(57)【要約】【課題】  薄膜膜厚を精度よく予測し、モニターウエハ使用量の削減を可能とする化学機械研磨制御方法および化学機械研磨制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】  あらかじめ、モニター基板を用いて設備パラメータと形成膜厚の関係を数式化し、この数式を用いて実際に形成された膜厚を推測し（Ｓ１４）、推測した膜厚に応じてＣＭＰ条件を管理することにより（Ｓ１５）、薄膜膜厚を精度よく予測し、モニターウエハ使用量を削減することができる。【選択図】図２
2006295086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造工程における薄膜の研磨装置の制御方法であって、
あらかじめ前記薄膜を形成する成膜装置の設備パラメータと形成された前記薄膜の膜厚の関係式を求める工程と、
半導体装置の薄膜形成時に成膜装置の設備パラメータを取得する工程と、
前記関係式を用いて前記薄膜形成時の成膜装置の設備パラメータより形成された薄膜の推定膜厚を算出する工程と、
前記推定膜厚を基に前記薄膜を所定の膜厚に化学機械研磨する研磨時間を算出する工程と、
化学機械研磨を前記算出した研磨時間行う工程と
を有することを特徴とする化学機械研磨制御方法。
【請求項２】
前記成膜をめっきにより行い、前記設備パラメータは少なくともめっき液の添加剤濃度データを含むことを特徴とする請求項１記載の化学機械研磨制御方法。
【請求項３】
前記薄膜は銅薄膜であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の化学機械研磨制御方法。
【請求項４】
半導体装置の製造工程における薄膜の研磨装置の制御装置であって、
あらかじめ前記薄膜を形成する成膜装置の設備パラメータと形成された前記薄膜の膜厚の関係式を求める手段と、
半導体装置の薄膜形成時に成膜装置の設備パラメータを取得する手段と、
前記関係式を用いて前記薄膜形成時の成膜装置の設備パラメータより形成された薄膜の推定膜厚を算出する手段と、
前記推定膜厚を基に前記薄膜を所定の膜厚に化学機械研磨する研磨時間を算出する手段と、
化学機械研磨を前記算出した研磨時間行う化学機械研磨装置と
を有することを特徴とする化学機械研磨制御装置。
【請求項５】
前記成膜をめっきにより行い、前記設備パラメータは少なくともめっき液の添加剤濃度データを含むことを特徴とする請求項４記載の化学機械研磨制御装置。
【請求項６】
前記薄膜は銅薄膜であることを特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載の化学機械研磨制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造工程における化学機械研磨（以下、ＣＭＰと称す）工程の銅（Ｃｕ）等のめっき膜厚を管理制御する化学機械研磨制御方法および化学機械研磨制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の化学機械研磨制御方法および化学機械研磨制御装置では、加工工程におけるモニターウエハの測定を行うことを前提に、分析対象データの取得、工程間因果関係の抽出とプロセス制御モデルの定義、製造パラメータ決定用データの取得、加工の実施を行っている。
【０００３】
以下、図４，図５を参照しながら、上記した従来の化学機械研磨制御方法および化学機械研磨制御装置の第一の従来例について説明する。
図４は従来の化学機械研磨制御方法の処理フローを示す図、図５は従来の化学機械研磨制御方法におけるＣｕめっき工程の処理フローを示す図である。
【０００４】
図４において、Ｓ４１は分析対象データの取得ステップである。Ｓ４２は工程間因果関係の抽出とプロセス制御モデルの定義ステップで、分析対象データの取得ステップＳ４１で取得したデータに基づきプロセス制御モデルの定義をする。Ｓ４３は製造パラメータ決定用データの取得ステップで、工程間因果関係の抽出とプロセス制御モデルの定義ステップにより定義されたモデルを基に、加工情報取得に必要な製造パラメータを取得する。Ｓ４４は加工の実施ステップで、半導体装置加工を実施する。
【０００５】
以上のように構成された化学機械研磨制御方法および化学機械研磨制御装置について、以下その動作を説明する。
まず、分析対象データの取得ステップＳ４１では、対象の加工物や加工工程の処理実績データ、検査結果データと、同じプロセスフロー上の他の加工工程における、該諸データを取得する。
【０００６】
次に、工程間因果関係の抽出とプロセス制御モデルの定義ステップＳ４２では、前記分析対象データの取得ステップＳ４１で取得した該諸データとの因果関係から、プロセス制御モデルを定義し、定義したプロセス制御モデルと対象の加工工程および他の加工工程における加工物の処理実績データ、並びに使用設備の加工物の処理実績データに基づき、対象の加工工程における製造パラメータを決定する。
【０００７】
次に、製造パラメータ決定用データの取得ステップＳ４３はモニターウエハ処理時の製造パラメータを取得する。
次に、加工の実施ステップＳ４４は、工程間因果関係の抽出とプロセス制御モデルの定義ステップＳ４２に基づき取得した製造パラメータ決定用データの取得ステップＳ４３の製造パラメータにより、半導体装置の製造を実施する（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
以下、上記した従来の化学機械研磨制御方法および化学機械研磨制御装置の第二の従来例について説明する。
図５において、Ｓ５１はＣｕめっき装置の膜厚管理ステップで一定期間毎に実施する。Ｓ５２はＣｕめっき装置による製品処理ステップで、製品基板にＣｕめっき膜を形成する。
【０００９】
Ｓ５３はＣＭＰ処理条件決定ステップで、Ｃｕめっき装置の膜厚管理ステップＳ５１に基づきＣｕめっき膜厚を一定として、ＣＭＰ処理条件を決定する。Ｓ５４はＣｕ−ＣＭＰによる製品処理ステップで、ＣＭＰ処理条件決定ステップＳ５３で決定した加工パラメータに基づき半導体装置加工を実施する。
【００１０】
以上のように構成された化学機械研磨制御方法および化学機械研磨制御装置について、以下その動作を説明する。
まず、Ｃｕめっき装置の膜厚管理ステップＳ５１は、Ｃｕめっき装置のメンテナンス後や、定期管理時の装置状態確認においてＣｕめっき膜厚の測定が実施され、モニター用の基板を用いて製品処理とは別に基板の処理が実施される。前記モニター用基板のＣｕめっき膜厚測定は例えば蛍光Ｘ線法などを使用した膜厚測定器を用いて行う。
【００１１】
次に、Ｃｕめっき装置による製品処理ステップＳ５２で、前記Ｃｕめっき装置の膜厚管理ステップでのＣｕめっき装置の膜厚管理ステップＳ５１の測定結果がＣｕめっきターゲット膜厚に対し５〜１０％程度のばらつきを許容値としており、許容値内ではＣｕめっき処理を実施する。
【００１２】
次に、ＣＭＰ処理条件決定ステップＳ５３は、前記Ｃｕめっき装置の膜厚管理ステップＳ５１によるＣｕめっきの膜厚管理を実施後、前記Ｃｕめっき装置による製品処理ステップＳ５２で形成したＣｕめっき膜の膜厚を一定と見なしてＣｕ−ＣＭＰ装置の処理条件を決定し、エンドポイント検出後のオーバー研磨（ポリッシュ）割合は一定として、Ｃｕ−ＣＭＰ処理条件を決定する。
【００１３】
最後にＣｕ−ＣＭＰによる製品処理ステップＳ５４は、前記ＣＭＰ処理条件決定ステップＳ５３で決定した処理条件により、半導体装置を化学機械研磨（ＣＭＰ）装置で処理する。
【特許文献１】特開２００３−１６２３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記の構成では、Ｃｕ−ＣＭＰ後の配線形成において、配線パターン密度の差に起因する研磨量変動によるディッシング及びエロージョンを小さく抑えるため、管理頻度を高くしてＣｕめっき膜厚を測定する必要がある。一方で、Ｃｕめっき膜厚を頻度高く測定することは、モニター用基板を多数使用する事と、モニター処理の時間分めっき装置が占有されるため、実際の製品処理に必要な稼動時間を減らし、製造コストを上昇させるという問題点があった。
【００１５】
本発明の目的はこのような従来技術の問題点を解決するために、薄膜膜厚を精度よく予測し、モニターウエハ使用量の削減を可能とする化学機械研磨制御方法および化学機械研磨制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の化学機械研磨制御方法は、半導体装置の製造工程における薄膜の研磨装置の制御方法であって、あらかじめ前記薄膜を形成する成膜装置の設備パラメータと形成された前記薄膜の膜厚の関係式を求める工程と、半導体装置の薄膜形成時に成膜装置の設備パラメータを取得する工程と、前記関係式を用いて前記薄膜形成時の成膜装置の設備パラメータより形成された薄膜の推定膜厚を算出する工程と、前記推定膜厚を基に前記薄膜を所定の膜厚に化学機械研磨する研磨時間を算出する工程と、化学機械研磨を前記算出した研磨時間行う工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の化学機械研磨制御方法は、請求項１記載の化学機械研磨制御方法において、前記成膜をめっきにより行い、前記設備パラメータは少なくともめっき液の添加剤濃度データを含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の化学機械研磨制御方法は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の化学機械研磨制御方法において、前記薄膜は銅薄膜であることを特徴とする。
請求項４記載の化学機械研磨制御装置は、半導体装置の製造工程における薄膜の研磨装置の制御装置であって、あらかじめ前記薄膜を形成する成膜装置の設備パラメータと形成された前記薄膜の膜厚の関係式を求める手段と、半導体装置の薄膜形成時に成膜装置の設備パラメータを取得する手段と、前記関係式を用いて前記薄膜形成時の成膜装置の設備パラメータより形成された薄膜の推定膜厚を算出する手段と、前記推定膜厚を基に前記薄膜を所定の膜厚に化学機械研磨する研磨時間を算出する手段と、化学機械研磨を前記算出した研磨時間行う化学機械研磨装置とを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項５記載の化学機械研磨制御装置は、請求項４記載の化学機械研磨制御装置において、前記成膜をめっきにより行い、前記設備パラメータは少なくともめっき液の添加剤濃度データを含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項６記載の化学機械研磨制御装置は、請求項４または請求項５のいずれかに記載の化学機械研磨制御装置において、前記薄膜は銅薄膜であることを特徴とする。
以上により、薄膜膜厚を精度よく予測し、モニターウエハ使用量を削減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように本発明は、あらかじめ、モニター基板を用いて設備パラメータと形成膜厚の関係を数式化し、この数式を用いて実際に形成された膜厚を推測し、推測した膜厚に応じてＣＭＰ条件を管理することにより、薄膜膜厚を精度よく予測し、モニターウエハ使用量を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明における化学機械研磨制御方法および化学機械研磨制御装置について、図１，図２，図３を参照しながら説明する。
図１は本発明の化学機械研磨制御装置を示す要部構成図、図２は本発明における化学機械研磨制御方法のフローチャートを示す図、図３は本発明の化学機械研磨制御方法による膜厚測定結果を示す図である。
【００２３】
図１において、１はＣｕめっき装置で、基板に成膜する。２はモニターリング装置でＣｕめっき装置１の設備パラメ−タをＣｕめっき装置１からの通信信号あるいは、Ｃｕめっき装置１に接続したセンサー出力信号を用いて逐次収集する。３はホストコンピューターでＣｕめっき装置１への処理指令を行い、一方でデーターサーバー６に保管された設備パラメータと膜厚データからＣｕ−ＣＭＰ装置４に加工パラメータを転送する。５は膜厚測定器で、Ｃｕめっき装置１で成膜されたモニターのめっき膜の膜厚を測定する。６はデーターサ−バーで、モニターリング装置２で収集した設備パラメータを保管し、膜厚測定器５で測定した膜厚データを保管すると同時に、設備パラメータと膜厚データの比較演算を行い、設備パラメータから成膜されたＣｕめっきの膜厚を推定する。４はＣｕ−ＣＭＰ装置で、ホストコンピューター３より転送された加工パラメ−タに従い、Ｃｕめっき装置１で成膜しためっき膜を、Ｃｕ−ＣＭＰ４で化学機械研磨する。
【００２４】
図２において、Ｓ１１はＣｕめっき装置の膜厚管理ステップ、Ｓ１２はＣｕめっき装置による製品処理ステップ、Ｓ１３はＣｕめっき設備パラメータ取得ステップ、Ｓ１４はモニターリングした設備パラメータからＣｕめっき膜厚を推定するステップ、Ｓ１５は推定したＣｕめっき膜厚からＣｕ−ＣＭＰ処理時間を算出するステップ、Ｓ１６はＣｕ−ＣＭＰによる製品処理ステップである。
【００２５】
以上のように構成された化学機械研磨制御方法および化学機械研磨制御装置について、以下その動作を説明する。
最初に、Ｃｕめっき工程の設備パラメータとモニター膜厚データからＣｕめっき膜厚の推定値を算出する流れを説明する。
【００２６】
まず、Ｃｕめっき設備パラメータ取得ステップＳ１３で、Ｃｕめっき装置１は電解めっき法によりモニター基板に銅薄膜を形成する。この時、モニターリング装置２はＣｕめっき装置１による銅薄膜成膜時にモニター基板毎の設備パラメータを前記モニター基板毎に関連付け可能な形式でデーターサーバー６に保管する。本実施例では電解めっき時の印加電圧、電流、めっき液の添加剤濃度等、銅薄膜の膜厚と相関のあるパラメ−タを主に取得する。
【００２７】
次に、モニターリングした設備パラメータからＣｕめっき膜厚を推定するステップ１４で、前記Ｃｕめっき装置１で前記モニター基板に形成した銅薄膜の膜厚を膜厚測定器５で測定する。このとき、前記Ｃｕめっき装置１の設備パラメータを複数設定し、設備パラメ−タ毎に膜厚測定を実施することが望ましい。
【００２８】
最後に、前記膜厚デ−タと設備パラメータを比較演算し、設備パラメータから膜厚デ−タを推定する数式を決定する。本実施例では、Ｃｕめっき装置の各めっき槽に流れる電流が定電流制御されている事から、Ｃｕめっき液の添加剤成分である、促進剤、抑制剤、平坦化剤が銅薄膜の膜厚と相関のある設備パラメ−タと成るため、取得した膜厚データと設備パラメータから膜厚推定式を決定する方法を説明する。なお、通常めっき液の添加剤成分の濃度測定にはインラインの中和滴定法を用いた測定器を用いる。
【００２９】
例えば、ここで、膜厚デ−タ列をｙｉ、促進剤デ−タ列をｘ１ｉ、抑制剤デ−タ列をｘ２ｉ、平坦化剤デ−タ列をｘ３ｉとすると、膜厚推定値ｙ＝ａ＋ｂ×ｘ１＋ｃ×ｘ２＋ｄ×ｘ３の回帰方程式を解く事により、膜厚推定が可能となる。また、この形式の回帰方程式の解は定式化されている為、最小自乗法を用いて容易に解が求まり、さらに、説明変量ｘ４、ｘ５、を複数個加えても解は同様に容易に求まる事が知られている。
【００３０】
図３に膜厚のデータ（実測値）と、本回帰方程式を用いた推定値のグラフを示す。本グラフの推定結果は膜厚に対する推定誤差が０．５％以下となっている。
次に、Ｃｕめっき装置１の膜厚推定値からＣｕ−ＣＭＰ装置４の処理時間を決定する流れについて説明する。
【００３１】
ステップＳ１５で、推定したＣｕめっき膜厚からＣｕ−ＣＭＰ処理時間を算出する。Ｃｕ−ＣＭＰは通常、光学あるいは渦電流などの原理を用いたエンドポイント検出を行った後、オーバーポリッシュする場合が多いが、一般にＣｕ−ＣＭＰの研磨レ−トが研磨パッドの使用状態に応じて緩やかに変化するため、
オーバーポリッシュ時間Ｔ１＝エンドポイントまでの研磨時間Ｔ２×一定の割合Ａ・・・（式１）
とする事が多い。しかし、式（１）でのエンドポイントまでの研磨時間はＣｕの膜厚にも左右される。
【００３２】
従って、Ｃｕの膜厚を加味して以下のようにオーバーポリッシュ時間を修正する。
オーバーポリッシュ時間Ｔ３＝エンドポイントまでの研磨時間Ｔ２×（Ｃｕターゲット膜厚／Ｃｕ膜厚推定値）×一定の割合Ａ・・・・・・・・・・・・・・・（式２）
式（２）を用いてホストコンピュ−タよりＣｕ−ＣＭＰ装置４へ加工パラメ−タを転送する事により、所望するオーバーポリッシュを実現できる。
【００３３】
次に、通常の半導体装置製造時の動作について説明する。
まず、Ｃｕめっき装置による製品処理ステップＳ１２で、めっき装置１は電解めっき法により基板に銅薄膜を形成する。この時、モニターリング装置２はめっき装置１による銅薄膜成膜時に基板毎の設備パラメ−タを前記モニター基板毎に関連付け可能な形式でデーターサーバー６に保管する。
【００３４】
次に、ホストコンピューター３は前記ステップ１で作成した設備パラメ−タをデーターサーバー６より抽出し、Ｃｕめっき膜厚算出プログラムを用いてめっき膜厚を推定した後、ＣＭＰ装置４の基板毎の加工パラメ−タを算出し、前記加工パラメ−タを前記Ｃｕ−ＣＭＰ装置４へ送信する。
【００３５】
次に、Ｃｕ−ＣＭＰによる製品処理ステップＳ１６で、Ｃｕ−ＣＭＰ装置４は、前記加工パラメータに従い、前記基板を研磨する。
以降、メンテナンス後などの装置状態が大きく変わる可能性がある場合や、１週間以上に渡る長期での定期的な膜厚測定時に膜厚推定値が大きく外れていない事を確認しながら、加工を行うことにより、定期的なモニター基板は不要になる。
【００３６】
以上のように本実施例によれば、１）Ｃｕ−ＣＭＰの前工程であるＣｕめっき装置１の設備パラメ−タを逐次収集する手段と、２）前記収集した設備パラメ−タを保管し参照する手段と、３）前記Ｃｕめっき装置１の設備パラメ−タとモニター膜厚デ−タを関連づけ、膜厚を推定する手段と、４）前記膜厚推定値から前記Ｃｕ−ＣＭＰ装置４へ所望の加工パラメ−タを算出する手段と、５）前記Ｃｕ−ＣＭＰ装置４において前記加工パラメ−タによる加工処理を行う手段とを設けることにより、あらかじめ、モニター基板を用いて設備パラメータとＣｕ膜厚の関係を数式化し、この数式を用いて実際に形成された膜厚を推測し、推測した膜厚に応じてＣＭＰ条件を管理することにより、Ｃｕめっき装置１の管理に使用するモニターウエハを削減でき、Ｃｕ−ＣＭＰ後の配線形状のばらつきが低減できる。
【００３７】
なお、本実施例では被形成膜にＣｕめっき膜を用いたが、ＣＶＤ工程で形成する、絶縁膜や導電膜にも適用できる。また、塗布薬液温度、環境温度、環境湿度、被処理基板温度を設備パラメータとして取得することにより、リソグラフィ工程で形成する樹脂膜（レジスト膜、反射防止膜）等にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、薄膜膜厚を精度よく予測し、モニターウエハ使用量の削減を可能とすることができ、半導体装置の製造工程におけるＣＭＰ工程の銅（Ｃｕ）等のめっき膜厚を管理制御する化学機械研磨制御方法および化学機械研磨制御装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の化学機械研磨制御装置を示す要部構成図
【図２】本発明における化学機械研磨制御方法のフローチャートを示す図
【図３】本発明の化学機械研磨制御方法による膜厚測定結果を示す図
【図４】従来の化学機械研磨制御方法の処理フローを示す図
【図５】従来の化学機械研磨制御方法におけるＣｕめっき工程の処理フローを示す図
【符号の説明】
【００４０】
１  Ｃｕめっき装置
２  モニターリング装置
３  ホストコンピューター
４  Ｃｕ−ＣＭＰ装置
５  膜厚測定器
６  データーサーバー
【図１】
2006295086.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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