JP2004319574A - 半導体装置の製造方法、半導体製造装置の自動運転方法および自動運転システム、並びにｃｍｐ装置の自動運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＣＭＰ工程など人手作業の比率の高い半導体製造工程において自動化を推進し、少人化合理化、処理能力向上、投資金額圧縮、間接業務効率向上を図る。
【解決手段】ＣＭＰ処理において製品ウェハの処理レシピ２４のみをホストコンピュータ１９からＣＭＰ装置１１へダウンロードするだけで、製品ウェハを処理する前に、あらかじめ決められたダミーウェハの処理をすることにより、無人化運転を実現する。また、無人化運転されたＣＭＰ装置１１に搭載された膜厚測定装置１７の測定データを研磨時間などの処理データと共にＣＭＰ装置１１からホストコンピュータ１９へ伝送することにより、ＣＭＰ装置１１のレシピの条件を最新のデータに基づき変更し、前記膜厚測定データにより次工程の処理条件をフィードフォワード的に活用し、次工程における測定工程を省略する。
【選択図】 図１
【解決手段】ＣＭＰ処理において製品ウェハの処理レシピ２４のみをホストコンピュータ１９からＣＭＰ装置１１へダウンロードするだけで、製品ウェハを処理する前に、あらかじめ決められたダミーウェハの処理をすることにより、無人化運転を実現する。また、無人化運転されたＣＭＰ装置１１に搭載された膜厚測定装置１７の測定データを研磨時間などの処理データと共にＣＭＰ装置１１からホストコンピュータ１９へ伝送することにより、ＣＭＰ装置１１のレシピの条件を最新のデータに基づき変更し、前記膜厚測定データにより次工程の処理条件をフィードフォワード的に活用し、次工程における測定工程を省略する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法、半導体製造装置の自動運転方法および自動運転システム、並びにＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置の自動運転方法に関し、特に多品種少量生産の半導体装置の製造工程におけるＡＰＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）技術に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者が検討した技術として、例えば、半導体製造装置であるＣＭＰ装置においては、研磨初期では研磨レートが不安定であるため、ダミーウェハをスターティングダミーとしてイニシャル研磨し、研磨レートが安定してから製品ウェハを研磨することにより、処理の安定化および精度の向上を図ることが考えられる。
【０００３】
しかし多くの場合、ダミーウェハの処理条件（レシピ）と製品ウェハの処理条件（レシピ）を別々に設定する必要があり、本来、製品の処理条件のみを指示・制御する自動化を進めるにあたって、ダミーウェハの処理がネックとなる。
【０００４】
半導体製造装置であるＣＭＰ装置の自動運転方法として、研磨前の膜厚データと研磨後の膜厚データの差と、実際の研磨時間とから、最新の研磨レートを算出し、工場のホストコンピュータからプロセスレシピ情報を最適レシピとしてＣＭＰ装置へ設定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ＣＭＰを行った後の膜厚をフィードフォワード的に決定された条件で以降のエッチング処理をする方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、研磨後のウェハに可視光線を照射して光学センサによりウェハの膜厚を測定して測定結果を制御部にもどし次のウェハの研磨時間を設定する方法がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
また、研磨中にウェハに赤外レーザビームを照射して反射光のドップラーシフト量を測定することにより研磨膜厚の変化を測定する方法がある（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
また、ＣＭＰ中にデバイスパターンの影響を受けにくい比較的平坦な領域をウェハからの反射光強度・周波数スペクトルから特定して、ウェハの膜厚を高精度に計測する方法がある（例えば、特許文献５参照）。
【０００９】
また投入したロットの研磨前の膜厚データと研磨後の膜厚データの差と実際の研磨時間から最新の研磨レートを算出して、変動パタメートとして保存して、レシピ固定部分とレシピ変動部分と合わせて最適レシピとしてＣＭＰ装置に設定する方法がある（例えば、特許文献６参照）。
【００１０】
また先行ウェハをＣＭＰ装置で加工しその膜厚を測定し、その測定結果に基づき本体ウェハのポリッシング時間を設定して加工し、残膜厚を測定・算出して再ポリッシング必要なウェハを判定する方法がある（例えば、特許文献７参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−１８６２０４号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２００２−１５１４６５号公報
【００１３】
【特許文献３】
特開平０８−１７７６８号公報
【００１４】
【特許文献４】
特開２０００−３５３１６号公報
【００１５】
【特許文献５】
特開２００３−４２７２１号公報
【００１６】
【特許文献６】
特開平１１−１８６２０４号公報
【００１７】
【特許文献７】
特開２０００−１５５７４号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のようなＣＭＰ装置の自動化技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【００１９】
例えば、前述のようにダミーウェハをスターティングダミーとして研磨する場合、ダミーウェハの処理条件（レシピ）と製品ウェハの処理条件（レシピ）を別々に設定する必要があり、本来、製品の処理条件のみを指示・制御する自動化を進めるにあたって、ダミーウェハの処理がネックとなる。
【００２０】
ＣＭＰ（化学機械研磨）工程において無人化運転を可能とするためには、さらに、製品処理に先行する作業を廃止しなければならない。その対策として特許文献１に記載された方法がある。特許文献１に記載された方法はＣＭＰ前後のプロセスとあわせて、ホストコンピュータを利用して高精度にデバイスの製造をするものである。しかし、よりロットサイズの少ない多品種少量生産の生産ラインにおいては、膜厚測定装置が研磨装置と別々の場所にある場合、その搬送制御が複雑になる。さらに、加工の結果が測定により分かるまでに時間がかかり、制御に遅れが生じ、制御の精度が落ち、時々刻々と研磨性能が変化するＣＭＰ工程では、処理の応答性は十分とはいえない。
【００２１】
また、特許文献２に記載された方法はＣＭＰ後の膜厚をフィードフォワードして特にエッチング工程の制御に用いるものであるが、ＣＭＰへのフィードバック、またはＣＭＰ後のＣＶＤ工程へのフィードフォワードができない。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、ＣＭＰ工程など人手作業の比率の高い半導体製造工程において自動化を推進し、少人化合理化、処理能力向上、投資金額圧縮、間接業務効率向上を図ることができる半導体装置の製造方法、半導体製造装置の自動運転方法および自動運転システム、並びにＣＭＰ装置の自動運転方法を提供するものである。
【００２３】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
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。
【００２５】
すなわち、本発明による半導体装置の製造方法、半導体製造装置の自動運転方法および自動運転システム、並びにＣＭＰ装置の自動運転方法は、ＣＭＰ処理において製品ウェハの処理レシピ（処理条件）のみをホストコンピュータからＣＭＰ装置へダウンロードするだけで、製品ウェハを処理する前に、あらかじめ決められた処理条件でダミーウェハの処理をすることにより、無人化運転を実現するものである。
【００２６】
また、無人化運転されたＣＭＰ装置に搭載された膜厚測定装置の測定データを研磨時間などの処理データと共にＣＭＰ装置からホストコンピュータへ伝送することにより、ＣＭＰ装置のレシピの条件を最新のデータに基づき変更することを可能とし、前記膜厚測定データにより次工程の処理条件をフィードフォワード的に活用し、次工程における測定工程を省略するものである。
【００２７】
さらに、本発明による半導体製造装置の自動運転システムは、ホストコンピュータ内にある、製品ウェハごとの処理レシピのパラメータをクリーンルームの外の端末からネットワークを介して変更が可能なシステムである。
【００２８】
具体的には、以下のとおりである。
【００２９】
（１）本発明による半導体装置の製造方法は、製品ウェハの処理条件をホストコンピュータから半導体製造装置へ伝送するステップと、あらかじめ決められた処理条件に従って前記半導体製造装置において自動的にダミーウェハを処理するステップと、前記伝送された製品ウェハの処理条件に従って前記半導体製造装置において前記製品ウェハを処理するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３０】
（２）前記（１）の半導体装置の製造方法は、さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、前記測定した膜厚のデータおよび前記半導体製造装置の処理データを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、前記伝送された膜厚データおよび処理データに基づいて、前記半導体製造装置で後に処理される製品ウェハの処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３１】
（３）前記（１）の半導体装置の製造方法は、さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、前記測定した膜厚のデータを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３２】
（４）前記（２）の半導体装置の製造方法は、さらに、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３３】
（５）本発明による半導体製造装置の自動運転方法は、製品ウェハの処理条件をホストコンピュータから半導体製造装置へ伝送するステップと、あらかじめ決められた処理条件に従って前記半導体製造装置において自動的にダミーウェハを処理するステップと、前記伝送された製品ウェハの処理条件に従って前記半導体製造装置において前記製品ウェハを処理するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３４】
（６）前記（５）の半導体製造装置の自動運転方法は、さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、 前記測定した膜厚のデータおよび前記半導体製造装置の処理データを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、前記伝送された膜厚データおよび処理データに基づいて、前記半導体製造装置で後に処理される製品ウェハの処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３５】
（７）前記（５）の半導体製造装置の自動運転方法は、さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、 前記測定した膜厚のデータを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、 前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３６】
（８）前記（６）の半導体製造装置の自動運転方法は、さらに、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３７】
（９）本発明によるＣＭＰ装置の自動運転方法は、製品ウェハの処理条件をホストコンピュータからＣＭＰ装置へ伝送するステップと、あらかじめ決められた処理条件に従って前記ＣＭＰ装置において自動的にダミーウェハを処理するステップと、前記伝送された製品ウェハの処理条件に従って前記ＣＭＰ装置において前記製品ウェハを処理するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３８】
（１０）前記（９）のＣＭＰ装置の自動運転方法は、さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記ＣＭＰ装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、前記測定した膜厚のデータおよび前記ＣＭＰ装置の処理データを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、前記伝送された膜厚データおよび処理データに基づいて、前記ＣＭＰ装置で後に処理される製品ウェハの研磨時間を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３９】
（１１）前記（９）のＣＭＰ装置の自動運転方法は、さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記ＣＭＰ装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、前記測定した膜厚のデータを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００４０】
（１２）前記（１０）のＣＭＰ装置の自動運転方法は、さらに、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００４１】
（１３）本発明による半導体製造装置の自動運転システムは、製品ウェハの処理条件を保有するホストコンピュータと、半導体製造装置を制御する装置制御部とを有し、前記装置制御部は、前記ホストコンピュータから前記半導体製造装置へ前記製品ウェハの処理条件が伝送された時、あらかじめ決められた処理条件に従って前記半導体製造装置において自動的にダミーウェハを処理し、前記伝送された製品ウェハの処理条件に従って前記半導体製造装置において前記製品ウェハを処理することを特徴とするものである。
【００４２】
（１４）前記（１３）の半導体製造装置の自動運転システムは、前記装置制御部が、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定し、前記測定した膜厚のデータおよび前記半導体製造装置の処理データを前記ホストコンピュータへ伝送し、前記ホストコンピュータが、前記伝送された膜厚データおよび処理データに基づいて、前記半導体製造装置で後に処理される製品ウェハの処理条件を決定することを特徴とするものである。
【００４３】
（１５）前記（１３）の半導体製造装置の自動運転システムは、前記装置制御部が、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定し、前記測定した膜厚のデータを前記ホストコンピュータへ伝送し、前記ホストコンピュータが、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を決定することを特徴とするものである。
【００４４】
（１６）前記（１３）〜（１５）の半導体製造装置の自動運転システムは、前記ホストコンピュータと前記装置制御部とはネットワークを介して接続され、前記ネットワークに接続されクリーンルームの外にある端末から前記ホストコンピュータ内の前記製品ウェハの処理条件を変更することが可能であることを特徴とするものである。
【００４５】
よって、前記の半導体装置の製造方法、半導体製造装置の自動運転方法および自動運転システム、並びにＣＭＰ装置の自動運転方法によれば、オペレータの待ち時間が減少し、少人化合理化し、処理能力が向上し、投資金額が圧縮され、間接業務効率が向上し、配線層間膜厚の精度が向上し、製品歩留まりも向上する。
【００４６】
【発明の実施の形態】
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、同一部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００４７】
図１は本発明の一実施の形態において半導体製造装置の自動運転システムの構成および自動運転方法を示す説明図、図２は本実施の形態においてＣＭＰ装置の処理フローを示す説明図、図３（ａ）は本実施の形態においてＳＴＩ構造を示す断面図、図３（ｂ）は本実施の形態においてＳＴＩの処理フローを示す説明図、図４（ａ）は本実施の形態においてＩＬＤ構造を示す断面図、図４（ｂ）は本実施の形態においてＩＬＤの処理フローを示す説明図、図５（ａ）は本実施の形態においてＩＭＤ構造を示す断面図、図５（ｂ）は本実施の形態においてＩＭＤの処理フローを示す説明図、図６は本実施の形態において半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００４８】
まず、図１により、本実施の形態における半導体製造装置の自動運転システムの構成および自動運転方法の一例を説明する。本実施の形態における半導体製造装置は、例えばＣＭＰ装置１１とされ、ＣＭＰ装置１１を制御する装置制御部１２、ダミーウェハ用ポート１３および製品ウェハ用ポート１４からなるロードポート、ウェハの研磨を行う研磨部１５、ウェハの洗浄を行う洗浄部１６、ウェハ上に形成された膜の膜厚を測定する膜厚測定装置１７などから構成され、クリーンルーム内に設置されている。ＣＭＰ装置１１は、クリーンルーム内のネットワーク１８を介して、ホストコンピュータ１９と接続されている。
【００４９】
ホストコンピュータ１９は、半導体製造工程を管理し、製品ウェハの処理レシピ２４、製品・工程毎のパラメータ２５などの情報を保有している。ホストコンピュータ１９では、製品・工程毎のパラメータ２５などからＣＭＰ装置１１における製品ウェハの研磨時間ＰＴ（Ｉ）が計算される。計算された研磨時間ＰＴ（Ｉ）は製品ウェハの処理レシピ２４に取り込まれる。そして、ホストコンピュータ１９から製品ウェハの処理レシピ２４がＣＭＰ装置１１にダウンロードされることにより、ＣＭＰ装置１１が自動運転される。
【００５０】
クリーンルーム内のネットワーク１８には端末２０などが接続され、クリーンルーム外のネットワーク２１には端末２２，２３などが接続され、クリーンルーム内のネットワーク１８とクリーンルーム外のネットワーク２１とは相互に接続されている。そして、ホストコンピュータ１９またはＣＭＰ装置１１に保存されているデータの閲覧や編集が端末２０，２２，２３から可能となっている。
【００５１】
ＣＭＰ装置１１におけるダミーウェハのＣＭＰ処理は、図１の矢印で示すように、まず、ダミーウェハ用ポート１３から研磨部１５へダミーウェハが移送され、研磨部１５においてダミーウェハが研磨された後、洗浄部１６へ移送され、洗浄部１６においてダミーウェハが洗浄された後、ダミーウェハ用ポート１３に格納されるという各ステップを有する。続いて、製品ウェハのＣＭＰ処理は、製品ウェハ用ポート１４から研磨部１５へ製品ウェハが移送され、研磨部１５において製品ウェハが研磨された後、洗浄部１６へ移送され、洗浄部１６において製品ウェハが洗浄された後、膜厚測定装置１７へ移送され、膜厚測定装置１７で製品ウェハ上に形成された膜の膜厚が測定された後、製品ウェハ用ポート１４に格納されるという各ステップを有する。膜厚の測定データとＣＭＰ装置の処理データは完了データ２６として、ＣＭＰ装置１１からホストコンピュータ１９へ伝送される。
【００５２】
次に、図２〜図６により、本実施の形態において前述したＣＭＰ処理工程を含む半導体装置の製造方法および半導体製造装置の自動運転方法の一例を説明する。本実施の形態における半導体装置の製造方法および半導体製造装置の自動運転方法は、ＣＭＰ処理工程において以下の各ステップを有する。
【００５３】
図２に示すように、ＣＭＰ装置１１にダミーウェハの処理レシピ（処理条件）２７をあらかじめ保有しておき、製品ウェハの処理レシピ２４がホストコンピュータ１９からＣＭＰ装置１１にダウンロードされた時に、あらかじめ決められた処理条件に従ってダミーウェハ２８を自動的に処理する。ノンプロダクトのウェハがスターティングダミーまたはイニシャルダミーとして、研磨部１５および洗浄部１６からなるウェハ処理部２９においてＣＭＰ処理される。ＣＭＰ処理の後、ダミーウェハ２８はウェハ格納部３０に格納される。製品ウェハの処理レシピ２４がホストコンピュータ１９からＣＭＰ装置１１にダウンロードされた時に、自動的にダミーウェハ２８を処理することにより、半導体製造工程の自動化が容易となる。
【００５４】
ダミーウェハ２８は、ロードポートのうち１つを占有するかもしくはＣＭＰ装置１１内にダミーウェハ２８を保有するためのバッファスロットに格納される。ＣＭＰ装置１１内の装置制御部１２は、ダミーウェハの処理レシピ２７で決められた枚数を処理するが、格納されたダミーウェハ２８を均等に使用すべくダミーウェハ２８を順次処理させる棚管理を行う。また、ＣＭＰ装置１１内の装置制御部１２は、ダミーウェハ２８の使用回数または累積使用量を管理し、所定の使用量（時間、回数など）に達した時にアラームを発生する。使用量をオーバしたダミーウェハがキャリアに格納されているときは、ホストコンピュータ１９にアンロードのリクエストを送出し、使用量オーバのダミーウェハが自動的にアンロードされる。
【００５５】
ダミーウェハ２８の処理の後、ホストコンピュータ１９からダウンロードされた製品ウェハの処理レシピ２４に従って、ウェハ処理部２９において製品ウェハ３１がＣＭＰ処理される。
【００５６】
ＣＭＰ装置１１に搭載された膜厚測定装置１７により、製品ウェハ３１の研磨・洗浄の途中または完了時に少なくとも１回、製品ウェハ３１上に形成された膜の膜厚が測定される。膜厚の測定は研磨前にも行ってもよいが、前工程で膜厚をすでに測定している場合は、その研磨前の膜厚と研磨後の膜厚から研磨レートを計算することができるので、とくに研磨前の膜厚測定は必要ない。
【００５７】
そして、製品ウェハ３１のＣＭＰ処理完了後に、研磨ヘッドおよび研磨パッドの使用時間，研磨時間，研磨圧力，回転数，スラリー量などの処理データと、膜厚測定データとからなる完了データ２６をＣＭＰ装置１１からホストコンピュータ１９へ伝送する。
【００５８】
そして、ＣＭＰ装置１１から伝送された膜厚測定データおよび処理データと製品ウェハの研磨層ごとのパラメータをもとに、次に処理される製品ウェハの研磨時間などの処理条件をホストコンピュータ１９において決定する。
【００５９】
以上のようにして、処理条件の最新情報をリアルタイムにアップデートすることにより、リアルタイムのフィードバックが可能となる。最新情報を次に処理されるロットにフィードバックする方法としては、例えば研磨時間ＰＴ（Ｉ）を下記の式により決定する。
【００６０】
研磨時間ＰＴ（Ｉ）＝ｆ（研磨前膜厚（Ｉ），研磨前膜厚（Ｉ−１），研磨後膜厚（Ｉ−１），研磨後膜厚（Ｉ−１），研磨パッド使用時間，製品・工程ごとのパラメータ）
また、研磨レートＲＲは下記の式により計算される。
【００６１】
研磨レートＲＲ（Ｉ−１）＝（研磨前膜厚（Ｉ−１）−研磨後膜厚（Ｉ−１））／研磨後膜厚（Ｉ−１）
なお、上記の式において、Ｉは処理番号を示す自然数である。
【００６２】
研磨時間ＰＴ（Ｉ）は、研磨ヘッドごとに算出され、ＣＭＰ装置１１へダウンロードされる。計算にあたって、研磨前膜厚（Ｉ）は研磨前の絶縁膜ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程などの膜厚測定データを使用する。前工程のＣＶＤ工程などにおいても、ＣＶＤ装置に搭載された膜厚測定装置でウェハごとに測定された膜厚データであることが望ましいが、ロット内の１枚以上のウェハの測定値であってもよい。
【００６３】
さらにまた、ＣＭＰ装置１１から伝送された膜厚データから、ホストコンピュータ１９が製品ウェハ３１の次工程（エッチング、ＣＶＤなど）における処理条件をフィードフォワード的に決定する。これにより、次工程の前処理としての膜厚測定工程が省略される。
【００６４】
例えば、図３（ａ）に示すような素子分離をするためのＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程おいて、シリコン基板４０の上に窒化膜３５をパターン形成し、酸化膜３６を埋め込み、ＣＭＰ研磨を行った後、窒化膜３５のエッチングを行う場合、ＣＭＰ装置１１で測定されたＣＭＰ研磨後の膜厚測定データ３２は、次のエッチング工程での処理レシピ（処理条件）を決定することにフィードフォワード的に使用される（図３（ｂ））。この場合、ＣＭＰ工程とエッチング工程との間に追加された膜厚測定工程を含まないため、自動化が容易に実現できる。また、全ウェハを測定しているため、１枚ごとに処理条件を決定することにより精度の高い制御が可能である。
【００６５】
また、例えば図４（ａ）に示すようなＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）形成後の第１メタル配線との間の層間膜ＩＬＤ（Ｉｎｔｅｒｌｅｂｅｌ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）の平坦化工程において、シリコン基板４１の上に酸化膜４３，多結晶シリコン４２，ソース・ドレイン４６，酸化膜３７を形成し、ＣＭＰ研磨を行った後、ＣＶＤキャップにより酸化膜４５を形成する場合、ＣＭＰ装置１１から伝送されたＣＭＰ研磨後の膜厚測定データ３３は、次の絶縁膜ＣＶＤキャップ工程での処理条件を決定することにフィードフォワード的に使用される（図４（ｂ））。ＣＭＰ工程と絶縁膜ＣＶＤキャップ工程との間に膜厚測定工程を含まないため、自動化が容易に実現できる。また、全ウェハを測定しているため、１枚ごとに処理条件を決定することにより精度の高い制御が可能である。
【００６６】
また、例えば図５（ａ）に示すようなメタル配線形成後のメタル層間膜ＩＭＤ（Ｉｎｔｅｒ Ｍｅｔａｌ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）の平坦化工程において、シリコン基板上の酸化膜４４，タングステン４９（プラグ），バリア層４８（Ｔｉ＋ＴｉＮ），アルミニウウム５０，バリア層４７（Ｔｉ＋ＴｉＮ），酸化膜３８を形成し、ＣＭＰ研磨を行った後、ＣＶＤキャップにより酸化膜３９を形成する場合、ＣＭＰ装置から伝送された研磨後の膜厚測定データ３４は、次の絶縁膜ＣＶＤキャップ工程での処理条件を決定することにフィードフォワード的に使用される（図５（ｂ））。ＣＭＰ工程と絶縁膜ＣＶＤキャップ工程との間に追加された膜厚測定工程を含まないため、自動化が容易に実現できる。また、全ウェハを測定しているため、１枚ごとに処理条件を決定することにより精度の高い制御が可能である。
【００６７】
以上述べてきたフィードバックおよびフィードフォワードのパラメータをクリーンルームの外にある端末２２，２３で編集・確認が可能であるので、間接業務が効率化し、制御の精度は格段に向上する。クリーンルームの外での編集・確認作業の端末２２，２３は、ホストコンピュータまたはＣＭＰ装置と同じか又は異なる基幹ネットワークに接続する。このことにより、ネットワークの処理負荷を分散することができ、より応答性の高い処理が可能となる。
【００６８】
次に、図６により、前述したＣＭＰ処理を含む半導体装置の製造方法の一例を概説する。当該製造方法により製造される半導体装置は、例えば、ウェハの主面上にｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴなどを有するものである。
【００６９】
ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴの完成後、例えばウェハ上にＣＶＤ法で酸化シリコン膜を堆積することにより、層間絶縁膜を形成する（ステップＳ６１）。続いて、ＣＭＰ法による研磨により、この層間絶縁膜の表面を平坦化する（ステップＳ６２）。
【００７０】
次に、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジスト膜をマスクとしたエッチングにより、ウェハの主面のｎ型半導体領域上の層間絶縁膜に接続孔を開孔する（ステップＳ６３）。
【００７１】
次に、スパッタリング法により、例えば窒化チタンなどのバリア導体膜をウェハ上に堆積し、さらにＣＶＤ法により、例えばタングステンなどの導電性膜をバリア導体膜上に堆積する（ステップＳ６４）。
【００７２】
次に、層間絶縁膜上のバリア導体膜および導電性膜を、例えばＣＭＰ法により除去し、接続孔内にバリア導体膜および導電性膜を残すことにより、バリア導体膜および導電性膜からなるプラグを形成する（ステップＳ６５）。
【００７３】
次に、ウェハ上にＴｉ（チタン）膜、Ａｌ合金膜および窒化チタン膜を順次下層より堆積することにより、導電性膜を形成する（ステップＳ６６）。
【００７４】
次に、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして導電性膜をエッチングすることにより、導電性膜からなる配線を形成し、半導体装置を製造する（ステップＳ６７）。
【００７５】
以上、本発明者によってなされた発明をその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。
【００７６】
例えば、前記実施の形態においては、ＣＭＰ装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、スパッタ装置、ＣＶＤ装置など他の半導体製造装置についても適用可能である。例えばイニシャルダミー処理を要するスパッタ装置においては、前記実施の形態のダミー処理の方法が適用可能であり、膜厚測定の必要なＣＶＤ装置では前記実施の形態の膜厚測定部を装置内に装備し測定データを次工程のＣＭＰ工程などにフィードフォワード的に使用することでこの方法が適用可能である。
【００７７】
【発明の効果】
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。
【００７８】
（１）メンテナンスなど人手作業の比率の高いＣＭＰ工程においては、ＣＭＰ工程を自動化することにより、少人化合理化が可能となる。
【００７９】
（２）オペレータ待ち時間の最小化により、装置の稼働率を極限まで上昇することができ、処理能力向上、投資金額圧縮が可能となる。
【００８０】
（３）クリーンルームの外から処理レシピの条件を最適化することができ、間接業務効率が向上する。
【００８１】
（４）配線層間膜厚の精度が向上し製品歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態において半導体製造装置の自動運転システムの構成および自動運転方法を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態においてＣＭＰ装置の処理フローを示す説明図である。
【図３】（ａ）は本発明の一実施の形態においてＳＴＩ構造を示す断面図、（ｂ）は本発明の一実施の形態においてＳＴＩの処理フローを示す説明図である。
【図４】（ａ）は本発明の一実施の形態においてＩＬＤ構造を示す断面図、（ｂ）は本発明の一実施の形態においてＩＬＤの処理フローを示す説明図である。
【図５】（ａ）は本発明の一実施の形態においてＩＭＤ構造を示す断面図、（ｂ）は本発明の一実施の形態においてＩＭＤの処理フローを示す説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態において半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１ ＣＭＰ装置
１２ 装置制御部
１３ ダミーウェハ用ポート
１４ 製品ウェハ用ポート
１５ 研磨部
１６ 洗浄部
１７ 膜厚測定装置
１８ クリーンルーム内のネットワーク
１９ ホストコンピュータ
２０，２２，２３ 端末
２１ クリーンルーム外のネットワーク
２４ 製品ウェハの処理レシピ
２５ 製品・工程毎のパラメータ
２６ 完了データ
２７ ダミーウェハの処理レシピ
２８ ダミーウェハ
２９ ウェハ処理部
３０ ウェハ格納部
３１ 製品ウェハ
３２，３３，３４ 膜厚測定データ
３５ 窒化膜（ＳｉＮ）
３６，３７，３８，３９，４３，４４，４５ 酸化膜（ＳｉＯ２）
４０，４１ シリコン基板（Ｓｉ）
４２ 多結晶シリコン
４６ ソース・ドレイン
４７，４８ バリア層（Ｔｉ＋ＴｉＮ）
４９ タングステン（Ｗ）
５０ アルミニウム（Ａｌ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法、半導体製造装置の自動運転方法および自動運転システム、並びにＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置の自動運転方法に関し、特に多品種少量生産の半導体装置の製造工程におけるＡＰＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）技術に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者が検討した技術として、例えば、半導体製造装置であるＣＭＰ装置においては、研磨初期では研磨レートが不安定であるため、ダミーウェハをスターティングダミーとしてイニシャル研磨し、研磨レートが安定してから製品ウェハを研磨することにより、処理の安定化および精度の向上を図ることが考えられる。
【０００３】
しかし多くの場合、ダミーウェハの処理条件（レシピ）と製品ウェハの処理条件（レシピ）を別々に設定する必要があり、本来、製品の処理条件のみを指示・制御する自動化を進めるにあたって、ダミーウェハの処理がネックとなる。
【０００４】
半導体製造装置であるＣＭＰ装置の自動運転方法として、研磨前の膜厚データと研磨後の膜厚データの差と、実際の研磨時間とから、最新の研磨レートを算出し、工場のホストコンピュータからプロセスレシピ情報を最適レシピとしてＣＭＰ装置へ設定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ＣＭＰを行った後の膜厚をフィードフォワード的に決定された条件で以降のエッチング処理をする方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、研磨後のウェハに可視光線を照射して光学センサによりウェハの膜厚を測定して測定結果を制御部にもどし次のウェハの研磨時間を設定する方法がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
また、研磨中にウェハに赤外レーザビームを照射して反射光のドップラーシフト量を測定することにより研磨膜厚の変化を測定する方法がある（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
また、ＣＭＰ中にデバイスパターンの影響を受けにくい比較的平坦な領域をウェハからの反射光強度・周波数スペクトルから特定して、ウェハの膜厚を高精度に計測する方法がある（例えば、特許文献５参照）。
【０００９】
また投入したロットの研磨前の膜厚データと研磨後の膜厚データの差と実際の研磨時間から最新の研磨レートを算出して、変動パタメートとして保存して、レシピ固定部分とレシピ変動部分と合わせて最適レシピとしてＣＭＰ装置に設定する方法がある（例えば、特許文献６参照）。
【００１０】
また先行ウェハをＣＭＰ装置で加工しその膜厚を測定し、その測定結果に基づき本体ウェハのポリッシング時間を設定して加工し、残膜厚を測定・算出して再ポリッシング必要なウェハを判定する方法がある（例えば、特許文献７参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−１８６２０４号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２００２−１５１４６５号公報
【００１３】
【特許文献３】
特開平０８−１７７６８号公報
【００１４】
【特許文献４】
特開２０００−３５３１６号公報
【００１５】
【特許文献５】
特開２００３−４２７２１号公報
【００１６】
【特許文献６】
特開平１１−１８６２０４号公報
【００１７】
【特許文献７】
特開２０００−１５５７４号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のようなＣＭＰ装置の自動化技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【００１９】
例えば、前述のようにダミーウェハをスターティングダミーとして研磨する場合、ダミーウェハの処理条件（レシピ）と製品ウェハの処理条件（レシピ）を別々に設定する必要があり、本来、製品の処理条件のみを指示・制御する自動化を進めるにあたって、ダミーウェハの処理がネックとなる。
【００２０】
ＣＭＰ（化学機械研磨）工程において無人化運転を可能とするためには、さらに、製品処理に先行する作業を廃止しなければならない。その対策として特許文献１に記載された方法がある。特許文献１に記載された方法はＣＭＰ前後のプロセスとあわせて、ホストコンピュータを利用して高精度にデバイスの製造をするものである。しかし、よりロットサイズの少ない多品種少量生産の生産ラインにおいては、膜厚測定装置が研磨装置と別々の場所にある場合、その搬送制御が複雑になる。さらに、加工の結果が測定により分かるまでに時間がかかり、制御に遅れが生じ、制御の精度が落ち、時々刻々と研磨性能が変化するＣＭＰ工程では、処理の応答性は十分とはいえない。
【００２１】
また、特許文献２に記載された方法はＣＭＰ後の膜厚をフィードフォワードして特にエッチング工程の制御に用いるものであるが、ＣＭＰへのフィードバック、またはＣＭＰ後のＣＶＤ工程へのフィードフォワードができない。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、ＣＭＰ工程など人手作業の比率の高い半導体製造工程において自動化を推進し、少人化合理化、処理能力向上、投資金額圧縮、間接業務効率向上を図ることができる半導体装置の製造方法、半導体製造装置の自動運転方法および自動運転システム、並びにＣＭＰ装置の自動運転方法を提供するものである。
【００２３】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
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。
【００２５】
すなわち、本発明による半導体装置の製造方法、半導体製造装置の自動運転方法および自動運転システム、並びにＣＭＰ装置の自動運転方法は、ＣＭＰ処理において製品ウェハの処理レシピ（処理条件）のみをホストコンピュータからＣＭＰ装置へダウンロードするだけで、製品ウェハを処理する前に、あらかじめ決められた処理条件でダミーウェハの処理をすることにより、無人化運転を実現するものである。
【００２６】
また、無人化運転されたＣＭＰ装置に搭載された膜厚測定装置の測定データを研磨時間などの処理データと共にＣＭＰ装置からホストコンピュータへ伝送することにより、ＣＭＰ装置のレシピの条件を最新のデータに基づき変更することを可能とし、前記膜厚測定データにより次工程の処理条件をフィードフォワード的に活用し、次工程における測定工程を省略するものである。
【００２７】
さらに、本発明による半導体製造装置の自動運転システムは、ホストコンピュータ内にある、製品ウェハごとの処理レシピのパラメータをクリーンルームの外の端末からネットワークを介して変更が可能なシステムである。
【００２８】
具体的には、以下のとおりである。
【００２９】
（１）本発明による半導体装置の製造方法は、製品ウェハの処理条件をホストコンピュータから半導体製造装置へ伝送するステップと、あらかじめ決められた処理条件に従って前記半導体製造装置において自動的にダミーウェハを処理するステップと、前記伝送された製品ウェハの処理条件に従って前記半導体製造装置において前記製品ウェハを処理するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３０】
（２）前記（１）の半導体装置の製造方法は、さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、前記測定した膜厚のデータおよび前記半導体製造装置の処理データを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、前記伝送された膜厚データおよび処理データに基づいて、前記半導体製造装置で後に処理される製品ウェハの処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３１】
（３）前記（１）の半導体装置の製造方法は、さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、前記測定した膜厚のデータを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３２】
（４）前記（２）の半導体装置の製造方法は、さらに、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３３】
（５）本発明による半導体製造装置の自動運転方法は、製品ウェハの処理条件をホストコンピュータから半導体製造装置へ伝送するステップと、あらかじめ決められた処理条件に従って前記半導体製造装置において自動的にダミーウェハを処理するステップと、前記伝送された製品ウェハの処理条件に従って前記半導体製造装置において前記製品ウェハを処理するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３４】
（６）前記（５）の半導体製造装置の自動運転方法は、さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、 前記測定した膜厚のデータおよび前記半導体製造装置の処理データを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、前記伝送された膜厚データおよび処理データに基づいて、前記半導体製造装置で後に処理される製品ウェハの処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３５】
（７）前記（５）の半導体製造装置の自動運転方法は、さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、 前記測定した膜厚のデータを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、 前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３６】
（８）前記（６）の半導体製造装置の自動運転方法は、さらに、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３７】
（９）本発明によるＣＭＰ装置の自動運転方法は、製品ウェハの処理条件をホストコンピュータからＣＭＰ装置へ伝送するステップと、あらかじめ決められた処理条件に従って前記ＣＭＰ装置において自動的にダミーウェハを処理するステップと、前記伝送された製品ウェハの処理条件に従って前記ＣＭＰ装置において前記製品ウェハを処理するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３８】
（１０）前記（９）のＣＭＰ装置の自動運転方法は、さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記ＣＭＰ装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、前記測定した膜厚のデータおよび前記ＣＭＰ装置の処理データを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、前記伝送された膜厚データおよび処理データに基づいて、前記ＣＭＰ装置で後に処理される製品ウェハの研磨時間を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００３９】
（１１）前記（９）のＣＭＰ装置の自動運転方法は、さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記ＣＭＰ装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、前記測定した膜厚のデータを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００４０】
（１２）前記（１０）のＣＭＰ装置の自動運転方法は、さらに、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするものである。
【００４１】
（１３）本発明による半導体製造装置の自動運転システムは、製品ウェハの処理条件を保有するホストコンピュータと、半導体製造装置を制御する装置制御部とを有し、前記装置制御部は、前記ホストコンピュータから前記半導体製造装置へ前記製品ウェハの処理条件が伝送された時、あらかじめ決められた処理条件に従って前記半導体製造装置において自動的にダミーウェハを処理し、前記伝送された製品ウェハの処理条件に従って前記半導体製造装置において前記製品ウェハを処理することを特徴とするものである。
【００４２】
（１４）前記（１３）の半導体製造装置の自動運転システムは、前記装置制御部が、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定し、前記測定した膜厚のデータおよび前記半導体製造装置の処理データを前記ホストコンピュータへ伝送し、前記ホストコンピュータが、前記伝送された膜厚データおよび処理データに基づいて、前記半導体製造装置で後に処理される製品ウェハの処理条件を決定することを特徴とするものである。
【００４３】
（１５）前記（１３）の半導体製造装置の自動運転システムは、前記装置制御部が、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定し、前記測定した膜厚のデータを前記ホストコンピュータへ伝送し、前記ホストコンピュータが、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を決定することを特徴とするものである。
【００４４】
（１６）前記（１３）〜（１５）の半導体製造装置の自動運転システムは、前記ホストコンピュータと前記装置制御部とはネットワークを介して接続され、前記ネットワークに接続されクリーンルームの外にある端末から前記ホストコンピュータ内の前記製品ウェハの処理条件を変更することが可能であることを特徴とするものである。
【００４５】
よって、前記の半導体装置の製造方法、半導体製造装置の自動運転方法および自動運転システム、並びにＣＭＰ装置の自動運転方法によれば、オペレータの待ち時間が減少し、少人化合理化し、処理能力が向上し、投資金額が圧縮され、間接業務効率が向上し、配線層間膜厚の精度が向上し、製品歩留まりも向上する。
【００４６】
【発明の実施の形態】
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、同一部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００４７】
図１は本発明の一実施の形態において半導体製造装置の自動運転システムの構成および自動運転方法を示す説明図、図２は本実施の形態においてＣＭＰ装置の処理フローを示す説明図、図３（ａ）は本実施の形態においてＳＴＩ構造を示す断面図、図３（ｂ）は本実施の形態においてＳＴＩの処理フローを示す説明図、図４（ａ）は本実施の形態においてＩＬＤ構造を示す断面図、図４（ｂ）は本実施の形態においてＩＬＤの処理フローを示す説明図、図５（ａ）は本実施の形態においてＩＭＤ構造を示す断面図、図５（ｂ）は本実施の形態においてＩＭＤの処理フローを示す説明図、図６は本実施の形態において半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００４８】
まず、図１により、本実施の形態における半導体製造装置の自動運転システムの構成および自動運転方法の一例を説明する。本実施の形態における半導体製造装置は、例えばＣＭＰ装置１１とされ、ＣＭＰ装置１１を制御する装置制御部１２、ダミーウェハ用ポート１３および製品ウェハ用ポート１４からなるロードポート、ウェハの研磨を行う研磨部１５、ウェハの洗浄を行う洗浄部１６、ウェハ上に形成された膜の膜厚を測定する膜厚測定装置１７などから構成され、クリーンルーム内に設置されている。ＣＭＰ装置１１は、クリーンルーム内のネットワーク１８を介して、ホストコンピュータ１９と接続されている。
【００４９】
ホストコンピュータ１９は、半導体製造工程を管理し、製品ウェハの処理レシピ２４、製品・工程毎のパラメータ２５などの情報を保有している。ホストコンピュータ１９では、製品・工程毎のパラメータ２５などからＣＭＰ装置１１における製品ウェハの研磨時間ＰＴ（Ｉ）が計算される。計算された研磨時間ＰＴ（Ｉ）は製品ウェハの処理レシピ２４に取り込まれる。そして、ホストコンピュータ１９から製品ウェハの処理レシピ２４がＣＭＰ装置１１にダウンロードされることにより、ＣＭＰ装置１１が自動運転される。
【００５０】
クリーンルーム内のネットワーク１８には端末２０などが接続され、クリーンルーム外のネットワーク２１には端末２２，２３などが接続され、クリーンルーム内のネットワーク１８とクリーンルーム外のネットワーク２１とは相互に接続されている。そして、ホストコンピュータ１９またはＣＭＰ装置１１に保存されているデータの閲覧や編集が端末２０，２２，２３から可能となっている。
【００５１】
ＣＭＰ装置１１におけるダミーウェハのＣＭＰ処理は、図１の矢印で示すように、まず、ダミーウェハ用ポート１３から研磨部１５へダミーウェハが移送され、研磨部１５においてダミーウェハが研磨された後、洗浄部１６へ移送され、洗浄部１６においてダミーウェハが洗浄された後、ダミーウェハ用ポート１３に格納されるという各ステップを有する。続いて、製品ウェハのＣＭＰ処理は、製品ウェハ用ポート１４から研磨部１５へ製品ウェハが移送され、研磨部１５において製品ウェハが研磨された後、洗浄部１６へ移送され、洗浄部１６において製品ウェハが洗浄された後、膜厚測定装置１７へ移送され、膜厚測定装置１７で製品ウェハ上に形成された膜の膜厚が測定された後、製品ウェハ用ポート１４に格納されるという各ステップを有する。膜厚の測定データとＣＭＰ装置の処理データは完了データ２６として、ＣＭＰ装置１１からホストコンピュータ１９へ伝送される。
【００５２】
次に、図２〜図６により、本実施の形態において前述したＣＭＰ処理工程を含む半導体装置の製造方法および半導体製造装置の自動運転方法の一例を説明する。本実施の形態における半導体装置の製造方法および半導体製造装置の自動運転方法は、ＣＭＰ処理工程において以下の各ステップを有する。
【００５３】
図２に示すように、ＣＭＰ装置１１にダミーウェハの処理レシピ（処理条件）２７をあらかじめ保有しておき、製品ウェハの処理レシピ２４がホストコンピュータ１９からＣＭＰ装置１１にダウンロードされた時に、あらかじめ決められた処理条件に従ってダミーウェハ２８を自動的に処理する。ノンプロダクトのウェハがスターティングダミーまたはイニシャルダミーとして、研磨部１５および洗浄部１６からなるウェハ処理部２９においてＣＭＰ処理される。ＣＭＰ処理の後、ダミーウェハ２８はウェハ格納部３０に格納される。製品ウェハの処理レシピ２４がホストコンピュータ１９からＣＭＰ装置１１にダウンロードされた時に、自動的にダミーウェハ２８を処理することにより、半導体製造工程の自動化が容易となる。
【００５４】
ダミーウェハ２８は、ロードポートのうち１つを占有するかもしくはＣＭＰ装置１１内にダミーウェハ２８を保有するためのバッファスロットに格納される。ＣＭＰ装置１１内の装置制御部１２は、ダミーウェハの処理レシピ２７で決められた枚数を処理するが、格納されたダミーウェハ２８を均等に使用すべくダミーウェハ２８を順次処理させる棚管理を行う。また、ＣＭＰ装置１１内の装置制御部１２は、ダミーウェハ２８の使用回数または累積使用量を管理し、所定の使用量（時間、回数など）に達した時にアラームを発生する。使用量をオーバしたダミーウェハがキャリアに格納されているときは、ホストコンピュータ１９にアンロードのリクエストを送出し、使用量オーバのダミーウェハが自動的にアンロードされる。
【００５５】
ダミーウェハ２８の処理の後、ホストコンピュータ１９からダウンロードされた製品ウェハの処理レシピ２４に従って、ウェハ処理部２９において製品ウェハ３１がＣＭＰ処理される。
【００５６】
ＣＭＰ装置１１に搭載された膜厚測定装置１７により、製品ウェハ３１の研磨・洗浄の途中または完了時に少なくとも１回、製品ウェハ３１上に形成された膜の膜厚が測定される。膜厚の測定は研磨前にも行ってもよいが、前工程で膜厚をすでに測定している場合は、その研磨前の膜厚と研磨後の膜厚から研磨レートを計算することができるので、とくに研磨前の膜厚測定は必要ない。
【００５７】
そして、製品ウェハ３１のＣＭＰ処理完了後に、研磨ヘッドおよび研磨パッドの使用時間，研磨時間，研磨圧力，回転数，スラリー量などの処理データと、膜厚測定データとからなる完了データ２６をＣＭＰ装置１１からホストコンピュータ１９へ伝送する。
【００５８】
そして、ＣＭＰ装置１１から伝送された膜厚測定データおよび処理データと製品ウェハの研磨層ごとのパラメータをもとに、次に処理される製品ウェハの研磨時間などの処理条件をホストコンピュータ１９において決定する。
【００５９】
以上のようにして、処理条件の最新情報をリアルタイムにアップデートすることにより、リアルタイムのフィードバックが可能となる。最新情報を次に処理されるロットにフィードバックする方法としては、例えば研磨時間ＰＴ（Ｉ）を下記の式により決定する。
【００６０】
研磨時間ＰＴ（Ｉ）＝ｆ（研磨前膜厚（Ｉ），研磨前膜厚（Ｉ−１），研磨後膜厚（Ｉ−１），研磨後膜厚（Ｉ−１），研磨パッド使用時間，製品・工程ごとのパラメータ）
また、研磨レートＲＲは下記の式により計算される。
【００６１】
研磨レートＲＲ（Ｉ−１）＝（研磨前膜厚（Ｉ−１）−研磨後膜厚（Ｉ−１））／研磨後膜厚（Ｉ−１）
なお、上記の式において、Ｉは処理番号を示す自然数である。
【００６２】
研磨時間ＰＴ（Ｉ）は、研磨ヘッドごとに算出され、ＣＭＰ装置１１へダウンロードされる。計算にあたって、研磨前膜厚（Ｉ）は研磨前の絶縁膜ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程などの膜厚測定データを使用する。前工程のＣＶＤ工程などにおいても、ＣＶＤ装置に搭載された膜厚測定装置でウェハごとに測定された膜厚データであることが望ましいが、ロット内の１枚以上のウェハの測定値であってもよい。
【００６３】
さらにまた、ＣＭＰ装置１１から伝送された膜厚データから、ホストコンピュータ１９が製品ウェハ３１の次工程（エッチング、ＣＶＤなど）における処理条件をフィードフォワード的に決定する。これにより、次工程の前処理としての膜厚測定工程が省略される。
【００６４】
例えば、図３（ａ）に示すような素子分離をするためのＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程おいて、シリコン基板４０の上に窒化膜３５をパターン形成し、酸化膜３６を埋め込み、ＣＭＰ研磨を行った後、窒化膜３５のエッチングを行う場合、ＣＭＰ装置１１で測定されたＣＭＰ研磨後の膜厚測定データ３２は、次のエッチング工程での処理レシピ（処理条件）を決定することにフィードフォワード的に使用される（図３（ｂ））。この場合、ＣＭＰ工程とエッチング工程との間に追加された膜厚測定工程を含まないため、自動化が容易に実現できる。また、全ウェハを測定しているため、１枚ごとに処理条件を決定することにより精度の高い制御が可能である。
【００６５】
また、例えば図４（ａ）に示すようなＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）形成後の第１メタル配線との間の層間膜ＩＬＤ（Ｉｎｔｅｒｌｅｂｅｌ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）の平坦化工程において、シリコン基板４１の上に酸化膜４３，多結晶シリコン４２，ソース・ドレイン４６，酸化膜３７を形成し、ＣＭＰ研磨を行った後、ＣＶＤキャップにより酸化膜４５を形成する場合、ＣＭＰ装置１１から伝送されたＣＭＰ研磨後の膜厚測定データ３３は、次の絶縁膜ＣＶＤキャップ工程での処理条件を決定することにフィードフォワード的に使用される（図４（ｂ））。ＣＭＰ工程と絶縁膜ＣＶＤキャップ工程との間に膜厚測定工程を含まないため、自動化が容易に実現できる。また、全ウェハを測定しているため、１枚ごとに処理条件を決定することにより精度の高い制御が可能である。
【００６６】
また、例えば図５（ａ）に示すようなメタル配線形成後のメタル層間膜ＩＭＤ（Ｉｎｔｅｒ Ｍｅｔａｌ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）の平坦化工程において、シリコン基板上の酸化膜４４，タングステン４９（プラグ），バリア層４８（Ｔｉ＋ＴｉＮ），アルミニウウム５０，バリア層４７（Ｔｉ＋ＴｉＮ），酸化膜３８を形成し、ＣＭＰ研磨を行った後、ＣＶＤキャップにより酸化膜３９を形成する場合、ＣＭＰ装置から伝送された研磨後の膜厚測定データ３４は、次の絶縁膜ＣＶＤキャップ工程での処理条件を決定することにフィードフォワード的に使用される（図５（ｂ））。ＣＭＰ工程と絶縁膜ＣＶＤキャップ工程との間に追加された膜厚測定工程を含まないため、自動化が容易に実現できる。また、全ウェハを測定しているため、１枚ごとに処理条件を決定することにより精度の高い制御が可能である。
【００６７】
以上述べてきたフィードバックおよびフィードフォワードのパラメータをクリーンルームの外にある端末２２，２３で編集・確認が可能であるので、間接業務が効率化し、制御の精度は格段に向上する。クリーンルームの外での編集・確認作業の端末２２，２３は、ホストコンピュータまたはＣＭＰ装置と同じか又は異なる基幹ネットワークに接続する。このことにより、ネットワークの処理負荷を分散することができ、より応答性の高い処理が可能となる。
【００６８】
次に、図６により、前述したＣＭＰ処理を含む半導体装置の製造方法の一例を概説する。当該製造方法により製造される半導体装置は、例えば、ウェハの主面上にｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴなどを有するものである。
【００６９】
ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴの完成後、例えばウェハ上にＣＶＤ法で酸化シリコン膜を堆積することにより、層間絶縁膜を形成する（ステップＳ６１）。続いて、ＣＭＰ法による研磨により、この層間絶縁膜の表面を平坦化する（ステップＳ６２）。
【００７０】
次に、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジスト膜をマスクとしたエッチングにより、ウェハの主面のｎ型半導体領域上の層間絶縁膜に接続孔を開孔する（ステップＳ６３）。
【００７１】
次に、スパッタリング法により、例えば窒化チタンなどのバリア導体膜をウェハ上に堆積し、さらにＣＶＤ法により、例えばタングステンなどの導電性膜をバリア導体膜上に堆積する（ステップＳ６４）。
【００７２】
次に、層間絶縁膜上のバリア導体膜および導電性膜を、例えばＣＭＰ法により除去し、接続孔内にバリア導体膜および導電性膜を残すことにより、バリア導体膜および導電性膜からなるプラグを形成する（ステップＳ６５）。
【００７３】
次に、ウェハ上にＴｉ（チタン）膜、Ａｌ合金膜および窒化チタン膜を順次下層より堆積することにより、導電性膜を形成する（ステップＳ６６）。
【００７４】
次に、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして導電性膜をエッチングすることにより、導電性膜からなる配線を形成し、半導体装置を製造する（ステップＳ６７）。
【００７５】
以上、本発明者によってなされた発明をその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。
【００７６】
例えば、前記実施の形態においては、ＣＭＰ装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、スパッタ装置、ＣＶＤ装置など他の半導体製造装置についても適用可能である。例えばイニシャルダミー処理を要するスパッタ装置においては、前記実施の形態のダミー処理の方法が適用可能であり、膜厚測定の必要なＣＶＤ装置では前記実施の形態の膜厚測定部を装置内に装備し測定データを次工程のＣＭＰ工程などにフィードフォワード的に使用することでこの方法が適用可能である。
【００７７】
【発明の効果】
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。
【００７８】
（１）メンテナンスなど人手作業の比率の高いＣＭＰ工程においては、ＣＭＰ工程を自動化することにより、少人化合理化が可能となる。
【００７９】
（２）オペレータ待ち時間の最小化により、装置の稼働率を極限まで上昇することができ、処理能力向上、投資金額圧縮が可能となる。
【００８０】
（３）クリーンルームの外から処理レシピの条件を最適化することができ、間接業務効率が向上する。
【００８１】
（４）配線層間膜厚の精度が向上し製品歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態において半導体製造装置の自動運転システムの構成および自動運転方法を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態においてＣＭＰ装置の処理フローを示す説明図である。
【図３】（ａ）は本発明の一実施の形態においてＳＴＩ構造を示す断面図、（ｂ）は本発明の一実施の形態においてＳＴＩの処理フローを示す説明図である。
【図４】（ａ）は本発明の一実施の形態においてＩＬＤ構造を示す断面図、（ｂ）は本発明の一実施の形態においてＩＬＤの処理フローを示す説明図である。
【図５】（ａ）は本発明の一実施の形態においてＩＭＤ構造を示す断面図、（ｂ）は本発明の一実施の形態においてＩＭＤの処理フローを示す説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態において半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１ ＣＭＰ装置
１２ 装置制御部
１３ ダミーウェハ用ポート
１４ 製品ウェハ用ポート
１５ 研磨部
１６ 洗浄部
１７ 膜厚測定装置
１８ クリーンルーム内のネットワーク
１９ ホストコンピュータ
２０，２２，２３ 端末
２１ クリーンルーム外のネットワーク
２４ 製品ウェハの処理レシピ
２５ 製品・工程毎のパラメータ
２６ 完了データ
２７ ダミーウェハの処理レシピ
２８ ダミーウェハ
２９ ウェハ処理部
３０ ウェハ格納部
３１ 製品ウェハ
３２，３３，３４ 膜厚測定データ
３５ 窒化膜（ＳｉＮ）
３６，３７，３８，３９，４３，４４，４５ 酸化膜（ＳｉＯ２）
４０，４１ シリコン基板（Ｓｉ）
４２ 多結晶シリコン
４６ ソース・ドレイン
４７，４８ バリア層（Ｔｉ＋ＴｉＮ）
４９ タングステン（Ｗ）
５０ アルミニウム（Ａｌ）
Claims (16)
- 製品ウェハの処理条件をホストコンピュータから半導体製造装置へ伝送するステップと、
あらかじめ決められた処理条件に従って前記半導体製造装置において自動的にダミーウェハを処理するステップと、
前記伝送された製品ウェハの処理条件に従って前記半導体製造装置において前記製品ウェハを処理する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。 - 請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、
前記測定した膜厚のデータおよび前記半導体製造装置の処理データを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、
前記伝送された膜厚データおよび処理データに基づいて、前記半導体製造装置で後に処理される製品ウェハの処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定する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。 - 請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、
前記測定した膜厚のデータを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定する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。 - 請求項２記載の半導体装置の製造方法であって、
さらに、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定する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。 - 製品ウェハの処理条件をホストコンピュータから半導体製造装置へ伝送するステップと、
あらかじめ決められた処理条件に従って前記半導体製造装置において自動的にダミーウェハを処理するステップと、
前記伝送された製品ウェハの処理条件に従って前記半導体製造装置において前記製品ウェハを処理するステップとを有することを特徴とする半導体製造装置の自動運転方法。 - 請求項５記載の半導体製造装置の自動運転方法であって、
さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、
前記測定した膜厚のデータおよび前記半導体製造装置の処理データを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、
前記伝送された膜厚データおよび処理データに基づいて、前記半導体製造装置で後に処理される製品ウェハの処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とする半導体製造装置の自動運転方法。 - 請求項５記載の半導体製造装置の自動運転方法であって、
さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、
前記測定した膜厚のデータを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、
前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とする半導体製造装置の自動運転方法。 - 請求項６記載の半導体製造装置の自動運転方法であって、
さらに、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とする半導体製造装置の自動運転方法。 - 製品ウェハの処理条件をホストコンピュータからＣＭＰ装置へ伝送するステップと、
あらかじめ決められた処理条件に従って前記ＣＭＰ装置において自動的にダミーウェハを処理するステップと、
前記伝送された製品ウェハの処理条件に従って前記ＣＭＰ装置において前記製品ウェハを処理するステップとを有することを特徴とするＣＭＰ装置の自動運転方法。 - 請求項９記載のＣＭＰ装置の自動運転方法であって、
さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記ＣＭＰ装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、
前記測定した膜厚のデータおよび前記ＣＭＰ装置の処理データを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、
前記伝送された膜厚データおよび処理データに基づいて、前記ＣＭＰ装置で後に処理される製品ウェハの研磨時間を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするＣＭＰ装置の自動運転方法。 - 請求項９記載のＣＭＰ装置の自動運転方法であって、
さらに、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記ＣＭＰ装置に搭載された膜厚測定装置によって測定するステップと、
前記測定した膜厚のデータを前記ホストコンピュータへ伝送するステップと、
前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするＣＭＰ装置の自動運転方法。 - 請求項１０記載のＣＭＰ装置の自動運転方法であって、
さらに、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を前記ホストコンピュータにおいて決定するステップとを有することを特徴とするＣＭＰ装置の自動運転方法。 - 製品ウェハの処理条件を保有するホストコンピュータと、
半導体製造装置を制御する装置制御部とを有し、
前記装置制御部は、前記ホストコンピュータから前記半導体製造装置へ前記製品ウェハの処理条件が伝送された時、あらかじめ決められた処理条件に従って前記半導体製造装置において自動的にダミーウェハを処理し、前記伝送された製品ウェハの処理条件に従って前記半導体製造装置において前記製品ウェハを処理することを特徴とする半導体製造装置の自動運転システム。 - 請求項１３記載の半導体製造装置の自動運転システムであって、
前記装置制御部は、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定し、前記測定した膜厚のデータおよび前記半導体製造装置の処理データを前記ホストコンピュータへ伝送し、
前記ホストコンピュータは、前記伝送された膜厚データおよび処理データに基づいて、前記半導体製造装置で後に処理される製品ウェハの処理条件を決定することを特徴とする半導体製造装置の自動運転システム。 - 請求項１３記載の半導体製造装置の自動運転システムであって、
前記装置制御部は、前記製品ウェハの処理の途中または終了時に、前記製品ウェハ上に形成された膜の膜厚を前記半導体製造装置に搭載された膜厚測定装置によって測定し、前記測定した膜厚のデータを前記ホストコンピュータへ伝送し、
前記ホストコンピュータは、前記伝送された膜厚データに基づいて、前記製品ウェハの次工程における処理条件を決定することを特徴とする半導体製造装置の自動運転システム。 - 請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の半導体製造装置の自動運転システムであって、
前記ホストコンピュータと前記装置制御部とはネットワークを介して接続され、前記ネットワークに接続されクリーンルームの外にある端末から前記ホストコンピュータ内の前記製品ウェハの処理条件を変更することが可能であることを特徴とする半導体製造装置の自動運転システム。
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