(57)【要約】【課題】凹凸を有する基板の上に設けられた膜を、１回のＣＭＰで所望の膜厚に研磨する。【解決手段】本発明の基板研磨方法では、層間絶縁膜３における凸部４を研磨するときの研磨レートＲSを、凸部４を除去した後に平坦な面を研磨するときの研磨レートＲと、金属配線２のパターン密度Ｄと、補正係数Ｋとの関数で示すことにより算出する。ここで、補正係数Ｋは、凸部４の平面的なパターン密度が、層間絶縁膜６の厚みにより金属配線２のパターン密度と違う値になるのを補正するための補正係数である。この方法によると、凸部４を除去した後の平坦な面を研磨するときの研磨レートＲさえ実測すれば、層間絶縁膜３を所望の膜厚にするのに必要な時間を求めることができる。したがって、１度のＣＭＰで正確に研磨を行うことができる。【選択図】図１
2005340272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、上記半導体層の上の一部に設けられた凸状部材と、上記半導体層および上記凸状部材の上に設けられ、上面に上記凸状部材の形状が反映された凸部が設けられている被研磨膜を有する被処理基板を研磨する方法であって、
上記被研磨膜における上記凸部を研磨装置における研磨布に押圧し、上記研磨布の表面に研磨剤を供給しながら上記被研磨膜に上記研磨布を摺動することにより、上記凸部を除去した後にさらに所定に膜厚になるまで上記被研磨膜を研磨する研磨工程を備え、
上記凸部を除去した後の研磨レートとして実測研磨レートを用い、
上記凸部を研磨するときの研磨レートとして上記凸状部材のパターン密度と、上記凸部の断面形状に基づいて決められた係数と、上記実測研磨レートとから算出した算出研磨レートとを用い、
上記被研磨膜が上記所定の膜厚になるまでの研磨時間を算出する、基板研磨方法。
【請求項２】
請求項１に記載の基板研磨方法であって、
上記研磨時間は、上記凸部を除去するときの研磨時間と、上記凸部を除去した後に上記被研磨膜が上記所定の膜厚になるまでの研磨時間との和であり、
上記凸部を除去するときの研磨時間は、上記算出研磨レートと、上記凸部の段差とから算出し、
上記凸部を除去した後に上記被研磨膜が上記所定の膜厚になるまでの研磨時間は、上記実測研磨レートと、上記凸部を除去した直後の上記被研磨膜の平坦な面から上記所定の膜厚となる面までの厚さとから算出する、基板研磨方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基板研磨方法であって、
上記実測研磨レートは、上記被研磨膜と同一材料からなり、表面が平坦なモニタ膜を予め研磨して求めた研磨レートである、基板研磨方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の基板研磨方法であって、
上記研磨工程では、上記被研磨基板を含む複数の基板が研磨され、
上記実測研磨レートは、上記被研磨基板の前に研磨された基板の被研磨膜における研磨レートを実測したものである、基板研磨方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の基板研磨方法であって、
上記研磨工程では、上記被研磨基板が研磨される前に複数の基板が研磨され、
上記実測研磨レートは、上記複数の基板において実測した研磨レートの平均値である、基板研磨方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の基板研磨方法であって、
上記研磨工程では、上記被研磨基板が研磨される前に複数の基板が処理され、
上記実測研磨レートは、上記複数の基板において実測した研磨レートの荷重平均値である、基板研磨方法。
【請求項７】
請求項１または２に記載の基板研磨方法であって、
上記研磨工程では、上記被処理基板の凸部と同じパターン密度の凸部を有する複数の基板で構成される被処理ロットを処理し、
上記被処理ロットにおける全ての上記基板において、１つの上記実測研磨レートおよび１つの上記算出研磨レートを用いて、１つの上記研磨時間を算出する、基板研磨方法。
【請求項８】
請求項７に記載の研磨方法であって、
上記研磨工程では、上記被処理ロットを含む複数のロットが処理され、
上記実測研磨レートは、上記被処理ロットの前に処理されたロットにおける研磨レートを実測したものである、基板研磨方法。
【請求項９】
請求項７に記載の研磨方法であって、
上記研磨工程では、上記被処理ロットが処理される前に複数のロットが処理され、
上記実測研磨レートは、上記複数のロットにおける研磨レートの平均値である、基板研磨方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の基板研磨方法であって、
上記研磨工程では、上記被処理ロットが処理される前に複数のロットが処理され、
上記実測研磨レートは、上記複数のロットにおける研磨レートの荷重平均値である、基板研磨方法。
【請求項１１】
請求項５または９に記載の基板研磨方法であって、
上記平均値は移動平均値である、基板研磨方法。
【請求項１２】
請求項６または１０に記載の基板研磨方法であって、
上記荷重平均値は移動荷重平均値である、基板研磨方法。
【請求項１３】
請求項１または２に記載の基板研磨方法であって、
上記研磨工程では、バッチ処理方式の研磨装置を用い、
１バッチを構成する全ての基板において、１つの上記実測研磨レートおよび１つの上記算出研磨レートを用いて、１つの上記研磨時間を算出する、基板研磨方法。
【請求項１４】
半導体層と、上記半導体層の上の一部に設けられた凸状部材と、上記半導体層および上記凸状部材の上に設けられ、上面に上記凸状部材の形状が反映された凸部が設けられている被研磨膜を有する被処理基板を用い、上記被研磨膜における上記凸部を研磨装置における研磨布に押圧し、上記研磨布の表面に研磨剤を供給しながら上記被研磨膜に上記研磨布を摺動することにより、上記凸部を除去した後にさらに所定に膜厚になるまで上記被研磨膜を研磨する研磨工程を上記研磨装置に行わせる基板研磨管理システムであって、
上記凸部を除去した後の実測研磨レートと、上記凸部を研磨する時の算出研磨レートとを記憶する第１のデータベースと、
上記凸状部材のパターン密度および上記凸部の断面形状を記憶する第２のデータベースと、
上記実測研磨レートの算出と、上記凸状部材のパターン密度および上記凸部の断面形状に基づいて求められる係数の算出と、上記係数および上記実測研磨レートに基づく上記算出研磨レートの算出とを行うことができる計算手段と、
上記実測研磨レートおよび上記算出研磨レートから、上記被研磨膜の研磨時間を算出する計算手段と、
算出された上記研磨時間を上記研磨装置に転送する転送手段と
を備える、基板研磨管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板や液晶基板等よりなる基板の研磨面を平坦化処理するための化学機械研磨（以下、ＣＭＰという）を行う基板の研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造プロセスの高密度化および微細化に伴い、種々の微細加工技術が研究開発されている。その中でも、ＣＭＰは半導体集積回路上に形成された多層配線構造の層間絶縁膜の平坦化を行うための必須技術である。図１５は、ＣＭＰに用いられる基板研磨装置の構造を示す図である。図１５に示すように、従来の基板研磨装置は、中心軸の回りに回転する円盤状のプラテン２２１（定盤）と、プラテン２２１の中心部の下に設けられ、プラテン２２１を支持するプラテン軸２２２と、プラテン２２１上に貼り付けられた独立発泡型ポリウレタン樹脂や不織布等からなる研磨布（パッド）２２３と、半導体基板などの基板が装着された円板状のキャリア２２４と、キャリア２２４を中心部で支持するキャリア軸２２５と、フュームドシリカまたはコロイダルシリカを主成分とする研磨剤（スラリー）２２６を供給するための研磨剤供給装置２２７とを備え、キャリア２２４に装着した半導体基板表面の凹凸面を研磨布（パッド）２２３に押しつけて得られる機械的研磨作用と、加工中に供給した研磨剤（スラリー）２２６と研磨対象膜との化学的研磨作用により、基板研磨面の凹凸をなくすよう研磨することを特徴としている。
【０００３】
また、研磨剤（スラリー）２２６による研磨布（パッド）２２３の目詰まりを解消するために、プラテン２２１の近傍に、１００μｍから２００μｍの大きさのダイヤモンド粒などの切削材料を接着したドレッサー２２８を設け、半導体基板数十枚からなる１バッチの研磨毎に研磨布（パッド）２２３へドレッシングを行なっている。ドレッシングとは、ドレッサー２２８を回転しながら研磨布（パッド）２２３の研磨面を定期的に切削し、研磨布（パッド）２２３の目詰まりを解消することである。このドレッシングは基板研磨中に同時に実施することもある。
【０００４】
図１６（ａ）〜（ｃ）は、従来の半導体集積回路の多層配線構造において、層間絶縁膜をＣＭＰ法によって研磨する工程を示す模式図である。多層配線構造では、図１６（ａ）に示すように、シリコン基板上２３１の上に金属配線２３２がパターン形成され、シリコン基板２３１および金属配線２３２の上には層間絶縁膜２３３が積層されている。層間絶縁膜２３３の上面には金属配線２３２のパターンを反映した凹凸が形成されているため、その凹凸をＣＭＰ装置で研磨して平坦化する必要がある。このとき、下地の金属配線２３２におけるパターン密度が半導体チップ製品の品種によって異なるため、その品種によって研磨速度が異なる。したがって、研磨時間、研磨条件を一様に設定すると、研磨したあとの残膜膜厚が大きく異なってしまう。以上のことから、図１６（ｂ）に示す工程で凹凸が無くなる深さまで研磨した段階で一旦研磨を止めて、その後に図１６（ｃ）に示す工程で所望の膜厚になる深さまで研磨するというように、研磨を２回に分割することにより残膜制御を行っている。
【０００５】
ここで、各ロットの処理運用について図１７を参照しながら説明する。図１７は、従来のＣＭＰ法における研磨のステップを示すフローチャート図である。
【０００６】
まず、ステップＲ１で、パッド交換、キャリア交換、ドレッサー交換によるメンテナンスを行なった後、ステップＲ２で、研磨レート測定を行う。ここで、研磨レート測定は、シリコン基板の上に金属配線を形成せず層間絶縁膜を積層したモニター基板（以下では下地なしの基板と呼ぶ）を研磨することにより行う。モニター基板では、層間絶縁膜の上に凹凸が生じていないため、一定の研磨レートを得ることができる。
【０００７】
次に、ステップＲ３〜ステップＲ７で、実際の半導体集積回路における層間絶縁膜を各ロットごとに研磨する。具体的には、ステップＲ３において層間絶縁膜の初期膜厚を測定し、ステップＲ４において、１回目の研磨を、層間絶縁膜の段差が完全になくなると経験的に求められる時間で行う。続いて、ステップＲ５で、１回目の研磨後の残膜厚測定を行い、層間絶縁膜のうち金属配線の上に位置する部分の膜厚値を測定した後、ステップＲ６で２度目の研磨を行う。２度目の研磨を開始する時点では、すでに層間絶縁膜の上面に段差が無くなっているため、２度目の研磨は、ステップＲ２で測定した下地なしの基板の研磨レートを用いて、ステップＲ５で測定した残膜値から所望の膜厚値になるまでに必要な時間だけ研磨を行う。次に、ステップＲ７で残膜厚を測定し、その膜厚値が所望の膜厚値の検査規格内であることを確認する。以上のステップによって、一定枚数（ロット）の研磨工程が終了し、次のロットの層間絶縁膜の研磨工程に移る。各ロットの研磨工程が終了すると、ステップＲ８の研磨レート測定に移る。
【０００８】
ステップＲ２における研磨レート測定は、例えば１００枚といった適当な枚数毎や、あるいは２４時間といった適当な時間毎に実施され、研磨処理を行なう際に必要な研磨レートを随時更新している。なお、以上に述べたような研磨方法は、例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１１０６０３号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の方法で研磨を行うと、以下に示す不具合が生じていた。
【００１０】
まず、研磨を２回に分けて行ってそれぞれの研磨の後に膜厚測定を行うため、工程数が多くなり、ＣＭＰ装置の処理能力が低くなり、製品コストが高くなるという不具合がある。また、２回の研磨によって、研磨布（パッド）２２３、キャリア２２４の処理枚数および研磨剤（スラリー）２２６の使用量といったランニングコストも高くなる。さらに、適当な枚数や時間毎に下地なしの基板の研磨レート測定を行うことにより、研磨レートを測定する処理だけではなく枚数や時間を測定する処理によっても装置の処理能力が落ちることになる。
【００１１】
しかしながら、研磨レートを測定することによる負担を低減するために、研磨レートの測定回数を削減すると、研磨布（パッド）２２３およびキャリア２２４の使用状態による研磨レートの変動に迅速に対応することができず、全ての被処理基板において目標膜厚を達成するのが難しくなる。上述したように、研磨布（パッド）２２３の目詰まりによる研磨レートの低下を防ぐために、ドレッシングによってパッド研磨面を再活性化して、研磨レートの安定化を図っている。しかしながら、ドレッシングにより研磨布（パッド）２２３の目詰まりを解消できても、研磨布（パッド）２２３の研磨面の粗さの状態を一定に保てず、研磨レートが低下して、研磨後の残膜厚が所望膜厚の規格の上限を超えて残る場合がある。この場合に残膜厚を規格の範囲内にするためには、追加研磨を行わなければならない。また、ドレッシングによって研磨パッドの厚さが変化することによって、長期的にみて研磨レートが変動することも研磨の精度に影響を与える。
【００１２】
そこで、本発明では、凸部を研磨するときと凸部を除去した後の平坦な面を研磨するときの研磨レートの変動を把握する手段を講ずることにより、１回の研磨で、凹凸を有する基板上の膜を研磨して所望の残膜厚を達成できる研磨方法とＣＭＰ研磨管理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の基板研磨方法は、半導体層と、上記半導体層の上の一部に設けられた凸状部材と、上記半導体層および上記凸状部材の上に設けられ、上面に上記凸状部材の形状が反映された凸部が設けられている被研磨膜を有する被処理基板を研磨する方法であって、上記被研磨膜における上記凸部を研磨装置における研磨布に押圧し、上記研磨布の表面に研磨剤を供給しながら上記被研磨膜に上記研磨布を摺動することにより、上記凸部を除去した後にさらに所定に膜厚になるまで上記被研磨膜を研磨する研磨工程を備え、上記凸部を除去した後の研磨レートとして実測研磨レートを用い、上記凸部を研磨するときの研磨レートとして上記凸状部材のパターン密度と、上記凸部の断面形状に基づいて決められた係数と、上記実測研磨レートとから算出した算出研磨レートとを用い、上記被研磨膜が上記所定の膜厚になるまでの研磨時間を算出する。
【００１４】
この方法では、凸部を除去するときの研磨レートを、平坦な面を研磨するときの実測研磨レートから算出することができる。これにより、凸状部材のパターン率がどのような値でも、そのパターン率に応じて研磨時間を算出して研磨を行うことができる。したがって、凸部を除去する工程および凸部を除去した後の工程のＣＭＰを１度に行うことができるため、処理能力を高めることができ、製造コストを低く抑えることができる。また、研磨布（パッド）、キャリアの処理枚数、研磨材（スラリー）の使用量といったランニングコストを低く抑えることができる。
【００１５】
具体的には、上記研磨時間は、上記凸部を除去するときの研磨時間と、上記凸部を除去した後に上記被研磨膜が上記所定の膜厚になるまでの研磨時間との和であり、上記凸部を除去するときの研磨時間は、上記算出研磨レートと、上記凸部の段差とから算出し、上記凸部を除去した後に上記被研磨膜が上記所定の膜厚になるまでの研磨時間は、上記実測研磨レートと、上記凸部を除去した直後の上記被研磨膜の平坦な面から上記所定の膜厚となる面までの厚さとから算出すればよい。
【００１６】
上記実測研磨レートは、上記被研磨膜と同一材料からなり、表面が平坦なモニタ膜を予め研磨して求めた研磨レートであってもよい。
【００１７】
上記研磨工程で、上記被研磨基板を含む複数の基板が研磨される場合には、上記実測研磨レートを、上記被研磨基板の前に研磨された基板の被研磨膜における研磨レートを実測したものとしてもよい。この場合には、たとえ多くの基板を研磨することによって研磨布に目詰まりが生じたり研磨面の粗さが変動して研磨レートが除々に低下していっても、直前に行った基板の処理結果研磨レートを用いることにより、誤差を少なくできる。したがって、より正確に研磨を行うことができる。研磨のレートの精度を高めることにより、最終的な膜厚が規格範囲を超えることが少なくなるため、追加研磨回数を削減でき、工程のさらなる簡略化が可能となる。
【００１８】
また、上記研磨工程で、上記被研磨基板が研磨される前に複数の基板が研磨される場合には、上記実測研磨レートを、上記複数の基板において実測した研磨レートの平均値としてもよい。あるいは、上記研磨工程で、上記被研磨基板が研磨される前に複数の基板が処理される場合には、上記実測研磨レートを、上記複数の基板において実測した研磨レートの荷重平均値としてもよい。
【００１９】
これらの場合には、たとえ多くの基板を研磨することによって、研磨布に目詰まりが生じたり研磨面の粗さが変動して研磨レートが除々に低下していっても、直前に行った基板の処理結果研磨レートを用いることにより、誤差を少なくできる。また、処理結果研磨レートの平均値をとることにより、たとえ直前の研磨によって得られた処理結果研磨レートが突発的に大きく変動していた場合であっても、その影響を小さくすることができる。以上のことから、最終的な膜厚が規格範囲を超えることが少なくなるため、追加研磨回数を削減でき、工程のさらなる簡略化が可能となる。
【００２０】
上記研磨工程で、上記被処理基板の凸部と同じパターン密度の凸部を有する複数の基板で構成される被処理ロットを処理する場合には、上記被処理ロットにおける全ての上記基板において、１つの上記実測研磨レートおよび１つの上記算出研磨レートを用いて、１つの上記研磨時間を算出してもよい。この場合には、研磨レートを算出する工程を簡略化することができる。
【００２１】
上記研磨工程で上記被処理ロットを含む複数のロットが処理される場合には、上記実測研磨レートは、上記被処理ロットの前に処理されたロットにおける研磨レートを実測したものであってもよい。
【００２２】
上記研磨工程では、上記被処理ロットが処理される前に複数のロットが処理され、上記実測研磨レートは、上記複数のロットにおける研磨レートの平均値であってもよい。
【００２３】
上記研磨工程では、上記被処理ロットが処理される前に複数のロットが処理され、上記実測研磨レートは、上記複数のロットにおける研磨レートの荷重平均値であってもよい。
【００２４】
なお、実測研磨レートとして平均値を用いるときには、その平均値は移動平均値であってもよい。
【００２５】
また、実測研磨レートとして荷重平均値を用いるときには、その荷重平均値は移動荷重平均値であってもよい。
【００２６】
上記研磨工程では、バッチ処理方式の研磨装置を用い、１バッチを構成する全ての基板において、１つの上記実測研磨レートおよび１つの上記算出研磨レートを用いて、１つの上記研磨時間を算出してもよい。
【００２７】
本発明の基板研磨管理システムは、半導体層と、上記半導体層の上の一部に設けられた凸状部材と、上記半導体層および上記凸状部材の上に設けられ、上面に上記凸状部材の形状が反映された凸部が設けられている被研磨膜を有する被処理基板を用い、上記被研磨膜における上記凸部を研磨装置における研磨布に押圧し、上記研磨布の表面に研磨剤を供給しながら上記被研磨膜に上記研磨布を摺動することにより、上記凸部を除去した後にさらに所定に膜厚になるまで上記被研磨膜を研磨する研磨工程を上記研磨装置に行わせる基板研磨管理システムであって、上記凸部を除去した後の実測研磨レートと、上記凸部を研磨する時の算出研磨レートとを記憶する第１のデータベースと、上記凸状部材のパターン密度および上記凸部の断面形状を記憶する第２のデータベースと、上記実測研磨レートの算出と、上記凸状部材のパターン密度および上記凸部の断面形状に基づいて求められる係数の算出と、上記係数および上記実測研磨レートに基づく上記算出研磨レートの算出とを行うことができる計算手段と、上記実測研磨レートおよび上記算出研磨レートから、上記被研磨膜の研磨時間を算出する計算手段と、算出された上記研磨時間を上記研磨装置に転送する転送手段とを備える。
【００２８】
これにより、作業者が操作する必要があるのはロットを選択するときのみであり、研磨時間は、ロットの品種、プロセス、工程、装置および処理条件から自動的に算出されてＣＭＰ装置に自動転送されるため、作業者の負担を軽減することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明では、凸部のパターン密度に対応して、１度の研磨で被研磨膜の平坦化を行うことができることから、処理能力を高めることができ、製造コストを低く抑えることができる。また、ランニングコストを低く抑えることができる。
【００３０】
また、本発明の研磨方法をシステム化することにより、研磨時間を自動的に定めて研磨することができるため作業者の負荷を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、半導体装置の層間絶縁膜に対してＣＭＰを行う際に、時間の経過に沿って層間絶縁膜の膜厚が変化する様子を模式的に示す図であり、図１（ｂ）は、層間絶縁膜の研磨時間と層間絶縁膜の膜厚との関係を近似的に示すグラフ図である。
【００３３】
図１（ａ）の工程（ａ１）に示すように、ＣＭＰの対象となる半導体装置では、シリコン基板１の上に金属配線２がパターン形成されて設けられ、シリコン基板１および金属配線２の上には層間絶縁膜３が積層されている。この段階では、層間絶縁膜３の上面には、金属配線２のパターンを反映した凸部４が設けられている。この層間絶縁膜３は、工程（ａ２）において凸部４がなくなる高さまで研磨され（以下では、この工程を段差緩和工程と呼ぶ）、工程（ａ３）において所望の膜厚値になるまで研磨される（以下では、この工程を段差緩和以降の工程と呼ぶ）。なお、層間絶縁膜３はＴＥＯＳ膜またはＢＰＳＧ膜などの酸化膜である。
【００３４】
図１（ｂ）に示すグラフにおいて、横軸は研磨時間を示し、縦軸は層間絶縁膜３のうち金属配線２の上に位置する部分の膜厚値を示している。そして、直線８は段差緩和工程における膜厚の変化を示し、直線９は段差緩和以降の工程における膜厚の変化を示している。直線８の傾きおよび直線９の傾きはそれぞれ、段差緩和工程の研磨レートおよび段差緩和以降の工程の研磨レートを示している。
【００３５】
ここで、所望の膜厚を得るまでの総合研磨時間Ｔは、層間絶縁膜３の凸部４の段差緩和工程における時間ｔ１と段差緩和以降の工程における時間ｔ２の和であり、下記（１）式で示される。
【００３６】
【数１】
2005340272.tif 000003
【００３７】
（１）式において、ＨTは層間絶縁膜３の凸部４の高さを、ＨIは、層間絶縁膜３のうち凸部４が設けられている領域において、凸部４の表面から金属配線２の表面までの長さを、Ｈ0は、層間絶縁膜３のうち金属配線２の上に位置する領域における所望の膜厚を、ＲSは、段差緩和工程における研磨レートを、Ｒは段差緩和以降の工程における研磨レートを、それぞれ示している。
【００３８】
一般的に、ＣＭＰにおける研磨レートは、基板を研磨パッドに押し付ける圧力に比例することが分かっている。ここで、段差緩和工程では研磨パッドに押しつけられるのは凸部のみであるのに対し、段差緩和以降の工程では研磨パッドには全面が押しつけられる。そのため、これら２つの工程において基板を装着したキャリアに一定の力をかける場合には、段差緩和工程の方が研磨パッドに押しつけられる面積が小さいために凸部にかかる圧力が大きくなり、研磨レートが速くなる。
【００３９】
また、凸部４のパターン密度によって凸部４に加わる圧力は異なるため、研磨レートは変動する。つまり、凸部４のパターン密度が少ない場合には圧力が高くなるため、研磨レートは点線１０のように高くなり、凸部４のパターン密度が高い場合には圧力が低くなるため、研磨レートは点線１１のように小さくなる。したがって、層間絶縁膜３を所望の膜厚にすることができる研磨の終了時刻は、図１（ｂ）に示す変動時間ｔ３の範囲内で変動する。
【００４０】
以上のように、段差緩和工程における研磨レートは、段差緩和以降の工程における研磨レートと、層間絶縁膜３の上面の単位面積における凸部４の面積である凸部４のパターン密度とによって変化することから、下記の（２）式で示される。
【００４１】
【数２】
2005340272.tif 000004
【００４２】
（２）式において、ＲSは段差緩和工程における研磨レートを、Ｒは段差緩和以降の工程における研磨レートを、Ｄは金属配線２のパターン密度を、Ｋは凸部４のパターン密度に基づいた補正係数を、それぞれ示している。
【００４３】
（２）式によると、段差緩和工程における研磨レートＲSは、段差緩和以降の工程、つまり表面が平坦な状態における研磨レートＲを基準として、金属配線２のパターン密度Ｄおよび補正係数Ｋによって調整することにより求めることができる。
【００４４】
ここで、補正係数Ｋには次のような意味がある。層間絶縁膜３はある厚みを有しているため、金属配線２の上に層間絶縁膜３を形成すると、凸部４の平面積は金属配線２の平面積より大きくなる。また、凸部４の上面における縁部は丸みを帯びるため、その断面形状は金属配線２の断面形状とは異なったものとなる。このような相違を補正するために補正係数Ｋを設定しているのである。補正係数Ｋは、層間絶縁膜３の膜種や金属配線２のパターン密度等によって異なり、基板のマスクデータから求められたチップ内各点における金属配線２のパターン密度に対して、層間絶縁膜３の堆積によって変動した分の補正を施している。
【００４５】
なお、以上の説明では、層間絶縁膜３の最終仕上がりの所望の膜厚値を規格値の範囲内の中心値としているが、所望の膜厚の値を変更したい場合には、時間Ｔは下記（３）式で示される。
【００４６】
【数３】
2005340272.tif 000005
【００４７】
なお、（３）式において、ＨSは、変更前の所望の膜厚値からの補正研磨量を示している。
【００４８】
研磨処理順をｉとすると、ｉ番目にＣＭＰ処理される基板ｉの研磨時間は、（１）式をもとにして下記（４）式より示される。
【００４９】
【数４】
2005340272.tif 000006
【００５０】
（４）式において、凸部４の高さＨT（ｉ）は測定によって、所望の膜厚値Ｈ0（ｉ）は設定値から、また、ＨI（ｉ）は膜厚測定器によって測定することにより得られる。
【００５１】
また、（２）式より、ＲS（ｉ）はＲ（ｉ）, Ｄ, Ｋの関数で示すことができ、金属配線２のパターン密度Ｄおよび補正係数Ｋ（ｉ）はｉ番目に研磨する基板に形成された回路の品種および配線層パターンの設計データにより事前に導きだせる。以上のことから、研磨時間Ｔ（ｉ）は、段差緩和以降の工程における研磨レートＲ（ｉ）の変動に左右されることが分かる。段差緩和以降の工程では、原則的に平坦な表面を研磨するため、その研磨レートは、シリコン基板上に金属配線を形成せずに層間絶縁膜だけを堆積したモニタ基板（以下では下地なしの基板と呼ぶ）を研磨する場合と同じであるとする。この場合には、段差緩和以降の工程の研磨レートは、下記（５）式で示される。
【００５２】
【数５】
2005340272.tif 000007
【００５３】
（５）式において、Ｒ0は、下地なしの基板における研磨レートを示している。
【００５４】
次に、本実施形態におけるＣＭＰ処理のフローについて、図２を参照しながら説明する。図２は、第１の実施形態におけるＣＭＰ法のフローを示すフローチャート図である。
【００５５】
まず、ステップＳ１で、パッド交換、キャリア交換、ドレッサー交換によるメンテナンスを行った後、ステップＳ２で、下地なし基板の研磨レート測定を行う。このように、メンテナンスを行った後に研磨レート測定を行うことによって、メンテナンスによってパッド、キャリア、ドレッサーの状態が変化してメンテナンス以前の状態から研磨レートが変化しても、正確な研磨レートを得ることができる。なお、研磨レート測定は、例えば１００枚といった適当な枚数毎や、あるいは２４時間といった適当な時間毎に実施され、研磨処理を行なう際に必要な研磨レートを随時更新している。
【００５６】
次に、ステップＳ３では、１番目のロットにおける研磨を行う。具体的には、ステップｓ１〜ステップｓ４の処理を行う。ステップｓ１において、層間絶縁膜３における凸部４の初期膜厚を測定し、ステップｓ２において、研磨レート測定の測定結果Ｒ0 を用いて、研磨時間Ｔを（４）式および（５）式より求める。次に、ステップｓ３で、研磨時間Ｔの研磨を行い、続いて、ステップｓ４で研磨後の層間絶縁膜３の膜厚を測定し、それが所望の膜厚の規格範囲内にあることを確認する。
【００５７】
次に、ステップＳ４は、２番目のロットにおける研磨として、ステップｓ１〜ステップｓ４と同様のステップを経る。このとき用いる研磨レートは、ステップＳ２で測定した研磨レートＲ01である。この後、３番目以降のロットの処理を、研磨レートＲ01を用いて行う。
【００５８】
次に、ステップＳ５では、新たに研磨レート測定を行い、研磨レートＲ02を得る。その後、研磨レートＲ02を用いて、ステップｓ１〜ステップｓ４と同様の処理を繰り返す。
【００５９】
図３（ａ）, （ｂ）は、第１の実施形態の方法を用いてＣＭＰ処理を行った場合における層間絶縁膜の最終残り膜厚を測定した結果を示す表図およびグラフ図である。この測定は、異なる品種Ａ〜Ｉ、異なる配線層のパターン率（パターン密度）基板を有するロットを用いて行った。図３（ａ）に示す研磨時間Ｔは、下地なし基板の研磨レート測定で得られた研磨レートＲを用いて求めている。研磨前の凸部の高さの値ＨTは、各ロット内における複数枚の基板の平均として求めている。また、残膜結果は、各ロット内における複数枚の基板を同一研磨時間で処理した後に、複数枚の基板の残り膜厚値を平均した値である。品種Ａから品種Ｃにおいては、１回目の研磨レート測定から得られた研磨レートを用い、品種Ｄ以降においては２回目の研磨レート測定から得られた研磨レートを用いている。
【００６０】
図３（ｂ）のグラフの横軸は処理枚数を示し、縦軸はＣＭＰ処理後の膜厚値を示している。図３（ｂ）に示すように、残膜値の規格値の上限は１２００ｎｍであり、下限は８００ｎｍである。品種ＡからＩまでの残膜結果はいずれもこの規格値の範囲内にあるため、本実施形態の研磨方法では、層間絶縁膜の残膜厚を所望の膜厚の範囲内に合わせ込むことが可能であることがわかる。
【００６１】
なお、図３（ａ）に示すように、品種Ａ〜Ｉの研磨レートは、品種Ｈの３０．８５％から品種Ａの４９．８６％までと広範囲である。このように、本実施形態では、パターン密度が大きく異なるロットにおいても所望の膜厚を得ることができる。
【００６２】
以上のように、本実施形態では、金属配線のパターン率がどのような値の場合でも、そのパターン率に応じて研磨時間を算出して研磨を行うことができる。したがって、段差緩和工程および段差緩和以降の工程を１度に行うことができるため、ＣＭＰ装置の処理能力を高めることができ、製造コストを低く抑えることができる。また、研磨布（パッド）、キャリアの処理枚数、研磨材（スラリー）の使用量といったランニングコストを低く抑えることができる。
【００６３】
（第２の実施形態）
−第１の方法−
第２の実施形態の第１の方法では、段差緩和以降の工程における研磨レートＲｉとして、ｉ番目の前に研磨したｉ−１番目の基板の処理結果から得られる研磨レート（以下では、処理結果研磨レートと呼ぶ）を用いる。この処理結果研磨レートＲ（ｉ）は、Ｒｓ（ｉ）がＲ（ｉ）の関数であるから（４）式に、研磨時間Ｔとしてｉ−１番目の基板を研磨するのに要した時間を代入し、膜厚Ｈ0 としてｉ−１番目の基板の研磨後における膜厚を代入し、（４）式を解いて求めることができる。つまり、ｉ番目の基板の研磨レートＲ（ｉ）は、ｉ−１番目の基板の処理結果研磨レートをＲＢ（ｉ−１）とすると、下記（６）式で示すことができる。
【００６４】
【数６】
2005340272.tif 000008
【００６５】
このＲ（ｉ）を第１の実施形態で述べた（４）式に代入すると、ｉ番目の基板における研磨時間Ｔ（ｉ）を求めることができる。
【００６６】
次に、（６）式によって研磨レートを算出してＣＭＰ処理を行う場合のフローについて、図４を参照しながら説明する。図４は、第２の実施形態における１つめのＣＭＰ法のフローを示すフローチャート図である。
【００６７】
まず、ステップＵ１で、パッド交換、キャリア交換、ドレッサー交換によるメンテナンスを行う。次に、ステップＵ２で、下地なし基板の研磨レート測定を行う。
【００６８】
次に、ステップＵ３において、ステップＵ２で測定した研磨レートＲ0 を用いて研磨を行う。なお、ステップＵ３における研磨は、第１の実施形態における１番目のロット処理のステップと同様であるので説明を省略する。
【００６９】
次に、ステップＵ４において２番目のロットの研磨処理を行う。具体的には、ステップｕ１〜ステップｕ５の処理を行う。ステップｕ１では、２番目のロットにおける基板の層間絶縁膜の初期膜厚を測定する。次に、ステップｕ２で、（５）式にステップＵ３で得られた結果を代入することにより、１番目ロットの処理結果研磨レートＲＢ１を求める。（６）式より、この処理結果研磨レートＲＢ１を２番目のロットにおける研磨レートＲ（２）であるとする。次に、ステップｕ３では、２番目のロットにおける基板の研磨時間Ｔ（２）を、研磨レートＲ（２）を（４）式に代入することにより算出する。次に、ステップｕ４において、実際に時間Ｔ（２）の研磨を行う。次に、ステップｕ５において、研磨後の層間絶縁膜の膜厚を測定する。以上によりステップＵ３の処理は終了し、３番目のロット処理に移行する。その後、ステップＵ（ｉ＋２）でも同様に、ｉ−１番目ロットの処理結果研磨レートＲＢｉ−１を（４）式から求め、ｉ番目ロットの処理の研磨レートＲｉをＲＢｉ−１として、研磨時間Ｔ（ｉ）を（４）式から算出して研磨を行う。
−第２の方法−
本実施形態におけるｉ番目ロットの研磨レートＲ（ｉ）は、ｉ番目の処理の前に処理したｎ個のロットを抽出して、下記（７）式によって算出してもよい。この場合について以下に説明する。
【００７０】
【数７】
2005340272.tif 000009
【００７１】
（７）式では、各ロットにおける研磨レートの移動平均を求めていることになる。なお、（６）式の研磨レートの算出の仕方は、（７）式においてｎ＝１とした場合、つまり１つ前のロットの処理分のみを考慮する場合と同様である。
【００７２】
（７）式を用いるＣＭＰの方法では、ｎ個の処理結果研磨レートのデータがそろうまでは、研磨レートＲｉとして（５）式の研磨レートを用いる。そして、ｎ＋１個目以降のロットにおいて（７）式の研磨レートを用いる。以下に、この方法について図５を参照しながら説明する。図５は、第２の実施形態における２つめのＣＭＰ法のフローを示すフローチャート図である。なお、図５には、ｎ＝３としたときの例を示している。
【００７３】
まず、ステップＶ１で、パッド交換、キャリア交換、ドレッサー交換によるメンテナンスを行う。次に、ステップＶ２で、下地なし基板の研磨レート測定を行うことにより、研磨レートＲ0 を算出する。
【００７４】
次に、ステップＶ３において、ステップＶ２で測定した研磨レートＲ0 を用いて研磨を行う。なお、ステップＶ３における研磨は、第１の実施形態における１番目のロット処理のステップと同様であるので説明を省略する。その後、ステップＶ４およびステップＶ５においても、ステップＶ３と同様の研磨レートＲ0 を用いて研磨を行う。
【００７５】
次に、ステップＶ６では、ステップｖ１〜ｖ５の処理を行う。まず、ステップｖ１では、４番目のロットにおける基板の層間絶縁膜の初期膜厚を測定する。次に、ステップｖ２で、（４）式にステップＶ３〜Ｖ５で得られた結果を代入することにより、１番目〜３番目のロットの処理結果研磨レートＲＢ１〜ＲＢ３を求める。その後、この処理結果研磨レートＲＢ１〜ＲＢ３を（７）式に代入して、処理結果研磨レートの平均値を求めて、研磨レートＲ（４）とする。
【００７６】
次に、ステップｖ３で、４番目のロットにおける基板の研磨時間Ｔ（４）を、研磨レートＲ（４）を（４）式に代入することにより算出する。次に、ステップｖ４において、時間Ｔ（４）の研磨を実際に行う。次に、ステップｖ５において、研磨後の層間絶縁膜の膜厚を測定する。以上によりステップＶ６の処理は終了し、５番目のロット処理に移行する。その後、ステップＶ（ｉ＋２）でも同様に、ｉ−１番目の処理の研磨レートＲＢｉ−１、ｉ−２番目の処理の研磨レートＲＢｉ−２、ｉ−３番目処理の研磨レートＲＢｉ−３を（４）式から求め、これらの平均をｉ番目の研磨レートＲｉとして研磨時間Ｔ（ｉ）を（４）式から算出して研磨を行う。
【００７７】
図６は、第２の実施形態の方法を用いてＣＭＰ処理を行った場合における層間絶縁膜の膜厚をシミュレーションした結果を示すグラフ図である。
【００７８】
図６において、プロファイルａは、段差緩和以降の工程における研磨レートＲｉとして、（５）式より求めた下地なし基板における研磨レートを用いた場合の残膜結果であり、プロファイルｂは、段差緩和以降の工程における研磨レートＲｉとして、（６）式に示す値、つまり１ロット前における研磨レートＲＢ（ｉ−１）を用いた場合の残膜結果であり、プロファイルｃは、段差緩和以降の研磨レートＲｉとして、（７）式にｎ＝３を代入した値、つまり３ロット分の段差緩和以降の研磨レート平均値を用いた場合の残膜結果を示している。
【００７９】
なお、ウエハＡ〜Ｉは、パターン率が異なる品種のロットから１枚ずつ抽出された基板であるため、互いに異なるパターン率を有する。
【００８０】
プロファイルｂにおいては、基板Ｂの研磨レートを基板Ａの処理結果研磨レートとし、基板Ｃの研磨レートを基板Ｂの処理結果研磨レートとして、研磨時間Ｔを算出している。また、プロファイルｃにおいては、基板Ｄの研磨レートを基板Ａ, 基板Ｂ, 基板Ｃの処理結果研磨レートとし、基板Ｅの研磨レートを基板Ｂ, 基板Ｃ, 基板Ｄの処理結果研磨レートとして、研磨時間Ｔを算出している。
【００８１】
図６に示すように、プロファイルｃでは膜厚がより均一になっている。このように、処理結果研磨レートの平均値を用いる方法では、１つ前のロットにおける研磨レートが突発的に変動した場合にも、この変動の影響を小さく抑えることができ、膜厚をより均一にすることができる。
−第３の方法−
以上では、１枚の基板ごとに研磨条件を決定する方法について述べてきたが、ロットが同一品種の基板からなる場合には、その１ロットにつき１つの段差緩和以降の工程における研磨レートＲと研磨時間Ｔとを求めて、一括処理してもよい。この場合には、上述した方法におけるウエハ１枚を１ロットに置き換えて処理を行えばよい。
【００８２】
この場合には、ロット内における基板が同一品種であるため、（４）式における層間絶縁膜の凸部の高さＨT（ｉ）、所望の膜厚Ｈ0（ｉ）、補正係数Ｋ（ｉ）は固定値となる。ＨI（ｉ）は同一品種の基板であっても膜厚バラツキを有するため、ロット内の複数枚の基板の平均として求める。これらの値を（４）式に代入することにより研磨時間Ｔ（ｉ）を算出し、ロット内における複数の基板を同一の研磨時間で処理する。なお、この場合においても、処理結果研磨レートＲＢｉはロット内の基板から抽出した２枚以上の基板における処理結果研磨レートの平均として求めてもよい。
【００８３】
図７は、第２の実施形態における３つめのＣＭＰ法を行った場合における層間絶縁膜の膜厚をシミュレーションした結果を示すグラフ図である。この測定は、図５に示す方法において、基板をロットに置き換えて処理を行った。つまり、ロットが同一品種の基板のみからなる場合に、ロットごとに研磨レートＲおよび研磨時間Ｔを算出しておこなった。なお、研磨レートは、そのロットの前に処理した３つのロットのそれぞれにおいて、最終バッチで処理した３枚の基板を抽出し、これらの処理結果研磨レートの平均値をとることにより求めた。
【００８４】
図７において、横軸は処理枚数を示し、縦軸はＣＭＰ処理後の層間絶縁膜の膜厚値を示している。また、グラフの上下にのびる１点鎖線３４は、次のロットに変化する時点を示している。
【００８５】
図７では、どの基板においても膜厚値が所望の膜厚の規格（８００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下）の中心値（１０００ｎｍ）に合わせ込まれていることが分かる。
【００８６】
本実施形態の第１の方法では、第１の実施形態と同様の効果が得られることに加えて、前に行った基板の処理結果研磨レートから次の研磨の研磨レートを定めることにより、より高い精度で研磨を行うことができる。これの主要な理由は、多くの基板を研磨することによって、研磨布に目詰まりが生じたり研磨面の粗さが変動して研磨レートが除々に低下していっても、直前に行った基板の処理結果研磨レートを用いることにより、誤差を少なくできるためである。研磨のレートの精度を高めることにより、最終的な膜厚が規格範囲を超えることが少なくなるため、追加研磨回数を削減でき、工程のさらなる簡略化が可能となる。
【００８７】
本実施形態の第２の方法では、第１の実施形態と同様の効果が得られることに加えて、前に行った基板の処理結果研磨レートの平均値を随時フィードバックして次の研磨の研磨レートを定めることによって、より高い精度で研磨を行うことができる。これの主要な理由は、多くの基板を研磨することによって、研磨布に目詰まりが生じたり研磨面の粗さが変動して研磨レートが除々に低下していっても、直前に行った基板の処理結果研磨レートを用いることにより、誤差を少なくできるためである。また、処理結果研磨レートの平均値をとることにより、たとえ直前の研磨によって得られた処理結果研磨レートが突発的に大きく変動していた場合であっても、その影響を小さくすることができる。以上のことから、最終的な膜厚が規格範囲を超えることが少なくなるため、追加研磨回数を削減でき、工程のさらなる簡略化が可能となる。
【００８８】
本実施形態の第３の方法では、ロットごとに研磨レートを算出するので、研磨レートを算出する工程を簡略化することができる。
【００８９】
（第３の実施の形態）
第３の実施形態では、段差緩和以降の工程における研磨レートＲ（ｉ）として、ｉ番目の基板の前に処理したｉ−１、ｉ−２・・・・番目の基板のそれぞれの処理結果から得られる処理結果研磨レートの荷重平均値を用いる。
【００９０】
つまり、本実施形態におけるｉ番目の基板の研磨レートＲ（ｉ）は、下記（８）式で示すことができる。
【００９１】
【数８】
2005340272.tif 000010
【００９２】
（８）式は移動加重平均を求めるものである。
【００９３】
図８は、第３の実施形態の方法を用いてＣＭＰを行った場合における層間絶縁膜の膜厚をシミュレーションした結果を示すグラフ図である。図８において、プロファイルａ, ｂ, ｃは比較のために示すものであり、図６に示すプロファイルａ, ｂ, ｃと同様である。そして、プロファイルｄは、（８）式に、ｎ＝３、α１＝０．５、α２＝０．３、α３＝０．２を代入することによってＲ（ｉ）を算出してＣＭＰを行った場合の残膜結果を示す。
【００９４】
図８に示すように、プロファイルｄでも、プロファイルｃと同様に、１つ前のロットにおける研磨レートが突発的に変動した場合にも、この変動の影響を小さく抑えることができ、膜厚をより均一にすることができる。
【００９５】
本実施形態の方法では、第１の実施形態と同様の効果が得られることに加えて、前に行った基板の処理結果研磨レートの平均値を随時フィードバックして次の研磨の研磨レートを定めることによって、より高い精度で研磨を行うことができる。この主要な理由は、多くの基板を研磨することによって、研磨布に目詰まりが生じたり研磨面の粗さが変動して研磨レートが除々に低下していっても、直前に行った基板の処理結果研磨レートを用いることにより、誤差を少なくできるためである。また、処理結果研磨レートの平均値をとることにより、たとえ直前の研磨によって得られた処理結果研磨レートが突発的に大きく変動していた場合であっても、その影響を小さくすることができる。以上のことから、最終的な膜厚が規格範囲を超えることが少なくなるため、追加研磨回数を削減でき、工程のさらなる簡略化が可能となる。
【００９６】
なお、本実施形態においても、ロットが複数の同一品種の基板からなる場合には、その１ロットにつき１つの段差緩和以降の工程における研磨レートＲと研磨時間Ｔとを求めて、一括処理してもよい。
【００９７】
なお、以上の第１〜第３の実施形態においては、図１５に示すような基板を１枚ずつ研磨する基板研磨装置を用いて研磨を行った。しかし、本発明では、図９に示すように、１バッチで複数の基板を研磨する基板研磨装置を用いて研磨を行ってもよい。図９は、１度に複数の基板を研磨する基板研磨装置の構造を示す図である。図９に示す基板研磨装置では、研磨布（パッド）２３の上に、円板状のキャリア２４と、キャリア２４を中心部で支持するキャリア軸２５とがそれぞれ複数設けられている。基板（図示せず）は、キャリア２４の下面上に装着されて、研磨布（パッド）２３に接触することによって研磨される。
【００９８】
このように、１バッチで複数の基板を研磨する場合には、１バッチに処理する基板の枚数をｍ、各キャリアの番号をｊ、各キャリアでｉ番目に処理する基板の段差緩和以降の工程における研磨レートをＲＢ（ｉ,ｊ）とすると、段差緩和以降の研磨レートＲｉは、下記（９）式で示すことができる。
【００９９】
【数９】
2005340272.tif 000011
【０１００】
この方法では、バッチごとに１種類のＲｉを用いることになる。この方法は、第１〜第３の実施形態で述べた方法に適用することができる。その場合には、バッチごとに１つの基板を研磨する場合と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、第１〜第３の実施形態における研磨方法が組み込まれたＣＭＰ研磨管理システムについて説明する。
【０１０２】
図１０は、第４の実施形態におけるＣＭＰ研磨管理システムの構成を示す図である。図１０に示すように、本構成は大きく分けて、製造実行システム１０１と、ＣＭＰの研磨時間管理システム１１３と、ＣＭＰ装置１１０と、端末１１２とから構成されている。そして、各構成要素はＬＡＮ等の通信手段を介して接続されている。通常、１つのシステムには、複数のＣＭＰ装置１１０および端末１１２が接続されている。本実施形態のシステムは、ワークステーション、パソコン等の情報処理装置に実行させることができ、情報処理装置に備えられているデータ入出力手段であるキーボード、表示画面等を介して必要なデータの入力、出力等を実現できる。
【０１０３】
製造実行システム１０１は、各ロットの投入から研磨完了までの進捗を管理する。製造プロセスデータベース１０２には、各工程での処理開始、終了等の時点において必要な製造情報であるプロセス名や現工程名が登録されている。ロット処理結果データベース１０３には、工程規格条件に基づいて良否判断された結果が保存される。工程規格定義用データベース１０４には、良否判断に用いられる工程規格条件が登録されている。品種情報データベース１０５には、基板の品種ごとの配線のパターン密度等の情報が登録されている。
【０１０４】
製造実行システム１０１は、その他に、ＣＭＰ工程特有のデータベースとして、研磨レート情報データベース１０６、研磨時間算出用情報データベース１０７および研磨処理結果データベース１０８を有する。
【０１０５】
研磨レート情報データベース１０６は、第１〜第３の実施形態で説明した下地無し基板の研磨レートと、処理結果研磨レートと、処理結果研磨レートから（７）式および（８）式などで計算される研磨レートと、処理結果研磨レートから計算される研磨レートの抽出する個数（（７）式および（８）式におけるｎ）とを、使用装置の台数分または各使用装置のチャンバ数分だけ保有する。
【０１０６】
研磨時間算出用情報データベース１０７は、図１１に示すテーブルを有する。図１１に示すように、研磨時間算出用情報データベース１０７には、研磨時間計算式番号を決定する項目および研磨時間計算式に必要な項目を登録できる。１個の研磨時間計算式を指定するためには、プロセス名、工程名、装置名、例えば装置を処理する場合のレシピ名などの装置処理条件を指定して、研磨時間計算式の番号を定義する。その番号を定義した研磨時間計算式における必要な項目とは、具体的には、補正定数、層間絶縁膜の凸部による段差、目標設定仕上がり膜厚を変更する場合における、前の目標設定仕上がり膜厚からの補正膜厚である。また、算出された研磨時間が不適切であることを自己検知できるように、研磨時間警告最大値、研磨時間警告最小値を設けている。
【０１０７】
研磨時間計算式に必要な項目のほとんどは研磨時間算出用情報データベース１０７から得られるが、配線のパターン率と研磨後の目標膜厚とは他のデータベースから値を獲得する。具体的には、配線のパターン率は半導体の品種固有であるため品種情報データベース１０５に登録される。目標膜厚は、他の値と同様に、二重に定義されるのが防止されており、工程規格定義用データベース１０４および研磨時間算出用情報データベース１０７の両方に登録されないように設定されている。
【０１０８】
研磨処理結果データベース１０８には各ロットのＣＭＰ工程での研磨処理結果が保存されている。研磨処理結果の項目は初期膜厚、ＣＭＰ後膜厚、研磨時間等であり、ＣＭＰ工程での初期膜厚測定、研磨処理、研磨後膜厚測定の各工程の終了後に随時更新される。研磨処理結果データベース１０８は研磨処理結果の履歴として利用されると共に、研磨時間の算出、処理結果研磨レートの算出のためのデータとして使用される。
【０１０９】
また、製造実行システム１０１が所有するデータベースの枠に、研磨レート情報データベース１０６、研磨時間算出用情報データベース１０７、研磨処理結果データベース１０８を組み込むことによって、これらデータベースが製造実行システム１０１と共有でき、ＣＭＰ工程特有のデータベースにある項目を利用することができる。例えば、研磨レート情報データベース１０６にある研磨レートを検索し、研磨レートの値からそのＣＭＰ装置が特定の工程に対して研磨処理が可能であるか不可能であるかの判断が可能である。
【０１１０】
また、製造実行システム１０１には、ＣＭＰ装置１１０との通信機能としてオンラインサーバ１０９が設けられており、このオンラインサーバ１０９は、ＣＭＰ処理レシピ及びレシピにおける可変項目の値をＣＭＰ装置１１０にダウンロードする機能をもつ。レシピにおける可変項目は本内容について言えば、研磨時間に相当する。製造実行システム１０１には、研磨時間管理システム１１３と端末１１２およびオンラインサーバ１０９との間に介在するレシピ情報データベース１１１も設けられている。
【０１１１】
一方、研磨時間管理システム１１３は、第１〜第３の実施形態における研磨時間を算出するための計算ロジック１１４と、処理結果研磨レートを算出するための計算ロジック１１５とを設けている。
【０１１２】
研磨時間管理システム１１３で算出した研磨時間は一旦、レシピ情報データベース１１１に転送され、作業者が端末１１２を操作することによって作業指示が行われると、オンラインサーバ１０９を通してＣＭＰ装置１１０に自動転送される。
【０１１３】
次に、ＣＭＰ研磨工程管理システムが行う処理手順について、図１２〜図１４を参照しながら説明する。図１２〜図１４は、第４の実施形態において、ＣＭＰ研磨工程管理システムによって行われる処理の手順を詳細に示すタイムチャート図である。なお、図１２〜図１４における製造装置１１６とは、膜厚測定装置１７８、ＣＭＰ装置などを総称したものである。
【０１１４】
まず、図１２に示すように、初期膜厚測定の工程において、作業者が端末１１２を操作することによってロットＡを選択し（１３１）、製造実行システム１０１から端末１１２に、ロットＡを選択した確認報告がされる（１３２）。作業者が端末１１２を操作して処理開始指示を行うと（１３３）、製造実行システム１０１から膜厚測定装置１７８に処理開始指示が出され、膜厚測定装置１７８に測定スロット番号および処理レシピがダウンロードされる（１４０）。膜厚測定装置１７８において膜厚が測定されると、膜厚測定装置１７８から製造実行システム１０１に処理終了報告（１４１）が出されると共に、膜厚測定装置１７８で計測された膜厚値のデータが製造実行システム１０１のロット処理結果データベース１０３に蓄積される（１４２）。その後、製造実行システム１０１から研磨時間管理システム１１３に処理終了報告（１４３）がなされると共に、スロット番号および初期膜厚値が研磨処理結果データベース１０８に保存される（１４４）。
【０１１５】
次に、処理が図１３に示す研磨工程に移行する。作業者が端末１１２によりロットＡを選択すると（１３４、１４５）、研磨時間管理システム１１３は、製造実行システム１０１のプロセスフローデータベース１０２を検索して（１４６）、ロットＡの品種名、品種のプロセス名、研磨工程名、処理装置名、処理レシピ名の工程情報を取得する（１４７）。続いて、研磨時間管理システム１１３は、製造実行システム１０１の研磨時間算出用情報データベース１０７を検索して（１４８）、研磨時間計算式番号および研磨時間算出項目の値を取得する（１４９）。続いて、研磨時間管理システム１１３は、品種情報データベース１０５を検索して（１５０）、金属配線のパターン密度の値を取得し（１５１）、工程規格定義用データベース１０４を検索して（１５２）その工程規格値を取得し（１５３）、研磨処理結果データベース１０８を検索して（１５４）初期膜厚値を取得し（１５５）、研磨レート情報データベース１０６を検索して（１５６）研磨レート値を取得する（１５７）。
【０１１６】
次に、手順１４９から手順１５７によるデータに基づいて、研磨時間管理システム１１３は研磨時間を算出し（１７６）、研磨時間を製造実行システム１０１に転送する（１５８）。研磨時間を算出するための研磨レートとして、処理結果研磨レートデータがない場合は下地無し基板の研磨レートを用い、処理結果研磨レートが存在する場合は（６）式〜（８）式で算出される研磨レートを用いる。また、研磨時間を製造実行システム１０１に転送する際に、もし研磨時間が算出されていなければエラーとして製造実行システムに転送され、処理を開始することができない（１５８）。
【０１１７】
次に、製造実行システム１０１から作業者にロットＡを選択したことの確認報告およびロットＡの研磨時間の報告がされれば（１３４）、作業者は端末１１２によって処理開始を指示する（１３５）。これにより、製造実行システム１０１は、処理を行うＣＭＰ装置１１０へ研磨時間管理システム１１３で計算された研磨時間、処理レシピを自動転送する（１５９）。そして、ＣＭＰ装置１１０から製造実行システム１０１に処理終了が報告されると（１６０）、製造実行システム１０１からの処理終了報告が研磨時間管理システム１１３にされ（１６１）、処理したロットの研磨時間、処理装置のデータが研磨処理結果データベース１０８に保存される（１６２）。
【０１１８】
次に、処理が図１４に示す膜厚測定に移行する。この処理では、初期膜厚測定と同様に、膜厚測定装置１７８において、ＣＭＰ処理後の層間絶縁膜の膜厚が測定され、その膜厚値が製造実行システム１０１のロット処理結果データベース１０３、研磨処理結果データベース１０８に保存される（１６５，１６７）。そして、ＣＭＰ後の膜厚測定値が工程規格内にあれば、研磨時間管理システム１１３は、研磨処理結果データベース１０８を検索して（１６８）、その時点で処理の対象となっているウェハにおける層間絶縁膜の凸部における初期膜厚値とＣＭＰ後の測定膜厚値とを取得する（１６９）。さらに、研磨時間算出用情報データベース１０７を検索して（１７０）、研磨時間計算式番号と研磨時間算出項目の各種値を取得し（１７１）、品種情報データベース１０５を検索して（１７２）、凸部のパターン密度の値を取得する（１７３）。
【０１１９】
以上の手順１６９から手順１７３によって取得された情報から、研磨時間管理システム１１３はロットＡの処理結果研磨レートを算出し（１７７）、その処理結果研磨レートを研磨処理結果データベース１０８に保存する（１７４）。更に、このようにして計算されたロットＡの処理結果研磨レートを最新の処理結果研磨レートとして研磨レート情報データベースに登録し（１７５）、（６）式から（８）式で得られる研磨レートを更新する。
【０１２０】
本実施形態のように研磨時間管理システム１１３と製造実行システム１０１とを互いに独立させてシステム制御を行えるようにしておくと、システムの改善等のメンテナンスが行い易いという利点があるが、もちろん製造実行システム１０１の中に研磨時間管理システム１１３が組み込まれていても、第１〜第３の実施形態の研磨方法を実現することになんら支障はない。本実施形態では、第１〜第３の実施形態のＣＭＰ工程フローを製造実行システム１０１および研磨時間管理システム１１３に組み込むことによって、被研磨膜を目標膜厚へ合わせ込む精度を向上することができる。また、作業者が操作する必要があるのはロットを選択するときのみであり、計算されたロットの研磨時間はＣＭＰ装置に自動転送されるため、作業者の負荷を軽減できる。
【０１２１】
本発明は、特に半導体デバイスの表面平坦化に使用されるものであるが、半導体プロセス以外の分野で凹凸面を一定の量だけ精密に研磨しなければならない工程においても利用することができることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明の基板研磨方法は、凸部のパターン密度に対応して、１度の研磨で被研磨膜の平坦化を行うことができるため、処理能力を高めることができ、製造コストを低く抑えることができる点で産業上の利用可能性は高い。この基板研磨方法をシステム化すると、研磨時間を自動的に定めて研磨が行われるため、作業者の負担を低減することができるため、本発明の基板研磨管理システムも産業上の利用可能性は高い。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】（ａ）は、半導体装置の層間絶縁膜に対してＣＭＰを行う際に、時間の経過に沿って層間絶縁膜の膜厚が変化する様子を模式的に示す図であり、（ｂ）は、層間絶縁膜の研磨時間と層間絶縁膜の膜厚との関係を近似的に示すグラフ図である。
【図２】第１の実施形態におけるＣＭＰ法のフローを示すフローチャート図である。
【図３】（ａ）, （ｂ）は、第１の実施形態の方法を用いてＣＭＰ処理を行った場合における層間絶縁膜の最終残り膜厚を測定した結果を示す表図およびグラフ図である。
【図４】第２の実施形態における１つめのＣＭＰ法のフローを示すフローチャート図である。
【図５】第２の実施形態における２つめのＣＭＰ法のフローを示すフローチャート図である。
【図６】第２の実施形態の方法を用いてＣＭＰ処理を行った場合における層間絶縁膜の膜厚をシミュレーションした結果を示すグラフ図である。
【図７】第２の実施形態における３つめのＣＭＰ法を行った場合における層間絶縁膜の膜厚をシミュレーションした結果を示すグラフ図である。
【図８】第３の実施形態の方法を用いてＣＭＰを行った場合における層間絶縁膜の膜厚をシミュレーションした結果を示すグラフ図である。
【図９】１度に複数の基板を研磨する基板研磨装置の構造を示す図である。
【図１０】第４の実施形態におけるＣＭＰ研磨管理システムの構成を示す図である。
【図１１】研磨時間算出用情報データベース１０７が保有するテーブルを示す表図である。
【図１２】第４の実施形態において、ＣＭＰ研磨工程管理システムによって行われる処理のうち初期膜厚測定を行う手順を詳細に示すタイムチャート図である。
【図１３】第４の実施形態において、ＣＭＰ研磨工程管理システムによって行われる処理のうちＣＭＰ処理を行う手順を詳細に示すタイムチャート図である。
【図１４】第４の実施形態において、ＣＭＰ研磨工程管理システムによって行われる処理のうち膜厚測定を行う手順を詳細に示すタイムチャート図である。
【図１５】ＣＭＰに用いられる基板研磨装置の構造を示す図である。なお、本発明においてもこの基板研磨装置を用いることができる。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は、従来の半導体集積回路の多層配線構造において、層間絶縁膜をＣＭＰ法によって研磨する工程を示す模式図である。
【図１７】従来のＣＭＰ法における研磨のステップを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１          シリコン基板
２          金属配線
３          層間絶縁膜
４          凸部
２１        プラテン
２２        プラテン軸
２４        キャリア
２５        キャリア軸
２７        研磨剤供給装置
２８        ドレッサー
１０１      製造実行システム
１０２      プロセスフローデータベース
１０２      製造プロセスデータベース
１０３      ロット処理結果データベース
１０４      工程規格定義用データベース
１０５      品種情報データベース
１０６      研磨レート情報データベース
１０７      研磨時間算出用情報データベース
１０８      研磨処理結果データベース
１０９      オンラインサーバ
１１０      ＣＭＰ装置
１１１      レシピ情報データベース
１１２      端末
１１３      研磨時間管理システム
１１４      計算ロジック
１１５      計算ロジック
１１６      製造装置
１７８      膜厚測定装置
【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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【図１６】
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【図１７】
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