特許 7374682 抵抗率測定器、半導体装置の製造方法および抵抗率測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-27

(45)【発行日】2023-11-07

(54)【発明の名称】抵抗率測定器、半導体装置の製造方法および抵抗率測定方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20231030BHJP

   G01R 27/02 20060101ALI20231030BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 B

G01R27/02 R

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019168864

(22)【出願日】2019-09-17

(65)【公開番号】P2021048200

(43)【公開日】2021-03-25

【審査請求日】2022-09-15

(73)【特許権者】

【識別番号】592230092

【氏名又は名称】株式会社国際電気セミコンダクターサービス

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】明地 良浩

(72)【発明者】

【氏名】榎戸 啓行

(72)【発明者】

【氏名】長沼 敏之

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 崇

(72)【発明者】

【氏名】垣内 宗成

【審査官】河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２２５９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１２１４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０３８６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０２９９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０７２１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１１００９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｇ０１Ｒ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定物が載置される台と、
前記被測定物に複数の探針を接触させるプローブと、
前記プローブを水平方向に移動させる水平駆動部と、
前記プローブを上下方向に動作させる上下駆動部と、
前記被測定物と前記プローブの押し込み量を測定する変位計と、
前記水平駆動部により前記プローブを前記被測定物の測定位置に移動させ、前記上下駆動部により前記被測定物に前記プローブを接触させ、前記変位計により前記プローブが前記被測定物に押し込まれる量を実測し、この実測値と任意の設定値と比較し、誤差が閾値外の場合は、該誤差を補正するように制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記被測定物に前記プローブを接触させ、前記複数の探針のうちの一つの第一探針と前記複数の探針のうちの他の一つの第二探針との間の電圧値に応じて基準位置を判定するよう構成されている抵抗率測定器。

【請求項2】

前記制御部は、前記第一探針と前記第二探針の間の電圧値が閾値内であれば、前記プローブの前記被測定物との接触位置を基準位置に設定するよう構成されている請求項１記載の抵抗率測定器。

【請求項3】

前記制御部は、前記第一探針と前記第二探針の間の電圧値が閾値外であれば、前記プローブの下降を再実行するように構成されている請求項１記載の抵抗率測定器。

【請求項4】

前記制御部は、前記プローブの下降の再実行を所定回数実行しても、前記探針と前記探針の間の電圧値が閾値外であれば、抵抗率測定を停止するように構成されている請求項３記載の抵抗率測定器。

【請求項5】

前記制御部は、前記上下駆動部を昇降させて、前記押し込み量を調整するよう構成されている請求項１記載の抵抗率測定器。

【請求項6】

前記上下駆動部は、所定の重りを有するプローブを取り付け部と、モータ部と、上下駆動カム部と、カム受け部と、を少なくとも含む請求項１記載の抵抗率測定器。

【請求項7】

前記制御部は、前記上下駆動カム部の回転角度を調整するよう構成されている請求項６記載の抵抗率測定器。

【請求項8】

更に、表示部を備え、
前記制御部は、前記上下駆動カム部の回転角度を調整するよう構成されている請求項６記載の抵抗率測定器。

【請求項9】

前記被測定物は、シリコンウェーハを含むウェーハである請求項１記載の抵抗率測定器。

【請求項10】

前記制御部は、シリコンウェーハの抵抗率、ウェーハ表面に形成したエピタキシャルウェーハの抵抗率、表面から不純物を拡散又は注入した場合の拡散層又は注入層のシート抵抗または表面に生成した金属膜のシート抵抗のうち少なくとも一つを測定することが可能に構成されている請求項１記載の抵抗率測定器。

【請求項11】

被測定物が載置される台と、前記被測定物に複数の探針を接触させるプローブと、前記プローブを水平方向に移動させる水平駆動部と、前記プローブを上下方向に動作させる上下駆動部と、前記被測定物と前記プローブの押し込み量を測定する変位計と、前記水平駆動部により前記プローブを前記被測定物の測定位置に移動させ、前記上下駆動部により前記被測定物に前記プローブに接触させ、前記変位計により前記プローブが前記被測定物に押し込まれる量を実測し、この実測値と任意の設定値と比較し、誤差が閾値外の場合は、該誤差を補正するように制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記被測定物に前記プローブを接触させ、前記複数の探針のうちの一つの第一探針と前記複数の探針のうちの他の一つの第二探針との間の電圧値に応じて基準位置を判定するよう構成されている抵抗率測定器により、前記被測定物の抵抗率またはシート抵抗を測定する工程と、
測定した前記抵抗率または前記シート抵抗に基づいて半導体製造装置のプロセス条件を設定する工程と、
設定されたプロセス条件に基づいて半導体ウェーハを処理する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。

【請求項12】

被測定物が載置される台と、前記被測定物に複数の探針を接触させるプローブと、前記プローブを水平方向に移動させる水平駆動部と、前記プローブを上下方向に動作させる上下駆動部と、前記被測定物と前記プローブの押し込み量を測定する変位計と、前記水平駆動部により前記プローブを前記被測定物の測定位置に移動させ、前記上下駆動部により前記被測定物に前記プローブに接触させ、前記変位計により前記プローブが前記被測定物に押し込まれる量を実測し、この実測値と任意の設定値と比較し、誤差が閾値外の場合は、該誤差を補正するように制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記被測定物に前記プローブを接触させ、前記複数の探針のうちの一つの第一探針と前記複数の探針のうちの他の一つの第二探針との間の電圧値に応じて基準位置を判定するよう構成されている抵抗率測定器により、前記被測定物の抵抗率またはシート抵抗を測定する工程を有する抵抗率測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、抵抗率測定器および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェーハの抵抗率測定装器は、シリコンウェーハの抵抗率、ウェーハ表面に形成したエピタキシャルウェーハの抵抗率、及び表面から不純物を拡散又は注入した場合の拡散層又は注入層のシート抵抗及び表面に生成した金属膜のシート抵抗等を測定する装置であり、測定結果は各半導体製造装置のプロセス条件へフィードバックされ、半導体デバイスの品質を均一に保つための重要な測定装置の一つである。このような測定装置としては、特許文献１や特許文献２がある。

【0003】

例えば、特許文献１には「プローブ上下駆動部には、プローブ取付金具、カム受け、ステッピングモータ、カム受けの先端部と常に接触状態を保つことによってプローブ取付金具の重さをステッピングモータの軸上で支える上下駆動カムが配設され、制御部はステッピングモータの軸と上下駆動カムとは所望の制御情報に従って定まる速度と角度の回転動作をし、４探針プローブの上下位置制御が行われ、探針の接触状態が半導体ウェーハの種類に応じた所望の接触状態に設定されるように構成される。」ことが記載されている。また、特許文献２には「測定ステージ上に載置された半導体ウェーハ上面に接触して半導体ウェーハの抵抗率を測定するために複数個の４探針プローブを備え、半導体ウェーハの種類に対応して選択される複数個のプローブ上下駆動部のうちの１つを動作させ、適切な４探針プローブを選択し、その選択されたプローブにより、半導体ウェーハの抵抗率を測定するように構成されている。」ことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－３１１００９号公報

【文献】特開２００３－１６３２４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、実際の製造ラインで取り扱う半導体ウェーハの反り、たわみ、厚み等の違いにより、特許文献１のような予めメモリに格納された所望の制御情報（回転角度と荷重の制御プログラム）では面内測定座標位置で荷重の誤差が生じることがある。

【0006】

本開示の課題は、上記問題を解決し、半導体ウェーハ膜種毎及び測定座標毎に生じる荷重の誤差を補正し、抵抗率測定値の安定性及び再現性を向上できる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様によれば、
被測定物が載置される台と、被測定物に複数の探針を接触させるプローブと、プローブを水平方向に移動させる水平駆動部と、プローブを上下方向に動作させる上下駆動部と、被測定物とプローブの押し込み量を測定する変位計と、水平駆動部によりプローブを被測定物の測定位置に移動させ、上下駆動部により被測定物にプローブに接触させ、変位計によりプローブが被測定物に押し込まれる量を実測し、この実測値と任意の設定値と比較し、誤差が閾値外の場合は、該誤差を補正するように制御する制御部と、を備える技術が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、抵抗率測定値の安定性及び再現性を向上することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態に係る半導体ウェーハ抵抗率測定器の構成を示すブロック図である。

【図2】本開示の一実施形態に係るプローブ上下駆動部と４探針プローブと半導体ウェーハと測定ステージと変位計の構成を示す外観図である。

【図3】探針の押込み量、上下駆動カム回転角度とカム応力の関係を示した実験値を表すグラフである。

【図4】本開示の一実施形態に係る測定動作を示すフローチャートである。

【図5】４探針測定法の４探針プローブと定電流源と電圧計と半導体ウェーハの関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の一実施形態について図１から図５を参照しながら説明する。

【0011】

図１に示すように、半導体ウェーハの抵抗率測定器１００は、測定ステージ１、操作部３、４探針プローブ４、計測部５、プローブ上下駆動部６、プローブ水平駆動部７、ステージ回転駆動部８、電源部９、制御部１０、表示部１１および変位計１２により構成される。

【0012】

測定ステージ１は、上面が円盤状であり、測定対象（被測定物）の半導体ウェーハ２が載置される台である。操作部３は半導体ウェーハ２の上面の所要の測定点位置を指定する情報を制御部１０へ出力する。４探針プローブ４は測定ステージ１の上に載置された半導体ウェーハ２の上面に接触して半導体ウェーハ２の抵抗率を測定する４本の探針４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを有するプローブである。計測部５は半導体ウェーハ２の抵抗率を測定するために４探針プローブ４に電気的に接続される。

【0013】

プローブ上下駆動部６は４探針プローブ４の各探針４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを独立して上下方向に移動させ、半導体ウェーハ２に接触させる上下駆動部である。プローブ水平駆動部７はプローブ上下駆動部６と４探針プローブ４とを測定ステージ１の半径方向、すなわち、半導体ウェーハ２の直径方向に移動させる水平駆動部である。ステージ回転駆動部８は測定ステージ１を回転させ所定の角度で止める。プローブ水平駆動部７およびステージ回転駆動部８の両者の動作により、半導体ウェーハ２の所望の位置における抵抗率の測定を可能にする。

【0014】

電源部９は抵抗率測定器１００の各部を作動させる電力を供給する。制御部１０はＣＰＵとＣＰＵが実行する制御プログラムを格納するメモリとを備え、操作部３から指令された制御情報に従いステージ回転駆動部８とプローブ水平駆動部７とプローブ上下駆動部６を駆動制御し、半導体ウェーハ２の上面の指定された測定点位置に４探針プローブ４が接触するように制御する。表示部１１は測定点位置や測定した結果の抵抗率などのデータを表示する。

【0015】

変位計１２は４探針プローブ４近傍に設けられ、制御部１０から任意に設定された制御情報（押込み量）に従って、４探針プローブ４がプローブ上下駆動部６によって上下位置制御が行われた際に、半導体ウェーハ２上面と４探針プローブ４の間の実変位量を測定し、その実変位量を制御部１０にフィードバックし、任意に設定された制御情報（押込み量）と一致しているかどうか判定し、誤差がある場合は一致するように補正するものである。

【0016】

図1において、その動作は、測定ステージ1上に載置された半導体ウェーハ２の上面に、操作部３から入力された制御情報に基づき制御された４探針プローブ４が接触し、半導体ウェーハ２の抵抗測定が行われる。

【0017】

次に、プローブ上下駆動部６について図２を用いて説明する。プローブ上下駆動部６は、プローブ取付金具６ａ、カム受け６ｈ、重り６ｅ、上下駆動カム６ｆおよびステッピングモータ６ｇから構成される。

【0018】

プローブ取付金具６ａには４探針プローブ４が取り付けられる。カム受け６ｈはプローブ取付金具６ａに一体化されたプローブ上下駆動力を受ける。重り６ｅはプローブ上下駆動部６に垂直方向の静荷重を与える十分な質量を有する。上下駆動カム６ｆはステッピングモータ６ｇの軸に連結され、かつ、カム受け６ｈの先端部と常に接触状態を保つことによって、重り６ｅの重さを含むプローブ取付金具６ａの重さをステッピングモータ６ｇの軸上で支える。上下駆動カム６ｆは、例えば偏心された円形カム形状を有し回転角度によってカム受け６ｈを上下移動させることができる。ステッピングモータ６ｇはプローブ取付金具６ａに支持されたカム受け６ｈと、当該プローブ取付金具６ａとは独立する支持部材に支持された上下駆動カム６ｆと、が軸結合され、制御部１０から指令される制御情報に従い任意の回転角度の位置で回転・停止することができる。

【0019】

以上の構成により、半導体ウェーハ２の種類に適切なプローブに加える荷重とプローブ上下移動速度を有した制御情報に従ってプローブ上下駆動部６を制御し、４探針プローブ４と半導体ウェーハ２の適切な接触を実現して半導体ウェーハ２の抵抗率を測定する。

【0020】

ここで、図３は探針４ａ～４ｄの押込み量、上下駆動カム６ｆの回転角度と半導体ウェーハ２への荷重となるバネ応力の関係を示した実験値を表している。また、制御部１０には、図３のグラフに表されているような押込み量、上下駆動カム６ｆの回転角度と荷重の関係が制御プログラムとして予め制御部１０の記憶装置に格納されている。このように、制御部１０が上下駆動カム６ｆの回転角度を調整して、４探針プローブ４を図３に示される任意の位置（押込み量）で停止させることによって、探針４ａ～４ｄが半導体ウェーハ２に加える荷重を設定でき、半導体ウェーハ２の表面材質に適合させるように任意に接触圧を制御することができる。

【0021】

次に、半導体ウェーハの抵抗率測定器１００による抵抗率の測定方法について図４を用いて説明する。

【0022】

（ステップＳ１）
制御部１０は、プローブ水平駆動部７により、プローブ上下駆動部６と４探針プローブ４を直径方向に移動させ、またステージ回転駆動部８により、半導体ウェーハ２が載置され測定ステージ１を回転させ、半導体ウェーハ２の所望の位置に４探針プローブ４を移動させる。

【0023】

（ステップＳ２)
制御部１０は、プローブ上下駆動部６により、４探針プローブ４を任意の押込み量設定で下降させ半導体ウェーハ２に探針４ａ～４ｄを接触させる。

【0024】

（ステップＳ３）
接触基準位置（押込み量が０．００ｍｍの位置）の判定は、図５に示すように、制御部１０が４探針プローブ４の探針４ｂと探針４ｃとの間の電圧を電圧計１４でモニタし、その電圧が０ｍＶ±しきい値以内か判定する。

【0025】

（ステップＳ４）
制御部１０は、ステップＳ３で探針４ｂと探針４ｃとの間の電圧が０ｍＶとなったときのタイミングを接触基準位置（押込み量が０．００ｍｍの位置）とする。

【0026】

（ステップＳ５）
制御部１０は、プローブ上下駆動部６により４探針プローブ４を上昇させる。

【0027】

（ステップＳ６）
制御部１０は、プローブ上下駆動部６により４探針プローブ４を任意の押込み量設定で下降させ半導体ウェーハ２に接触させる。

【0028】

（ステップＳ７）
制御部１０は、任意の押込み量設定値と変位計１２による実押込み量（変位量）の誤差がしきい値以内かどうかを判定する。

【0029】

（ステップＳ８）
任意の押込み量設定値と変位計１２による実押込み量（変位計量）の誤差がしきい値以内でない場合は、制御部１０は誤差を補正し、ステップＳ５に移って再実行する。なお、制御部１０は、４探針プローブ４の下降の再実行を所定回数実行しても、探針４ｂと探針４ｃの間の電圧値が閾値外であれば、抵抗率測定を停止する。この場合、制御部１０は、抵抗率測定の停止を示すアラームを表示部１１に表示する。

【0030】

（ステップＳ９）
前記の誤差がしきい値以内の場合は、制御部１０は抵抗率を測定する。

【0031】

本実施形態によれば、その動作は制御部１０から任意に設定された制御情報（押込み量）に従って、４探針プローブ４がプローブ上下駆動部６によって上下位置制御が行われた際に、変位計１２は半導体ウェーハ２上面と４探針プローブ４の間の実変位量を測定し、その実変位量を制御部１０にフィードバックし、任意に設定された制御情報（押込み量）と一致しているかどうか判定し、誤差がある場合は一致するように自動補正するものである。

【0032】

以上の構成により、半導体ウェーハ２の種類に適切なプローブに加える荷重とプローブ上下移動速度を有した制御情報に従ってプローブ上下駆動部６を制御し、４探針プローブ４と半導体ウェーハ２の適切な接触を実現して半導体ウェーハ２の抵抗率を測定することが可能である。

【0033】

シリコンウェーハの抵抗率、ウェーハ表面に形成したエピタキシャルウェーハの抵抗率、表面から不純物を拡散又は注入した場合の拡散層又は注入層のシート抵抗、表面に生成した金属膜のシート抵抗等を本実施形態の半導体ウェーハの抵抗率測定器で測定し、測定結果を各半導体製造装置のプロセス条件へフィードバックし、すなわち、半導体製造装置に測定結果に基づいてプロセス条件を設定し、そのプロセス条件により半導体製造装置が半導体ウェーハを処理することにより、半導体装置の品質の均一性を向上することが可能になる。

【0034】

＜本開示の好ましい態様＞
以下、本開示の好ましい態様について付記する。

【0035】

（付記１）
本開示の一態様によれば、
被測定物が載置される台と、
前記被測定物に複数の探針を接触させるプローブと、
前記プローブを水平方向に移動させる水平駆動部と、
前記プローブを上下方向に動作させる上下駆動部と、
前記被測定物と前記プローブの押し込み量を測定する変位計と、
前記水平駆動部により前記プローブを前記被測定物の測定位置に移動させ、前記上下駆動部により前記被測定物に前記プローブに接触させ、前記変位計により前記プローブが前記被測定物に押し込まれる量を実測し、この実測値と任意の設定値と比較し、誤差が閾値外の場合は、該誤差を補正するように制御する制御部と、
を備える抵抗率測定器が提供される。

【0036】

（付記２）
本開示の他の態様によれば、
被測定物が載置される台と、前記被測定物に複数の探針を接触させるプローブと、前記プローブを水平方向に移動させる水平駆動部と、前記プローブを上下方向に動作させる上下駆動部と、前記被測定物と前記プローブの押し込み量を測定する変位計と、前記水平駆動部により前記プローブを前記被測定物の測定位置に移動させ、前記上下駆動部により前記被測定物に前記プローブに接触させ、前記変位計により前記プローブが前記被測定物に押し込まれる量を実測し、この実測値と任意の設定値と比較し、誤差が閾値外の場合は、該誤差を補正するように制御する制御部と、を備える抵抗率測定器によりシリコンウェーハの抵抗率、ウェーハ表面に形成したエピタキシャルウェーハの抵抗率、表面から不純物を拡散又は注入した場合の拡散層又は注入層のシート抵抗または表面に生成した金属膜のシート抵抗を測定する工程と、
測定した前記抵抗率または前記シート抵抗に基づいて半導体製造装置のプロセス条件を設定する工程と、
設定されたプロセス条件に基づいて半導体ウェーハを処理する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。

【0037】

（付記３）
付記１の抵抗率測定器において、好ましくは、
前記制御部は、前記複数の探針のうちの一つの第一探針と前記複数の探針のうちの他の一つの第二探針との間の電圧値に応じて前記測定位置が基準位置か判定するよう構成されている。

【0038】

（付記４）
付記３の抵抗率測定器において、好ましくは、
前記制御部は、前記第一探針と前記第二探針の間の電圧値が閾値内であれば前記測定位置を基準位置に設定するよう構成されている。

【0039】

（付記５）
付記３の抵抗率測定器において、好ましくは、
前記制御部は、前記第一探針と前記第二探針の間の電圧値が閾値外であれば、前記プローブの下降を再実行するように構成されている。

【0040】

（付記６）
付記４の抵抗率測定器において、好ましくは、
前記制御部は、前記プローブの下降の再実行を所定回数実行しても、前記探針と前記探針の間の電圧値が閾値外であれば、抵抗率測定を停止するように構成されている。

【0041】

（付記７）
付記１の抵抗率測定器において、好ましくは、
前記制御部は、前記上下駆動部を昇降させて、前記押し込み量を調整するよう構成されている。

【0042】

（付記８）
付記７の抵抗率測定器において、好ましくは、
前記上下駆動部は、所定の重りを有するプローブを取り付け部と、モータ部（ステッピングモータ）と、上下駆動カム部と、カム受け部と、を少なくとも含む。

【0043】

（付記９）
付記８の抵抗率測定器において、好ましくは、
前記制御部は、前記上下駆動カム部の回転角度を調整するよう構成されている。

【0044】

（付記１０）
付記１の抵抗率測定器において、好ましくは、
更に、表示部を有し、
前記制御部は、抵抗率測定の停止を示すアラームを前記表示部に表示するよう構成されている。

【符号の説明】

【0045】

１・・・測定ステージ（台）
２・・・半導体ウェーハ（被測定物）
４・・・４探針プローブ（プローブ）
４ａ～４ｄ・・・探針
６・・・プローブ上下駆動部（上下駆動部）
７・・・プローブ水平駆動部（水平駆動部）
１０・・・制御部
１２・・・変位計
１００・・・抵抗率測定器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】