(57)【要約】【課題】多変量のプロセスの状態と消耗品使用時間の関係モデルより消耗品の寿命を管理することができる半導体装置の研磨技術を提供する。【解決手段】ＣＭＰプロセスの消耗品管理工程は、ＣＭＰプロセスの装置データ、もしくは装置のＱＣもしくは製品着工の結果より求めた研磨レート面内分布と、着工時点での各消耗品の累積使用時間より、消耗品使用時間と研磨レート面内分布との関係を表現するモデルを推定し、研磨レート面内分布初期値での各消耗品の累積使用時間を０として、研磨レート面内分布の管理値を逸脱するまでの消耗品の使用時間を算出し、この消耗品の使用時間に対して、各消耗品の品質、もしくは組合せによる研磨レート面内分布ばらつき、各消耗品以外の要因による研磨レート面内分布のばらつきを補正して、消耗品使用時間の管理値を設定し、この消耗品使用時間の管理値に達したときに消耗品交換を実施する。【選択図】図１
2007281026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハを研磨する際に用いる消耗品を管理する消耗品管理工程を含む半導体装置の研磨方法であって、
前記消耗品管理工程は、
ＣＭＰプロセスの装置データ、もしくは装置のＱＣもしくは製品着工の結果より求めた研磨レート面内分布と、着工時点での各消耗品の累積使用時間より、消耗品使用時間と研磨レート面内分布との関係を表現するモデルを推定し、
研磨レート面内分布初期値での各消耗品の累積使用時間を０として、研磨レート面内分布の管理値を逸脱するまでの消耗品の使用時間を算出し、
算出した消耗品の使用時間に対して、各消耗品の品質、もしくは組合せによる研磨レート面内分布ばらつき、各消耗品以外の要因による研磨レート面内分布のばらつきを補正して、消耗品使用時間の管理値を設定し、
設定した消耗品使用時間の管理値に達したときに消耗品交換を実施する、ことを特徴とする半導体装置の研磨方法。
【請求項２】
ウェハを研磨する際に用いる消耗品を管理する消耗品管理工程を含む半導体装置の研磨方法であって、
前記消耗品管理工程は、
研磨レート面内分布と、着工時点での各消耗品の累積使用時間の実績値より、消耗品の使用時間に対する研磨レート面内分布の関係を表現するモデルを推定し、
各消耗品の使用時間上限値を仮決めし、モデルに基づき、消耗品の使用時間に対して研磨レート面内分布を求めて、研磨レート面内分布が管理値を逸脱するか使用時間が上限値を超えた場合に、消耗品を交換するシミュレーションを行い、消耗品交換時間と交換数の関係を求め、
求めた消耗品交換時間と交換数の関係より、各消耗品の使用時間上限値を、複数水準設定して、各消耗品について使用時間上限値の各水準の組合せで、消耗品交換のシミュレーションを行い、交換数を求め、
求めた交換数に関するコストを求めて、各種の使用時間上限に対するコストの応答曲面を推定し、
推定した応答曲線により、コストを最小化する各消耗品の使用時間上限値を決定する、ことを特徴とする半導体装置の研磨方法。
【請求項３】
ウェハを研磨する際に用いる消耗品を管理する消耗品管理工程を含む半導体装置の研磨方法であって、
前記消耗品管理工程は、
着工時における研磨レート面内分布と、着工時点での各消耗品の累積使用時間データを集計して、消耗品の使用時間に対する研磨レート面内分布の関係を表すモデルを推定して、各消耗品の単位時間当たりでの状態量の変動量を推定しておき、
装置のＱＣ、もしくは製品着工を行い、研磨レート面内分布実績値を求め、
着工時点の研磨レート面内分布から、管理値を逸脱するまでの研磨レート面内分布の変動量と、各消耗品の使用時間の変動量より、各消耗品を使用し続けられる残りの時間を推定し、
推定した残りの時間より、各消耗品の交換、装置保守・保全の計画を決定するか、既存の交換、保守・保全計画を修正し、
決定した計画、もしくは修正後の計画に基づき消耗品交換、保守・保全を実施する、ことを特徴とする半導体装置の研磨方法。
【請求項４】
ウェハを研磨する際に用いる消耗品を管理する消耗品管理工程を含む半導体装置の研磨方法であって、
前記消耗品管理工程は、
研磨レート面内分布と、着工時点での各消耗品の累積使用時間の実績値より、消耗品の使用時間に対する研磨レート面内分布の関係を表現するモデルを推定し、
装置のＱＣ、もしくは製品着工を行い、着工時点の研磨レート面内分布と消耗品の使用時間実績値を取得し、
研磨レート面内分布より、モデルに基づき、各消耗品の使用時間推定値を算出して、
算出した使用時間推定値と取得した使用時間実績値との比率をとって、消耗品の消耗の進みやすさとして、予め設定されている消耗品の使用時間上限に比率をかけて新たな上限値を設定するか、もしくはモデルを比率に基づきモデルのパラメータを求めて新たに研磨レート面内分布が管理値を逸脱する使用時間を算出して上限値を設定し、
新たに設定した上限値に達するまでの残りの使用時間を求め、
求めた使用時間より、各消耗品の交換、装置保守・保全の計画を決定するか、既存の交換、保守・保全計画を修正し、
決定した計画、もしくは修正後の計画に基づき消耗品交換、保守・保全を実施する、ことを特徴とする半導体装置の研磨方法。
【請求項５】
ウェハを研磨する際に用いる消耗品を管理する消耗品管理工程を含む半導体装置の研磨方法であって、
前記消耗品管理工程は、
各種の製品ウェハ着工の前／後における研磨レート面内分布と、着工時点での各消耗品の累積使用時間の実績値より、各種の製品ウェハの消耗品の使用時間に対する研磨レート面内分布の関係を表現するモデルを推定し、
研磨レート面内分布初期値より、モデルに基づき、一連の着工作業の順に製品ウェハの種類の別に、研磨レート面内分布の変化分を積算して、研磨レート面内分布を予測していき、
予測した研磨レート面内分布が管理値を逸脱する着工時点を判定し、着工時点において、各消耗品の交換、装置保守・保全の計画を決定するか、既存の交換、保守・保全の計画を修正し、
決定した計画、もしくは修正後の計画に基づき消耗品交換を実施する、ことを特徴とする半導体装置の研磨方法。
【請求項６】
ウェハを研磨する際に用いる消耗品を管理する消耗品管理工程を含む半導体装置の研磨方法であって、
前記消耗品管理工程は、
研磨レート面内分布と、着工時点での各消耗品の累積使用時間の実績値より、消耗品の使用時間に対する研磨レート面内分布の関係を表現するモデルを推定し、
装置のＱＣ、もしくは製品着工を行い、着工時の研磨レート面内分布を取得し、
取得した研磨レート面内分布より、モデルに基づき、各消耗品の使用時間を推定し、
推定した使用時間より、ある消耗品を別の消耗品と交換した場合の研磨レート面内分布をモデルに基づき推定して、
研磨レート面内分布の実績値に対する推定値との差により改善量を求めて、改善量に応じて消耗品の交換の要否を判定し、
判定結果に応じて、消耗品交換を実施する、ことを特徴とする半導体装置の研磨方法。
【請求項７】
ウェハを研磨する際に用いる消耗品を管理する消耗品管理工程を含む半導体装置の研磨方法であって、
前記消耗品管理工程は、
研磨レート面内分布と、着工時点での各消耗品の累積使用時間の実績値より、消耗品の使用時間に対する研磨レート面内分布の関係を表現するモデルを推定し、
装置のＱＣ、もしくは製品着工を行い、着工時の研磨レート面内分布と消耗品の使用時間の実績値を取得し、
所得した消耗品の使用時間より、モデルに基づいて、研磨レート面内分布を推定し、
研磨レート面内分布の実績値と推定値の差が大きいときにプロセスを異常と判定し、
異常な場合に装置メンテナンスを実施する、ことを特徴とする半導体装置の研磨方法。
【請求項８】
ウェハを研磨する際に用いる消耗品を管理する消耗品管理工程を含む半導体装置の研磨方法であって、
前記消耗品管理工程は、
研磨レート面内分布と、着工時点での各消耗品の累積使用時間の実績値より、消耗品の使用時間に対する研磨レート面内分布の関係を表現するモデルを推定し、
製品ウェハ着工時点における各消耗品の使用時間より、モデルに基づき、研磨レート面内分布を推定し、
推定した研磨レート面内分布が製品ウェハに対して予め設定されている許容範囲にあるか、もしくは製品ウェハを着工する時のレシピによる研磨結果の予測値が管理値に入るかを評価して、
評価結果に基づいて、着工の可否を判定する、ことを特徴とする半導体装置の研磨方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の半導体装置の研磨方法において、
前記消耗品は、ＣＭＰ装置のヘッド、パッド、グリッドを含むことを特徴とする半導体装置の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の研磨技術に関し、特に、半導体のような薄膜製品を構成するウェハを研磨（科学的機械的研磨、ＣＭＰ）する際に用いる消耗品、備品、部材の管理方法に関する。特に、プロセスの性能である処理能力（研磨レート）のウェハ面内分布を保証するための、消耗品の最適使用時間上限を求める方法と、消耗品使用のコスト（利用した消耗品の数量）を最小にする消耗品の最適使用時間上限を求める方法に関する。また、消耗品使用時間による処理能力推定に基づく消耗品の交換計画（保守・保全）、交換方法、装置異常判定方法、さらにウェハの着工の可否を判定するウェハの製造方法を含む。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＣＭＰにより製品ウェハを研磨する場合、まず、装置にパッド、研磨ヘッド、ドレッサ（グリッド）を取り付けて、装置の性能を確認するモニタＱＣを実施して、研磨レートとその均一性などの各種状態量をモニタし、製品の着工に利用可能かを判定する。製品ウェハを着工する際には、研磨前の膜厚を計測し、製品ウェハの品種と工程（研磨対象の膜の層別に設定される）毎に研磨条件（レシピ）を決定し、研磨後に膜厚を計測して着工結果が管理値を満たしているかを判定する。
【０００３】
製品ウェハを複数枚着工すると、処理に利用した研磨装置の状態が、研磨時の負荷によるパッド、ヘッド、ドレッサの消耗によって経時的に変動してしまうため、既に着工が済んだ製品ウェハの研磨前／後膜厚と研磨条件より研磨レートを推定してレシピを調整するＲｕｎ−ｔｏ−Ｒｕｎでの着工を行う。しかしながら、製品ウェハの研磨実績を利用する研磨レートの推定値は、研磨の前プロセスでの構造的・材質的ばらつきの影響を受ける。このため、製品ウェハ着工実績を利用した研磨レートの推定では、消耗品の性能を保証した上での着工の可否を判断できない。そのため、定期的な装置のモニタＱＣを実施しなければならず、製品ではないウェハを消費してしまい、さらにメンテナンス時間の増加により装置スループット（１日当たりの製品の着工数量）が低下するという問題があった。
【０００４】
更に、モニタＱＣの結果で消耗品を交換した場合には、モニタＱＣの直前に着工した製品の品質が悪いことを意味し、これによる製品不良を防止するためにモニタＱＣの頻度を増やすことが必要となる。
【０００５】
また、モニタＱＣの結果で消耗品の交換の実施が決まる場合は、特に消耗品の品質ばらつきが大きい場合には消耗品の在庫数量の管理が困難となる。
【０００６】
そのため、特許文献１には、レーザー装置での処理を、イベント毎に遠隔地でモニタし、放電パルス数、エラー・警告発生のメッセージ、メンテナンス作業実施後の記録に基づいて、消耗品の寿命の予測やレーザー装置のトラブルの事前予測を行うことの出来るレーザー装置管理システムが記載されている。
【０００７】
また、特許文献２には、半導体製造装置管理のために、各消耗品の故障の発生頻度を監視して、発生頻度より使用時間に対する故障確率を求めて、消耗品の使用時間に基づき故障原因調査や予防保全を行う方法が記載されている。
【０００８】
また、特許文献３には、イオン注入装置において、イオン源電極の負荷短絡発生を検知して発生時刻と関連付けることにより、負荷短絡発生頻度を求めて、イオン源電極の交換の要否を判断する、イオン源電極の交換を効率的に管理するイオン注入装置とイオン源電極の交換方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−４３２１９号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７８０８号公報
【特許文献３】特開２００４−２０７１６９号公報
【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、前記特許文献１に記載のレーザ装置管理システムでは、予測判定はイベント発生時点のデータと閾値による判定処理であり、装置の状態を予測して余命を判定することが出来ず、消耗品の使用時間と装置の状態に基づいて消耗品の寿命を管理する方法についての記載はない。
【００１０】
また、前記特許文献２に記載の半導体製造装置、その管理装置、その部品管理装置、半導体ウェーハ収納容器搬送装置では、部品使用時間による故障発生頻度をモデル化しているが、消耗品の使用時間に対する装置の状態をモデル化していないため、着工の対象となる製品への影響を予測することが出来ず、製品への影響を反映した上で製造装置の性能を維持して消耗品の寿命を管理して、予防保全を行うことについての記載はない。
【００１１】
また、前記特許文献３に記載のイオン注入装置、イオン注入装置におけるイオン源電極の交換を促す方法では、消耗品（イオン源電極）の状態（負荷短絡の発生）をモニタして寿命を求めているが、一つもしくは一式の消耗品に対する予測であり、複数の各種の消耗品より構成される装置内部の各種状態を予測することについての記載は無く、また複数の各種消耗品のそれぞれの使用時間より装置内部の各種の状態を予測することについての記載もない。また、常に消耗品をモニタすることを前提としているため、消耗品の使用時間に対する装置の状態のモデルに基づいて消耗品の使用限界時間を決定し、予防保全をする方法についての記載は無い。
【００１２】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に着目し、そして、これらの問題点を解決し、主として、多変量のプロセスの状態と消耗品使用時間の関係モデルより消耗品の寿命を管理することができる半導体装置の研磨技術を提供する。具体的には、以下のような目的を達成するものである。
【００１３】
複数の消耗品の使用時間とウェハ面内各位置の研磨レート（単位時間当たりの研磨の進む速さ）の関係をモデル化してそのパラメータを定めることで、研磨レートとそのウェハ面内の均一性を予測することで消耗品の寿命を予測できる。また、面内各位置の研磨レートの実績値をモニタすることで、その時点での消耗品の使用時間、もしくは消耗の進み具合を推定でき、研磨レートと均一性についての消耗品使用限界に至るまでの消耗品の寿命を求めて、消耗品を管理することを目的とする。
【００１４】
また、消耗品使用時間と研磨レート面内分布モデルを用いて、ウェハ研磨を繰返す毎に研磨レートを推定して、研磨レートや均一性、消耗品使用時間上限値を管理値（閾値）とする消耗品の交換のルールに従って消耗品を交換する計算機シミュレーションを行うことで、消耗品の消費量を推定できる。更に、消耗品交換の研磨レートや均一性、消耗品使用時間上限値を複数水準設定して、研磨レートや均一性、消耗品使用時間上限値といった管理値に対する消耗品使用数量（消耗品コスト）の関係を求めることで、消耗品使用数量を最小化する最適な管理値を求めて、消耗品の使用を低コストに管理することを目的とする。
【００１５】
配線パターンの異なる製品種類別に製品ウェハを研磨したときの消耗品使用時間に対する研磨レート面内分布の変動をモデル化しておくことで、製品の着工来歴・着工スケジュールに基づく研磨レート面内分布を予測でき、予測値と管理値とを比較することで消耗品の交換、保守・保全の計画を立案することを目的とする。
【００１６】
更に、消耗品の交換時には、研磨レート面内分布実績値をモニタして消耗品の使用時間を推定し、ある消耗品を使用時間のわかっている他の消耗品に交換した場合の研磨レート面内分布を推定することで、研磨レート面内分布と均一性の実績値と推定値の差を改善量として消耗品の交換の要否を判定、もしくは交換すべき消耗品を選定することを目的とする。
【００１７】
プロセスの異常判定としては、研磨レート面内分布実績値をモニタし、消耗品使用時間に対する研磨レート面内分布モデルに基づく研磨レート面内分布推定値と実績値を比較して、差が大きい場合にプロセスの異常を検知することを目的とする。
【００１８】
また、製品ウェハの着工の際には、研磨レート面内分布実績値をモニタしなくても、消耗品使用時間を利用して研磨レート面内分布を推定し、製品ウェハの表面や材質に依存するパラメータと研磨前の膜厚、研磨時間を用いて研磨後の膜厚を推定し、研磨後膜厚の管理値について評価することで、その装置での着工の可否を判定し、製品の着工による不良を防止することを目的とする。
【００１９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２１】
上記目的を達成するため、各研磨装置及び膜厚検査装置は、それらを直接制御するコントローラ、もしくは設備群制御システムを介して、消耗品の寿命を予測するためのシステムと接続されている。このシステムでは、着工実績を利用して予測された消耗品の寿命により消耗品の利用の限界値を求め、また交換判定を行う。また、消耗品の使用時間を利用して研磨レートの推定を行ってプロセスの異常判定をし、これから着工を行う製品ウェハの研磨結果を予測して着工の可否判定を行う。これらの処理結果は、各研磨装置および検査装置に装置処理実行内容として指示され、装置メンテナンスを実施、もしくは実施を促す通知を行う手段を備えている。メンテナンスを実施した場合には、その処理内容をメンテナンス実績データとしてデータベースに蓄積する手段を備えている。
【００２２】
また、研磨および膜厚検査を実施する手段を備えており、その処理内容を消耗品使用時間を含む研磨条件データおよび研磨前膜厚、研磨後膜厚データとしてデータベースに蓄積する手段を備えている。研磨条件データ、研磨前／後膜厚データをウェハ面内の各計測位置について管理している。蓄積されたデータを利用して消耗品の使用時間と研磨レートとの関係を求め、また装置毎の着工来歴より消耗品の交換計画、装置保守・保全を計画する手段を備えている。
【００２３】
本発明では、装置のＱＣでのモニタウェハ研磨結果、もしくは製品ウェハの研磨結果より、検査位置毎に算出されている研磨前／後膜厚データより研磨の工程毎に定義されている処理前／後分布モデルのパラメータを決定して処理前後分布を求める機能を備え、さらに処理過程面内分布モデルより研磨レート面内分布モデルのパラメータを決定して研磨レート面内分布を求める機能を備えることで、研磨レートの変動を取得することが出来る。各着工時点での消耗品使用時間と研磨レート面内分布より、消耗品使用時間に対する研磨レートモデルのパラメータを決定する機能を備え、消耗品使用時間より研磨レートを予測し、また研磨レートより消耗品使用時間を推定する機能を備えることで、消耗品の寿命を予測できる。更に、研磨後膜厚計測時に研磨レート実績値を算出して、消耗品使用時間を利用した消耗品使用時間−研磨レートモデルに基づく研磨レート推定値と比較する機能を備えることで、着工毎に消耗品の寿命を補正し、また消耗品の交換、装置保守・保全を計画するスケジューリングシステムを備えることで装置稼働率などを最適化できる。また、製品の種類別に消耗品使用時間−研磨レートモデルを定めて、計画されている製品ロット着工順に着工した場合の研磨レートの変動を予測することで、多品種製造ラインでのスケジューリングを高精度化できる。
【００２４】
また、本発明では、消耗品使用時間−研磨レート面内分布モデルに基づき、各消耗品の使用時間上限値を複数水準設定して、装置での研磨処理時間を進めて研磨レート面内分布を求めて、使用時間上限値を超えるか研磨レート管理値を逸脱した場合に消耗品を交換するシミュレーションを行う機能を備え、複数の使用時間上限値データと消耗品使用数量もしくは消耗品使用コストデータより使用時間上限値、管理値に対するコストの関係を求めて、最適化計算によりコストを最小にする使用時間上限値を求める機能を備えることで、最適な消耗品使用時間上限値を求めることができる。
【００２５】
また、本発明では、消耗品を交換する際、既に使用済みの複数の消耗品に対して、それらの使用時間により消耗品使用時間−研磨レート面内分布を推定し、研磨レート実績値に対する推定値の改善量を求める機能を備えることで、同一種類の複数の消耗品について、最も良い研磨レートを得ることのできる消耗品を選定でき、プロセスの精度を向上できる。
【００２６】
また、本発明では、研磨レート実績値と消耗品使用時間−研磨レート面内分布に基づく推定値の差を求め、差があるときにプロセスを異常と判定する機能を備えることで、着工による製品不良を防止できる。また、製品の着工時に、消耗品使用時間−研磨レート面内分布に基づき研磨レートを推定し、研磨前膜厚と研磨時間より研磨過程モデル（研磨時間に対する研磨後膜厚の関係を表すモデル）に基づいて研磨後膜厚を求めて、管理値と比較して着工の可否を判定する機能を備えることで、着工による製品不良を防止できる。
【発明の効果】
【００２７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２８】
本発明によれば、複数の消耗品の使用時間とウェハ面内各位置の研磨レートの関係モデルに基づいて研磨レートとその均一性を予測して、消耗品の寿命を予測することができる。消耗品使用時間上限値といった消耗品管理基準を変化させて設定して、各上限値について消耗品使用時間を進めて研磨レートを求めて消耗品を交換するといった計算機シミュレーションを行うことにより、消耗品管理基準に対する消耗品使用数量（消耗品使用コストの関係）を求めることで、消耗品使用コストを最小化する管理基準を決定することができる。すなわち、消耗品使用コストを低減することができる。
【００２９】
また、本発明によれば、製品着工のスケジューリング結果に従って、製品種類毎の消耗品使用時間に対する研磨レート変動のモデルに基づき、複数装置で製品ロットの着工毎に研磨レートを求めて消耗品交換時点を求め、メンテナンス発生を予測しながら再スケジューリングを行うことで、生産スループットを上昇することができ、また製品１つの製作開始から製品になるまでの期間を短縮することができる。
【００３０】
また、本発明によれば、消耗品の交換時に研磨レートをモニタし、別の消耗品に交換したときの研磨レートを消耗品使用時間と研磨レートのモデルに基づいて推定し、実績値と推定値を比較して研磨レートの性能の向上分を評価して交換すべき消耗品を選定することにより、不要な消耗品の交換を防止して消耗品の使用数量を低減し、メンテナンスに関わるコストを低減することができる。
【００３１】
また、本発明によれば、研磨レートをモニタして実績値を求め、また消耗品使用時間と研磨レートの関係モデルに基づき、そのときの消耗品の使用時間で研磨レートを推定し、実績値と推定値の差を評価してプロセスの異常を判定することで、製品の着工不良を防止することができる。
【００３２】
また、本発明によれば、製品ウェハ着工の際には、そのときの消耗品使用時間により研磨レートを求めて、その研磨レートが製品着工のための基準を満たすかを判定し、もしくはその研磨レートと製品ウェハの研磨前の膜厚、ウェハ表面形状などに起因する製品毎に特有のパラメータにより研磨後の膜厚を予測して研磨後膜厚の管理値を満たすかを判定して、製品着工の可否を定めることにより、製品の着工不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰返しの説明は省略する。
【００３４】
本発明の実施の形態では、半導体装置の製造方法、特にウェハを研磨する際に用いる消耗品を管理する消耗品管理工程を含む半導体装置の研磨方法に適用した場合において、主にＣＭＰプロセスの消耗品管理工程における消耗品管理方法について説明する。
【００３５】
本発明の実施の形態を説明するため、図１にＣＭＰプロセスの消耗品管理方法のフローチャート、図２にＣＭＰプロセスシステムの構成図を示す。
【００３６】
まず、図２により、本実施の形態のＣＭＰプロセスシステムの構成例を説明する。本実施の形態のＣＭＰプロセスシステムは、消耗品交換計画システム２０１、消耗品寿命予測システム２０２、データ集計システム２０３、設備群制御システム２０４、着工／メンテナンス指示システム２０５、各種モデルデータベース２１１、研磨条件実績データベース２２１、膜厚検査結果データベース２２２、研磨レート面内分布実績／推定／更新データベース２２３、メンテナンス実績データベース２２４、研磨装置コントローラ２３１、膜厚検査装置コントローラ２３２などから構成される。
【００３７】
製造ラインもしくは製造ショップ内にある研磨装置、膜厚検査装置は、研磨装置コントローラ２３１、膜厚検査装置コントローラ２３２により制御される。研磨装置コントローラ２３１および膜厚検査装置コントローラ２３２は、ネットワークを介して設備群制御システム２０４と接続されている。設備群制御システム２０４に設定されたレシピに従って、設備群制御システム２０４が各種コントローラに指示を出すことにより、装置は自動的に着工を行う。装置が設備群制御システム２０４と接続されていない場合、もしくは遠隔的な操作が可能では無い場合、作業者が着工／メンテナンス指示システム２０５に表示された条件により、直接的に着工する。
【００３８】
設備群制御システム２０４および着工／メンテナンス指示システム２０５、また研磨装置コントローラ２３１、膜厚検査装置コントローラ２３２は、ネットワークを介してデータ集計システム２０３と接続されており、研磨装置で処理されたロット、ウェハの情報や研磨装置で使用されている消耗品の使用来歴、また処理時のレシピの内容は研磨条件実績データベース２２１に格納される。計測位置座標を含む膜厚検査結果は、膜厚検査結果データベース２２２に格納される。研磨条件実績データと膜厚検査結果データより求められた研磨レート面内分布のデータは、研磨レート面内分布実績／推定／更新データベース２２３に格納され、ロット、ウェハの着工と膜厚検査の度に研磨レート面内分布は最新の装置の状態として更新される。メンテナンスの実施内容は、メンテナンス実績データベース２２４に格納される。
【００３９】
消耗品の寿命を予測して消耗品の管理基準を定め、着工の可否を判定する消耗品寿命予測システム２０２では、処理前後状態面内分布決定機能２０２０１、研磨レート面内分布決定機能２０２０２、消耗品使用時間−研磨モデルパラメータ推定機能２０２０３、消耗品使用時間／研磨レート予測機能２０２０４、消耗品寿命補正機能２０２０５、消耗品交換シミュレーション機能２０２０６、消耗品使用時間条件決定機能２０２０７、消耗品組み換え評価機能２０２０８、プロセス異常判定機能２０２０９、製品着工可否判定機能２０２１０などを備えている。
【００４０】
処理前後状態面内分布決定機能２０２０１は、実績データより研磨前／後膜厚面内分布モデルに基づいて研磨前／後の膜厚の面内分布を求める。研磨レート面内分布決定機能２０２０２は、研磨レート面内分布モデルに基づき研磨レート面内分布を求める。消耗品使用時間−研磨モデルパラメータ推定機能２０２０３は、研磨の実績と各研磨時の研磨レート面内分布を用いて、消耗品使用時間に対する研磨レートの変化を表現した消耗品使用時間−研磨レートモデルのパラメータを求める。
【００４１】
消耗品使用時間／研磨レート予測機能２０２０４は、消耗品の使用時間に対して研磨レートを予測して着工に使っている消耗品の余命を求める。消耗品寿命補正機能２０２０５は、着工した結果で求めた研磨レート面内分布実績値より消耗品の余命を補正する。
【００４２】
消耗品交換シミュレーション機能２０２０６は、消耗品の使用時間に関する管理基準を定めるために、消耗品使用時間−研磨レートモデルに基づいて消耗品使用時間に対する研磨レートや研磨レート均一性の管理値逸脱をシミュレートする。消耗品使用時間条件決定機能２０２０７は、消耗品管理基準に対する消耗品の交換数の関係を求めて最適な消耗品管理基準を求める。
【００４３】
消耗品組み換え評価機能２０２０８は、消耗品を交換する際に、それらの使用時間と別の消耗品の使用時間により研磨レート面内分布を推定して適正な消耗品の組み換えを評価する。
【００４４】
プロセス異常判定機能２０２０９は、研磨レート面内分布実績値と消耗品使用時間による研磨レート面内分布推定値を比較してプロセスの異常を評価する。製品着工可否判定機能２０２１０は、製品の着工時に消耗品使用時間により研磨レート面内分布を推定して、研磨前膜厚と所要の研磨時間より研磨後膜厚面内分布を予測し、研磨結果が管理値を満たすかを判定する。
【００４５】
更に、消耗品の交換、装置保守・保全を計画して装置稼働率を最適化する消耗品交換計画システム２０１では、装置毎の着工来歴に基づき消耗品使用時間により研磨レート面内分布を推定して研磨レート実績値との差に基づいてメンテナンスの計画を調整するメンテナンス計画補正機能２０１１を備え、また消耗品使用時間に対する研磨レート面内分布の変動量を製品別に管理することで、製品の着工来歴より装置の研磨レート変動量を予測してメンテナンスや製品着工のスケジューリングを行うための研磨レート変動予測機能２０１２を備える。
【００４６】
続いて、ＣＭＰプロセスの消耗品管理方法、及び半導体装置の製造方法の処理内容を説明する。まず、図１により、ＣＭＰプロセスの消耗品管理方法の基礎的な方法を述べる。
【００４７】
まず、過去に着工された多数の装置モニタＱＣ作業か製品ウェハ着工作業の消耗品使用時間、研磨時間を含む作業実績データと、研磨前／後の膜厚を含む検査結果データを取得する（ステップ１０１）。そして、作業実績データと検査結果データより装置もしくはプロセスの状態量を算出する（ステップ１０２）。装置もしくはプロセスの状態量とは、装置の性能を表す変量であり、ＣＭＰプロセスにおいては研磨レート面内分布が代表となる。研磨レートは、装置モニタＱＣ作業では研磨前膜厚から研磨後膜厚を引き、研磨時間で割った値である。製品ウェハより研磨レートを求める場合には、製品別に予め定められた研磨過程モデルとそのパラメータを用いる。
【００４８】
そして、消耗品使用時間に対する装置もしくはプロセスの状態量を表すモデルのパラメータを求める（ステップ１０３）。消耗品使用時間−研磨レートモデルの例として、消耗品使用時間の２次の項を含むモデルを式（１）に示す。
【００４９】
【数１】
2007281026.tif 000003
ここで、添え字の付いたＫがモデルパラメータであり、ＲQCは研磨レート、Ｕhead、Ｕpad、Ｕgridはそれぞれヘッド、パッド、ドレッサーの使用時間である。
【００５０】
ＣＭＰ装置の構成図を図３に示す。研磨時には、ウェハ３０１をヘッド３０２で保持してパッド３０３に押し付け、パッド３０３、ヘッド３０１を回転させて、スラリー３０５と呼ばれる薬液の作用によりウェハ表面の膜を除去する。研磨を行うとパッド表面の品質が変化するため、パッド表面状態を整えるために回転中のパッド３０３にドレッサー３０４を押し付けて揺動させる。
【００５１】
消耗品使用時間と研磨レートの実績値の組を実績サンプルとして、複数の実績サンプルよりモデルパラメータを求める。モデルが式（１）のように、パラメータ空間が線形になるならば最小二乗法により式（２）でパラメータを求めることができる。
【００５２】
【数２】
2007281026.tif 000004
【００５３】
【数３】
2007281026.tif 000005
【００５４】
【数４】
2007281026.tif 000006
【００５５】
【数５】
2007281026.tif 000007
ここで、Ｎsampleは実績サンプルの数である。モデルがパラメータに関し線形とならない場合、準ニュートン法といった非線形最適化により、実績サンプルの誤差の総量が最小となるモデルパラメータを求めれば良い。
【００５６】
また、面内分布については、例えば図４に示すような半径方向での研磨レート分布で管理すれば良い。図４（ａ）に示すように、ウェハ４０１内の同一半径周４０５上を複数の計測位置４０４で研磨レートを計算して、円周別に平均し、半径位置間を線分で結べば、図４（ｂ）に示すような半径ｒの方向についての研磨レートＲQCの研磨レートプロファイルが得られる。
【００５７】
次に、モデルに基づき消耗品の使用時間を少しずつ進めて、プロセスもしくは装置の利用の限界となる使用時間を、シミュレーションにより求める（ステップ１０４）。研磨レートの上限、下限をＲQCUCL、ＲQCLCL、また研磨レートの面内均一性の上限をＷＩＷＮＵQCUCLとした場合、次のアルゴリズムとなる。
【００５８】
【数６】
2007281026.tif 000008
【００５９】
【数７】
2007281026.tif 000009
【００６０】
【数８】
2007281026.tif 000010
【００６１】
【数９】
2007281026.tif 000011
【００６２】
【数１０】
2007281026.tif 000012
ここで、ｒ＃は半径位置を表すインデックスであり、研磨レートが１つの半径位置でも管理値を逸脱した場合に繰返しが終了するものとした。なお、式（６）のｄｏ、式（１０）のｗｈｉｌｅ（）は、ｗｈｉｌｅ（）の括弧内の条件が満たされる場合にはｄｏに戻って処理を繰返して行う演算である。また、式（７）のように使用時間を進めて、式（８）で研磨レートを推定するとしたが、研磨レートの初期値に対して時間の変化分による研磨レート変化分を加算していく計算としても良い。なお、消耗品の使用時間の進みは、各消耗品間で異なるため、基準とするウェハの研磨時間に基づいて定める。
【００６３】
繰返しが終了したときの消耗品の使用時間に基づいて、消耗品使用時間上限を定める（ステップ１０５）。例えば、上限時間の８０［％］などとして余裕をとる。
【００６４】
以上が、図１によるＣＭＰプロセスの消耗品の管理方法である。
【００６５】
続いて、消耗品の使用数量、すなわち消耗品使用にかかるコストを最小にする最適な消耗品使用時間管理値決定方法のフローチャートを図５に示す。図５により処理方法を述べる。
【００６６】
まず、過去にＣＭＰで着工した際の消耗品の使用時間と研磨レート面内分布の複数の実績値により、消耗品使用時間に対する研磨レート面内分布モデルのパラメータを推定する（ステップ５０１）。推定方法は、図１の説明において先に記載したステップ１０１，１０２，１０３の方法を利用すれば良い。
【００６７】
消耗品使用時間の上限値を設定して消耗品使用時間を進めて研磨レートを求めるという、消耗品使用時間に関する研磨レートのシミュレーションを実行する（ステップ５０２）。このシミュレーションでは、まず研磨レートの管理値（上限値ＲQCUCLと下限値ＲQCLCL）と研磨レート均一性の上限値ＷＩＷＮＵQCUCL、各消耗品使用時間の上限値（ヘッドＵheadUCL、パッドＵpadUCL、ドレッサーＵgridUCL）を設定する。そして、各消耗品の使用時間を初期化した後に、消耗品の使用時間を進める度にウェハ面内の研磨レートを求めて、研磨レートとその均一性、各消耗品の使用時間の管理値判定を行い、管理値を逸脱する場合に消耗品を交換する処理を繰返す。なお、判定する時点は、ＣＭＰ工程でのＱＣ実施基準に準じ、例えばロット着工数８ロット毎などとする。
【００６８】
本処理（消耗品使用時間に対する研磨レート変動に基づく消耗品交換シミュレーション）の例のフローチャートを図６に示す。まず、管理値、ばらつきデータを取得し（ステップ６０１）、モデル係数を推定する（ステップ６０２）。そして、基準時間・消耗品使用時間初期化を行い（ステップ６０３）、これを単位時間刻みで指定時間まで繰返す（ステップ６０４〜６１４）。次に、半径位置別レートを算出する（ステップ６０５）。この際に、ばらつきは正規乱数で算出する。さらに、均一性を算出し（ステップ６０６）、基準時間・消耗品使用時間を更新（インクリメント）する（ステップ６０７）。
【００６９】
そして、ＱＣ実施時点レート・均一性を判定し（ステップ６０８）、ＮＧならば、パッド交換・パッド時間初期化を行い（ステップ６０９）、次に進む（ＯＫの場合も含む）。さらに、ドレッサー使用時間を判定し（ステップ６１０）、ＮＧならば、ドレッサー交換・ドレッサー使用時間初期化を行い（ステップ６１１）、次に進む（ＯＫの場合も含む）。その後、ヘッド使用時間を判定し（ステップ６１２）、ＮＧならば、ヘッド交換・ヘッド時間初期化を行い（ステップ６１３）、次に進む（ＯＫの場合も含む）。
【００７０】
そして、ステップ６０８におけるＱＣ実施時点のレート・均一性の判定がＯＫとなり、ステップ６０４〜６１４を単位時間刻みで指定時間まで繰返した後、消耗品使用時間実績、研磨レート・均一性変動集計、消耗品使用数、メンテナンス数集計を行う（ステップ６１５）。
【００７１】
図６の例は、研磨レートと均一性が管理値を逸脱した場合にはパッドを優先的に交換し、またこのときに他消耗品使用時間を判定して上限を逸脱したらその消耗品を交換するものである。
【００７２】
ウェハ面内の研磨レートの算出は式（８）に基づくが、更に消耗品の品質のばらつきを反映するため、ばらつきの項を付与し、式（１１）で求める。
【００７３】
【数１１】
2007281026.tif 000013
ここで、ｄＢt1、ｄＢt2、ｄＢt3は平均０、分散は研磨時間ｔに従う正規分布Ｎ（０，ｔ）に基づく乱数（ブラウン運動）の増分である。また、σratechange、σratewafer、σrateradはそれぞれ、消耗品交換により発生する研磨レートばらつき、ウェハ着工毎に発生する研磨レートばらつき、半径位置別に発生する研磨レートばらつきの標準偏差である。
【００７４】
この計算を、例えばウェハ１０万枚着工分繰返してシミュレーションが終了した後で、ヘッド、パッド、ドレッサーの交換結果より各消耗品の交換時間の標準偏差を集計により求める。
【００７５】
そして、各消耗品の交換時間標準偏差σに基づいて消耗品使用時間の上限値を複数水準設定する。例えば、基準とした使用時間上限値に±σを設定する。そして、各消耗品の使用時間上限値の、全ての水準の組合せについて、図６のフローチャートに示したシミュレーションを実施する（ステップ５０３）。
【００７６】
次に、消耗品使用時間上限に対する消耗品使用コストの関係を定める（ステップ５０４）。まず、消耗品使用時間上限値の全組合せのシミュレーション結果について消耗品の使用数を集計する。各消耗品の単価、また消耗品の交換・管理コストより消耗品使用のコストＣpartを求める。そして、消耗品使用時間上限に対する消耗品使用コストＣpartの関係を表現するモデルの式（１２）のパラメータＫcを最小二乗法により決定する。モデルがパラメータに関して非線形となる場合には、非線形最適化によりパラメータを決定すれば良い。
【００７７】
【数１２】
2007281026.tif 000014
ここで、モデルは消耗品使用時間に関し２次であるとし、パラメータＫcはヘッド、パッド、ドレッサーの双２次までの全ての組合せに対し求められる。
【００７８】
そして、消耗品使用コストを最小化する最適な消耗品使用時間上限値ＵheadUCL,best、ＵpadUCL,best、ＵgridUCL,bestを次式により求める（ステップ５０５）。
【００７９】
【数１３】
2007281026.tif 000015
【００８０】
【数１４】
2007281026.tif 000016
【００８１】
【数１５】
2007281026.tif 000017
【００８２】
【数１６】
2007281026.tif 000018
消耗品使用時間上限値−消耗品使用コストモデルが３次以上の多項式など、非線形なモデルである場合、非線形最適化により最適値を求めることができる。１次モデルならば、最小二乗法により求めることができる。一般的には次の表現となる。
【００８３】
【数１７】
2007281026.tif 000019
【００８４】
【数１８】
2007281026.tif 000020
ここで、ａｒｇは、次式としたとき、パラメータｋの値を前提として設定した上でｙ＝ｆ（ｘ）を満たすｘを求める演算である。ｍｉｎは最小値を得る演算である。
【００８５】
【数１９】
2007281026.tif 000021
以上が、図５によるＣＭＰプロセスの消耗品の管理方法である。
【００８６】
続いて、装置モニタＱＣ作業により求めた研磨レート面内分布とそのときの消耗品の使用時間より、研磨レートとその均一性の管理値に到達するまでの消耗品の残使用時間を求めて、保守・保全時点を設定する消耗品管理方法を述べる。
【００８７】
まず、式（２）により、消耗品使用時間−研磨レート面内分布モデルのパラメータを求める。
【００８８】
次に、装置モニタＱＣとして、平坦な膜のウェハの研磨前膜厚計測、ＣＭＰ着工、研磨後膜厚計測を行い、研磨レート面内分布実績値を求める。また、そのときの消耗品の使用時間もモニタする。
【００８９】
そして、モニタした消耗品の使用時間を初期値として、式（６）〜（１０）のアルゴリズムにより、研磨レートが管理値を逸脱するまでの消耗品交換時点の使用時間を求める。なお、式（８）は次に変更する。
【００９０】
【数２０】
2007281026.tif 000022
ここで、ΔＲQCは、研磨レート実績値ＲQC*と装置モニタＱＣ時点での消耗品使用時間による研磨レート推定値ＲQCとの差ＲQC*−ＲQCである。
【００９１】
最後に、消耗品交換時点の使用時間から装置モニタＱＣ時点の使用時間を差し引いて、装置稼働率などで補正してから装置モニタＱＣ時点の時間に加えることで消耗品交換、保守・保全の実施時点とする。なお、消耗品交換時点の使用時間が消耗品使用時間の上限値を超えている場合には、消耗品使用時間上限値に達する時点を保守・保全の実施時点とすればよい。
【００９２】
この消耗品管理方法においては、式（２０）に表現されるようにモニタした研磨レート実績値と研磨レート推定値に差が発生する。これは、すなわち消耗品の消耗の進み方がモデルに基づく消耗の進みと異なることを意味する。よって、消耗品の消耗の進みを補正して残りの消耗品の使用時間を求める方法を利用した消耗品の管理方法を述べる。
【００９３】
まず、消耗品使用時間−研磨レート面内分布モデルのパラメータを求める。
【００９４】
次に、装置モニタＱＣを実施して研磨レート面内分布実績値を求める。消耗費使用時間もモニタする。
【００９５】
そして、消耗品の使用時間を推定する。消耗品使用時間−研磨レートモデルが式（１）のように２次で有る場合、半径位置分の連立方程式となる。このため、次のアルゴリズムのシミュレーション計算により求める。消耗品使用時間の初期値は装置モニタＱＣ時点の消耗品使用時間とする。繰返し終了時点の使用時間が求める推定値である。
【００９６】
【数２１】
2007281026.tif 000023
【００９７】
【数２２】
2007281026.tif 000024
【００９８】
【数２３】
2007281026.tif 000025
【００９９】
【数２４】
2007281026.tif 000026
ここで、ＲQC*は、装置モニタＱＣで得た研磨レート実績値である。すなわち、図７に示すように、消耗品使用時間の実績値Ｕ*より使用時間を進めて、研磨レートの実績値ＲQC*となる使用時間推定値Ｕ^を求めるものである。
【０１００】
そして、消耗品の消耗の進みやすさを反映して上限値を修正するか、もしくは消耗品使用時間−研磨レート面内分布モデルの使用時間の進み方を補正して、シミュレーションにより新たに研磨レートとその均一性の管理値を逸脱する時間を求めて上限値を設定する。
【０１０１】
上限値ＵUCLの設定は、図８に示すように消耗品使用時間の比率を用いて次式で設定できる。なお、ＲQCLCLは研磨レート下限値である。
【０１０２】
【数２５】
2007281026.tif 000027
ここで、ＵnewUCLが新たな消耗品使用時間上限値である。
【０１０３】
シミュレーションを行う場合、式（６）〜（１０）のアルゴリズムによる方法で処理すれば良い。但し，図９に示すように、消耗品使用時間に対する研磨レートの変化を表すモデル自体を曲線（消耗品使用時間−研磨レート推定線）９０９から曲線（補正後消耗品使用時間−研磨レート推定線）９１０のように研磨レート実績値ＲQC*を基準として修正するために、式（８）を次式に変更し、消耗品使用時間の進みを補正する。
【０１０４】
【数２６】
2007281026.tif 000028
最後に、求めた使用時間上限値を用いて装置稼働率などで補正して消耗品交換、保守・保全の実施時点を定める。
【０１０５】
以上が、消耗品の消耗の進みを補正して残りの消耗品の使用時間を求める方法を利用した消耗品の管理方法である。
【０１０６】
続いて、着工計画より消耗品使用時間に対する研磨レートを求めて、保守・保全を計画する消耗品管理方法を述べる。本処理の例を図１０に示す。
【０１０７】
まず、式（２）により、消耗品使用時間−研磨レート面内分布モデルのパラメータを求める（ステップ１００１）。
【０１０８】
次に、生産計画によりプロセスフローに従ってＣＭＰ装置に投入される、一連の製品ロットの着工順序をスケジューラにより求める（ステップ１００２）。
【０１０９】
次に、各装置において、一連の製品ロットの着工順序に従って、消耗品使用時間を進めて研磨レートを繰返して求めるシミュレーションを行う（ステップ１００３〜１００７）。研磨レートは初期値に設定しておく。
【０１１０】
１回の繰返しでは、まず、製品ロット着工の準備作業とウェハの研磨処理内容に基づき消耗品の使用時間を求める（ステップ１００４）。製品ロット着工の準備作業とは、例えばダミーウェハ（パッドのコンディショニングなどのために使用される非製品ウェハＮＰＷ（Ｎｏｎ−Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｗａｆｅｒ）の研磨といった作業のことである。
【０１１１】
そして、消耗品使用時間に対する研磨レートを式（７）と式（８）により求める（ステップ１００５）。プロセスのばらつきを反映してシミュレーションする場合、式（８）に変えて式（１１）とする。ステップ１００１で製品の種類別にパラメータを定めておき、製品の種類に応じたウェハ表面の消耗品の影響を反映した上で、研磨レートの変化量を求める。製品の種類別に面内分布のパラメータを決められない場合、代表的なパラメータで研磨レートの推定を行う。
【０１１２】
そして、研磨レートとその均一性を判定する（ステップ１００６）。研磨レートとその均一性の管理値を逸脱する場合、すなわち判定ＮＧとなる場合に繰返しを終了する。判定ＯＫの場合には、消耗品使用時間を進めての研磨レート算出を繰返す。
【０１１３】
なお、ステップ１００３〜１００７のシミュレーションでは、複数の装置について製品ロット着工時点をそろえながら繰返しを進めていき、ある装置で判定ＮＧとなった場合には、他装置での繰返しも止めて、製品ロットの仕掛かっている状況とする。
【０１１４】
次に、判定ＮＧとなったロットの直前のロットに、その装置での消耗品交換、メンテナンス時点を計画する（ステップ１００８）。
【０１１５】
そして、保守・保全を計画した装置の未着工の製品ロットと他装置での未着工の製品ロット全てを再スケジューリングの対象として設定する（ステップ１００９）。そして、ステップ１００２に戻りスケジューリングを行う。生産計画にある全ての製品ロットのＣＭＰ装置でのスケジューリングが完了した段階で、処理は終了する。
【０１１６】
以上が、着工計画より消耗品使用時間に対する研磨レートを求めて、保守・保全を計画する消耗品管理方法である。
【０１１７】
続いて、消耗品の交換時に、新たに取り替える消耗品の使用時間より、消耗品使用時間−研磨レートモデルに基づいて、研磨レートに関する性能の上昇分を判定して消耗品交換を行うＣＭＰプロセスの消耗品管理方法を述べる。
【０１１８】
まず、消耗品使用時間−研磨レート面内分布モデルのパラメータを求める。
【０１１９】
次に、装置モニタＱＣを実施して研磨レート面内分布実績値を取得する。研磨レートを求めるための作業は、装置モニタＱＣでなく、製品ウェハ着工の結果であっても良い。
【０１２０】
そして、ある消耗品を別の消耗品に交換したときの研磨レートＲQCnewを次式で求める。
【０１２１】
【数２７】
2007281026.tif 000029
ここで、Ｕoldがこれまで使用していた消耗品の使用時間、Ｕnewがこれから使用する消耗品の候補の使用時間である。研磨レートの上昇分がある一定以上となるならば、例えば式（２８）を満たすならば、その候補を新たな消耗品とする。
【０１２２】
【数２８】
2007281026.tif 000030
ここで、ΔＲQCchangeは、判定基準となる研磨レート上昇分である。研磨レートではなく、消耗品交換後の残使用時間がある一定以上となることを基準とする場合には、候補の消耗品使用時間Ｕnewを初期値として、式（６）〜式（１０）のアルゴリズムによりシミュレーションを繰返して行い、候補の消耗品をさらに交換するときの使用時間を求めて、残使用時間を求めて判定すれば良い。
【０１２３】
候補が見つかった場合に消耗品の交換を実施する。また、複数候補が有る場合、例えば最も研磨レート上昇分の大きいものを新たな消耗品として選定すればよい。
【０１２４】
以上が、消耗品の交換時に新たに取り替える消耗品の使用時間より新たな消耗品の交換判定を行ってから、消耗品交換を行うＣＭＰプロセスの消耗品管理方法である。
【０１２５】
続いて、研磨レート実績値を取得したときに、そのときの消耗品使用時間による研磨レート推定値と差が大きいときにプロセスに異常があるとしてメンテナンスを実施するＣＭＰプロセスの消耗品管理方法を述べる。
【０１２６】
まず、消耗品使用時間−研磨レート面内分布モデルのパラメータを求める。
【０１２７】
装置モニタＱＣ、もしくは製品ウェハ着工結果より研磨レート面内分布実績値を取得する。
【０１２８】
また、そのときの消耗品の使用時間より、式（１）に基づき研磨レート面内分布を推定する。
【０１２９】
そして、研磨レートの実績値と推定値の差が管理基準を超える場合、例えば式（２９）の条件式を満たさない場合にプロセスに異常があると判定して、メンテナンスを実施する。
【０１３０】
【数２９】
2007281026.tif 000031
ここで、ＲQC^は研磨レート推定値、ΔＲQCprocessが判定のための管理基準となる研磨レート差分である。ａｖｅは平均値を求める演算である。
【０１３１】
以上が、研磨レート実績値と消耗品使用時間による研磨レート推定値の差が大きいときに、プロセスに異常があるとしてメンテナンスを実施するＣＭＰプロセスの消耗品管理方法である。
【０１３２】
続いて、製品ウェハ着工時にそのときの消耗品使用時間により研磨レート面内分布を推定し、研磨レートの性能が製品ウェハの研磨を行うために十分に良いか、もしくは製品ウェハの研磨結果が管理値を満たすかを評価して着工の可否を判定する半導体装置の製造方法について述べる。
【０１３３】
まず、消耗品使用時間−研磨レート面内分布モデルのパラメータを求める。
【０１３４】
そして、製品ウェハを着工する時点で、消耗品の使用時間より研磨レート面内分布を推定する。
【０１３５】
そして、推定した研磨レート面内分布が製品着工に許容されるかを判定する。例えば式（３０）を満たす場合に着工可能であるとする。
【０１３６】
【数３０】
2007281026.tif 000032
ここで、ＲQCLCL,product、ＲQCUCL,productは製品着工のための研磨レートの下限値と上限値である。
【０１３７】
もしくは、製品ウェハの研磨結果、すなわち研磨後膜厚を予測して、研磨後膜厚が管理値に収まるか判定する。研磨後膜厚の予測には、まず、研磨レート面内分布より製品の計測位置での研磨レートを求める。研磨レート面内分布は、例えば図４に示すような半径位置の間を線分で結んだものであるため、製品の計測位置の半径を下に研磨レートを補間して求めれば良い。そして、研磨時間ｔを例えば式（３１）で求める。
【０１３８】
【数３１】
2007281026.tif 000033
ここで、Ｔpre*は研磨前膜厚実績値、ＴpostTGTは研磨後膜厚の狙い値、Ｖproductは製品のウェハ表面に依存する時間補正のためのパラメータである。ｓ＃は製品ウェハ上の計測位置の番号を表す。研磨の前に予め膜厚を計測しているとした。そして、製品の各計測位置での研磨後膜厚を予測して、管理値からの逸脱を判定する。例えば、式（３３）を満たす場合に着工可能であるとする。
【０１３９】
【数３２】
2007281026.tif 000034
【０１４０】
【数３３】
2007281026.tif 000035
ここで、Ｔpost^は研磨後膜厚予測値、ＴpostLCL、ＴpostUCLは研磨後膜厚の下限値と上限値である。
【０１４１】
以上が、製品ウェハ着工時にそのときの消耗品使用時間により研磨レート面内分布を推定し、着工の可否を判定する半導体装置の製造方法である。
【０１４２】
以上説明したように、本実施の形態のＣＭＰプロセスの消耗品管理工程を含む半導体装置の研磨方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
【０１４３】
（１）複数の消耗品の使用時間とウェハ面内各位置の研磨レートの関係モデルに基づいて研磨レートとその均一性を予測して、消耗品の寿命を予測できる。消耗品使用時間上限値といった消耗品管理基準を変化させて設定して、各上限値について消耗品使用時間を進めて研磨レートを求めて消耗品を交換するといった計算機シミュレーションを行うことにより、消耗品管理基準に対する消耗品使用数量、すなわち消耗品使用コストの関係を求めることで、消耗品使用コストを最小化する管理基準を決定できる。すなわち、消耗品使用コストを低減できる。
【０１４４】
（２）製品着工のスケジューリング結果に従って、製品種類毎の消耗品使用時間に対する研磨レート変動のモデルに基づき、複数装置で製品ロットの着工毎に研磨レートを求めて消耗品交換時点を求め、メンテナンス発生を予測しながら再スケジューリングを行うことで生産スループットを上昇でき、また製品１つの製作開始から製品になるまでの期間であるＴＡＴ（Ｔｕｒｎ  Ａｒｏｕｎｄ  Ｔｉｍｅ）を短縮できる。
【０１４５】
（３）消耗品の交換時に研磨レートをモニタし、別の消耗品に交換したときの研磨レートを消耗品使用時間と研磨レートのモデルに基づいて推定し、実績値と推定値を比較して研磨レートの性能の向上分を評価して交換すべき消耗品を選定することにより、不要な消耗品の交換を防止して消耗品の使用数量を低減し、メンテナンスに関わるコストを低減できる。
【０１４６】
（４）研磨レートをモニタして実績値を求め、また消耗品使用時間と研磨レートの関係モデルに基づき、そのときの消耗品の使用時間で研磨レートを推定し、実績値と推定値の差を評価してプロセスの異常を判定することで、製品の着工不良を防止できる。
【０１４７】
（５）製品ウェハ着工の際には、そのときの消耗品使用時間により研磨レートを求めて、その研磨レートが製品着工のための基準を満たすかを判定し、もしくはその研磨レートと製品ウェハの研磨前の膜厚、ウェハ表面形状などに起因する製品毎に特有のパラメータにより研磨後の膜厚を予測して研磨後膜厚の管理値を満たすかを判定して、製品着工の可否を定めることにより、製品の着工不良を防止できる。
【０１４８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１４９】
例えば、前記実施の形態では、ＣＭＰプロセスの消耗品管理方法、半導体装置の製造方法に適用した内容を説明したが、本発明は、ＣＭＰプロセスでなくても、またプロセスの対象がウェハでなくても、少なくともプロセスの処理に用いる消耗品が使用とともに消耗し、その消耗に応じて単位時間当たりの処理能力のようなプロセスの状態量が求まるならば、同様な消耗品管理方法、半導体装置の製造方法として適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
本発明は、半導体装置の研磨技術に関し、特に、半導体のような薄膜製品を構成するウェハをＣＭＰする際に用いる消耗品、備品、部材の管理方法に利用可能である。特に、プロセスの性能である処理能力のウェハ面内分布を保証するための、消耗品の最適使用時間上限を求める方法と、消耗品使用のコストを最小にする消耗品の最適使用時間上限を求める方法に利用することができる。また、消耗品使用時間による処理能力推定に基づく消耗品の交換計画、交換方法、装置異常判定方法、さらにウェハの着工の可否を判定するウェハの製造方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】本発明の一実施の形態において、ＣＭＰプロセスの消耗品管理方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施の形態において、ＣＭＰプロセスシステムを示す構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態において、ＣＭＰ装置（研磨処理部）を示す構成図である。
【図４】本発明の一実施の形態において、ウェハ内の同一半径周上に配置された計測位置（ａ）と、研磨レート面内（半径）分布（ｂ）を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態において、消耗品使用コストを最小にする消耗品使用時間管理値決定方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施の形態において、消耗品使用時間に対する研磨レート変動に基づく消耗品交換シミュレーションを示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施の形態において、研磨レートの実績値からの消耗品使用時間推定方法を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態において、消耗品使用時間の実績値、推定値の比率による消耗品使用時間上限決定方法を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態において、消耗品使用時間に対する研磨レート変動の補正による消耗品使用時間上限決定方法を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態において、着工計画より消耗品使用時間に対する研磨レート変動を求めることによる保守・保全計画方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１５２】
２０１…消耗品交換計画システム、２０１１…メンテナンス計画補正機能、２０１２…研磨レート変動予測機能、２０２…消耗品寿命予測システム、２０２０１…処理前後状態面内分布決定機能、２０２０２…研磨レート面内分布決定機能、２０２０３…消耗品使用時間−研磨モデルパラメータ推定機能、２０２０４…消耗品使用時間／研磨レート予測機能、２０２０５…消耗品寿命補正機能、２０２０６…消耗品交換シミュレーション機能、２０２０７…消耗品使用時間条件決定機能、２０２０８…消耗品組み換え評価機能、２０２０９…プロセス異常判定機能、２０２１０…製品着工可否判定機能、２０３…データ集計システム、２０４…設備群制御システム、２０５…着工／メンテナンス指示システム、２１１…各種モデルデータベース、２２１…研磨条件実績データベース、２２２…膜厚検査結果データベース、２２３…研磨レート面内分布実績／推定／更新データベース、２２４…メンテナンス実績データベース、２３１…研磨装置コントローラ、２３２…膜厚検査装置コントローラ、３０１…ウェハ、３０２…ヘッド、３０３…パッド、３０４…ドレッサー、３０５…スラリー、４０１…ウェハ、４０４…計測位置、４０５…同一半径周、９０９…消耗品使用時間−研磨レート推定線、９１０…補正後消耗品使用時間−研磨レート推定線。
【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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