(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第（Ｎ−１）ロットを研磨装置によって研磨中に、第Ｎロットの研磨前膜厚を膜厚測定装置によって測定するとともに、前記第（Ｎ−１）ロットの最適研磨時間に基づいて前記第Ｎロットの最適研磨時間を補正研磨時間演算部によって演算し、前記最適研磨時間をデータ記憶部に格納するとともに前記研磨装置に通知する半導体製造装置のプロセス時間補正方法であって、
第（Ｎ−１）ロットの最適研磨時間を第（Ｎ−１）ロットの標準研磨時間で除算して研磨時間比率を求めるステップと、
前記研磨時間比率に第Ｎロットの標準研磨時間を乗算するステップと、
前記乗算結果に研磨後の膜厚測定データと目標残膜厚値との差を予め設定してある値と比較して決定する固定時間を加算して加算結果を前記第Ｎロットの最適研磨時間とするステップとを含み、
前記第Ｎロットの標準研磨時間は、前記第Ｎロットの研磨前膜厚と前記第Ｎロットの目標残膜厚量とに基づいて定めることを特徴とするプロセス時間補正方法。
【請求項２】
一つの前記ロットのウェハーの少なくとも１枚について膜厚を測定することを特徴とする請求項１記載のプロセス時間補正方法。
【請求項３】
一つの前記ロットのウェハーの少なくとも２枚について膜厚を測定し、その平均値をそのロットの膜厚とすることを特徴とする請求項１記載のプロセス時間補正方法。
【請求項４】
前記膜厚の測定データを、研磨テーブルや研磨ヘッド毎に管理することを特徴とする請求項１記載のプロセス時間補正方法。
【請求項５】
同一ロットにて複数回ＣＭＰ工程を通過する場合は通過回数ごとに又はＣＭＰ装置号機ごとに、目標残膜厚量及び所定時間を設定することを特徴とする請求項１記載のプロセス時間補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハー上に膜を成長させるＣＶＤ（化学気相成長）装置や半導体ウェハーを研磨するＣＭＰ（化学機械研磨）装置等において、半導体製造装置への設定条件であるレシピ情報を修正する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハーの表面を平坦に研磨する研磨装置において、ウェハーの膜厚を所定値に研磨するためには、通常研磨時間を制御することにより行われている。
これは、プロセスの処理速度である研磨速度やウェハーを押さえる面圧などの研磨条件が一定であり、かつ、研磨テーブル上に貼り付けられた研磨パッド等の装置状態が一定である場合、研磨量は装置が研磨の処理を行う研磨時間（プロセス時間）に比例するため、研磨後の残膜厚値を所定の値にしたい場合は、研磨時間を研磨量に応じて設定して処理している。
【０００３】
従来、この研磨時間を得るために複数枚のウェハーが入ったロットの１枚目を作業者が抜き取り、その１枚のウェハーについて研磨を行う前に膜厚測定を行い、さらに研磨装置にて目標の残膜厚となるように経験上から所定の時間だけ研磨を実施する。研磨後の膜厚と研磨前の膜厚の差である実研磨量と、目標膜厚と、研磨した時間から、最適な研磨時間を計算して以降のウェハーの研磨を実施している。
【０００４】
特開平１０−１０６９８４号公報において、研磨時間を人手により設定する事が困難な作業である事と、研磨パッドの消耗や研磨液成分の変化や研磨屑の混入等により装置状態が変化することから最適研磨時間を残りの全ウェハーに適用しても目的とする精度を維持することが難しいため、これを改善する方法が開示されている。その方法は、研磨装置内に膜厚測定部と研磨時間演算手段を保有し、目標膜厚値と初期研磨時間を設定し、１枚目の半導体ウェハーを初期研磨時間で研磨した後、初期研磨時間及び研磨前に測定した膜厚値と研磨後に測定した膜厚値から次回以降処理予定のウェハーの最適研磨時間を算出してその研磨時間で研磨を実施する。その研磨終了後には、それ以降の所定枚数目の半導体ウェハーの最適研磨時間を算出し、各半導体ウェハーを最適研磨時間で研磨し、以降順次最適研磨時間を算出して研磨するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術では、複数枚ウェハーからなるロットにおいて、１枚だけ研磨前の膜厚測定、所定時間の研磨、研磨後の膜厚測定という抜き取り検査を実施しなければならない。その理由は、全てのロットにおいて１枚目の抜き取り検査を実施している間は、研磨部が待ち状態であっても次のウェハーを研磨することができず、１枚目のウェハーを研磨した後の膜厚測定が終了し２枚目以降の研磨時間が確定するまでは２枚目以降の研磨を開始する事ができない。その間は、装置或いはユニットである研磨部や膜厚測定部がフルに稼動している状態とはならず、工程の生産能力を向上させることができない。特に、複数の研磨テーブルを保有して複数のウェハーを同時に研磨する研磨装置では、ウェハーを処理していない部分が多くなり、装置の稼動効率上も適切ではない。
【０００６】
又、従来の技術では、２枚目以降のウェハーに対して研磨処理後に順次研磨後の膜厚測定をするために、研磨装置内に膜厚測定部が必要である。その理由は、研磨装置内に膜厚測定部を保有した装置を使用するか、或いは研磨装置に後から膜厚測定ユニットを取り付ける必要があるため、装置が高価になる事である。また、研磨装置内に取り付ける膜厚測定ユニットは、膜厚測定専用装置に比べて測定処理に時間を要するものが多いため、処理効率が悪い点である。さらに、研磨装置内に膜厚測定部があるため、膜厚測定部が故障した場合研磨装置そのものが使用不能になる。又、膜厚を再度測定したい場合に容易にかつすぐに使用できない可能性が高い。又、他工程の膜厚測定装置が故障した場合にも代わりに使用することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、研磨パッドの摩耗や研磨液の成分変化や研磨屑の混入による装置状態の変化を研磨装置に反映し、ロットの中のウェハー１枚を抜き取ることなく、また、専用膜厚測定ユニットを研磨装置に付加することなく、量産において高精度の研磨が可能なプロセス制御時間を補正する方法を提供する事を課題としている。
【０００８】
又、本発明は、標準的な研磨装置と膜厚測定器を用いて、多品種が流れても生産効率を犠牲にすることなく研磨後のウェハー膜厚値を所要の膜厚値となるように研磨時間を補正することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明は、ロット別の目標残膜厚量を設定する事が可能な入力装置１と、研磨前後の膜厚データを集める膜厚データ収集部２と、目標残膜厚量から標準研磨時間を算出する標準研磨時間演算部３と、すでに処理したロットの情報を取り出して研磨時間の補正値を算出する補正研磨時間演算部５と、前記膜厚データ収集部２と標準研磨時間演算部３と補正研磨時間演算部５の測定結果と演算結果データを蓄積するデータ蓄積部４を保有する工程制御コントローラにおいて、Ｎロット目の標準研磨時間と補正研磨時間を加えた最適研磨時間は、Ｎ−１ロット目の最適（標準＋補正）研磨時間をＮ−１ロット目の標準研磨時間で除算した研磨時間比率にＮロット目の標準研磨時間を乗じ、それにＮ−１ロット目の研磨後膜厚と目標残膜厚量との差と予め設定した厚さとの大小を比較しその関係により予め設定した固定追加時間を選択し加算して求める。ここに、予め設定した所定の厚さや固定時間はロット毎に決定されるが、同一ロットにて複数回ＣＭＰ工程を通過する場合は通過回数別に設定しても良い。同様に、装置号機別に設定してもよい。
【００１０】
又、本発明は、ロット別の目標残膜厚量を設定する事が可能な入力装置１と、研磨前後の膜厚データを集める膜厚データ収集部２と、目標残膜厚量から標準研磨時間を算出する研磨時間演算部３と、すでに処理したロットの情報を取り出して研磨時間の補正値を算出する研磨時間補正演算部４と、前記膜厚データ収集部３と研磨時間演算部３と研磨時間補正演算部４の測定結果と演算結果データを蓄積するデータ蓄積部５を保有する工程制御コントローラ６において、Ｎロット目の標準研磨時間と補正研磨時間を加えた最適研磨時間は、時間的に前に処理されたＮ−１ロット目の目標残膜厚値と研磨後の膜厚値との差と、研磨前後の膜厚値と研磨時間により得られるＮ−１ロット目の実研磨レートから、Ｎ−１ロット目の過不足分の研磨時間を求め、それに予め設定してある適用率を乗じてＮ−１ロット目の補正研磨時間とし、この補正研磨時間にＮ−１ロット目の標準研磨時間を加えた最適研磨時間を、Ｎ−１ロット目の標準研磨時間で除して得られる研磨時間比率にＮロット目の標準研磨時間を乗じることにより求めてもよい。
【００１１】
又、本発明においては、前述したものと同様な工程制御コントローラ６において、Ｎロット目の標準研磨時間と補正研磨時間を加えた最適研磨時間は、複数の時間的に前に処理されたロットの実研磨レートを研磨前後の膜厚値と標準及び補正した研磨時間から求め、これらの実研磨レートと研磨処理を行った時刻から近似直線または近似曲線を作成して現在の時刻での実研磨レート値を補間し、その補間した実研磨レート値と、Ｎロット目の研磨前の膜厚値と目標残膜値との差からＮロット目の最適研磨予測時間を求めて、得られた最適研磨予測時間から標準研磨時間を差し引いた時間に予め設定した適用率を乗じることによりＮロット目の補正研磨時間としてもよい。
【００１２】
前述した３つの発明により、ロット毎に研磨時間を補正することができ、かつ研磨装置内に専用の膜厚測定部保有する必要がないので、研磨パッドや研磨屑の混入や研磨液の成分が変化しても精度良く目標残膜値に追従させることができる。
【００１３】
また、上記３つの発明では、Ｎロット目の最適研磨時間を算出する際に説明を平易にするため、前に処理されたロットとしてＮ−１ロット目に処理された結果を用いたが、Ｎロット目の研磨を開始するときにまだＮ−１ロット目の研磨後膜厚を測定している場合もあるため、もちろんＮ−１ロットよりも時間的に前のロットのデータを使用しても良い。
【００１４】
また、上記３つの発明では、最初の１ロット目の場合は時間的に前に処理されたロットの情報がないため、研磨時間は補正されない。
【００１５】
また、上記３つの発明における膜厚測定は、ロットの全ウェハーを測定しても、最初のみでも、最後のみでも、中間のみでも、それらを組み合わせても良いし、平均値としても良い。
【００１６】
また、上記３つの発明における膜厚測定データは、研磨テーブルや研磨ヘッド毎に管理しても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の研磨時間補正のための工程制御コントローラのブロック図である。図に示すように、工程制御コントローラ６は、膜厚データ収集部２と、標準研磨時間演算部３と、データ蓄積部４と、補正研磨時間演算部５と、から構成されている。
【００１８】
膜厚データ収集部２は、研磨前や研磨後の膜厚測定データを膜厚測定装置７から収集し、収集したデータをデータ蓄積部４へ格納し、研磨前の膜厚測定データを標準研磨時間演算部３へ渡す。
【００１９】
標準研磨時間演算部３は、入力装置１から製品別の目標残膜値と膜厚データ収集部２から研磨前の膜厚測定データを得て標準研磨時間を演算して、その標準研磨時間を、研磨装置８に設定し、データ蓄積部４へ格納し、補正研磨時間演算部５へ伝達する。
【００２０】
データ蓄積部４では、膜厚データ収集部２が収集した測定データと、標準研磨時間演算部３が計算した演算結果と補正研磨時間演算部５が算出した結果をロット毎に格納している。
【００２１】
補正研磨時間演算部５は、標準研磨時間演算部３が演算した結果とデータ蓄積部４から前に処理されたロットのデータを取り出して当該ロットの補正研磨時間を算出して研磨装置に設定し、その演算結果を再びデータ蓄積部４に格納する。
【００２２】
ここで、Ｎロット目の補正研磨時間ｔｃＮは次のように求める。
【００２３】
Ｎロット目の標準研磨時間ｔｓＮと補正研磨時間ｔｃＮとを加えた時間を最適研磨時間ｔｏＮとする。又、（Ｎ−１）ロット目の最適（標準＋補正）研磨時間ｔｏ（Ｎ−１）を（Ｎ−１）ロット目の標準研磨時間ｔｓ（Ｎ−１）で除した値を研磨時間比率ｒ（Ｎ−１）とする。
【００２４】
研磨時間比率ｒ（Ｎ−１）にＮロット目の標準研磨時間ｔｓＮを乗じた結果に予め設定した固定時間Ｔｐを加算した値がｔｃＮである。ここに、固定時間Ｔｐは、（Ｎ−１）ロット目の研磨後膜厚ＴＨ（Ｎ−１）と目標残膜厚量ＴＨＦとの差Ｄと予め設定した厚さＤｐとの大小関係に基づいて予め設定した時間である。すなわち、実施形態１においては、ｔｏＮ＝ｒ（Ｎ−１）×ｔｓＮ  ＋  Ｔｐである。
【００２５】
図２は、本発明のプロセス時間補正方法のフローチャートである。このフローチャートにおいて、Ｎを１と置いて説明する。
【００２６】
１ロット目の研磨処理を行うために、まず入力装置１にて該当ロットの目標残膜厚量を設定する。
【００２７】
次にＳ１において、研磨前の膜厚測定を膜厚測定装置７にて行う。研磨前の膜厚測定を７ａにて実施する際、全ウェハーを測定しても良いし、任意の位置のウェハーのみを測定しても良い。データ収集部２は、研磨前の膜厚測定が終了したときに、測定データを研磨前膜厚測定結果７ａから通信により取り出し、標準研磨時間演算部３とデータ蓄積部４に格納する。標準研磨時間演算部３では、標準研磨時間を研磨前の膜厚量と入力装置１に設定した目標残膜厚量から経験則に基づいて算出する。
【００２８】
次にＳ２において、算出された標準研磨時間は、データ蓄積部４に格納された後に研磨装置８に設定され、その時間だけ該当の研磨処理を実施する。前に処理されたロットが存在しないため、補正研磨時間の演算は行われない。
【００２９】
次にＳ３において、１ロット目の研磨処理を開始すると膜厚測定器が空くので、２ロット目の研磨前の膜厚測定を膜厚測定器７にて開始する。
【００３０】
次にＳ４において、１ロット目の洗浄処理を行い、研磨後の膜厚測定を膜厚測定器７にて行う。膜厚データ収集部２は、研磨後の膜厚測定が終了した時に、測定データを研磨後膜厚測定結果７ｂから通信により取り出し、データ蓄積部４に格納する。
【００３１】
一方、Ｓ３において、２ロット目の研磨前の膜厚測定が終了すると、１ロット目と同様にデータ収集部２が研磨前の膜厚測定結果７ａから通信により取り出し、標準研磨時間演算部３とデータ蓄積部４に格納する。標準研磨時間演算部３では、標準研磨時間が研磨前の膜厚量と目標残膜厚量から経験測に基づいて算出される。
【００３２】
次にＳ５において、補正研磨時間演算部５は、２ロット目の標準研磨時間と、前に処理したロットである１ロット目の標準研磨時間と研磨後の膜厚測定から最適研磨時間を計算する。
【００３３】
具体的には、１ロット目の研磨後の膜厚測定データと目標残膜厚値との差Ｄが、予め設定してある膜厚量βよりも大きい場合には、固定時間をα1とする。
【００３４】
又、膜厚測定データと目標残膜厚値との差Ｄが、予め設定してある膜厚量―βよりも大きく、かつ、βよりも小さい場合は、固定時間をα2とする。
【００３５】
又、研磨後の膜厚測定データと目標残膜厚値との差Ｄが、予め設定してある膜厚量―βよりも小さい場合は、固定時間をα3とする。
【００３６】
１ロット目では研磨時間の補正が行われていないので、２ロット目の標準研磨時間と補正研磨時間を加えた最適研磨時間は、２ロット目の標準研磨時間に固定時間αi=1,2,3を加えた時間となる。つまり、２ロット目の補正研磨時間は固定追加時間αi=1,2,3である。補正研磨時間演算部５は、求めた補正研磨時間をデータ蓄積部４に格納する。標準研磨時間演算部３と補正研磨時間演算部５は、求めたそれぞれの研磨時間を加算して、研磨装置８に設定する。２ロット目は、このように設定された最適研磨時間により研磨処理が開始される。
【００３７】
２ロット目の研磨処理が始まると、再び膜厚測定装置が空くため３ロット目の研磨前の膜厚測定を開始する。２ロット目の研磨処理が終了すると順次洗浄処理が実施される。２ロット目の洗浄処理が終了すると、研磨後の膜厚測定を膜厚測定器７にて行う。データ収集部２は、研磨後の膜厚測定が終了した時に、測定データを膜厚測定器７の研磨後の膜厚測定７ｂから通信により取り出しデータ蓄積部４に格納する。３ロット目の研磨前の膜厚測定が終了すると、２ロット目と同様にデータ収集部２が研磨前の膜厚測定７ａから通信により自動的に取り出し、標準研磨時間演算部３とデータ蓄積部４に格納する。標準研磨時間演算部３では、標準研磨時間が研磨前の膜厚量と目標残膜厚量から経験的に算出される。また、補正研磨時間演算部５は、３ロット目の標準研磨時間と、前に処理したロットである２ロット目の標準研磨時間と研磨後の膜厚測定から最適研磨時間の演算を行う。
【００３８】
研磨後の膜厚測定データと目標残膜厚値との差から求める固定追加時間は２ロットの時と同じ求め方による。
【００３９】
３ロット目の最適研磨時間は、２ロット目の最適研磨時間を２ロット目の標準研磨時間で除して得られる研磨時間比率に、３ロット目の標準研磨時間を乗じ、さらに先に求めた固定追加時間αi=1,2,3を加える事により決定する。補正研磨時間演算部５は、得られた最適研磨時間から標準研磨時間を差し引いて補正研磨時間を逆算し、データ蓄積部４に格納する。以降、Ｎロットにおいても同様である。
【００４０】
この計算方法では、目標残膜厚値と差がある場合に、所定の固定時間を増減することにより研磨精度が改善することを目的としている。また、前ロットの補正を加えた最適研磨時間と標準研磨時間との比率を使用することにより、各ロットに継続して装置状態が変動している状態を追従することが可能となる。
【００４１】
［実施形態２］
工程制御コントローラ６は実施形態１と同じであるが、補正研磨時間演算部の演算方法が異なるので、異なる部分のみを説明する。
【００４２】
補正研磨時間演算部５の演算方法においては、（Ｎ−１）ロット目の目標残膜厚値ＴＨＦと研磨後の膜厚値ＴＨ（Ｎ−１）との差（−Ｄ）と、研磨前後の膜厚値と研磨時間により得られる（Ｎ−１）ロット目の実研磨レートＰＲ（Ｎ−１）から、（Ｎ−１）ロット目の過不足の研磨時間を求め、それに予め設定してある適用率を乗じて（Ｎ−１）ロット目の補正研磨時間ｔｃ（Ｎー１）とする。この補正研磨時間ｔｃ（Ｎ−１）に（Ｎ−１）ロット目の標準研磨時間ｔｓ（Ｎ−１）を加えた最適研磨時間ｔｏ（Ｎ−１）を（Ｎ−１）ロット目の標準研磨時間ｔｓ（Ｎ−１）で除して得られた研磨時間比率ｒ（Ｎ−１）にＮロット目の標準研磨時間ｔｓＮを乗じることにより求める。
【００４３】
この計算方法では、前ロットの実研磨レートから目標残膜厚値までの過不足を使用して研磨時間を補正しており、標準の研磨時間に対してどの程度研磨時間を増加減する必要があるかについて、前ロットの研磨時間比率を乗じるという形で与えている。このため、前ロットと異なる品種においても、標準時間からどの程度増加減が必要であるかということを適切に与えることが可能となる。
【００４４】
［実施形態３］
工程制御コントローラ６は実施形態１と同じであるが、補正研磨時間演算部の演算方法が異なるので、異なる部分のみを説明する。
【００４５】
補正研磨時間演算部５の演算方法においては、前に処理された複数のロットの実研磨レートを研磨前後の膜厚値と研磨処理を行った時刻から近似直線または近似曲線により現在の時刻での実研磨レート値を補間して推定する。その推定した実研磨レート値と、Ｎロット目の研磨前の膜厚値と目標残膜値との差からＮロット目の最適研磨予測時間を求める。そして、得られた最適研磨予測時間ｔｏｅから標準研磨時間ｔｓＮを差し引いた時間に予め設定した適用率Ｒａを乗じて、これをＮロット目の補正研磨時間ｔｃＮとする方法である。
【００４６】
すなわち、実施形態３においては、ｔｃＮ＝（ｔｏｅ−ｔｓＮ）×Ｒａである。
【００４７】
この計算方法では、前に処理された複数ロットの傾向から実研磨レート値の上下変動を推定することが可能である。また、本計算方法では、製品別の実研磨レートの差異は、適用率により吸収することが可能である。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について説明した。
【００４９】
但し、前に処理したロットを１つ前のロットとして、本発明の実施の形態について説明したが、１つより前のロットの情報を使用してもよい。
【００５０】
又、一つのロットのウェハーの少なくとも１枚について膜厚を測定すればよいが、一つのロットのウェハーの少なくとも２枚について膜厚を測定し、その平均値をそのロットの膜厚としてもよい。
【００５１】
又、前記膜厚の測定データを、研磨テーブルや研磨ヘッド毎に管理してもよい。
【００５２】
又、同一ロットにて複数回ＣＭＰ工程を通過する場合は通過回数ごとに又はＣＭＰ装置号機ごとに、目標残膜厚量及び所定時間を設定してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、研磨と膜厚測定の工程を管理することにより、１枚ずつのウェハーを毎回測定することなくロット単位にて処理が可能であるため工程処理能力を向上させることが可能である。
【００５４】
又、本発明によれば、装置状態に合せて研磨プロセスの作業条件を補正しているため、研磨の処理精度を向上させることが可能である。
【００５５】
又、本発明によれば、膜厚測定機能と研磨機能の両方を保有したＣＭＰ装置ではなく、汎用的な研磨機能のみを保有した研磨装置と汎用的な膜厚測定器を使用して量産工程を構築することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体製造装置のプロセス時間補正方法に使用する装置のブロック図
【図２】実施形態のプロセス時間補正方法のフローチャート
【符号の説明】
１  入力装置
２  膜厚データ収集部
３  標準研磨時間演算部
４  データ蓄積部
５  補正研磨時間演算部
６  工程制御コントローラ
７  膜厚測定器
７ａ  研磨前膜厚測定結果
７ｂ  研磨後膜厚測定結果
【図１】
0005021872.tif 000002
【図２】
0005021872.tif 000003