(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造過程におけるある加工の進行状況を判定するための半導体装置の製造プロセス検査方法であって、
前記加工を経た半導体被加工体の表面の所望エリアからの画像を画像信号検出器により取り込み、
前記画像信号検出器を構成する複数のピクセルのうちの各ピクセルにおける画像信号強度をそれぞれ検出し、
各前記画像信号強度とその画像信号強度のピクセル数との関係に基づいて前記加工の進行状況を判定することを特徴とする半導体装置の製造プロセス検査方法。
【請求項２】
前記半導体被加工体の表面の前記所望エリアに光を照射し、その反射光を前記画像として取り込むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造プロセス検査方法。
【請求項３】
前記画像信号検出器としてＣＣＤを用いることを特徴とする、請求項２に記載の半導体装置の製造プロセス検査方法。
【請求項４】
前記半導体被加工体の表面の前記所望エリアに電子線を照射することにより、前記所望エリアからの画像を取り込むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造プロセス検査方法。
【請求項５】
前記画像信号検出器としてＳＥＭを用いることを特徴とする、請求項４に記載の半導体装置の製造プロセス検査方法。
【請求項６】
前記各画像信号強度とその画像信号強度の前記ピクセル数との関係に基づいて、一方の軸を前記画像信号強度、他方の軸を前記ピクセル数とした座標系に、ある画像信号強度を有するピクセル数を表すグラフを作成し、このグラフを評価することにより前記判定を行うことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造プロセス検査方法。
【請求項７】
前記各画像信号強度とその画像信号強度の前記ピクセル数との関係に基づいて、一方の軸を前記画像信号強度、他方の軸を前記ピクセル数とした座標系に、ある画像信号強度を有するピクセル数を表すグラフを作成し、このグラフを予め作成した基準グラフと比較することにより前記判定を行うことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造プロセス検査方法。
【請求項８】
前記基準グラフは、理論値に基づいて作成したものであることを特徴とする、請求項７に記載の半導体装置の製造プロセス検査方法。
【請求項９】
前記基準グラフは、実際に製造した半導体被加工体の実際の測定に基づいて作成したものであることを特徴とする、請求項７に記載の半導体装置の製造プロセス検査方法。
【請求項１０】
前記グラフの評価は、前記ピクセル数のピークの位置、前記ピクセル数のピーク数、前記ピクセル数のピークの大きさ、及び前記ピクセル数の分散の少なくともいずれか一つに基づいて行うことを特徴とする、請求項６に記載の半導体装置の製造プロセス検査方法。
【請求項１１】
半導体装置の製造方法であって、
半導体被加工体に対して研磨及び食刻のいずれか一方の加工を施し、
前記加工を経た前記半導体被加工体の表面の所望エリアからの画像を画像信号検出器により取り込み、
前記画像信号検出器を構成する複数のピクセルのうちの各ピクセルにおける画像信号強度を検出し、
各前記画像信号強度とその画像信号強度のピクセル数との関係に基づいて、前記加工の進行状況を判定することによりこの加工の終点を検出し、この終点の検出後に次の工程に移ることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体被加工体の表面の前記所望エリアに光を照射し、その反射光を前記画像として取り込むことを特徴とする、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記画像信号検出器としてＣＣＤを用いることを特徴とする、請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記半導体被加工体の表面の前記所望エリアに電子線を照射することにより、前記所望エリアからの画像を取り込むことを特徴とする、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記画像信号検出器としてＳＥＭを用いることを特徴とする、請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記各画像信号強度とその画像信号強度の前記ピクセル数との関係に基づいて、一方の軸を前記画像信号強度、他方の軸を前記ピクセル数とした座標系に、ある画像信号強度を有するピクセル数を表すグラフを作成し、このグラフを評価することにより前記判定を行うことを特徴とする、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記各画像信号強度とその画像信号強度の前記ピクセル数との関係に基づいて、一方の軸を前記画像信号強度、他方の軸を前記ピクセル数とした座標系に、ある画像信号強度を有するピクセル数を表すグラフを作成し、このグラフを予め作成した基準グラフと比較することにより前記判定を行うことを特徴とする、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記基準グラフは、理論値に基づいて作成したものであることを特徴とする、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記基準グラフは、実際に製造した半導体被加工体の実際の測定に基づいて作成したものであることを特徴とする、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記グラフの評価は、前記ピクセル数のピークの位置、前記ピクセル数のピーク数、前記ピクセル数のピークの大きさ、及び前記ピクセル数の分散の少なくともいずれか一つに基づいて行うことを特徴とする、請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造プロセスの検査方法及びその検査方法を用いた半導体装置の製造方法に関するものである。より詳しくは、例えば、半導体装置の製造の過程においてＣＭＰ又はＲＩＥ等のある加工を行った後の半導体被加工体が所望の半導体被加工体に加工されたかどうかを検査する方法、及びこの検査方法を用いてその加工の終点を検出した後に次の工程に移るようにした半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置における配線幅が微細化してきており、また、配線構造が多層構造化したものもある。かかる状況の下、半導体被加工体を平坦化処理するＣＭＰ（化学機械的研磨）や異方性エッチング技術の一つであるＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等は重要な技術となってきている。ＣＭＰやＲＩＥ等の処理を行った後の半導体被加工体の検査は種々の方法によって行われていた。即ち、光学顕微鏡などを用いて処理後の半導体被加工体の表面の状態を肉眼で検査する検査方法があった。また、加工後の半導体被加工体を測定し、その測定結果をコンピュータで処理することにより検査するという方法もあった。さらには、加工後の半導体被加工体検査として、それの表面の一部の各種の膜厚を測定し、その測定によって半導体被加工体の全体を判断するという方法があった。また、半導体被加工体の表面における反射光強度の平均値をもって半導体被加工体の表面の状態を判断するという方法もあった。
【０００３】
しかし、上記のような検査方法のうち、半導体被加工体におけるある膜の一部における膜厚測定をしただけでは、半導体被加工体全体の状態を判断するのは非常に困難である。また、上記のような膜厚測定によっては、微細配線部が適切に加工されたかどうかを検査することは難しい。さらに、この膜厚測定は、例えば半導体被加工体表面からの光の反射の率を基にして行われる。この場合、その反射率の解析をしなければならないが、この解析を行うためには正確に反射率を測定する必要がある。一方、上記反射光強度の平均値で半導体被加工体の表面の状態を判断する方法は、広い領域を測定対象とすることができるが、測定対象としての広い領域の全ての情報を必ずしも十分に利用しているとはいえない。したがって、検査結果の信頼性はあまり高いとはいえない。さらに、一般に、各プロセス工程中における半導体被加工体の検査時間は短いことが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半導体装置の製造の過程においてＣＭＰ又はＲＩＥ等のある加工を行った後の半導体被加工体の表面の状態を高い信頼性のもとで簡易に検査できるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造プロセス検査方法は、半導体装置の製造過程におけるある加工の進行状況を判定するための半導体装置の製造プロセス検査方法であって、前記加工を経た半導体被加工体の表面の所望エリアからの画像を画像信号検出器により取り込み、前記画像信号検出器を構成する複数のピクセルのうちの各ピクセルにおける画像信号強度をそれぞれ検出し、各前記画像信号強度とその画像信号強度のピクセル数との関係に基づいて前記加工の進行状況を判定するものとして構成される。
【０００６】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体被加工体に対して研磨及び食刻のいずれか一方の加工を施し、前記加工を経た前記半導体被加工体の表面の所望エリアからの画像を画像信号検出器により取り込み、前記画像信号検出器を構成する複数のピクセルのうちの各ピクセルにおける画像信号強度を検出し、各前記画像信号強度とその画像信号強度のピクセル数との関係に基づいて、前記加工の進行状況を判定することによりこの加工の終点を検出し、この終点の検出後に次の工程に移るものとして構成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の実施の形態の特徴を簡単に述べれば以下の通りになる。
【０００８】
半導体装置の製造工程の途中において、ＣＭＰ又はＲＩＥ等のプロセスを行った後に、例えばＸeランプからの光を半導体被加工体の表面に照射する。そして、該半導体被加工体から反射した光（反射光）をＣＣＤエリアセンサー（ＣＣＤ）により取り込み、ＣＣＤのピクセル（画素）毎にその反射光の強度を数値に変換する。そして、各ピクセルとそれの各反射光強度との関係に基づいて、各反射光強度とその強度におけるピクセル数との関係をグラフとして作成し、解析することにより、上記プロセスが適正に行われたかどうかの判定を行う。この判定で、対象とするプロセスが適正に行われたことが知得された後、次工程のプロセスへと移る。
【０００９】
以下、図面を参酌して本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１（ａ）−（ｆ）はダマシン配線を形成する一連の工程を示す断面図である。第１の実施形態は図１（ｄ）から図１（ｅ）への加工が適正に行われたかどうかを検査するもので、第２の実施形態は、図１（ｅ）から図１（ｆ）への加工が適正に行われたかどうかを検査するものである。よって、ここでは、図１（ｄ）−図１（ｅ）を用いて、第１の本実施形態を以下に述べる。
【００１１】
先ず、図１（ｄ）に示す製造の途中における半導体被加工体を加工して図１（ｅ）の半導体被加工体とする。即ち、図１（ｄ）に示すように、予め素子（不図示）が形成された半導体基板１に深さ４０００Åの溝５を形成した絶縁膜（酸化膜）２を形成する。そして、酸化膜２の表面にＴａＮライナー３を２００Å堆積し、さらにＣｕ膜４を６０００Å堆積する。次に、Ｃｕ膜４を研磨する（Ｃｕ  ｍａｉｎ  ＣＭＰ）。このとき、ＴａＮライナー３の表面（溝５の部分を除く）が図１（ｅ）に示すように露出した状態が適正な研磨が行われたことを示し、これがこの研磨を止めるべき時刻を示す。つまり、Ｃｕ膜４の研磨量は適正でなければならない。即ち、図１（ｄ）の状態から、図１（ｅ）の状態となるにはＣｕ膜４の研磨量が不足だったり、Ｃｕ膜４の研磨量が多すぎだったりしないようにする必要がある。Ｃｕ膜４の研磨量が適正かどうかを、つまり図１（ｄ）の状態から図１（ｅ）の状態へ向うに当り、アンダーポリッシングとなっていないかどうかを、下記の如くにして検査する。
【００１２】
図３は、この検査に使用する装置の全体を示すものである。図４はこの装置で用いられるＣＣＤエリアセンサー１０ａを具体的に示す。図４に示すように、このＣＣＤエリアセンサー１０ａは、５１２×５１２＝２６２１４４ピクセルから構成されている。
【００１３】
この図３に示す装置を使用するには、先ずＸｅランプ７から光を照射する。この光は、ハーフミラー８及びレンズ９を通過し、検査対象としての半導体被加工体６ａの表面の測定領域ＭＡを照射する。ここを照射した光は反射する。目的に応じて光学系の倍率等は自由に設定できる。測定領域ＭＡでの上記の反射光はさらにハーフミラー８を通ってＣＣＤエリアセンサー１０ａに至り、取り込みが行われる。第１の実施形態において、この反射光の前記ＣＣＤエリアセンサー１０ａにおける各ピクセルによる取り込みは、各ピクセルに、半導体被加工体６ａの表面の高々１つの配線からの反射光が入射し、複数の配線からの反射光は同時には入射しないように光学系の倍率を設定して行われる。ＣＣＤエリアセンサー１０ａの各ピクセルに取り込まれた反射光は、その反射光の強度に対応する電気信号に変換される。変換された電気信号は、１６ビットＡ／Ｄコンバータ等を含んだデータ処理回路１０ｂにより、ピクセル毎に０〜６５５３５（２１６−１）のカウント（反射光強度）に変換される。そして、０〜６５５３５の各カウント毎のピクセルの数がコンピュータにより算出される。この各カウントとピクセル数の関係をグラフ化したものが図５に示されるグラフである。ここには、適正に研磨されたグラフ（メタルクリア）Ａと、アンダーに研磨されたグラフ（メタル残り有り）Ｂの２つのグラフが示されている。具体的には、これらのグラフＡ及びグラフＢは、図５に示すように、横軸の反射光強度としてのカウントと、縦軸のピクセル数とによる座標系において示されている。この図５は、いわゆるピクセル数の度数分布を示す。
【００１４】
前述のように、Ｃｕ  ｍａｉｎ  ＣＭＰ後の半導体被加工体６ａにおいては、図１（ｅ）に示すように、Ｃｕ膜４のうち溝５に入り込んでいる部分以外のＣｕ膜４は除去され、この溝５内のＣｕ膜４のみが残存している。つまり、図１（ｅ）に示す、目的とされる状態に半導体被加工体６ａが加工された場合、溝５部以外の領域の上方においては、Ｃｕ膜４を研磨して、ＴａＮライナー３を露出させる。ここで、Ｃｕ膜４の反射率は、Ｃｕ膜４以外の領域（ＴａＮライナー３等の他の領域）における反射率に比べて高い。よって、目的とされる図１（ｅ）の状態に半導体被加工体６ａが加工された場合は、図５のメタルクリアのグラフＡに示すように、反射率の高いＣｕ膜４に基づくピークｐ１と、反射率の低い上記他の領域に基づくピークｐ２の２つのピークが生じる。右側のピークｐ１がＣｕ膜４に基づくピークであり、左側のピークｐ２が、ＴａＮライナー３が形成された領域に基づくピークである。他方、ＣＭＰが不十分で、検査対象となる半導体被加工体６ａの表面の大部分がＣｕ膜４で覆われている場合は、上記Ｘｅランプ７からの光のほとんどがＣｕ膜４上で反射をすることになる。よって、図５のメタル残り有りのグラフＢに示すように、Ｃｕ膜４に基づく１つのピークｐ３が生じる。
【００１５】
以上のように、本実施形態によれば、半導体被加工体に対してＣＭＰを行った後にそれを撮像してグラフを作成し、反射光強度の高い部分にピークが１つあればＣＭＰはアンダーポリッシングであると判断される。一方、高い反射光強度の部分とそれよりも低い部分との２カ所にピークがあれば、半導体被加工体は目的とされる状態に加工されたと判断される。すなわち、グラフにおけるピークの数・位置・大きさ等のいずれか又はこれらの任意のものの組み合わせを評価することによりＣＭＰ後の半導体被加工体を検査することができる。また、ＣＭＰ工程の途中にこの測定及び評価を行うことにより、ＣＭＰプロセスの終点を検出することができる。
【００１６】
なお、本実施形態においては、半導体被加工体を実測することにより得られたグラフを直接評価したが、このグラフを、実測又は理論値により得られた基準グラフと比較して評価を行うことも可能である。また、半導体被加工体の表面から画像を得るためにＸｅランプ７からの白色光を半導体被加工体に照射したが、紫外線や可視光線、赤外線などの単色光を半導体被加工体に照射してもよい。この単色光をＣＣＤエリアセンサー１０ａに取り込むに当たっては、半導体被加工体の表面で反射した単色光を直接取り込む以外に、半導体被加工体の表面で反射した白色光を単色フィルターで単色化して取り込んでもよい。
【００１７】
（第２の実施形態）
上述のように、この実施形態は、半導体被加工体の図１（ｅ）から図１（ｆ）の状態への加工が適正に行われたかどうかを検査するものである。よって、ここでは、これらの２つの図を参照しながら説明する。
【００１８】
図１（ｅ）に示す半導体被加工体６ａをさらにＣＭＰする（Ｃｕ  ｔｏｕｃｈ−ｕｐ  ＣＭＰ）。つまり、半導体被加工体６ａの表面のＴａＮライナー３を、酸化膜２の表面が、図１（ｆ）に示すように、露出するまで研磨する。このためには、ＴａＮライナー３の研磨量を適正にする必要がある。即ち、研磨量が不足して酸化膜２の表面にＴａＮライナー３が残存したり、研磨量が多すぎてＣｕ膜４が薄くなったりしないようにする必要がある。研磨量が適正であるかどうかを以下のようにして検査する。
【００１９】
まず、第１の実施形態の場合と同様に、図３の装置を用いて、Ｘｅランプ７から光を照射し、半導体被加工体６ｂの表面の測定領域で反射した反射光をＣＣＤエリアセンサー１０ａにより取り込む。上述のように、第１の実施形態においては、１つのピクセルが複数の配線からの反射光を受光しないようにしたが、本実施形態においては、光学系の倍率を変えて、１つのピクセルで複数の配線からの反射光を受光するようにしている。この後、第１の実施形態と同様にしてグラフを作成する。
【００２０】
図６（ａ）は、半導体被加工体の図１（ｅ）から図１（ｆ）への加工が適正に行われた場合に得られるグラフを示す。図６（ａ）から分かるように、１つのピークｐを有する単峰型のグラフとなり、且つ分散はカウントの中央に集中したものとなる。これの理由について詳しく述べれば以下の通りである。即ち、Ｃｕ膜４の膜厚は十分厚いので、Ｃｕ膜４は一定の高い反射率を有する。また、オーバーポリッシュにより酸化膜２の膜厚が極端に薄くなった場合以外は、酸化膜２の膜厚による反射率の変化は小さい。さらに、本実施形態のように１つのピクセルが複数の配線からの反射光を受光している場合には、配線自体からの反射光と配線間領域からの反射光との区別は困難であるものの、これらの面積割合に応じた反射光強度が該ピクセルにおいて得られる。よってグラフの分散は中央に集まった形となる。
【００２１】
これに対し、図６（ｂ）は、ＣＭＰプロセスがアンダーポリッシュである場合のグラフである。図６（ｂ）から分かるように、中央のピークｐ１とその両側に２つのピークｐ２、ｐ３を有するグラフとなり、図６（ａ）に比べれば左右に広がった分散といえる。これについて述べれば以下の通りである。即ち、図１（ｅ）を参照するに、アンダーポリッシュの場合は、ＴａＮライナー（バリアメタル）３が酸化膜２の表面に不均一に残存する。また、この残存するＴａＮライナー３上にＣｕ膜４が依然として残っている場合も考えられる。この結果、グラフは、図６（ｂ）に示すように、３つのピークｐ１〜ｐ３を有する。図６（ｂ）中、右側のピークｐ３は、Ｃｕ膜４が残っている領域に基づくピークである。中央のピークｐ１は、目的とする状態に仕上がっている領域に基づくピーク、左側のピークｐ２は、ＴａＮライナー３が残っている領域（この上にＣｕ膜４は形成されていない）に基づくピークである。このように、アンダーポリッシングの場合は、グラフは単峰型のグラフとはならない。
【００２２】
以上のように、本実施形態によれば、半導体被加工体に対してＣＭＰを行った後にグラフを作成し、このグラフが図６（ｂ）の形状となったときはＣＭＰプロセスはアンダーポリッシングであると判断できる。一方、このグラフが図６（ａ）のように急峻な単峰型であれば、半導体被加工体は適正に加工されたと判断できる。すなわち、グラフの形を評価することにより、ＣＭＰプロセスが適正に行われたかどうかを検査して、ＣＭＰプロセスの終点を検出することができる。また、ＣＭＰプロセス工程中にこの測定及び評価を行うことにより、ＣＭＰプロセスの終点を検出することができる。
【００２３】
なお、本実施形態においては、半導体被加工体を実測することにより得られたグラフを直接評価したが、このグラフを実測又は理論値により得られた基準グラフと比較して評価を行うことも可能である。
【００２４】
次に、図１及び図２に基づいて、上記第１及び第２の実施形態の検査を用いたダマシン配線の製造工程について説明する。ここで、図２は、このダマシン配線の製造工程における研磨工程の各ステップを示すフローチャートである。
【００２５】
まず、図１（ａ）に示すように、予め素子（不図示）を形成した半導体基板１上に絶縁膜（酸化膜）２を堆積する。
【００２６】
次いで、図１（ｂ）に示すように、酸化膜２上にフォトレジスト膜を堆積し、このフォトレジスト膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして、フォトレジストマスク２ａを形成する。
【００２７】
次いで、図１（ｃ）に示すように、フォトレジストマスク２ａを用いて、酸化膜２に深さ４０００Åの溝５を形成する。このようにした酸化膜２の全面にＴａＮライナー３を２００Å堆積する。
【００２８】
次いで、図１（ｄ）に示すように、ＴａＮライナー３上にＣｕ膜４を６０００Å堆積する。
【００２９】
次いで、図１（ｅ）及び図２（ステップ１−５）に示すように、ＴａＮライナー３上のＣｕ膜４を研磨する工程に移る。
【００３０】
即ち、図１（ｅ）及び図２に示すように、ＴａＮライナー３を露出させるために、ＣＭＰによりＣｕ膜４を研磨する（ステップ１）。所定時間経過後、Ｃｕ膜４の研磨を停止する（ステップ２）。ここで、Ｃｕ膜４の研磨がジャストポリッシングとなっているかを検査するために上記第１の実施形態の検査を行う（ステップ３）。即ち、研磨された半導体被加工体６ａに対してＸｅランプ７から光を照射し、半導体被加工体６ａでの反射光をＣＣＤエリアセンサー１０ａに取り込む。ＣＣＤエリアセンサー１０ａに取り込んだ反射光をピクセル毎に電気信号に変換し、データ処理回路１０ｂでこの電気信号をピクセル毎にカウントに変換する。そして、横軸をカウント、縦軸をピクセル数とするグラフを作成する。このグラフを直接評価したり、基準グラフと比較したりして研磨の進行状況を判断する。判断の結果、Ｃｕ膜４の研磨量が不十分であると判断されれば（ステップ４のＮｏ）、再度Ｃｕ膜４を研磨し（ステップ１）、所定時間経過後、Ｃｕ膜４の研磨を停止する（ステップ２）。そして、再びグラフを作成して同様に研磨の進行状況を判断する（ステップ３）。Ｃｕ膜４の研磨がジャストポリッシングになるまで、Ｃｕ膜４の研磨と、グラフの作成及び評価とを繰り返す。判断の結果、Ｃｕ膜４の研磨量が適正であると判断され、加工の終点が検出されたら（ステップ４のＹｅｓ）、Ｃｕ膜４の研磨を終了する（ステップ５）。
【００３１】
次に、図１（ｆ）及び図２（ステップ６−１０）に示すように、酸化膜２上のＴａＮライナー３を研磨する工程に移る。
【００３２】
即ち、図１（ｆ）及び図２に示すように、酸化膜２の表面を露出させるために、ＴａＮライナー３をＣＭＰにより研磨していく（ステップ６）。所定時間が経過した後、ＴａＮライナー３の研磨を停止する（ステップ７）。ここで、ＴａＮライナー３の研磨がジャストポリッシングとなっているかどうかを検査するために第２の実施形態の検査を行う（ステップ８）。即ち、研磨された半導体被加工体６ｂに対してＸｅランプ７から光を照射し、半導体被加工体６ｂでの反射光をＣＣＤエリアセンサー１０ａに取り込む。ＣＣＤエリアセンサー１０ａに取り込んだ反射光をピクセル毎に電気信号に変換し、データ処理回路１０ｂでこの電気信号をピクセル毎にカウントに変換する。そして、横軸をカウント、縦軸をピクセル数とするグラフを作成する。このグラフを直接評価したり、基準グラフと比較したりして研磨の進行状況を判断する。判断の結果、ＴａＮライナー３の研磨量が不十分であると判断されれば（ステップ９のＮｏ）、再度ＴａＮライナー３を研磨し（ステップ６）、所定時間経過後、ＴａＮライナー３の研磨を停止する（ステップ７）。そして、再びグラフを作成して同様に研磨の進行状況を判断する（ステップ８）。ＴａＮライナー３の研磨がジャストポリッシングになるまで、ＴａＮライナー３の研磨と、グラフの作成及び評価とを繰り返す。判断の結果、ＴａＮライナー３の研磨量が適正であると判断され、加工の終点が検出されたら（ステップ９のＹｅｓ）、ＴａＮライナー３の研磨を終了する（ステップ１０）。以上により、ダマシン配線が形成される。この後、ダマシン配線が形成された半導体被加工体の全面に対して層間絶縁膜を堆積するなどの次の工程に移る。
【００３３】
（第３の実施形態）
第１の実施形態及び第２の実施形態においてはＣＭＰ後における半導体被加工体の検査について説明したが、本実施形態においては、ＲＩＥ後における半導体被加工体を検査するための例について説明する。
【００３４】
図７は、Ａｌ膜１４をＲＩＥによってパターニングする工程断面図を示す。
【００３５】
先ず、半導体被加工体を図７（ａ）に示すように形成しておく。即ち、図７（ａ）に示すように、図示しない基板上に形成された酸化膜１２にＷプラグ１１を埋め込み形成したのち、酸化膜１２及びＷプラグ１１の表面上に、ＴｉＮライナー１３ａ、Ａｌ膜１４、ＴｉＮライナー１３ｂを順次堆積する。次いで、ＴｉＮライナー１３ｂ上に所望のパターンのフォトレジストマスク１５を形成する。ここで、図７（ｂ）に示すように、フォトレジストマスク１５を用いてＴｉＮライナー１３ｂ、Ａｌ膜１４、ＴｉＮライナー１３ａをＲＩＥによりエッチングする。理想的には、図７（ｂ）に示すように、酸化膜１２の表面が露出したところでＲＩＥを止め、エッチング後に得られるＡｌ膜１４の配線幅が予め定めた設計値となるようにする。
【００３６】
このためには、このエッチング量を適正なものにする必要がある。即ち、エッチング量が不足してＡｌ膜１４の配線幅が広すぎたり、エッチング量が多すぎてその配線幅は狭くなりすぎたりしないようにする必要がある。そこで、エッチング量が適正であるかどうかを判断するために本実施形態では以下のようにする。即ち、まず、設計値の配線幅を基に理論上のグラフを作成する。一方、検査対象としての微細配線の画像をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で取り込み、反射光強度とピクセル数との関係を表すグラフを作成する。そして、この実測によるグラフと理論上のグラフとを比較対照する。その結果に基づいて、上述のエッチング量について判断をする。また当然、実測により作製したグラフ自体から検査を行うこともできる。
【００３７】
以下、これについて図９を参酌して詳しく説明する。
【００３８】
なお、本実施形態においては、測定領域を、複数本の配線を含む配線領域としている。
【００３９】
また、本実施形態においては、上述のように、ＳＥＭにより画像を取り込む。電子線には、高分解能で観察できるという利点がある。なお、先に述べた第１、第２の実施形態のように光を用いた際には、広い領域を一度に観察できる利点がある。これらから、目的に応じて適宜、ＣＣＤエリアセンサーとＳＥＭを使い分けることができる。
【００４０】
先ず、図９（ｄ）についてみる。この図９（ｄ）は、ＲＩＥ後の半導体被加工体の表面に電子線を照射することにより得られた画像に基づいて作製されたグラフである。図９（ｄ）中の実線のグラフ（ａ）及び図９（ａ）に示すように、配線幅Ｗａが設計値Ｗｒと略同一になるときは、つまり、エッチング量が適正なときは、ほぼ同じ大きさのピークＰＲａ，ＰＬａが２つ生じ、理論上の基準グラフ（図示せず）に略一致する。右側のピークＰＲａがフォトレジストマスク１５の下側のＴｉＮライナー１３ｂ及び／又はＡｌ膜１４に基づくもの、左側のピークＰＬａが酸化膜１２に基づくものである。一方、図９（ｂ）からわかるように、エッチング量が足りないときは、配線幅Ｗｂが設計値Ｗｒよりも太くなる。つまり、Ａｌ膜１４及びＴｉＮライナー１３ａ、１３ｂによる基板平面全体に占める被覆率が高くなる。これは図９（ｄ）中の破線のグラフ（ｂ）で示される。したがって、図９（ｄ）中の破線のグラフ（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、理論上のグラフと比較して、反射光強度の高い方のピークＰＲｂを示すピクセル数は多く、反射光強度の低い方のピークＰＬｂを示すピクセル数は少ないものとなる。他方、図９（ｃ）からわかるように、エッチング量が多すぎると、配線幅（フォトレジストマスク１５、ＴｉＮライナー１３ａ、１３ｂ及びＡｌ膜１４）Ｗｃが設計値Ｗｒよりも細くなってしまい、その分だけ酸化膜１２が幅広く露出する。したがって、図９（ｄ）中の一点鎖線のグラフ（ｃ）及び図９（ｃ）からわかるように理論上のグラフと比較して、反射光強度の低い方のピークＰＬｃを示すピクセル数は多くなり、反射光強度の高い方のピークＰＲｃを示すピクセル数は少ないものとなる。
【００４１】
以上のように、ＲＩＥを行った後に上述のようにしてグラフを作成し、左右の２つのピークを与えるそれぞれの反射光強度のピクセル数がほぼ同じであれば、エッチング量は適正であると判断される。一方、左右の２つのピークにおけるそれぞれの反射光強度のピクセル数が大きく異なっていれば、エッチング量が適正でないと判断される。このような検査は、実測により作成したグラフ自体に基づいて、あるいはそのグラフを基準グラフと比較することにより行われる。すなわち、得られたグラフにおける左右の２つのピークに基づいてＲＩＥ後の半導体被加工体の検査を行うことができる。また、ＲＩＥの途中に上記の検査を行うことにより、ＲＩＥの終点を検出することができる。
【００４２】
本実施形態の検査のうち基準グラフと比較する場合において、比較に用いる基準グラフは、上述の例では、あらかじめ計算により求められたものを用いた。しかしながら、基準とすべき半導体被加工体を製造し、それを実測することにより得られたグラフを用いることも可能である。
【００４３】
以上には、電子線による例を説明したが、電子線に変えて他の粒子によるビームを用いることができる。この場合には用いた粒子ビームに対応する検出器を用いるのは当然である。
【００４４】
次に、上述の検査方法を用いた半導体装置の製造方法を図７及び図８を参照しながら説明する。ここで、図８は、この製造工程におけるＲＩＥ工程の各ステップを示すフローチャートである。
【００４５】
まず、図７（ａ）に示すように、酸化膜１２にＷプラグ１１を形成する。次いで、酸化膜１２及びＷプラグ１１上に、ＴｉＮライナー１３ａ、Ａｌ膜１４、ＴｉＮライナー１３ｂをこの順序で堆積する。次いで、ＴｉＮライナー１３ｂ上にフォトレジスト膜を堆積し、このフォトレジスト膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして、フォトレジストマスク１５を形成する。
【００４６】
次に、図７（ｂ）及び図８に示すように、ＴｉＮライナー１３ｂ、Ａｌ膜１４、ＴｉＮライナー１３ａをＲＩＥによりエッチングするＲＩＥ工程に移る（ステップ１２−１６）。
【００４７】
即ち、図７（ｂ）及び図８に示すように、フォトレジストマスク１５を用いてＴｉＮライナー１３ｂ、Ａｌ膜１４、ＴｉＮライナー１３ａをＲＩＥによりエッチングする（ステップ１２）。所定時間が経過した後、ＴｉＮライナー１３ｂ、Ａｌ膜１４、ＴｉＮライナー１３ａのエッチングを停止する（ステップ１３）。
【００４８】
この状態において、ＲＩＥによるエッチングがジャストエッチングとなっているかを上記した検査方法で検査する（ステップ１４）。即ち、上記ＲＩＥ後において配線領域の画像をＳＥＭで取り込み、グラフを作成する。このグラフを、それ自体の評価、または、理論値によるグラフ又は実測値によるグラフと比較することにより、エッチングの進行状況を判断する。判断の結果、エッチング量が不十分であると判断されれば（ステップ１５のＮｏ）、再度ＴｉＮライナー１３ｂ、Ａｌ膜１４、ＴｉＮライナー１３ａのエッチングを行い（ステップ１２）、所定時間経過後、ＴｉＮライナー１３ｂ、Ａｌ膜１４、ＴｉＮライナー１３ａのエッチングを停止する（ステップ１３）。そして、再度グラフを作成し、エッチングの進行状況を再度判断する（ステップ１４）。エッチング量が適正になるまで、エッチングと、グラフの作成及び評価とを繰り返す。エッチング量が適正と判断され、加工の終点が検出されたら（ステップ１５のＹｅｓ）、エッチングを終了する（ステップ１６）。そして、次工程、例えばフォトレジストマスク１５を除去するなどの工程に移る。
【００４９】
なお、上記本発明の実施形態における図５及び図６（ａ）、図６（ｂ）、図９（ｄ）のそれぞれに示されるグラフはヒストグラムで表されることもできる。
【００５０】
以上のように本発明の第１〜第３の実施形態によれば、半導体被加工体の処理後における検査の自動化およびこの処理の終点検出が可能になり、さらに複雑な画像処理技術を行わなくても半導体被加工体の処理の状態を把握できる。また、実際に製造した半導体被加工体におけるグラフに基づいて半導体被加工体の処理の状態を把握するようにしたので、その半導体被加工体の処理の状態をより正確に把握することができる。さらに、精密な膜厚測定を行わなくても検査ができ、膜厚測定が不可能な微細な配線部での検査が可能になる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の検査方法によれば、ある加工を経た半導体被加工体の表面の所望のエリアからの画像を検出し、検出器の各ピクセルにおける画像信号強度とその画像信号強度のピクセル数との関係から上記半導体被加工体の表面の状態を検査するという簡単な処理により、半導体被加工体のある加工の進行状況を判定することができる。さらに、本発明の製造方法によれば、上記検査を用いるようにしたので、半導体装置を適正に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）−（ｆ）は、本発明の第１及び第２の実施形態によるダマシン配線の形成工程を示す断面図である。
【図２】図２は、上記ダマシン配線の形成工程における研磨工程の各ステップを示すフローチャートである。
【図３】図３は、第１及び第２の実施形態で用いる、半導体被加工体表面の画像を取り込む装置を示す全体構成図である。
【図４】図４は、図３の装置で用いられるＣＣＤエリアセンサーの一例を示す模式図である。
【図５】図５は、第１の実施形態において作成された、ＣＭＰが適正に行われた場合と不適正（アンダー）に行われた場合のそれぞれのグラフを示した図である。
【図６】図６（ａ）−（ｂ）は、第２の実施の形態において作成された、ＣＭＰが適正に行われた場合と不適正（アンダー）に行われた場合のそれぞれのグラフを示した図である。
【図７】図７（ａ）−（ｂ）は、第３の実施形態を説明するための図であり、ＲＩＥによりアルミニウム膜配線を形成する工程を示す図である。
【図８】図８は、上記アルミニウム膜配線を形成する工程におけるエッチング工程の各ステップを示すフローチャートである。
【図９】図９（ａ）−（ｃ）は、図７（ａ）から図７（ｂ）へのＲＩＥによる加工が、適正に行われた場合と、アンダーに行われた場合と、オーバーに行われた場合における半導体被加工体表面の平面パターン図であり、図９（ｄ）は、それぞれの場合の平面パターンにおける反射光強度とピクセル数との関係を表わすグラフを示した図である。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  絶縁膜（酸化膜）
２ａ  フォトレジストマスク
３  ＴａＮライナー
４  Ｃｕ膜
５  溝
６ａ、６ｂ  半導体被加工体
７  Ｘｅランプ
８  ハーフミラー
９  レンズ
１０ａ  ＣＣＤエリアセンサー
１０ｂ  データ処理回路
１１  Ｗプラグ
１２  酸化膜
１３ａ、１３ｂ  ＴｉＮライナー
１４  Ａｌ膜
１５  フォトレジストマスク
【図１】
0003637324.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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