JP2018159875A - 半導体装置の製造システム及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留りを向上させた半導体装置の製造システム及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体装置の製造システムは、第１加工装置及び第２加工装置と、測定部と、解析部と、を備える。前記第１加工装置及び第２加工装置は、ウェーハ内の基板に成膜処理を行う。前記測定部は、前記第１加工装置の成膜後に前記ウェーハの形状に関する第１の値を測定し、前記第１の値に基づいて前記ウェーハの歪みに関する第２の値を測定する。前記解析部は、前記第１加工装置の処理情報と、前記第２の値と、前記第２加工装置の情報と、に基づいて、前記第２加工装置の成膜条件を調整する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置の製造システム及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造には、成膜処理においてリソグラフィ法が用いられている。半導体装置において、微細化と共に積層数が増えるにつれてリソグラフィ法の重ね合わせ精度が低下することが懸念として挙げられる。重ね合わせ精度の低下は、歩留りの低下を引き起こすことから、その改善が求められている。

特開２０１０−５２９６５９号公報 特開２０１４−５３４６３１号公報 特開２０１５−４３４５２号公報

本発明の実施形態は、歩留りを向上させた半導体装置の製造システム及び半導体装置の製造方法を提供する。

本発明の実施形態によれば、第１加工装置及び第２加工装置と、測定部と、解析部と、を備える半導体装置の製造システムが提供される。前記第１加工装置及び第２加工装置は、ウェーハ内の基板に成膜処理を行う。前記測定部は、前記第１加工装置の成膜後に前記ウェーハの形状に関する第１の値を測定し、前記第１の値に基づいて前記ウェーハの歪みに関する第２の値を測定する。前記解析部は、前記第１加工装置の処理情報と、前記第２の値と、前記第２加工装置の情報と、に基づいて、前記第２加工装置の成膜条件を調整する。

実施形態に係る半導体装置の製造システムを示す図である。 実施形態に係る半導体装置の製造システムを示す図である。 実施形態に係る半導体装置の特性を示すグラフ図である。 実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフロー図である。 実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す別のフロー図である。 実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いた例を示す図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（本実施形態）
図１は、半導体装置の製造システム１を示すブロック図である。
図１に示すように、半導体装置の製造システム１には、加工装置１０と、ウェーハ移載装置２０と、測定部３０と、解析部４０と、記憶部５０と、制御部６０と、が設けられている。

加工装置１０は、例えば、ウェーハに成膜処理を行う装置である。例えば、成膜処理においては、加工装置１０のステージ上にウェーハを載置する。ウェーハは、例えば、シリコンウェーハである。例えば、加工装置１０の成膜処理によって、基板を含むウェーハ上に膜が形成される。加工装置１０は、露光処理を行う装置でも良い。

加工装置１０は、複数設けられる。例えば、半導体装置の製造システム１には、加工装置１０Ａ及び加工装置１０Ｂが設けられる。例えば、加工装置１０Ａの成膜処理によって、基板上に下層の積層体が形成され、加工装置１０Ｂの成膜処理によって、下層の積層体上に上層の積層体が形成される。加工装置１０の数は任意である。
ウェーハ移載装置２０は、ウェーハをソートし、ノッチ角度を設定した角度にする装置である。

測定部３０は、加工装置１０の成膜処理の前後に、面内位置毎のウェーハの形状に関する値を測定する。ここで、ウェーハの形状に関する値とは、例えば、ウェーハの厚み、ウェーハの高さ、ウェーハ面の平坦度、ウェーハの位置ずれ（距離）、ウェーハに対する応力の値である。
例えば、ウェーハの厚みは、マイクロメートル単位で表され、ウェーハの高さ及びウェーハ面の平坦度は、ナノメートル単位で表される。例えば、ウェーハの位置ずれは、距離であって、ナノメートル単位で表される。例えば、ウェーハに対する応力の値は、ウェーハ上に形成された積層体による応力の値であってパスカル単位で表される。
測定部３０によって測定された値は、測定部３０の処理履歴として記憶部５０に記憶される。

測定部３０は、加工装置１０Ａの成膜処理による下層の積層体の形成後、ウェーハの形状に関する値を測定する。例えば、測定部３０は、下層の積層体の形成後、上層の積層体の形成前に、ウェーハの位置ずれの値を測定する。そして、ウェーハの位置ずれの値に基づいて、ウェーハの面内歪みＩＰＤ（In-Plane Displacement/Distortion)が測定される。その後、加工装置１０Ａによるウェーハの面内歪みＩＰＤ（図３参照）は、加工装置１０Ａの処理履歴（contextデータ）と共に、記憶部５０に記憶される。

測定部３０は、下層の積層体の形成前に、ウェーハの位置ずれの値を測定しても良い。
測定部３０は、上層の積層体の形成後に、ウェーハの位置ずれの値を測定しても良く、ウェーハの位置ずれの値に基づいて、ウェーハの面内歪みＩＰＤが測定されても良い。この場合、加工装置１０Ｂによるウェーハの面内歪みＩＰＤは、加工装置１０Ｂの処理履歴と共に、記憶部５０に記憶される。

解析部４０は、加工装置１０Ａの成膜処理による下層の積層体の形成後、測定部３０の測定結果に基づいて、成膜パラメータを計算して最適化する。成膜パラメータは、例えば、ウェーハのノッチ角度である。解析部４０は、例えば、演算装置を含む。

例えば、解析部４０は、下層の積層体の形成後、上層の積層体の形成前に、加工装置１０Ａの処理履歴と、加工装置１０Ａによるウェーハの面内歪みＩＰＤと、加工装置１０Ｂのデータと、に基づいて、ウェーハのノッチ角度を算出する。加工装置１０Ｂのデータは、加工装置１０Ｂによるウェーハの面内歪みＩＰＤを含む。加工装置１０Ｂのデータは、例えば、チャンバ及びステージのＱＣ（Quality Control)データを含んでも良い。また、加工装置１０Ｂのデータは、チャンバ及びステージ等の処理情報を含んでも良い。加工装置１０Ｂのデータは、記憶部５０に記憶される。

記憶部５０は、加工装置１０Ａ、１０Ｂの処理履歴を記憶する。また、記憶部５０は、測定部３０の測定結果（測定部３０の処理履歴、及び、加工装置１０Ａ、１０Ｂによるウェーハの面内歪みＩＰＤ）を記憶する。記憶部５０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。

制御部６０は、加工装置１０、ウェーハ移載装置２０、測定部３０及び解析部４０の動作を制御する。
測定部３０、解析部４０、記憶部５０及び制御部６０によって、半導体装置の加工を制御する制御装置が構成される。なお、制御部６０に測定部３０及び解析部４０が含まれても良く、解析部４０が測定部３０による測定処理を行っても良い。

次に、半導体装置の製造システム１の構成例を説明する。
図２は、半導体装置の製造システム１のフローを示すブロック図である。
図２に示すように、まず、下層の積層体の形成前に、測定部３０によって、ウェーハの位置ずれの値を測定する。測定部３０によって測定されたウェーハの位置ずれの値は、測定部３０の処理履歴Ｃ１として記憶部５０に記憶される。ウェーハの位置ずれの値は、加工装置１０Ａに送られても良い。

次に、加工装置１０Ａは、成膜処理を行って、基板上に下層の積層体を形成する。例えば、加工装置１０Ａは、測定部３０から送られたウェーハの位置ずれの値に基づいて成膜処理を行い、基板上に下層の積層体を形成する。加工装置１０Ａの処理履歴Ｃ２は記憶部５０に記憶される。

次に、測定部３０は、下層の積層体の形成後、ウェーハの位置ずれの値を測定し、加工装置１０Ａによるウェーハの面内歪みＩＰＤ１を測定する。測定部３０によって測定されたウェーハの位置ずれの値は、測定部３０の処理履歴Ｃ３として記憶部５０に記憶される。測定部３０によって測定されたウェーハの位置ずれの値は、加工装置１０Ｂに送られても良い。ウェーハの面内歪みＩＰＤ１は、下層ＩＰＤとして記憶部５０に記憶される。

次に、解析部４０は、記憶部５０から加工装置１０Ｂのデータを取得する。加工装置１０Ｂのデータは、加工装置１０Ｂによるウェーハの面内歪みＩＰＤ２を含む。ウェーハの面内歪みＩＰＤ２は、上層ＩＰＤとして記憶部５０に予め記憶されている。加工装置１０Ｂのデータは、例えば、チャンバ及びステージのＱＣデータを含んでも良い。また、加工装置１０Ｂのデータは、チャンバ及びステージ等の処理情報を含んでも良い。
図２に示す例では、解析部４０は、記憶部５０から加工装置１０Ｂ１〜１０Ｂ３によるウェーハの面内歪みＩＰＤ２を取得する。

次に、解析部４０は、加工装置１０Ａの処理履歴Ｃ２と、ウェーハの面内歪みＩＰＤ１と、加工装置１０Ｂのデータと、に基づいて、下層の積層体上に上層の積層体が形成する場合の成膜パラメータを計算して最適化する。例えば、膜応力によるウェーハの面内歪みを低減するように、ウェーハのノッチ角度を計算して最適化する。ここで、加工装置１０Ａの処理履歴Ｃ２、及び、ウェーハの面内歪みＩＰＤ１は、下層の処理情報に相当し、加工装置１０Ｂのデータは、上層の情報に相当する。
解析部４０によって計算されたノッチ角度は、ウェーハ移載装置２０に送られる。

次に、ウェーハ移載装置２０は、解析部４０から送られたノッチ角度に基づいて、ウェーハのノッチ角度を設定した角度にする。その後、加工装置１０Ｂは、成膜処理を行って、下層の積層体上に上層の積層体を形成する。

次に、成膜パラメータの最適化の一例について説明する。
図３は、下層及び上層を有する積層体のＩＰＤにおいて、上層の形成時にウェーハのノッチ角度を最適化した場合のシミュレーション結果を示している。図３は、左から順に下層ＩＰＤ、上層ＩＰＤ及び積層ＩＰＤであって、ＩＰＤベクトルマップの分布をそれぞれ示している。

まず、ウェーハのノッチ角度を最適化する方法について説明する。
下層の積層体を形成した後の加工装置１０Ａによるウェーハの面内歪みＩＰＤ（ＩＰＤ１）を測定する。続いて、予め記憶されている加工装置１０Ｂによるウェーハの面内歪みＩＰＤ（ＩＰＤ２）から、例えば０〜３６０度回転させた場合のウェーハの面内歪みＩＰＤの予測値Ｖ１を計算する。

次に、加工装置１０Ａによるウェーハの面内歪みＩＰＤ（ＩＰＤ１）と、ウェーハの面内歪みＩＰＤの予測値Ｖ１と、を加算することで、積層後のウェーハの面内歪みＩＰＤの予測値Ｖ２を算出する。

次に、０〜３６０度の回転角度と、積層後のウェーハの面内歪みＩＰＤの予測値Ｖ２とから、積層後のウェーハの面内歪みＩＰＤにおいて、３ＳｉｇｍａＭａｇｎｉｔｕｄｅ値が最小となる回転角度を算出する。回転角度を算出することで、ウェーハのノッチ角度が最適化される。

例えば、このようなウェーハのノッチ角度を最適化する方法を用いた場合、３ＳｉｇｍａＭａｇｎｉｔｕｄｅ値が最小となる回転角度として１７６度を算出した。図３に示すように、ウェーハのノッチ角度を最適化して（例えば、ウェーハのノッチ角度を１７６度として）上層の積層体を形成すると、積層ＩＰＤにおけるＩＰＤベクトルマップは同心円状に分布され易い。なお、図３における濃淡の線は、ウェーハの面内歪みＩＰＤにおいて、ベクトルの向き及び大きさを示している。濃い線は、淡い線と比較してベクトルの大きさのずれ量が大きいことを示している。

したがって、図３に示すように、ウェーハのノッチ角度を最適化した場合、下層ＩＰＤにおけるＩＰＤベクトルマップと、上層ＩＰＤにおけるＩＰＤベクトルマップから、積層ＩＰＤにおけるＩＰＤベクトルマップが同心円状に分布され易い。つまり、ウェーハのノッチ角度を最適化した場合、積層ＩＰＤにおけるＩＰＤベクトルマップにおいて、淡い線が多く配置され、同心円状に分布され易くなる。これにより、成膜パラメータの一つであるウェーハのノッチ角度を調整することで、膜応力影響によるウェーハの面内歪みを低減できる。また、下層及び上層の重ね合わせに対する精度が向上すると共に、下層及び上層の重ね合わせを容易に制御できる。

次に、実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図４は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
図５は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す別のフロー図である。
図４及び図５は、加工装置１０Ａ、１０Ｂを用いて、基板上に、下層及び上層を有する積層体を形成することを示すフロー図である。
まず、図４における半導体装置の製造方法のフローを説明する。

図４に示すように、加工装置１０Ａは、成膜処理を行って、基板上に下層の積層体を形成する。加工装置１０Ａの処理履歴（処理履歴Ｃ２）は記憶部５０に記憶される。
次に、測定部３０は、下層の積層体の形成後、ウェーハの位置ずれの値を測定し、加工装置１０Ａによるウェーハの面内歪みＩＰＤを測定する（Ｓ１１０）。ウェーハの位置ずれの値は、測定部３０の処理履歴（処理履歴Ｃ３）として記憶部５０に記憶され、加工装置１０Ａによるウェーハの面内歪みＩＰＤ（ＩＰＤ１）は、下層ＩＰＤとして記憶部５０に記憶される。

次に、解析部４０は、加工装置１０Ｂの着工時にチャンバ及びステージ等の処理情報を取得する（Ｓ１２０）。チャンバ及びステージ等の処理情報は、加工装置１０Ｂのデータであって、記憶部５０から解析部４０に送られる。

次に、解析部４０は、加工装置１０Ｂによるウェーハの面内歪みＩＰＤ（ＩＰＤ２）を取得する（Ｓ１３０）。ウェーハの面内歪みＩＰＤ２は、加工装置１０Ｂのデータであって、上層ＩＰＤとして記憶部５０に記憶されている。解析部４０は、チャンバ及びステージのＱＣデータを取得しても良い。

次に、解析部４０は、加工装置１０Ａによるウェーハの面内歪みＩＰＤと、加工装置１０Ｂによるウェーハの面内歪みＩＰＤとに基づいて、下層の積層体上に上層の積層体を形成する場合に、膜応力によるウェーハの面内歪みを低減するようなウェーハのノッチ角度を計算する（Ｓ１４０）。解析部４０は、加工装置１０Ａ、１０Ｂによるウェーハの面内歪みＩＰＤに加えて、加工装置１０Ａや測定部３０の処理履歴に基づいてウェーハのノッチ角度を計算しても良い。解析部４０によって計算されたノッチ角度は、ウェーハ移載装置２０に送られる。

次に、ウェーハ移載装置２０は、解析部４０から送られたノッチ角度に基づいて、ウェーハのノッチ角度を設定した角度にする（Ｓ１５０）。
次に、加工装置１０Ｂは、成膜処理を行って、下層の積層体上に上層の積層体を形成する（Ｓ１６０）。

続いて、図５における半導体装置の製造方法のフローを説明する。
なお、図５のＳ１１０〜Ｓ１６０の工程は、図４のＳ１１０〜Ｓ１６０の工程と同じであるので詳細な説明は省略する。
図５に示すように、加工装置１０Ｂの成膜処理によって上層の積層体の形成後、ウェーハの面内歪みＩＰＤを測定する（Ｓ１７０）。測定部３０は、上層の積層体の形成後にウェーハの面内歪みＩＰＤを測定する。測定部３０によって測定されたウェーハの面内歪みＩＰＤは、露光装置に送られても良い。

次に、Ｓ１４０において計算されたウェーハのノッチ角度と、Ｓ１７０において測定されたウェーハの面内歪みＩＰＤとに基づいて、ウェーハのノッチ角度を再度計算する（Ｓ１８０）。解析部４０は、膜応力によるウェーハの面内歪みを低減するようなウェーハのノッチ角度を再度計算する。

次に、ウェーハのノッチ角度を再度計算することで、上層の積層体と下層の積層体の組み合わせ毎に最適なウェーハのノッチ角度を記憶する（Ｓ１９０）。例えば、このようなノッチ角度のデータは、テーブル等を用いて記憶部５０に記憶される。

次に、移動平均や加重平均に基づいて、Ｓ１９０において記憶されたノッチ角度を最適化する（Ｓ２００）。
その後、再度Ｓ１１０〜Ｓ１４０の工程が行われた後、Ｓ１５０においてウェーハのノッチ角度を設定する場合に、Ｓ２００において最適化されたノッチ角度が設定される。続いて、Ｓ１６０において、加工装置１０Ｂは、成膜処理を行って、下層の積層体上に上層の積層体を形成する。
つまり、Ｓ１１０〜Ｓ１６０の工程後、Ｓ１７０〜Ｓ２００の工程を行ってノッチ角度を再度最適化して、再度Ｓ１５０の工程が行われた場合にフィードバックする。

次に、本実施形態の効果について説明する。
図６は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いた例を示す図である。
３次元構造の半導体記憶装置の製造方法において、リソグラフィ工程における重ね合わせ制御は、ロット間やウェーハ間で積層による膜応力の影響でウェーハの面内歪みの傾向に差が生じる場合がある。したがって、露光直前のアライメント計測結果からウェーハの面内座標におけるずれ量を多項式近似することで算出された露光位置の補正値を用いて露光処理が行われている。更に、露光後の重ね合わせ検査結果からウェーハの面内座標におけるずれ量を多項式近似することで算出された露光位置の補正値を露光装置へフィードバックしている。

しかし、この制御方法では、露光直前のアライメント計測、及び、露光後の重ね合わせ検査の工程において、ウェーハの面内で多点計測をすることになる。そのため、露光装置及び重ね合わせ検査装置の処理の低下を引き起こす虞がある。

一方、リソグラフィ工程の以前で計測されたウェーハ形状計測結果のＩＰＤに基づいて露光位置の補正値を算出し、露光装置へフィードフォワード補正し露光する制御方法が提案されている。

しかし、この制御方法では、露光直前でウェーハの面内歪みが存在する工程の全てにおいてウェーハの形状計測が必要となるため、重ね合わせ精度制御は可能であるが、計測時間が長くなってしまう。また、計測工程数の増加に伴い製造コストが増加する虞がある。

本実施形態では、前工程におけるウェーハ形状計測結果のＩＰＤ、及び、処理履歴と、これから処理しようとする成膜工程におけるチャンバおよびステージ等の処理情報、及び、ウェーハ形状計測結果のＩＰＤに基づいて、膜応力によるウェーハの面内歪みを低減するように成膜パラメータを計算して最適化する。つまり、加工装置１０Ａによるウェーハの面内歪みＩＰＤと、加工装置１０Ａの処理履歴と、加工装置１０Ｂの着工時のチャンバ及びステージ等の処理情報と、加工装置１０Ｂによるウェーハの面内歪みＩＰＤとに基づいて、膜応力によるウェーハの面内歪みを低減するようにウェーハのノッチ角度を計算して最適化する。これにより、ロット間やウェーハ間でウェーハの面内歪みの傾向の差が減少するように成膜処理を行うことができる。

また、本実施形態では、ロット間及びウェーハ間でウェーハの面内歪みの傾向の差が減少し、リソグラフィ工程前にはＩＰＤが安定した下地ウェーハを供給できる。また、既存の重ね合わせ制御技術と組み合わせることで重ね合わせ精度を確保できる。

例えば、本実施形態における半導体装置の製造方法は、積層体の形成、及び、貫通孔の形成を交互に繰り返すことでメモリホールを形成する３次元構造の半導体記憶装置の製造に用いることができる。図６に示すように、基板７０上における下層の積層体８０Ａ、及び、上層の積層体８０Ｂの形成に用いることができる。また、下層の積層体８０Ａに形成された貫通孔９０に対して、上層の積層体８０Ｂに貫通孔を形成する場合の位置合わせに用いても良い。

前述した実施形態の機能を実現するように前述した実施形態の構成を動作させるプログラム（例えば、図４及び図５の処理を実行するプログラム）を記憶媒体に記憶させ、記憶媒体に記憶されたプログラムをコードとして読み出し、コンピュータにおいて実行する処理方法も上述の実施形態の範疇に含まれる。コンピュータ読み取り記録媒体は、本実施形態の範囲に含まれる。前述のコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体は、そのコンピュータプログラム自体も上述の実施形態に含まれる。

記録媒体として、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
前述の記録媒体に記憶されたプログラム単体で処理を実行しているものに限らず、他のソフトウェア、拡張ボードの機能と共同して、ＯＳ上で動作し前述の実施形態の動作を実行するものも前述した実施形態の範疇に含まれる。

本実施形態によれば、歩留りを向上させた半導体装置の製造システム及び半導体装置の製造方法を提供する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…製造システム、 １０、１０Ａ、１０Ｂ…加工装置、 ２０…ウェーハ移載装置、 ３０…測定部、 ４０…解析部、 ５０…記憶部、 ６０…制御部、 ７０…基板、 ８０Ａ、８０Ｂ…積層体、 ９０…貫通孔、 Ｃ１〜Ｃ３…処理履歴、 Ｖ１、Ｖ２…予測値

Claims (6)

1. ウェーハ内の基板に成膜処理を行う第１加工装置及び第２加工装置と、
   前記第１加工装置の成膜後に前記ウェーハの形状に関する第１の値を測定し、前記第１の値に基づいて前記ウェーハの歪みに関する第２の値を測定する測定部と、
   前記第１加工装置の処理情報と、前記第２の値と、前記第２加工装置の情報と、に基づいて、前記第２加工装置の成膜条件を調整する解析部と、
   を備えた半導体装置の製造システム。
2. 前記第１の値は、前記ウェーハの位置ずれに関する値であって、
   前記第２の値は、前記第１加工装置によるウェーハの面内歪みに関する値である請求項１記載の半導体装置の製造システム。
3. 前記第２加工装置の成膜条件は、前記ウェーハのノッチ角度である請求項１または２に記載の半導体装置の製造システム。
4. 前記第２加工装置の情報は、前記第２加工装置によるウェーハの面内歪みに関する値を含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造システム。
5. 前記第２加工装置の情報は、チャンバ及びステージの情報を含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造システムを用いた半導体装置の製造方法であって、
   ウェーハ内の基板上に第１膜を形成する工程と、
   前記ウェーハの形状に関する第１の値を測定し、前記第１の値に基づいて前記ウェーハの歪みに関する第２の値を測定する工程と、
   前記第１加工装置の処理情報と、前記第２の値と、前記第２加工装置の情報と、に基づいて、前記第２加工装置の成膜条件を調整する工程と、
   前記成膜条件に基づいて、前記第１膜上に第２膜を形成する工程と、
   を備えた半導体装置の製造方法。