(57)【要約】半導体ウェハの処理のため、適応的状態推定プロセスを実行するための方法、装置およびシステムが提供される。プロセスコントローラ（３０５）および処理装置（３１０）を使用して、第１のワークの処理が制御される。前記第１のワークの前記処理に関する製造データが取得される。前記製造データに関する状態データが取得される。前記状態データは、前記製造データの出所に関するデータを含む。前記状態データおよび前記製造データに基づいて、プロセスコントローラ（３０５）または処理装置（３１０）の状態が決定される。
2009521800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスコントローラ（３０５）および処理装置（３１０）を使用して第１のワークの処理を制御するステップと、
前記第１のワークの前記処理に関する製造データを取得するステップと、
前記製造データに関連しており、前記製造データの出所に関するデータを含む状態データを取得するステップと、
前記状態データおよび前記製造データに基づいて、前記プロセスコントローラ（３０５）、および前記処理装置（３１０）の少なくとも１つの状態を決定するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記状態に基づいて、第２のワークの処理のために制御パラメータを調整するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
製造データを取得する前記ステップは、計測データ、装置状態データ、性能予測データ、性能データおよびウェハの電気試験データの少なくとも１つを取得するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記製造データに関する状態データを取得する前記ステップは、前記製造データの経時、前記製造データの適合度、前記製造データに相関している予測データ、前記製造データを取得するために使用された装置の識別情報、テストウェハに関連する製造データに関するデータ、本生産ウェハに関連する製造データに関するデータ、および前記製造データの信憑性に関するデータの少なくとも１つを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記プロセスコントローラ（３０５）および前記処理装置（３１０）の少なくとも１つの状態を決定する前記ステップは、状態推定機能を実行するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
状態推定機能を実行する前記ステップは、前記状態データに基づいて前記製造データに重みを割り当てるステップを有し、前記状態データに基づいて前記製造データに重みを割り当てる前記ステップは、前記製造データの出所がテストウェハであるという指標に基づいて、前記製造データに第１の重みを割り当てるステップと、前記製造データの出所が本生産ウェハであるとの指標に基づいて、前記製造データに第２の重みを割り当てるステップと、を有する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記状態データに基づいて前記製造データに重みを割り当てるステップは、前記製造データの経時がしきい値期間を下回るとの指標に基づいて、前記製造データに第１の重みを割り当てるステップと、前記製造データの前記経時がしきい値期間を越えているとの指標に基づいて、前記製造データに第２の重みを割り当てるステップと、を有する請求項７に記載の方法。
【請求項８】
前記状態データに基づいて前記製造データに重みを割り当てるステップは、前記製造データの適合度が第１の所定の値範囲内にあるとの指標に基づいて、前記製造データに第１の重みを割り当てるステップと、前記製造データの前記適合度が第２の所定の値範囲内にあるとの指標に基づいて、前記製造データに第２の重みを割り当てるステップと、を含む請求項６に記載の方法。
【請求項９】
システムであって、
ワークを処理するための処理装置（３１０）と、
前記ワークの処理に関する製造データを取得するための測定装置（３６０）と、
前記処理装置（３１０）および前記測定装置に動作可能に接続されたコントローラとを備え、前記コントローラは、前記処理装置（３１０）に関するメタデータを取得し、前記メタデータに基づいて前記製造データに重みを割り当て、前記製造データの前記重みに基づいて少なくとも１つの状態推定パラメータを調整し、前記状態推定パラメータに基づいて前記システムの少なくとも一部の状態推定を実行するシステム。
【請求項１０】
命令で符号化されたコンピュータ可読プログラム記憶装置であって、コンピュータによって実行されると、
プロセスコントローラ（３０５）および処理装置（３１０）を使用して第１のワークの処理を制御するステップと、
前記第１のワークの前記処理に関する製造データを取得するステップと、
前記製造データに関連しており、前記製造データの出所に関するデータを含む状態データを取得するステップと、
前記状態データおよび前記製造データに基づいて、前記プロセスコントローラ（３０５）および前記処理装置（３１０）の少なくとも１つの状態を決定するステップとを含む方法を実行する、コンピュータ可読プログラム記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体の製造に関し、より詳細には、プロセスの変動を低減させるために、製造データに基づいて適応的状態推定プロセスを実行するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造業における技術の爆発的な進歩により、新しい革新的な製造プロセスが数多く生み出されてきた。今日の製造プロセス、とりわけ半導体製造プロセスでは、多くの重要な工程が必要とされる。一般に、このような工程は不可欠なものであり、このため、通常は多くの入力を微調整して、生産を適切に制御する必要がある。
【０００３】
半導体デバイスの製造においては、半導体の原材料からパッケージング済みの半導体デバイスを製造するまでに、別個のプロセス工程が数多く要求される。半導体材料を成長させる最初の工程から、半導体結晶を切断して個々のウェハを製造する工程、製造段階（エッチング、ドーピング、イオン注入等）、パッケージング、完成したデバイスの最終検査に至るまでの各種プロセスはそれぞれ非常に異なり、特化されているため、これらのプロセスは、異なる制御方式を採用している別の製造現場で実施されることがある。
【０００４】
一般に、プロセス工程の組が、時にロットと呼ばれる半導体ウェハの集合体全体に実行される。例えば、各種材料から構成されうるプロセス層が、半導体ウェハ全体に形成されうる。続いて、公知のフォトリソグラフィ技術によって、このプロセス層全体にパターニングしたフォトレジスト層が形成されうる。通常はこの後に、パターニングしたフォトレジスト層をマスクとして使用して、プロセス層にわたってエッチングプロセスが実施される。このエッチングプロセスによって、プロセス層にさまざまな構造（feature）すなわち物体が形成される。このような構造は、例えば、トランジスタのゲート電極構造として使用することができる。多くの場合、半導体ウェハに電気的領域を分離するために、トレンチアイソレーション構造も半導体ウェハの基板にわたって形成される。使用することができるアイソレーション構造の一例として、浅部トレンチアイソレーション（ＳＴＩ：shallow trench isolation）構造がある。
【０００５】
通常は、半導体製造施設にある製造装置（manufacturing tool）は、製造フレームワークすなわち処理モジュールのネットワークと相互に通信を行っている。各製造装置は、通常は装置インタフェースに接続されている。装置インタフェースは、製造ネットワークが接続されているマシンインタフェースに接続されており、製造装置と製造フレームワークとの間の通信が可能となっている。マシンインタフェースは、一般に高度プロセス制御（ＡＰＣ）システムの一環をなすことがある。ＡＰＣシステムは、制御スクリプトを起動し、この制御スクリプトは、特定の製造プロセスの実行に必要とされるデータを自動的に取得するソフトウェアプログラムなどである。
【０００６】
図１に、代表的な半導体ウェハ１０５を示す。通常、ウェハ１０５は、格子１５０に配置された個々の半導体ダイ１０３を複数含んでいる。公知のフォトリソグラフィのプロセスおよび装置を用いて、パターニング対象の１層以上のプロセス層にわたって、パターニングされたフォトレジスト層が形成されうる。使用するフォトマスクによって異なるが、フォトリソグラフィプロセスの一環として、通常は、ステッパにより、一度に１つまたは複数のダイ１０３位置に対して露光プロセスが実施される。パターニングされたフォトレジスト層は、その下のポリシリコン、金属または絶縁材料の層などの１層以上の材料層に対して実施されるウェットエッチングまたはドライエッチングのプロセス中にマスクとして使用でき、下地層に所望のパターンが転写される。パターニングされたフォトレジスト層は、複数の特徴（例えば下層のプロセス層に複製しようとしている線状の特徴や開口状の特徴）から構成される。
【０００７】
従来の（state-of-the-art）処理システムは、プロセス制御パラメータを決定するために、状態推定機能を使用している。状態推定機能は、プロセス機能を制御するコントローラの性能を評価しうる。一般に、状態推定機能は、ウェハを処理し、この処理したウェハに関する計測データを取得しているときに実行される。
【０００８】
次に図２に、従来技術のプロセスフローのフローチャート図を示す。製造システムが、半導体ウェハのバッチを処理しうる（ブロック２１０）。ウェハを処理すると、この処理したウェハの少なくとも一部に関する計測データが取得されうる（ブロック２２０）。この計測データに基づいて、製造システムによって状態推定機能が実行されうる（ブロック２３０）。状態推定機能は、製造システムに関連するコントローラの性能の評価に関するものなどである。この状態推定プロセスに基づいて、製造システムは、後続の半導体ウェハのプロセス操作を制御するために、コントローラ（例えばラントゥーランコントローラ）の各種パラメータを調整しうる（ブロック２４０）。
【０００９】
この従来技術の方法にまつわる問題として、一般に、異なる計測データの組は、特性が異なっていても、同様に処理され扱われるという点がある。状態推定器の例として、ＥＷＭＡ推定器が挙げられる。従来技術では、一般に、プロセスシステムの現在の状態推定の決定に使用されるすべての入力データに、実質的に等しい重みを適用するように、ＥＷＭＡ推定器を使用している。一般に、従来技術の状態推定機能は、特定の計測データの組の固有の属性を考慮せず、計測データに実質的に等しい重みを適用して、状態推定を提供する。このため、コントローラの動作が誤って評価されかねない。
【００１０】
従来技術では、計測データセットの特定のグループに関連する基礎的な情報が考慮されうる。このため、実際の条件を実質的によりリアルに表している計測データが、状態推定の実行に使用されうるデータセットのグループ内に適切に現われていないことがある。例えば、所定のしきい値を越える計測データに関連する適合度の値が、全て同じように処理されることがある。例えば、０．７の適合度係数値（goodness-of-fit factor value）のしきい値をしきい値として使用する場合、コントローラは、０．９５の適合度の結果にも、０．７５の適合度の結果と同じ重みを与えうる。このような事項（technicalities）により、適切な正確さを欠くフィードバックまたはフィードフォワード補正が行われ、このため、処理済みの半導体ウェハ１０５に関する品質または歩留りの一層の低下を招きかねない。
【００１１】
本発明は、上記の問題の１つ以上の影響を解消するか少なくとも軽減することを対象としている。
【発明の開示】
【００１２】
本発明の一態様では、半導体ウェハの処理のため、適応的状態推定プロセスを実行するための方法が提供される。プロセスコントローラおよび処理装置を使用して、第１のワークの処理が制御される。前記第１のワークの前記処理に関する製造データが取得される。前記製造データに関する状態データが取得される。前記状態データは、前記製造データの出所に関するデータを含む。前記状態データおよび前記製造データに基づいて、プロセスコントローラまたは処理装置の状態が決定される。
【００１３】
本発明の別の態様では、半導体ウェハの処理のため、適応的状態推定プロセスを実行するための方法が提供される。ワークに実行されたプロセスに関する製造データが取得される。前記製造データに関する周辺データが取得される。前記周辺データは、前記製造データの出所に関するデータ、前記製造データの経時に関するデータ、前記製造データの適合度に関するデータ、前記製造データに相関している予測データ、前記製造データを取得するために使用された装置の識別情報に関するデータ、テストウェハに関連する製造データに関するデータ、本生産ウェハに関連する製造データに関するデータ、または前記製造データの信憑性に関するデータを含む。前記周辺データおよび前記製造データに基づいて、第１のワークの処理に使用されるコントローラに関する状態推定が決定される。
【００１４】
本発明の更に別の態様では、半導体ウェハの処理のため、適応的状態推定プロセスを実行するための方法が提供される。第１のワークに実行されたプロセスに関する製造データが取得される。前記製造データに関するメタデータが取得される。前記メタデータは、前記製造データの出所に関するデータ、前記製造データの経時に関するデータ、前記製造データの適合度に関するデータ、前記製造データに相関している予測データ、前記製造データを取得するために使用された装置の識別情報に関するデータ、テストウェハに関連する製造データに関するデータ、本生産ウェハに関連する製造データに関するデータ、または前記製造データの信憑性に関するデータを含む。前記メタデータに基づいて前記製造データに重みが割り当てられる。前記製造データの前記重みに基づいて、少なくとも１つの状態推定パラメータが調整される。前記状態推定パラメータに基づいて、前記ワークの処理に使用される制御機能の状態推定が実行される。
【００１５】
本発明の更に別の態様では、半導体ウェハの処理のため、適応的状態推定プロセスを実行するためのシステムが提供される。本発明の前記システムは、ワークを処理するための処理装置と、前記ワークの処理に関する製造データを取得するための測定装置と、前記処理装置および前記測定装置に動作可能に接続されたコントローラと、を有する。前記コントローラは、前記処理装置に関するメタデータを取得し、前記メタデータに基づいて前記製造データに重みを割り当て、前記製造データの前記重みに基づいて少なくとも１つの状態推定パラメータを調整し、前記状態推定パラメータに基づいて前記システムの少なくとも一部の状態推定を実行するように適合されている。
【００１６】
本発明の別の態様では、半導体ウェハの処理の適応的状態推定プロセスを実行するための装置が提供される。本発明の前記装置は、プロセスコントローラおよび処理装置を使用して第１のワークの処理を制御するための手段と、前記第１のワークの前記処理に関する製造データを取得するための手段と、前記製造データに関連しており、前記製造データの出所に関するデータを含む状態データを取得するための手段と、前記状態データおよび前記製造データに基づいて、前記プロセスコントローラおよび前記処理装置の少なくとも１つの状態を決定するための手段と、を有する。
【００１７】
本発明の更に別の態様では、半導体ウェハの処理のため、適応的状態推定プロセスを実行するための、命令で符号化されたコンピュータ可読プログラム記憶装置が提供される。前記コンピュータ可読プログラム記憶装置は、命令で符号化されており、コンピュータによって実行されると、プロセスコントローラおよび処理装置を使用して第１のワークの処理を制御するステップと、前記第１のワークの前記処理に関する製造データを取得するステップと、前記製造データに関連しており、前記製造データの出所に関するデータを含む状態データを取得するステップと、前記状態データおよび前記製造データに基づいて、前記プロセスコントローラおよび前記処理装置の少なくとも１つの状態を決定するステップと、を有する方法を実行する。
【００１８】
添付の図面と併せて下記の説明を読めば、本発明が理解されるであろう。添付の図面においては、同一の参照符号は同じ要素を参照している。
【００１９】
本発明は、種々の変形および代替形態を取り得るが、その特定の実施形態が、図面に例として図示され、ここに詳細に記載されているに過ぎない。しかし、この特定の実施形態の詳細な説明は、本発明を開示した特定の形態に限定することを意図するものではなく、反対に、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨ならびに範囲に含まれる全ての変形例、均等物および代替例を含むことを理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の例示的な実施形態を下記に記載する。簡潔を期すために、実際の実装の特徴をすべて本明細書に記載することはしない。当然、実際の実施形態の開発においては、システム上の制約およびビジネス上の制約に適合させるなど、開発の具体的な目的を達するために、実装に固有の判断が数多く必要とされ、この判断は実装によって変わりうるということが理解される。更に、この種の開発作業は複雑かつ時間がかかるものであるが、本開示の利益を受ける当業者にとって日常的な作業でありうるということを理解されたい。
【００２１】
添付の図面を参照して本発明を説明する。説明のみを目的として、当業者に知られている細かい点を説明して本発明をわかりにくくすることのないように、さまざまな構造、コンピュータ、プロセス装置およびシステムが、図面で模式的に示されている。しかし、本発明の例示的な例を記載および説明するために、添付の図面を添付する。本明細書において使用される語句は、関連技術の当業者が理解している意味と同じ意味に使用されていると理解および解釈すべきである。本明細書においてある語句が矛盾なく用いられている場合、その語句が特別な定義を有する、すなわち通常かつ慣用的に用いられ、当業者が理解している意味と異なる定義を有することはない。ある語句が特別な意味を有する、すなわち当業者の理解とは異なる意味に用いられる場合は、そのような特別な定義は本明細書に明示的に記載して、その特別な定義を直接的かつ明確に示す。
【００２２】
本発明の一部とその詳細な説明は、ソフトウェア、またはコンピュータメモリ内部でのデータビットに対する操作のアルゴリズムおよび記号的表記の形で提示される。このような記述および表現は、当業者が、自身の作業の内容を他の当業者に効率的に伝えるために用いられているものである。本明細書において使用する「アルゴリズム」との用語は、通常用いられているのと同義であり、所望の結果に導くための自己矛盾のないシーケンスのことを指す。ステップとは、物理量の物理的操作を必要とするステップである。この物理量は通常、記憶、転送、結合、比較などの操作が可能な光学信号、電気信号または磁気信号の形を取るが、必ずしもこれらに限定されない。主に公共の利用に供するという理由で、これらの信号を、ビット、値、要素、記号、文字、語（term）、数字などと呼べば、時として利便性が高いことが知られている。
【００２３】
しかし、上記の全用語ならびに類似の用語は、適切な物理量に対応しており、この物理量に適用される簡便な標識に過ぎないという点を留意すべきである。特段の断りのない限り、もしくは記載内容から明らかな場合、「処理」、「演算」、「計算」、「判定」、「表示」などの用語は、コンピュータシステムのレジスタ内およびメモリ内で物理的電子的量として表されるデータを、コンピュータシステムのメモリ、レジスタ等の情報の記憶装置、伝送装置または表示装置内で同様に物理量として表される他のデータへと操作および変換するコンピュータシステムないし類似の電子演算装置の動作および処理を指す。
【００２４】
半導体製造には、数多くの別個のプロセスが関わっている。多くの場合、ワーク（例えば半導体ウェハ１０５、半導体デバイスなど）が、複数の製造プロセス装置によって段階的に処理される。本発明の各種実施形態は、適応的状態推定機能の実行に対応している。プロセスコントローラの状態推定が、製造データの各組に、異なる重みを適用したり、重みを変えて適用できるように実行されうる。異なる重みは、製造データに関連する固有の属性に対応しうる。例えば、処理済みのウェハからの計測データが、処理済みのテストウェハに関する計測データとは異なる方法で扱われ、これにより、このデータに関する情報を使用して、プロセスコントローラの状態推定をより正確に決定できるようになる。次に、後続のプロセスの制御操作の調整が実行されうる。
【００２５】
次に図３を参照すると、本発明の各種実施形態によるシステム３００が示される。システム３００のプロセスコントローラ３０５は、複数の処理装置３１０に関連する各種操作を制御することができる。処理装置３１０は、それぞれがウェハを処理することができる複数のチャンバ３２５を備えてもよい。また、システム３００は、処理された半導体ウェハ１０５に関する計測データを取得するための複数の計測装置３６０も備えうる。
【００２６】
また、システム３００は、データベースユニット３４０も備えうる。データベースユニット３４０は、複数のタイプのデータを記憶するために設けられたものであり、このようなデータには、例えば、製造関連のデータ、システム３００の動作に関するデータ（例えば処理装置３１０の状態、半導体ウェハ１０５の状態など）、製造関連のデータに関する情報（例えば情報信憑性／出所など）がある。データベースユニット３４０は、処理装置３１０が実行する複数のプロセスラン（process run）に関する装置状態データを記憶しうる。データベースユニット３４０は、装置状態データおよび／またはウェハの処理に関するその他のデータを、データベース記憶ユニット３４５に記憶するためのデータベースサーバ３４２を備えうる。
【００２７】
また、システム３００は、装置状態データを取得するための装置状態データセンサユニット３２０も備えうる。装置状態データには、処理装置３１０の動作に関連する圧力データ、温度データ、湿度データ、ガス流量データ、各種の電気データ、放出ガスのレベルに関するデータや、その他のタイプのデータが含まれうる。エッチング装置の装置状態データの例としては、ガス流量、チャンバ圧力、チャンバ温度、電圧、反射電力、裏面のヘリウム圧力、高周波調整パラメータなどがある。装置状態データには、処理装置３１０の外のデータが含まれてもよく、これには周囲温度、湿度、気圧などがある。装置状態データセンサユニット３２０に関する更に詳しい図示ならびに説明は、図５とこれに関する下記の説明に示す。
【００２８】
システム３００は、プロセス状態ユニット３７０を使用して、適応的状態推定機能を実行することができる。適応的状態推定機能に基づいて、システム３００は、プロセス補正をより正確に実施することができる。プロセス状態ユニット３７０は、解析中の実際の製造データに関する周辺情報に基づいて、プロセス推定器（ＥＷＭＡ推定器など）の重み付けプロセスを調整することができる。例えば、プロセス状態ユニット３７０によって計測データが解析される場合、計測データの信憑性または出所に関する周辺情報が解析されうる。例えば、計測データの出所が、テストウェハに関するデータに由来するか、本生産ウェハに関するデータに由来するかなどに関して決定が行われうる。この情報は、計測データの信憑性を示す指標となることができ、データの精度を高める情報が含まれうる。計測データが本生産ウェハに由来していると決定されると、状態推定を実行するための重みが更に計測データに追加されうる。解析中の計測データが本生産ウェハに由来しており、テストウェハよりも、実際の製造プロセスの結果を厳密に反映しているため、このことにより、プロセスコントローラの状態のより正確な評価を提供することができる。
【００２９】
解析中の製造データに関するほかの周辺データまたは状態データには、計測データの経時の決定、適合度および／または解析中の製造データの生成に使用された数式、製造データに相関している予測データなどがある。解析中の実際のデータに関するこの周辺情報により、製造データの値に関する洞察（insight）が得られ、これが、その後、プロセス状態ユニット３７０によって使用され、状態推定の決定時の重み係数として使用されうる。また、周辺データにはメタデータも含まれてもよく、メタデータは、一般に、製造データに関する情報に関連している。
【００３０】
プロセスコントローラ３０５、プロセス状態ユニット３７０などのシステム３００の各種構成要素は、単体のソフトウェア、ハードウェアまたはファームウェアのユニットであっても、システム３００と関連するコンピュータシステムに組み込まれていてもよい。更に、ブロックによって表される図３の各種構成要素は、システム通信回線３１５を介して相互に通信してもよい。システム通信回線３１５は、１つ以上のコンピュータバスリンク、１つ以上の専用ハードウェア通信リンク、１つ以上の電話システム通信リンク、１つ以上の無線通信リンク、および／または本開示の利益を得る当業者によって実装されうるその他の通信リンクなどである。
【００３１】
次に図４を参照すると、図３の装置状態データセンサユニット３２０の詳細なブロック図が示される。装置状態データセンサユニット３２０は、さまざまなセンサを備えていてもよく、これには、例えば、圧力センサ４１０、温度センサ４２０、湿度センサ４３０、ガス流量センサ４４０、電気センサ４５０などがある。別の実施形態では、装置状態データセンサユニット３２０は、処理装置３１０に組み込まれたインサイチュセンサを備えてもよい。圧力センサ１０は、処理装置３１０内の圧力を検出することができる。温度センサ４２０は、処理装置３１０内のさまざまな場所の温度を検知することができる。湿度センサ４３０は、処理装置３１０内、または周囲の環境条件のさまざまな部位の相対湿度を検出することができる。ガス流量センサ４４０は、半導体ウェハ１０５の処理中に使用される複数種のプロセスガスの流量を検出することができる複数の流量センサを備えうる。例えば、ガス流量センサ４４０は、ＮＨ３、ＳｉＨ４、Ｎ２、Ｎ２Ｏおよび／または他のプロセスガス等のガスの流量を検出することができるセンサを備えうる。
【００３２】
一実施形態では、電気センサ４５０は、複数の電気的パラメータを検出することができ、これには、フォトリソグラフィプロセスに使用されるランプに供給される電流などがある。装置状態データセンサユニット３２０は、本開示から利益を得る当業者に公知の各種の製造変数を検出することができるほかのセンサを備えていてもよい。また、装置状態データセンサユニット３２０は、装置状態センサデータインタフェース４６０も備えうる。装置状態センサデータインタフェース４６０は、処理装置３１０に内蔵されているかまたはこれと関連する各種センサ、および／または装置状態データセンサユニット３２０からセンサデータを受け取り、このデータをプロセスコントローラ３０５に送信しうる。
【００３３】
次に図５を参照すると、本発明の例示の一実施形態による、図３のプロセス状態ユニット３７０の詳細ブロック図が示される。プロセス状態ユニット３７０は、処理ウェハに関する製造データを受け取りうる。この製造データには、計測データ、装置状態データ、処理ウェハの回路の性能に関する性能データ、ウェハ電気試験（ＷＥＴ）データ、予測データなどが含まれうるが、これらに限定されない。
【００３４】
プロセス状態ユニット３７０は、製造データ処理ユニット５１０を備えうる。製造データ処理ユニット５１０は、プロセス状態ユニット３７０が受け取ったさまざまな製造データを処理して編成することができる。プロセス状態ユニット３７０は、周辺データユニット５２０も備えうる。周辺データユニット５２０は、プロセス状態ユニット３７０が受け取った特定の製造データに関する各種の周辺データまたは関連データを解読することができる。例えば、受け取る計測データには、この計測データの出所および／またはその他のコンテキスト定義データが含まれうる。例えば、周辺データには、計測データがテストウェハ、本生産ウェハのいずれに関連しているかに関する情報が含まれうる。
【００３５】
プロセス状態ユニット３７０が他のタイプの周辺データを受け取ってもよい。例えば、装置状態データに、この装置状態データに関連する特定の装置、あるいは処理装置３１０内の特定のチャンバに関する情報が添付されていてもよい。例えば、周辺データユニット２７０が、装置状態データが、大量のウェハが処理される量産型の処理装置３１０に関連しうることを示しうる。装置状態データの信憑性が比較的高いというこの情報を使用して、状態推定の決定時に、この装置状態データに大きな重みが割り当てられうる。一実施形態では、周辺データが、製造データのストリームに含まれてもよい。しかし、別の実施形態では、プロセス状態ユニット３７０が周辺データを別個に受け取ってもよい。
【００３６】
製造データ処理ユニット５１０と周辺データユニット５２０は、データを相関ユニット５３０に提供しうる。相関ユニット５３０は、更に解析を行うために、各種製造データおよび関連の周辺データを、相関、スタックおよび／または編成することができる。このため、例えば、計測データの出所に関する周辺データが、実際の計測データと相関されてから、状態推定解析に使用されうる。
【００３７】
プロセス状態ユニット３７０は、推定器パラメータユニット５４０も備えうる。推定器パラメータユニット５４０は、相関された製造データ／周辺データを受け取りうる。推定器パラメータユニット５４０は、状態推定機能の実行に使用されうる１つ以上のパラメータの変更を評価および／または計算することができる。例えば、推定器パラメータユニット５４０によって、ＥＷＭＡ状態推定器の忘却係数が決定されうる。状態推定器パラメータの調整に基づいて、状態推定器ユニット５５０は、各種アルゴリズムを実行し、各種計算を実行して、処理機能に関する状態推定を決定することができる。
【００３８】
状態推定器ユニットの例として、ＥＷＭＡ推定器が挙げられる。プロセス状態ユニット３７０は、解析中の製造データの信憑性および／または周辺特性に基づいて、特定のパラメータの重みを変更することができる。このため、例えば、計測データの精度が高いとされる場合であっても、周辺データにより、計測データの出所がテストウェハに基づいているため、信頼性がさほど高くないことが示される場合には、状態推定プロセスを実行する際に、計測データを根拠とする（accounts for）パラメータに付与される重みが、適応的に小さく設定される。周辺データにはさまざまな情報が含まれてもよく、これには、データの出所、データを取得したウェハのタイプ、データの経時、データに関する適合度、半導体ウェハの現在の状態に基づく最終製品の予測などがある。データの経時は、データの経時を所定の期間と比較して、データの経時がしきい値を超えているかどうかを決定することにより求めることができる。周辺データとその信憑性に基づいて、適応的状態推定プロセスが実行されて、プロセスの推定状態が決定される。
【００３９】
次に図６を参照すると、本発明の例示的な実施形態による適応的状態推定プロセスを実行するためのプロセスフローのフローチャート図が示される。１枚以上の半導体ウェハが、システム３００によって処理されうる（ブロック６１０）。プロセスを実行すると、プロセスに関する製造データが取得されうる（ブロック６２０）。この製造データには、さまざまなタイプのデータが含まれてもよく、プロセス出力の一部またはすべてに関する計測データ、装置状態データ、ウェハの性能、ウェハ電気試験、処理ウェハの性能の予測などが含まれうる。製造データを取得すると、製造データの周辺データ（すなわち情報信憑性）を評価するためにフィードバックデータが使用されうる。これには、製造データを取得した状況のさまざまな側面が含まれてもよく、例えば、装置状態データに関連する特定の装置および装置履歴、計測データを取得したウェハのタイプ、処理ウェハの性能の予測、製造データの取得時の遅延などがある。
【００４０】
情報信憑性を評価すると、システム３００は、１つ以上の推定器パラメータの調整を実行しうる（ブロック６４０）。次に、変更された推定器パラメータが使用されて、状態推定プロセスが実行されうる（ブロック６５０）。状態推定プロセスは、製造データ自体のほか、変更された推定器パラメータを使用して、状態推定プロセスを実行しうる。更に、状態推定プロセスでは、以前のプロセス操作からのフィードフォワードデータが解析されうる。
【００４１】
変更された推定器パラメータを使用して、状態推定プロセスは、製造データの重みを有効に調整し、これが状態推定プロセスに送られる。この重み付けを基に、状態推定の適応的調整が、製造データの状況および／またはコンテキストに基づいて実行されうる。状態推定プロセスを実行するための推定パラメータの適応的調整の一例では、堆積プロセスの堆積膜厚がテストウェハ、本生産ウェハのいずれに行われたかが決定されうる。本生産ウェハで測定した堆積膜厚は、実際のプロセスの結果をよりリアルに示す可能性があり、このため、テストウェハからのデータよりも大きな重みが与えられうる。このため、状態推定器が、本生産ウェハの成膜速度を更新すると、本生産ウェハの幾何学的構造（topology）は、幾何学的構造が少ないテストウェハよりも、大きく成膜速度に影響する。このため、本発明の各種実施形態によって提供される適応的状態推定プロセスに基づいて、プロセス調整をより正確に行うことができる。
【００４２】
適応的状態推定プロセスの別の例として、化学的機械的研磨プロセス（ＣＭＰ）の結果としてのウェハの解析がある。装置のベアウェハ除去速度（bare water removal rate：ＢＷＲＲ）は特定のウェハパターンの影響を受け、これが、最終的には、最終膜厚に影響しうる。このため、膜厚堆積プロセス（film thickness deposition process）が確実に正確に補正されるように、通常、ＢＷＲＲが較正される。評価（Ｑｕａｌ）ランウェハを使用してデータを取得し、次の生産ランから得られるパターン効果を利用すると、ＥＭＷＡ係数に更に高い重みが与えられるようになり、状態推定が早く更新および収束するようになる。更にウェハを処理すると、パターン効果の情報の信頼性が低下しうる。このため、適応的状態推定プロセスは、重みを再び低いレベルに調整して、正しい値からの極端な推定の逸脱を低減させることによって、状態推定に使用される重み付け（例えばＥＭＷＡ重み付け）を調整しうる。このため、本発明の各種実施形態によって提供される適応的状態推定機能を使用すれば、先処理（look-ahead）ウェハを処理する必要なく、ＣＭＰプロセスの制御性能を改善することができる。ＥＭＷＡ（指数加重移動平均）とは、データが古くなるほど、データの重みを漸進的に小さくしてデータの平均を求めるプロセスを監視するための統計手法に関連しうる。
【００４３】
別の例として、図６に示すフィードバックブロック図が、計測データの取得時の遅延に基づく推定パラメータの調整を示すことがある。例えば、処理後に大きくまたは極端に遅れて計測データが取得された場合、計測データに関連する推定器パラメータの重み付けが、計測データの経時に基づいて低く設定されうる。このため、極端に古い計測データの影響を低減することができる。これにより、適応的状態推定プロセスに基づいて、プロセスの正確なフィードバック調整またはフィードフォワード調整を提供することができる。
【００４４】
更に別の例では、適合度の著しく異なる計測データが異なって扱われ、適合度に基づいて状態推定が適応的に重み付けされうる。例えば、計測データに、実際の計測値と、その計測値に関する適合度の計算の２つの部分が含まれうる。適合度には、測定の信頼性に関する情報が含まれうる。
【００４５】
特定の製造データに関連する適合度の値に基づいて、状態推定器パラメータが調整されうる。例えば、ブロック６３０の情報信憑性の評価中に、製造データにより、適合度の値が０．９５であることが示されうる。推定器パラメータ処理ブロック６４０の調整により、この適合度に関連する製造データの重み付けが大きく設定されうる。しかし、適合度が０．７５であると決定された場合には、このデータの重みを下げるように推定器パラメータが調整されうる。
【００４６】
適応的状態推定プロセスを実行する別の例では、特定の製造データを使用して、状態評価解析を実行する際に、予測誤りが解析されうる。例えば、計測データを提供する第１の測定プロセスが、その初期予想値から大きく外れた場合には、このデータの重み付けを下げるように状態推定器が調整され、これにより状態推定プロセス（ブロック６５０）の精度を向上することができる。このため、さまざまなタイプの周辺データが解析されて、製造データの特定の組に伴う信憑性が評価されうる。重み付け方式を使用して、システム３００に関連するプロセスに、より正確な調整を実行することができる。
【００４７】
次に図７を参照すると、本発明の例示的な一実施形態による方法のフローチャート図が示される。システム３００は、ウェハのバッチまたはロットから半導体ウェハの組を処理しうる（ブロック７１０）。ウェハを処理すると、システム３００は、製造データを取得しうる（ブロック７２０）。製造データを取得すると、周辺データも取得されうる（ブロック７３０）。周辺データの取得は、製造データの一部として受け取っても、あるいは別個に受け取ってもよい。
【００４８】
システム３００は、周辺データおよび関連する製造データを取得すると、適応的状態推定の決定プロセスを実行しうる（ブロック７４０）。適応的状態推定の決定プロセスについての詳細な説明は、図８とこれに関する下記の説明に示す。適応的状態推定の決定プロセスを実行すると、製造データのコンテキストに基づいて重み付けされたプロセス状態推定が、システム３００によって提供される。新たに適応され算出されたプロセスパラメータを基に、この状態推定に基づいて、各種のプロセス制御パラメータが決定されうる（ブロック７５０）。プロセス制御パラメータを変更すると、後続のウェハまたは既に処理済みのウェハに、後続のプロセスが実行されうる（ブロック７６０）。
【００４９】
次に図８を参照すると、図７のブロック７４０の適応的推定の決定プロセスを実行するための各種ステップのブロック図が示される。システム３００は、製造データおよび関連する周辺データを取得すると、周辺データに基づいて製造データを特徴付けうる（ブロック８１０）。製造データを特徴付けると、システム３００は、データに関する情報信憑性を特徴付けうる（ブロック８２０）。例えば、テストウェハの出所は、実際の製造ウェハのデータよりも、重み（すなわち評価）を低く設定されうる。このとき、計測データの信憑性に影響しうる出所がテストウェハ、本生産ウェハのいずれであるのかが決定されうる。
【００５０】
また、システム３００は、製造データおよび周辺データに関する相関関数も実行しうる。次に、この相関を使用して、推定器パラメータが調整されうる（ブロック８４０）。推定器パラメータ調整の決定では、相関された周辺データ、実際のプロセスデータを使用し、製造データに大きな重みが設定されうる。状態推定器パラメータを調整すると、システム３００は、調整された推定パラメータに対して、状態推定を実行しうる。調整された推定パラメータを基に、調整された推定器パラメータを使用して、より正確な状態推定の決定が実行される（ブロック８５０）。その際、プロセスのフィードバック補正が実行されても、あるいは後続のプロセスのフィードフォワード調整が実行されてもよい。
【００５１】
本発明の各種実施形態を使用して、各種の状態推定パラメータに適応的調整を実行することにより、状態推定プロセスを向上させることができる。実際の製造データに関する外部データまたは周辺データを使用して、製造データを、適切なコンテキストに位置付け、これを使用して、状態推定機能を実行するためのパラメータを適応的に調整することができる。状態推定を実行するためのパラメータの適応的調整により、取得されるデータおよび関連する状況の精度を更に向上させることができる。このため、本発明の各種実施形態を使用して、プロセスの調整またはプロセス制御調整を、より堅固かつ正確に実行することができる。
【００５２】
本発明が教示する原理は、高度プロセス制御（ＡＰＣ：Advanced Process Control）フレームワークで実施することが可能である。ＡＰＣフレームワークは、本発明が教示する制御方法を実装するための好ましいプラットフォームである。一部の実施形態においては、ＡＰＣフレームワークは工場規模のソフトウェアシステムであり得、このため、本発明が教示する制御方法は、工場に存在するほぼあらゆる半導体製造装置に適用することが可能である。また、ＡＰＣフレームワークによって、プロセスの性能のリモートのアクセスと監視とが可能となる。更に、ＡＰＣフレームワークを使用することによって、ローカルドライブを使用する場合に比べて、データの保管の利便性および柔軟性が向上すると共に、コストを抑えることができる。ＡＰＣフレームワークでは必要なソフトウェアコードを非常に柔軟に記述できるため、ＡＰＣフレームワークによって、一層高度な制御が可能となる。
【００５３】
本発明が教示する制御方法をＡＰＣフレームワークに配置するには、数多くのソフトウェアコンポーネントが必要となる可能性がある。ＡＰＣフレームワーク内のコンポーネントのほかに、制御システムに関わる各半導体製造装置用のコンピュータスクリプトが記述される。半導体製造工場で制御システム内の半導体製造装置が起動されると、通常はこの半導体製造装置がスクリプトを呼び出して、オーバーレイコントローラなどのプロセスコントローラが必要とする動作を開始する。この制御方法は、一般にこれらのスクリプトに定義されて実行される。このようなスクリプトの開発は、制御システムの開発の多くの部分を占めることがある。本発明の原理は、他の種類の製造フレームワークにも実装可能である。
【００５４】
上記に記載した特定の実施形態は例に過ぎず、本発明は、本開示の教示の利益を得る当業者にとって自明の、異なるが均等の別法によって変更および実施されてもよい。更に、ここに記載した構成または設計の詳細が、添付の特許請求の範囲以外によって限定されることない。このため、上記に記載した特定の実施形態を変形または変更することが可能であり、このような変形例は全て本発明の範囲ならびに趣旨に含まれることが意図されることが明らかである。したがって、ここに保護を請求する対象は、添付の特許請求の範囲に記載したとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】半導体製造システムによって処理されうる半導体ウェハの模式図。
【図２】半導体ウェハの処理のための先行技術による方法のフローチャート。
【図３】本発明の例示的な一実施形態によるシステムのブロック図。
【図４】本発明の例示的な一実施形態による、図３の装置状態データユニットのブロック図。
【図５】本発明の例示的な一実施形態による、図３のプロセスデータユニットの詳細図。
【図６】本発明の例示的な一実施形態による、プロセス制御機能を実行するためのプロセスフローのブロック図。
【図７】本発明の例示的な一実施形態による方法を示すフローチャート。
【図８】適応的状態推定の決定プロセスを実行するステップの詳細なフローチャート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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