(57)【要約】レシピに従って、ウェハ上のめっきされたプロセス層（１６０）を制御する方法である。この方法は、プロセス層（１６０）の厚みを測定するステップと、レシピの少なくとも一つのめっきパラメータを、その後、測定された厚みに基づいて形成されるプロセス層のために決定するステップと、を有する。加工ライン（２００）は、めっきツール（２２０）と、測定ツール（２４０）と、プロセス・コントローラ（２３０）と、を含む。めっきツール（２２０）は、レシピに従ってウェハ上にプロセス層（１６０）を形成するように構成されている。測定ツール（２４０）は、プロセス層（１６０）の厚みを測定するように構成されている。プロセス・コントローラ（２３０）は、測定された厚みに基づいて、後に形成されるプロセス層（１６０）のレシピの少なくとも一つのめっきパラメータを決定するように構成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レシピに従って、ウェハ上にプロセス層（１６０）をめっきするステップと、
前記プロセス層（１６０）の厚みを測定するステップと、
測定された厚みに基づいて、その後形成されるプロセス層（１６０）の前記レシピの少なくとも一つのめっきパラメータを決定するステップと、を含む、
めっきプロセスを制御する方法。
【請求項２】
前記レシピの前記少なくとも一つのめっきパラメータを決定するステップは、さらに、前記レシピにおけるめっき時間、電解質温度、および電位の少なくとも一つを決定するステップを含む、
請求項１記載のめっきプロセスを制御する方法。
【請求項３】
前記レシピの前記少なくとも一つのめっきパラメータを決定するステップは、さらに、ターゲット値未満である前記プロセス層の前記測定された厚みに応じて、前記レシピにおける前記めっき時間、前記電解質温度および前記電位の少なくとも一つを増加させるステップを含む、
請求項２記載のめっきプロセスを制御する方法。
【請求項４】
前記レシピの前記少なくとも一つのめっきパラメータを決定するステップは、さらに、ターゲット値を超過する前記プロセス層の前記測定された厚みに応じて、前記レシピにおける前記めっき時間、前記電解質温度および前記電位の少なくとも一つを減少させるステップを含む、
請求項２記載のめっきプロセスを制御する方法。
【請求項５】
前記プロセス層（１６０）をめっきするステップは、さらに、銅層をめっきするステップを含む、
請求項１記載のめっきプロセスを制御する方法。
【請求項６】
レシピに従ってウェハ上にプロセス層（１６０）を形成するように構成されているめっきツール（２２０）と、
前記プロセス層（１６０）の厚みを測定するように構成されている測定ツール（２４０）と、
前記測定された厚みに基づいて、その後形成される前記プロセス層（１６０）の前記レシピの少なくとも一つのめっきパラメータを決定するように構成されているプロセス・コントローラ（２３０）と、を含む、
加工ライン（２００）。
【請求項７】
前記プロセス・コントローラ（２３０）は、さらに、前記レシピにおけるめっき時間、電解質温度および電位の少なくとも一つを決定するようにされた、
請求項６記載の加工ライン（２００）。
【請求項８】
前記プロセス・コントローラ（２３０）は、さらに、ターゲット値未満である前記プロセス層（１６０）の前記測定された厚みに応じて、前記レシピにおける前記めっき時間、前記電解質温度および前記電位の少なくとも一つを増加させるように構成された、
請求項７記載の加工ライン（２００）。
【請求項９】
前記プロセス・コントローラ（２３０）は、さらに、ターゲット値を超過する前記プロセス層（１６０）の前記測定された厚みに応じて、前記レシピにおける前記めっき時間、前記電解質温度および前記電位の少なくとも一つを減少させるように構成された、
請求項７記載の加工ライン（２００）。
【請求項１０】
前記プロセス層（１６０）は、銅層を含む、
請求項６記載の加工ライン（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、半導体デバイスの製造分野、特に、めっきプロセスを制御する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロプロセッサのような従来の集積回路デバイスは、一般的に、何千もの半導体デバイス、例えば、半電導性の基板の表面上に形成されたトランジスタを含む。
集積回路デバイスが機能するためには、トランジスタを電気的に伝導性の相互接続構造によって互いに接続しなければならない。
現代の多くの集積回路デバイスは、超高密度に実装されている。すなわち、基板上に形成されたトランジスタ間に、スペースはほとんどない。
したがって、半導体の基板上のスペースを節約して使用するために、これらの電導性の相互接続構造を、複数の層の中で作らなければならない。
【０００３】
電導性の相互接続構造は、デバイス上で形成された誘電体材料の代替層の中で形成された、一般にコンタクトまたはビアと呼ばれる複数の電導性のラインおよび電導性のプラグの形成によって、典型的に完成される。
当該技術分野における当業者に容易に明白なように、電導性のプラグは、電導性のラインの様々な層および（または）半導体デバイスを互いに電気的に接続することができる手段である。
銅を使用して形成されたもののような、所定のタイプの相互接続構造にとって、様々な相互接続構造を接続する電導性のラインは、一般的に、絶縁層に定義されたトレンチ中で形成される。
【０００４】
ビアが金属間の相互接続構造を示すのに対し、コンタクトは、下にあるポリシリコン層（例えば、トランジスタのソース／ドレーン、またはゲート領域）に対する、相互接続構造（例えば、ポリシリコンまたは金属を含む）を定義するものである。
コンタクトとビアについて、コンタクト開口部は、電導性の構成要素に重なる絶縁層中で形成される。
その後、第二の電導性の層が、コンタクト開口部上に形成され、電気的接続は電導性の構成要素で確立される。
【０００５】
図１Ａと図１Ｂは、一般的な半導体デバイス１００を示す。
半導体素子１００は、電導性のライン相互接続構造物を形成するために使用されるトレンチ１１０，１２０と、ベース絶縁層１３５中に定義され、電導性のプラグ相互接続構造を形成するために使用されるコンタクト開口部１３０と、を含む。
コンタクト開口部１３０は、半導体デバイス１００の前の層の中で形成された、下にある電導性の構造１３７（例えば、金属ライン）と接続する。
トレンチ１１０，１２０およびコンタクト開口部１３０は、一つ以上のバリア層１４０、および（または）シード層１５０でその内側が覆われており、電導性の層１６０（例えば、電気めっきをすることにより形成された銅層）で充てんされる。
シード層１５０は、点線を使用して示されており、めっきプロセスの間に、電導性の層１６０と同構造になる。
ストップ層１７０は、図１Ｂの中で示されるように、層１４０，１５０の一部分と、トレンチ１１０，１２０およびコンタクト開口部１３０の範囲を超えて広がる電導性の層１６０の一部分を削除するために使用される後の研摩プロセスの間、ベース絶縁層１３５を保護するために提供される。
【０００６】
バリア層１４０は、トレンチ１１０，１２０およびコンタクト開口部１３０中の銅の充てん層のエレクトロマイグレーションを抑制すべく作用する。
エレクトロマイグレーションは、ライン中の電流の流れによる、銅層の中の金属イオンの移動である。伝搬する電子の力は、一般に、「electron wind」と呼ばれる。
長い期間を経て、移動したイオンによって後に残されたボイドが蓄積される。
最終的に、開回路（open circuit）が生じ、その結果、半導体デバイスに修理できない破損が生じる可能性がある。一般に使用されるバリア層の材料は、タンタルおよびタンタル窒化物を含む。
典型的なシード層１４０の構成は、トレンチ１１０およびコンタクト開口部１２０の内側を覆うタンタル窒化物層と、タンタル窒化物層を覆うタンタル層と、を含んでいる。
【０００７】
典型的に銅または銅合金の堆積層を含むシード層１５０は、物理蒸着プロセス（すなわち、スパッタリング）によって、バリア層１４０上に形成される。
相互接続構造を完成するため、シード層１５０は、トレンチ１１０，１２０とコンタクト開口部１３０を充てんするための、後続の電導性の層１６０のめっき工程の間、電源に接続される。
【０００８】
電導性の層のめっきパラメータ（例えば、めっき時間、電解質温度および電位）は、電導性の層１６０の粒子サイズと、その完全性（すなわち、シームまたはボイドが存在するか）に影響する。これは結果的に、完成したデバイスの電気的パラメータに影響する。
めっきパラメータはまた、電導性の層１６０の厚みに影響する。電導性の層１６０の厚みが不充分である場合、トレンチ１１０，１２０とコンタクト開口部１３０は、充分に充てんされない可能性がある。
電導性の層１６０が必要以上に厚い場合、処理ラインの効率および費用効率は、付加的な導電材料がむだになり、トレンチ１１０，１２０とコンタクト開口部１３０の範囲を超えて広がる導電材料を研摩するのに余計な処理時間および必要な材料を必要とするため、減少する。
【０００９】
本発明は、上述した一つ以上の問題点を、克服または少なくともその影響を軽減させるためのものである。
【発明の開示】
【００１０】
本発明の一つの態様は、めっきプロセスを制御する方法である。
この方法は、レシピに従って、ウェハ上にプロセス層をめっきするステップと、プロセス層の厚みを測定するステップと、測定された厚みに基づいて、その後形成されるプロセス層のためのレシピの少なくとも一つのめっきパラメータを決定するステップと、を含む。
【００１１】
本発明の別の態様は、めっきツール、測定ツールおよびプロセス・コントローラを含む加工ラインである。
めっきツールは、レシピに従ってウェハ上にプロセス層を形成するように構成されている。
測定ツールは、プロセス層の厚みを測定するように構成されている。
プロセス・コントローラは、測定された厚みに基づいて、その後形成されるプロセス層のためのレシピの少なくとも一つのめっきパラメータを決定するように構成されている。
【００１２】
本発明は、添付の図面と共に、詳細な説明を参照することによって理解することができる。図面中、類似する参照符号は、類似する要素を示す。
本発明は、様々な変形および代替形態とすることが可能であるが、この中の特定の実施例を図面に記載した例で示し、詳細に説明する。
しかしながら、本図面および詳細な説明は、発明を開示された特定の形式に制限するものではない。それどころか、添付の請求項によって定義されるような本発明の趣旨およびその範囲内にある修正例、均等物および代替物に及ぶ。
【本発明の実施形態】
【００１３】
本発明の一例となる実施形態について、以下に説明する。
明確化のために、実製品のすべての特徴点が、この明細書に記述されるとは限らない。
このような実製品の開発では、開発者の特有の目的を達成するために、実施の度に変化する、システムに関連する制限およびビジネスに関連するような制限に応じて、実施に特有の多数の決定を下さなければならないことは、当然認識される。
さらに、そのような開発努力は、複雑で時間を消費する可能性があるが、それにも拘わらず、この開示から利益を受ける当業者にとってはそれが定例のことであると認識される。
【００１４】
図２は、本発明に従ってウェハ２１０を処理するための実例となる加工ライン２００の簡略図である。
加工ライン２００は、めっきツール２２０、プロセス・コントローラ２３０および測定ツール２４０を含む。
図示された実施例では、めっきツール２２０は、相互接続構造を形成するために半導体ウェハ２１０上の銅層をめっきするのに役立つ。
本発明では、相互接続構造を充てんするためのめっきした銅層の厚みを制御するために実行される可能性があると記載されているが、それが、様々なタイプの構造の構成における他のタイプのプロセス層のめっきに適用され得るので、本出願は、銅層に制限されていない。
【００１５】
プロセス・コントローラ２３０は、めっきした銅層の厚みにレシピ・パラメータ（例えば、めっき時間、電解質温度、電位等）を関連づけるモデルに基づいて、めっきツール２２０の操作パラメータを修正するために、めっきツール２２０に接続される。
測定ツール２４０は、モデルを更新し、将来のレシピ・パラメータを予想すべく、プロセス・コントローラ２３０へ厚み測定結果を提供する。
【００１６】
ウェハ上の材料の層にめっきする一般的なめっき過程は、電解質溶液にウェハを浸し、あらかじめ形成されたシード層（例えば、図１を参照。）に電圧を印加するステップを含んでいる。
電解質溶液の温度およびシード層にかけられる電位差の特定の範囲は、特定の用途、形成されている層の厚み、および基礎をなす位相による。
レシピ中の温度と電位のパラメータを決定するのに、プロセス・コントローラ２３０が使用できるダイナミック・レンジは、実際的な粒子サイズ制限によって制限される可能性がある。
特定の粒子サイズ制限はまた、用途によると共に、めっきした材料、その材料の所望の厚み等によって異なってもよい。
【００１７】
プロセス・コントローラ２３０によって使用された制御モデルは、測定されたウェハ２１０を形成するために使用される測定ツール２４０およびレシピ・パラメータからの入力に基づいて生成され、さらに／または、更新され得る。
銅層の厚みを測定するのに適した典型的な測定ツール２４０は、ニュージャージー州フランダース市のルドルフ・テクノロジーズによって提供される、Metapulseツールである。
層の厚みを決定する別の技術は、「ツール・ステート・データを使用した、出力特性を決定する方法と装置」というタイトルで、Alexander J.PasadynおよびThomas J.Sondermanの名で出願された、米国特許出願第０９／８９１，８９８号（Attorney Docket No. 2000.075900, Client Docket No. TT4637）に記載される。
上記の参照づけられた特許出願に記載されたツール・ステート・モニタは、ここに記載された実施形態に関連し、測定ツール２４０として機能することができる。
【００１８】
図示された実施例では、プロセス・コントローラ２３０は、上述した機能をソフトウェアで実行するようにプログラムされたコンピュータである。
しかしながら、当業者に認識されるように、特定の機能を実行するように設計されたハードウェア・コントローラが使用されてもよい。
発明の一部および対応する詳細な説明はソフトウェア、つまりアルゴリズムおよびコンピュータ・メモリ内のデータ・ビットによるオペレーションのシンボリックな表現の形式で説明される。
これらの記載と表現は、当業者が他の当業者に、効率的に作用の内容を伝達するものである。
ここで使用されている用語であるアルゴリズムは、一般的に、所望の結果に結びつくステップの自己矛盾がないシーケンスと考えられる。
このステップとは、物理量の物理的な操作を伴うものである。
必ずではないが、通常、これらの量は格納すること、転送すること、組み合わせること、比較すること、または操作することができる光学的な信号、電気的な信号、または磁気信号の形式をとる。
主に慣用的な理由により、これらの信号を、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数またはその他同種のものとして呼ぶことは、時に便利である。
【００１９】
しかし、これらの言葉および同類語は、適切な物理量に対応付けられており、これらの量に使用された単に便利な標識である。
もし、特に提示されなかったならば、または議論から明白なように、「処理すること」または「コンピュータで計算すること」または「計算すること」、または「決定すること」または「表示すること」または同種の用語は、コンピュータシステムまたはその他の情報記憶装置のレジスタおよびメモリ内の物理的電子量として表されるデータを、コンピュータシステムメモリまたはレジスタ、送信装置、または表示装置内の物理量として同様に表わされる他のデータに操作、変換するコンピュータシステムまたは同様の電子計算機の動作およびプロセスに関連する。
【００２０】
プロセス・コントローラ２３０の機能を実行することができるようになっている一般的なソフトウェア・システムは、KLA-Tencor社によって提供されるCatalystシステムを使用してインプリメントされ得る、プロセスの最適化制御（ＡＰＣ）構成である。
Catalystシステムは、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International ）・ＣＩＭ（Computer Integrated Manufacturing ）フレームワークのシステム技術を使用し、ＡＰＣ（Advanced Process Control）フレームワークに基づく。
ＣＩＭ（SEMI E81-0699：ＣＩＭフレームワークのドメインアーキテクチャの暫定仕様）およびＡＰＣ（SEMI  E93-0999：ＣＩＭフレームワークのプロセス制御コンポーネントの暫定仕様）の仕様は、ＳＥＭＩから公に利用可能である。
【００２１】
測定ツール２４０によって測定された銅層の厚みに基づいて、プロセス・コントローラ２３０は、ターゲット値により接近するように、次のウェハまたはロットの銅層の厚みに影響を与える操作レシピ（operating recipe）のパラメータを予測する。
めっきされた銅層の厚みに影響を与える主要な要因は、めっきする時間、温度および電位である。
温度または電位を上げることは、通常、あるめっき時間について、銅層の厚みを線形的に増加させることになる。
【００２２】
レシピを変更する際、プロセス・コントローラ２３０は、基礎となるレシピ内の一つのパラメータまたは複数のパラメータを変更することができる。また、その代わりに、プロセス・コントローラ２３０は全く新しいレシピを提供することができる。
例えば、プロセス・コントローラ２３０は、レシピにおける今までのめっき時間、電解質温度または電位を逐次増加または減少させることができる。または、測定された銅層の厚みに基づいた、全く新しいめっき時間、温度または電位を決定することができる。
【００２３】
めっきの厚みモデルは、プロセス・コントローラ２３０によって生成されてもよいし、その代わりに、図示しない他の処理リソースによって生成され、開発された後、プロセス・コントローラ２３０上に格納されるようにしてもよい。
めっきの厚みモデルは、めっきツール２２０を使用して開発されてもよいし、または、図示しない同様の操作特性を有する他のツールを使用して、めっきの厚みモデルを開発するようにしてもよい。
この実施形態では、厚みモデルは、測定ツール２４０によって測定されるめっきツール２２０の実際の動きに基づき、プロセス・コントローラ２３０または他の処理リソースによって生成され、更新されると仮定する。
めっきの厚みモデルは、めっきツール２２０の多数の実行処理から収集された経験データに基づいて、調整することができる。
【００２４】
当業者によく知られている様々なモデリング技術は、銅めっきモデルを実行するのに適する。
制御モデルは、一般に知られている線形技術または非線形技術を経験的に使用して開発されている。
制御モデルは、比較的単純な方程式に基づいたモデル（例えば直線形、指数関数、加重平均など）、または、ニューラルネットワークモデル（neural network model）、主成分分析（ＰＣＡ）（principal component analysis）モデル、またはＰＬＳ（projection to latent structure）モデルのような、より複雑なモデルとすることができる。
モデルの特定の実行は、選択されたモデリング技術によって変化することがある。
【００２５】
一旦制御モデルが充分テストされ、および／または調整されると、制御モデルは、めっきツール２２０のオペレーションを予測するために、生産環境の中で使用される。
プロセス・コントローラ２３０は、めっき制御パラメータを予測し、これに従ってめっきツール２２０の操作レシピが修正される。
生産環境では、測定ツール２４０からの周期的な測定は、めっきプロセスモデルを更新するためにプロセス・コントローラ２３０へのフィード・バックとして提供される。
【００２６】
銅層の厚みを測定するのに必要な時間によって、めっきツール２２０の操作レシピを更新することができる前に、一つ以上のロットの遅れがあり得る。
測定ツール２４０からのデータが利用可能で、めっきの厚みモデルに従って処理されるとすぐに、プロセス・コントローラ２３０は、操作レシピを更新する。
【００２７】
図３は、本発明の他の実施例に従って、めっきプロセスを制御する方法のフローチャートである。
ブロック３００では、プロセス層（例えば、銅）が、レシピに従ってウェハ上でめっきされる。ブロック３１０では、プロセス層の厚みが測定される。ブロック３２０では、その後、測定された厚みに基づいて、続いて形成されるプロセス層のために、そのレシピの少なくとも一つのめっきパラメータ（例えば、めっき時間、電解質温度、電位）が、決定される。
【００２８】
上述されるような後続の生産の操作レシピのパラメータを変更すべく、厚み測定のフィード・バックを使用することは、多数の利点を有する。
銅層の厚みを制御することによって、生産されたデバイスの性能の一貫性が増加する。さらに、材料の浪費（例えば、余分な銅）および処理の非能率性（例えば、より厚い層のために必要となる研摩時間）が少なくなる。
一般に、より厳格なプロセス制御は、さらに高い割合の、より速くてより有益な半導体デバイスを生ずる。
プロセス制御はまた、run-to-run 方式で実行されてもよい。
run-to-run 制御は、厚みの一貫性を維持することができるように、めっきツール２２０の対処すべき動作における漸増変化を許容する。
【００２９】
上記に示された特定の実施形態は、専ら説明のためのものであり、ここに記載された教示の利益を有する当業者には、異なるが均等な方式で修正の上、実施可能であることは明らかである。
更に、添付の請求項に記載されている他は、ここに示された構造または設計の詳細に本発明を制限するものではない。
従って、上述の特定の具体例は、代替または修正をすることができ、このような全ての変形例は、発明の要旨および範囲内のものとして考えられる。
従って、本願で要求する保護は、添付の特許請求の範囲に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】導電材料で充てんされた相互接続構造を含む、一般的な半導体デバイスの断面図。
【図１Ｂ】導電材料で充てんされた相互接続構造を含む、一般的な半導体デバイスの断面図。
【図２】本発明の一実施例に従ってウェハを処理するための実例となる加工ラインの簡略図。
【図３】本発明の他の実施例に従ってめっきプロセスを制御する方法の単純化されたフローチャート。
【図１Ａ】
2004534908.tif 000003
【図１Ｂ】
2004534908.tif 000004
【図２】
2004534908.tif 000005
【図３】
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【国際公開パンフレット】
2004534908.tif 000007
2004534908.tif 000008
2004534908.tif 000009
2004534908.tif 000010
2004534908.tif 000011
2004534908.tif 000012
2004534908.tif 000013
2004534908.tif 000014
2004534908.tif 000015
2004534908.tif 000016
2004534908.tif 000017
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004534908.tif 000018
2004534908.tif 000019
【国際調査報告】
2004534908.tif 000020
2004534908.tif 000021
2004534908.tif 000022