n+1をｔ_nへ置き換えて使用する（Ｓ５０８）。

図７に上記の方法で酸化膜厚を制御した際の酸化膜厚の予測値と実測値の比較結果を示す。図７において、横軸がウェーハの処理数に対応し、縦軸が膜厚平均値に対応する。図７から、本技術により酸化膜が精度よく制御されていることがわかる。

以上のように、本実施形態によれば、熱処理装置の各パラメータのウェーハ処理毎のデータをもとに、次のウェーハ上の酸化膜厚を制御することで、製造ばらつきを低減でき、製品を高歩留で製造することができる。

（第３の実施形態）
図８、図９を参照しながら、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、全体の装置構成は、実施の形態１と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。

図８に第２の実施形態の酸化膜制御のフローチャートに、反射板６上にある酸化膜等を除去する工程を加えたフローチャートを示す。図１に示す熱処理装置において、ｎ枚目のウェーハ処理を時間ｔ_nで処理し（Ｓ７０１）、その際の熱処理装置の上述のパラメータをデータ収集部９が取得する（Ｓ７０２）。次に、膜厚演算部１０が、データ収集部９が取得したパラメータと、式（数１）とにより、ウェーハ面内複数点の酸化膜レートの予測値を算出し、それらから平均値Ｒｎを算出する（Ｓ７０３）。このとき、膜厚演算部１０は、平均値Ｒ_nと酸化膜厚ターゲットＴ_OXから、次のウェーハの処理時間ｔ_n+1を算出する（Ｓ７１１）。また、膜厚演算部１０は、各位置の酸化膜レートの予測値と次ウェーハの処理時間ｔ_n+1とから各位置の酸化膜厚の予測値を算出し（Ｓ７０４）、その予測膜厚が基準値内か否かを異常判定部１１が判定する（Ｓ７０５）。予測膜厚が基準値外の場合は、装置への次の製品投入を禁止する情報を異常判定部１１が生産システム１２へ伝達する（Ｓ７０６）。

このとき、異常判定部１１は、自身が保持するカウンターｍに１を加え（Ｓ７０７）、ｍを予め設定された基準回数ｍ_cと比較する（Ｓ７０８）。そして、カウンター値ｍが基準回数ｍ_cより小さい場合はウェーハの無い状態でチャンバー内にエッチングガスを導入し、反射板６に付着した酸化膜を除去する（Ｓ７０９）。カウンター値ｍが基準回数ｍ_c達した場合は、パイロメータ先端のクリーニング、反射板６やウェーハ支持部４の交換等の装置メンテナンスを行う（Ｓ７１０）。当該装置メンテナンスが実施された場合、上記カウンター値はリセットされる。また、予測膜厚が基準値内の場合、前記第２の実施形態と同様に、次ウェーハの処理のフロー（図８）が開始される。なお、次ウェーハ処理のフローでは、次ウェーハの処理時間ｔ_n+1をｔ_nへ置き換えて使用する（Ｓ７１２）。

ウェーハ面内の全点における酸化膜厚が基準内に無い（均一性が悪化した）場合、前述のように反射板６に酸化膜が形成されていることが考えられる。そこで、エッチングガスを導入し、それを除去することで酸化膜厚が変動する要因を取り除く。予めエッチングガスの導入回数を決めておき、その回数になった際には熱処理装置のメンテナンスを実施する。

図９にチャンバー内へのエッチングガス導入図を示す。ウェーハの無い状態でチャンバー内にエッチングガスを導入し、反射板６の酸化膜を除去する。

以上のように、本実施形態によれば、酸化膜厚のウェーハ面内均一性が悪化した際に、装置メンテナンスによる装置の長期停止を伴わず、装置稼働率の向上を図ることができる。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、ウェーハ面内の酸化膜厚や不純物濃度を精度よく制御し、製造ばらつきを低減し、製品歩留を向上させる製造技術として有用である。

本発明の第１の実施形態における半導体装置の熱処理装置の構成図 本発明の第１の実施形態の熱処理装置におけるパイロメータの配置を示す図 第１の実施形態における熱処理装置の酸化膜厚平均値と均一性の予測値と実測値の比較図 第１の実施形態における熱処理装置のウェーハ面内の酸化膜厚分布の予測値と実測値の比較図 第１の実施形態における熱処理装置のプロセス制御部における予測膜厚の異常を判定するフローチャート 本発明の第２の実施形態における熱処理装置の酸化膜レートの予測値を用いて酸化膜厚を制御するフローチャート 第２の実施形態における熱処理装置の酸化膜厚制御を行った場合の予測値と実測値の比較図 本発明の第３の実施形態における熱処理装置の酸化膜厚制御に加え、反射板の酸化膜除去する工程を加えたフローチャート 第３の実施形態における熱処理装置の反射板の酸化膜除去のためのエッチングガス導入概要図

符号の説明

１ ランプ室
２ ランプ
３ ウェーハ
４ ウェーハ支持部
５ パイロメータ
６ 反射板
７ （熱処理）装置制御部
８ プロセス制御部
９ データ収集部
１０ 膜厚演算部
１１ 異常判定部
１２ 生産システム

Claims (10)

1. チャンバー内に設置されたウェーハを加熱下で処理する工程を含む、半導体装置の製造方法であって、
   前記加熱処理工程が、
   前記チャンバー内に設置されたウェーハの放射率を測定する工程と、
   予め取得された、前記チャンバー内に設置されたウェーハを加熱する熱源から放射される熱エネルギー量およびウェーハの放射率と、付与された熱エネルギー量に依存して変動するウェーハの物理量の変動レートとの対応関係を示す予測式と、前記測定された放射率とに基づいて、前記物理量の変動レートを算出する工程と、
   前記算出された変動レートに基づいて、前記物理量が所定値となる処理時間を算出する工程と、
   前記算出された処理時間により、加熱処理を行う工程と、
   を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
2. チャンバー内に設置されたウェーハを加熱下で処理する工程を含む、半導体装置の製造方法であって、
   前記加熱処理工程が、
   前記チャンバー内に設置されたウェーハの放射率を測定する工程と、
   予め取得された、前記チャンバー内に設置されたウェーハを加熱する熱源から放射される熱エネルギー量およびウェーハの放射率と、付与された熱エネルギー量に依存して変動するウェーハの物理量の変動レートとの対応関係を示す予測式と、前記測定された放射率とに基づいて、前記物理量の変動レートを算出する工程と、
   前記予測された物理量の変動レートと予定処理時間とに基づいて、予定処理時間経過後のウェーハの前記物理量を算出する工程と、
   前記算出された物理量が予め設定された範囲に属するか否かを判定する工程と、
   前記算出された物理量が予め設定された範囲に属すると判定された場合に、加熱処理を行う工程と、
   を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
3. 前記物理量がウェーハ上の複数点についてそれぞれ算出され、算出された物理量のウェーハ面内均一性が予め設定された範囲外に属すると判定された場合に、前記加熱処理工程を停止する、請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記予測式が、ウェーハの品種に依存したウェーハ放射率を含む請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記予測式が、仮想的な熱エネルギーロスを含む請求項１記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記予測式が、仮想的な熱エネルギーロスを含む請求項２記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記加熱処理がランプ加熱式の熱処理装置において実施され、前記熱エネルギーロスが、ウェーハ下に配置された反射板に膜が付着することにより変化した、反射板の反射率あるいは放射率から算出される請求項５記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記加熱処理がランプ加熱式の熱処理装置において実施され、前記熱エネルギーロスが、ウェーハ下に配置された反射板に膜が付着することにより変化した、反射板の反射率あるいは放射率から算出される請求項６記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記加熱処理がランプ加熱式の熱処理装置において実施され、前記熱エネルギーロスが、ランプ室の圧力から算出される請求項５または６記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記算出された物理量が前記範囲外に属すると判定された場合に、前記反射板に付着した膜を、ウェーハが無い状態で前記チャンバー内にエッチングガスを流すことにより除去する、請求項８記載の半導体装置の製造方法。

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