(57)【要約】      （修正有）【課題】  ＣＭＰ（化学機械研磨法）工程における低誘電率膜の剥離を定量的に評価できるＣＭＰ剥離解析用ウェハ及びその製造方法を得る。【解決手段】  半導体基板１と、この半導体基板上に形成された低誘電率膜３と、この低誘電率膜内に形成された複数のダミーパターン７群と、低誘電率膜の表面に形成された金属膜６を有する。そして、これらの複数のダミーパターン群は、ダミーパターンの密度、ダミーパターンの大きさ又はダミーパターン形状が異なる。【選択図】      図５
2005079207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
この半導体基板上に形成された低誘電率膜と、
この低誘電率膜内に形成され、ダミーパターンの密度が異なる複数のダミーパターン群と、
前記低誘電率膜の表面に形成された金属膜を有することを特徴とするＣＭＰ剥離解析用ウェハ。
【請求項２】
半導体基板と、
この半導体基板上に形成された低誘電率膜と、
この低誘電率膜内に形成され、ダミーパターンの大きさが異なる複数のダミーパターン群と、
前記低誘電率膜の表面に形成された金属膜を有することを特徴とするＣＭＰ剥離解析用ウェハ。
【請求項３】
半導体基板と、
この半導体基板上に形成された低誘電率膜と、
この低誘電率膜内に形成され、ダミーパターンの形状が異なる複数のダミーパターン群と、
前記低誘電率膜の表面に形成された金属膜を有することを特徴とするＣＭＰ剥離解析用ウェハ。
【請求項４】
半導体基板と、
この半導体基板上に形成された低誘電率膜と、
この低誘電率膜内に形成され、互いの間隔が異なる複数のダミーパターン群と、
前記低誘電率膜の表面に形成された金属膜を有することを特徴とするＣＭＰ剥離解析用ウェハ。
【請求項５】
半導体基板と、
この半導体基板上に形成された低誘電率膜と、
この低誘電率膜内に形成され、ダミーパターンの無い領域を有する複数のダミーパターン群と、
前記低誘電率膜の表面に形成された金属膜を有し、
前記ダミーパターンの無い領域のうち少なくとも１つは面積が１平方ｍｍ以上であることを特徴とするＣＭＰ剥離解析用ウェハ。  
【請求項６】
前記複数のダミーパターン群は互いに区画に区切られていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のＣＭＰ剥離解析用ウェハ。
【請求項７】
前記区画の面積が０.１平方ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６記載のＣＭＰ剥離解析用ウェハ。
【請求項８】
半導体基板上に低誘電率膜を形成する工程と、
ダミーパターンの密度が異なる複数のダミーパターン群を有するマスクを用いたフォトリソグラフィ及びドライエッチングによりパターニングを行い、前記低誘電率膜に溝構造を形成する工程と、
全面に金属膜を堆積して前記溝構造を埋め込む工程を有することを特徴とするＣＭＰ剥離解析用ウェハの製造方法。
【請求項９】
半導体基板上に低誘電率膜を形成する工程と、
ダミーパターンの大きさが異なる複数のダミーパターン群を有するマスクを用いたフォトリソグラフィ及びドライエッチングによりパターニングを行い、前記低誘電率膜に溝構造を形成する工程と、
全面に金属膜を堆積して前記溝構造を埋め込む工程を有することを特徴とするＣＭＰ剥離解析用ウェハの製造方法。
【請求項１０】
半導体基板上に低誘電率膜を形成する工程と、
ダミーパターンの形状が異なる複数のダミーパターン群を有するマスクを用いたフォトリソグラフィ及びドライエッチングによりパターニングを行い、前記低誘電率膜に溝構造を形成する工程と、
全面に金属膜を堆積して前記溝構造を埋め込む工程を有することを特徴とするＣＭＰ剥離解析用ウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属膜の化学的機械研磨工程における低誘電率膜の剥離を定量的に評価できるＣＭＰ剥離解析用ウェハ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路(以下ＬＳＩと記す)の高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工技術が開発されている。化学機械研磨法(以下ＣＭＰと記す)もその１つであり、ＬＳＩ製造工程、特に多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線形成において頻繁に利用される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
最近はＬＳＩの高速性能化を達成するために、配線材料を従来のＡｌ合金から低抵抗のＣｕ合金(以下Ｃｕと称する)に代える動きが進んでいる。ＣｕにはＡｌ合金配線の形成で頻繁に用いられたドライエッチング法による微細加工が困難である。そのため、溝加工が施された絶縁膜上にＣｕ膜を堆積し、溝内に埋め込まれた部分以外のＣｕ膜をＣＭＰにより除去して埋め込み配線を形成する、いわゆるダマシン法が主に採用されている。Ｃｕ膜はスパッタなどの薄いシード層を形成した後に電解メッキ法で１００ｎｍから１０００ｎｍの膜厚で形成することが一般的である。
【０００４】
そして、配線間の寄生容量を低減するため、層間絶縁膜として比誘電率ｋが約４.２のＳｉＯ２膜に代えてｋが３.５以下の低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を用いたＬＳＩが実用化されつつある。また、ｋが２.５以下の低誘電率材料の開発も進められており、これらは材料中に空孔（ポア）が入ったポーラス材料となっているものが多い。このような低誘電率膜又はポーラス低誘電率膜とＣｕ配線を組み合わせた多層配線構造を有する半導体装置の製造方法は次の通りである。ただし、デバイス部分の形成方法は説明を省略する。
【０００５】
まず、Ｃｕ配線またはコンタクトプラグ上部にＣＶＤ等により拡散防止膜を成膜し、その上に低誘電率膜を成膜する。次に、ＣＶＤ等によりキャップ膜を低誘電率膜上に成膜する。そして、フォトリソグラフィ及びドライエッチングによりパターニングを行い、金属配線またはコンタクトプラグを形成するための溝構造(開口部)をキャップ膜、低誘電率膜及び拡散防止膜に形成する。次に、バリアメタル膜、シードＣｕ膜及び電解メッキＣｕ膜を順に成膜し、１５０℃から４００℃の温度で約３０分間アニール処理をする。ここで、バリアメタルとしてはＴａ，ＴａＮ，ＴｉＮ，Ｔｉ，ＷＮ，ＷＳｉＮなどが用いられる。その中でもＴａとＴａＮが頻繁に用いられ、特にそれらの積層膜がよく用いられている。最後に、キャップ膜上のＣｕ膜とバリアメタル膜をＣＭＰで除去することにより、溝内部にＣｕ配線を形成する。なお、多層配線を形成する場合はこのプロセスを繰り返して積層していく。
【０００６】
ただし、低誘電率膜の機械的強度がＳｉＯ２膜と比べて弱いため、ＣＭＰの研磨荷重によって構造的な破壊が起こったり、キャップＣＶＤ膜が低誘電率膜から剥離したり、低誘電率膜と拡散防止膜の界面で剥離が生じる。この剥離はヤング率や硬度が低い低誘電率材料、及びキャップＣＶＤ膜と低誘電率膜の接着強度が低い材料で顕著であり、特に低誘電率膜のヤング率が５ＧＰａ以下になると剥離が発生し易くなることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。そこで、ＣＭＰによる低誘電率膜剥離の評価方法の開発が求められている。
【特許文献１】米国特許Ｎｏ．４９４４８３６
【非特許文献１】ＩＩＴＣ２００１、１４６−１４８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の評価法としては、配線パターンの無いブランケットウェハを用いる方法と、配線パターンのあるウェハを用いる方法の２種類があった。前者の評価法は、半導体基板に低誘電率膜とキャップＣＶＤ膜と、必要に応じてバリアメタル膜とＣｕ膜を積層してＣＭＰを行う単純な評価であり、低誘電率膜の剥離の有り無しを簡単に評価できる。しかし、配線パターンの無いブランケットウェハはいったん剥離が始まるとウェハ全面に渡って低誘電率膜の剥離が拡大し、一瞬の間にウェハ全面の低誘電率膜が消失するため、剥離の定量的な評価が困難であった。一方、後者の評価法は、Ｃｕ配線で低誘電率膜の剥離がストップするので、ウェハ全面に渡って低誘電率膜の剥離が拡大することは少なかった。しかし、この方法でも剥離の有無は確認できてもそれを定量的に評価することはできなかった。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ＣＭＰ工程における低誘電率膜の剥離を定量的に評価できるＣＭＰ剥離解析用ウェハ及びその製造方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るＣＭＰ剥離解析用ウェハは、半導体基板と、この半導体基板上に形成された低誘電率膜と、この低誘電率膜内に形成され、ダミーパターンの密度が異なる複数のダミーパターン群と、低誘電率膜の表面に形成された金属膜を有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、ＣＭＰ工程における低誘電率膜の剥離を定量的に評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
本実施の形態１のＣＭＰ剥離解析用ウェハは、図１に示すように、密度が３２％、１６％、８％、４％、２％、１％、０％の７種類のダミーパターン群を区画に区切って並べたテストパターンを有する。このように、各区画のダミーパターンの密度を０％から５０％の範囲でいくつかの段階に分けて設定することにより、どのダミーパターン密度の範囲で低誘電率膜が剥離したかを評価できる。
【００１２】
ここで、区画に区切るために、各ダミーパターン群の周囲を１μｍ幅以上のＣｕ配線で囲んでいる。これにより、低誘電率膜の剥離が区画を超えて拡大するのを防ぐことができる。
【００１３】
また、ダミーパターン群の一区画の大きさは縦２ｍｍ、横１ｍｍである。このように一区画の面積を１００００平方μｍ以上とすることにより、低誘電率膜が剥離する確率が高くなる。さらに、一区画の面積を０.１平方ｍｍ以上とすることにより、目視による剥離の評価が容易になる。
【００１４】
次に、密度３２％で配置したダミーパターン群の例を図２に示す。これは２μｍ角の正方形のダミーパターンをピッチ５μｍで並べたものである。また、密度１６％で配置したダミーパターン群の例を図３に示す。これは２μｍ角の正方形のダミーパターンをピッチ７.０８μｍで並べたものである。そして、密度１％で配置したダミーパターン群の例を図４に示す。これは２μｍ角の正方形のダミーパターンをピッチ２８.２８μｍで並べたものである。
【００１５】
図５は、本発明のＣＭＰ剥離解析用ウェハの断面図である。このＣＭＰ剥離解析用ウェハの製造工程を以下に示す。まず、直径３００ｍｍのシリコンウェハからなる半導体基板１上に、膜厚５００ｎｍのＳｉＯ２膜及び膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜からなる下地ＣＶＤ膜２をＣＶＤ法により堆積させる。ここで、下地ＣＶＤ膜として、ＳｉＣＮ膜，ＳｉＣＯ膜，ＳｉＮ膜等を用いることもできる。また、下地ＣＶＤ膜の膜厚は３０ｎｍから１０００ｎｍが良い。
【００１６】
次に、この上に膜厚３５０ｎｍの低誘電率膜３をスピン塗布法で堆積する。そして、ウェハをホットプレートに載せ、窒素雰囲気中１５０℃で７５秒間のベークを行い、さらに２５０℃の温度で７５秒間のベークを行う。その後、ホットプレートに載せたまま、窒素雰囲気中４５０℃で１０分間のキュアを行う。ここで、低誘電率膜として、ＭＳＱ(メチルシロキサン樹脂：Methyl Silsesquioxane)を用いる。ただし、ヤング率が２ＧＰａのものと５ＧＰａのものの２種類を用いる。どちらの低誘電率材料も組成はＳｉが３０％、０が５３％、Ｃが１７％であり、両者は空孔率が異なっている。
【００１７】
次に、ＣＶＤ装置内でヘリウムプラズマ照射を行って、低誘電率膜３の表面を改質する。これは低誘電率膜３上に堆積させる膜との接着性を改善するためである。ガス流量は１０００ｓｃｃｍ、ガス圧力は１０００Ｐａ、高周波パワーは５００Ｗ、低周波パワーは４００Ｗ、温度は４００℃である。そして、プラズマガスとして、ＮＨ３，Ｎ２０，Ｈ２，Ｈｅ，０２，ＳｉＨ４，Ａｒ，Ｎ２等を用いる。これらの中でもＨｅプラズマは低誘電率膜へのダメージが少ないために特に有効である。また、プラズマガスとして、これらのガスを混合したものを用いても良い。例えば、Ｈｅガスを他のガスと混合して用いると効果的である。
【００１８】
そして、低誘電率膜３上に膜厚５０ｎｍのキャップＣＶＤ膜４をＣＶＤ法で堆積させる。ここで、キャップＣＶＤ膜４として、ＳｉＯ２膜，ＳｉＣ膜，ＳｉＣＮ膜，ＳｉＣＯ膜，ＳｉＮ膜のいずれか、又はこれらの積層膜を用いることができる。また、キャップＣＶＤ膜４の膜厚は３０ｎｍから２００ｎｍが良い。ただし、低誘電率膜３をＣＶＤ法で形成する場合は、キャップＣＶＤ膜４を成膜しなくとも良い。また、キャップ膜も塗布によって形成しても良い。
【００１９】
次に、上述の密度の異なる複数のダミーパターンを形成したマスクを用いたフォトリソグラフィ及びドライエッチングによりパターニングを行い、低誘電率膜３及びキャップＣＶＤ膜４に溝構造を形成する。
【００２０】
次に、スパッタリング装置内で、膜厚１０ｎｍのＴａＮ膜、膜厚１５ｎｍのＴａ膜、膜厚７５ｎｍのシードＣｕ膜からなるバリアメタル膜５を堆積する。このバリアメタル膜５としてはＴａ，ＴａＮ，ＴｉＮ，Ｔｉ，ＷＮ，ＷＳｉＮ等を用いることができ、特にＴａとＴａＮが望ましく、その中でもＴａとＴａＮの積層膜がより望ましい。そして、電解メッキ法で膜厚５００ｎｍのＣｕ膜を含む金属膜６を全面に堆積させて、溝構造を埋め込む。その後、アニール処理を２５０℃で３０分間行う。こうして、溝構造内に埋め込まれた金属膜がダミーパターン７となる。以上の工程により本実施の形態１のＣＭＰ剥離解析用ウェハが製造される。
【００２１】
次に、ＣＭＰによる低誘電率膜の剥離実験について説明する。ＣＭＰ装置はオービタル方式で、ノベラスシステムズ社のＭｏｍｅｎｔｕｍ３００を用いる。また、ＣＭＰ荷重は１.５ｐｓｉ、オービタル回転数は６００ｒｐｍ、ヘッド回転数は２４ｒｐｍ、スラリー供給速度は３００cc／分とし、研磨パッドとして発泡ポリウレタン製の単層パッド(ロデール社のＩＣ１０００)を用い、ＣＭＰスラリーとしてＣｕ用に砥粒フリースラリー（日立化成工業製のＨＳ−Ｃ４３０−ＴＵ）を用いる。
【００２２】
この条件で上述のＣＭＰ剥離解析用ウェハにおける低誘電率膜３上の金属膜６を３分間ＣＭＰで研磨する。この際、キャップＣＶＤ膜４の一部又は全てが除去されても良い。そして、ダミーパターン７は、ＣＭＰを行った後に低誘電率膜３内にダミーＣｕ配線として残る。
【００２３】
その後、ウェハ内における各ダミーパターン群での低誘電率膜の剥離面積、剥離量、剥離数又は剥離率を調べると、図６に示すような低誘電率膜剥離のダミーパターン密度依存性が得られた。即ち、ダミーパターンの密度が高いほど剥離率が低くなることが分かった。また、ヤング率が５ＧＰａの低誘電率材料と２ＧＰａの低誘電率材料を比較した場合、２ＧＰａの材料の方が剥離率が約２倍高いことが分かった。
【００２４】
以上のように、本実施の形態１のＣＭＰ剥離解析用ウェハをＣＭＰして各ダミーパターン群での低誘電率膜の剥離を調べることで、低誘電率膜の剥離率のダミーパターン密度依存性を求めることができ、ＣＭＰで発生する低誘電率膜の剥離を定量的に評価できる。
【００２５】
なお、本発明は、低誘電率膜であるＭＳＱ膜の組成として、珪素の濃度が２０％から４０％、炭素の濃度が１０％から３０％、酸素の濃度が４０％から６０％のものに対する剥離の評価に有効である。また、低誘電率膜として、ＨＳＱ（Hydrogen Silsesquioxane）又はポリマーを用いた場合にも適用できる。そして、低誘電率膜の比誘電率が３.０以下のもの、特に２.５以下のものに対して有効である。また、低誘電率膜として、ＣＶＤ膜に限らず、スピン塗布膜を用いた場合にも適用できる。ただし、両者を比較した場合、特にスピン塗布膜に対して有効である。さらに、低誘電率膜の膜厚は、１００ｎｍから１０００ｎｍの範囲であることが望ましい。
【００２６】
また、ＣＭＰ剥離解析用ウェハに様々な低誘電率膜を成膜することにより、各低誘電率膜の接着性の優劣を評価できる。例えば、密度、比誘電率、空孔率、ヤング率、硬度、屈折率の異なる低誘電率膜についてＣＭＰによる剥離を評価できる。そして、同一の低誘電率膜を異なる成膜プロセスで形成したシリコンウェハを用いてＣＭＰを行うことによって、各成膜プロセスの低誘電率膜の接着性に対する影響を評価できる。さらに、同一の低誘電率膜が形成されたシリコンウェハを用いて異なる条件でＣＭＰを行うことによって、各ＣＭＰ条件の優劣を評価できる。
【００２７】
また、ＣＭＰ剥離解析用ウェハにアクティブ領域が形成されている場合、ダミーパターン群はアクティブ領域から離れた領域に形成する。そして、そのアクティブ領域のＣｕ配線群と各区画のダミーパターン群の間隔をいくつかの段階に分けて設定することにより、その間隔と低誘電率膜の剥離の関係を定量的に評価できる。
【００２８】
実施の形態２．
本実施の形態２のＣＭＰ剥離解析用ウェハは、正方形パターンの一辺の長さが１μｍ、２μｍ、４μｍ、８μｍ、１６μｍの５種類のダミーパターン群を区画に区切って並べたテストパターンを有する。この一区画の大きさは縦２ｍｍ、横１ｍｍである。また、ダミーパターンの密度はいずれも３２％で同一である。このように、各区画のダミーパターンの大きさを０.１平方μｍから５０平方μｍの面積でいくつかの段階に分けて設定することにより、どのダミーパターンの大きさがＣＭＰで剥離しやすかったかを評価できる。
【００２９】
ここで、２μｍ角の正方形パターンを配置したダミーパターン群の例は図２と同じである。また、４μｍ角の正方形パターンを配置したダミーパターン群の例を図７に示す。正方形パターン間のピッチは１０μｍである。
【００３０】
本実施の形態２のＣＭＰ剥離解析用ウェハは、ダミーパターンの大きさが異なる複数のダミーパターン群を有するマスクを用いてフォトリソグラフィを行う点以外は実施の形態１と同様の方法で製造することができる。
【００３１】
そして、実施の形態１と同様の方法でＣＭＰした後、ウェハ内における各ダミーパターン群での低誘電率膜の剥離面積、剥離量、剥離数又は剥離率を調べると、図８に示すような低誘電率膜剥離のダミーパターンの大きさ依存性が得られた。即ち、ダミーパターンが大きいほど剥離率が高くなることが分かった。また、ヤング率が５ＧＰａの低誘電率材料と２ＧＰａの低誘電率膜材料を比較した場合、２ＧＰａの材料の方が剥離率が約２倍高いことが分かった。
【００３２】
以上のように、本実施の形態２のＣＭＰ剥離解析用ウェハをＣＭＰして各ダミーパターン群での低誘電率膜の剥離を調べることで、低誘電率膜の剥離率のダミーパターンの大きさ依存性を求めることができ、ＣＭＰで発生する低誘電率膜の剥離を定量的に評価できる。
【００３３】
実施の形態３．
本実施の形態３のＣＭＰ剥離解析用ウェハは、正方形、長方形及びＴ字型の３種類の形状のダミーパターンを有するダミーパターン群を区画に区切って並べたテストパターンを有する。そして、各形状のダミーパターンを有するダミーパターン群をそれぞれ、実施の形態１と同様に、密度が３２％、１６％、８％、４％、２％、１％、０％の７種類について区画に区切って並べる。この一区画の大きさは縦２ｍｍ、横１ｍｍである。これにより、どのダミーパターン形状がＣＭＰで剥離しやすいかを評価できる。
【００３４】
ここで、正方形のダミーパターンを有するダミーパターン群は実施の形態１と同様である。また、長方形のダミーパターンを有するダミーパターン群の例を図９に示す。これは、縦２μｍ、横５μｍの長方形のダミーパターンを交互に方向を９０度変え、列ごとにずらして配置したものであり、繰り返し周期は１５.８μｍ、パターン密度は３２％である。
【００３５】
そして、Ｔ字型のダミーパターンを有するダミーパターン群の例を図１０に示す。これは、縦２μｍ、横５μｍの長方形を組み合わせてＴ字形のパターンにしたものであり、やはり交互に方向を９０度変え、列ごとにずらして配置している。繰り返し周期は１５.８μｍ、パターン密度は同様に３２％である。
【００３６】
本実施の形態のＣＭＰ剥離解析用ウェハは、上述のようなダミーパターンの形状が異なる複数のダミーパターン群を有するマスクを用いてフォトリソグラフィを行う点以外は実施の形態１と同様の方法で製造することができる。
【００３７】
そして、実施の形態１と同様の方法でＣＭＰした後、ウェハ内における各ダミーパターン群での低誘電率膜の剥離面積、剥離量、剥離数又は剥離率を調べると、図１１に示すような低誘電率膜剥離のダミーパターン形状依存性が得られた。即ち、同じ密度のダミーパターンを配置しても正方形ダミーパターンが最も剥離しにくく、その次に長方形ダミーパターンが剥離しにくく、Ｔ字形ダミーパターンは最も剥離しやすいことが分かった。また、ヤング率が５ＧＰａの低誘電率材料と２ＧＰａの低誘電率材料を比較した場合、２ＧＰａの材料の方が剥離率が約２倍高かった。但し、いずれの材料の場合でもダミーパターン形状依存性は同じ傾向であった。
【００３８】
以上のように、本実施の形態３のＣＭＰ剥離解析用ウェハをＣＭＰして各ダミーパターン群での低誘電率膜の剥離を調べることで、低誘電率膜の剥離率のダミーパターン形状依存性を求めることができ、ＣＭＰで発生する低誘電率膜の剥離を定量的に評価できる。
【００３９】
なお、各区画のダミーパターンの方向を変えて配置することにより、どの方向の配置がＣＭＰで剥離しやすいかを評価できる。また、ダミーパターンの形状としては、正方形、長方形及びＴ字形以外にも、口の字形等に設定することもできる。
【００４０】
実施の形態４．
本実施の形態４のＣＭＰ剥離解析用ウェハは、互いの間隔が異なる複数のダミーパターン群を区画に区切って並べたテストパターンを有する。このテストパターンの例を図１２に示す。このテストパターンは、９個のダミーパターン群がそれぞれ１０００μｍ、４００μｍ、２００μｍ、１００μｍ、８０μｍ、６０μｍ、４０μｍ、２０μｍの間隔を隔てて配置されている。どのダミーパターン群も、大きさが縦２ｍｍ、横１ｍｍであり、図２に示すものと同じである。
【００４１】
本実施の形態のＣＭＰ剥離解析用ウェハは、上述のような互いの間隔が異なる複数のダミーパターン群を有するマスクを用いてフォトリソグラフィを行う点以外は実施の形態１と同様の方法で製造することができる。
【００４２】
そして、実施の形態１と同様の方法でＣＭＰした後、ウェハ内における各ダミーパターン群での低誘電率膜の剥離面積、剥離量、剥離数又は剥離率を調べると、図１３に示すような低誘電率膜剥離のダミーパターン群間の間隔依存性が得られた。即ち、本実験で用いた低誘電率膜の場合はダミーパターン群間の間隔が大きくなるほど低誘電率膜の剥離が発生しやすいことが分かった。また、ヤング率が５ＧＰａの低誘電率材料と２ＧＰａの低誘電率材料を比較した場合、２ＧＰａの材料の方が剥離率が約２倍高かった。但し、いずれの材料の場合でもダミーパターン群間の間隔依存性は同じ傾向であった。
【００４３】
以上のように、本実施の形態４のＣＭＰ剥離解析用ウェハをＣＭＰして各ダミーパターン群での低誘電率膜の剥離を調べることで、低誘電率膜の剥離率の間隔依存性を求めることができ、ＣＭＰで発生する低誘電率膜の剥離を定量的に評価できる。
【００４４】
実施の形態５．
本実施の形態５のＣＭＰ剥離解析用ウェハは、ダミーパターンの無い領域を有する複数のダミーパターン群を区画に区切って並べたテストパターンを有する。このテストパターンの例を図１４に示す。このテストパターンは、各ダミーパターン群中のパターンの無い領域の面積を変えており、パターンの無い領域の面積は最大１６００μｍ角、最小２５μｍ角である。このように、ダミーパターン群の中に１００平方μｍから１００平方ｍｍの面積のパターンが無い領域を配置し、どの面積の低誘電率膜が剥離したかを評価することによって剥離を定量的に評価できる。また、ダミーパターンの無い領域のうち少なくとも１つは面積が１平方ｍｍ以上とすることにより、この部分の低誘電率膜の剥離を目視で評価できる。
【００４５】
また、パターンの無い領域は、縦横の長さを変えて配置している。このため、面積が同じで縦横の長さが異なる場合に剥離の確率が異なるかどうかを調べることができる。また、各ダミーパターン群中のパターンの有る領域には図１に示すダミーパターンを形成する。
【００４６】
本実施の形態のＣＭＰ剥離解析用ウェハは、上述のようなダミーパターンの無い領域を有する複数のダミーパターン群を有するマスクを用いてフォトリソグラフィを行う点以外は実施の形態１と同様の方法で製造することができる。
【００４７】
そして、実施の形態１と同様の方法でＣＭＰした後、ウェハ内における各ダミーパターン群での低誘電率膜の剥離面積、剥離量、剥離数又は剥離率を調べると、図１５に示すような低誘電率膜剥離の無パターン領域面積依存性が得られた。即ち、本実験で用いた低誘電率膜の場合はパターンの無い領域の面積が大きくなるほど低誘電率膜の剥離が発生しやすいことが分かった。また、同じ面積であっても長方形の方が剥離しやすいことも分かった。さらに、ヤング率が５ＧＰａの低誘電率材料と２ＧＰａの低誘電率材料を比較した場合、２ＧＰａの材料の方が剥離率が約２倍高かった。但し、いずれの材料の場合でもパターンの無い領域の面積依存性は同じ傾向であった。
【００４８】
以上のように、本実施の形態５のＣＭＰ剥離解析用ウェハをＣＭＰして各ダミーパターン群での低誘電率膜の剥離を調べることで、低誘電率膜の剥離率の無パターン領域面積依存性を求めることができ、ＣＭＰで発生する低誘電率膜の剥離を定量的に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＣＭＰ剥離解析用ウェハが有するテストパターンを示す図である。
【図２】２μｍ角の正方形パターンを密度３２％で配置したダミーパターン群の例を示す図である。
【図３】２μｍ角の正方形パターンを密度１６％で配置したダミーパターン群の例を示す図である。
【図４】２μｍ角の正方形パターンを密度１％で配置したダミーパターン群の例を示す図である。
【図５】本発明のＣＭＰ剥離解析用ウェハの断面図である。
【図６】低誘電率膜剥離のダミーパターンの密度依存性を示す図である。
【図７】４μｍ角の正方形パターンを密度３２％で配置したダミーパターン群の例を示す図である。
【図８】低誘電率膜剥離のダミーパターンの大きさ依存性を示す図である。
【図９】長方形のダミーパターンを有するダミーパターン群の例を示す図である。
【図１０】Ｔ字型のダミーパターンを有するダミーパターン群の例を示す図である。
【図１１】低誘電率膜剥離のダミーパターンの形状依存性を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係るＣＭＰ剥離解析用ウェハが有するテストパターンを示す図である。
【図１３】低誘電率膜剥離のダミーパターン群間の間隔依存性を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５に係るＣＭＰ剥離解析用ウェハが有するテストパターンを示す図である。
【図１５】低誘電率膜剥離の無パターン領域面積依存性を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  半導体基板
３  低誘電率膜
６  金属膜
７  ダミーパターン
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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