JP6784127B2 - 半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスの製造方法に関する。

半導体デバイスにおいては、設計の高精密化に伴い、その部材となるデバイスあるいはそれを構成するモジュールの特性のばらつきを抑制することが課題となっている。

例えば特許文献１には、ウエハ面内の膜厚分布およびエッチングプロセス変動に応じた任意の方向と位置における寸法のバラツキを制御できるように露光条件を決定する方法について開示されている。特許文献１に記載の方法によると、記憶部は、半導体デバイスの品種、ロットおよびエリアの組合せ毎に、エリアへの露光条件および各種測定値（被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値、レジスト寸法測定値、寸法シフト量測定値）を管理する。演算部は、半導体デバイスの品種、ロットおよびエリアの組合せ毎に、新たなウエハの対象エリアへの露光条件を、当該ウエハの対象エリアにおける測定値（被エッチング膜厚測定値、レジスト膜厚測定値）と、過去の露光条件および測定値を基に決定する。

特開２００４−２８１５５７号公報

特許文献１に記載のような従来の方法では、膜厚の測定を、１ロットにつき１枚のウエハについて、数点程度で行っており、１０％程度の精度でばらつきを管理していた。より高い精度でばらつきを抑制するためには、従来の膜厚に加え、膜質等、測定項目を増加させる必要がある。しかし、測定項目を増加させると、工程数の増大やコストの増加を招いてしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、半導体デバイスの特性のばらつきを効率的に低減する方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る半導体デバイス製造方法は、デバイスウエハにデバイス膜を形成して複数のデバイスを形成する工程と、モニタウエハに前記デバイス膜と同一のモニタ膜を形成する工程と、モニタウエハにおける複数の代表点において、モニタ膜の特性であるモニタ膜特性を測定する工程と、複数の代表点におけるモニタ膜特性の測定結果に基づいて、モニタウエハにおけるモニタ膜特性の面内分布を示すテンプレートデータを作成する工程と、テンプレートデータを記憶部に保存する工程と、記憶部に保存された複数のテンプレートデータに基づいて、デバイスウエハにおいてデバイス膜の特性であるデバイス膜特性を測定するポイントであるモニタポイントを設定する工程と、設定されたモニタポイントにおいて、デバイス膜特性を測定する工程と、モニタポイントにおけるデバイス膜特性の測定結果であるモニタリング結果と、記憶部に保存されたテンプレートデータとを照合する工程と、モニタリング結果に対応するテンプレートデータが、記憶部に保存されていた場合に、対応するテンプレートデータを用いてモニタリング結果を補間し、デバイス膜特性の面内分布を示す仮想データを作成する工程と、仮想データに基づいて、デバイスウエハ面内における複数のデバイスの特性のばらつきを補正する工程と、を含む。

本発明によれば、導体デバイスの特性のばらつきを効率的に低減することができる。

本発明の実施形態に係る制御装置を含む製造システムの構成図である。 本発明の実施形態に係る制御装置が作成するヒートマップの一例である。 本発明の実施形態に係る制御装置が設定するモニタポイントの一例である。 本発明の実施形態に係る制御装置がデバイスウエハにおけるショットマップから、実際のモニタ位置を決定する様子を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る制御装置による補正処理を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る制御装置による補正処理を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る制御装置による補正処理を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る制御装置による補正処理を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る制御装置による補正処理を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る制御装置の処理フローの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る制御装置の処理フローの一例を示すフローチャートである。

［実施形態］
以下、添付の図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体デバイス製造方法を実施する製造システム１の構成図の一例を示す図である。本実施形態に係る製造システム１は、制御装置１０と、処理装置２０とを備えている。処理装置２０は、例えば成膜装置やエッチング装置、露光装置等を含む。本実施形態においては、処理装置２０は、制御装置１０によって処理条件が制御される。処理条件は、例えば処理レシピ（材料、配合、温度、処理時間等）である。なお、制御装置１０と処理装置２０とは同一筐体によって実装される構成でもよい。

図１に示すように、制御装置１０は、機能部として、例えばテンプレートＤＢ１３１と、モニタポイントＤＢ１３２と、モニタ測定部１０１と、特徴点抽出部１０２と、デバイス測定部１０３と、補正部１０４とを備えている。

テンプレートＤＢ１３１には、ウエハの膜厚や膜質（屈折率や消衰係数等の光学定数を含む）等の膜の特性の面内分布に関するデータが保存されている。具体的には、テンプレートＤＢ１３１には、ウエハ面内のばらつきデータに、膜の種類、処理装置、チャンバの識別子、処理時期、処理条件等のカテゴリが対応付けられて保存されている。処理時期は、処理が行われた日時や、現在から処理が行われた日までの期間をいう。ウエハ面内のばらつきデータは、後述するモニタ測定部１０１によって測定された膜厚や屈折率、消衰係数等の膜の特性の面内分布を表すデータである。詳細については後述するが、ウエハ面内のばらつきデータは、例えばヒートマップや等高線によって可視化されたデータとしてテンプレートＤＢ１３１に保存されていることが好ましい（図２（Ｂ）参照）。以下の説明では、ウエハ面内のばらつきデータをテンプレートデータとも呼ぶ。

モニタポイントＤＢ１３２には、上述のカテゴリ毎に、膜の特性分布の特徴点に関する情報（モニタポイント）が保存されている。特徴点は、詳細については後述するが、あるカテゴリで成膜されたモニタウエハにおけるテンプレートデータにおいて、特徴的なデータを示すポイントである。

モニタ測定部１０１は、モニタウエハの特性の測定を行い、テンプレートデータを作成する。モニタウエハは、ベアウエハの表面に、光を透過させる単一の膜（モニタ膜）が形成されたウエハをいう。

モニタ測定部１０１の処理についてより詳細に説明する。
まず、モニタ測定部１０１は、処理装置２０や、ベアウエハに成膜された膜の種類、処理条件等のカテゴリ毎に複数のモニタウエハの膜の特性（モニタ膜特性）の測定を行う。具体的には、モニタ測定部１０１は、モニタウエハの面内において、複数の代表点（望ましくは４９点以上である。）を、当該代表点が面内に均一に分布するように選択する。選択した複数の代表点について、モニタ測定部１０１は、適切なメトロロジー技術を用いてスペクトルデータを取得する。モニタ測定部１０１は、メトロロジー技術として、近紫外〜紫外光によるエリプソメーターや干渉計、赤外分光計、Ｘ線干渉計等を用いることができる。メトロロジー技術は、デバイスウエハを非破壊で、かつインプロセスで適用することができ、またその検査に必要なタクトタイムが他の解析技術に比べて短いため、多数のサンプリングをより容易に行うことができる。

次に、モニタ測定部１０１は、取得したスペクトルデータから内挿、外挿等して補間したデータを用いて膜の特性の面内分布データ（テンプレートデータ）を作成する。さらにモニタ測定部１０１は面内分布データを、ヒートマップや等高線等の可視データとして作成することが好ましい。図２はモニタ測定部１０１がモニタウエハの膜の特性の面内分布を作成する態様を模式的に示す図である。図２（Ａ）に示すようにモニタ測定部１０１は、例えばモニタウエハをメッシュに区切り、当該メッシュ毎に代表点を選択する。次にモニタ測定部１０１は、選択した代表点において膜の特性の測定を行う。さらにモニタ測定部１０１は測定した代表点のデータから内挿、外挿等してデータを補間し、図２に示すようなヒートマップ表示可能なテンプレートデータを作成する。

また、モニタ測定部１０１は、作成したテンプレートデータを処理装置２０、処理チャンバ、処理時期等のカテゴリと紐づけて全てテンプレートＤＢ１３１に登録する。

このように、テンプレートデータの作成にモニタウエハを用いることで、パターンの制約を受けることなく、任意の座標において膜の特性を測定することができる。また、モニタウエハにおける測定においては、単一の膜のみを成膜するため、各パラメータを高感度に評価することができる。

特徴点抽出部１０２は、テンプレートＤＢ１３１に登録されたテンプレートデータを処理条件毎に解析して、特徴点を抽出する。特徴点は、ある処理条件で膜が形成されたウエハのテンプレートデータにおいて、特徴的な特性を示すポイントである。例えば、特徴点抽出部１０２は、テンプレートデータのうち、周囲に比べて変極点である点を特徴点として抽出することができる。特徴点抽出部１０２がこのような特徴点を抽出することで、処理装置２０やチャンバに固有の処理特性をパターン化することができる。

特徴点抽出部１０２は、抽出した特徴点からモニタポイントを設定する。モニタポイントは、後述するデバイスウエハにおいて、膜（デバイス膜）の特性（デバイス膜特性）の測定を行うポイントである。デバイスウエハは、実際の半導体製品が製造されるウエハである。このとき特徴点抽出部１０２は、ウエハの回転成分を考慮して、モニタポイントを設定することが好ましい。ここで、デバイス膜とはデバイスウエハ上に形成される、デバイスの機能を代表する膜のことを指す。

図３は、特徴点抽出部１０２が、回転成分を考慮して設定したモニタポイントを模式的に示す図である。図３（Ａ）は、ある処理条件で成膜されたウエハのテンプレートデータを示している。図３（Ａ）に示すテンプレートデータにおいて、特徴点抽出部１０２が、ウエハの周縁の一部の領域（円Ｐで示す領域である）に分布する代表点群を、当該テンプレートデータの特徴点群として抽出したとする。この場合、特徴点抽出部１０２は、回転成分を考慮して、ウエハの周縁の全周にモニタポイントＭＰを設定することが好ましい（図３（Ｂ））。

特徴点抽出部１０２は、設定したモニタポイントをカテゴリと対応付けてモニタポイントＤＢ１３２に登録する。

特徴点抽出部１０２がテンプレートデータからモニタポイントを設定することで、後述するデバイス測定部１０３の処理において、測定するポイント数を削減することができる。さらに特徴点抽出部１０２が回転成分を考慮してモニタポイントを設定することで、後述するデバイスウエハにおける測定結果と、テンプレートデータとの照合率を向上させることができる。

デバイス測定部１０３は、デバイスウエハに対して、膜の特性の測定を行う。デバイス測定部１０３の処理の詳細について説明する。
まずデバイス測定部１０３は、モニタポイントＤＢ１３２を参照して、デバイスウエハのカテゴリに応じたモニタポイントを抽出し、当該モニタポイントにおいて、デバイスウエハの膜の特性の測定を行う。このときデバイス測定部１０３は、モニタ測定部１０１と同様のメトロロジー技術を用いて膜の特性の測定を行うことが好ましい。なお、以下の説明では、デバイスウエハにおけるモニタポイントの測定結果をモニタリング結果とも呼ぶ。

次に、デバイス測定部１０３は、テンプレートＤＢ１３１を参照して、モニタリング結果と、テンプレートデータとの照合を行う。具体的には、デバイス測定部１０３は、モニタリング結果と面内傾向が最も類似するテンプレートデータを探索し、テンプレートＤＢ１３１から抽出する。デバイス測定部１０３は、モニタリング結果とテンプレートデータにおける特徴点とが変極点として抽出される位置が凡そ同じである場合に、モニタリング結果とテンプレートデータとが類似する、と判定することが好ましい。

このとき、デバイス測定部１０３は、デバイスウエハに対して処理を行った処理装置２０やチャンバ等のカテゴリを用いてから照合対象となるテンプレートデータを、テンプレートＤＢ１３１に登録されたテンプレートデータから絞りこむことが可能である。この結果、モニタリング結果とテンプレートデータとの照合処理の高速化を図ることができる。さらにデバイス測定部１０３はモニタリング結果とテンプレートデータとを回転成分を考慮して照合を行うことが好ましい。

テンプレートＤＢ１３１に、モニタリング結果に対応するテンプレートデータが保存されている場合には、デバイス測定部１０３は、当該対応するテンプレートデータを用いて、モニタリング結果を補間し、デバイスウエハにおける特性の面内分布の仮想データを作成する。テンプレートデータでデバイスウエハの特性の測定結果を補間することによって、デバイスウエハにおける測定ポイントの数を減らしても、精度の高い面内分布データを得ることができる。

他方で、テンプレートＤＢ１３１に、モニタリング結果に対応するテンプレートデータが保存されていない場合（すなわち、モニタリング結果に面内傾向が類似するテンプレートデータが保存されていない場合、又は、デバイスウエハと類似するカテゴリに対応するテンプレートデータが保存されていない場合）には、デバイス測定部１０３は、測定点を増加させて、再度デバイスウエハにおける特性の面内分布の測定を行う。このときデバイス測定部１０３は、モニタ測定部１０１がモニタウエハを測定する際に設定する代表点と同じポイントについて、再度測定を行うことが好ましい。デバイス測定部１０３は、測定した結果に対して、モニタ測定部１０１と同様に内挿、外挿等の加工を行い、テンプレートデータを作成する。さらに、デバイス測定部１０３は、作成したテンプレートデータを処理装置２０、処理チャンバ、処理時期等のカテゴリと紐づけて全てテンプレートＤＢ１３１に登録する。

図４は、デバイス測定部１０３が、デバイスウエハにおけるショットマップから、モニタポイントを測定するための実際のモニタ位置を決定する様子を模式的に示す図である。図４（Ａ）（Ｂ）において、十字で示すポイントＭＰは、ウエハ面内におけるモニタポイントを示している。また、図４（Ｂ）において、四角形で示す枠Ｓは、デバイスウエハにおけるショットマップを示している。図には示さないが、図４（Ｂ）における各枠Ｓにおいて、少なくとも２点以上のモニタパターンを設けることで、ウエハ面内に分布するモニタポイントＭＰを漏れなく測定することができる。

補正部１０４は、デバイス測定部１０３が作成した仮想データに基づいて、その後のプロセスの条件を補正するように処理装置２０を制御する補正処理を行う。例えば補正部１０４は、その後の工程における適切なフォーカスオフセットや露光量を算出し、フォトリソグラフィ工程での寸法やレジスト形状、測定した膜の上に形成する金属パターンやサイズをエリア毎に補正する。具体的には、補正部１０４は、仮想データの膜厚に基づいて、膜厚の面内分布を調整する補正処理を行うことができる。また、補正部１０４は、仮想データの膜厚及び膜質（光学定数）の分布から誘電率の面内分布を算出し、面内の容量や抵抗の分布を調整する補正処理を行うことができる。さらに補正部１０４は、仮想データの膜厚及び膜質（光学定数）の分布から、露光条件を面内で調整することができる。
補正部１０４による補正処理は、チップ単位だけでなくショット単位で行うことも可能である。

なお、補正処理実行下において、処理装置２０は、フォトリソグラフィ技術を用いて処理を行うことが可能である。ここで、フォトリソグラフィ技術とは、例えば通常のステッパーやスキャナーによる露光を行う場合には、露光条件においてパターンサイズを拡大・縮小等して調整することや、マスクを用いないダイレクト露光技術においてはパターンそのものの形状を調整すること等を含む。補正部１０４が仮想データに基づいて補正処理を行うことで、ウエハ面内における特性の分布をミクロエリア内で精度よく均一にすることが可能になる。

図５乃至図９を用いて、デバイス測定部１０３が膜Ｆの仮想データを作成した例における、その後の工程での補正処理について詳細に説明する。まず図５乃至図７を用いて、膜Ｆの膜厚にばらつきが生じている場合の補正処理について説明する。図５乃至図７の各図において、（Ａ−１）、（Ａ−２）、（Ａ−３）に示す図は、仮想データの任意の３点における膜Ｆの膜厚を示している。図５乃至図７の例では、（Ａ−２）に示すポイントにおける膜Ｆの膜厚はターゲットと同様の膜厚であり、（Ａ−１）に示すポイントにおける膜Ｆの膜厚はターゲットよりも厚く、（Ａ−３）に示すポイントにおける膜Ｆの膜厚はターゲットよりも薄い。

図５は、膜Ｆの膜厚を補正することでウエハの特性を面内で均一にする場合の例を示す図である。膜Ｆの膜厚がターゲットの膜厚と同様のポイント（Ａ−２）においては、補正部１０４は補正処理を行わない（Ｂ−２）。他方で、膜Ｆの膜厚がターゲットの膜厚より厚いポイント（Ａ−１）においては、補正部１０４はエッチング等によって当該ポイントの膜Ｆに膜厚が薄くなるように補正処理を行う（Ｂ−１）。また、膜Ｆの膜厚がターゲットの膜厚より薄いポイント（Ａ−３）においては、補正部１０４は、当該ポイントにおいて、再度膜Ｆを形成する補正処理を行う（Ｂ−３）。

図６は、膜Ｆ上に形成する金属層Ｅの面積を補正することでウエハの特性を面内で均一にする場合の例を示す図である。膜Ｆの膜厚がターゲットの膜厚と同様のポイント（Ａ−２）においては、補正部１０４は補正処理を行わない。このポイントでは、処理装置２０はあらかじめ設定された処理条件に応じて金属層Ｅを形成する（Ｂ−２）。他方で、膜Ｆの膜厚がターゲットの膜厚より厚いポイント（Ａ−１）においては、補正部１０４は当該ポイントに形成する金属層Ｅの表面積を大きくする補正処理を行う（Ｂ−１）。また、膜Ｆの膜厚がターゲットの膜厚より薄いポイント（Ａ−３）においては、補正部１０４は、当該ポイントに形成する金属層Ｅの表面積を小さくする補正処理を行う（Ｂ−３）。このように、補正部１０４が、膜Ｆ上に形成する金属層Ｅの面積を調整する補正処理を行うことで、膜厚がばらついた場合であっても、配線間容量を均一にすることが可能になる。

図７は、膜Ｆに形成するビアＶの開口径を調整することでウエハの特性を面内で均一にする場合の例を示す図である。膜Ｆの膜厚がターゲットの膜厚と同様のポイント（Ａ−２）においては、補正部１０４は補正処理を行わない。このポイントでは、処理装置２０はあらかじめ設定された処理条件に応じてビアＶを形成する（Ｂ−２）。他方で、膜Ｆの膜厚がターゲットの膜厚より厚いポイント（Ａ−１）においては、補正部１０４は、当該ポイントに形成するビアＶの開口径を大きくする補正処理を行う（Ｂ−１）。また、膜Ｆの膜厚がターゲットの膜厚より薄いポイント（Ａ−３）においては、補正部１０４は、当該ポイントに形成するビアＶの開口径を小さくする補正処理を行う（Ｂ−３）。このように、補正部１０４が、膜Ｆ上に形成するビアＶの開口径を調整する補正処理を行うことで、膜厚がばらついた場合であっても、膜Ｆに形成されるビアの抵抗を均一にすることが可能になる。

図８は、膜Ｆに形成されるダマシン配線におけるトレンチＴの深さを調整する補正処理を行う場合の例を示す図である。図８の例では、膜ＦにトレンチＴが形成され、当該トレンチＴを充填するように膜Ｆ上に金属層Ｅが形成されている。この例において、図８（Ａ−１）、（Ａ−２）、（Ａ−３）は、仮想データの任意の３点におけるトレンチＴの深さを示している。図８の例では、（Ａ−２）に示すポイントにおけるトレンチＴの深さはターゲットと同様であり、（Ａ−１）に示すポイントにおけるトレンチＴの深さターゲットよりも深く、（Ａ−３）に示すポイントにおけるトレンチＴの深さはターゲットよりも浅い。

トレンチＴの深さがターゲットと同様であるポイント（Ａ−２）においては、補正部１０４は補正処理を行わない。この場合、処理装置２０はあらかじめ設定された処理条件に応じて、膜Ｆ上に形成された金属層Ｅ、及び膜Ｆに対してＣＭＰ（Chemical Mechanical Planarization）処理を行い、ダマシン配線を形成する（Ｂ−２）。他方で、トレンチＴの深さがターゲットより深いポイント（Ａ−１）においては、補正部１０４はトレンチＴの深さを小さくする補正処理を行う。具体的には、補正部１０４は処理装置２０を制御して、金属層Ｅ及び膜Ｆに対する研磨処理において、膜Ｆが表面露出してからのオーバーポリッシュ量より多くなるように補正する（Ｂ−１）。また、トレンチＴの深さがターゲットより浅いポイント（Ａ−３）においては、補正部１０４はトレンチＴの深さを大きくする補正処理を行う。具体的には、補正部１０４は処理装置２０を制御して、金属層Ｅ及び膜Ｆに対するＣＭＰ処理において、膜Ｆが表面露出してからのオーバーポリッシュ量がより少なくなるように補正する（Ｂ−３）。このように、補正部１０４が、膜Ｆに形成されるトレンチＴの深さを調整する補正処理を行うことで、配線抵抗を均一にすることが可能になる。

図９は、膜Ｆに形成されるダマシン配線における配線幅を調整する補正処理を行う場合の例を示す図である。この例において、図９（Ａ−１）、（Ａ−２）、（Ａ−３）は、仮想データの任意の３点における誘電率を示している。図９の例では、（Ａ−２）に示すポイントにおける誘電率の深さはターゲットと同様であり、（Ａ−１）に示すポイントにおける誘電率はターゲットよりも高く、（Ａ−３）に示すポイントにおける誘電率はターゲットよりも小さい。

誘電率がターゲットと同様であるポイント（Ａ−２）においては、補正部１０４は補正処理を行わない。この場合、処理装置２０はあらかじめ設定された処理条件に応じて、膜Ｆ上にエッチング等によってトレンチＴを形成する。その後、処理装置２０は当該トレンチＴを充填するように膜Ｆ上に金属層Ｅを成膜して、ダマシン配線を形成する（Ｂ−２）。他方で、誘電率がターゲットより高いポイント（Ａ−１）においては、補正部１０４は形成されるダマシン配線の幅を小さくする補正処理を行う。具体的には、補正部１０４は処理装置２０を制御して、膜Ｆに対するエッチング処理において、形成するトレンチＴのトレンチ幅がより狭くなるように補正する（Ｂ−１）。また、誘電率がターゲットより小さいポイント（Ａ−３）においては、補正部１０４は形成されるダマシン配線の幅を大きくする補正処理を行う。具体的には、補正部１０４は処理装置２０を制御して、膜Ｆに対するエッチングにおいて、形成するトレンチＴの幅が大きくなるように補正する（Ｂ−３）。このように、補正部１０４が、膜Ｆに形成されるダマシン配線の幅を調整する補正処理を行うことで、配線間容量を均一にすることが可能になる。

次に、図１０及び図１１を参照して本実施形態に係る半導体デバイス製造方法のフローについて説明する。図１０は、本実施形態に係る半導体デバイス製造方法のうち、モニタウエハに対する処理のフローを示すフローチャートである。

まず、処理装置２０がベアウエハに単一の膜を成膜し、モニタウエハを作成する（Ｓ１１）と、モニタ測定部１０１は、当該モニタウエハについて特性の測定を行う。このときモニタ測定部１０１は、メトロロジー技術を用いて、モニタウエハの面内において多点測定を行う（Ｓ１２）。モニタ測定部１０１は、測定結果から内挿、外挿等したデータを用いて、テンプレートデータを作成する（Ｓ１３）。さらにモニタ測定部１０１は、作成したテンプレートデータに、モニタウエハを成膜した処理装置２０、チャンバ、処理日、処理条件等の情報を紐づけてテンプレートＤＢ１３１に登録する（Ｓ１４）。

次に、特徴点抽出部１０２は、テンプレートＤＢ１３１に保存されたテンプレートデータを処理条件毎に解析し、特徴点を抽出する（Ｓ１５）。さらに特徴点抽出部１０２は、抽出した特徴点に回転成分を加味して、処理条件毎にテンプレートデータにモニタポイントを設定する。特徴点抽出部１０２は設定したモニタポイントを処理条件と対応付けてモニタポイントＤＢ１３２に登録する（Ｓ１６）。

このＳ１１〜Ｓ１６の処理を、処理装置２０のチェックを行う度に繰り返し実行する（Ｓ１７：ＹＥＳ）ことによって、テンプレートＤＢ１３１、及びモニタポイントＤＢ１３２が作成される。

次に、デバイスウエハに対する処理フローについて説明する。図１１は、本実施形態に係る半導体デバイス製造方法のうち、デバイスウエハに対する処理のフローを示すフローチャートである。

まず、処理装置２０がデバイスウエハに任意の膜を成膜する（Ｓ２１）と、デバイス測定部１０３は、当該デバイスウエハ上の任意の膜について、デバイスウエハの処理条件に対応するモニタポイントにおいて特性の測定を行う。このときデバイス測定部１０３は、モニタ測定部１０１と同様のメトロロジー技術を用いて特性の測定を行う（Ｓ２２）。

次に、デバイス測定部１０３は、テンプレートＤＢ１３１を参照して、モニタリング結果に対応するテンプレートデータとの探索を行う。このときデバイス測定部１０３は、デバイスウエハが処理されたロットの処理履歴を参照して、デバイスウエハと同じカテゴリに属するテンプレートデータから優先して探索を行うことができる（Ｓ２３）。

モニタリング結果に対応するテンプレートデータがテンプレートＤＢ１３１に保存されていない場合（Ｓ２４：ＮＯ）には、デバイス測定部１０３は、デバイスウエハに対して測定点を増やして再度、特性の測定を行う。このときデバイス測定部１０３は、測定結果からテンプレートデータを作成し、作成したテンプレートデータをテンプレートＤＢ１３１に登録する（Ｓ２５）。

モニタリング結果に対応するテンプレートデータがテンプレートＤＢ１３１に保存されている場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）には、デバイス測定部１０３は、当該テンプレートを抽出し、抽出したテンプレートデータによってモニタリング結果を補間して、仮想データを作成する（Ｓ２６）。

さらに補正部１０４は仮想データ又は、デバイス測定部１０３が作成したテンプレートデータに基づいて、その後の工程に対して補正処理を行い、デバイスウエアの特性を面内で均一にする（Ｓ２７）。

このように本実施形態に係る半導体デバイス製造方法によると、テンプレートデータの作成にモニタウエハを用いることで、パターンの制約を受けることなく、任意の座標において特性を測定することができる。また、モニタウエハにおける測定においては、単一の膜のみを成膜するため、各パラメータを高感度に評価することができる。

さらに、テンプレートデータでデバイスウエハの特性の測定結果を補間することによって、デバイスウエハにおける測定ポイントの数を減らしても、精度の高い面内分布の仮想データを得ることができる。また、仮想データに基づいて補正処理を行うことで、ウエハ面内における特性の分布を精度よく均一にすることが可能になる。

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本発明の一実施形態に係る半導体デバイス製造方法によると、デバイスウエハにデバイス膜を形成して複数のデバイスを形成する工程と、モニタウエハに前記デバイス膜と同一のモニタ膜を形成する工程と、モニタウエハにおける複数の代表点において、モニタ膜の特性であるモニタ膜特性を測定する工程と、複数の代表点におけるモニタ膜特性の測定結果に基づいて、モニタウエハにおけるモニタ膜特性の面内分布を示すテンプレートデータを作成する工程と、テンプレートデータを記憶部に保存する工程と、記憶部に保存された複数のテンプレートデータに基づいて、デバイスウエハにおいてデバイス膜の特性であるデバイス膜特性を測定するポイントであるモニタポイントを設定する工程と、設定されたモニタポイントにおいて、デバイス膜特性を測定する工程と、モニタポイントにおけるデバイス膜特性の測定結果であるモニタリング結果と、記憶部に保存されたテンプレートデータとを照合する工程と、モニタリング結果に対応するテンプレートデータが、記憶部に保存されていた場合に、対応するテンプレートデータを用いてモニタリング結果を補間し、デバイス膜特性の面内分布を示す仮想データを作成する工程と、仮想データに基づいて、デバイスウエハ面内における複数のデバイスの特性のばらつきを補正する工程と、を含む。

これによって、テンプレートデータの作成にモニタウエハを用いることで、パターンの制約を受けることなく、任意の座標において特性を測定することができる。また、モニタウエハにおける測定においては、単一の膜のみを成膜するため、各パラメータを高感度に評価することができる。さらに、テンプレートデータでデバイスウエハの特性の測定結果を補間することによって、デバイスウエハにおける測定ポイントの数を減らしても、精度の高い面内分布の仮想データを得ることができる。また、仮想データに基づいて補正処理を行うことで、ウエハ面内における特性の分布を精度よく均一にすることが可能になる。

デバイス膜特性及びモニタ膜特性は、デバイス膜又はモニタ膜の膜厚、屈折率、消衰係数、及びその他解析に用いられるモデル式に含まれる各パラメータを含むことが好ましい。この好ましい態様によると、膜質に基づいてもばらつきを管理することが可能になるため、より高い精度でばらつきの抑制が可能になる。

また、モニタ膜特性を測定する工程は、モニタ膜特性を、複数の代表点において、メトロロジー技術を用いて測定する工程を含むことが好ましい。メトロロジー技術は、デバイスウエハを非破壊で、かつインプロセスで適用することができ、またその検査に必要なタクトタイムが他の解析技術に比べて短い。そのため、この好ましい態様によると、多数のサンプリングをより容易に行うことができる。

また、テンプレートデータは、モニタウエハの面内分布を可視化したデータであり、面内分布は、複数の代表点における測定結果を示す代表データと、当該代表データを補間する補間データを含むことが好ましい。この好ましい態様によると、イメージデータでデータベースを構築することができる。これによって、その特徴抽出を画像検索と同じアルゴリズムを用いて行うことが可能になる。

また、保存する工程は、テンプレートデータと、モニタウエハに対してモニタ膜を形成した時期又は条件を含むカテゴリとを対応付けて記憶部に保存する工程を含むことが好ましい。この好ましい態様によると、デバイスウエハに対して処理を行った処理装置やチャンバ等のカテゴリを用いてから照合対象となるテンプレートデータを、テンプレートＤＢ１３１に登録されたテンプレートデータから絞りこむことが可能になる。これによって、照合処理の高速化を図ることができる。

モニタポイントを設定する工程は、カテゴリ毎に複数のテンプレートデータを解析して当該複数のテンプレートデータにおいて特徴的なポイントを抽出し、特徴的なポイントに基づいて、モニタポイントを設定する工程を含むことが好ましい。この好ましい態様によると、カテゴリに固有の特性をパターン化することができる。

まら、デバイスウエハに形成されたデバイス膜特性を測定する工程は、モニタ膜特性を測定する工程と同様のメトロロジー技術を用いてデバイス膜特性を測定する工程を含むことが好ましい。この好ましい態様によると、テンプレートデータとモニタリング結果とを直接比較させることが可能になる。

また、テンプレートデータを記憶部に保存する工程は、モニタ膜の複数の特性のそれぞれについてテンプレートデータを保存し、照合する工程は、デバイスウエハに対してデバイス膜を形成した時期又は条件に基づいて、記憶部に保存されたテンプレートデータから、照合に用いるテンプレートデータを選択する工程を含むことが好ましい。この好ましい態様によると、デバイスウエハに対して処理を行った処理装置やチャンバ等のカテゴリを用いてから照合対象となるテンプレートデータを、テンプレートＤＢ１３１に登録されたテンプレートデータから絞りこむことが可能になる。これによって、照合処理の高速化を図ることができる。

また、モニタリング結果に対応するテンプレートデータが記憶部に保存されていない場合に、デバイスウエハにおけるモニタポイント以外のポイントにおいてデバイス膜特性を再測定する工程と、再測定する工程において測定された再測定結果に基づいて、デバイスウエハにおけるデバイス膜特性の面内分布を評価を示すテンプレートデータを作成し、当該テンプレートデータを記憶部に追加登録する工程とをさらに含むことが好ましい。この好ましい態様によると、テンプレートデータが登録されていない面内傾向のデバイスウエハから、新たにテンプレートデータを作成し、追加登録することができる。

またデバイスを形成する工程は、デバイスウエハにデバイス膜を形成した後に、デバイスウエハを処理する工程を含み、補正する工程は、仮想データに基づいて、デバイスウエハを処理する処理条件を補正して、特性のばらつきを補正することが好ましい。この好ましい態様によると、ばらつきの管理をより高い精度で行うことができる。

以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１ 製造システム
１０ 制御装置
２０ 処理装置
１３１ テンプレートＤＢ
１３２ モニタポイントＤＢ
１０１ モニタ測定部
１０２ 特徴点抽出部
１０３ デバイス測定部
１０４ 補正部

Claims (10)

1. デバイスウエハにデバイス膜を形成して複数のデバイスを形成する工程と、
   モニタウエハに前記デバイス膜と同一のモニタ膜を形成する工程と、
   前記モニタウエハにおける複数の代表点において、前記モニタ膜の特性であるモニタ膜特性を測定する工程と、
   前記複数の代表点における前記モニタ膜特性の測定結果に基づいて、前記モニタウエハにおける前記モニタ膜特性の面内分布を示すテンプレートデータを作成する工程と、
   前記テンプレートデータを記憶部に保存する工程と、
   前記記憶部に保存された複数の前記テンプレートデータに基づいて、前記デバイスウエハにおいて前記デバイス膜の特性であるデバイス膜特性を測定するポイントであるモニタポイントを設定する工程と、
   設定された前記モニタポイントにおいて、前記デバイス膜特性を測定する工程と、
   前記モニタポイントにおける前記デバイス膜特性の測定結果であるモニタリング結果と、前記記憶部に保存されたテンプレートデータとを照合する工程と、
   前記モニタリング結果に対応するテンプレートデータが、前記記憶部に保存されていた場合に、対応する前記テンプレートデータを用いて前記モニタリング結果を補間し、前記デバイス膜特性の面内分布を示す仮想データを作成する工程と、
   前記仮想データに基づいて、前記デバイスウエハ面内における前記複数のデバイスの特性のばらつきを補正する工程と、
   を含む半導体デバイス製造方法。
2. 前記デバイス膜特性及び前記モニタ膜特性は、
   前記デバイス膜又は前記モニタ膜の膜厚、屈折率、消衰係数、及びメトロロジー技術で用いられるモデルパラメータを含む、請求項１に記載の半導体デバイス製造方法。
3. 前記モニタ膜特性を測定する工程は、
   前記モニタ膜特性を、前記複数の代表点において、メトロロジー技術を用いて測定する工程を含む、
   請求項１又は２に記載の半導体デバイス製造方法。
4. 前記テンプレートデータは、
   前記モニタウエハの面内分布を可視化したデータであり、
   前記面内分布は、
   前記複数の代表点における前記測定結果を示す代表データと、当該代表データを補間する補間データを含む、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の半導体デバイス製造方法。
5. 前記保存する工程は、
   前記テンプレートデータと、前記モニタウエハに対して前記モニタ膜を形成した時期又は条件を含むカテゴリとを対応付けて前記記憶部に保存する工程を含む、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体デバイス製造方法。
6. 前記モニタポイントを設定する工程は、
   前記カテゴリ毎に複数の前記テンプレートデータを解析して当該複数のテンプレートデータにおいて特徴的なポイントを抽出し、前記特徴的なポイントに基づいて、前記モニタポイントを設定する工程を含む、
   請求項５に記載の半導体デバイス製造方法。
7. 前記デバイスウエハに形成されたデバイス膜特性を測定する工程は、
   前記モニタ膜特性を測定する工程と同様のメトロロジー技術を用いて前記デバイス膜特性を測定する工程を含む、請求項３に記載の半導体デバイス製造方法。
8. 前記テンプレートデータを記憶部に保存する工程は、
   前記モニタ膜の複数の特性のそれぞれについて前記テンプレートデータを保存し、
   前記照合する工程は、
   前記デバイスウエハに対して前記デバイス膜を形成した時期又は条件に基づいて、前記記憶部に保存されたテンプレートデータから、照合に用いるテンプレートデータを選択する工程を含む、
   請求項５に記載の半導体デバイス製造方法。
9. 前記モニタリング結果に対応するテンプレートデータが前記記憶部に保存されていない場合に、前記デバイスウエハにおける前記モニタポイント以外のポイントにおいて前記デバイス膜特性を再測定する工程と、
   前記再測定する工程において測定された再測定結果に基づいて、前記デバイスウエハにおける前記デバイス膜特性の面内分布を評価を示すテンプレートデータを作成し、当該テンプレートデータを前記記憶部に追加登録する工程と、
   をさらに含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載の半導体デバイス製造方法。
10. 前記デバイスを形成する工程は、前記デバイスウエハに前記デバイス膜を形成した後に、前記デバイスウエハを処理する工程を含み、
    前記補正する工程は、
    前記仮想データに基づいて、前記デバイスウエハを処理する処理条件を補正して、前記特性のばらつきを補正する、
    請求項１乃至９の何れか一項に記載の半導体デバイス製造方法。