CN1674234A - 化学机械研磨方法、化学机械研磨系统、半导体器件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是考虑到研磨对象的产品晶片及所使用的装置等的机械误差，高精度地进行化学机械研磨中的研磨速率及研磨时间的设定。其解决方案为，通过在表示化学机械研磨状况的曲线中，利用良好地近似于表示目标研磨量一侧的部分的公式作为计算公式，可以依照实际实施产品晶片的研磨的化学机械研磨的状况，高精度地设定研磨速率及研磨时间的计算。利用算符将与研磨对象的膜的膜特性相关的参数A、与膜表面的起伏状态相关的参数B、与化学机械研磨装置之间的机械误差相关的参数C结合在这种计算公式中。

Description

化学机械研磨方法、化学机械研磨系统、 半导体器件制造方法

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造技术，特别是，涉及在进行化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing：CMP)时，用于根据研磨的实际结果高精度地计算出研磨速率等研磨条件的有效的技术。同时，可以用于容易且高精度地计算出在进行叠层膜的化学机械研磨时的研磨速率等研磨条件。

背景技术

下面说明的技术，是在完成本发明时由本发明人研究出来的，其内容大致如下所述。

化学机械研磨技术，随着近年来对半导体器件的高集成化越来越高的要求，作为达到半导体片的高精度平坦化的一种极其重要的技术，占据着十分重要的位置。化学机械研磨，一面向旋转的研磨垫和半导体片的被研磨面之间供应由磨料和药液构成的浆料，一面进行研磨。

在这种化学机械研磨中，在实际产品晶片的研磨之前，利用模拟晶片设定化学机械研磨装置中的基准研磨速率。利用这种设定的基准研磨速率，对几个实际的晶片进行预研磨，根据预研磨的结果，确认研磨时间是否过长或不足，设定适合于先前设定的基准研磨速率的最佳研磨时间，并进行随后的产品研磨。基准研磨速率，包括研磨时间的设定精度在内、是左右研磨是否良好的极为重要的因素，所以，在其后的产品研磨过程中，需要尽可能地定期进行重新审察，采用正确的数值。

这样，在化学机械研磨过程中，在开始产品晶片的研磨之前，或者利用模拟晶片、或者进行预研磨等，进行大量的前期作业，以便设定各种研磨条件，也包括产品晶片的基准研磨速率的设定。

此外，在不能设定恰当的基准研磨速率的情况下，根据这种研磨速率经过规定时间的化学机械研磨的实际结果，变成研磨不足或者过度研磨，需要进行补充研磨或者将研磨完的晶片废弃，结果，显著降低了化学机械研磨工艺的生产率。

因此，需要能够高效率、高精度地计算出这种研磨速率的技术。作为这种技术之一，提出了一种技术，其中，由研磨前的膜厚数据与研磨后的膜厚数据之差和实际的研磨时间，计算出最新的研磨速率，将来自工厂主计算机的过程处方(レシピ)信息作为最佳处方设定到化学机械研磨装置中(参照专利文献1)。

另外，还提出了一种利用包含被研磨材料的研磨前的厚度、研磨时间、研磨后的厚度以及被研磨材料厚度的目标值在内的参数和算符，根据任意设定的计算公式计算出被研磨体的最佳研磨时间的技术(参照专利文献2)。

进而，还提出了计算出推定研磨速率，对于每一个品种/工艺/制造设备，决定推定研磨时间的技术(参照专利文献3)。

此外，还提出了一种在STI(Shallow Trench Isolation：浅沟槽绝缘)结构中的叠层膜的化学机械研磨技术，该技术在考虑到与叠层膜的凹凸相关相位状态的基础上，例如，将作为这种化学机械研磨对象的氧化硅、氮化硅膜一律换算成氮化硅膜，计算出研磨速率，进行研磨(参照专利文献4)。

【专利文献1】特开平11-186204号公报

【专利文献2】特开2002-154053号公报

【专利文献3】特开2002-334135号公报

【专利文献4】美国专利公开：US2004-0023490号公报

发明的内容

不过，本发明人发现，在上述研磨速率设定技术中存在着以下课题。

即，在专利文献1描述的技术中，由于研磨速率随着被研磨图形的形状或被研磨膜的性质的不同而异，所以，该技术是一种不能适应于多品种生产的研磨速率设定技术。

在专利文献2描述的方法中，没有考虑到由于装置消耗构件的状态时刻发生变化引起的研磨速率的变动，不能期待提高研磨速率的计算精度。而且，在这种技术中，并没有描述为了计算最佳的研磨时间所采用的计算公式的决定方法，所以，并不清楚是怎样进行研磨速率的计算。

另一方面，在专利文献3描述的技术中，可以利用加权进行推定研磨速率的计算。但是，这种加权的定义是不明确的。因此，推定研磨速率本身的定义变得模糊不清，不能确保计算出来的推定研磨速率的精度。进而，由于在图形公式与实际发生偏离的情况下，没有修正功能，所以，存在着不能进行研磨量或者研磨时间的控制的不适当之处。

此外，在实际的化学机械研磨中，由于作为研磨对象的膜的凹凸图形，研磨情况会发生很大的变化，但目前尚未看在研磨速率中考虑到这一因素的技术。

进而，在化学机械研磨中，在同一批制品晶片的研磨中，有时使用多台化学机械研磨装置，或者，即使在一台化学机械研磨装置中，有时也使用多个研磨头，目前尚未看到考虑到这种装置之间或者研磨头之间的差异的所谓机械误差对研磨速率的影响的技术。本发明人认为，为了进行高精度的研磨速率计算，考虑这一点是很重要的。

进而，在化学机械研磨对象是将多层膜叠层的叠层结构的情况下，一般的对策是在不同的研磨条件下进行化学机械研磨。如果在一台化学机械研磨装置中对将多个层层叠起来的叠层结构进行化学机械研磨的话，当然有必要进行在其间加入清洗等作业的研磨条件的切换，不能期望进行高效率的化学机械研磨。

因此，有时配置多台化学机械研磨装置，对于每一种膜，改变化学机械研磨装置，进而，也有时将研磨头制成多重结构。但是，在这种结构中，相应地，会大大提高设备的成本。

进而，近年来，常常要求多品种少量生产，有时会非常频繁地小批量更换产品，可是上述结构，几乎不可能时刻满足上述要求。

因此，本发明人认为，在将多个层层叠起来的叠层结构的化学机械研磨中，如果换算成一个层进行其它层的研磨速率、研磨时间的设定的话，只要换算成作为基准的层的研磨速率，就应该在作为基准的层的研磨条件下进行其它层的化学机械研磨。

关于这一点，在前面所述的专利文献4中也看到过，但是，为了进行换算。计算出研磨时间，必须采用考虑到各种因素的公式，要求进行必要的输入、采取计算机运算等措施，很难迅速地应对。本发明人认为，从精通化学机械研磨的现场的观点出发，有必要能够进行更简明地换算，可以进行灵活的应对。

进而，作为基准的层的选定，有必要根据叠层结构适当变更。优选地，这种变更能够随机应变地应对。此外，对于现场的技术人员来说，作为如何进行应对的图像，如果可能的话，最好是能够诉诸于视觉。在将各种参数代入到公式中的计算方法中，难以掌握该图像，应对、判断相应地变得迟缓。

本发明的目的在于，高精度地进行化学机械研磨中的研磨速率及研磨时间的设定。

本发明的另一个目的在于，简单地进行以叠层结构作为对象的化学机械研磨中的研磨速率及研磨时间的设定。

本发明的再一个目的在于，在进行化学机械研磨中的研磨速率及研磨时间的设定时，能够考虑到装置之间的机械误差。

本发明的前述目的及其它目的和新的特征，通过本说明书的描述及附图会变得更加清楚。

如果对本申请中公开的发明中具有代表性的发明概要进行简单的说明的话，其内容如下面所述。

通过将研磨速率或研磨时间的计算公式变成加入与膜的性质有关的参数、与研磨对象的膜的凹凸图形相关的参数、表示装置间的机械误差的参数的公式，进行研磨速率、研磨时间的计算，该计算考虑到了由膜的性质、凹凸图形、装置间的机械误差引起的影响。

此外，通过利用简单地读取根据层形成材料和研磨条件设定的研磨速率的换算表，可以很容易地将叠层结构的一个层的研磨时间的设定换算为某一特定的层。

如果简单地说明在本申请中公开的发明之中、由具有代表性的发明获得的效果的话，其效果如下面所述。

通过在研磨速率及研磨时间的计算式中包括有关膜的性质的参数、与凹凸图形相关的参数、与化学机械研磨装置的装置间的机械误差相关的参数，可以进行高精度的化学机械研磨。

通过根据实际的产品晶片的研磨的实际结果对这种研磨速率进行修正，可以进一步提高研磨速率的计算精度，可以进一步提高研磨工艺的效率。

如果将本发明应用于叠层结构的话，在将叠层的多个叠层膜的化学机械研磨换算为某一个叠层膜的化学机械研磨而进行研磨时，通过利用换算表，很容易进行这种换算。并且，可以进行叠层结构中的高精度的化学机械研磨。

附图说明

图1(a)、(b)分别是说明本发明中使用的计算公式的概念的说明图。

图2是表示在化学机械研磨中的研磨速率的演变状况的图示。

图3是说明构成计算公式的参数的修正概念的说明图。

图4是表示本发明的一个实施形式中的化学机械研磨系统的一个例子的说明图。

图5(a)是表示作为根据本发明的化学机械研磨方法的研磨对象的一个例子的叠层结构的说明图、(b)是表示研磨对象为多个叠层膜的根据本发明的化学机械研磨方法中的计算公式的应用状况的说明图。

图6是表示在根据本发明的化学机械研磨方法中使用的换算表的一个例子的说明图。

具体实施方式

下面，根据附图详细说明本发明的实施形式。此外，在用于说明实施形式的全部附图中，对于同一个部件，原则上采用相同标号，有时会省略对其重复的说明。

图1(a)、(b)分别是说明在本发明中使用的计算公式的概念的说明图。图2是表示化学机械研磨中的研磨速率的演变状况的图示。图3是说明构成计算公式的参数的修正概念的说明图。图4是表示本发明的一个实施形式中的化学机械研磨系统的一个例子的说明图。图5(a)是表示作为根据本发明的化学机械研磨方法的研磨对象的一个例子的叠层结构的说明图、(b)是表示研磨对象为多个叠层膜的根据本发明的化学机械研磨方法中的计算公式的应用状况的说明图。图6是表示在根据本发明的化学机械研磨方法中使用的换算表的一个例子的说明图。

(实施形式1)

在本发明的化学机械研磨方法中，利用新型的计算公式，计算出研磨速率或者研磨时间等研磨条件，进行化学机械研磨。这种新型计算公式，由依赖于作为化学机械研磨对象的产品晶片的项和依赖于对产品晶片进行化学机械研磨的装置的项构成，利用算符将所述各项结合起来。

依赖于产品晶片的项，在将所使用的化学机械研磨装置对研磨条件的影响看作同样的条件下，至少包括：由专门表示膜的性质等膜特性对研磨条件的影响的参数A，以及专门表示作为研磨对象的膜的凹凸图形等的起伏状态对研磨条件的影响的参数B。参数A和参数B可以分别独立地进行数值设定。这些参数A、B分别用算符结合，构成依赖于产品晶片的项。

此外，参数A、B的数值数据，以设计数据或产品晶片的研磨实际结果的测定结果为基础，根据需要，可以进行变更或编辑等而进行更新。

本说明书中所说的产品晶片，指的是作为进行化学机械研磨的生产对象的晶片，是用来与求出化学机械研磨的条件等时使用的模拟晶片相区别的用语。

所谓与参数A相关的膜特性，指的是对研磨条件产生影响的膜的化学特性或者物理特性，作为膜特性的一个例子，可以列举出表示膜的硬度或柔软度的膜的性质。

所谓与参数B相关的起伏状态，指的是成为化学机械研磨对象的膜面的凹凸状态，是指由膜覆盖的下层的图形密度、成膜时的膜厚均匀性的混乱等造成的起伏的状态。

所谓研磨的实际结果，指的是实际进行产品晶片的化学机械研磨、作为数值可以掌握其研磨状况的结果，例如，作为这种含意的一个例子，可以列举出研磨后的膜厚、研磨量等。

所谓研磨条件，指的是在用化学机械研磨装置实际上进行化学机械研磨的过程中所考虑的条件，作为一个例子，例如，研磨量、研磨速度、研磨速率或者研磨时间等。

此外，依赖于装置的项，在将作为研磨对象的产品晶片对研磨条件的影响看作一样的条件下，具有专门表示化学机械研磨装置对研磨条件的影响的参数C。参数C可以对每一个化学机械研磨装置设定，构成依赖于装置的项。

参数C，在使用多台化学机械研磨装置的情况下，如上所述，可以对每一个化学机械研磨装置分别设定。此外，例如，即使在一台化学机械研磨装置上，在具有多个研磨头的多头结构的情况下，对多个研磨头的每一个设定参数C。从而，所述参数C可以作为表示装置间的机械误差来掌握。

如果将表示加减乘除(+、-、×、÷)的任何一个的算符用记号*表示的话，根据本发明的计算公式，可以表示如下。即，

研磨条件(研磨速率、研磨时间等)＝产品晶片依赖项*装置依赖项......公式1

产品晶片依赖项＝f(A、B)，装置依赖项＝g(C)；f、g是函数......公式2

作为更具体地表示上述计算公式的一个例子，可以列举出以下的公式。在下面的计算公式中，依赖于膜特性的参数A、依赖于膜的起伏状态的参数B、依赖于装置间的机械误差的参数C，分别经由算符结合起来。即，

研磨速率＝{(研磨前膜厚-目标膜厚)-(B+C)}/(A×研磨时间)......公式3

研磨时间＝{(研磨前膜厚-目标膜厚)-(B+C)}/(A×研磨速率)......公式4

上述公式4是将公式3变形的同一公式。

表示上述公式3和公式4的研磨量的(研磨前膜厚-目标膜厚)，是用算符将A×(研磨速率×研磨时间)+(B)的项和由C构成的项结合起来的公式。A×(研磨速率×研磨时间)+(B)，可以说是用算符将参数A、B结合起来的依赖于产品晶片的项。C的项，可以说是由表示装置间的机械误差的参数C构成的装置依赖项。即，可以说，公式3或公式4是更具体地表示公式1或公式2的例子。

本发明人，在观察产品晶片的实际的化学机械研磨的过程中，发现这样提出的计算公式更近似于化学机械研磨的状况。

即，在实际的产品晶片的化学机械研磨过程中，当一面进行化学机械研磨一面进行监测膜厚时，膜厚随着研磨时间呈近似对数地变化。当将这种形式表示成研磨量和研磨时间的双轴的曲线时，例如，变成如图1(a)、(b)所示。即，化学机械研磨的状况，可以用对数近似的曲线h表示。对数近似曲线h上的点P，是表示目标研磨量的点。

此外，图1(a)是表示在作为研磨对象的产品晶片的膜表面上的凹凸图形的凸部处进行膜厚的监测时的情况，图1(b)是表示在凹部处进行膜厚的监测时的情况。

本发明人注意到，如图1(a)、(b)所示，对数近似曲线h从研磨开始直到达到目标研磨量、完成研磨的演变，依赖于被研磨侧的产品晶片的状况，大致分成两种图形。如图1(a)、(b)所示，将这种图形表示成被研磨图形I、II。

并且注意到，分为从研磨前的膜表面上具有凹凸起伏的状态，开始化学机械研磨直到膜的表面在一定程度上变平为止的图形(图中，表示成被研磨图形I)；和在膜的表面在一定程度上变平之后，将整个膜的表面进行化学机械研磨直到研磨到目标膜厚为止的图形(图中，表示成被研磨图形II)。实际的研磨状况，如图1(a)、(b)所示，经过被研磨图形I演变成被研磨图形II。

下面，举例说明图1(a)所示的情况。在被研磨图形I中，当开始化学机械研磨时，由于对研磨对象的膜表面的凹凸图形的凸部进行最初研磨，所以，单位时间的研磨量急剧上升。随着研磨的进行、凸部变少，表示单位时间的研磨量的陡峭的曲线的斜率逐渐变得平缓。

如图1(a)所示，从研磨开始经过时间t1后，单位时间的研磨量，变成可以用斜率大致恒定的直线近似的表示。该时间t1，是从被研磨图形I向被研磨图形II的转折点的时间。可以将被研磨图形I理解为主要由膜的起伏状态对研磨量、研磨速度、研磨时间等研磨条件产生影响的图形。

另一方面，可以理解为，在经过研磨时间t1后，影响化学机械研磨的上述研磨条件的因素，不再是膜表面的凹凸图形等的起伏状态，而是以膜的性质等膜特性的影响为主。即，本发明人获知，在被研磨图形I的区域内，参数B的影响起着很大的作用，在被研磨图形II的区域内，参数A的影响起着很大的作用。

在进行化学机械研磨时，理想的是，求出表示这种实际的化学机械研磨状况的对数近似曲线h的公式，从该公式计算出研磨速率或研磨时间等必要的研磨条件，如果进行化学机械研磨的话，最好能够根据实际的化学机械研磨状况进行研磨速率或研磨时间的推定。但是，在现实当中，可以预料，考虑到各种因素的对数近似曲线h是一个非常复杂的公式，作为数学公式用实际的函数进行表示在现实上是很困难的。

因此，如何能够作为计算公式推导出用这种对数计算曲线h表示的与实际的化学机械研磨状况吻合的近似公式，在推定计算出更正确的研磨速率、或者研磨时间时是十分必要的。

本发明人认为，其中，虽说是对数近似曲线h的近似，但也没有必要与整个对数近似曲线h近似。在对数近似曲线h中，如上面所说明的，属于被研磨图形I的区域的部分，是表示化学机械研磨开始的最初的状况的部分，表示最终研磨量的研磨终点，应该存在于被研磨图形II的区域内。

因此，设想只需对被研磨图形II的区域的对数近似曲线h的部分进行近似就应该是可以的。

如图1(a)所示，可以认为，在被研磨图形II的区域中，对数近似曲线h，以斜率为恒定的直线演变，该部分可以作为对数近似曲线h的渐近线很好地加以近似。可以认为，假定表示研磨终点的点、即表示最终研磨量的点位于该渐近线的直线上是十分有效的。将该渐近线表示成直线i(图中，用粗线表示)。直线i应该用具有截矩的直线公式表示。

如图1(a)所示，在被研磨图形II的区域中，直线i依赖于膜的性质等膜特性，并且，应该可以表示成与研磨时间、研磨速率(每单位时间的研磨量)成比例的函数。成为与膜的性质等膜特性相关的参数与研磨时间的函数。

另一方面，截矩部分可以看作是在表示研磨对象膜表面的凹凸图形等起伏状态的影响的被研磨图形I的区域中引起的。因此，该截矩部分可以被看作是与凹凸图形相关的参数的函数。

因此，本发明人考虑到上述各点，如前面所述，如果使与膜特性相关的参数为A，与膜的凹凸图形等的起伏状态相关的参数为B，与装置间的机械误差相关的参数为C的话，可以设想，以下的近似公式成立。

即，

研磨量＝(A×研磨速率×研磨时间+B)*C......公式5

在上述公式5中，与装置间的机械误差相关的参数C，用加减乘除算符中之一，表示对研磨参数A、B的干预。

作为装置间的机械误差，对现实当中对化学机械研磨造成影响的情况，例如，本发明人可以列举出在研磨时间的计时开始与实际上研磨开始之间发生时间差时的情况。即，存在本来应该是0的时间差却不是0时的情况。由于即使在化学机械研磨装置之间将该时间差设定为同一时间，实际的研磨时间对于每个装置而言也是不同的，所以，作为装置间的机械误差，会对研磨量等研磨条件产生影响。

例如，如果将作为表示该计时开始和研磨开始的时间差的参数定义为表示机械误差的参数C，则参数C使得图1(a)中的对数近似曲线h的上升位置不是原点0，而是从偏离的位置开始上升，从而，参数C应该对直线i的截矩的值产生影响。

因此，作为表示机械误差的参数C，例如，如果以计时开始与研磨开始的时间差为例的话，上述公式5，可以按如下方式表示。即，

研磨量＝A×研磨速率×研磨时间+B+C......公式6

这里，由于研磨量依赖于实行化学机械研磨前的膜厚与目标膜厚之差，所以，通过将研磨前膜厚-目标膜厚代入到研磨量，上述公式6归属于前述公式3或公式4。

这样，本发明中使用的计算公式，是通过将表示实际的化学机械研磨状况的对数近似曲线h的与实际目标研磨量有关的部分作为直线近似获得的公式，可以说，能够依据实际的化学机械研磨的状况，高精度地进行研磨速率、研磨时间的计算。

另一方面，在化学机械研磨过程中，在未考虑参数A、B的到目前为止的方法中，进行了这样的假定，即，用对数表示的研磨量与研磨时间成比例。当把这种情况表示在图1(a)中时，在纵轴表示对数研磨量、横轴表示研磨时间的曲线中，近似地看作通过原点0和表示目标研磨量的点P的直线g，把它看作化学机械研磨的状况。即，假定认为直到表示目标研磨量的点P位置，研磨速率恒定，研磨量与时间成比例。

在此前为止利用直线g的近似方法中，如从图1(a)可以看出的，很难找到与表示实际的化学机械研磨状况的对数近似曲线h相似的部分。另一方面，作为由本发明提出的公式3、或者公式4、或者公式6表示的计算公式，如前面所述，在被研磨图形II的区域内十分近似对数近似曲线h。

因此，通过利用本发明提出的计算公式，可以高精度地设定最佳研磨时间。例如，直到表示目标研磨量的点P为止，进行化学机械研磨，但由于目标研磨量的设定不合适等原因，会产生进一步补充研磨、再次设定表示最终研磨量的点Q的必要性。

在这种情况下，表示最终研磨量的点Q，应该比对数近似曲线h的被研磨图形II区域的点P更靠前端。在这种情况下，补充研磨所必要的时间，如1(a)所示，成为研磨时间tp、tq之差Δtq。

另一方面，在到此前为止的方法中，由于化学机械研磨状况由连接表示目标研磨量的点P和原点的直线g近似，所以，补充研磨的时间，变成在直线g上表示最终研磨量的点Q1处的研磨时间tq1与在点P的时间tp之差Δtq1。但是，如图1(a)所示，可以看出，由于Δtq1＜＜Δtq，所以产生很大的误差。与此相反，由于本发明中的公式利用将渐近线变成很好的近似的直线i的计算公式，所以，能够以相当大的精度计算出接近于Δtq的补充研磨所必要的时间。

在上面的说明中，对于很好地近似于实际的化学机械研磨状况的情况，为图1(a)所示的情况时，也就是在研磨对象的产品晶片的膜表面上的凹凸图形的凸出部处进行膜厚监测时的情况时作为例子，说明了本发明中提出的公式，但也可以根据在凹部进行膜厚监测的图1(b)所示的情况，同样地对其有效性进行说明。本发明中提出的计算公式，是对于化学机械研磨对象的膜表面的凹凸任何一种图形都适用的公式。

下面，说明本发明中提出的计算公式，在根据在凹部进行膜厚监测的图1(b)所示的情况下，也可以充分验证其有效性。

在实际化学机械研磨状况在图1(b)的用对数近似曲线h表示的在凹部进行膜厚监测的情况下，当化学机械研磨开始时，由于在被研磨图形I中，研磨对象的膜表面的凹凸图形的凹部没有被初始研磨，所以，单位时间的初始研磨量不会很大，但随着研磨的进行，研磨量逐渐增加。进而，当进行研磨时，从被研磨图形I转移到被研磨图形II。但当该转折点为时间t1时，从研磨开始经过时间t1之后，每单位时间的研磨量，可以用斜率大致恒定的直线近似。

因此，在图1(b)所示的情况下，和图1(a)所示的情况同样，被研磨图形I，可以理解为专门由膜的起伏状态对研磨量、研磨速度、研磨时间等研磨条件造成影响的图形。可以理解为，经过研磨时间t1后，影响化学机械研磨的上述研磨条件的因素，变成不是膜表面的凹凸图形等起伏状态，而是变成膜的性质等膜特性的影响为主。

即，在图1(b)所示的情况下，和图1(a)所示的情况一样，也可以看作是，在被研磨图形I的区域中，参数B的影响起着很大的作用，在被研磨图形II的区域中，参数A影响起着很大作用。

此外，在进行化学机械研磨的研磨速率、研磨时间等研磨条件的计算时，在图1(b)所示的情况下，认为与图1(a)一样，没有必要与整个对数近似曲线h近似，可以认为，只进行在获得与最终研磨量相关的研磨终点信息的被研磨图形II区域中的对数近似曲线h部分的近似即可。

在图1(b)所示的情况下，如前面所述，在被研磨图形II的区域内，对数近似曲线h，以斜率恒定的直线进行演变，该部分作为对数近似曲线h的渐近线，应该可以充分地进行良好的近似。当把该渐近线表示成直线i(图中用粗线表示)时，直线i应该用具有截矩的直线公式表示。

此外，该直线i，在图1(b)所示的情况下，和图1(a)所示同样，在参数A的影响起着很大作用的被研磨图形II的区域中，应该可以表现为成依赖于膜的性质等膜特性、并且与研磨时间、研磨速率(单位时间的研磨量)成比例的函数，变成与膜的性质等膜特性相关的参数A和研磨时间的函数。截矩部分，可以看作是在表示研磨对象的膜表面的凹凸特性等的起伏状态的影响的被研磨图形I的区域引起的，应该成为与凹凸图形有关系的参数B的函数。因此，作为适合于直线i的公式，可以设想是用前述公式5表示的近似公式。

此外，例如，将表示机械误差的参数C，例如看作是表示计时开始和研磨开始的时间差的参数，通过使研磨量为研磨前的膜厚-目标膜厚，作为很好地近似于图1(b)所示的对数近似曲线h的被研磨图形II部分的公式提出的公式5，和图1(a)的情况一样，可以表示为公式6，进而，可以表示为公式3或公式4。

从而，可以看出，本发明使用的计算公式，是不管化学机械研磨对象的膜表面的凹凸图形如何都可以应用的公式。由于所述计算公式不仅仅适用于膜表面凹凸图形其中之一的模式，而是可以有效地适用于两种模式，所以，可以说是一种通用性极高的计算公式。如果使用这种计算公式的话，可以依据实际的化学机械研磨的状况，高精度地进行研磨速率、研磨时间的计算。

进而，在图1(b)所示的情况下，在此前的近似方法和利用本发明中提出的计算公式的情况下，例如，补充研磨过程中的精度，和图1(a)所示的情况一样，采用与本发明相关的计算公式，其精度高出很多。

在图1(b)所示的情况下，在此前的近似方法中，如前面所述，用连接原点和目标研磨量的点P的直线g进行近似。在这种情况下，将化学机械研磨一直进行到表示目标研磨量的点P为止，可以设想，由于目标研磨量的设定不合适等原因，产生进一步进行补充研磨、并再次设定表示最终研磨量的点Q的必要性。

在这种情况下，表示最终研磨量的点Q，应该比对数近似曲线h的被研磨图形II区域的点P处于更靠前端，补充研磨所需要的时间，如图1(b)所示，变成研磨时间tp、tq之差Δtq。

另一方面，在用直线g近似的此前的方法中，补充研磨的时间，变成在表示直线g中最终研磨量的点Q1处的研磨时间tq1与在点P处的时间tp之差的Δtq1。但是，如图1(b)所示，由于Δtq1＞＞Δtq，所以产生很大的误差。

在图1(b)的情况下，在采用根据直线g的此前的近似方法的补充研磨时间的设定中，可以说，成为进行过量研磨、与产品晶片的废弃联系在一起的极其严重的障碍图形的可能性很高。但是，由于本发明中的公式，利用成为很好地近似于渐近线的直线i的计算公式，所以，能够以相当大的精度计算出接近于Δtq的补充研磨所必需的时间，可以充分避免在补充研磨中由于产品晶片的过分研磨引起的废弃的危险性。

在本发明的化学机械研磨方法中，利用前述公式3或公式4等表达的上面说明的计算公式，计算出作为研磨条件的研磨速率或者研磨时间，以此为依据进行化学机械研磨。其次，对前面说明的计算公式的使用方法进行说明。

如前面说明的那样，到此前为止，在进行产品晶片的研磨时，利用模拟晶片设定基准研磨速率。由基准研磨速率求出必要的研磨时间，实际利用产品晶片，进行预先研磨，从该研磨结果修正研磨时间的过多或不足，对以后的产品晶片进行规定个数的化学机械研磨。

在规定个数的产品晶片的化学机械研磨结束的时刻，通过用该时刻的实际研磨量除以研磨时间，再次设定研磨速率。再次设定与再次设定的研磨速率相匹配的研磨时间，用该再次设定的研磨时间进行规定个数的产品晶片的化学机械研磨。这样，一面定期地再次设定基准研磨速率，一面进行产品晶片的化学机械研磨。

此前的基准研磨速率是建立于在进行规定个数的化学机械研磨期间所设定的基准研磨速率不变化的大前提之上的。但是，实际上，化学机械研磨，由于用规定的推压力将研磨垫压在被研磨面上，用其间包含磨料的浆料进行研磨，所以，研磨垫等消耗材料应该时时刻刻在消耗。但是，在此前的方法中，是建立在这种研磨垫等消耗材料不被消耗的前提之上的。

图2是在使纵轴为研磨速率、横轴为消耗材料使用时间的情况下，用曲线示意地表示的实际研磨速率的演变。由于研磨垫等消耗材料随着时间而消耗，所以，研磨速率可以示意地用连续下降的曲线表示。

但是，如图2的阶梯状虚线所示，在对每规定个数的产品晶片进行化学机械研磨完毕的状态下，在每次进行质量管理(QC)时，分阶段地进行基准研磨速率的重新评估的此前的方法中，在刚刚修改设定基准研磨速率之后，虽然实际的研磨速率的偏移很少，但在进行规定个数的化学机械研磨、有必要修改基准研磨速率的时刻，实际的研磨速率变得比最初设定的基准研磨速率低，会发生有必要进行补充研磨的情况。这种基准研磨速率之差，在图中表示成Δr。

但是，如前面所述，本发明的计算公式，用下面的公式3表示，

研磨速率＝{(研磨前膜厚-目标膜厚)-(B+C)}/(A×研磨时间)......公式3

在该公式3中，通过将目标膜厚作为实际研磨时获得的研磨后的膜厚，可以变形为

基准研磨速率＝{(研磨前膜厚-研磨后膜厚)-(B+C)}/(A×研磨时间)......公式7

通过将参数A、B、C的值、和根据刚刚在此之前的化学机械研磨的研磨实际结果的研磨时间、实际的研磨量代入到该公式7中，根据刚刚在此之前的产品晶片的化学机械的实际，可以计算出最新的研磨速率作为基准研磨速率。即，总是能够实时地计算出反映伴随着消耗材料的消耗而降低的研磨速率，并将其作为基准研磨速率。

该计算公式，可以按如下方式表达。即

(最佳研磨时间)n＝{(研磨前膜厚-目标膜厚)-(B+C)}/A×(基准研磨速率)_n-1……公式8

(最佳研磨时间)_n：第n个产品晶片的最佳研磨时间

(基准研磨速率)_n-1：由第n-1个产品晶片的研磨的实际结果求出的研磨速率

因此，可以采用最新的研磨速率作为基准研磨速率，设定产品晶片的最佳研磨时间，例如，可以利用如图2所示的反映研磨速率的连续演变的最佳研磨时间进行化学机械研磨，其中，所述最新研磨速率是根据紧挨着此后即将要进行化学机械研磨的产品晶片之前的产品晶片的研磨实际结果得出的研磨速率。

因此，可以避免研磨结束后的补充研磨工序、或者由于过分研磨造成的废弃。其结果是，可以提高化学机械研磨工艺中的生产率。

这样，如果采用本发明中提出的计算公式，通过总是利用最新研磨速率作为基准研磨速率，无需假设在规定个数的产品晶片的化学机械研磨的期间、一度设定的基准研磨速率是恒定，而是根据恰在此之前的研磨实际结果，使用精度高的数值作为基准研磨速率，可以高精度地设定研磨时间。

这样，通过使用计算公式，总是可以将实际的化学机械研磨的研磨实际结果反映在研磨速率中。进而，根据实际的化学机械研磨的研磨实际结果，也可以按照计算公式将参数A、B的值在实际的研磨状况中进行修正。

如前面所述，参数A、B、C，即使从一开始就使用固定值，与不使用所述参数A、B、C时的情况相比，也可以高精度地进行研磨速率或研磨时间的计算，但是，作为进一步提高精度的方法，也可以进行参数A、B、C的自我修正。

所述参数A、B、C的自我修正按下述方式进行。即，对当前正在进行的化学机械研磨，对于每一个产品晶片而言研磨结束之后，将研磨实际结果作为分别表示研磨时间、研磨量的两个轴上的点加以掌握。例如，如图3所示，将研磨的实际结果打上点。由于将研磨的实际结果打上的点，随着进行化学机械研磨的产品晶片的处理数目增加，所以，在确保一定程度的打点数的时刻，例如，利用最小二乘法等，可以设定对应于多个打点的相关系数增高的恰当的直线公式。为了与该直线公式重合，通过改变计算公式的参数A、B，可以修正参数A、B的值。这种操作，实际上，如果利用计算机的运算功能的话，很容易进行。

在图3上，表示出了这种形式。即，相对于由横的虚线表示的目标研磨量，图中表示出多个表示研磨实际结果的打点。这种打点用于表示：在利用根据设计数据等设定的参数A、B、C表达的计算公式计算出的研磨条件下，进行实际的研磨，每一个所述研磨的实际结果。

在图3中表示出以下的形式，即，随着表示研磨实际结果的打点数的增多，表示利用根据当初的设计数据设定的参数A、B、C的计算公式的直线j、与打上的点的相关关系降低，直线k变成与研磨实际结果的打点的相关系数高的直线。在这种情况下，如果将表示直线k的公式的相当于参数A、B的项，表示成α、β的值的话，则通过将当初设定的参数A、B自我修正为α、β，可以改变成更符合现实状况的研磨的实际结果的形式的计算公式。即，

研磨量＝α×研磨速率×研磨时间+β+C......公式6

通过适当地进行上述参数A、B的修正，总是能够形成符合当前正在进行的化学机械研磨状况的计算公式。在参数A、B、C为固定方式的情况下，在用最初的计算公式所表达的化学机械研磨模型中，以将实际的化学机械研磨状况固定的情况作为前提，但在这种进行参数A、B的自我修正的方法中，可以说，表示实际的化学机械研磨状况的化学机械研磨模型发生了微秒的变化。

其次，对计算公式中的参数A、B、C的使用情况进行说明。参数A与化学机械研磨对象的膜的性质等膜特性相关，在进行产品晶片的化学机械研磨时，在相同种类的产品晶片中，已经有利用该计算公式的化学机械研磨的实际结果的情况下，沿袭在该处使用的参数A的值，开始化学机械研磨。化学机械研磨开始后，如前面说明的那样，通过按照实际的研磨状况对参数进行自我修正，可以进行更加反映实际进行的化学机械研磨状况的参数A的设定。

如前面所述，参数B与化学机械研磨对象的膜的凹凸图形等的起伏状态相关。关于该参数B，和上述参数A一样，在采用计算公式的化学机械研磨的实际结果已经存在的情况下，在该处可以使用当初所使用的值。然后，按照实际的化学机械研磨状况，一面进行参数B的修正，一面使之更符合实际的化学机械研磨状况。

如前面所述，参数C，表示在使用多台化学机械研磨装置时的研磨量等研磨条件中的装置间的机械误差，或者在使用同一个化学机械研磨装置中的多个研磨头时的研磨头之间的机械误差。在将关于化学机械研磨装置、研磨头的之外的产品晶片侧的条件看成相同的前提下，可以将其定义为表示进行化学机械研磨时的装置之间的研磨状况的差异的误差。

这种参数C，对每一个装置、每一个头预先进行设定，可以选择其数值，用于进行实际化学机械研磨的每一个装置、每一个头。这样，参数C是作为装置或头的固有值设定的，不会随着产品晶片的研磨实际结果发生变化。作为这种参数C，例如，如前面所述，可以定义为研磨时间的计时开始与实际的研磨开始的时间差等。

在作为上述时间差定义参数C的情况下，如公式3等所示，参数C可以利用加法(+)算符包含在计算公式中。根据参数C的定义方法，也可以适当地用乘法(×)或者除法(÷)的算符包含在计算公式中。

此外，在计算上述参数A、B、C时，在新品种的产品晶片、或者实施新的工艺等、过去没有研磨实际结果的情况下，可以使用产品晶片的设计数据。或者，也可以使用与产品晶片类似的产品晶片的过去的实际结果数据。

在新品种、新工艺中，如上所述，有必要重新设定参数，但是，由于计算公式的参数A依赖于研磨对象的膜的性质等膜特性，参数B依赖于研磨对象的膜表面的起伏状态，所以，具有可以根据半导体器件的设计数据，例如，根据图形的占有率、图形的疏密、图形的高度等数据决定的性质。

这样，由于可以预先根据设计数据等决定参数，所以，无需找出决定参数用的条件，不必使用模拟晶片或者进行预先研磨等，节省需要花费人力的复杂的寻找条件的处理的时间，可以节省人力，减少工时。

进而，因为在寻找条件时，利用实际当中使用的化学机械研磨装置来进行，所以，到此为止，在进行寻找条件的处理的期间内，不能进行实际产品晶片的化学机械研磨。但是，由于无需这种寻找条件，所以，不会损害化学机械研磨装置的生产能力。

对于通过利用上面说明的计算公式，与从前的方法不同，按照更适用于实际的化学机械研磨状况设定精度高的基准研磨速率、或者最佳研磨时间进行化学机械研磨的情况，如前面所说明的那样，下面，对于在半导体器件的制造过程当中实施这种化学机械研磨方法时能够有效地使用的化学机械研磨系统，进行说明。

图4是示意地表示本发明的在半导体器件的制造时进行化学机械研磨方法用的化学机械研磨系统的结构的图示。

在图4所示的化学机械研磨系统的结构中，包括：测定在化学机械研磨工序之前的工序中成膜的产品晶片的膜厚的测定机构10，进行化学机械研磨的化学机械研磨机构20，测定化学机械研磨后的产品晶片的厚度的测定机构30。所述测定机构10、30、化学机械研磨机构20，以能够交换数据的方式，连接到作为化学机械研磨工艺的管理机构40的主计算机40a上。

此外，主计算机40a，以能够交换数据的方式，连接到作为运算化学机械研磨机构20的产品晶片的研磨速率、或者研磨时间等的研磨条件的运算机构50的运算计算机50a上。运算计算机50a以能够交换数据的方式连接到数据存储机构60上，该数据存储机构60具有产品晶片的堆积图形及目标膜厚等半导体器件等的半导体器件的设计数据。

进而，在运算计算机50a进行处理时，为了根据需要在每次变更、编辑所使用的计算公式的参数时，能够从净化室的外部等进行参数数据的更新，运算计算机50a以能够进行数据更新的方式连接到作为数据更新机构70的计算机70a上。

在利用这种图4所示的化学机械研磨系统，进行产品晶片的化学机械研磨时，首先，利用作为化学机械研磨工艺的管理机构40的主计算机40a，对照处方(レシピ)进行下述设定，即，在下面将要进行的化学机械研磨中的产品晶片的种类、半导体器件的制造工序的哪一种工序中，适合使用该化学机械研磨工艺，使用哪种化学机械研磨装置。

利用从主计算机40a来的指令，在运算计算机50a中，根据前面说明的用公式4表示的计算公式进行计算，计算出在进行产品晶片的化学机械研磨时的研磨条件。在计算时所需的数据，从预先存储在运算计算机50a内的参数表51中选择。

在参数表51内，如图4所示，根据过去的研磨实际效果，保存有包含在计算公式中的参数A、B、C。参数A、B，对于每一个产品晶片的品种、每一种工艺分别作为数据来保存。参数C，对于每一个化学机械研磨装置、在一台装置上有多个研磨头的情况下，对于每一个头，存储有设定的数值数据。

如前面所述，在以后将要进行的产品晶片是新品种的情况下，或者在用新的工艺进行化学机械研磨等情况下，由于不存在基于过去的研磨实际结果的数值数据，所以，运算计算机50a访问存储机构60，从保存在存储机构60中的每一种产品晶片的设计数据中选择出作为参数A、B使用的数值数据。

此外，在计算公式中所必需的目标膜厚的值，从主计算机40a所具有的化学机械研磨的处方(レシピ)获得。不言而喻，也可以参照存储机构60所具有的设计数据取得。

同时，对于化学机械研磨对象的产品晶片的膜厚，利用构成测定机构10的非接触式的膜厚测定装置10a等，对每一个产品晶片进行测定，运算计算机50a经由主计算机40a取得这种膜厚测定数据。虽然其精度较差，根据情况，但可以考虑访问存储机构60、根据设计数据使用作为化学机械研磨对象的膜成膜时的目标膜厚数据。

如果存在有过去的研磨实际结果的话，研磨速率也可以利用该数值数据，但是，在完全没有过去的研磨实际的结果的情况下，或者，在预计由于人为的因素研磨速率变化的情况下，最好是实施、设定在初次限定的质量管理(QC)。

这样，通过设定研磨前膜厚、目标膜厚、参数A、B、C、研磨速率，在运算计算机50a中利用作为计算公式的例如以下的公式4，计算出最初的产品晶片的研磨时间，

研磨时间＝{(研磨前膜厚-目标膜厚)-(B+C)}/(A×研磨速率)......公式4

主计算机40a获得这样计算出来的研磨时间，按照化学机械研磨处方(レシピ)，以该研磨时间、用特定的化学机械研磨机构20的化学机械研磨装置20a进行化学机械研磨。

化学机械研磨结束后，产品晶片研磨后的膜厚，用构成测定机构30的非接触式的膜厚测定装置30a等进行测定，被送往主计算机40a。根据最初的产品晶片的化学机械研磨的进行，也利用测定机构10测定第二个产品晶片的研磨前的膜厚，按照前述要点送往主计算机40a。

利用运算计算机50a，根据采用最初的产品晶片的研磨后的膜厚数据由公式7计算出来的基准研磨速率、在最初的产品晶片的研磨时间的计算中使用的参数A、B、C，以及第二个产品晶片的研磨前的膜厚实测数据，利用公式8，计算出第二个产品晶片的研磨时间。

利用计算出的第二个产品晶片的研磨时间，实际进行第二个产品晶片的化学机械研磨。这样，以根据紧靠在它前面的一个产品晶片的研磨的实际结果计算出来的研磨速率作为基准，进行下一个产品晶片的化学机械研磨。

此外，作为基准研磨速率，在上面的说明中，对于根据紧靠在它前面的一个产品晶片的研磨实际结果计算出的研磨速率作为基准的情况进行了说明，但在产品晶片是新的品种，或者用新的工艺进行研磨等的情况下，为了充分估计到产品晶片的化学机械研磨不稳定的情况，直到看作化学机械研磨稳定之前，以初始设定的研磨速率作为基准进行化学机械研磨，然后，在看作化学机械研磨稳定的阶段，将紧靠它之前的一个产品晶片的研磨的实际结果，用于下一个产品晶片的研磨时间的计算。

进而，在只采用紧靠它之前的产品晶片的研磨的实际结果作为基准研磨速率的情况下，万一在紧靠它之前的一个产品晶片的研磨是异常的情况下，存在着使用该异常值作为基准的很大的危险性，所以，也可以采用如下计算方法计算出基准研磨速率，该计算方法根据直到紧靠它之前的产品晶片的过去的多个产品晶片的研磨的实际结果，例如，利用平均研磨速率等，计算出基准研磨速率。

这样，通过使用上述结构的化学机械研磨系统，在半导体器件的制造的化学机械研磨工艺中，与到此前为止的情况不同，在进行产品晶片的化学机械研磨之前，可以无需进行模拟晶片或者预先研磨等寻找研磨条件，可以降低半导体器件的制造成本。

此外，通过使用上述结构的化学机械研磨系统，可以根据研磨的实际结果，将用运算计算机50a进行运算时使用的计算公式中的最初设定的参数A、B，适当地修正成最佳值。例如，根据上面说明的要点，利用最初设定的参数A、B、C，实施产品晶片的化学机械研磨，如前面所述，将研磨的实际结果，在用研磨量、研磨时间两个轴表示的象限内打点，变更最初的计算公式，以便提高与打点的相关系数。

在变更上述计算公式时，可以利用运算计算机50a等运算机构50，一面将各种数值输入到参数A、B中一面进行。这样，通过用为了提高与表示研磨的实际效果的打点的相关系数而变更的参数A、B，置换最初设定的参数A、B，逐渐地自我修正计算公式，可以进行更符合实际化学机械研磨状况的化学机械研磨。

此外，关于这种参数A、B的自我修正，由于在研磨的实际结果少的情况下，存在着以异常值为基础进行修正的危险性，所以，为了直到积累了一定程度的研磨的实际结果之前不进行这种参数的自我修正，也可以自由地进行参数的修正功能的设定和解除。

此外，关于在运算计算机50a上的用于研磨时间、研磨速率等研磨条件的计算的计算公式，也充分预计到以下内容的参数编辑成为必要时的情况，所述内容为：或者改变参数的定义，或者根据另外的系统的化学机械研磨中的状况将参数值全部变更成不同的值，或者追加另外的参数、或者减少参数等。

在这种情况下，在图4所示的化学机械研磨系统中，可以由作为数据更新机构70的计算机70a等适当地进行运算计算机50a内的包含在计算公式中的参数的编辑，进行更新。这种计算机70a，可以连接到与进行产品晶片的化学机械研磨的有关化学机械研磨装置上的网络上，或者连接到与该网络连接的基础网络上，从容纳该化学机械研磨装置的净化室的外部，进行参数的编辑等更新处理。

如果制成这种系统结构的话，在净化室之外，就可以掌握目前正在进行当中的化学机械研磨的状况，不必每次进入净化室内进行化学机械研磨的状况的确认，或者由主计算机40a进行参数的更新处理，可以节省间接业务，提高效率。

上面，根据实施形式具体的说明了由本发明人完成的发明，但本发明并不局限于前述实施形式，不言而喻，在不超出其主旨的范围内可以进行各种变更。

例如，在上面的说明中，作为与膜的特性相关的参数，作为一个例子列举了与膜的性质相关的情况，但是，也可以利用除膜的性质之外的表示其它的膜特性参数。

作为装置间的机械误差，作为一个实施例，列举了表示计时开始与研磨开始的时间差的情况，但是，也可以利用表示除此之外的机械误差的参数。

在上面说明的化学机械研磨系统的结构中，独立地图示说明了测定机构和化学机械研磨机构，但是，也可以是构成化学机械研磨机构的化学机械研磨装置同时具有测定机构的结构。

进而，分别独立地图示说明了主计算机、运算机构、存储机构，不言而喻，也可以在作为各种机构起作用的装置内，同时具有其它的机构。各个机构之间的数据的交换，可以通过电缆进行，也可以无线地进行。当然，根据需要，也可以采用可以移动的CD、DVD、FD等数据存储机构。

(实施形式2)

在本发明的由多个叠层膜构成的叠层结构的化学机械研磨方法中，在作为化学机械研磨对象的多个叠层中，将其它叠层膜的研磨速率，换算成某一个叠层膜的研磨速率，在设定作为研磨对象的的多个叠层膜的化学机械研磨的研磨时间时，采用可以极其容易判断换算结果的新型的换算表。

在这种叠层结构的化学机械研磨中，可以使用由本发明人研究出来的前述的新型的计算公式，计算出研磨速率或研磨时间等研磨条件，能够以更高的精度进行化学机械研磨。

在本实施形式中，说明利用在前述实施形式1中说明的计算公式，进行与本发明有关的多个叠层膜的化学机械研磨时的情况。在根据本发明的化学机械研磨方法中，在作为化学机械研磨对象的多个叠层膜中，将其它叠层膜的研磨速率，换算成某一个叠层膜的研磨速率，设定作为研磨对象的多个叠层膜的化学机械研磨的研磨时间。特别是，提出了在进行这种换算时，利用极其容易掌握、判断换算结果的换算表的新的方案。

在前述实施形式1中，列举说明了对作为化学机械研磨对象为具有凹凸起伏的单层膜进行研磨的例子。即，以如下情况为例进行了说明，在这种情况下，表示实际研磨状况的对数计近似曲线h，可以区分为受到膜表面的凹凸图形等的起伏状况影响大的被研磨图形I，和膜的性质等的膜特性影响大的被研磨图形II。

但是，作为化学机械研磨的研磨对象，不仅是这种单层膜，有时也以将多个膜叠层的叠层膜作为对象。对于这种由多个叠层膜构成的叠层结构，通过利用前述实施形式1中说明的本发明人提出的计算公式，可以进行精度更高的化学机械研磨。

在将前述计算公式应用于研磨对象为由多个叠层膜构成的叠层结构时，本发明人设想，为了高效率地进行实际的化学机械研磨，在把由不同种类的膜构成的多个叠层膜换算成某种特定种类的膜之后，用在这种特定种类的膜的研磨速率下进行化学机械研磨时的研磨时间，统一地进行研磨。

在此之前，在由不同种类的膜的多个叠层膜构成叠层结构的化学机械研磨中，一般地，由于对于每一种膜其研磨条件不同，所以，给每一种膜分别分配一台化学机械研磨装置，用多台化学机械研磨装置进行研磨。或者，利用采用多研磨头的化学机械研磨装置，对于不同种类的膜，改变研磨工作台进行应对。

但是，本发明人认为，即使在研磨对象是由不同种类的膜的叠层膜构成的叠层结构的情况下，如果不分开使用多个化学机械研磨装置或者多个研磨头的话，不管是从装置的结构方面，还是从装置的使用效率方面，进而，还是从化学机械研磨的作业效率方面来看，都是优选的。

例如，化学机械研磨的研磨对象如图5(a)所示，叠层结构S，在形成于半导体片上的层100上，设置叠层膜200，该膜的种类为配线等使用的金属的金属膜200a，在其上设置叠层膜300，该膜的种类例如为亚磷酸三甲酯等的绝缘膜300a。在这种情况下，由于叠层膜200的存在，会造成在叠层膜300的表面上形成凸出部310。

对于这种叠层结构S，一直化学机械研磨到箭头所示的虚线，即，从第一层(最上层)的叠层膜300开始进行化学机械研磨，一直到刮入其下面的第二层的叠层膜200的虚线L为止。在这种情况下，表示实际的研磨状况的对数近似曲线h，如图图5(b)所示，应该显示出：最初与第一层的叠层膜300的凸出部310的研磨相关的研磨图形I，与对已将凸出部310削掉变得平坦的第一层的叠层膜300进行的削入研磨对应的被研磨图形II，完成叠层膜300的研磨、与对第二层的叠层膜200进行削入研磨对应的被研磨图形III。

在这种结构中，为了与前述实施形式1中说明的相对应，如图5(b)所示，可以利用在被研磨图形II的区域所示对数近似曲线h的渐近线进行研磨时间的计算，属于被研磨图形III的叠层膜200部分的研磨时间，可以通过将叠层膜200的研磨速率换算成叠层膜300的研磨速率算出。在进行这种研磨速率的换算时，本发明人利用换算表，可以简单地进行换算。

这种换算表，用矩阵的形式表示可以通过将构成叠层膜的膜的种类和研磨条件相组合加以决定的研磨速率。图6中给出了这种换算表的应该例子。

在图6所示的换算表中，纵向方向表示构成叠层的膜的种类，横向方向表示化学机械研磨的研磨条件，在膜的种类和研磨条件交叉的位置上，读出研磨速率。特别是，在图6所示的情况下，为了容易进行研磨速率的换算，对于膜的种类A、B、C...等，在令化学机械研磨的研磨条件为α、β、γ等情况下，用相对于由作为基准的膜的种类为A、作为基准的研磨条件为α时决定的研磨速率之比(选择比)，表示其它情况下的研磨速率。

就是说，在令由A种膜和研磨条件α决定的研磨速率为1.0的情况下，可以很容易判断由其它种类的膜和研磨条件决定的研磨速率占有什么样的比例。

此外，所谓研磨条件，在前述实施形式1中已经描述过，但在本实施形式中使用时，例如，通过将研磨压力、旋转速度、研磨剂材料、研磨材料的流量、进而在用两种液体以上的液体作为研磨剂使用时的它们的混合比等影响研磨速率的参数组合起来决定。

如图6所示，制成表示有关预先设定的选择比的信息的换算表，可以表示以和规定的叠层结构相关的实际的膜的种类、研磨条件为依据的研磨速率。或者，也可以对于各种研磨条件，进行实验求出其研磨速率。

此外，在这种换算表上表示的研磨速率，如在前述实施形式1中说明的，为了根据研磨的实际结果，进行最佳的研磨速率的设定，可以进行适用于所使用的计算公式的参数的变更。这种处理，可以很容易利用前述实施形式1中说明的图4所示的化学机械研磨系统的结构来进行。

例如，在进行图5(a)所示的叠层结构S的化学机械研磨的情况下，例如，第一层的叠层膜300用A种膜构成，第二层的叠层膜200用B种膜构成。表示这种结构的叠层结构S的实际的化学机械研磨状况的对数近似曲线h，关于A种膜的叠层膜300，以研磨条件α进行化学机械研磨，关于B种膜200，以研磨条件γ进行化学机械研磨。

在这种情况下，把叠层200的研磨时间的计算，换算成将用B种膜构成的叠层膜200假定成A种膜的叠层膜300、在研磨条件α下进行化学机械研磨时的情况。在这种情况下，根据图6所示的换算表，由于在B种膜和研磨条件α交叉的位置上的研磨速率的选择比为0.5，所以，可以一目了然地看出，叠层膜200的研磨时间，可以设定为叠层膜300的研磨时间的1/0.5倍，即，可以设定为2倍。

另一方面，叠层膜300的目标研磨量、叠层膜200的目标研磨量，可以根据化学机械研磨前的实际的膜厚和目标膜厚决定。实际的膜厚，通过膜厚测定可以掌握。此外，目标膜厚可以根据设计值确认。

这样，根据对于叠层膜300、200的研磨速率选择比、以及目标研磨量，可以分别计算出对于叠层膜300、200的研磨时间。

在上面的说明中，作为叠层300的具体例子列举了采用亚磷酸三甲酯(TMP)膜时的情况，作为叠层膜200列举了采用金属膜时的情况，但是，这些叠层膜300、200的膜的种类，当然并不局限于这种情况。

顺便提及，在前述实施形式1中所示的用关系到图1(a)的被研磨图形I、II的渐近线i近似的化学机械研磨的计算公式适用的情况，例如，是在用图5(a)的虚线L1表示的叠层膜300的单层内，结束化学机械研磨时的情况。

(实施形式3)

在前述实施形式2中，对于图5(a)所示的叠层结构S由第一层(最上层)的叠层膜300、和相当于非最上层的第二层叠层膜200构成，将第二层叠层膜200的研磨速率换算成叠层膜300的研磨速率，进行研磨时间的计算时的情况进行了说明，但是，我们发现，当使用图6所示的换算表时，还可以适用于除此之外的化学机械研磨方法。

即，前述实施形式的说明，是将不同种类的膜的叠层膜换算成其中的一种叠层膜、在同一个研磨条件下进行化学机械研磨时的情况。但是，从换算表可以看出，在A种膜和研磨条件α的组合和B种膜与研磨条件γ的组合中，选择比是同样的。

因此，与前述实施形式2不同，对于用A种膜构成的叠层膜300，可以在研磨条件α下进行化学机械研磨，对于用B种膜构成的叠层膜200可以在研磨条件γ下进行化学机械研磨。即，通过敢于使用不同的研磨条件，可以用同一个研磨速率研磨膜的种类不同的多个叠层膜。从而，将叠层膜300、200的研磨速率设定成同一个，研磨时间只依赖于目标研磨量，极其容易进行研磨时间的控制。

(实施形式4)

在前述实施形式2中，对于将叠层膜200换算成叠层膜300，在同一个研磨条件α下继续进行研磨的情况进行了说明，但是，为了提高研磨效率，对于研磨量比叠层膜200多的叠层膜300的化学机械研磨，最初可以在研磨精度比较粗糙、可以迅速研磨的条件下进行，然后，在接近于叠层膜200的时刻，降低速度，在研磨精度高、研磨速度慢的研磨条件下，进行化学机械研磨。

例如，最初以研磨条件γ进行用A种膜构成的叠层膜300，然后，在接近用C种膜构成的叠层膜200的时刻，在研磨条件α下进行研磨。即，这种化学机械研磨方法，是一种利用换算表，对于同一层，通过改变研磨条件，改变研磨速率，将研磨速度进行由快→慢的变化，提高研磨效率的方法。

这种方法也可以应用于用第一研磨速率、接着用第二研磨速率依次研磨成为化学机械研磨对象的同一个材料层的情况等。在这种情况下，可以根据读取分别由层的形成材料和研磨条件的组合决定的研磨速率的上述换算表，选择第一研磨速率和第二研磨速率，同一个材料层的研磨时间，由利用第一研磨速率和第二研磨速率计算出来的研磨时间的总和决定。

这种结构，与通常在进行同一层的研磨时，用同一个研磨速度进行研磨的从前的方法不同，这是一种由本发明人提出的一种新型的化学机械研磨方法，该方法同时兼具优先考虑研磨速度进行研磨的情况，和考虑到研磨精度进行研磨的情况。

此外，不言而喻，上述研磨方法的应用，不仅适用于构成叠层结构时的情况，也可以应用于单层结构的单一层部分的化学机械研磨。

(实施形式5)

在本实施形式中，对于以下情况进行说明，在这种情况下，在根据利用图5(b)所示的表示实际研磨状况的对数曲线h的渐近线i的公式计算出来的研磨时间进行研磨时，适当地选择研磨条件，控制化学机械研磨的结束时间。在化学机械研磨工艺的处理时间，例如，与化学机械研磨工序的前后工序相比，极其迅速的情况下，或者迟缓的情况下，会产生在工序之间的等待时间。当发生在工序之间的等待时间时，需要有暂时保管处理晶片等的储料器等设备，最好是不用这种储料器等，能够顺滑地调整工序之间的流程。特别是，在单片处理中，这种倾向很大。

在这种情况下，不像前述实施形式2所说明的那样，不用研磨条件α统一进行与A、B种膜相关的叠层膜300、200的化学机械研磨，而是，例如可以统一到研磨条件γ，将化学机械研磨的整个处理时间调整得较短。

或者，也可以设定成研磨条件β，故意放慢整个处理时间，以便在化学机械研磨工序的前后不发生等待时间。或者，也可以对于两个叠层膜300、200不统一研磨条件，例如，关于A种膜的叠层膜300，在研磨条件β下进行研磨，关于B种膜的叠层膜200，在研磨条件γ下进行研磨，自由地调整化学机械研磨工序的整个处理时间。

上面，根据实施形式具体地说明了由本发明人完成的发明，但本发明并不局限于前述实施形式，不言而喻，在不超出其主旨的范围内可以进行各种变更。

在前述实施形式2～5中，如图5(a)所示，以化学机械研磨对象由叠层膜300、200构成的两层叠层膜的情况作为例子，但是，叠层结构没有必要限定在两层结构，当然也可以适用于三层以上的叠层结构。

此外，在前述实施形式2中，列举了将不是最上层的叠层膜200换算成最上层的叠层膜300时的情况，但也可以换算成叠层膜200，或者，在三层以上的叠层结构中，也可以换算成中间层的叠层膜等。成为换算基准的叠层膜，是任意设定的，例如，可以适当地设定成最上层、中间层。、最下层等。

本发明可以在进行化学机械研磨的半导体器件的制造领域中使用。

Claims (25)

1.一种化学机械研磨方法，其特征在于，根据利用计算公式计算出来的值，对产品晶片进行化学机械研磨，所述计算公式是利用算符将依赖于产品晶片的晶片依存参数、和独立于前述晶片依存参数且依赖于对前述产品晶片进行化学机械研磨的装置的装置依存参数结合起来形成的。

2.一种化学机械研磨方法，其特征在于，在进行产品晶片的化学机械研磨之前，不用模拟晶片，而是利用在前述产品晶片之前处理过的产品晶片决定研磨条件。

3.一种化学机械研磨方法，其特征在于，在进行产品晶片的化学机械研磨之前，不进行预先研磨，而是根据设计数据决定研磨条件计算公式的依赖于前述产品晶片的晶片依存参数，所述预先研磨用于找出根据利用与产品晶片不同的晶片设定的基准研磨速率计算出来的前述产品晶片的研磨时间、与以前述基准研磨速率对前述产品晶片进行化学机械研磨时的实测研磨时间之差。

4.一种化学机械研磨方法，其特征在于，根据由采用以下参数的计算公式计算出来的值，进行化学机械研磨，其中，所述参数为：

(a)表示被研磨膜的膜特性对前述化学机械研磨的影响的参数，

(b)表示被研磨膜的起伏状态对前述化学机械研磨的影响的参数。

5.如权利要求4所述的化学机械研磨方法，其特征在于，依据产品晶片的研磨状态，修正包含在前述计算公式中的前述参数的至少一个。

6.一种化学机械研磨方法，其特征在于，根据由采用以下参数的计算公式计算出来的值，进行化学机械研磨，其中，所述参数为：

(a)表示被研磨膜的膜特性对前述化学机械研磨的影响的参数，

(b)表示被研磨膜的起伏状态对前述化学机械研磨的影响的参数，

(c)表示化学机械研磨装置的装置之间的机械误差对前述化学机械研磨的影响的参数。

7.如权利要求6所述的化学机械研磨方法，其特征在于，依据产品晶片的研磨状态，修正包含在前述计算公式中的前述参数的至少一个。

8.一种化学机械研磨方法，其特征在于，根据紧挨着的前一个晶片的研磨条件、或者直到紧挨着的前一个晶片为止的任意多个产品晶片的研磨条件，计算出产品晶片的化学机械研磨中的研磨条件。

9.一种化学机械研磨方法，该方法根据计算公式计算出来的值对在半导体片上叠层多个不同的层的叠层结构进行化学机械研磨，所述计算公式采用表示被研磨膜的膜特性对化学机械研磨的影响的参数、和表示被研磨膜的起伏状态对化学机械研磨的影响的参数，其特征在于，

在前述叠层结构中，成为化学机械研磨的研磨对象的各个层的研磨时间，由从换算表中选择的各层的研磨速率来决定，所述换算表读取由层的形成材料和研磨条件的组合所决定的研磨速率。

10.如权利要求9所述的化学机械研磨方法，其特征在于，前述换算表，以相对于基准研磨速率的比值表示各种研磨速率，所述基准研磨速率是利用作为基准确定下来的基准层形成材料和作为基准确定下来的基准研磨条件的组合决定的。

11.如权利要求9所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在依次用不同的研磨条件对成为前述研磨对象的层中的同一个层进行研磨时的研磨时间，是由利用来自于前述换算表的基于不同的前述研磨条件的研磨速率计算出来的研磨时间的总和算出的。

12.如权利要求9所述的化学机械研磨方法，其特征在于，对于成为前述研磨对象的层中用不同层形成材料形成的层的研磨时间，利用来自于前述换算表的基于同一研磨条件的研磨速率来计算。

13.如权利要求9所述的化学机械研磨方法，其特征在于，对于成为前述研磨对象的层中用不同层形成材料形成的层的研磨条件，利用前述换算表以成为同一研磨速率的方式进行设定。

14.如权利要求9所述的化学机械研磨方法，其特征在于，对于成为前述研磨对象的层中用不同层形成材料形成的层的研磨时间，利用来自于前述换算表的基于不同研磨条件的研磨速率来计算。

15.如权利要求9所述的化学机械研磨方法，其特征在于，为了使前述叠层结构的研磨结束时间成为规定的时间，利用基于从前述换算表选择出的研磨条件的研磨速率，计算并规定对于成为前述研磨对象的层中用不同层形成材料形成的层的研磨时间。

16.一种化学机械研磨方法，利用由计算公式计算出的值，对在半导体片上形成单一层的单层结构进行化学机械研磨，所述计算公式采用了表示被研磨膜的膜特性对化学机械研磨的影响的参数、和表示被研磨膜的起伏状态对化学机械研磨的影响的参数，在所述化学机械研磨方法中，其特征在于，

为了使前述单一层的研磨结束时间成为规定的时间，利用基于从换算表选择出的研磨条件的研磨速率计算并规定前述单一层的研磨时间，所述换算表读取由层形成材料和研磨条件的组合决定的研磨速率。

17.一种化学机械研磨方法，利用由计算公式计算出的值，对形成于半导体片上的同一材料层进行化学机械研磨，所述计算公式采用了表示被研磨膜的膜特性对化学机械研磨的影响的参数、和表示被研磨膜的起伏状态对化学机械研磨的影响的参数，其特征在于，

在利用第一研磨速率、接着用第二研磨速率依次对成为化学机械研磨对象的前述同一材料层进行研磨的情况下，前述第一、第二研磨速率是从读取由层形成材料和研磨条件的组合决定的研磨速率的换算表中选择出来的，前述同一材料层的研磨时间由利用前述第一、第二研磨速率计算出来的研磨时间的总和决定。

18.一种化学机械研磨系统，其特征在于，它包括以下机构：

(a)根据计算公式运算研磨条件的运算机构；

(b)存储构成前述计算公式的参数的数据的数据存储机构；

(c)根据产品晶片的研磨实际结果更新前述参数的数据的数据更新机构；

(d)测定前述产品晶片的研磨实际结果的测定机构；

(e)在基于前述计算公式运算出的前述研磨条件下对前述产品晶片进行化学机械研磨的化学机械研磨机构。

19.如权利要求18所述的化学机械研磨系统，其特征在于，设置多个前述化学机械研磨机构。

20.一种半导体器件制造方法，其特征在于，该制造方法包括进行以下处理的化学机械研磨工序：

(a)不用模拟晶片、而是用前述产品晶片设定基准研磨速率的处理，所述基准研磨速率是在进行前述产品晶片的化学机械研磨之前设定的。

21.一种半导体器件制造方法，其特征在于，该制造方法包括进行以下处理的化学机械研磨工序：

(a)在进行产品晶片的化学机械研磨之前，不进行预先研磨、而进行前述产品晶片的化学机械研磨的处理，前述预先研磨用于找出根据利用与产品晶片不同的晶片设定的基准研磨速率计算出的前述产品晶片的研磨时间、与利用前述基准研磨速率对前述产品晶片进行化学机械研磨时的实测研磨时间之差。

22.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，该方法包括利用采用以下参数的计算公式计算出的值进行化学机械研磨的工序，所述参数为：

(a)表示被研磨膜的膜特性对前述化学机械研磨的影响的参数，

(b)表示被研磨膜的起伏状态对前述化学机械研磨的影响的参数。

23.如权利要求22所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，依据产品晶片的研磨状态修正包含在前述计算公式中的前述参数的至少一个。

24.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，该方法包括利用采用以下参数的计算公式计算出的值进行化学机械研磨的工序，所述参数为：

(a)表示被研磨膜的膜特性对前述化学机械研磨的影响的参数，

(b)表示被研磨膜的起伏状态对前述化学机械研磨的影响的参数。

(c)表示化学机械研磨装置的装置之间的机械误差对前述化学机械研磨的影响的参数。

25.如权利要求24所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，依据产品晶片的研磨状态修正包含在前述计算公式中的前述参数的至少一个。

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