特許 7504713 半導体製造装置及び半導体製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-14

(45)【発行日】2024-06-24

(54)【発明の名称】半導体製造装置及び半導体製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20240617BHJP

   B24B 37/013 20120101ALI20240617BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20240617BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 622S

B24B37/013

B24B49/10

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020138861

(22)【出願日】2020-08-19

(65)【公開番号】P2022034918

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2023-03-08

(73)【特許権者】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(74)【代理人】

【識別番号】100178984

【弁理士】

【氏名又は名称】高下 雅弘

(72)【発明者】

【氏名】三木 勉

【審査官】境 周一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１６３１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４８３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０８１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０４５２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０１５４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２７７４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１９７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２６３５１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００７６９８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２５６９７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２８８５７２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ３７／０１３

Ｂ２４Ｂ ４９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェハに形成された膜の、第１研磨音の測定を行う音測定部と、
前記膜の、理論上の研磨終点に対応する第１時間を含む所定時間帯の以前の第２時間と、前記第２時間より前の第３時間と、の間に測定された前記第１研磨音の第１音圧予測値を得るための第１回帰モデルの作成を行う回帰モデル作成部と、
前記第１回帰モデルを用いて、前記所定時間帯における前記第１音圧予測値の第１計算を行う音圧予測値計算部と、
前記第１研磨音の第１音圧実測値と前記第１音圧予測値の差分である第１残差の第２計算を行う残差計算部と、
前記第１残差を用いて前記膜の研磨終点の判定を行う終点判定部と、
を備える半導体製造装置。

【請求項2】

前記回帰モデル作成部は、研磨される前記ウェハ毎に前記第１回帰モデルの作成を行う請求項１記載の半導体製造装置。

【請求項3】

前記音圧予測値計算部は、前記音測定部が前記測定を行う度に前記第１計算を行い、
前記残差計算部は、前記音圧予測値計算部が前記第１計算を行う度に前記第１残差の前記第２計算を行い、
前記終点判定部は、前記残差計算部が前記第１残差の前記第２計算を行う度に前記判定を行う、
請求項１又は請求項２記載の半導体製造装置。

【請求項4】

前記回帰モデル作成部は、前記ウェハに形成された前記膜の、前記理論上の前記研磨終点に対応する前記第１時間を含む前記所定時間帯の以前の前記第２時間と、前記第２時間より前の前記第３時間と、の間に測定された前記第１研磨音の第２音圧予測値を得るための第２回帰モデルの作成をさらに行い、
前記音圧予測値計算部は、前記第２回帰モデルを用いて、前記所定時間帯における前記第２音圧予測値の第３計算を行い、
前記残差計算部は、前記第１研磨音の第１音圧実測値と前記第２音圧予測値の差分である第２残差の第４計算を行い、
前記終点判定部は、前記第１残差及び前記第２残差を用いて、前記膜の研磨終点の判定を行う、
請求項１乃至請求項３いずれか一項記載の半導体製造装置。

【請求項5】

前記回帰モデル作成部は、前記第２時間と前記第３時間の間の第４時間と、前記第３時間と、の間に測定された前記第１研磨音を用いて前記第１回帰モデルの作成を行い、
（第４時間－第３時間）／（第２時間－第３時間）≦０．５である、
請求項１乃至請求項４いずれか一項記載の半導体製造装置。

【請求項6】

ウェハに形成された膜の第１研磨音の測定を行い、
前記膜の、理論上の研磨終点に対応する第１時間を含む所定時間帯の以前の第２時間と、前記第２時間より前の第３時間と、の間に測定された前記第１研磨音の第１音圧予測値を得るための第１回帰モデルの作成を行い、
前記第１回帰モデルを用いて、前記所定時間帯における前記第１音圧予測値の第１計算を行い、
前記第１研磨音の第１音圧実測値と前記第１音圧予測値の差分である第１残差の第２計算を行い、
前記第１残差を用いて前記膜の研磨終点の判定を行う、
半導体製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ウェハの表面を研磨する場合には、所定の方法で膜の研磨終点を検知する。半導体製造工程において、研磨に要求される精度は、ますます高いものになりつつある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１６３１００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態の目的は、研磨終点を精度良く判定可能な半導体製造装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の半導体製造装置は、ウェハに形成された膜の、第１研磨音の測定を行う音測定部と、膜の、理論上の研磨終点に対応する第１時間を含む所定時間帯の以前の第２時間と、第２時間より前の第３時間と、の間に測定された第１研磨音の第１音圧予測値を得るための第１回帰モデルの作成を行う回帰モデル作成部と、第１回帰モデルを用いて、所定時間帯における第１音圧予測値の第１計算を行う音圧予測値計算部と、第１研磨音の第１音圧実測値と第１音圧予測値の差分である第１残差の第２計算を行う残差計算部と、第１残差を用いて膜の研磨終点の判定を行う終点判定部と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の半導体製造装置の要部の模式図である。

【図2】膜の研磨終点の一例を説明するための模式図である。

【図3】実施形態の半導体製造方法のフローチャートである。

【図4】実施形態の半導体製造装置において用いられる回帰モデルを説明する模式図である。

【図5】実施形態の半導体製造装置において行われる終点検出を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を用いて実施形態を説明する。なお、図面中、同一又は類似の箇所には、同一又は類似の符号を付している。

【0008】

（実施形態）
実施形態の半導体製造装置は、ウェハに形成された膜の第１研磨音の測定を行う音測定部と、第１研磨音の第１音圧予測値を得るための第１回帰モデルの作成を行う音圧予測回帰モデル作成部と、第１回帰モデルを用いて第１音圧予測値の第１計算を行う音圧予測値計算部と、第１研磨音の第１音圧実測値と第１音圧予測値の差分である第１残差の第２計算を行う残差計算部と、第１残差を用いて膜の研磨終点の判定を行う終点判定部と、を備える。

【0009】

実施形態の半導体製造方法は、ウェハに形成された膜の第１研磨音の第１音圧予測値を得るための第１回帰モデルの作成を行い、前記第１回帰モデルを用いて前記第１音圧予測値の第１計算を行い、前記第１研磨音の測定を行い、前記第１研磨音の第１音圧実測値と前記第１音圧予測値の差分である第１残差の第２計算を行い、前記第１残差を用いて前記膜の研磨終点の判定を行う。

【0010】

図１は、実施形態の半導体製造装置１００の要部の模式図である。図２は、膜の研磨終点の一例を説明するための模式図である。

【0011】

半導体製造装置１００は、トップリング２と、研磨パッド４と、ターンテーブル６と、音測定部８と、スラリー供給ノズル１０と、制御装置５０と、装置管理システム６１と、マスタ情報登録データベース（記憶部）６２と、を備える。

【0012】

制御装置５０は、音響データ収集部５１と、音圧実測値計算部５２と、音圧予測回帰モデル作成部５３と、音圧予測値計算部５４と、残差計算部５５と、終点判定部５６と、装置制御信号送信部５７と、処理条件情報受信部５９と、を有する。

【0013】

実施形態の半導体製造装置１００は、例えば、ウェハＷに形成された膜Ｍを化学的機械的に研磨するＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置及びかかるＣＭＰ装置を制御するシステムを含む装置である。なお、実施形態の半導体製造装置１００においては、ＣＭＰ装置が複数配置されていてもかまわない。

【0014】

ウェハＷは、例えば、半導体基板である。より具体的には、ウェハＷは、例えば、Ｓｉ（シリコン）基板である。ウェハＷの表面には、膜Ｍが形成されている。例えば、膜Ｍは、図２に示したように、膜Ｍ_１と膜Ｍ_２を有する。膜Ｍ_１は、例えばＳｉＮ（窒化シリコン膜）である。膜Ｍ_２は、例えばＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ：オルトケイ酸テトラエチル）膜である。

【0015】

例えば、半導体製造装置（ＣＭＰ装置）１００は、ＣＭＰ加工により、膜Ｍ_２を除去し、膜Ｍ_１を露出させる。この場合、例えば、膜Ｍ_２は研磨対象膜として機能し、膜Ｍ_１はストッパ膜として機能する。理想的には、半導体製造装置（ＣＭＰ装置）１００は、膜Ｍ_２の除去が完了したときにＣＭＰ加工を終了することが好ましい。すなわち、研磨対象膜としての膜Ｍ_２とストッパ膜としての膜Ｍ_１の界面が、研磨終点となることが好ましい。実施形態の半導体製造装置１００及び半導体製造方法は、例えば、このような研磨終点の判定に用いられるものである。

【0016】

なお、実施形態の半導体製造装置１００及び半導体製造方法が適用される膜Ｍの構成は、上記のものに限定されるものではない。例えば、膜Ｍ_１と膜Ｍ_２を構成する物質は、上記のものに限定されない。また、図２では、膜Ｍ_１の方が膜Ｍ_２よりも厚いものとして図示されているが、実際の寸法はこれに限定されない。さらに、図２では、ウェハＷと膜Ｍ_１と膜Ｍ_２がそれぞれ平面的な形状であるものとして図示されているが、実際の形状はこれに限定されない。例えば、ウェハＷと膜Ｍ_１との界面、及び、膜Ｍ_１と膜Ｍ_２との界面が、平坦ではなく、凹凸を持つように構成されていてもよい。また、膜Ｍ_１とウェハＷの間に図示しない別の膜が設けられていてもかまわない。

【0017】

ターンテーブル６は、例えばターンテーブル６に内蔵されたモータ等により、例えば水平面内において回転可能なテーブルである。

【0018】

研磨パッド４は、ターンテーブル６の上に設けられている。研磨パッド４は、膜Ｍを研磨するために用いられる。研磨パッド４は、例えばポリウレタン製のパッドである。しかし、研磨パッド４の材質は、これに限定されるものではない。

【0019】

トップリング２は、研磨パッド４の上方に設けられる。例えば、トップリング２の下面に、ウェハＷが保持される。トップリング２は、例えばトップリング２に内蔵されたモータ等により、水平面内において回転することが可能である。そのため、トップリング２は、ウェハＷを、膜Ｍが下方を向いた状態で保持しつつ、水平面内に回転させることが可能である。

【0020】

音測定部８は、例えば研磨パッド４とトップリング２に保持されたウェハＷとの接触面の近傍に配置されている。音測定部８は、研磨（ＣＭＰ加工）がおこなわれる期間中に生じる研磨音を測定する。図１においては、研磨音をＮで示している。音測定部８は、例えばマイクロフォンである。音測定部８は、例えば、１０Ｈｚ以上かつ２０ｋＨｚ未満の周波数帯域の音を測定可能である。しかし、音測定部８が測定可能な音の周波数の範囲は、上記のものに限定されるものではない。音測定部８は、例えば、１０Ｈｚより下の周波数帯域の音、および／または、２０ｋＨｚ以上の周波数帯域の音を測定可能に構成されていてもよい。

【0021】

スラリー供給ノズル１０は、研磨パッド４の上に設けられている。スラリー供給ノズル１０は、研磨に用いられるスラリーＳを、研磨パッド４に供給する。

【0022】

制御装置５０、音響データ収集部５１、音圧実測値計算部５２、音圧予測回帰モデル作成部５３、音圧予測値計算部５４、残差計算部５５、終点判定部５６、装置制御信号送信部５７、処理条件情報受信部５９、及び装置管理システム６１は、例えば、それぞれが電子回路として構成されてもよいし、コンピュータ等のハードウェアとプログラム等のソフトウェアとを組み合わせることで構成されてもよい。

【0023】

マスタ情報登録データベース６２は、例えば、記憶デバイスである。ここで、記憶デバイスは、例えば、半導体メモリ、又は、ハードディスクである。なお、マスタ情報登録データベース６２は、１つの記憶デバイスを含んでいてもかまわないし、複数の記憶デバイスを含んでいてもかまわない。また、マスタ情報登録データベース６２は、例えば、ネットワーク上のサーバであってもよい。この場合、制御装置５０は、有線接続または無線接続により、ネットワークを介して、サーバとしてのマスタ情報登録データベース６２に保存されているデータにアクセスする。

【0024】

図３は、実施形態の半導体製造方法のフローチャートである。

【0025】

まず、ターンテーブル６の上に設けられた研磨パッド４に、スラリー供給ノズル１０からスラリーＳを供給する。次に、ターンテーブル６を回転し、ウェハＷを保持したトップリング２を回転する。次に、ターンテーブル６と研磨パッド４を接近させると、ウェハＷと研磨パッド４が接触する。これにより、ウェハＷの表面に形成された膜Ｍの研磨が開始される。

【0026】

次に、音測定部８は、膜Ｍの研磨が行われる期間中に生じる研磨音を測定する。測定された研磨音は、音響データ収集部５１により収集され（Ｓ１０）、その後に音圧実測値計算部５２に送られる。音圧実測値計算部５２は、例えばＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等のフーリエ変換を用いることにより、周波数分析を行う（Ｓ１４）。これにより、音圧実測値計算部５２は、音響データ収集部５１により収集された研磨音の、周波数毎の音圧実測値を算出する。ここで、「音圧」とは、周波数毎の成分の大きさ又はレベル（音圧レベル）のことである。この、周波数毎の音圧実測値の算出を、膜Ｍの研磨を進めると共に行う。時間が経過するに伴い膜Ｍの研磨が進行するため、膜Ｍの研磨進行に伴う、周波数毎の音圧実測値の時間変化が測定される（Ｓ１８）。なお、測定された周波数毎の音圧実測値は、例えば、マスタ情報登録データベース６２に保存されてもかまわないし、図１において図示しない他の記憶装置に保存されていてもかまわない。

【0027】

次に、音圧予測回帰モデル作成部５３は、膜Ｍの研磨進行に伴う周波数毎の音圧実測値の時間変化から、研磨終点の判定に用いる特徴周波数帯を選定する（Ｓ２２）。特徴周波数帯は、例えば、膜Ｍ_１と膜Ｍ_２を構成する物質、膜Ｍ_１と膜Ｍ_２の寸法、および膜Ｍ_１と膜Ｍ_２に基づいて選定される。ただし、特徴周波数帯は、上記のファクターに限られず、種々のファクターを考慮して選定してよい。また、特徴周波数帯の選定は、制御装置５０（音圧予測回帰モデル作成部５３）によって自動的に行われてもかまわないし、オペレータによって行われてもかまわない。

【0028】

次に、音圧予測回帰モデル作成部５３は、半導体製造装置１００が設置された環境等に応じて生じるノイズに伴う音圧を除去し、例えば移動平均等による平滑化処理を行い、フィルタリング処理を行いＳＮ比を向上させた上で、（Ｓ２６、Ｓ３０）、選定された特徴周波数帯における音圧の時間変化の波形を取得する（Ｓ３４）。なおこれらの処理は、例えば、音圧実測値計算部５２により行われる。

【0029】

次に、音圧予測回帰モデル作成部５３は、回帰分析（ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ）を行い、膜Ｍの研磨音の音圧予測値を得るための回帰モデルの作成を行う（Ｓ３８）。

【0030】

図４は、実施形態の半導体製造装置１００において用いられる回帰モデルを説明する模式図である。回帰モデルとしては、例えば、図４（ａ）に示したような、多項式を用いた回帰モデル、ロジスティック曲線を用いた回帰モデル、ゴンペルツ曲線を用いた回帰モデル、指数関数を用いた回帰モデル等が挙げられる。上記の回帰モデルは、例えばマスタ情報登録データベース６２に記憶されている。なお、実施形態の半導体製造装置において用いることができる回帰モデルは、勿論上記の回帰モデルに限定されるものではない。

【0031】

音圧予測回帰モデル作成部５３は、例えば、音圧実測値計算部５２によって計算された音圧実測値に対して、マスタ情報登録データベース６２に記憶された回帰モデルのうち少なくとも１つを用いて、回帰分析を行う。音圧予測回帰モデル作成部５３は、例えば、用いられた回帰モデルにおいて、計算された音圧データを予測する上で好ましい係数を決定する。

【0032】

次に、音圧予測値計算部５４は、上記の回帰モデル及び決定された係数を用いて、音圧予測値の計算を行う（Ｓ４２）。研磨時間の経過に対する、音圧予測値の一例及び音圧実測値の一例を、図４（ｂ）に示す。また、音圧実測値の一例を縦軸にプロットし、それぞれの音圧実測値に対応する音圧予測値の一例を横軸にプロットしたグラフを、図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）において引かれた直線は、音圧実測値と音圧予測値が等しいと仮定された場合の直線である。この直線で、多くの音圧実測値が良好にフィッティングできた場合には、その回帰モデルでうまく音圧が予測できていると考えることが出来る。

【0033】

次に、残差計算部５５は、音圧実測値と音圧実測値の差分である、残差を計算する（Ｓ４６）。

【0034】

次に、終点判定部５６は、残差計算部５５によって計算された残差を用いて、膜Ｍの研磨終点の判定を行う。

【0035】

研磨終点に達していると判断されれば、例えば制御装置５０は、研磨処理を停止する。そして、音響データ収集を終了する。一方、研磨終点に達していないと判断されれば、さらに半導体製造装置１００は、研磨終点に達していると判断されるまで、膜Ｍの研磨を継続する。

【0036】

上述の操作は、例えば、制御装置５０（装置制御信号送信部５７）によって自動的に制御されてもかまわないし、オペレータによって制御されてもかまわない。また、研磨の品種工程の情報は、例えば装置管理システム６１から処理条件情報受信部５９に送信され、制御装置５０内において適宜用いられる。

【0037】

なお、膜Ｍの研磨終点に達したと判断された後、次のウェハに形成された膜Ｍの研磨を行う場合には（実質的に同じ条件でＣＭＰ加工をする場合には）、すでに用いられた回帰モデル及び決定された係数を用いてもかまわない。しかし、あらためて音測定部８により研磨音を測定した上で、回帰モデルの選択をして、係数を再度決定してもよい。すなわち、音圧予測回帰モデル作成部５３は、研磨されるウェハ毎に（ＣＭＰ加工毎に）回帰モデルの作成を行ってもよい。ここで、ウェハ毎に作成される回帰モデルとしては、ウェハ毎に異なった回帰モデルを用いてもかまわない。また、同じ回帰モデル（例えばゴンペルツ曲線をつかった回帰モデル）で、係数が異なるものであってもかまわない。

【0038】

図５は、実施形態の半導体製造方法を説明する模式図である。図５（ａ）は、比較形態としての半導体製造方法における膜の研磨終点の判定を行う方法を説明する模式図である。図５（ａ）には、縦軸に音圧実測値、横軸に対応する研磨時間をとったグラフを示している。

【0039】

図５（ａ）に示したグラフにおいては、音圧実測値は時間ｔ_０付近から、研磨時間の経過と共にほぼ単調に増加している。時間ｔ_２付近から、音圧実測値は研磨時間の経過と共に減少する。そして、時間ｔ_３付近で音圧実測値は極小値（ｌｏｃａｌ ｍｉｎｉｍｕｍ）をとる。時間ｔ_３付近から、音圧実測値は時間ｔ_４付近まで、研磨時間経過と共に増加する。

【0040】

時間ｔ_０は、例えば、研磨開始直後の音圧実測値を処理から除外するために設定される、時間である。なお、時間ｔ_０は、設定されていなくてもかまわない。

【0041】

時間ｔ_３は、例えば、研磨対象となる膜Ｍ_２の膜厚と、半導体製造装置１００で設定される研磨のレートから計算される、膜Ｍ_２と膜Ｍ_１との膜界面に対応する時間であり、理論上の研磨終点である。これに対して、膜Ｍ_１と膜Ｍ_２の物質、寸法、凹凸形状等に起因する研磨進行度のばらつきを考慮するために、膜界面を含んだ領域（所定領域）に対応する時間帯（所定時間帯）を定義する。時間ｔ_２は、所定時間帯における時間経過的に早い側の時間であり、時間ｔ_４は、所定時間帯における時間経過的に遅い側の時間である。

【0042】

例えば、時間ｔ_２と時間ｔ_４の間は、膜Ｍ_２の研磨が進むことにより、膜Ｍ_２と膜Ｍ_１の両方が表面にあらわれていると考えることが可能である。ここで、一般に膜Ｍ_２と膜Ｍ_１の界面は、必ずしも厳密に平らに形成されているとは限らない。この場合、例えば、研磨が進んで膜Ｍ_２と膜Ｍ_１の界面に近づいていくと、膜Ｍ_２が残っている部分と、膜Ｍ_１が表面に露出した部分の両方があらわれる。そして、膜Ｍ_２が残っている部分は削られていき、やがて研磨の対象となっている面の全てが膜Ｍ_１になる。あるいは、膜Ｍ_２の研磨中であっても、膜Ｍ_２と膜Ｍ_１を構成する物質によっては、そのときの音圧実測値が、膜Ｍ_１が存在することによる影響を受ける場合がある。従って、時間ｔ_２と時間ｔ_４の間に得られる音圧実測値は、膜Ｍ_２の研磨に由来する成分と、膜Ｍ_１の研磨に由来する成分とを含んでいると考えることができる。

【0043】

違う言い方をすれば、時間ｔ_０と時間ｔ_２の間に得られる音圧実測値においては、膜Ｍ_２の研磨に由来する成分が支配的だと考えられるのに対して、時間ｔ_２と時間ｔ_４の間に得られる音圧実測値においては、膜Ｍ_２の研磨に由来する成分と膜Ｍ_１の研磨に由来する成分とが混在していると考えられる。比較形態では、図５（ａ）に示すように、時間ｔ_２と時間ｔ_４の間の音圧実測値の変化分に基づいて研磨終点の判定を行う。しかし、図５（ａ）に示されるように、時間ｔ_２と時間ｔ_４の間の音圧実測値の変化分は比較的小さい。この場合、例えば、ノイズの影響を受けやすい。また、たとえ同じ膜構成を有していても、音圧の実測値の変化量にはバラつきが生じる。そのため、研磨終点の判定が困難な場合が発生し得る。

【0044】

なお、どの程度膜Ｍ_２が残った状態で研磨終点と判定するかは、ウェハの種類や研磨の目的により異なることになる。例えば、膜Ｍ_２を完全に除去するのではなく、膜Ｍ_２が少し残った状態で研磨終点と判定することもありえる。

【0045】

図５（ｂ）は、実施形態の半導体製造装置における膜の研磨終点の判定を行う方法を説明する模式図である。実施形態の半導体製造装置においては、例えば、理論上の研磨終点である時間ｔ_３を含む所定時間帯（ｔ_２とｔ_４の間の時間帯）に達するより前に測定された研磨音による音圧実測値を用いて、回帰モデルの作成を行う。より具体的には、時間ｔ_０と時間ｔ_２の間に測定された研磨音による音圧実測値を用いて、回帰モデルの作成を行う。そして、ｔ_２以降の時間は、作成された回帰モデルを用いて、点線で示したような音圧予測値を計算していく。すなわち、実施形態では、膜Ｍ_２の研磨に由来する成分が支配的だと考えられる時間領域において作成された回帰モデルを用いて、研磨終点の判定を行う。言い換えると、実施形態の回帰モデルにおいては、膜Ｍ_１の研磨に由来する成分の影響が、排除または低減されている。あるいは、実施形態の回帰モデルにおいては、膜Ｍ_２と膜Ｍ_１との膜界面の影響が排除または低減されているとも考えることができる。

【0046】

なお、時間ｔ_０と時間ｔ_２よりも前の時間ｔ_１との間に測定された研磨音による音圧実測値を用いても良い。時間ｔ_１より前に得られた音圧実測値に基づいて回帰モデルを作成することで、回帰モデルにおいて、膜Ｍ_１の研磨に由来する成分の影響をより確実に排除または低減することができる。

【0047】

時間ｔ１は、例えば、０．３≦（ｔ_１－ｔ_０）／（ｔ_３－ｔ_０）≦０．７を満たすように設定してもよい。この場合、膜Ｍ_１の研磨に由来する成分の影響をより確実に排除または低減することができる。また、回帰モデルを作成してから、時間ｔ_３に達するまでの時間的余裕をより多く確保できるため、例えば、音圧予測値計算部５４等による処理のために必要となる時間を、より確実に確保することができる。時間ｔ１は、適宜、変更してもよい。例えば、膜Ｍ_１の研磨に由来する成分の影響をより確実に排除または低減する必要がある場合、時間ｔ１を、（ｔ_１－ｔ_０）／（ｔ_３－ｔ_０）＜０．３を満たすように設定してもよい、あるいは、回帰モデルの作成に用いるデータをより多く収集する必要がある場合、時間ｔ１を、０．７＜（ｔ_１－ｔ_０）／（ｔ_３－ｔ_０）を満たすように設定してもよい。

【0048】

実施形態の半導体製造装置は、音圧実測値が膜Ｍ_２と膜Ｍ_１との膜界面の影響を受け始める所定領域に対応する所定時間帯（時間ｔ_２と時間ｔ_４の間）よりも前に、膜Ｍ_２と膜Ｍ_１との膜界面の影響が排除または低減された回帰モデルを作成し、所定時間帯（時間ｔ_２と時間ｔ_４の間）において、当該回帰モデルと音圧実測値との残差を評価することで、研磨終点の判定を行う。すなわち、実施形態においては、膜界面そのものをモデル化することで音圧実測値を評価することに代えて、膜界面の影響が排除または低減された回帰モデルを生成し、当該回帰モデルから計算される音圧予測値と音圧実測値との乖離状態を評価することで、研磨終点の判定を行う。

【0049】

図５（ｃ）に、図５（ｂ）に示した音圧実測値と音圧予測値の差分である残差の２乗を、研磨時間に対してプロットしたグラフを示す。例えば、時間ｔ_３で残差の２乗が極大値（ｌｏｃａｌ ｍａｘｉｍｕｍ）となっている場合、時間ｔ_３で研磨の終点に到達したものと判定することが出来る。

【0050】

実施形態の半導体製造装置は、図５（ｃ）に示すように、例えば、音圧実測値と回帰モデルを用いた音圧予測値との残差の２乗の変化分に基づいて研磨終点の判定を行う。従って、図５（ａ）に示す比較例と比べて、よりＳＮ比が高い状態で、研磨終点の判定をすることができる。

【0051】

なお、ここでは残差の２乗を計算して研磨終点の判定をおこなっている。しかし、例えば残差の微分を用いて判定してもよく、研磨終点の判定における残差の参照方式は、特に限定されるものではない。

【0052】

例えば、ウェハに形成された膜Ｍの研磨終点の判定を行う場合、音圧予測値計算部５４は、音測定部８が研磨音の測定を行う度に、上記の回帰モデル及び係数を用いて音圧予測値の計算を行っても良い。また、残差計算部５５は、音圧予測値計算部５４が上記の音圧予測値の計算を行う度に、残差の計算を行っても良い。さらに、終点判定部５６は、残差計算部が上記の残差の計算を行う度に、研磨終点の判定を行っても良い。言い換えると、膜Ｍの研磨終点の判定は、膜Ｍの研磨を行いながら、リアルタイムに行われても良い。

【0053】

また、例えば、音圧予測回帰モデル作成部５３は、複数の回帰モデルについて、計算された音圧データを予測する上で好ましい係数を決定してもよい。図５（ｂ）に示したグラフを例にして説明すると、音圧予測回帰モデル作成部５３は、時間ｔ_２と時間ｔ_０の間に測定された研磨音による音圧実測値を用いて、例えば２個の回帰モデルを作成してもよい。この場合、音圧予測値計算部５４は、例えば、上記の２個の回帰モデルそれぞれで予測される音圧予測値を計算する。また、残差計算部は、例えば、それぞれの回帰モデルで予測された音圧予測値を用いて、それぞれの残差を計算する。そして、終点判定部５６は、例えば、上記のそれぞれの残差を用いて、２個の回帰モデルのいずれか一方を選択した上で、研磨終点の判定を行う。なお、「２個の回帰モデル」とは、それぞれ異なった回帰モデル（例えば、ロジスティック曲線を用いた回帰モデルとゴンペルツ曲線を用いた回帰モデル）であってもかまわない。また、同じ回帰モデル（例えばゴンペルツ曲線をつかった回帰モデル）で、係数が異なるものであってもかまわない。また、３個以上の回帰モデルを適用してもかまわない。また、回帰モデルの選択は、終点判定部５６が行わなくてもかまわない。さらに、２個の回帰モデルのいずれか一方を選択せずに、両方の回帰モデルを用いて研磨終点の判定を行ってもかまわない。

【0054】

次に、実施形態の半導体製造装置及び半導体製造方法の作用効果を記載する。

【0055】

ウェハに形成された膜の研磨終点の判定を精度よく行うために、膜の研磨音を用いて行うことが考えられる。しかし、例えば、形成された膜にばらつきが存在する。そのため、研磨音から計算される音圧実測値の変化量が、ウェハごとに異なってしまう可能性がある。また、スラリーＳの投下量、トップリング２によるウェハＷの回転速度、ターンテーブル６の回転速度、研磨パッド４の種類や摩耗度等の、研磨条件によっても、音圧実測値の変化量が大きく異なってしまうという問題があった。

【0056】

そこで、実施形態の半導体製造装置は、ウェハに形成された膜の研磨音の測定を行う音測定部８と、音圧予測値を得るための回帰モデルの作成を行う音圧予測回帰モデル作成部５３と、回帰モデルを用いて音圧予測値の計算を行う音圧予測値計算部５４と、音圧実測値と音圧予測値の差分である残差の計算を行う残差計算部５５と、残差を用いて膜の研磨終点の判定を行う終点判定部５６と、を備える。

【0057】

回帰モデルを用いて音圧予測値を計算し、音圧実測値と音圧予測値の差分である残差を計算して判定を行うことにより、ＳＮ比を向上させた上で研磨終点の判定を行うことが出来る。このことは、例えば、図５において示したとおりである。よって、研磨終点を精度良く判定可能な半導体製造装置の提供が可能となる。

【0058】

また、音圧予測回帰モデル作成部５３は、研磨されるウェハ毎に回帰モデルの作成を行ってもよい。これにより、形成された膜のばらつきや研磨パッドの状態等の研磨条件により、音圧実測値の変化量が大きく異なってしまう場合であっても、対応することができる。

【0059】

また、音圧予測値計算部５４は、音測定部８が研磨音の測定を行う度に、上記の回帰モデル及び係数を用いて音圧予測値の計算を行い、残差計算部５５は、音圧予測値計算部５４が計算を行う度に残差の計算を行い、終点判定部５６は、残差計算部が上記の残差の計算を行う度に、研磨終点の判定を行っても良い。言い換えると、膜の研磨終点の判定は、膜の研磨を行いながら、リアルタイムに行われても良い。この場合、膜の研磨終点の判定をより厳密に行い、研磨のより厳密な制御が可能となりえる。また、上記の通り、一般に膜Ｍ_２と膜Ｍ_１の界面は、必ずしも厳密に平らに形成されているとは限らないため、どの程度膜Ｍ_２が残った状態で研磨終点と判定するかは、ウェハの種類や研磨の目的により異なってくる。実施形態の半導体製造装置によれば、このような場合にも、研磨終点をより厳密に制御出来る。

【0060】

また、音圧予測回帰モデル作成部５３は、音圧予測値を得るための複数の回帰モデルを作成し、音圧予測値計算部５４は、それぞれの回帰モデルを用いて音圧予測値を計算し、残差計算部５５は、それぞれの音圧予測値を用いて残差の計算を行い、終点判定部５６は、複数の回帰モデルのいずれか一方を選択して膜の研磨終点の判定を行ってもよい。例えば、膜構造や研磨条件等によっては、膜の研磨を開始して、ある程度膜を研磨したところではじめてどの回帰モデルが適切であったかが明らかになることがある。この場合、暫定的に複数の回帰モデルを用いることで、研磨終点の判定を、より柔軟に行うことができる。なお、例えば、複数の回帰モデルを全て用いて、膜の研磨終点の判定をすることも出来る。

【0061】

また、音圧予測回帰モデル作成部５３は、膜の研磨終点に対応する時間ｔ_３を含む、所定時間帯（ｔ_２とｔ_４の間の時間帯）の以前の時間（例えばｔ_２）と、ｔ_２より前のｔ_０と、の間に測定された研磨音による音圧実測値を用いて、回帰モデルの作成を行ってもよい。言い換えると、膜の界面及びその近傍における音圧実測値（例えばｔ_２とｔ_４の間の時間帯）は、回帰モデルの作成に用いないようにしてもよい。この場合、膜の界面及びその近傍を除いて作成した回帰モデルを用いて、膜の界面付近において、音圧実測値が当該回帰モデルによる音圧予測値からどの程度乖離するか、という観点に基づいて膜の研磨終点の判定を行うことができる。膜の界面及びその近傍における音圧の変化は、バラツキが大きく、安定した回帰モデルを作成しづらい。膜の界面及びその近傍から離れた部分の音圧実測値を用いることで、安定した回帰モデルを作成することができる。

【0062】

また、時間ｔ_１は、例えば、０．３≦（ｔ_１－ｔ_０）／（ｔ_３－ｔ_０）≦０．７を満たすような時間としてもよい。この場合、研磨終点付近の情報を出来るだけ回帰モデルに取り込まないようにして、回帰モデルにより求められる音圧予測値の制度をより向上させることができる。

【0063】

本発明のいくつかの実施形態及び実施例を説明したが、これらの実施形態及び実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0064】

２ トップリング
４ 研磨パッド
６ ターンテーブル
８ 音測定部
１０ スラリー供給ノズル
５０ 制御装置
５１ 音響データ収集部
５２ 音圧実測値計算部
５３ 音圧予測回帰モデル作成部
５４ 音圧予測値計算部
５５ 残差計算部
５６ 終点判定部
５７ 装置制御信号送信部
５９ 処理条件情報受信
６１ 装置管理システム
６２ マスタ情報登録データベース
１００ 半導体製造装置
Ｎ 音
Ｓ スラリー
Ｗ ウェハ
ｔ_０ 時間（第３時間）
ｔ_１ 時間（第４時間）
ｔ_２ 時間（第１時間）
ｔ_３ 時間（第２時間）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】