JP2002184733A

JP2002184733A - 処理方法、測定方法及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2002184733A
Application number: JP2000383194A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kawamura; 喜雄河村; 創一 ▲片▼桐; Souichi Katagiri; Kan Yasui; 感安井; Masayuki Nagasawa; 正幸長澤; Takatada Yamaguchi; 宇唯山口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2002-06-28
Also published as: US20020076933A1; KR20020048852A; TW529077B; US6589871B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度で処理条件を提示して生産性を向上させ
ることができる処理方法を提供すること。【解決手段】第１の基板に第１の処理を施す工程と、第
１の基板に第２の処理を施すか又は第２の基板に第２の
処理を施す工程を有し、この複数の処理の結果のそれぞ
れの基板の面内位置に対する面内分布データから、各面
内位置に対する複数の処理工程の差異のデータとして各
面内位置に対する相関関数を求め、この相関関数から所
望の処理条件における基板の面内分布特性を算出し、こ
の面内分布特性に基づいて上記基板を処理するようにし
た処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板等の処
理に適した処理方法、測定方法及び半導体装置の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】集積度が２５６Ｍｂｉｔ以上のＤＲＡＭ
（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅ
ｍｏｒｙ）等の高集積な半導体装置の製造工程では、最
小寸法が０．２μｍ以下の微細なパターンを形成するこ
とになる。光リソグラフィを用いてこのように微細なパ
ターンを高精度に形成するためには露光光の短波長化や
開口数の増大が必要となる。それに伴い、光リソグラフ
ィ工程で用いる縮小投影露光装置の許容焦点深度が浅く
なる。光リソグラフィ工程で基板表面に形成された薄膜
上の感光剤膜（ホトレジスト膜）に高い解像度で微細な
回路パターンを露光転写するためには、被露光面である
感光膜表面で０．３μｍ以下の平坦度が必要である。

【０００３】感光膜表面の平坦性を得る手法として、特
開平７−３１４２９８号公報には加熱により、感光膜の
形成される下地となる絶縁膜を軟化させてリフローさせ
るリフロー平坦化法が開示されている。また、絶縁膜の
凸部を溶かして平坦化するエッチング法、さらに加工液
に研磨粉や砥粒を含むスラリーと研磨パッドを用いて化
学的機械的に絶縁膜を加工する化学的機械研磨加工（Ｃ
ＭＰ：ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏ
ｌｉｓｈｉｎｇ）法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のリフロー平坦化
法やエッチング法では、段差部分を局所的に平滑化でき
るものの、半導体基板の広い領域（直径３０ｍｍ以上）
にわたって露光装置の浅い焦点深度の許容範囲を満たす
程の平坦度が得られないということについて配慮されて
いなかった。化学的機械研磨加工法はリフロー平坦化法
に比べて良い平坦性が得られる技術として近年半導体製
造プロセスに導入され始めた。化学的機械研磨加工法は
基板表面上に形成された薄膜面を研磨部材である柔軟な
研磨布（例えば、ポリウレタンからなる研磨パッドで、
縦弾性係数が１０００ｋｇ／ｃｍ²以下）に押し当てて
基板表面を研磨する方法である。この加工方法では、研
磨部材への半導体基板の押しつけ力が大きい程、すなわ
ち加工面圧が高い程、加工後の基板表面の平坦性は悪化
する。平坦性悪化の現象を低減するため加工面圧を下げ
ると、加工能率が低下して加工時間が増大し、スループ
ットが低下する。さらに基板表面の押しつけ力や研磨パ
ッド面の経時変化により加工後の基板表面の平坦性が低
下するということについて配慮されていなかった。

【０００５】一方、研磨剤と研磨布を用いる代わりに、
研磨砥粒を樹脂で固めた砥石（固定砥粒盤）を用いて基
板表面を加工する技術が特開平９−２３２２６０号公報
に開示されている。砥石は研磨布に比べて硬い（例え
ば、縦弾性係数が５０００ｋｇ／ｃｍ²以上）ため、凹
凸状の回路パターン領域の基板表面の平坦性能は向上し
たが、基板外周表面の加工特性が不均一となる、いわゆ
る縁だれ現象低減策の最適化に時間と労力を要し、さら
には経時変化の予測が困難であるということについて配
慮されていなかった。

【０００６】縁だれ現象低減策の例としては特開平６−
１５５２８６号公報のように、ウエハ外周に設けたガイ
ドの内壁面の構造に傾斜面を設け、ウエハ外周端部の過
剰研摩を防止する方法が示され、その効果を示すデータ
が同公報に開示されている。しかし、この効果を示すデ
ータは傾斜角度が３、５、１０度というように不連続な
データであり、最適条件や許容範囲等が明確でなく、ユ
ーザが高い信頼性と歩留まりで実際の生産ラインで半導
体装置を量産する場合には、最適化のための労力と時間
を費やすというということについて配慮されていなかっ
た。

【０００７】本発明者らは、半導体装置製造工程におけ
る複数の面内分布の測定データの相関を調べ、既知のデ
ータの相関関数との比較から未知の処理条件の面内分布
特性を推定し、最適な処理条件を提示できることを実験
的に初めて見いだした。

【０００８】また、研磨方法に係るものではないが、既
知のデータの相関関数との比較から処理条件を決定する
ものとして、特開平５−２７０９７３号公報には、シリ
コンウエハの面内での抵抗率分布を均一にするために、
単結晶棒の横断面の面内抵抗率を、複数の異なった磁場
強度に対して、それぞれ測定し、その相関関係を基に上
記面内抵抗率の分布の小さい磁場強度を決定することが
開示されている。しかし、この発明は微細な精度で推定
値を決定するということについては考慮していなかっ
た。

【０００９】本発明の第１の目的は、高精度で処理条件
を提示して生産性を向上させることができる処理方法を
提供することにある。

【００１０】本発明の第２の目的は、高精度で処理条件
を提示して生産性を向上させることができる半導体装置
の製造方法を提供することにある。

【００１１】本発明の第３の目的は、高精度の製品を得
るための測定方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の処理方法は、第１の基板に第１の処
理を施す工程と、第１の基板に第２の処理を施すか又は
第２の基板に第２の処理を施す工程を有し、この複数の
処理の結果のそれぞれの基板の面内位置に対する面内分
布データから、各面内位置に対する複数の処理工程の差
異のデータとして各面内位置に対する相関関数を求め、
この相関関数から所望の処理条件における基板の面内分
布特性を算出し、この面内分布特性に基づいて上記基板
を処理するようにしたものである。

【００１３】また、上記第１の目的を達成するために、
本発明の処理方法は、第１の基板に第１の処理を施す工
程と、第１の基板に第２の処理を施すか又は第２の基板
に第２の処理を施す工程を有し、この複数の処理の結果
のそれぞれの基板の面内位置に対する面内分布データか
ら、各面内位置に対する複数の処理工程の差異のデータ
として各面内位置に対する相関関数を求め、この相関関
数から所望の処理条件における基板の面内分布特性を算
出し、この面内分布特性から、その均一性が最小の処理
条件に基づいて上記基板を処理するようにしたものであ
る。

【００１４】ここで均一性が最小の処理条件に基づいて
処理するとは、必ずしも均一性の最小値の処理条件で処
理するのでなく、例えば、均一性の最小値を中心に１０
％の許容範囲の処理条件で処理するような場合も含むも
のである。

【００１５】これらの処理方法で、上記第１の処理及び
第２の処理をいずれも化学的機械研磨加工とすることが
できる。また、上記第１の処理及び第２の処理をいずれ
もプラズマ処理とし、上記基板の上記処理をエッチング
又は膜形成とすることができる。

【００１６】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の半導体装置の製造方法は、トランジスタと容量
とを備えた半導体装置を製造するために、半導体基板上
の所望の表面を上記の何れかの処理方法により化学的機
械研磨するか、或いはエッチング又は膜形成するように
したものである。

【００１７】また、上記第３の目的を達成するために、
本発明の測定方法は、第１の基板に第１の処理を施す工
程と、第１の基板に第２の処理を施すか又は第２の基板
に第２の処理を施す工程を有し、この複数の処理の結果
のそれぞれの基板の面内位置に対する面内分布データか
ら、各面内位置に対する複数の処理工程の差異のデータ
として各面内位置に対する相関関数を求め、この相関関
数から所望の処理条件における基板の面内分布特性を算
出し、この面内分布特性から、その均一性が最小の処理
条件を決定するようにしたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。なお、それぞれ図中において、同一の機
能の部分には同一の番号を付した。

【００１９】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
の半導体装置の製造方法の手順を示す概略図である。半
導体装置の製造方法において、第１の基板に第１の処理
を施す工程と第２の基板に第２の処理を施す工程を経た
後に、第１の基板の処理結果の面内分布データと第２の
基板の処理結果の面内分布データをそれぞれの処理工程
の差異をパラメータとして求める。次にこれらの面内分
布データを用いて、各面内位置をパラメータとして、同
一の面内位置での処理工程の変化に対するデータとし
て、処理条件に対する相関関数を求める。この相関関数
は少なくとも異なる２つの処理条件での同一の面内位置
でのデータがあれば、最小２乗法や直線回帰近似さらに
は指数関数近似、高次関数近似等の対数、指数、べき乗
の回帰計算の手法で算出可能である。相関関数の信頼性
を高めるためには２つ以上の複数の処理条件のデータ用
いると良いが、通常のプロセス下で用いる場合には二つ
の処理条件が既知であれば比較的信頼性の高い相関関数
を求めることができる。次に、この相関関数を基に、処
理条件の未知値に対する面内分布特性の算出を順次行う
ことにより、少ない実測データから広い処理条件の範囲
にわたる面内分布特性を推定することが可能となる。

【００２０】このように各面内位置での相関関数から基
板の面内分布特性を換算して予測し、所望の処理条件で
の基板の面内分布特性を示すことが可能となり、基板の
面内分布特性を最適にする処理条件を提示可能となる。

【００２１】なお、第１の基板に第１の処理を施す工程
の後に第１の基板の処理結果の面内分布データを取り、
続いて第２の基板に第２の処理を施す工程を経た後に第
２の基板の処理結果の面内分布データを取ることも可能
である。また、第１の基板に第１の処理を施す工程の後
に第１の基板の処理結果の面内分布データを取り、この
データ取得後の第１の基板を第２の基板として第２の処
理を施す工程を行ない、続いて第２の基板の処理結果の
面内分布データを取るというような工程を反復すること
も可能である。

【００２２】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
の半導体装置の製造方法の手順を示す概略図である。

【００２３】メーカより半導体製造装置を導入した装置
ユーザの半導体装置の製造方法において、第１の基板に
第１の処理を施す工程と第２の基板に第２の処理を施す
工程を経た後に、第１の基板の処理結果の面内分布デー
タと第２の基板の処理結果の面内分布データを求める。
これらの複数の面内分布データをメーカへ送る。送る方
法としては、データ通信回線等のネットワーク経由で送
信する。状況に応じて、磁気や光ディスク媒体に入れた
データファイルの送付等で送ることもできる。これらの
複数の面内分布データ受信後メーカはデータ量から所定
の規定に従って課金を算出してユーザへネットワーク経
由等で返信する。メーカとユーザとの間で予め定めた金
額によるサポート契約がある場合にはネットワーク経由
等での返信無しに次のステップへ進む。随時サポート契
約の場合にはネットワーク経由等で返信した課金金額へ
のユーザの了解回答を得た後に次のステップへ進む。次
のステップでは、送信されて来たデータを用いて、それ
ぞれの処理工程の差異をパラメータとして面内分布デー
タを求める。各面内位置をパラメータとして、同一の面
内位置での処理工程の変化に対するデータとして、処理
条件に対する相関関数を既述の方法で求める。

【００２４】次に各面内位置での相関関数から基板の面
内分布特性を算出して推定する。算出結果の推定特性と
メーカが有する類似のデータベースの中の特性とを比較
し類似度の高い特性の処理条件を参照して、推定特性と
の類似度の高い相関関数が抽出できない場合には、メー
カからユーザへ処理条件や半導体製造装置の諸状態を示
すデータをネットワーク経由等で問い合わせるなどのフ
ォローを行ない、メーカのデータベースに新たな相関関
数として登録する。類似度の高い相関関数を抽出後、ユ
ーザの処理工程の状況や対処方法をネットワーク経由等
で返信提示する。さらには、ユーザが現状のままで処理
工程を継続した場合の予測面内分布特性やメーカ提示の
対処方法を実施した場合の予測面内分布データをメーカ
からユーザへネットワーク経由等で送信回答する。その
後、上述の課金がユーザからメーカへ支払われる。この
ような工程を反復する半導体装置の製造方法の提供が可
能である。なお、メーカ提示の対処方法はファイルとし
てユーザがダウンロードして該当装置のプログラムに追
記したり、書き換えることにより実行可能となる。状況
に応じては、ネットワーク経由でメーカがユーザの装置
の状況を診断プログラムで把握しつつ対処することも可
能である。

【００２５】さらに、メーカ保有のデータベースとし
て、実測データで検証されたシミュレーションに基づく
相関関数を用いて、種々の処理条件や異なる組合せ処理
条件での処理特性の推定を行なうことも可能である。

【００２６】さらには、相関関数で推定される特性を処
理条件を時間軸にしてアニメーション等の動画で可視化
したり、強調して表示することにより、ユーザへの説得
性を高め、プロセス異常や未知なる処理条件の立ち上げ
を迅速かつ効率良く行なうことができる。

【００２７】（実施例３）本発明の第３の実施例として
半導体装置用基板のウエハ平坦化工程用の化学的機械研
磨工程について説明する。図３は化学的機械研磨装置の
概略断面図である。研磨手段として研磨パッド１を回転
定盤２上に貼りつけて矢印３方向に回転する。研磨パッ
ドは、例えば発泡ウレタン樹脂を薄いシ−ト状にスライ
スして成形したものであり、被加工物の種類や仕上げた
い表面粗さの程度によってその材質や微細な表面構造を
種々選択して使いわける。被加工物のウエハ４は弾性の
あるダイヤフラム５を介してホルダ６に固定する。ホル
ダ６を矢印７方向に回転しながら、矢印８方向に荷重を
加え、さらに、ダイヤフラム内の流体圧力を適切に加圧
制御することにより、ウエハ４の表面が研磨パッド１の
表面に接触する。研磨加工に際しては研磨パッド１の上
に研磨スラリ−９を配管１０より所定量だけ供給するこ
とによりウエハ表面上の薄膜の凸部が研磨除去され平坦
化される。二酸化珪素（ＳｉＯ₂）等の絶縁膜を研磨す
る場合、一般に研磨スラリとしては微細なシリカ粒子を
水酸化カリウム等のアルカリ水溶液に懸濁させたコロイ
ダルシリカを用いる。アルカリによる化学作用が加わる
ため、砥粒のみによる機械的研磨に比べ高い加工能率を
得られる。ウエハ４は研磨パッド１と接触して研磨され
る際の摩擦力によりダイヤフラム５の下からウエハ４が
研磨パッド面と平行な方向に離脱することを防止するた
めに、ホルダ６の外周にリテーナリング１１が設けてあ
る。リテーナリング１１の内径はウエハ４の外径より若
干大きい寸法で設計する。材料としては、リテーナリン
グ１１の下面と研磨パッド表面とを接触させる手法で研
磨加工する際にはポリアセタール等の樹脂を用い、研磨
パッド表面と非接触な手法で研磨加工する際にはステン
レス等の硬い材料を使用することが望ましい。

【００２８】また、上述の研磨パッドの代わりに、硬度
が最適に制御された固定砥粒盤や砥石を用いることもで
きる。弾性率５０００ｋｇ／ｍｍ²以上の硬さで、粒径
０．０１〜１μｍ程度の二酸化珪素、酸化セリウム、酸
化アルミナ等の砥粒をフェノール系、ポリエステル系等
の高純度有機系樹脂で混練後、適切な圧力を加えて固形
化し、必要に応じて加熱硬化等の処理を加え結合したも
のを砥石として用いることにより、スクラッチを発生す
ることなくと加工ダメ−ジの少ない平滑面を高い平坦性
能と加工能率で得ることができる。

【００２９】研磨手段として固定砥粒盤を用いる処理工
程における一実施例として、リテーナリングの条件を変
化させる場合を説明する。図４はウエハ４の外周端の高
さを規制するための溝２２を有するリテーナリング２１
を有する化学的機械研磨装置の拡大した部分側断面を示
す概略図である。ホルダ６の最外周にリテーナリング２
１が固定してある。ウエハ４はダイヤフラム５を介して
ホルダ６によって研磨パッド１に押し付けられる。ダイ
ヤフラム５の内圧とホルダ６に加える荷重を制御するこ
とにより、溝２２の中心と固定砥粒盤１の表面との距離
すなわちリテーナリング支持のウエハ中心高さｈを所定
値に設定できる。その結果、研磨加工時のウエハ４の外
周端の加工効率を制御可能となり、ウエハ面内の研磨加
工速度分布すなわち処理後のウエハ面内分布を制御でき
る。

【００３０】図５（ａ）はウエハ面内位置に対する研磨
速度分布を示したものである。●印はリテーナリング支
持のウエハ中心高さｈ＝２７５μｍと２４０μｍの時の
測定結果である。ウエハ表面の薄膜の残膜厚さを光学式
膜厚計で測り、研磨加工前と加工後の膜厚の差分量と加
工時間とから研磨速度を算出する。膜厚を直径２００ｍ
ｍのウエハの直径上を所定間隔で計測することにより求
める。なお、測定間隔は変化の比較的急峻となりやすい
ウエハ外周から２５ｍｍまでを１ｍｍ間隔で、比較的変
化の穏やかな中央部を５ｍｍ間隔で測定して表した。図
５（ｂ）はウエハ面内位置に対する研磨加工条件を変え
ることによる変化特性を示す一例の図で、ウエハ面内位
置ｒが９９〜７５ｍｍの場合を抜粋し、横軸は距離ｈ、
縦軸は研磨速度Ｖを示した。この研磨加工条件を処理条
件ｎとして面内位置ｒでの研磨速度Ｖの測定データから
相関関数Ｆｎ（ｒ、ｈ）を求めることができる。この相
関関数Ｆｎ（ｒ、ｈ）から面内位置ｒに対する任意のｈ
の研磨速度Ｖ（＝Ｆｎ（ｒ、ｈ））が算出できる。図５
（ａ）の太実線はｈ＝２５０μｍ時の算出した研磨速度
の推定特性曲線すなわち面内分布特性であり、ウエハ外
周の研磨加工特性の急変が距離ｈ＝２５０μｍ時に小さ
くなることが推定される。さらに、○印はｈ＝２５０μ
ｍ時の実測データであり、推定特性曲線と良く一致する
ことが認められる。この図５（ｂ）に示す面内位置に対
する相関関数の変化率を面内位置である半径位置に対し
て示すのが図６（ａ）である。これは処理条件ｎに対す
る相関関数のパターンの一例となる。

【００３１】図６（ｂ）は求めた相関関数を用いてリテ
ーナリングの溝２２の中心と固定砥粒盤の表面との距離
ｈ、言いかえるとウエハ外周端の中心と研磨パッドメン
トの距離、すなわちリテーナリング支持のウエハ中心高
さｈに対する面内分布特性から算出できる研磨加工速度
の均一性の特性曲線を示す一例である。均一性はウエハ
半径９５ｍｍ内の面内分布の変化の片幅を平均加工速度
で割って求めた値である。リテーナリング支持のウエハ
中心高さが２５０μｍの時に最も均一性が最小で良好と
なることが推定できる。なお、図中の○印は実測したリ
テーナリング支持のウエハ中心高さｈ＝２４０μｍとｈ
＝２７５μｍ時の面内分布データでの均一性のデータで
ある。本発明の相関関数による推定特性を用いることに
より、２つの条件のデータから２次以上の高次の特性曲
線となる均一性に関する特性を予測できるという特長が
認められる。このように、処理条件に対する相関関数か
ら、任意の処理条件の面内分布特性が求められるので、
所望の領域の均一性を最良にする条件や許容範囲を容易
に推定可能という特長が認められる。なお、ここで用い
たウエハの厚さは７５０μｍで、その中心は３７５μｍ
である。従って、リテーナリング支持のウエハ中心高さ
ｈ＝２５０μｍということは固定砥粒盤面に１００μｍ
程度押し込むような荷重を加える状態で研磨加工が行な
われていることを意味している。なお、所定の半径内に
おける均一性は面内の研磨加工速度分布曲線のその半径
内での最大値と最小値の片幅を平均加工速度で除して算
出する。また、平均加工速度は所定の領域内の各半径に
おける研磨速度値と半径値の積の総和を半径値の総和で
除することにより算出する。すなわち、（均一性）＝
（（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／２）／Ｖａｖ、さらに、Ｖ
ａｖ＝Σ（Ｖｎ×Ｒｎ）／Σ（Ｒｎ）となる。ただし、
Ｖｍａｘは最大加工速度値、Ｖｍｉｎは最小加工速度
値、Ｖａｖは平均加工速度、Ｒｎは半径値、Ｖｎは半径
Ｒｎの研磨速度値である。処理速度の面内分布データを
用いて平均処理速度を求める場合は、半径位置に対する
重み付け演算処理するのが望ましい。特に、本実施例の
ように半径位置の刻みを任意に変える場合に有効であ
る。

【００３２】図６（ａ）の変化率はウエハ中心高さｈ、
すなわちリテーナ溝幅（＝２ｈ）に関して増加関数であ
り、リテーナリング支持のウエハ中心高さｈが大きくな
る程研磨加工速度が増加する傾向を示す。しかも半径位
置で増加率が大きく異なる非線型なパターンを示してい
る。この要因はウエハ表面と研磨パッド表面とが押し付
け接触している界面に研磨スラリが入り込み易くなり、
しかもその度合いが半径位置で鋭く変化することによる
ものと考える。

【００３３】（実施例４）本発明の第４の実施例として
半導体装置用基板のウエハ平坦化工程用に研磨手段とし
て柔軟な研磨布を用いる化学的機械研磨工程について説
明する。図７はウエハ４の水平方向への離脱防止のた
め、内壁が垂直な円筒状のリテーナリング２３を有する
化学的機械研磨装置の拡大した部分側断面を示す概略図
である。ホルダ６の最外周に厚さＷのリテーナリング２
３が固定してある。ウエハ４はダイヤフラム５を介して
ホルダ６によって研磨パッド１に押し付けられる。ダイ
ヤフラム５の内圧とホルダ６に加える荷重を制御するこ
とにより、リテーナリング２３が研磨パッド面と接触
し、ウエハ経由で研磨布に加わる力とリテーナリング経
由で研磨布に加わる力を制御し、ウエハ外周近傍の研磨
布の形状を変えてウエハ外周の研磨速度を調整する。ダ
イヤフラム５の内圧とホルダ６に加える荷重を制御する
別の手法としてリテーナリング２３の厚さＷを変化させ
ることも可能である。すなわち、厚さＷを大きくすると
リテーナリング２３から研磨布に加わる力が増す。

【００３４】図８（ａ）はウエハ面内位置に対する研磨
速度分布を示したものである。●印はリテーナリングの
厚さＷ＝１２７０μｍの時、○印はリテーナリングの厚
さＷ＝１２９０μｍの時の測定結果である。ウエハ表面
の薄膜の残膜厚さを光学式膜厚計で図り、研磨加工前と
加工後の膜厚の差分量と加工時間とから研磨速度を算出
する。膜厚を直径２００ｍｍのウエハの直径上を所定間
隔で計測することにより求める。なお、測定間隔は変化
の比較的急峻となりやすいウエハ外周から２５ｍｍまで
を１ｍｍ間隔で、比較的変化の穏やかな中央部を５ｍｍ
間隔で測定し、各データ間を直線で結んで表した。図８
（ｂ）はウエハ面内位置に対する研磨加工条件を変えた
ことによる変化特性を示す一例の図で、ウエハ面内位置
ｒを９９〜７５ｍｍの場合を抜粋し、横軸は厚さＷ、縦
軸は研磨速度Ｖを示す。この研磨加工条件を処理条件ｎ
２として面内位置ｒでの研磨速度Ｖの測定データから相
関関数Ｆｎ２（ｒ、Ｗ）を求めることができる。この相
関関数Ｆｎ２（ｒ、Ｗ）から面内位置ｒに対する任意の
厚さＷの研磨速度Ｖ（＝Ｆｎ２（ｒ、Ｗ））が算出でき
る。図８（ａ）の太実線で示すＷ＝１２５０、１２８
０、１３１０μｍの特性曲線はこのようにして求めた研
磨速度の面内分布特性であり、ウエハ外周の研磨速度の
急変幅が距離Ｗ＝１２８０μｍ時に最小になることが予
測される。図８−ｂに示すような面内位置に対する相関
関数の変化率を面内位置である半径位置に対して示すの
が図９（ａ）である。これは処理条件ｎ２に対する相関
関数のパターンの一例となる。

【００３５】図９（ｂ）は求めた相関関数Ｆｎ２（ｒ、
Ｗ）を用いてリテーナリング厚さＷに対する研磨加工速
度の均一性を算出した結果の一例である。半径９５ｍｍ
内の面内分布の変化の片幅を平均加工速度で割って求め
た値である。リテーナリング厚さＷが１２８０μｍの時
に最も均一性が良好となることが推定できる。なお、図
中の○印は実測した二つの面内分布データでの均一性の
データである。本発明の相関関数により求まる面内分布
特性を用いることにより、２次以上の高次の特性曲線と
なる面内分布特性から均一性特性を二つの条件のデータ
から予測できるという特長も認められる。図９（ａ）の
変化率は、リテーナ厚さＷが大きくなる程研磨加工速度
の減少する傾向を示している。この要因は、実施例３と
は異なりウエハ外周端の高さが規制されていないため、
ウエハと研磨パッドとの界面に介在する液体によりウエ
ハが浮き上がりやすくなり、リテーナ厚さの増加に伴っ
てウエハ表面が研磨パッド表面より離れやすくなるため
研磨速度が減少するものと考える。

【００３６】図６（ａ）と図９（ａ）のパターを比較し
てみても明らかなように処理条件で相関関数の変化率の
パターンが異なることが認められ、これをデータベース
として蓄積することにより、処理状況を精度良く把握す
ることが可能となる本発明の特長が認められる。

【００３７】（実施例５）本発明の第５の実施例として
半導体装置用基板のウエハ平坦化処理用の化学的機械研
磨工程について説明する。図１０（ａ）はウエハの背面
を研磨手段として固定砥粒盤面に押しつけるダイヤフラ
ムのシート厚さを処理条件として変えて研磨加工を行な
ったときのウエハ面内位置に対する研磨速度分布を示
す。●印はシート厚さｄ＝３．０ｍｍのとき、○印はシ
ート厚さｄ＝０．８ｍｍのときの測定結果である。図１
０（ｂ）はダイヤフラムのシート厚さを処理条件とする
ときの相関関数のパターンの一例である。図１１はこの
相関関数を用いて求めたダイヤフラムのシート厚さｄに
対する研磨加工速度の均一性を算出した結果の一例であ
る。シート厚さｄ＝２ｍｍの時に最も均一性が良くな
り、その時のウエハ面内の研磨速度分布を図１０（ａ）
に太実線で示す。本発明の相関関数により求まる面内分
布特性を用いることにより、ダイヤフラムのシート厚さ
ｄに対する２次以上の高次の特性曲線となる面内分布特
性から均一性特性を二つの条件のデータから予測でき、
すなわち０．８ｍｍと３ｍｍのシート厚さの異なる測定
データから最適なシート厚さを求めることができる。こ
のように本発明によれば数少ない測定データから化学的
機械研磨装置の主要寸法を決めることができるという特
長が認められる。

【００３８】（実施例６）本発明の第６の実施例として
半導体装置用基板のウエハ平坦化工程用の化学的機械研
磨工程について説明する。研磨手段としては固定砥粒盤
を用いた。図１２（ａ）は研磨枚数を処理条件とした時
のウエハ面内位置に対する研磨速度分布を示す。いわゆ
る研磨加工工程の経時変化を示している。●印は５枚
目、１０２枚目の時、○印は５５枚目、１５８枚目の時
の測定結果である。図１２（ｂ）は研磨枚数、すなわち
経時変化に対する相関関数のパターンの一例である。図
１３は５、５５、１０２、１５８枚目の４処理条件のデ
ータを用いた相関関数を用いて求めた研磨加工の面内分
布特性から均一性の経時変化、すなわち累積相当枚数を
算出した結果の一例である。面内加工速度分布を測定し
た４条件の実測の均一性値を○印で示した。加工枚数１
５０枚目前後で均一性の最良点を通過して次第に均一性
が低下することが推定される。均一性±１５％を許容範
囲とする場合には３００枚の加工が無調整で可能という
ことを示している。

【００３９】従って、加工枚数３００枚目にホルダの調
整等の対策を指示することが可能となる。図１３の均一
性の予想には４つの処理条件のデータを用いた。これに
対しこの４つの処理条件以外にも抜き取り３５データの
相関関数で求めた研磨速度の面内分布特性から算出した
均一性の予測特性を図２３（ａ）に示し、５０枚目近傍
と１６０枚目近傍の１０データの相関関数で求めた研磨
速度の面内分布特性から算出した均一性の予測特性を図
２３（ｂ）に示した。それぞれの図中の○印は実測した
研磨速度分布の単独での均一性の値であり、かなりの幅
でばらつくことが認められる。個々のデータでの均一性
の値がばらつくのは、ここで扱う処理条件以外の変動要
因が実際には影響することに起因する。しかし、本発明
の研磨速度分布データの段階で相関を求め、ここで扱う
処理条件、すなわち累積相当枚数に対する研磨速度の面
内分布特性を推定し、それから、均一性を予測すると、
扱うデータ数によらずその予測値はほぼ同じ特性を示す
という特長が認められる。

【００４０】ただし、研磨速度分布データのばらつきが
大きい場合には用いるデータ数を多数用いることが特性
の予測精度を向上できる。図２４（ａ）は処理条件以外
の誤差要因の影響の少ない二つのデータの相関関数で求
めた研磨速度の面内分布特性から算出した均一性の予測
特性であり、図２４（ｂ）は処理条件以外の誤差要因の
影響の大きかったデータを含めた二つのデータの相関関
数で求めた研磨速度の面内分布特性から算出した均一性
の予測特性である。図２４（ａ）の予想特性は図１３や
図２３の結果とほぼ一致するが、図２４（ｂ）の予想特
性は大きく異なっている。これは２番目のデータにここ
で対象とした経時変化以外の要因による研磨特性分布の
変化が大きく影響したためであり、使用するデータ数が
少ない場合の留意すべき点である。従って、収集の変動
要因が重畳される製造装置やプロセスの場合には、処理
条件での分布データを複数用いることが望ましい。ただ
し、他の変動要因を切り分けられる場合には図２４
（ａ）で示したように二つのデータからの予測で、図２
３（ａ）の多数データによる予測とほぼ一致する結果が
得られることから、本発明により、データ処理の労力短
縮や半導体製造装置や半導体処理プロセス上の問題点の
把握が極めて容易に行える特長が認められる。このよう
に、数少ない測定データから化学的機械研磨装置の経時
変化対策のための予測や警告を提示することが可能とい
う本発明の特長が認められる。

【００４１】なお、以上述べてきた実施例における処理
条件として、研磨手段のドレス条件（例えば、ドレッサ
の歯の構造、形状、切りこみ深さ、相対速度、回転数、
荷重、走査速度、走査範囲、ドレス頻度、経過時間等）
や研磨手段の条件（例えば、回転数、研磨液量、研磨液
濃度、分散剤濃度、研磨パッド材質、研磨手段の微細溝
構造、砥石材質、砥粒形状、経過時間等）、ホルダ条件
（例えば、回転数、荷重、ダイヤフラム構造、ダイヤフ
ラム材質、ダイヤフラムの張り方、ダイヤフラムとウエ
ハ裏面接触部材の材質や構造、ダイヤフラム内の圧力分
布や制御方法、リテーナリング構造、リテーナリングの
内径や外径寸法、リテーナリング材質や弾性率、加工時
摩擦力、経過時間等）、ウエハ条件（直径、厚さ、裏面
構造、最外周の丸み構造、パターン構造、絶縁膜の材
質、配線の材質、処理工程履歴、加工時摩擦力、洗浄方
法等）が想定できる。

【００４２】さらに、化学的機械研磨工程以外に対象と
する基板の面内均一性を要求するエッチング工程、ＣＶ
Ｄ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）の膜形成工程、スピン塗布工程、メッキ工程等の
半導体プロセスに応用できる。また、ウエハ面内の欠陥
分布データやパターン寸法分布データとそれを得た処理
条件とを組み見合わせてプロセスの推定を行なうシステ
ムへの展開も可能である。

【００４３】（実施例７）本発明の第７の実施例として
半導体装置用基板のウエハ平坦化工程用の化学的機械研
磨工程について説明する。図１４（ａ）は化学的機械研
磨装置の概略側面図で、図１４（ｂ）はは概略正面図で
ある。研磨手段として砥粒を保持した研磨テープ３７０
を用いる半導体装置の製造方法を示している。高精度に
回転可能な取付台３３０に設置したホルダ３０１にウエ
ハ１６０を吸引固定する。ホルダ３０１の突起部や壁部
とウエハ１６０の基板裏面との非接触の領域に流動化し
た媒体３５０を供給し、間隙に充満したこの媒体３５０
を所定の温度に冷却して固化させウエハ１６０の固定保
持力を増加させる。この手法によりウエハ表面の平坦性
の悪さを補間できるので表面に伝えることなくウエハを
固定できる。次に、軸３３３を中心に高精度に回転させ
る。研磨テープ３７０は適当な張力で図示していない送
りだし巻取り機構で所定の速度で順次送りだし巻取られ
て行く。研磨テープの背面から回転ローラ３７１によ
り、ウエハに対する加工加重が加えられる。研磨テープ
を用いることにより研磨手段のドレッシング工程が簡略
化でき均一で安定な化学的機械研磨による半導体装置の
製造が可能となる。このような化学的機械研磨装置を用
いる処理工程においても既述の実施例やその応用が適用
できる。

【００４４】（実施例８）本発明の第８の実施例とし
て、半導体装置用基板のエッチング工程について述べ
る。図１９はエッチング装置の断面概略図である。真空
容器内の試料台１０２上のウエハ１０３に対向してプロ
セスガスを噴出するシャワープレート１０４を備えた石
英天板１０５及びとウエハ１０３を取り巻く構造の石英
円筒１０６とアース１０７を備えている。石英天板１０
５にはアンテナ１０８が接続し、アンテナ１０８はオー
トチューナ１０９を介してＵＨＦ電源１１０に繋がって
いる。一方、試料台１０２はＲＦ電源１１１に接続して
いる。ウエハを真空容器内に設置後、真空容器内を排気
し、図示していないガス供給系から所定のガスを供給
し、シャワープレート１０４の複数の孔からプロセスガ
スを矢印１１２のように噴出させ、排気口１１３から矢
印１１４のように排出して所定の真空圧力に設定する。
プロセスガスを流した状態でＵＨＦ電源とＲＦ電源に所
望の電圧を印加するとウエハ１０３表面直上にプラズマ
１１５が形成する。外部に設置した複数の磁場コイル１
１６はこのプラズマ１１５の密度や分布の制御に使用す
る。

【００４５】このプラズマ１１５の均一性の状態により
ウエハ表面に対するエッチング特性が変化する。プラズ
マの均一性の状態を左右する要因としては、主電力供給
用のＵＨＦ電源とバイアス用のＲＦ電源とそれぞれの電
力や周波数、プロセスガス成分、ガス流量、ガス流分
布、シャワープレート１０４の直径、アンテナ１０８と
ウエハとの距離、石英円筒１０６やアース１０７の内径
等の形状、磁場コイル１１６の構造やコイル電流等があ
り、これらの要因によりプラズマ内の活性分子の反応や
再入射回数、反応生成物等の挙動が微妙に変化する。エ
ッチング速度の大小やウエハ面内でのエッチング速度分
布さらにはエッチングの方向性もこれらの要因の影響を
受けて、大口径のウエハ面上のパターンのエッチング特
性の均一性が変化する。プラズマが不均一になるとエッ
チング形成されるウエハ上の微細パターンの形状が劣化
してパターン寸法精度（ＣＤ：ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉ
ｍｅｎｓｉｏｎ）が低下する。プラズマの均一性の測定
手法の一つにウエハ面内におけるイオン電流密度を測定
する手法がある。

【００４６】図２０（ａ）は本発明の実施例で、処理条
件としてアンテナ１０８の形状、すなわちアンテナの直
径によるプラズマの均一性の変化をイオン電流密度で示
したものである。●印はアンテナ径２２５ｍｍのとき、
○印はアンテナ径２７０ｍｍのときにＵＨＦ電力４００
Ｗ（４５０ＭＨｚ）、コイル電流１０Ａでプラズマを形
成した場合の測定結果である。直径３００ｍｍウエハの
直径上の位置でのイオン電流密度を２５ｍｍ間隔で測定
した。図２０（ｂ）はこの二つの処理条件での相関関数
を用いて、任意のアンテナ径におけるウエハ面内位置に
対するイオン電流密度の面内分布特性を算出し直径上の
ウエハ中心に対して±１５０ｍｍでのプラズマの均一性
を求めて、アンテナ径に対して描いた結果である。アン
テナ径２４０ｍｍのときに均一性が最小１１．５％にな
ることが予測できるという特長が認められる。この均一
性が最小になるアンテナ径２４０ｍｍの場合のプラズマ
のイオン電流密度分布を図２０（ａ）に太実線で示して
ある。

【００４７】別の処理条件としてＵＨＦ電力を変えた場
合の一例を図２１に示す。図２１（ａ）は処理条件とし
てアンテナ１０８の形状、すなわち、アンテナ直径によ
るプラズマの均一性の変化をイオン電流密度で示す別の
実施例であり、ＵＨＦ電力が５００Ｗ（４５０ＭＨｚ）
の場合である。●印はアンテナ径２２５ｍｍのときの、
○印はアンテナ径２７０ｍｍのときにコイル電流１０Ａ
でプラズマを形成した場合の測定結果である。図２１
（ｂ）はこの二つの処理条件での相関関数を用いて、任
意のアンテナ径におけるウエハ面内位置に対するイオン
電流密度の面内分布特性を算出し直径上±１５０ｍｍで
のプラズマの均一性を求めて、アンテナ径に対して描い
た結果である。アンテナ径が２４０ｍｍのときに均一性
が最小６．０％になることが推定できる。この均一性が
最小になるアンテナ径２４０ｍｍのときのプラズマのイ
オン電流密度分布を図２１（ａ）に太実線で示してあ
る。

【００４８】図２０（ａ）と図２１（ａ）で均一性が最
小と推定されるアンテナ径２４０ｍｍの場合のＵＨＦ電
力４００Ｗと５００Ｗのプラズマのイオン電流密度の面
内分布特性を用いて、ＵＨＦ電力を処理条件とする相関
関数を求め、任意のＵＨＦ電力値に対するイオン電流密
度の面内分布特性を算出して直径上±１５０ｍｍでの均
一性を算出した結果を図２２（ｂ）に示す。ＵＨＦ電力
５５０Ｗのときに均一性が最小３．９％となることが推
定できる。この均一性が最小３．９％になるアンテナ径
２４０ｍｍのときのＵＨＦ電力５５０Ｗ時のプラズマの
イオン電流密度分布を図２２（ａ）に太実線で示してあ
る。

【００４９】第８の実施例では、二つのＵＨＦ電力値条
件での二つのアンテナ径値に対するウエハ面内のイオン
電流密度の面内分布データから面内分布特性及び均一性
特性を算出してアンテナ径の最適値を求め、さらにその
最適条件下でのＵＨＦ電力に対する面内分布特性を用い
てＵＨＦ電力の最適値を相関関数から求めることによっ
て、より最適な処理条件を求めることが出来る特長の一
例を示した。このように、処理条件を組み合わせること
により、数少ない面内分布データから半導体製造工程に
最適な半導体製造装置の処理条件を算出して予測するこ
とが可能となる。その結果、膨大なデータを取ることな
く、さらには製造装置の機械的な要素を種々の構造寸法
で試作して実験することなく、短期間で最適条件を求め
ることが可能となるので、半導体製造プロセスの立ち上
げ時間の短縮、すなわちＱＴＡＴが可能となる特長もあ
る。その結果、製造コストの低減を図ることができると
いう特長もある。

【００５０】なお、プラズマの均一性に影響する他の要
因に関しても、それぞれの要因に対して少なくとも二つ
の異なる処理条件での面内分布データを得ることによ
り、既述の実施例のように順次、相関関数を用いて、面
内分布特性を求め均一性を算出して最適値を求めること
が可能なことは明らかである。

【００５１】（実施例９）図１５は本発明の第９の実施
例の半導体装置の製造方法の製造工程図である。通常、
半導体基板段差形成、ウェル形成、アイソレーション、
トランジスタ形成、ビット線形成、キャパシタ形成、配
線形成を反復することにより、ＤＲＡＭ等の半導体装置
の機能が形成される。これらのプロセスは露光処理、エ
ッチング処理、熱処理（酸化、アニール、拡散）、イオ
ン注入処理、薄膜形成処理（ＣＶＤ、スパッタリング、
蒸着）、洗浄処理（レジスト除去、溶液による洗浄）、
検査処理等を適宜組み合わせて構成される。

【００５２】図１５には、ＤＲＡＭの製造プロセスのう
ち、ビット線形成とキャパシタ形成の一例を示した。特
に、素子構造が変化する工程での断面構造の概略図を示
した。各図の右側にメモリセル部の断面構造を示し、左
側に周辺ＣＭＯＳ部の断面構造を示した。製造プロセス
は図１５（ａ）から図１５（ｇ）へと進行する。

【００５３】まず、半導体基板２０１に素子分離のため
の溝を形成する。その後、溝を有する基板上に化学気相
成長法によりシリコン酸化膜を形成する。次に、実施例
１〜７で示したいずれかの化学的機械研磨工程で最適化
を図った半導体装置の製造方法によりこのシリコン酸化
膜表面を研磨し、溝内にシリコン酸化膜を埋め込む。そ
の後、ゲート酸化膜及びゲート電極２０４、ソースやド
レインとなる不純物ドープ層を形成する。さらに、パッ
シベーション膜となるＳｉＯ₂膜（シリコン酸化膜）２
０３を形成する。この酸化膜上にレジスト膜２０２を形
成、露光することによりメモリセル部においてソース領
域となる不純物ドープ層上に開口部を有するレジストパ
ターンを形成する。このレジストパターンをマスクにし
てメモリセル部において不純物ドープ層上のシリコン酸
化膜をエッチングする（図１５（ａ））。

【００５４】次に、レジスト膜２０２を除去した後、多
結晶シリコン膜及びシリコン酸化膜を形成し、加工して
ビット線を形成する（図１５（ｂ））。次に、シリコン
酸化膜、シリコン窒化膜２０９及びシリコン酸化膜２１
０を堆積する（図１５（ｃ））。その後、リソグラフィ
ー及び、実施例８で示したエッチング工程で最適化を図
ったドライエッチング技術を用いてメモリセル部におい
てドレインとなる不純物ドープ層上の絶縁膜に開口部を
形成し、蓄積容量の第１の下部電極（蓄積電極）となる
ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜（多結晶シリコン膜）２１１を形成す
る。さらに、ドレインとなる不純物ドープ層上の多結晶
シリコン上に開口部を有するシリコン酸化膜２１２を形
成する（図１５（ｄ））。その後、蓄積容量の第２の下
部電極となる多結晶シリコン膜（第１の下部電極の内
側）を形成する（図１５（ｅ））。次に、上部表面の多
結晶シリコン膜の除去、シリコン酸化膜２１２及びシリ
コン窒化膜２０９の除去を行う（図９（ｆ））。その
後、酸化タンタル膜（Ｔａ₂Ｏ₅膜）２１５の形成（キャ
パシタ絶縁膜）、蓄積容量の上部電極となるタングステ
ン膜（Ｗ膜）２１６又は多結晶シリコン膜を形成する
（図１５（ｇ））。

【００５５】なお、図１５に示した符号は次の通りであ
る。すなわち、半導体基板２０１、レジスト膜２０２、
ＳｉＯ₂膜（パッシベーション膜）２０３、Ｓｉ₃Ｎ₄膜
２０４、ｎ＋層２０５、ｐ＋層２０６、ｐｏｌｙ−Ｓｉ
膜（ポリサイド）２０７、ＳｉＯ₂膜２０８、Ｓｉ₃Ｎ₄
膜２０９、ＳｉＯ₂膜２１０、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜２１
１、ＳｉＯ₂膜２１２、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜２１３、２１
４、Ｔａ₂Ｏ₅膜２１５、Ｗ（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）２１６で
ある。

【００５６】ＳｉＯ₂膜堆積、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜堆積、
Ｓｉ₃Ｎ₄膜堆積、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜エッチング、ＳｉＯ
₂膜エッチング、Ｓｉ₃Ｎ₄膜エッチング、Ｔａ₂Ｏ₅膜形
成、Ｗ膜形成等の各処理に先だって、実施例１〜７のい
ずれかの化学的機械研磨加工の工程を行って、露光装置
でアライメント誤差なく露光処理を行うことにより、高
性能で高信頼性を特長とする半導体装置を容易に提供可
能となった。なお、ＳｉＯ₂膜（パッシベーション膜）
等の化学的機械研磨加工の際には加工液等の研磨雰囲気
をアルカリ性にして、半導体基板上の薄膜の被加工面を
化学的に活性にして機械研磨加工することにより加工効
率を飛躍的向上できる。

【００５７】（実施例１０）図１６は本発明の第１０の
実施例の半導体装置の製造方法を示す半導体装置の断面
鳥瞰概略図である。本発明の実施例１〜７で示したいず
れかの化学的機械研磨工程で最適化を図った半導体装置
の製造方法により平坦化処理した半導体基板上に配線層
に相当する膜厚でＳｉＯ₂膜等の層間絶縁膜２２１を堆
積する。なお、半導体基板にはトランジスタが形成され
ている。さらに、配線溝のエッチング深さ制御の精度を
得るためＳｉＮ膜等のエッチストップ層２２０を堆積す
る（図１６（ａ））。レジスト膜２２２を塗付処理した
後、本発明の固定台に半導体基板を載せ配線溝パターン
を露光転写する（図１６（ｂ））。レジストを現像処理
後、残存形成されたレジスト膜をマスクに、実施例８で
示したエッチング工程で最適化を図ったエッチング処理
をして配線形成領域２２３を形成する（図１６
（ｃ））。再度、半導体基板にレジスト膜２２４を塗付
して、本発明の固定台に半導体基板を載せ接続孔パター
ンを露光転写し、レジスト膜を現像処理後、残存形成さ
れたレジスト膜をマスクに、実施例８で示したエッチン
グ工程で最適化を図ったエッチング処理をして接続孔２
２５を形成する（図１６（ｄ））。レジスト膜除去後に
ＷやＣｕ等の金属を埋め込み、この基板表面を本発明の
実施例１〜７で示したいずれかの化学的機械研磨加工の
工程により平坦化処理することにより、配線２２６と、
図示していない下層の配線に接続する配線プラグ２２７
とが形成できる（図１６（ｅ））。以上の工程を必要に
応じて応用して反復することで、微細な多層配線層を有
する半導体装置を高精度かつ容易に製造可能となる。

【００５８】なお、図１６（ｄ）に示すような金属の化
学的機械研磨加工の際には加工液等の研磨雰囲気を酸性
にして、半導体基板上の金属薄膜の被加工面を化学的に
腐食して機械研磨加工することにより加工効率を飛躍的
向上できる。酸化剤としては過酸化水素や硝酸鉄等が利
用できる。また、砥粒としてはＡｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯ₂等が
利用できる。さらには、化学的選択性を利用した加工終
了点の制御のためＢＴＡ等の酸化抑止剤を併用すること
も有効である。

【００５９】（実施例１１）図１７は本発明の第１１の
実施例の半導体装置の製造方法の製造工程図である。配
線間容量を小さくするための低誘電率絶縁膜の一つの有
機ＳＯＧ膜を用いる工程である。半導体基板上にＡｌ等
の金属配線２３０を形成し、下地カバー膜としてＳｉＯ
₂等の酸化膜２３１を成膜する（図１７（ａ））。有機
ＳＯＧ膜２３２を塗付する（図１７（ｂ））。この基板
表面を本発明の実施例１〜７で示したいずれかの化学的
機械研磨工程で最適化を図った半導体装置の製造方法の
工程により平坦な表面２３３を形成する（図１７
（ｃ））。酸素プラズマ耐性を付与するためキャップの
酸化膜２３４を成膜する（図１７（ｄ））。この半導体
基板にレジスト膜２３５を塗付後、固定台に半導体基板
を載せて接続孔パターンを露光転写し、レジスト膜を現
像処理後、残存形成されたレジスト膜をマスクにエッチ
ング処理をして接続孔２３６を形成する（図１７
（ｅ））。この後、低圧の酸素ＲＩＥ処理２３７で接続
孔２３６下方の有機ＳＯＧ層の孔であるビア２３９の表
面に１０ｎｍの厚さの酸化層２３８を形成する（図１７
（ｆ））。この後、レジスト膜２３５を除去し、ビア２
３９に金属を埋めた後に、本発明の実施例１〜７に示し
たいずれかの化学的機械研磨加工の工程により平坦化処
理等を行う（図１７（ｇ））。なお、有機ＳＯＧ膜は酸
化膜２３４や酸化層２３８で覆われているため、酸素プ
ラズマ処理に耐えることが可能となる。さらに、化学的
機械研磨処理により平坦化処理を行う際のストッパの効
果もあるので平坦化加工処理精度が向上する。その結
果、より高性能な半導体装置が容易に製造可能となっ
た。

【００６０】（実施例１２）図１８は本発明の第１２の
実施例の半導体装置の概略平面図である。図１８（ａ）
は実施例９〜１１で示したいずれかの半導体装置の製造
方法で作成するメモリＬＳＩの一例の概略平面図であ
る。メモリＬＳＩ２５０は複数のメモリアレー２５１と
周辺回路Ａ２５２及びチップ中央に位置する周辺回路Ｂ
２５３とから主に構成される。図１８（ｂ）は実施例９
〜１１で示したいずれかの半導体装置の製造方法で作成
するシステムＬＳＩの一例の概略平面図である。システ
ムＬＳＩ２５５はロジックブロック２５６とメモリブロ
ックＡ２５７及びメモリブロックＢ２５８とから主に構
成される。ロジックブロックは演算や制御回路部分であ
り、メモリブロックＡはＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲａ
ｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等のリフレッシ
ュ動作の不要な記憶回路部分であり、メモリブロックＢ
はＤＲＡＭ等のリフレッシュ動作の必要な記憶回路部分
である。システムＬＳＩは制御演算回路や記憶回路、さ
らには画像表示や通信制御、音声合成・認識等の専用回
路など種々の機能の回路を一つのチップ上に混載可能で
あり、その結果、単機能の回路のＬＳＩをバスでつない
で構成されるシステムに比べて、データ処理の高速化や
低消費電力化などの高性能化が図れる特長がある。

【００６１】実施例９から１２に示したように本発明を
用いた工程により半導体装置を製造した結果、ウエハ平
坦化工程における歩留まりが向上して、半導体装置の取
得率（収率）が約２０％向上した。

【００６２】なお、本発明の実施例では半導体装置の製
造工程のうち、化学的機械研磨工程とエッチング工程に
関して詳述したが、本発明は、ウエハ面内の均一性の精
度を必要とする他の半導体装置の製造工程や製造装置の
最適化にも適用できることは明らかである。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の処理方法
によれば、高精度で処理条件を提示することができるの
で、高い歩留まりで処理することができる。また、本発
明の半導体装置の製造方法によれば、高精度で処理条件
を提示することができるので、生産性を向上させること
ができる。また、本発明の測定方法によれば、高精度の
製品を得るためのデータ得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の半導体装置の製造方法
の手順を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施例の半導体装置の製造方法
の手順を示す図である。

【図３】本発明の第３の実施例に用いる化学的機械研磨
装置の概略断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例に用いる化学的機械研磨
装置の拡大部分断面図である。

【図５】本発明の第３の実施例の研磨速度分布と変化特
性を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施例の相関関数と研磨加工速
度の均一性を示す図である。

【図７】本発明の第４の実施例に用いる化学的機械研磨
装置の拡大部分断面図である。

【図８】本発明の第４の実施例の研磨速度分布と変化特
性を示す図である。

【図９】本発明の第４の実施例の相関関数と研磨加工速
度の均一性を示す図である。

【図１０】本発明の第５の実施例の研磨速度分布と相関
関数を示す図である。

【図１１】本発明の第５の実施例の研磨加工速度の均一
性を示す図である。

【図１２】本発明の第６の実施例の研磨速度分布と相関
関数を示す図である。

【図１３】本発明の第６の実施例の研磨加工速度の均一
性の経時変化を示す図である。

【図１４】本発明の第７の実施例の化学的機械研磨装置
の概略側面図及び正面図である。

【図１５】本発明の第９の実施例の半導体装置の製造方
法の製造工程図である。

【図１６】本発明の第１０の実施例の半導体装置の製造
方法を示す半導体装置の断面鳥瞰概略図である。

【図１７】本発明の第１１の実施例の半導体装置の製造
方法の製造工程図である。

【図１８】本発明の第１２の実施例の半導体装置の概略
平面図である。

【図１９】本発明の第８の実施例のエッチング装置の断
面概略図である。

【図２０】本発明の第８の実施例のイオン電流密度分布
と均一性を示す図である。

【図２１】本発明の第８の実施例のイオン電流密度分布
と均一性を示す図である。

【図２２】本発明の第８の実施例のイオン電流密度分布
と均一性を示す図である。

【図２３】本発明の第６の実施例の研磨加工速度の均一
性の経時変化を示す図である。

【図２４】本発明の第６の実施例の研磨加工速度の均一
性の経時変化を示す図である。

【符号の説明】

１…研磨パッド、２…回転定盤、３…矢印、４…ウエ
ハ、５…ダイヤフラム、６…ホルダ、７、８…矢印、９
…研磨スラリ−、１０…配管、１１、２１…リテーナリ
ング…、２２…溝、２３…リテーナリング、１０２…試
料台、１０３…ウエハ、１０４…シャワープレート、１
０５…石英天板、１０６…石英円筒、１０７…アース、
１０８…アンテナ、１０９…オートチューナ、１１０…
ＵＨＦ電源、１１１…ＲＦ電源、１１２…矢印、１１３
…排気口、１１４…矢印、１１５…プラズマ、１１６…
磁場コイル、１６０…ウエハ、２０１…半導体基板、２
０２…レジスト、２０３…ＳｉＯ₂、２０４…Ｓｉ
₃Ｎ₄、２０５…ｎ＋層、２０６…ｐ＋層、２０７…ｐｏ
ｌｙ−Ｓｉ、２０８…ＳｉＯ₂、２０９…Ｓｉ₃Ｎ₄、２
１０…ＳｉＯ₂、２１１…ｐｏｌｙ−Ｓｉ、２１２…Ｓ
ｉＯ₂、２１３、２１４…ｐｏｌｙ−Ｓｉ、２１５…Ｔ
ａ₂Ｏ₅、２１６…Ｗ、２２０…エッチストップ層、２２
１…層間絶縁膜、２２２…レジスト、２２３…配線形成
領域、２２４…レジスト、２２５…接続孔、２２６…配
線、２２７…配線プラグ、２３０…金属配線、２３１…
酸化膜、２３２…有機ＳＯＧ膜、２３３…表面、２３４
…酸化膜、２３５…レジスト、２３６…接続孔、２３７
…酸素ＲＩＥ処理、２３８…酸化層、２３９…ビア、２
５０…メモリＬＳＩ、２５１…メモリアレー、２５２…
周辺回路Ａ、２５３…周辺回路Ｂ、２５５…システムＬ
ＳＩ、２５６…ロジックブロック、２５７…メモリブロ
ックＡ、２５８…メモリブロックＢ、３３０…取付台、
３０１…固定台、３３３…軸、３３４…研磨手段、３３
５…取付台、３３６…軸、３５０…媒体、３６０…ウエ
ハ、３７０…研磨テープ、３７１…回転ローラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 27/10 ４８１Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｋ 27/108 27/10 ６２１Ｃ 21/8242 21/302 Ａ // Ｈ０１Ｌ 21/3065 21/306 Ｍ 21/306 (72)発明者安井感東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者長澤正幸東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者山口宇唯東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 4M106 AA01 CA24 DJ17 DJ21 DJ27 DJ28 DJ38 5F004 AA01 BA14 BB07 CB05 5F033 HH04 HH11 HH19 JJ01 JJ11 JJ19 KK08 MM02 QQ09 QQ11 QQ25 QQ37 QQ48 RR04 RR06 RR25 VV16 XX00 5F043 AA01 AA26 DD16 DD30 FF07 5F083 AD25 AD48 AD49 BS00 JA06 JA36 JA37 JA39 JA56 LA29 LA30 NA01 PR23 PR40 PR43 PR44 PR45 PR53 PR54 PR55 ZA12 ZA14 ZA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板に第１の処理を施す工程と、該
第１の基板に第２の処理を施すか又は第２の基板に第２
の処理を施す工程を有し、上記複数の処理の結果のそれ
ぞれの基板の面内位置に対する面内分布データから、各
面内位置に対する複数の処理工程の差異のデータとして
各面内位置に対する相関関数を求め、該相関関数から所
望の処理条件における基板の面内分布特性を算出し、該
面内分布特性に基づいて上記基板を処理することを特徴
とする処理方法。
【請求項２】第１の基板に第１の処理を施す工程と、該
第１の基板に第２の処理を施すか又は第２の基板に第２
の処理を施す工程を有し、上記複数の処理の結果のそれ
ぞれの基板の面内位置に対する面内分布データから、各
面内位置に対する複数の処理工程の差異のデータとして
各面内位置に対する相関関数を求め、該相関関数から所
望の処理条件における基板の面内分布特性を算出し、該
面内分布特性から、その均一性が最小の処理条件に基づ
いて上記基板を処理することを特徴とする処理方法。
【請求項３】上記第１の処理及び第２の処理は、いずれ
も化学的機械研磨加工であることを特徴とする請求項１
又は２記載の処理方法。
【請求項４】上記化学的機械研磨加工は、研磨剤又は砥
粒を含むスラリーを加工液とし、研磨パッドを用いて化
学的機械的に加工することを特徴とする請求項３記載の
処理方法。
【請求項５】上記化学的機械研磨加工は、砥粒を樹脂で
固めた固定砥粒盤又は砥石を用いて化学的機械的に加工
することを特徴とする請求項３記載の処理方法。
【請求項６】上記第１の処理及び第２の処理は、いずれ
もプラズマ処理であり、上記基板の上記処理は、エッチ
ング又は膜形成であることを特徴とする請求項１又は２
記載の処理方法。
【請求項７】トランジスタと容量とを備えた半導体装置
の製造方法であって、半導体基板上の所望の表面を請求
項１から５の何れか一に記載の処理方法により化学的機
械研磨加工することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項８】トランジスタと容量とを備えた半導体装置
の製造方法であって、半導体基板上の所望の部分を請求
項１、２又は６に記載の処理方法によりエッチング又は
膜形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】第１の基板に第１の処理を施す工程と、該
第１の基板に第２の処理を施すか又は第２の基板に第２
の処理を施す工程を有し、上記複数の処理の結果のそれ
ぞれの基板の面内位置に対する面内分布データから、各
面内位置に対する複数の処理工程の差異のデータとして
各面内位置に対する相関関数を求め、該相関関数から所
望の処理条件における基板の面内分布特性を算出し、該
面内分布特性から、その均一性が最小の処理条件を決定
することを特徴とする測定方法。
【請求項１０】上記第１の処理及び第２の処理は、いず
れも化学的機械研磨加工か又はプラズマ処理であること
を特徴とする請求項９記載の測定方法。