JP2009033105A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、Ｃｕ−ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械的研磨）におけるバリアメタル研磨後のオーバー研磨時の研磨膜厚を安定化させることを目的とする。
【解決手段】このため、配線周囲長とオーバー研磨時の研磨レートの関係式を入力するテーブルを作成しておく。そして、Ｃｕ−ＣＭＰにおけるバリアメタル研磨後のオーバー研磨時間決定する際に、配線周囲長に基づいて研磨時間を算出することにより、オーバー研磨膜厚を安定させる。
【選択図】図４

Description

本発明は半導体装置の製造に係り、特に化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程の工程能力指数の向上の技術に関する。

半導体装置の高集積化、微細化が進んだ結果、半導体装置の多層配線化、配線材料におけるＣｕ（銅）、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）材料の導入、配線構造の狭ピッチ化が進行した。それらに対応するためのＣＭＰ技術の開発も進んでいる。ＣＭＰとは、回転する研磨パッドと半導体ウェーハ（以下、単に「ウェーハ」と略す）の被研磨面との間に、砥粒と薬液とからなるスラリーを供給しながら行う研磨である。

特に、０.１３μｍ以下のデザインルールの半導体装置のＣｕ配線工程において主流となっている、Ｃｕダマシンプロセスを実現する上で、このＣｕ−ＣＭＰは重要である。即ち、Ｃｕ−ＣＭＰは配線パターン以外の不要なＣｕおよびバリアメタルの除去を行い、さらにオーバー研磨を行うことで、研磨後の残膜厚を所望の膜厚にする。従って、デバイス設計通りの配線構造をＣｕダマシンプロセスで形成するＣｕ−ＣＭＰが必要不可欠である。

この技術では、研磨の進行を適切な時間で止め、膜厚を高精度に制御する必要がある。しかし、装置変動や、膜質起因の研磨レートの変動をゼロにすることができればよいが、現実的には不可能である。そのためＣＭＰでは、実際の製品ウェーハの研磨に先立ってブランケットウェーハ（使い捨てウェーハ）を研磨することで、使用するＣＭＰ装置の基準研磨レートの測定を行う。定期的に、この基準研磨レートの測定を行うことにより、できるだけ正確な基準研磨レートの値から研磨時間を算出して、製品ウェーハの研磨処理が行われている。

そこで、これらの研磨レートを効率よく高精度に算出するＡＰＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｒｔｏｌ）システムの技術が求められている。ＡＰＣシステムとは、多数の複雑な工程と多様な変数が含まれている分野において、各工程の処理結果を常に測定し、そこで得られたデータを使って工程を制御する技術である。これに係る技術として、下記の特許文献１の技術がある。

この文献においては、品種（被研磨ウェーハの品種を指す。以下同じ。）Ａのパターン付きウェーハの研磨前／研磨後膜厚を測定し、その結果からブランケットウェーハ（パターン無しウェーハ）の研磨レートを予測する。そして、次の品種Ｂのウェーハ（パターン付きウェーハ）処理時の研磨時間を算出する。このことで、品種ごとに変化する研磨レートに対する研磨時間を調整し、膜厚を高精度に制御する技術が開示されている。
特開２００２−１４１３１９号公報

しかしながら、前記文献の技術においては、以下の課題があることを本発明者は見出した。

Ｃｕ−ＣＭＰによりバリアメタルを研磨した後のオーバー研磨時のウェーハ表面は、Ｃｕ配線、バリアメタル、層間絶縁膜からなる。それらの配分は品種・レイヤー毎に異なる。このことは、品種毎に被研磨膜が異なることを意味し、そのため品種ごとに研磨レートが異なる。

オーバー研磨時間をＡＰＣシステムで制御する場合に、研磨レートの算出値が不適切であると、過剰研磨や研磨不足の発生する可能性が高くなり、製品の歩留が低下する。そのため、品種・レイヤー毎の研磨レートの差異をＡＰＣシステムにおける研磨レート算出式に盛り込んでおくことが非常に重要である。

従来技術においては、事前の実験により、研磨時間と研磨膜厚の関係を求めることによって、品種・レイヤー毎の研磨レートの差異がＡＰＣシステムにおける研磨レート算出式に盛り込まれていた。しかし、この方法では、事前のデータ取得に長時間にわたる実験と、高額のコストを必要とするという問題がある。

さらに、近年では多品種少量生産が求められており、小ロットで製品品種の入れ替えが目まぐるしく行われる。このため、その時々での実験は、さらなる半導体開発コストの上昇の原因となる。

そこで、本発明の目的は、Ｃｕ−ＣＭＰにおけるバリアメタル研磨後のオーバー研磨時の研磨レートや研磨時間の設定を簡単に行えるようにすることにある。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、Ｃｕ−ＣＭＰにおけるバリアメタル研磨後のオーバー研磨時間決定する際に、配線周囲長に基づいて研磨時間を算出することにより、オーバー研磨膜厚を安定化させることを特徴とする製造方法である。

また、研磨時間を決定するＡＰＣシステムにおいて、研磨時間算出式に配線周囲長を変数として持つことにより、オーバー研磨膜厚を安定化させることを特徴とする製造方法である。

さらに、ＡＰＣシステムを実施する場合で、膜厚測定を装置から取得するモニタリングデータから研磨レートを予測することにより、測定コストを削減することを可能とする製造方法である。

このように、本発明によれば、半導体装置の製造において、各品種・レイヤーの処理時の予測研磨レート、研磨時間の精度が向上し、膜厚を高精度に制御することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、半導体ウェーハ（以下、単にウェーハと略す）上に銅配線を形成する事例により本発明を具体化している。なお、以下の実施形態において、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）は、標準的な研磨パッドと浮遊砥粒を使用する方式の他、固定砥粒を使用する方式や、両方式の中間的な方式を含む。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態における基板処理装置を示す概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態の基板処理装置１０は、ウェーハの研磨を行う研磨部２と、研磨部２で研磨されたウェーハの洗浄を行う洗浄部３とを備える。洗浄部３は研磨部２に隣接して設けられており、研磨部２と洗浄部３との双方に隣接する位置に、ウェーハの搬送を行うウェットロボットＲ２が配置されている。

また、洗浄部３およびウェットロボットＲ２を挟んで研磨部２と反対側の位置には、ウェットロボットＲ２と洗浄部３とに沿って移動可能なドライロボットＲ１が配置されている。さらに、ドライロボットＲ１を挟んで洗浄部３およびウェットロボットＲ２と反対側の位置には、ウェーハを収容したＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）等の容器が着脱自在に配置される複数のロードポートＬＰ１，ＬＰ２，ＬＰ３，ＬＰ４が設けられている。

なお、ドライロボットＲ１は、ロードポートＬＰ１〜ＬＰ４に設置された容器からウェーハを搬出し、当該ウェーハをウェットロボットＲ２へ搬送する。また、ドライロボットＲ１は、後述の乾燥ユニットＤ１からウェーハを搬出し、当該ウェーハをロードポートＬＰ１〜ＬＰ４に設置された容器へ搬入する。

ウェットロボットＲ２は、ドライロボットＲ１から受け取ったウェーハを研磨部２へ搬送するとともに、研磨部２において研磨されたウェーハを洗浄部３へ搬送する。洗浄部３では、ウェーハはまずウェットロボットＲ２により洗浄部受入ユニットＣＩＮ１に搬送される。洗浄部受入ユニットＣＩＮ１のウェーハはロボットＲ３にて搬送が行われる。第１洗浄ユニットＣ１、第２洗浄ユニットＣ２、乾燥ユニットＤ１の順序で洗浄、乾燥処理が行われる。

研磨部２は、被加工体であるウェーハが順に設置され、ウェーハ上に堆積された金属膜（ここでは、ＴａＮからなる密着層、Ｔａからなるバリアメタル、およびＣｕ膜）を段階的に研磨する３つの研磨プラテンＰ１，Ｐ２，Ｐ３を備える。本基板処理装置１０では、第１研磨プラテンＰ１においてＣｕ膜が途中まで研磨される。次に、第２研磨プラテンＰ２においてＣｕ膜がバリアメタルとの境界面まで研磨される。そして、第３研磨プラテンＰ３においてバリアメタルおよび密着層が研磨される。バリアメタル層の除去とオーバー研磨を行う。

図２は本実施形態における研磨部２の主要構成を示す概略斜視図である。図２は第１研磨プラテンＰ１上にヘッドＨ１が位置する状態を示している。ヘッドＨ１はモータＭ１２により中心軸心周りに回転可能に構成されている。

図２に示すように、第１研磨プラテンＰ１はモータ２１により中心軸心周りに回転可能に構成されている。第１研磨プラテンＰ１上には多数の気孔を有する合成樹脂や不織布等からなる研磨パッド２２が配置されている。研磨パッド２２上には、研磨スラリーを供給するスラリーアーム２３と、研磨パッド２２のコンディショニングを行うコンディショナー２４がそれぞれ配置されている。コンディショナー２４はモータ２５により研磨パッド２２の表面と平行な面内で回転するとともに研磨プラテンＰ１に対して昇降可能に構成されている。研磨パッド２２のコンディショニングは、例えば、１枚または複数枚のウェーハを研磨する毎に、コンディショナー２４を研磨パッド２２に当接させることにより実施される。

前記基板処理装置１０でウェーハの研磨および洗浄を行う場合、まず、処理対象のウェーハを複数枚（例えば、２５枚）収容したＦＯＵＰが、いずれかのロードポート（例えば、ロードポートＬＰ２）にセットされる。ＦＯＵＰがセットされると、搬送制御部１４の指示に基づいて、ドライロボットＲ１が、ＦＯＵＰから１枚目のウェーハＷ１を搬出する。

また、ドライロボットＲ１は、ウェーハＷ１を保持した状態でウェットロボットＲ２と対向する位置まで移動する。次いで、搬送制御部１４の指示に基づいて、ウェットロボットＲ２が、ドライロボットＲ１からウェーハＷ１を受け取り、研磨部２の研磨前ウェーハ反転ユニットＵ１にウェーハＷ１を設置する。なお、ドライロボットＲ１からウェットロボットＲ２へのウェーハの受け渡しは直接行う必要ななく、一時的なウェーハの待機場所を介して行ってもよい。

続いて、搬送制御部１４の指示に基づいて、ウェーハＷ１が、研磨前ウェーハ反転ユニットＵ１において表裏が反転された後、ロードアンロードユニット５に搬送される。このとき、ロードアンロードユニット５の上方には、ヘッドＨ１〜Ｈ４のいずれかが待機している。ここではヘッドＨ１が待機しているとする。

また、研磨前ウェーハ反転ユニットＵ１上のウェーハＷ１がロードアンロードユニット５へ搬送されると、前記ＦＯＵＰから研磨前ウェーハ反転ユニットＵ１に至る搬送が、次ウェーハＷ２に対して行われる。

ロードアンロードユニット５上にウェーハＷ１が設置されると、搬送制御部１４の指示に基づいて、ヘッドＨ１が下降するとともに、その下面にウェーハＷ１を吸着する。ウェーハＷ１の吸着が完了すると、搬送制御部１４は、ヘッドＨ１を上昇させた後、回転ヘッド機構Ｘ１を回転軸心周りに９０°回転させる。これにより、ヘッドＨ１は第１研磨プラテンＰ１の上方に移動する。このとき、搬送制御部１４は、研磨制御部１２に、第１研磨プラテンＰ１へのウェーハの搬送が完了した旨を通知する。

第１研磨プラテンＰ１の上方に到達したヘッドＨ１は、研磨制御部１２の指示に基づいて下降し、第１研磨プラテンＰ１上の研磨パッド２２（図２参照）にウェーハＷ１の被研磨面を所定の研磨圧力で接触させる。そして、研磨制御部１２は、スラリーアーム２３（図２参照）から研磨スラリーを供給した状態で、第１研磨プラテンＰ１およびヘッドＨ１を回転させる。これにより、ウェーハＷ１表面の銅膜が途中まで研磨される。

当該研磨の研磨終点は、例えば、渦電流を利用した研磨終点検出機構等の公知の手法により検出される。第１研磨プラテンＰ１における研磨処理が完了すると、研磨制御部１２は、図示しない超純水供給装置に第１研磨プラテンＰ１表面への超純水供給を指示し、ウェーハＷ１表面の研磨スラリー除去を行う。

また、第１研磨プラテンＰ１におけるウェーハＷ１の研磨処理と並行して、搬送制御部１４は、研磨前ウェーハ反転ユニットＵ１に、ウェーハＷ２をロードアンロードユニット５へ搬送させる。ロードアンロードユニット５上にウェーハＷ２が設置されると、前記と同様、ヘッドＨ２が下降してウェーハＷ２をその下面に吸着する。また、研磨前ウェーハ反転ユニットＵ１上のウェーハＷ２がロードアンロードユニット５へ搬送されると、次ウェーハＷ３が研磨前ウェーハ反転ユニットＵ１に搬送される。

第１研磨プラテンＰ１における研磨が完了すると、研磨制御部１２は搬送制御部１４にその旨を通知する。搬送制御部１４は、ヘッドＨ２へのウェーハＷ２の吸着が完了していると、ヘッドＨ１，ヘッドＨ２を上昇させた後、回転ヘッド機構Ｘ１を回転軸心周りに９０°回転させる。これにより、ヘッドＨ１が第２研磨プラテンＰ２の上方に移動し、ヘッドＨ２が第１研磨プラテンＰ１の上方に移動する。このとき、搬送制御部１４は、研磨制御部１２に、ウェーハの搬送が完了した旨を通知する。

第２研磨プラテンＰ２の上方に到達したヘッドＨ１は、研磨制御部１２の指示に基づいて下降し、第２研磨プラテンＰ２上の研磨パッド２２（図２参照）にウェーハＷ１の被研磨面を所定の研磨圧力で接触させる。そして、研磨制御部１２は、スラリーアーム２３（図２参照）から研磨スラリーを供給した状態で、第２研磨プラテンＰ２およびヘッドＨ１を回転させる。これにより、ウェーハＷ１表面の銅膜が完全に除去される。

なお、当該研磨の研磨終点は、ヘッドＨ２を上昇させて、ウェーハ表面にレーザを照射し、その反射強度の変化を検出する等の公知の手法により検出することができる。第２研磨プラテンＰ２における研磨処理が完了すると、研磨制御部１２は、図示しない超純水供給装置に第２研磨プラテンＰ２表面への超純水供給を指示し、研磨スラリー除去を行う。

また、第２研磨プラテンＰ２におけるウェーハＷ１の研磨処理と並行して、第１研磨プラテンＰ１では、ウェーハＷ２の研磨処理が研磨制御部１２の指示に基づいて行われている。また、搬送制御部１４は、研磨前ウェーハ反転ユニットＵ１に、ウェーハＷ３をロードアンロードユニット５へ搬送させる。ロードアンロードユニット５上にウェーハＷ３が設置されると、前記と同様、ヘッドＨ３が下降してウェーハＷ３をその下面に吸着する。また、研磨前ウェーハ反転ユニットＵ１上のウェーハＷ３がロードアンロードユニット５へ搬送されると、次ウェーハＷ４が研磨前ウェーハ反転ユニットＵ１に搬送される。

第１研磨プラテンＰ１および第２研磨プラテンＰ２における研磨が完了したとき、研磨制御部１２は、ヘッドＨ３へのウェーハＷ３の吸着が完了していると、ヘッドＨ１，Ｈ２，Ｈ３を上昇させた後、回転ヘッド機構Ｘ１が回転軸心周りに９０°回転させる。これにより、ヘッドＨ１が第３研磨プラテンＰ３の上方に移動し、ヘッドＨ２が第２研磨プラテンＰ２の上方に移動し、ヘッドＨ３が第１研磨プラテンＰ１の上方に移動する。このとき、搬送制御部１４は、研磨制御部１２にウェーハの搬送が完了した旨を通知する。

第３研磨プラテンＰ３の上方に到達したヘッドＨ１は、研磨制御部１２の指示に基づいて下降し、第３研磨プラテンＰ３上の研磨パッド２２（図２参照）にウェーハＷ１の被研磨面を所定の研磨圧力で接触させる。そして研磨制御部１２は、スラリーアーム２３（図２参照）から研磨スラリーを供給した状態で、第３研磨プラテンＰ３およびヘッドＨ１を回転させる。これにより、ウェーハＷ１表面のバリアメタルおよび密着層が完全に除去される。

当該研磨では、ウェーハＷ１表面の金属膜を完全に除去するため、オーバー研磨が行われる（このオーバー研磨の工程を本発明では研磨ステップと呼ぶことにする。）ウェーハＷ１表面のバリアメタルおよび密着層の除去は、ウェーハ表面にレーザを照射し、その反射強度の変化を検出する等の公知の手法により検出することができる。しかし、オーバー研磨については、この手法では研磨終点が検出できない。また固定された時間で研磨した場合は、品種（被研磨ウェーハの品種を指す。以下同じ。）・レイヤー間の研磨膜厚の差が発生する。

本発明者は、この品種間差の原因が配線周囲長に依存するという知見を得た。図３に配線周囲長と、オーバー研磨時の研磨レートを示す。なお、図３では、縦軸及び横軸を規格化された目盛で表している。この図３より、配線周囲長が大きい場合に、オーバー研磨時の研磨レートが低下することが分る。配線周囲長が大きくなることで、機械的強度の大きいバリアメタルの被研磨領域が増えることにより研磨レートが低下する。よって、この研磨レートの差がオーバー研磨膜厚の品種・レイヤー間差の原因であるこという知見を得た。

この知見に基づいて、本実施形態においては、各プラテンの処理条件の入力項目に配線周囲長を入力することで、研磨条件を自動的に調整する機能を有する。本実施形態の製造方法のフローチャートを図４に示す。

従来の基板研磨処理装置を含む半導体製造装置では、処理条件をレシピという形で装置に保存されている。基板研磨処理装置では、図２に示す主要構成の各部位の動作設定値とその動作時間をレシピに入力する。具体的な項目として、プラテンの回転数、研磨ヘッドの回転数、研磨ヘッド圧力、スラリー流量、コンディショナーの回転数、コンディショナー圧力と研磨時間を設定する。

本実施形態では、ステップ４０１にて配線周囲長とオーバー研磨時の研磨レートの関係を入力するテーブル（表）を作成する。そのテーブルに配線周囲長とオーバー研磨時の研磨レートを入力する。

次に、ステップ４０２にて、そのテーブルの任意の１点を標準値として設定し、レシピ作成時の標準研磨時間を算出する。標準研磨時間は、目標の研磨膜厚を標準の配線周囲長のときの研磨レートで除することにより算出可能なことは言うまでもない。

次に、ステップ４０３にて、プラテンの回転数、研磨ヘッドの回転数、研磨ヘッド圧力、スラリー流量、コンディショナーの回転数、コンディショナー圧力に加えて、上記標準の配線周囲長と標準研磨時間とを入力して、標準研磨条件のレシピを作成する。

次に、ステップ４０４（算出ステップ）にて、上記標準の配線周囲長以外の品種・レイヤー処理時には、処理開始時に配線周囲長を入力することで、ステップ４０１で作成したテーブルに基づいて自動的に研磨時間を算出する。この算出は例えば次のようにする。即ち、任意の配線周囲長Lのレイヤーの研磨時間は、目標の研磨膜厚を配線周囲長Lの研磨レートで除することで算出する。配線周囲長Lのときの研磨レートは前記テーブル（表）に記載されている。

本実施形態ではステップ４０１にて配線周囲長とオーバー研磨時の研磨レートの関係を入力するテーブル（表）を作成して、そのテーブルから配線周囲長Lのときの研磨レートを抽出しているが、図3に示すような配線周囲長をX軸、オーバー研磨時の研磨レートをY軸とした場合の、近似直線Y=aX+bの関係式から研磨レートを算出して、研磨レートを算出してもよい。

次に、ステップ４０５にてウェーハの処理が開始する。

本実施形態によれば、品種・レイヤー間のオーバー研磨時の研磨時間を適切に調整することが可能となり、オーバー研磨膜厚の品種・レイヤー間差を低減することが可能となる。オーバー研磨膜厚を品種・レイヤーに依存することなく一定に制御できることは、それのみの効果ではなく、当ウェーハＷ１表面の金属膜を確実に完全に除去することが可能となる上に、Ｃｕ配線の厚さを一定にすることで配線抵抗値を一定に制御可能であるということが可能であるという効果を得ることが可能となる。

なお、第１の実施形態の中で、ウェーハＷ１表面のバリアメタルおよび密着層の除去は、ウェーハ表面にレーザを照射し、その反射強度の変化を検出する等の公知の手法により検出すると記載した。しかし、デバイスの微細化にともなって、従来の公知の手法でウェーハＷ１表面のバリアメタルおよび密着層の除去が検出できない場合も発生しうる。この場合は、本実施形態で記載した方法と同様の方法で、バリアメタルおよび密着層の除去プロセスの時間を制御すればよい。即ち、ステップ４０１においてウェーハＷ１表面のバリアメタルの面積と膜厚とに基づいて、バリアメタルの除去に十分なプロセス時間を算出する。同様に、ステップ４０１において密着層の面積と膜厚とに基づいて、密着層の除去に十分なプロセス時間を算出する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、配線周囲長に依存して研磨時間を自動的に算出し、レシピに反映することにより、適切な研磨時間で処理する方法を提供した。しかしながら、多品種少量生産での工程能力指数の向上においては、小ロットで製品品種の入れ替えが目まぐるしく行われる。このため、その時々での基板研磨装置に配線周囲長を入力して研磨時間の算出することは、非常に煩雑となる。

また、研磨パッドやコンディショナーの部材の状態の変動により研磨レートは逐次変化する。これらの部材の状態の変動による研磨レートの変動を抑制する方法としてＡＰＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）システムを使用して、研磨時間を算出する方法がある。ＡＰＣシステムとは、多数の複雑な工程と多様な変数が含まれている分野において、各工程の処理結果を常に測定し、そこで得られたデータを使って工程を制御する技術である。

そこで第２の実施形態では、ＭＥＳ（製造実行システム：Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ
Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）でロット進捗制御される半導体量産工程において、第１の実施形態で説明した配線周囲長を使用したＡＰＣシステムの実施例を説明する。

図５に第２の実施形態における工程制御システムの構成図を示す。ＭＥＳ５０１は半導体工場における製品ロットの進捗を管理するシステムで、製品ロットをどの装置で処理するかを管理および制御する。ＡＰＣシステム５０２は基板処理装置５０３の研磨時間を算出するＡＰＣ算出ステップを実行するシステムである。膜厚測定装置５０４は、製品ウェーハの膜厚を測定する装置である。

これらの各構成因子５０１〜５０４は、図５中の実線で示すように、ネットワーク接続されており、データの授受はネットワークを介した通信で行われる。

図６に第２の実施形態におけるＡＰＣシステムによる製造方法のフローチャートを示す。

まず、ステップ６０１で、基板処理装置５０３は１ロットが複数枚のウェーハより構成される複数のロットのうちで、ｎ番目のロットを構成する複数枚のウェーハに対してΔｔ（ｎ）時間のオーバー研磨時間での研磨を行う。

次に、ステップ６０２で、前記オーバー研磨の結果得られたオーバー研磨膜厚ΔＴｈ（ｎ）を求める。この測定は、膜厚測定装置５０４で行うか、または、基板処置装置５０３に設置されたインライン膜厚測定器で行ってもよい。

次に、ステップ６０３で、前記オーバー研磨膜厚ΔＴｈ（ｎ）から研磨レートＲＲ（ｎ）を求める。ここで、研磨レートＲＲ（ｎ）は、下記の関係式（１）を利用して求める。

ＲＲ（ｎ）＝（ΔＴｈ（ｎ）／Δｔ（ｎ））‥‥（１）

次に、ステップ６０４で、ｎ＋１番目のロットがＭＥＳ５０１により処理開始予約される。

次に、ステップ６０５（ＡＰＣ算出ステップ）で、ＡＰＣシステム５０２はＭＥＳ５０１のロット予約情報をトリガーとして、ロット処理時の研磨時間Δｔ（ｎ＋１）を求める。研磨時間Δｔ（ｎ＋１）は、下記の関係式（２）を利用して求める。

Δｔ（ｎ＋１）＝（ΔＴｈ（target）／ＲＲ（ｎ））×（Ｌ_n+1／Ｌ_n）‥‥（２）

ここで、Ｌ_nはｎ番目に処理されたロットの処理時のレイヤーの配線周囲長である。Ｌ_n+1も同様にｎ＋１番目に処理されるロットの処理時のレイヤーの配線周囲長である。
ΔＴｈ（target）は狙い研磨膜厚である。

次に、ステップ６０６において、ＡＰＣシステム５０２は前記関係式（２）で算出されたｎ＋１番目のロットの研磨時間Δｔ（ｎ＋１）をＭＥＳ５０１に伝達する。

次に、ステップ６０７で、ＭＥＳ５０１は基板処理装置５０３に対して研磨時間Δｔ（ｎ＋１）を指示する。

次に、ステップ６０８で、基板処理装置５０３はｎ＋１番目のロットに対して研磨時間Δｔ（ｎ＋１）の処理を行う。

次に、ステップ６０９において、ｎの代わりにｎ＋１を代入することで、ステップ６０２からステップ６０９までのフローを反復することによって、処理対象の全てのロットに対してＣＭＰ処理を行う。

なお、例えば、研磨パッドやコンディショナー交換などのメンテナンス後の場合（ｎ＝０の場合）は、メンテナンス後のブランケットウェーハの研磨により算出される研磨レートを使用して、ステップ６０１〜６０９の処理を実行することは言うまでもない。

以上、図６に示すフローチャートに従って、Ｃｕ−ＣＭＰにおける、バリアメタル除去後のオーバー研磨時間を算出することにより、ＣＭＰ装置の設備特性の継続的な変化を加味しながら、同時に品種・レイヤー間差を加味した高精度な研磨膜厚の制御が可能となる。また、第１の実施形態よりも、装置内のレシピ数を少なくすることが可能となり、レシピ管理が容易となるという効果を得ることが可能となる。

（第３の実施形態）
第２の実施形態では、ＭＥＳでロット進捗制御される半導体量産工場において、配線周囲長を使用したＡＰＣシステムの実施例を説明した。しかし、第２の実施形態では、ＡＰＣシステムを実施するために膜厚の測定が必須となる。膜厚測定の増加は半導体製造コストの増加（測定コスト増加）を意味する。

そこで第３の実施形態において、膜厚測定を削減する方法について説明する。図７に第３の実施形態における工程制御システムの構成図を示す。

図７において、ＭＥＳ７０１は半導体工場における製品ロットの進捗を管理するシステムで、製品ロットをどの装置で処理するかを管理および制御する。ＡＰＣシステム７０２は基板処理装置７０３の研磨時間を算出するＡＰＣ算出ステップを実行するシステムである。モニタリングツール７０４は、基板処理装置７０３からプロセスパラメータをリアルタイムに取得する。

これらの各構成因子７０１〜７０４は、図７中の実線で示すように、ネットワーク接続されており、データの授受はネットワークを介した通信で行われる。

モニタリングツール７０４は、基板研磨装置７０３から、プロセスパラメータ、特にプラテン回転トルク電流を製品ウェーハ処理時に、リアルタイムに取得する。プラテン回転トルク電流は、研磨パッドとウェーハの接触状態を間接的に測定した値と考えられる。

研磨パッドやコンディショナーの部材の状態の変動により、研磨パッドとウェーハ間の摩擦状態が変化し、摩擦トルクが変動する。その摩擦トルクの変化を研磨ターンテーブルの駆動モータの電流値をモニタすることで、負荷トルクの変化として計測することができると考えられる。

このことからプラテン回転トルク電流値は研磨レートと相関を持つ値と推測できる。

図８にプラテン回転トルク電流値と研磨レートの関係を示す。なお、図８では、縦軸及び横軸を規格化された目盛で表している。この図８よりプラテン回転トルク電流と研磨レートには相関があることがわかる。ここでの研磨レートは、図４のステップ４０２で定義した、標準の配線周囲長のウェーハ研磨時の品種・レイヤー処理時の研磨レートである。

図８に示される関係に基づき、モニタリングツールから取得するプラテン回転トルク電流から予測される研磨レートをリアルタイムに算出することにより、ＡＰＣシステムに利用するフローチャートを示す。

図９に第３の実施形態におけるＡＰＣシステムによる製造方法のフローチャートを示す。

まず、ステップ９０１で、基板研磨装置７０３は１ロットが複数枚のウェーハより構成される複数のロットのうちで、ｎ番目のロットを構成する複数枚のウェーハに対してΔｔ（ｎ）時間のオーバー研磨時間での研磨を行う。

次に、ステップ９０２でモニタリングツール７０４はｎ番目のロット処理時のプラテン回転トルク電流Ｉ（ｎ）をＡＰＣシステムに伝達する。

次に、ステップ９０３で、ＡＰＣシステムは処理中のプラテン回転トルク電流Ｉ（ｎ）から研磨レートＲＲb（ｎ）を求める。研磨レートＲＲｂ（ｎ）は、下記の関係式（３）
を利用して求める。

ＲＲb（ｎ）＝α×Ｉ（ｎ）・・・・・（３）

なお、αは図８に示すグラフの傾きである。

次に、ステップ９０４で、ｎ＋１番目のロットがＭＥＳ７０１により処理開始予約される。

次に、ステップ９０５（ＡＰＣ算出ステップ）で、ＡＰＣシステム７０２はＭＥＳ７０２のロット予約情報をトリガーとして、ロット処理時の研磨時間Δｔ（ｎ＋１）を求める。研磨時間Δｔ（ｎ＋１）は、下記の関係式（４）を利用して求める。

Δｔ（ｎ＋１）＝（ΔＴｈ（target）／ＲＲｂ（ｎ））×（Ｌ_n+1／Ｌ_n）‥‥（４）

ここで、Ｌ_nはｎ番目に処理されたロットの処理時のレイヤーの配線周囲長である。Ｌ_n+1も同様にはｎ＋１番目に処理されるロットの処理時のレイヤーの配線周囲長である。
ΔＴｈ（target）は狙い研磨膜厚である。

次に、ステップ９０６でＡＰＣシステム７０２は、前記関係式（４）で算出されたｎ＋１番目のロットの研磨時間Δｔ（ｎ＋１）をＭＥＳ７０１に伝達する。

次に、ステップ９０７で、ＭＥＳ７０１は装置に対して研磨時間Δｔ（ｎ＋１）を指示する。

次に、ステップ９０８で、基板処理装置７０３はｎ＋１番目のロットを研磨時間Δｔ（ｎ＋１）の処理を行う。

次に、ステップ９０９において、ｎの代わりにｎ＋１を代入することで、ステップ９０２から段階９０９までのフローチャートを反復することにより、処理対象の全てのロットに対してＣＭＰ処理を行う。

このように、図９に示すフローに従って、Ｃｕ−ＣＭＰにおけるバリアメタル除去後のオーバー研磨時間をＡＰＣシステムで算出する際には、膜厚測定を必要としないため、第２の実施形態よりも、製造コストを安価にすることが可能となる。

以上説明したように、本発明は、Ｃｕ配線の厚さを一定にすることで配線抵抗値を一定に制御可能とすることで、高い歩留を得ることができるという効果を有し、基板処理方法として有用である。

本発明の第１の実施形態における基板処理装置を示す概略構成図。 第１の実施形態における研磨部の主要構成を示す概略斜視図。 第１の実施形態における配線周囲長と研磨レートの関係を示す図。 第１の実施形態の半導体製造方法のフローチャート。 本発明の第２の実施形態における工程制御システム構成概略図。 第２の実施形態の半導体製造方法のフローチャート。 本発明の第３の実施形態における工程制御システム構成概略図。 第３の実施形態におけるプラテン回転トルク電流と研磨レートの関係。 第３の実施形態の半導体製造方法のフローチャート。

符号の説明

２ 研磨部
３ 洗浄部
５ ロードアンロードユニット
１０ 基板処理装置
１２ 研磨制御部
１４ 搬送制御部
２１ モータ
２２ 研磨パッド
２３ スラリーアーム
２４ コンディショナー
２５ モータ
５０１ ＭＥＳ
５０２ ＡＰＣシステム
５０３ 基板処理装置
５０４ 膜厚測定装置
７０４ モニタリングツール

Claims (4)

1. 銅を配線材料として配線を形成する半導体装置の製造方法において、
   化学的機械的研磨によりバリアメタル研磨後のオーバー研磨を行う研磨ステップと、
   半導体ウェーハの被研磨面の配線周囲長に基づいて研磨時間を算出する算出ステップと
   を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
2. 上記算出ステップが、ＡＰＣシステム（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｒｔｏｌ）システムを用いて研磨時間を算出するＡＰＣシステム算出ステップである、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 銅を配線材料として配線を形成する半導体装置の製造方法において、
   化学的機械的研磨によりバリアメタル研磨後のオーバー研磨を行う研磨ステップと、
   基板処理装置から取得するモニタリングデータからリアルタイムの研磨レートを予測することにより、ＡＰＣシステム（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｒｔｏｌ）システムを用いて研磨時間を算出するＡＰＣシステム算出ステップと、
   を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
4. 上記ＡＰＣシステム算出ステップが、半導体ウェーハの被研磨面の配線周囲長に基づいて研磨時間を算出するステップである、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。

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