JPWO2003078104A1 - 加工条件の決定方法、加工条件決定システム、加工システム、加工条件決定計算機プログラム、プログラム記録媒体、及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

加工条件の決定方法、加工条件決定システム、加工システム、加工条件決定計算機プログラム、プログラム記録媒体、及び半導体デバイスの製造方法 Download PDF

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Abstract

ステップＳ１１で、変動させる量（パラメータ）をそれぞれ、所定ピッチで段階的に変化させ、これらの組み合わせからなる標準加工条件を決定する。全標準加工条件のそれぞれについて、実際に加工を行い、その結果得られた加工形状を、それぞれ当該標準加工条件に対する標準加工形状とする（ステップＳ１２）。適当なシミュレーションプログラムがある場合には、実際に加工を行わず、シミュレーションにより標準加工形状を求めてもよい。このようにして求められた標準加工条件と標準加工形状は、記憶装置に記憶される。ステップＳ１３で加工すべき目的形状が与えられたとき、ステップＳ１４で、目的形状に近い標準加工形状を探索する。このようにして、加工形状が与えられたとき、それに対応する加工条件を決定することができる。

Description

技術分野
本発明は、研削、研磨等の加工において、加工形状が与えられたとき、それに対応する加工条件を決定する加工条件の決定方法、加工条件決定システム、加工システム、加工条件決定計算機プログラム、このプログラムを記憶したプログラム記録媒体、及び前記加工条件決定システム又は前記加工システムを使用した半導体デバイスの製造方法に関するものである。なお、本明細書、請求の範囲中でいう加工とは、研磨、研削等の機械加工をいう。
背景技術
半導体集積回路の高集積化、微細化に伴って、半導体製造プロセスの工程は、増加し複雑になってきている。これに伴い、半導体デバイスの表面は、必ずしも平坦ではなくなってきている。半導体デバイスの表面における段差の存在は、配線の段切れ、局所的な抵抗の増大等を招き、断線や電気容量の低下をもたらす。また、絶縁膜では耐電圧劣化やリークの発生にもつながる。
一方、半導体集積回路の高集積化、微細化に伴って、光リソグラフィに用いられる半導体露光装置の光源波長は、短くなり、半導体露光装置の投影レンズの開口数、いわゆるＮＡは、大きくなってきている。これにより、半導体露光装置の投影レンズの焦点深度は、実質的に浅くなってきている。焦点深度が浅くなることに対応するためには、今まで以上に半導体デバイスの表面の平坦化が要求されている。
具体的に示すと、半導体プロセスにおいては図７に示すような平坦化技術が必須になってきている。ウエハ１１上に半導体デバイス１４、ＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１２、Ａｌからなる金属膜１３が形成されている。図７（ａ）は半導体デバイスの表面の層間絶縁膜１２を平坦化する例である。図７（ｂ）は半導体デバイスの表面の金属膜１３を研磨し、いわゆるダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）を形成する例である。
このような半導体デバイス表面を平坦化する方法としては、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ又はＣｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ、以下ではＣＭＰと称す）技術が広く行われている。現在、ＣＭＰ技術はウエハの全面を平坦化できる唯一の方法である。
ＣＭＰはウエハの鏡面研磨法を基に発展している。図８は、ＣＭＰに用いる研磨（平坦化）装置の概略構成図である。研磨装置は研磨部材１５、研磨対象物保持部（以下、研磨ヘッドと称すことがある）１６、および研磨剤供給部１８から構成されている。そして、研磨ヘッド１６には、研磨対象物であるウエハ１７が取り付けられ、研磨剤供給部１８は、研磨剤（スラリー）１９を供給する。研磨部材１５は、定盤２０の上に研磨体（以下、研磨パッドと称すことがある）２１を貼り付けたものである。
ウエハ１７は研磨ヘッド１６により保持され、回転させながら揺動して、研磨部材１５の研磨体２１に所定の圧力で押し付けられる。研磨部材１５も回転させ、ウエハ１７との間で相対運動を行わせる。この状態で、研磨剤１９が研磨剤供給部１８から研磨体２１上に供給され、研磨剤１９は研磨体２１上で拡散し、研磨部材１５とウエハ１７の相対運動に伴って研磨体２１とウエハ１７の間に入り込み、ウエハ１７の被研磨面を研磨する。即ち、研磨部材１５とウエハ１７の相対運動による機械的研磨と、研磨剤１９の化学的作用が相乗的に作用して良好な研磨が行われる。
図９は、別の研磨装置を示す概要図である。本研磨装置においては、研磨ヘッド１６が下側にあり、その上にウエハ１７がチャックされている。そして、研磨体２１はウエハ１７より小径であり、上方に設けられた研磨定盤２０に貼り付けられている。すなわち、研磨体２１は研磨定盤２０と共に回転させながら揺動して、ウエハ１７に所定の圧力で押し付けられる。研磨ヘッド１６とウエハ１７も回転させ、研磨体２１との間で相対運動を行わせる。この状態で、研磨剤１９が研磨剤供給部１８からウエハ１７上に供給され、研磨剤１９はウエハ１７上で拡散し、研磨部材１５とウエハ１７の相対運動に伴って研磨体２１とウエハ１７の間に入り込み、ウエハ１７の被研磨面を研磨する。
ところが、研磨すべきウエハの種類は非常に多く、それぞれの種類に応じた独自の研磨条件（レシピ）を設定しなければならない。
たとえば、Ｃｕダマシン等の複数の層構造にわたる研磨に対しては、通常１次研磨でＣｕを研磨し、２次研磨でＴａを研磨する。この際には研磨剤と研磨対象物の違いにより、同一研磨条件でもその均一性は大きく変わるものである。
したがって、その都度研磨条件を用意する必要があるという煩雑さを持っている。更に、メタル研磨の場合には、研磨剤以外に過酸化水素水のような、酸化剤を添加する必要があるが、同一研磨剤についてもその添加剤の量により研磨プロファイルが変化するので、これらの研磨剤の種類、添加剤、研磨対象物が変わると全ての場合について、研磨条件を変えなければならない。
研磨条件としては、研磨液の種類や、研磨パッドの種類、及び研磨ヘッドと研磨部材の回転速度、研磨ヘッドの揺動速度、研磨ヘッドの押し付け圧力等があり、研磨ヘッドと研磨部材の回転速度、研磨ヘッドの揺動速度、研磨ヘッドの押し付け圧力については、時間の関数となったり、研磨ヘッド位置の関数となったりする。
ウエハの種類に応じた研磨条件を設定する方法として、従来は、経験に基づいてトライアルアンドエラーによる試験的研磨を行うことにより、目的の加工形状が得られる研磨条件を見つけ出す方法が採用されており、この試験的研磨に多数のウエハを使用し、長時間をかけて研磨条件の決定を行っていた。
又、ウエハの種類が特定されて、標準的な研磨条件を見つけ出すことができたとしても、実際に研磨されるウエハの研磨前の表面形状は、製作ロットごとに異なっている。そのために、製作ロットごとに、さらに試験的研磨を行って、研磨条件の微調整を行う必要がある。しかし、このように製作ロットごとの微調整を行っても、ロット内でのばらつきには対応できないという問題点が残る。
従来の、研磨されるウエハより研磨体の方が大きい研磨装置はウエハ直径の増大に伴って、装置自体が大きくなるという問題があり、また、研磨パッド等のように交換が必要な消耗部品の交換作業が、その大きさゆえに非常に困難であるという欠点を持っていた。また、研磨前のウエハの表面に成膜むらに基づく凹凸がある場合に、これらに適切に対応して表面を平坦に研磨することは非常に困難であった。さらに、初期膜厚形状が成膜プロセスによってＭ字型やＷ字型等になっているウエハにおいて、残膜を均一な形状に研磨する要求が生じる場合がある。従来の研磨装置では、このような要求に対応することが困難であった。
このような問題点を解決する研磨装置として、最近、図９に示すような研磨ウエハよりも小さい研磨体による研磨装置が開発され使用されるようになってきている。この研磨装置は研磨体が小型であることから、研磨装置における研磨部を小型化することができるという利点を持っている。また、消耗部品の交換についても小型であることゆえに、作業自体は非常に簡易となる。
そして、この研磨ウエハよりも小さい研磨体による研磨装置においては、ウエハ上の各部分における研磨体の存在確率を変えることにより、自在に研磨プロファイルを変えることが可能である。よって、研磨前のウエハの表面に凹凸がある場合に対応することができる。
しかしながら、このような細かな調整が可能であるということは、研磨条件をより細かく決定しなければならないことを意味する。すなわち、研磨条件の種類が増えると同時に複雑化し、研磨条件の決定回数が増えると共に、一つの研磨条件を決定するためにより多くのウエハと時間を要することになる。又、細かな調整が必要でない場合においても、研磨体が小さいために、従来の大きな研磨体を使用した研磨装置に比べて、研磨条件が複雑になるという状態には変わりは無い。
すなわち、小径パッドを用いた研磨の場合には、回転以外にパッドのウエハ面上における存在確率を変えるために、可変速の揺動を加えたり、ウエハエッジにおける研磨速度の上昇を抑えるために、荷重を低下させるといった荷重制御を行う必要がある。よって、これらの制御が加わることにより、研磨条件が飛躍的に複雑になるのである。
このように、研磨条件を決定するのに長時間を要することの一つの解決策として、シミュレーションにより研磨条件を決定する方法が開発されている。しかしながら、研磨工程においては、研磨体が弾性変形したり、また研磨体と研磨対象物間の研磨剤の流れが複雑であったり、更には研磨時における摩擦熱が発生したりするために、全体の研磨工程を数式化することが困難であり、汎用性のある数式モデルが得られていないのが現状である。
発明の開示
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、研磨等の加工において、加工形状が与えられたとき、それに対応する加工条件を決定する加工条件の決定方法、加工条件決定システム、加工システム、加工条件決定計算機プログラム、この計算機プログラムを記録した記録媒体、及び前記加工条件決定システム又は前記加工システムを使用した半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するための第１の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する方法であって、複数の加工条件（標準加工条件）を設定し、その標準加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を標準加工条件毎に求めて、前記標準加工形状を類似するパターン毎に、分類パターンとして分類しておき、目的とする加工形状が与えられたとき、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を、加工条件として選定することを特徴とする加工条件の決定方法である。
前記目的を達成するための第２の発明は、前記第１の発明であって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第３の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する方法であって、複数の加工条件（標準加工条件）を設定し、その標準加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を標準加工条件毎に求めて、前記標準加工形状を類似するパターン毎に、分類パターンとして分類しておき、目的とする加工形状が与えられたとき、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを、加工条件として選定することを特徴とする加工条件の決定方法である。
前記目的を達成するための第４の発明は、前記第３の発明であって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択し、前記選択した複数の分類パターンの中にある標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第５の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する方法であって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を求めておき、目的とする加工形状が与えられたとき、予め求められた標準加工形状のうちから、目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を、加工条件として選定することを特徴とする加工条件の決定方法である。
加工形状を決定する加工条件は、一般に複数のパラメータを含んでいる。例えば後に説明するように、ＣＭＰ研磨においては、研磨対象物と研磨体間の相対速度、研磨時間、研磨圧力、研磨剤流量、研磨剤補正係数等がパラメータとなっている。本発明においては、これらの各パラメータを少なくとも２段階以上に亘って変化させ、これらによって形成される各加工条件を標準加工条件とする。例えば、パラメータの数がＭ個あり、各パラメータをＮ段階に亘って変化させれば、ＮＭ個の標準加工条件ができる。
そして、各標準加工条件で加工を行ったときに得られる加工形状（標準加工形状）を決定する。標準加工形状の決定は、実際に加工を行って加工形状を実測してもよいし、シミュレーションモデルが使用できる場合はシミュレーションにより決定してもよい。
実際に加工すべき形状が与えられた場合は、各標準加工形状と、加工すべき加工形状を比較し、加工すべき形状に近い標準加工形状を選定する。そして、その標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として決定する。
加工すべき形状に近い標準加工形状を選定する方法は、最小二乗法等、公知の任意の方法を使用できる。「加工すべき形状に近い」ことの判定は、使用した比較方法において、誤差が所定値以下になったことにより判定して、その標準加工形状を採用してもよいし、誤差を最小にする標準加工形状を採用してもよい。
前記目的を達成するための第６の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する方法であって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を求めておき、目的とする加工形状が与えられたとき、標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを、加工条件として選定することを特徴とする加工条件の決定方法である。
前記第５の発明においては、選択される加工条件は標準加工条件のうちのいずれかである。使用される加工条件が少ない場合はこれで十分であると考えられるが、使用される加工条件が多数になったり、新しい加工条件が設定されたり、厳しい加工精度が要求されるような場合には、必ずしも標準加工条件のうちに最適な加工条件があるとは限らなくなる。
このような事態に対応するために、本発明は、標準加工形状を（必要に応じて重みを付けて）組み合わせた加工形状を、目的とする加工形状と比較し、加工すべき形状に近い標準加工形状の組み合わせを選定する。そして、その標準加工形状に対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として決定する。
加工すべき形状に近い標準加工形状の組み合わせを選定する方法は、最小二乗法等、公知の任意の方法を使用できる。「加工すべき形状に近い」ことの判定は、使用した比較方法において、誤差が所定値以下になったことにより判定して、その標準加工形状の組み合わせを採用してもよいし、誤差を最低にする標準加工形状の組み合わせを採用してもよい。本発明によれば、標準加工形状以外の形状を、標準加工形状の組み合わせにより作り出すことができるので、前記第５の発明に比して、より目的とする加工形状に近い形状となるような加工条件を決定することができる。
前記目的を達成するための第７の発明は、前記第５の発明又は第６の発明であって、前記標準加工形状を類似パターン毎に分類しておき、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択し、選択された分類パターンの中にある標準加工形状のみを選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを決定する対象として用いることを特徴とするものである。
前記第５の発明、第６の発明において、標準加工形状の数が多い場合、それらの中から適当なものを見いだすのに時間がかかったり（第５の発明）、それらの適当な組み合わせを見いだすのに時間がかかったり、決定された組み合わせ中の標準加工形状の数が多くなりすぎたりすることがある（第６の発明）。本発明においては、前記標準加工形状を類似パターン毎に分類しておく。そして、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択する。例えば、標準加工形状が類似パターン毎にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分類されているとすると、目的とする形状との類似性に着目して、Ａの分類パターンをまず選択する。
そして、選択された分類パターン（この例ではＡ）の中にある標準加工形状のみを選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを決定する対象として用いる。これにより、選定の対象となる標準加工形状の数を大幅に減らすことができるので、短時間で加工形状の組み合わせを見いだすことができると共に、組み合わせの対象となる標準加工形状の数を減らすことができる場合もある。
前記目的を達成するための第８の発明は、前記第１の発明から第７の発明のいずれかであって、加工が、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物とを相対移動させることにより前記研磨対象物を研磨する研磨であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９の発明は、前記第８の発明であって、加工条件が、前記研磨対象物の回転速度、前記研磨体の回転速度、研磨時間、研磨圧力、研磨剤流量、研磨剤補正係数のいずれかを含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１０の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定システムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を、類似するパターン毎に、分類パターンとして分類して記憶しておくモデル記憶手段と、目的とする加工形状を入力する手段と、前記標準加工形状のうちから、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として選定する加工条件決定手段とを有することを特徴とする加工条件決定システムである。
前記目的を達成するための第１１の発明は、前記第１０の発明であって、前記目的とする加工形状を与える分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定システムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を、類似するパターン毎に、分類パターンとして分類して記憶しておくモデル記憶手段と、目的とする加工形状を入力する手段と、前記標準加工形状の組み合わせのうちから、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として選定する加工条件決定手段とを有することを特徴とする加工条件決定システムである。
前記目的を達成するための第１３の発明は、前記第１２の発明であって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択し、前記選択した複数の分類パターンの中にある標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１４の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定システムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を記憶しておくモデル記憶手段と、目的とする加工形状を入力する手段と、前記標準加工形状のうちから目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として選定する加工条件決定手段とを有することを特徴とする加工条件決定システムである。
前記目的を達成するための第１５の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定システムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を記憶しておくモデル記憶手段と、目的とする加工形状を入力する手段と、前記標準加工形状の組み合わせのうちから目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として選定する加工条件決定手段とを有することを特徴とする加工条件決定システムである。
前記目的を達成するための第１６の発明は、前記第１４の発明又は第１５の発明であって、前記モデル記憶手段は、前記標準加工形状を類似パターン毎に分類して格納しておけるようにされており、前記加工条件決定手段は、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択し、選択された分類パターンの中にある標準加工形状のみを、選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定の対象として選択する機能を有することを特徴とするものである。
これら第１０の発明から第１６の発明によれば、それぞれ前記第１の発明から第７の発明を実施することができる。なお、これらの発明において、モデル記憶手段には、予め標準加工条件に対する標準加工形状が記憶されていてもよいし、標準加工条件を入力する手段と、標準加工形状を入力する手段又は計算する手段によって、標準加工条件に対する標準加工形状が後で書き込まれるようにされていてもよい。
前記目的を達成するための第１７の発明は、前記第１０の発明から第１６の発明のいずれかであって、加工が、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物とを相対移動させることにより前記研磨対象物を研磨する研磨であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１８の発明は、前記第１７の発明であって、加工条件が、前記研磨対象物の回転速度、前記研磨体の回転速度、研磨時間、研磨圧力、研磨剤流量、研磨剤補正係数のいずれかを含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１９の発明は、工具と被加工物との間に砥粒を介在させた状態で、前記工具と前記被加工物とを相対移動させることにより前記被加工物を加工する加工装置を用いた加工システムであって、前記第１の発明から第９の発明のうちいずれかの加工条件の決定方法により加工条件を決定する手段、又は前記第１０の発明から第１８の発明のうちいずれかの加工条件決定システムと、決定された加工条件に従うように前記加工装置を制御する手段とを有することを特徴とする加工システムである。
本発明においては、加工条件を、前記第１の発明から第９の発明のうちいずれかの加工条件の決定方法により決定する手段、又は前記第１０の発明から第１８の発明のうちいずれかの加工条件決定システムを有しているので、それぞれ、前記第１の発明から第１８の発明の説明で述べたような作用効果が得られる。
前記目的を達成するための第２０の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定計算機プログラムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）が、類似するパターン毎に、分類パターンとして分類して記憶され、当該標準加工形状のうちから、入力された目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、入力された加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として選定する処理プロセスを有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラムである。
前記目的を達成するための第２１の発明は、前記第２０の発明であって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第２２の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定計算機プログラムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）が、類似するパターン毎に、分類パターンとして分類して記憶され、入力された目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、入力された加工形状に近い、前記標準加工形状の組み合わせを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として選定する処理プロセスを有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラムである。
前記目的を達成するための第２３の発明は、前記第２２の発明であって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンの組み合わせを選択し、前記選択した複数の分類パターンの組み合わせの中にある標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第２４の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定計算機プログラムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）が記憶され、当該標準加工形状のうちから、入力された目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として選定する処理プロセスを有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラムである。
前記目的を達成するための第２５の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定計算機プログラムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）が記憶され、入力された目的とする加工形状に近い、前記標準加工形状の組み合わせを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として選定する処理プロセスを有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラムである。
前記目的を達成するための第２６の発明は、前記第２４の発明又は第２５の発明であって、前記標準加工条件に対する前記標準加工形状は、前記標準加工形状の類似パターン毎に分類されており、前記処理プロセスは、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択し、選択された分類パターンの中にある標準加工形状のみを選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定の対象として選択する処理機能を有することを特徴とするものである。
これら第２０の発明から第２６の発明によれば、それぞれ、前記第１の発明から第７の発明を計算機に実行させることができる。
前記目的を達成するための第２７の発明は、前記第２０の発明から第２６の発明のいずれかである加工条件決定計算機プログラムのうち少なくとも一つを記録したプログラム記録媒体である。
本発明によれば、それぞれのプログラムを記憶させ、計算機により実行させることができる。
前記目的を達成するための第２８の発明は、前記第１７の発明又は第１８の発明である加工条件決定システムを使用して、ウエハの研磨条件を決定し、その研磨条件によりウエハの研磨を行う工程、又は前記第１９の発明である加工システムを使用してウエハの研磨を行う工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
本発明によれば、短時間で適当な研磨条件を見いだすことができるので、良好なスループットで半導体デバイスを製造することができる。
以上説明したように、これらの発明によれば、加工形状が与えられたとき、それに対応する加工条件を決定する加工条件の決定方法、加工条件決定システム、加工システム、加工条件決定計算機プログラム、この計算機プログラムを記録した記録媒体、及び前記加工条件決定システム又は前記加工システムを使用した半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の第１の実施の形態である加工条件の決定方法の第１の例を、ＣＭＰ研磨を例として説明する。研磨に使用する研磨装置は、図９に示したものと同様のものである。このような研磨装置においては、研磨により得られるウエハの形状は、研磨パッドとウエハの形状や材質、研磨剤の材質、研磨剤の量が固定されている場合、研磨パッド回転速度、ウエハ回転速度、研磨パッド押し付け圧力、研磨時間、研磨パッド揺動開始位置、研磨パッド揺動ストロークで決定されるとされている。
よって、本実施の形態ではこのようなケースを考え、図１に示すようなフローにより処理を行う。まず、ステップＳ１１で、変動させる量（パラメータ）である研磨パッド回転速度、ウエハ回転速度、研磨パッド押し付け圧力、研磨時間、研磨パッド揺動開始位置、研磨パッド揺動ストロークをそれぞれ、所定ピッチで段階的に変化させ、これらの組み合わせからなる標準加工条件を決定する。
ウエハの研磨はウエハ中心から同じ距離だけ離れた場所では同じように行われると考えられるので、研磨形状はウエハ半径を変数とする一次関数で表すことができるとする。前記全標準加工条件のそれぞれについて、実際に加工を行い、その結果得られた加工形状を、それぞれ当該標準加工条件に対する標準加工形状とする（ステップＳ１２）。適当なシミュレーションプログラムがある場合には、実際に加工を行わず、シミュレーションにより標準加工形状を求めてもよい。このようにして求められた標準加工条件と標準加工形状は、記憶装置に記憶される。
ステップＳ１３で加工すべき目的形状が与えられたとき、ステップＳ１４で、目的形状に近い標準加工形状を探索する。これは、例えば、最小二乗法や相互相関法により実現できる。例えば、加工すべき形状がｆ（ｘ）（ｘはウエハ半径方向位置）で表され、ｉ番目の標準加工形状がＧｉ（ｘ）で表されるような場合、
Figure 2003078104
で決定されるＳｉを最小にするｉ、またはＳｉを所定範囲内にするｉを見つけて、その標準加工形状を与える標準加工条件を採用する（ステップＳ１５）。ただし、ｎは２以上の偶数、積分範囲はウエハの研磨領域である。（１）式の代わりに、
Figure 2003078104
を用いてもよい。ｉの範囲は、標準加工形状全数でもよいが、予め、組み合わせると目的とする加工形状に近い形状を与えると思われるものを選定して、それのみを対象とするようにしてもよい。例えば、加工形状が凸形状である場合には、凹形状の標準加工形状は先端の対象から除外することができる。このようにして、計算時間を短縮できる。
図２に、本発明の第２の実施の形態である加工条件の決定方法の第２の例のフローを示す。加工装置や加工方法は、前記第１の実施の形態と同じである。本実施の形態の処理は、ステップＳ１３までは前記第１の実施の形態と同じである。前記第１の実施の形態では、標準加工条件の一つを実際の加工条件として選択していたが、本発明においては、標準加工条件に重みをつけて組み合わせたものを実際の加工条件として採用するようにしている。
すなわち、ステップＳ１６において、目的形状に近い形状を与える標準加工形状の組み合わせを探索する。その方法の１例として最小二乗法を使用する。すなわち、ｇｉを重み係数として、
Figure 2003078104
なるＳ’を最小にするようにｇｉを最小二乗法により定める。すなわち、
Figure 2003078104
なる連立方程式を、解析的に又は数値計算により解いてｇｉを求める。ただし、積分範囲はウエハの研磨領域であり、ｉの範囲は、標準加工形状全数でもよいが、予め、組み合わせると目的とする加工形状に近い形状を与えると思われるものを選定して、それのみを対象とするようにしてもよい。このようにすれば、精度は悪くなる可能性があるが、計算時間が少なくて済み、また、実際の加工においても、多数の加工条件を組み合わせなくてもよくなり好ましいことが多い。
このようにして、目的形状に近い形状を与える標準加工形状の組み合わせが決まると、ステップＳ１７において、その標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを、最終的な加工条件として決定する。実際の加工（研磨）において最終的な加工条件を適用する場合は、例えば選定された各標準加工条件の適用時間を重み係数に応じて決定し、順番に各標準加工条件を適用すればよい。
このようにして、最終的な加工条件を標準加工条件の組み合わせとして決定する場合には、その途中で候補となり得る標準加工条件を選定するのに時間を要し、また、第２の実施の形態の場合、候補をたくさん取りすぎると、加工条件決定計算にも、実際の加工にも時間を要するという問題点がある。これを解決するためには、予め標準加工形状のうち類似するものを集めて、類似パターン別に分類しておき、実際の加工形状が決定されたとき、その形状がどの類似パターンに属するか（類似するか）をまず決定し、類似パターン中の標準加工形状のみを探索の候補とすることにより、大幅に時間を短縮することができる。この方法については、実施例において具体的な例を説明する。
また、上記において実際の加工形状が決定されたときその形状がどの類似パターンに属するか（類似するか）を決定する際には、２つ以上の類似パターンを選んでもよく、その場合は選んだ２つ以上の類似パターン中のすべての標準加工形状を、探索の候補とすることになる。
図３に、本発明の第３の実施の形態である加工条件決定システムの例を示す。予め決定された標準加工条件と、その標準加工条件で加工を行った結果得られた標準加工形状（シミュレーションで得られたもの、実際に加工を行って得られたもの）は、それぞれ標準加工条件入力手段、標準加工形状入力手段から入力され、モデル記憶手段に記憶される。場合によっては、製造メーカによってこれらの入力が済まされており、標準加工条件入力手段、標準加工形状入力手段を必要としないものも考えられる。
実際に加工する形状が決定され、加工形状入力手段から入力されると、加工条件定手段が、前記第１の実施の形態、第２の実施の形態で説明したようなフローに従った処理を行い、加工条件を決定して出力する。
本発明の加工条件の決定方法は、前述のようなアルゴリズムを使用すれば、計算機により実行することができる。この場合、加工条件の決定方法は計算機プログラムとして記述することができる。このプログラムを計算機プログラム記憶媒体に記憶しておけば、パソコン等を使用して加工条件が決定できるので、それを使用して人間が研磨装置に指令を与え、目標とする加工を行うことができる。又、図３示すような加工条件決定システムを計算機で構成することができ、そのときは、その計算機のプログラム記憶媒体に、このようなプログラムを記憶させておくことができる。
さらに、図４に示す加工システムのように、加工条件決定手段から出力された加工条件を人間を介さずに直接加工装置制御手段へ入力し、加工装置制御手段が、その加工条件が実現されるように加工装置を制御するようにしてもよい。なお、図４においては、加工条件決定手段から出力される加工条件が加工装置制御手段に入力され、加工装置制御手段が加工装置を制御する部分以外は図３と同様である。
以下、本発明の加工システムを使用した半導体デバイスの製造方法について説明する。図４は、半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。半導体デバイス製造プロセスをスタートして、まずステップＳ２００で、次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を選択する。選択に従って、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４のいずれかに進む。
ステップＳ２０１はウエハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はウエハ上に電極を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
ＣＶＤ工程もしくは電極形成工程の後で、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程である。ＣＭＰ工程では本発明による加工システムにより、層間絶縁膜の平坦化や、半導体デバイスの表面の金属膜の研磨によるダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）の形成等が行われる。
ＣＭＰ工程もしくは酸化工程の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソ工程である。フォトリソ工程では、ウエハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるウエハへの回路パターンの焼き付け、露光したウエハの現像が行われる。更に次のステップＳ２０７は現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。
次にステップＳ２０８で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２００に戻り、先のステップを繰り返して、ウエハ上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。
＜実施例１＞
研磨パッドがウエハよりも小さい小径パッドである図９に示すような研磨装置を用いて研磨を行った。研磨パッドは外形１７０ｍｍ、内径６０ｍｍのドーナツ型のものを用い、２００ｍｍφの熱酸化膜ウエハを研磨した。
標準加工条件として、表１に示すようなパラメータを、表１に示す範囲で、表１に示すピッチで変化させたものの組み合わせからなるものを採用した。
Figure 2003078104
標準加工条件の全数は１６２００通りである。各標準加工条件に対応する標準加工形状は、シミュレーションにより求めた。このようにして、標準加工条件と標準加工形状のデータベースを作っておき、加工形状を決めて、第１の実施の形態に示した最小二乗法により、１６２００通りの全データの中から、最も加工形状に近い標準加工形状を選び、それに対応する標準加工条件を加工条件として採用した。加工条件を選定するのに要した時間は２分であった。
＜実施例２＞
実施例１で計算した１６２００通りの標準加工形状を、図６に示すような分類表に従ってｔｙｐｅ（Ａ）からｔｙｐｅ（Ｄ）までの４種類に分類した。図６に示している形状は、ウエハ中心が凹凸の２種と、全体の形状がＭ形状、Ｗ形状の２種の組み合わせにより４種類に分類したものである。
この形状の判定には、ウエハ中心からエッジまでを４分割し、その研磨量の大小関係を基準に分類した。
Figure 2003078104
上記中の１６２００通りのなかで、ｔｙｐｅ（Ａ）は５．３％、ｔｙｐｅ（Ｂ）は１１．６％、ｔｙｐｅ（Ｃ）は２１．１％、ｔｙｐｅ（Ｄ）は５２．０％であった。
目的とする加工形状はｔｙｐｅ（Ａ）に分類されたので、ｔｙｐｅ（Ａ）に属する標準加工形状の中から、目的とする加工形状に近いものを、実施例１と同じように探索した。その探索に要した時間は１５ｓｅｃであった。
この場合、目的とする加工形状が与えられたとき、どのタイプに分類するかは、目的とする加工形状を、前記ｔｙｐｅ（Ａ）〜ｔｙｐｅ（Ｄ）の決定ロジックに当てはめて、当てはまるものに分類すればよい。
＜比較例＞
目的とする加工形状を決定した後、シミュレーションプログラムにより、実施例１と同じようにして１６２００通りの研磨形状の計算を行い、その中から、目的形状に一番近い加工形状を有するものを実施例１と同じようにして探索した。１６２００通りの研磨形状の計算及び、最適条件の導出に有した時間は２時間であった。
産業上の利用可能性
本発明のうち、加工条件の決定方法の発明、加工条件決定システムの発明は、機械加工の加工条件の決定に使用することができる。又、計算機プログラム、プログラム記憶媒体は、これらの発明を計算機で実行させるのに使用することができる。半導体デバイスの製造方法は、半導体デバイスを製造するのに使用することができる。
図面の簡単な説明
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態である加工条件の決定方法の第１の例を示すフローチャートである。
図２は、本発明の実施の形態である加工条件の決定方法の第２の例を示すフローチャートである。
図３は、本発明の実施の形態である加工条件決定システムの例を示すブロック図である。
図４は、本発明の実施の形態である加工システムの例を示すブロック図である。
図５は、本発明の実施の形態である半導体デバイスの製造方法を示す図である。
図６は、本発明の実施例において、標準加工形状を分類した典型的な形状を示す図である。
図７は、半導体プロセスにおける平坦化技術の例を示す図である。
図８は、ＣＭＰに用いる研磨（平坦化）装置の概略構成図である。
図９は、ＣＭＰに用いる他の研磨（平坦化）装置の概略構成図である。
本発明は、研削、研磨等の加工において、加工形状が与えられたとき、それに対応する加工条件を決定する加工条件の決定方法、加工条件決定システム、加工システム、加工条件決定計算機プログラム、このプログラムを記憶したプログラム記録媒体、及び前記加工条件決定システム又は前記加工システムを使用した半導体デバイスの製造方法に関するものである。なお、本明細書、特許請求の範囲中でいう加工とは、研磨、研削等の機械加工をいう。
半導体集積回路の高集積化、微細化に伴って、半導体製造プロセスの工程は、増加し複雑になってきている。これに伴い、半導体デバイスの表面は、必ずしも平坦ではなくなってきている。半導体デバイスの表面における段差の存在は、配線の段切れ、局所的な抵抗の増大等を招き、断線や電気容量の低下をもたらす。また、絶縁膜では耐電圧劣化やリークの発生にもつながる。
一方、半導体集積回路の高集積化、微細化に伴って、光リソグラフィに用いられる半導体露光装置の光源波長は、短くなり、半導体露光装置の投影レンズの開口数、いわゆるNAは、大きくなってきている。これにより、半導体露光装置の投影レンズの焦点深度は、実質的に浅くなってきている。焦点深度が浅くなることに対応するためには、今まで以上に半導体デバイスの表面の平坦化が要求されている。
具体的に示すと、半導体プロセスにおいては図７に示すような平坦化技術が必須になってきている。ウエハ１１上に半導体デバイス１４、ＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１２、Alからなる金属膜１３が形成されている。図７（ａ）は半導体デバイスの表面の層間絶縁膜１２を平坦化する例である。図７（ｂ）は半導体デバイスの表面の金属膜１３を研磨し、いわゆるダマシン（damascene）を形成する例である。
このような半導体デバイス表面を平坦化する方法としては、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing又はChemical Mechanical Planarization、以下ではＣＭＰと称す）技術が広く行われている。現在、ＣＭＰ技術はウエハの全面を平坦化できる唯一の方法である。
ＣＭＰはウエハの鏡面研磨法を基に発展している。図８は、ＣＭＰに用いる研磨（平坦化）装置の概略構成図である。研磨装置は研磨部材１５、研磨対象物保持部（以下、研磨ヘッドと称すことがある）１６、および研磨剤供給部１８から構成されている。そして、研磨ヘッド１６には、研磨対象物であるウエハ１７が取り付けられ、研磨剤供給部１８は、研磨剤（スラリー）１９を供給する。研磨部材１５は、定盤２０の上に研磨体（以下、研磨パッドと称すことがある）２１を貼り付けたものである。
ウエハ１７は研磨ヘッド１６により保持され、回転させながら揺動して、研磨部材１５の研磨体２１に所定の圧力で押し付けられる。研磨部材１５も回転させ、ウエハ１７との間で相対運動を行わせる。この状態で、研磨剤１９が研磨剤供給部１８から研磨体２１上に供給され、研磨剤１９は研磨体２１上で拡散し、研磨部材１５とウエハ１７の相対運動に伴って研磨体２１とウエハ１７の間に入り込み、ウエハ１７の被研磨面を研磨する。即ち、研磨部材１５とウエハ１７の相対運動による機械的研磨と、研磨剤１９の化学的作用が相乗的に作用して良好な研磨が行われる。
図９は、別の研磨装置を示す概要図である。本研磨装置においては、研磨ヘッド１６が下側にあり、その上にウエハ１７がチャックされている。そして、研磨体２１はウエハ１７より小径であり、上方に設けられた研磨定盤２０に貼り付けられている。すなわち、研磨体２１は研磨定盤２０と共に回転させながら揺動して、ウエハ１７に所定の圧力で押し付けられる。研磨ヘッド１６とウエハ１７も回転させ、研磨体２１との間で相対運動を行わせる。この状態で、研磨剤１９が研磨剤供給部１８からウエハ１７上に供給され、研磨剤１９はウエハ１７上で拡散し、研磨部材１５とウエハ１７の相対運動に伴って研磨体２１とウエハ１７の間に入り込み、ウエハ１７の被研磨面を研磨する。
ところが、研磨すべきウエハの種類は非常に多く、それぞれの種類に応じた独自の研磨条件（レシピ）を設定しなければならない。
たとえば、Cuダマシン等の複数の層構造にわたる研磨に対しては、通常１次研磨でCuを研磨し、２次研磨でTaを研磨する。この際には研磨剤と研磨対象物の違いにより、同一研磨条件でもその均一性は大きく変わるものである。
したがって、その都度研磨条件を用意する必要があるという煩雑さを持っている。更に、メタル研磨の場合には、研磨剤以外に過酸化水素水のような、酸化剤を添加する必要があるが、同一研磨剤についてもその添加剤の量により研磨プロファイルが変化するので、これらの研磨剤の種類、添加剤、研磨対象物が変わると全ての場合について、研磨条件を変えなければならない。
研磨条件としては、研磨液の種類や、研磨パッドの種類、及び研磨ヘッドと研磨部材の回転速度、研磨ヘッドの揺動速度、研磨ヘッドの押し付け圧力等があり、研磨ヘッドと研磨部材の回転速度、研磨ヘッドの揺動速度、研磨ヘッドの押し付け圧力については、時間の関数となったり、研磨ヘッド位置の関数となったりする。
ウエハの種類に応じた研磨条件を設定する方法として、従来は、経験に基づいてトライアルアンドエラーによる試験的研磨を行うことにより、目的の加工形状が得られる研磨条件を見つけ出す方法が採用されており、この試験的研磨に多数のウエハを使用し、長時間をかけて研磨条件の決定を行っていた。
又、ウエハの種類が特定されて、標準的な研磨条件を見つけ出すことができたとしても、実際に研磨されるウエハの研磨前の表面形状は、製作ロットごとに異なっている。そのために、製作ロットごとに、さらに試験的研磨を行って、研磨条件の微調整を行う必要がある。しかし、このように製作ロットごとの微調整を行っても、ロット内でのばらつきには対応できないという問題点が残る。
従来の、研磨されるウエハより研磨体の方が大きい研磨装置はウエハ直径の増大に伴って、装置自体が大きくなるという問題があり、また、研磨パッド等のように交換が必要な消耗部品の交換作業が、その大きさゆえに非常に困難であるという欠点を持っていた。また、研磨前のウエハの表面に成膜むらに基づく凹凸がある場合に、これらに適切に対応して表面を平坦に研磨することは非常に困難であった。さらに、初期膜厚形状が成膜プロセスによってＭ字型やＷ字型等になっているウエハにおいて、残膜を均一な形状に研磨する要求が生じる場合がある。従来の研磨装置では、このような要求に対応することが困難であった。
このような問題点を解決する研磨装置として、最近、図９に示すような研磨ウエハよりも小さい研磨体による研磨装置が開発され使用されるようになってきている。この研磨装置は研磨体が小型であることから、研磨装置における研磨部を小型化することができるという利点を持っている。また、消耗部品の交換についても小型であることゆえに、作業自体は非常に簡易となる。
そして、この研磨ウエハよりも小さい研磨体による研磨装置においては、ウエハ上の各部分における研磨体の存在確率を変えることにより、自在に研磨プロファイルを変えることが可能である。よって、研磨前のウエハの表面に凹凸がある場合に対応することができる。
しかしながら、このような細かな調整が可能であるということは、研磨条件をより細かく決定しなければならないことを意味する。すなわち、研磨条件の種類が増えると同時に複雑化し、研磨条件の決定回数が増えると共に、一つの研磨条件を決定するためにより多くのウエハと時間を要することになる。又、細かな調整が必要でない場合においても、研磨体が小さいために、従来の大きな研磨体を使用した研磨装置に比べて、研磨条件が複雑になるという状態には変わりは無い。
すなわち、小径パッドを用いた研磨の場合には、回転以外にパッドのウエハ面上における存在確率を変えるために、可変速の揺動を加えたり、ウエハエッジにおける研磨速度の上昇を抑えるために、荷重を低下させるといった荷重制御を行う必要がある。よって、これらの制御が加わることにより、研磨条件が飛躍的に複雑になるのである。
このように、研磨条件を決定するのに長時間を要することの一つの解決策として、シミュレーションにより研磨条件を決定する方法が開発されている。しかしながら、研磨工程においては、研磨体が弾性変形したり、また研磨体と研磨対象物間の研磨剤の流れが複雑であったり、更には研磨時における摩擦熱が発生したりするために、全体の研磨工程を数式化することが困難であり、汎用性のある数式モデルが得られていないのが現状である。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、研磨等の加工において、加工形状が与えられたとき、それに対応する加工条件を決定する加工条件の決定方法、加工条件決定システム、加工システム、加工条件決定計算機プログラム、この計算機プログラムを記録した記録媒体、及び前記加工条件決定システム又は前記加工システムを使用した半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するための第１の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する方法であって、複数の加工条件(標準加工条件)を設定し、その標準加工条件を使用して得られる加工形状(標準加工形状)を標準加工条件毎に求めて、前記標準加工形状を類似するパターン毎に、分類パターンとして分類しておき、目的とする加工形状が与えられたとき、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を、加工条件として選定することを特徴とする加工条件の決定方法である。
前記目的を達成するための第２の発明は、前記第１の発明であって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第３の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する方法であって、複数の加工条件(標準加工条件)を設定し、その標準加工条件を使用して得られる加工形状(標準加工形状)を標準加工条件毎に求めて、前記標準加工形状を類似するパターン毎に、分類パターンとして分類しておき、目的とする加工形状が与えられたとき、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを、加工条件として選定することを特徴とする加工条件の決定方法である。
前記目的を達成するための第４の発明は、前記第３の発明であって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択し、前記選択した複数の分類パターンの中にある標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第５の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する方法であって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を求めておき、目的とする加工形状が与えられたとき、予め求められた標準加工形状のうちから、目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を、加工条件として選定することを特徴とする加工条件の決定方法である。
加工形状を決定する加工条件は、一般に複数のパラメータを含んでいる。例えば後に説明するように、ＣＭＰ研磨においては、研磨対象物と研磨体間の相対速度、研磨時間、研磨圧力、研磨剤流量、研磨剤補正係数等がパラメータとなっている。本発明においては、これらの各パラメータを少なくとも２段階以上に亘って変化させ、これらによって形成される各加工条件を標準加工条件とする。例えば、パラメータの数がＭ個あり、各パラメータをＮ段階に亘って変化させれば、ＮＭ個の標準加工条件ができる。
そして、各標準加工条件で加工を行ったときに得られる加工形状（標準加工形状）を決定する。標準加工形状の決定は、実際に加工を行って加工形状を実測してもよいし、シミュレーションモデルが使用できる場合はシミュレーションにより決定してもよい。
実際に加工すべき形状が与えられた場合は、各標準加工形状と、加工すべき加工形状を比較し、加工すべき形状に近い標準加工形状を選定する。そして、その標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として決定する。
加工すべき形状に近い標準加工形状を選定する方法は、最小二乗法等、公知の任意の方法を使用できる。「加工すべき形状に近い」ことの判定は、使用した比較方法において、誤差が所定値以下になったことにより判定して、その標準加工形状を採用してもよいし、誤差を最小にする標準加工形状を採用してもよい。
前記目的を達成するための第６の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する方法であって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を求めておき、目的とする加工形状が与えられたとき、標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを、加工条件として選定することを特徴とする加工条件の決定方法である。
前記第５の発明においては、選択される加工条件は標準加工条件のうちのいずれかである。使用される加工条件が少ない場合はこれで十分であると考えられるが、使用される加工条件が多数になったり、新しい加工条件が設定されたり、厳しい加工精度が要求されるような場合には、必ずしも標準加工条件のうちに最適な加工条件があるとは限らなくなる。
このような事態に対応するために、本発明は、標準加工形状を（必要に応じて重みを付けて）組み合わせた加工形状を、目的とする加工形状と比較し、加工すべき形状に近い標準加工形状の組み合わせを選定する。そして、その標準加工形状に対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として決定する。
加工すべき形状に近い標準加工形状の組み合わせを選定する方法は、最小二乗法等、公知の任意の方法を使用できる。「加工すべき形状に近い」ことの判定は、使用した比較方法において、誤差が所定値以下になったことにより判定して、その標準加工形状の組み合わせを採用してもよいし、誤差を最低にする標準加工形状の組み合わせを採用してもよい。本発明によれば、標準加工形状以外の形状を、標準加工形状の組み合わせにより作り出すことができるので、前記第５の発明に比して、より目的とする加工形状に近い形状となるような加工条件を決定することができる。
前記目的を達成するための第７の発明は、前記第５の発明又は第６の発明であって、前記標準加工形状を類似パターン毎に分類しておき、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択し、選択された分類パターンの中にある標準加工形状のみを選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを決定する対象として用いることを特徴とするものである。
前記第５の発明、第６の発明において、標準加工形状の数が多い場合、それらの中から適当なものを見いだすのに時間がかかったり（第５の発明）、それらの適当な組み合わせを見いだすのに時間がかかったり、決定された組み合わせ中の標準加工形状の数が多くなりすぎたりすることがある（第６の発明）。本発明においては、前記標準加工形状を類似パターン毎に分類しておく。そして、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択する。例えば、標準加工形状が類似パターン毎にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分類されているとすると、目的とする形状との類似性に着目して、Ａの分類パターンをまず選択する。
そして、選択された分類パターン（この例ではＡ）の中にある標準加工形状のみを選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを決定する対象として用いる。これにより、選定の対象となる標準加工形状の数を大幅に減らすことができるので、短時間で加工形状の組み合わせを見いだすことができると共に、組み合わせの対象となる標準加工形状の数を減らすことができる場合もある。
前記目的を達成するための第８の発明は、前記第１の発明から第７の発明のいずれかであって、加工が、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物とを相対移動させることにより前記研磨対象物を研磨する研磨であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第９の発明は、前記第８の発明であって、加工条件が、前記研磨対象物の回転速度、前記研磨体の回転速度、研磨時間、研磨圧力、研磨剤流量、研磨剤補正係数、研磨体揺動開始位置、研磨体揺動ストロークのいずれかを含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１０の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定システムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を、類似するパターン毎に、分類パターンとして分類して記憶しておくモデル記憶手段と、目的とする加工形状を入力する手段と、前記標準加工形状のうちから、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として選定する加工条件決定手段とを有することを特徴とする加工条件決定システムである。
前記目的を達成するための第１１の発明は、前記第１０の発明であって、前記目的とする加工形状を与える分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１２の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定システムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を、類似するパターン毎に、分類パターンとして分類して記憶しておくモデル記憶手段と、目的とする加工形状を入力する手段と、前記標準加工形状の組み合わせのうちから、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として選定する加工条件決定手段とを有することを特徴とする加工条件決定システムである。
前記目的を達成するための第１３の発明は、前記第１２の発明であって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択し、前記選択した複数の分類パターンの中にある標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１４の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定システムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を記憶しておくモデル記憶手段と、目的とする加工形状を入力する手段と、前記標準加工形状のうちから目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として選定する加工条件決定手段とを有することを特徴とする加工条件決定システムである。
前記目的を達成するための第１５の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定システムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を記憶しておくモデル記憶手段と、目的とする加工形状を入力する手段と、前記標準加工形状の組み合わせのうちから目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として選定する加工条件決定手段とを有することを特徴とする加工条件決定システムである。
前記目的を達成するための第１６の発明は、前記第１４の発明又は第１５の発明であって、前記モデル記憶手段は、前記標準加工形状を類似パターン毎に分類して格納しておけるようにされており、前記加工条件決定手段は、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択し、選択された分類パターンの中にある標準加工形状のみを、選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定の対象として選択する機能を有することを特徴とするものである。
これら第１０の発明から第１６の発明によれば、それぞれ前記第１の発明から第７の発明を実施することができる。なお、これらの発明において、モデル記憶手段には、予め標準加工条件に対する標準加工形状が記憶されていてもよいし、標準加工条件を入力する手段と、標準加工形状を入力する手段又は計算する手段によって、標準加工条件に対する標準加工形状が後で書き込まれるようにされていてもよい。
前記目的を達成するための第１７の発明は、前記第１０の発明から第１６の発明のいずれかであって、加工が、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物とを相対移動させることにより前記研磨対象物を研磨する研磨であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１８の発明は、前記第１７の発明であって、加工条件が、前記研磨対象物の回転速度、前記研磨体の回転速度、研磨時間、研磨圧力、研磨剤流量、研磨剤補正係数、研磨体揺動開始位置、研磨体揺動ストロークのいずれかを含むことを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第１９の発明は、工具と被加工物との間に砥粒を介在させた状態で、前記工具と前記被加工物とを相対移動させることにより前記被加工物を加工する加工装置を用いた加工システムであって、前記第１の発明から第９の発明のうちいずれかの加工条件の決定方法により加工条件を決定する手段、又は前記第１０の発明から第１８の発明のうちいずれかの加工条件決定システムと、決定された加工条件に従うように前記加工装置を制御する手段とを有することを特徴とする加工システムである。
本発明においては、加工条件を、前記第１の発明から第９の発明のうちいずれかの加工条件の決定方法により決定する手段、又は前記第１０の発明から第１８の発明のうちいずれかの加工条件決定システムを有しているので、それぞれ、前記第１の発明から第１８の発明の説明で述べたような作用効果が得られる。
前記目的を達成するための第２０の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定計算機プログラムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）が、類似するパターン毎に、分類パターンとして分類して記憶され、当該標準加工形状のうちから、入力された目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、入力された加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として選定する処理プロセスを有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラムである。
前記目的を達成するための第２１の発明は、前記第２０の発明であって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第２２の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定計算機プログラムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）が、類似するパターン毎に、分類パターンとして分類して記憶され、入力された目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、入力された加工形状に近い、前記標準加工形状の組み合わせを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として選定する処理プロセスを有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラムである。
前記目的を達成するための第２３の発明は、前記第２２の発明であって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンの組み合わせを選択し、前記選択した複数の分類パターンの組み合わせの中にある標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定することを特徴とするものである。
前記目的を達成するための第２４の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定計算機プログラムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）が記憶され、当該標準加工形状のうちから、入力された目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として選定する処理プロセスを有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラムである。
前記目的を達成するための第２５の発明は、被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定計算機プログラムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）が記憶され、入力された目的とする加工形状に近い、前記標準加工形状の組み合わせを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として選定する処理プロセスを有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラムである。
前記目的を達成するための第２６の発明は、前記第２４の発明又は第２５の発明であって、前記標準加工条件に対する前記標準加工形状は、前記標準加工形状の類似パターン毎に分類されており、前記処理プロセスは、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択し、選択された分類パターンの中にある標準加工形状のみを選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定の対象として選択する処理機能を有することを特徴とするものである。
これら第２０の発明から第２６の発明によれば、それぞれ、前記第１の発明から第７の発明を計算機に実行させることができる。
前記目的を達成するための第２７の発明は、前記第２０の発明から第２６の発明のいずれかである加工条件決定計算機プログラムのうち少なくとも一つを記録したプログラム記録媒体である。
本発明によれば、それぞれのプログラムを記憶させ、計算機により実行させることができる。
前記目的を達成するための第２８の発明は、前記第１７の発明又は第１８の発明である加工条件決定システムを使用して、ウエハの研磨条件を決定し、その研磨条件によりウエハの研磨を行う工程、又は前記第１９の発明である加工システムを使用してウエハの研磨を行う工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
本発明によれば、短時間で適当な研磨条件を見いだすことができるので、良好なスループットで半導体デバイスを製造することができる。
以上説明したように、これらの発明によれば、加工形状が与えられたとき、それに対応する加工条件を決定する加工条件の決定方法、加工条件決定システム、加工システム、加工条件決定計算機プログラム、この計算機プログラムを記録した記録媒体、及び前記加工条件決定システム又は前記加工システムを使用した半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
以下、本発明の第１の実施の形態である加工条件の決定方法の第１の例を、ＣＭＰ研磨を例として説明する。研磨に使用する研磨装置は、図９に示したものと同様のものである。このような研磨装置においては、研磨により得られるウエハの形状は、研磨パッドとウエハの形状や材質、研磨剤の材質、研磨剤の量が固定されている場合、研磨パッド回転速度、ウエハ回転速度、研磨パッド押し付け圧力、研磨時間、研磨パッド揺動開始位置、研磨パッド揺動ストロークで決定されるとされている。
よって、本実施の形態ではこのようなケースを考え、図１に示すようなフローにより処理を行う。まず、ステップＳ１１で、変動させる量（パラメータ）である研磨パッド回転速度、ウエハ回転速度、研磨パッド押し付け圧力、研磨時間、研磨パッド揺動開始位置、研磨パッド揺動ストロークをそれぞれ、所定ピッチで段階的に変化させ、これらの組み合わせからなる標準加工条件を決定する。
ウエハの研磨はウエハ中心から同じ距離だけ離れた場所では同じように行われると考えられるので、研磨形状はウエハ半径を変数とする一次関数で表すことができるとする。前記全標準加工条件のそれぞれについて、実際に加工を行い、その結果得られた加工形状を、それぞれ当該標準加工条件に対する標準加工形状とする（ステップＳ１２）。適当なシミュレーションプログラムがある場合には、実際に加工を行わず、シミュレーションにより標準加工形状を求めてもよい。このようにして求められた標準加工条件と標準加工形状は、記憶装置に記憶される。
ステップＳ１３で加工すべき目的形状が与えられたとき、ステップＳ１４で、目的形状に近い標準加工形状を探索する。これは、例えば、最小二乗法や相互相関法により実現できる。例えば、加工すべき形状がｆ（ｘ）（ｘはウエハ半径方向位置）で表され、ｉ番目の標準加工形状がＧｉ（ｘ）で表されるような場合、
Figure 2003078104
で決定されるＳｉを最小にするｉ、またはＳｉを所定範囲内にするｉを見つけて、その標準加工形状を与える標準加工条件を採用する（ステップＳ１５）。ただし、ｎは２以上の偶数、積分範囲はウエハの研磨領域である。（１）式の代わりに、
Figure 2003078104
を用いてもよい。ｉの範囲は、標準加工形状全数でもよいが、予め、組み合わせると目的とする加工形状に近い形状を与えると思われるものを選定して、それのみを対象とするようにしてもよい。例えば、加工形状が凸形状である場合には、凹形状の標準加工形状は選定の対象から除外することができる。このようにして、計算時間を短縮できる。
図２に、本発明の第２の実施の形態である加工条件の決定方法の第２の例のフローを示す。加工装置や加工方法は、前記第１の実施の形態と同じである。本実施の形態の処理は、ステップＳ１３までは前記第１の実施の形態と同じである。前記第１の実施の形態では、標準加工条件の一つを実際の加工条件として選択していたが、本実施の形態においては、標準加工条件に重みをつけて組み合わせたものを実際の加工条件として採用するようにしている。
すなわち、ステップＳ１６において、目的形状に近い形状を与える標準加工形状の組み合わせを探索する。その方法の１例として最小二乗法を使用する。すなわち、ｇｉを重み係数として、
Figure 2003078104
なるＳ’を最小にするようにｇｉを最小二乗法により定める。すなわち、
Figure 2003078104
なる連立方程式を、解析的に又は数値計算により解いてｇｉを求める。
ただし、積分範囲はウエハの研磨領域であり、ｉの範囲は、標準加工形状全数でもよいが、予め、組み合わせると目的とする加工形状に近い形状を与えると思われるものを選定して、それのみを対象とするようにしてもよい。このようにすれば、精度は悪くなる可能性があるが、計算時間が少なくて済み、また、実際の加工においても、多数の加工条件を組み合わせなくてもよくなり好ましいことが多い。
このようにして、目的形状に近い形状を与える標準加工形状の組み合わせが決まると、ステップＳ１７において、その標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを、最終的な加工条件として決定する。実際の加工（研磨）において最終的な加工条件を適用する場合は、例えば選定された各標準加工条件の適用時間を重み係数に応じて決定し、順番に各標準加工条件を適用すればよい。
このようにして、最終的な加工条件を標準加工条件の組み合わせとして決定する場合には、その途中で候補となり得る標準加工条件を選定するのに時間を要し、また、第２の実施の形態の場合、候補をたくさん取りすぎると、加工条件決定計算にも、実際の加工にも時間を要するという問題点がある。これを解決するためには、予め標準加工形状のうち類似するものを集めて、類似パターン別に分類しておき、実際の加工形状が決定されたとき、その形状がどの類似パターンに属するか（類似するか）をまず決定し、類似パターン中の標準加工形状のみを探索の候補とすることにより、大幅に時間を短縮することができる。この方法については、実施例において具体的な例を説明する。
また、上記において実際の加工形状が決定されたときその形状がどの類似パターンに属するか（類似するか）を決定する際には、２つ以上の類似パターンを選んでもよく、その場合は選んだ２つ以上の類似パターン中のすべての標準加工形状を、探索の候補とすることになる。
図３に、本発明の第３の実施の形態である加工条件決定システムの例を示す。予め決定された標準加工条件と、その標準加工条件で加工を行った結果得られた標準加工形状（シミュレーションで得られたもの、実際に加工を行って得られたもの）は、それぞれ標準加工条件入力手段、標準加工形状入力手段から入力され、モデル記憶手段に記憶される。場合によっては、製造メーカによってこれらの入力が済まされており、標準加工条件入力手段、標準加工形状入力手段を必要としないものも考えられる。
実際に加工する形状が決定され、加工形状入力手段から入力されると、加工条件定手段が、前記第１の実施の形態、第２の実施の形態で説明したようなフローに従った処理を行い、加工条件を決定して出力する。
本発明の加工条件の決定方法は、前述のようなアルゴリズムを使用すれば、計算機により実行することができる。この場合、加工条件の決定方法は計算機プログラムとして記述することができる。このプログラムを計算機プログラム記憶媒体に記憶しておけば、パソコン等を使用して加工条件が決定できるので、それを使用して人間が研磨装置に指令を与え、目標とする加工を行うことができる。又、図３示すような加工条件決定システムを計算機で構成することができ、そのときは、その計算機のプログラム記憶媒体に、このようなプログラムを記憶させておくことができる。
さらに、図４に示す加工システムのように、加工条件決定手段から出力された加工条件を人間を介さずに直接加工装置制御手段へ入力し、加工装置制御手段が、その加工条件が実現されるように加工装置を制御するようにしてもよい。なお、図４においては、加工条件決定手段から出力される加工条件が加工装置制御手段に入力され、加工装置制御手段が加工装置を制御する部分以外は図３と同様である。
以下、本発明の加工システムを使用した半導体デバイスの製造方法について説明する。図５は、半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。半導体デバイス製造プロセスをスタートして、まずステップＳ２００で、次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を選択する。選択に従って、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４のいずれかに進む。
ステップＳ２０１はウエハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はウエハ上に電極を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
ＣＶＤ工程もしくは電極形成工程の後で、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程である。ＣＭＰ工程では本発明による加工システムにより、層間絶縁膜の平坦化や、半導体デバイスの表面の金属膜の研磨によるダマシン（damascene）の形成等が行われる。
ＣＭＰ工程もしくは酸化工程の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソ工程である。フォトリソ工程では、ウエハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるウエハへの回路パターンの焼き付け、露光したウエハの現像が行われる。更に次のステップＳ２０７は現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。
次にステップＳ２０８で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２００に戻り、先のステップを繰り返して、ウエハ上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。
＜実施例１＞
研磨パッドがウエハよりも小さい小径パッドである図９に示すような研磨装置を用いて研磨を行った。研磨パッドは外形170mm、内径60mmのドーナツ型のものを用い、200mmφの熱酸化膜ウエハを研磨した。
標準加工条件として、表１に示すようなパラメータを、表１に示す範囲で、表１に示すピッチで変化させたものの組み合わせからなるものを採用した。
（表１）
Figure 2003078104
標準加工条件の全数は16200通りである。各標準加工条件に対応する標準加工形状は、シミュレーションにより求めた。このようにして、標準加工条件と標準加工形状のデータベースを作っておき、加工形状を決めて、第１の実施の形態に示した最小二乗法により、16200通りの全データの中から、最も加工形状に近い標準加工形状を選び、それに対応する標準加工条件を加工条件として採用した。加工条件を選定するのに要した時間は２分であった。
＜実施例２＞
実施例１で計算した16200通りの標準加工形状を、図６に示すような分類表に従ってtype(A)からtype(D)までの４種類に分類した。図６に示している形状は、ウエハ中心が凹凸の２種と、全体の形状がＭ形状、Ｗ形状の２種の組み合わせにより４種類に分類したものである。
この形状の判定には、ウエハ中心からエッジまでを４分割し、その研磨量の大小関係を基準に分類した。
type (A) (zone1+zone2)>(zone3+zone4)
(zone1+zone4)<(zone2+zone3)
（凸形状かつＭ字形状）
type (B) (zone1+zone2)<(zone3+zone4)
(zone1+zone4)>(zone2+zone3)
（凸形状かつＭ字形状）
type (C) (zone1+zone2)>(zone3+zone4)
(zone1+zone4)>(zone2+zone3)
（凹形状かつＷ字形状）
type (D) (zone1+zone2)<(zone3+zone4)
(zone1+zone4)>(zone2+zone3)
（凹形状かつＷ字形状）
上記中の16200通りのなかで、type(A)は5.3％、type(B)は11.6%、type(C)は21.1％、type(D)は52.0％であった。
目的とする加工形状はtype(A)に分類されたので、type(A)に属する標準加工形状の中から、目的とする加工形状に近いものを、実施例１と同じように探索した。その探索に要した時間は15secであった。
この場合、目的とする加工形状が与えられたとき、どのタイプに分類するかは、目的とする加工形状を、前記type(A)〜type(D)の決定ロジックに当てはめて、当てはまるものに分類すればよい。
＜比較例＞
目的とする加工形状を決定した後、シミュレーションプログラムにより、実施例１と同じようにして16200通りの研磨形状の計算を行い、その中から、目的形状に一番近い加工形状を有するものを実施例１と同じようにして探索した。16200通りの研磨形状の計算及び、最適条件の導出に有した時間は２時間であった。
本発明の実施の形態である加工条件の決定方法の第１の例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態である加工条件の決定方法の第２の例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態である加工条件決定システムの例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態である加工システムの例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態である半導体デバイスの製造方法を示す図である。 本発明の実施例において、標準加工形状を分類した典型的な形状を示す図である。 半導体プロセスにおける平坦化技術の例を示す図である。 ＣＭＰに用いる研磨（平坦化）装置の概略構成図である。 ＣＭＰに用いる他の研磨（平坦化）装置の概略構成図である。

Claims (41)

  1. 被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する方法であって、複数の加工条件（標準加工条件）を設定し、その標準加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を標準加工条件毎に求めて、前記標準加工形状を類似するパターン毎に、分類パターンとして分類しておき、目的とする加工形状が与えられたとき、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を、加工条件として選定することを特徴とする加工条件の決定方法。
  2. 請求の範囲第１項に記載の加工条件の決定方法であって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択することを特徴とする加工条件の決定方法。
  3. 被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する方法であって、複数の加工条件（標準加工条件）を設定し、その標準加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を標準加工条件毎に求めて、前記標準加工形状を類似するパターン毎に、分類パターンとして分類しておき、目的とする加工形状が与えられたとき、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを、加工条件として選定することを特徴とする加工条件の決定方法。
  4. 請求の範囲第３項に記載の加工条件の決定方法であって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択し、前記選択した複数の分類パターンの中にある標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定することを特徴とする加工条件の決定方法。
  5. 被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する方法であって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を求めておき、目的とする加工形状が与えられたとき、予め求められた標準加工形状のうちから、目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を、加工条件として選定することを特徴とする加工条件の決定方法。
  6. 被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する方法であって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を求めておき、目的とする加工形状が与えられたとき、標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを、加工条件として選定することを特徴とする加工条件の決定方法。
  7. 請求の範囲第５項に記載の加工条件の決定方法であって、前記標準加工形状を類似パターン毎に分類しておき、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択し、選択された分類パターンの中にある標準加工形状のみを選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを決定する対象として用いることを特徴とする加工条件の決定方法。
  8. 請求の範囲第６項に記載の加工条件の決定方法であって、前記標準加工形状を類似パターン毎に分類しておき、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択し、選択された分類パターンの中にある標準加工形状のみを選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを決定する対象として用いることを特徴とする加工条件の決定方法。
  9. 請求の範囲第１項から第８項のうちいずれか１項に記載の加工条件の決定方法であって、加工が、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物とを相対移動させることにより前記研磨対象物を研磨する研磨であることを特徴とする加工条件の決定方法。
  10. 請求の範囲第９項に記載の加工条件の決定方法であって、加工条件が、前記研磨対象物の回転速度、前記研磨体の回転速度、研磨時間、研磨圧力、研磨剤流量、研磨剤補正係数のいずれかを含むことを特徴とする加工条件の決定方法。
  11. 被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定システムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を、類似するパターン毎に、分類パターンとして分類して記憶しておくモデル記憶手段と、目的とする加工形状を入力する手段と、前記標準加工形状のうちから、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として選定する加工条件決定手段とを有することを特徴とする加工条件決定システム。
  12. 請求の範囲第１１項に記載の加工条件決定システムであって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択することを特徴とする加工条件決定システム。
  13. 被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定システムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を、類似するパターン毎に、分類パターンとして分類して記憶しておくモデル記憶手段と、目的とする加工形状を入力する手段と、前記標準加工形状の組み合わせのうちから、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として選定する加工条件決定手段とを有することを特徴とする加工条件決定システム。
  14. 請求の範囲第１３項に記載の加工条件決定システムであって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択し、前記選択した複数の分類パターンの中にある標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定することを特徴とする加工条件決定システム。
  15. 被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定システムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を記憶しておくモデル記憶手段と、目的とする加工形状を入力する手段と、前記標準加工形状のうちから目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として選定する加工条件決定手段とを有することを特徴とする加工条件決定システム。
  16. 被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定システムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）を記憶しておくモデル記憶手段と、目的とする加工形状を入力する手段と、前記標準加工形状の組み合わせのうちから目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として選定する加工条件決定手段とを有することを特徴とする加工条件決定システム。
  17. 請求の範囲第１５項に記載の加工条件決定システムであって、前記モデル記憶手段は、前記標準加工形状を類似パターン毎に分類して格納しておけるようにされており、前記加工条件決定手段は、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択し、選択された分類パターンの中にある標準加工形状のみを、選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定の対象として選択する機能を有することを特徴とする加工条件決定システム。
  18. 請求の範囲第１６項に記載の加工条件決定システムであって、前記モデル記憶手段は、前記標準加工形状を類似パターン毎に分類して格納しておけるようにされており、前記加工条件決定手段は、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択し、選択された分類パターンの中にある標準加工形状のみを、選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定の対象として選択する機能を有することを特徴とする加工条件決定システム。
  19. 請求の範囲第１１項から請求の範囲第１８項のうちいずれか１項に記載の加工条件決定システムであって、加工が、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物とを相対移動させることにより前記研磨対象物を研磨する研磨であることを特徴とする加工条件決定システム。
  20. 請求の範囲第１９項に記載の加工条件決定システムであって、加工条件が、前記研磨対象物の回転速度、前記研磨体の回転速度、研磨時間、研磨圧力、研磨剤流量、研磨剤補正係数のいずれかを含むことを特徴とする加工条件決定システム。
  21. 工具と被加工物との間に砥粒を介在させた状態で、前記工具と前記被加工物とを相対移動させることにより前記被加工物を加工する加工装置を用いた加工システムであって、請求の範囲第１項から第８項のうちいずれか１項に記載の加工条件の決定方法により加工条件を決定する手段、又は請求の範囲第１１項から第１８項のうちいずれか１項に記載の加工条件決定システムと、決定された加工条件に従うように前記加工装置を制御する手段とを有することを特徴とする加工システム。
  22. 工具と被加工物との間に砥粒を介在させた状態で、前記工具と前記被加工物とを相対移動させることにより前記被加工物を加工する加工装置を用いた加工システムであって、請求の範囲第９項に記載の加工条件の決定方法により加工条件を決定する手段と、決定された加工条件に従うように前記加工装置を制御する手段とを有することを特徴とする加工システム。
  23. 工具と被加工物との間に砥粒を介在させた状態で、前記工具と前記被加工物とを相対移動させることにより前記被加工物を加工する加工装置を用いた加工システムであって、請求の範囲第１０項に記載の加工条件の決定方法により加工条件を決定する手段と、決定された加工条件に従うように前記加工装置を制御する手段とを有することを特徴とする加工システム。
  24. 工具と被加工物との間に砥粒を介在させた状態で、前記工具と前記被加工物とを相対移動させることにより前記被加工物を加工する加工装置を用いた加工システムであって、請求の範囲第１９項に記載の加工条件決定システムと、決定された加工条件に従うように前記加工装置を制御する手段とを有することを特徴とする加工システム。
  25. 工具と被加工物との間に砥粒を介在させた状態で、前記工具と前記被加工物とを相対移動させることにより前記被加工物を加工する加工装置を用いた加工システムであって、請求の範囲第２０項に記載の加工条件決定システムと、決定された加工条件に従うように前記加工装置を制御する手段とを有することを特徴とする加工システム。
  26. 被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定計算機プログラムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）が、類似するパターン毎に、分類パターンとして分類して記憶され、当該標準加工形状のうちから、入力された目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、入力された加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として選定する処理プロセスを有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラム。
  27. 請求の範囲第２６項に記載の計算機プログラムであって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択することを特徴とする加工条件決定計算機プログラム。
  28. 被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定計算機プログラムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）が、類似するパターン毎に、分類パターンとして分類して記憶され、入力された目的とする加工形状に類似する分類パターンをまず選択し、その選択された分類パターンの中にある標準加工形状のうちから、入力された加工形状に近い、前記標準加工形状の組み合わせを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として選定する処理プロセスを有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラム。
  29. 請求の範囲第２８項に記載の加工条件決定計算機プログラムであって、前記目的とする加工形状に類似する分類パターンを選択する際に、複数の分類パターンを選択し、前記選択した複数の分類パターンの組み合わせの中にある標準加工形状を組み合わせることにより、目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定することを特徴とする加工条件決定計算機プログラム。
  30. 被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定計算機プログラムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）が記憶され、当該標準加工形状のうちから、入力された目的とする加工形状に近いものを選定し、選定された標準加工形状に対応する標準加工条件を加工条件として選定する処理プロセスを有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラム。
  31. 被加工物を所定の加工形状に加工する加工条件を決定する加工条件決定計算機プログラムであって、加工条件を構成する各パラメータを、少なくとも２段階以上に亘って変化させた全てのパラメータの組み合わせによって形成される加工条件（標準加工条件）の全てについて、その加工条件を使用して得られる加工形状（標準加工形状）が記憶され、入力された目的とする加工形状に近い、前記標準加工形状の組み合わせを選定し、選定された標準加工形状の組み合わせに対応する標準加工条件の組み合わせを加工条件として選定する処理プロセスを有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラム。
  32. 請求の範囲第３０項に記載の計算機プログラムであって、前記標準加工条件に対する前記標準加工形状は、前記標準加工形状の類似パターン毎に分類されており、前記処理プロセスは、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択し、選択された分類パターンの中にある標準加工形状のみを選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定の対象として選択する処理機能を有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラム。
  33. 請求の範囲第３１項に記載の計算機プログラムであって、前記標準加工条件に対する前記標準加工形状は、前記標準加工形状の類似パターン毎に分類されており、前記処理プロセスは、目的とする加工形状が与えられたとき、その加工形状を与える分類パターンの組み合わせをまず選択し、選択された分類パターンの中にある標準加工形状のみを選定の対象、又は目的とする加工形状に近い加工形状になる標準加工形状の組み合わせを選定の対象として選択する処理機能を有することを特徴とする加工条件決定計算機プログラム。
  34. 請求の範囲第２６項から第３３項のうちいずれか１項に記載の加工条件決定計算機プログラムのうち少なくとも一つを記録したプログラム記録媒体。
  35. 請求の範囲第１９項に記載の加工条件決定システムを使用して、ウエハの研磨条件を決定し、その研磨条件によりウエハの研磨を行う工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
  36. 請求の範囲第２０項に記載の加工条件決定システムを使用して、ウエハの研磨条件を決定し、その研磨条件によりウエハの研磨を行う工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
  37. 請求の範囲第２１項に記載の加工条件決定システムを使用して、ウエハの研磨条件を決定し、その研磨条件によりウエハの研磨を行う工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
  38. 請求の範囲第２２項に記載の加工システムを使用してウエハの研磨を行う工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
  39. 請求の範囲第２３項に記載の加工システムを使用してウエハの研磨を行う工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
  40. 請求の範囲第２４項に記載の加工システムを使用してウエハの研磨を行う工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
  41. 請求の範囲第２５項に記載の加工システムを使用してウエハの研磨を行う工程を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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