(57)【要約】プロセス制御システムの動的目標設定を実行するための方法および装置である。プロセスの目標設定に基づいて、バッチ中の第１加工物に処理ステップを実行する。このプロセスの目標設定は、前記第１加工物の目標特性に関連する少なくとも１つのパラメータを含む。第１加工物の処理に関連する製造データを取得する。この製造データは処理された第１加工物に関連する計測データと、処理装置（８１０）の装置状態に関連する装置状態データのうちの少なくとも１つを含む。バッチ中の第２加工物の処理中に、処理された第１加工物に関連する電気的データを少なくとも部分的に取得する。電気的データと製造データとの相関に基づいて、プロセス目標設定を動的に調整する。
2005535114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスの目標設定に基づいて、バッチ中の加工物に処理ステップを実行する段階であって、前記プロセスの目標設定は前記第１加工物の目標特性に関連する少なくとも１つのパラメータを含む段階と、
前記第１加工物の処理に関連する製造データを取得する段階であって、前記製造データは処理された前記第１加工物に関連する計測データと、処理装置（８１０）の装置状態に関連する装置状態データのうちの少なくとも１つを含む段階と、
前記バッチ中の他の加工物がプロセス制御下にある時間期間中に、処理された前記加工物に関連する電気的データを少なくとも部分的に取得する段階と、
前記電気的データと前記製造データとの相関に基づいて前記プロセス目標設定を動的に調整する段階とを含む方法。
【請求項２】
前記加工物に前記処理ステップを実行する段階は、半導体ウェハ（１０５）に前記処理ステップを実行する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記プロセスの目標設定に基づいて、少なくとも１つの加工物に処理ステップを実行する段階は、前記半導体ウェハ（１０５）上に形成された構造に関連する目標の限界寸法に基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）に処理ステップを実行する段階をさらに含む、
請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記プロセスの目標設定に基づいて、少なくとも１つの加工物に処理ステップを実行する段階は、前記半導体ウェハ（１０５）上に形成された層に関連する目標の厚みに基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）に処理ステップを実行する段階をさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項５】
処理された前記加工物に関連する前記装置状態データを取得する段階は、温度データ、湿度データ、圧力データおよび気体流量データのうちの少なくとも一つを取得する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
処理された前記加工物に関連する電気的データを取得する段階は、電圧レベルデータ、電流レベルデータ、抵抗率データのうちの少なくとも一つを取得する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
プロセス制御システムのための動的目標設定を行うシステムであって、
加工物（８１０）を処理する処理装置と、
前記処理装置（８１０）に動作可能に結合され、前記加工物の処理に関連する一以上のパラメータを目標設定するために、前記処理された加工物に関連する電気的データおよび前記処理された加工物に関連する計測データの分析に基づく、前記一以上のパラメータに関連するプロセス目標設定の動的調整が含まれる動的目標設定分析を実行するプロセス制御装置（３１０）とを備えるシステム。
【請求項８】
前記プロセス制御装置（３１０）および前記処理装置（８１０）に動作可能に結合され、前記処理装置（８１０）によって実行される処理に関連する装置状態データを取得する装置状態データセンサユニット（３２０）と、
前記プロセス制御装置（３１０）および前記処理装置（８１０）に動作可能に結合され、前記処理された加工物に関連する計測データを取得する計測装置（８５０）と、
前記プロセス制御装置（３１０）に動作可能に結合され、前記処理された加工物に関連する電気的試験データを動的に取得する電気試験ユニット（３３０）と、
前記プロセス制御装置（３１０）に動作可能に結合され、前記装置状態データ、前記計測データ、および前記電気的データを分析して、前記目標設定に対して動的な調整を実行する動的目標設定ユニット（３５０）と、
前記動的目標設定ユニットを前記プロセス制御装置（３１０）に動作可能に結合し、前記目標設定に対する前記調整に応答して、前記加工物に対して実行する処理を変更するプロセス制御モデル（３６０）とをさらに備える、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
命令群が符号化されているコンピュータ読み取り可能なプログラム記録媒体であって、コンピュータによって実行されると次の方法を実行するもの。
プロセスの目標設定に基づいて、バッチ中の加工物に処理ステップを実行する段階であって、前記プロセスの目標設定は前記第１加工物の目標特性に関連する少なくとも１つのパラメータを含む段階と、
前記第１加工物の処理に関連する製造データを取得する段階であって、前記製造データは処理された前記第１加工物に関連する計測データと、処理装置（８１０）の装置状態に関連する装置状態データのうちの少なくとも１つを含む段階と、
前記バッチ中の他の加工物がプロセス制御下にある時間期間中に、処理された前記加工物に関連する電気的データを少なくとも部分的に取得する段階と、
前記電気的データと前記製造データとの相関に基づいて前記プロセス目標設定を動的に調整する段階とを含む方法。
【請求項１０】
命令群が符号化されているコンピュータ読み取り可能なプログラム記録媒体であって、コンピュータによって実行されると請求項９記載の方法を実行し、前記方法の前記プロセスの目標設定に基づいて、少なくとも１つの加工物に処理ステップを実行する段階は、前記半導体ウェハ（１０５）上に形成された構造に関連する目標の限界寸法に基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）に処理ステップを実行する段階をさらに含むもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に半導体製造の分野に関連し、さらに詳細にはプロセス制御システムを動的に調整するための動的目標設定システムについて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進歩は多くの新しい革新的な製造プロセスを生んでいる。今日の製造プロセス、特に半導体製造プロセスは重要な数多くのステップを要求する。これらの処理ステップは一般的に重要であり、そのため適切な製造制御を維持するために通常精密に調整された多くの入力を必要とする。
【０００３】
半導体装置の製造においては、原材料の半導体材料からパッケージに収められた半導体装置を作るまでに多くの個別の処理ステップを必要とする。様々なプロセス、最初の半導体材料の成長から、半導体結晶から個々のウェハの切り出し（スライシング）、製造工程（エッチング、ドーピング、イオン注入など）、パッケージングまで、および完成したデバイスの最終試験は、互いに相当異なり、また特化されているので、それらのプロセスは異なった制御手法を含む、異なった製造場所で実行される。
【０００４】
一般的に一式のプロセスステップは、よくロットと呼ばれる半導体ウェハの１グループに対して実行される。例えば、様々な異なった材料から構成されるプロセス層を半導体ウェハ上に形成することができる。その後、既知のフォトリソグラフィー技術を用いて、フォトレジストのパターン化された層をプロセス層上に形成する。典型的には、フォトレジストのパターン化された層をマスクとして用いてプロセス層に対してエッチングプロセスが次に実行される。このエッチングプロセスによってプロセス層に様々な構造物またはオブジェクトが形成される。そのような構造物は例えばトランジスタのゲート電極構造として用いられる。多くの場合、半導体ウェハ上において電気的な領域を分離するために、半導体ウェハの基板上にトレンチ分離構造がともに形成される。使用可能な分離構造の一例はシャロートレンチアイソレーション（STI）構造である。
【０００５】
半導体製造工場内の製造装置は通常、製造フレームワークまたはプロセスモジュールのネットワークと通信する。各製造装置（ツール）は一般的に機械（マシン）インターフェイスに接続される。装置インターフェイスは製造ネットワークに接続された機械インターフェイスに結合され、製造装置と製造フレームワークとの間の通信を促進する。機械インターフェイスは一般にアドバンスド・プロセス・コントロール（ＡＰＣ）システムの一部であってもよい。ＡＰＣシステムは、製造プロセスを実行するために必要なデータを自動的に取得するソフトウェアプログラムである、制御スクリプトを起動する。
【０００６】
図１は典型的な半導体ウェハ１０５を示す。一般的に、半導体ウェハ１０５はグリッド（格子）１５０に配列された複数の独立した半導体ダイ１０３を含む。既知のフォトリソグラフィープロセスと装置とを用いて、フォトレジストのパターン化された層を、パターン化の対象となる１以上のプロセス層に形成する。フォトリソグラフィープロセスの一部として、典型的なステッパによる露光プロセスが、使用される特定のフォトマスクに応じて、一度におおよそ１から４個のダイ１０３の位置において実行される。パターン化されたフォトレジスト層は、下地層に所望のパターンを転写するために、下地層つまり材料層（例えばポリシリコン層、金属層、絶縁層）に対して行われるウェットまたはドライのエッチングプロセスの際にマスクとして使用することができる。フォトレジストのパターン化された層は下部のプロセス層に転写されるべき複数の構造、例えば線タイプの構造または開口タイプの構造からなる。
【０００７】
処理装置の健全性（装置健全性）は処理装置によって実行されるウェハの処理中に変化する。装置健全度とは、所定の仕様内において処理装置がいかによく動作するかの評価に関連し、それには装置環境特性（例えば、装置温度、湿度など）および処理装置によって実行されるプロセスの品質および正確性などの仕様が含まれうる。装置健全性の変動は発生する可能性があり、処理される半導体ウェハ１０５の品質に悪影響を及ぼしうる。装置健全性の変動は処理装置の動作性能の低下を引き起こしうる。処理装置の動作を制御するために実装されている制御モデルを実質的に修正することによって、処理装置の動作性能の低下を補償することができる。最終的には、制御モデルが過剰に修正される結果、処理装置の動作は予測不可能および／または信頼できないものとなりうる。言い換えれば、プロセスの動作は所定の値の範囲からドリフトしうる。このことによって、処理される半導体ウェハ１０５の品質および正確性は不均一となる。
【０００８】
次に、半導体製造システムによって半導体ウェハ１０５に実行されるプロセスの典型的な流れを図２に示す。通常、半導体ウェハ１０５は製造システム（ブロック２１０）によって処理される。半導体ウェハ１０５の処理に際して製造システムは、計測データ、装置状態データなどの製造データを取得するための予定時間または製造データの取得を生じさせるきっかけとなる事象（例えば、装置の故障など）が発生したかどうかを決定する（ブロック２２０）。システムが予定時間または製造データを取得させるきっかけとなる事象が未だ発生していないと決定したときは、製造システムは半導体ウェハ１０５の処理を継続する（ブロック２２５）。
【０００９】
製造システムが、製造データを取得させるきっかけとなる事象または予定時間が発生したと決定したときは、製造に関連するデータが取得される（ブロック２３０）。これは、処理される半導体ウェハ１０５に関連する計測データの取得および／または装置状態データ（例えば、圧力データ、温度データ、湿度データ、気体流量データなど）の取得を含む。次に、製造システムは取得された製造関連データの分析を行い、プロセスの誤差、処理された半導体ウェハ１０５上の欠陥などを検証する（ブロック２４０）。製造関連データの分析に応答して、製造システムは後続のプロセス処理を調整する（ブロック２５０）。その後、製造システムは修正された制御モデルを用いて半導体ウェハ１０５の処理を継続する（ブロック２６０）。または、製造システムは製造関連データの分析に基づいて半導体ウェハ１０５の処理を停止する。
【００１０】
現在の方法論に関連する問題点のなかには、半導体ウェハ１０５に実行されるプロセス処理を調整するために、大量の分析および／または計算を実行するのを待たなくてはいけないという点がある。これらの分析および／または計算を実行するのを待たなくてはならないので、後続のプロセス処理に対する調整が行われるレートが遅くなる。例えば、ラントゥーラン（run-to-run）制御を実行するために大量の製造関連データを処理するのは効率的ではない。その理由は、いくつかの計算は突っ込んだ分析を必要とし、利用可能になるのが遅すぎるので、特定のタイプのフィードバックまたはフィードフォワード調整を実行することができない。さらに、ウェハ間調整を実行することが困難である。その理由は、製造データの特定の分析はウェハ単位では利用できないからである。
【００１１】
さらに現在の方法論では、製造関連データを取得する前に、特定数の半導体ウェハ１０５の処理完了といった所定時間の待機を含む。現在の方法論は、製造関連データを取得する前に、処理中の破滅的な事象またはオペレータが手動で行う干渉などのきっかけとなる事象の待ち受けを要求する。一般的に製造プロセスの調整は、予定された間隔および／またはきっかけとなる事象に応答して取得されたデータに基づいて行われる。従って、相当数の半導体ウェハ１０５が現時点のものではない製造データを用いて処理される。このことで、処理される半導体ウェハ１０５に、そうでなければ回避可能かもしれない誤差を生じさせる。
【００１２】
本発明の目的は、上述の問題の一つまたはそれ以上の問題による影響を解決する、または少なくとも改善することにある。
【発明の開示】
【発明の概要】
【００１３】
本発明の一態様は、プロセス制御システムの動的目標設定調整を実行するための方法である。本方法は、プロセスの目標設定に基づいて、バッチ中の第１加工物に処理ステップを実行する段階を含む。このプロセスの目標設定は、前記第１加工物の目標特性に関連する少なくとも１つのパラメータを含む。本方法はさらに前記第１加工物の処理に関連する製造データを取得する段階をさらに含む。この製造データは処理された第１加工物に関連する計測データと、処理装置の装置状態に関連する装置状態データのうちの少なくとも１つを含む。本方法はさらにバッチ中の第２加工物の処理中に、処理された前記第１加工物に関連する電気的データを少なくとも部分的に取得する段階と、前記電気的データと前記製造データとの相関に基づいて前記プロセス目標設定を動的に調整する段階とを含む。
【００１４】
本発明の他の態様は、半導体ウェハの処理を動的に調整する方法であって、半導体ウェハを、半導体ウェハのイールド、品質および性能のうちの少なくとも一つに関連するプロセス目標設定に基づいて処理する段階と、予定された間隔またはきっかけとなる事象の少なくとも一つに基づいて処理された半導体ウェハに関連する計測データを取得する段階と、バッチの処理中におおよそ実時間（リアルタイム）で前記処理された半導体ウェハに関連する電気的データを取得する段階とを含む。この半導体ウェハの処理を動的に調整する方法は、前記電気的データおよび前記計測データの分析に基づいて、前記プロセス目標設定を動的に調整する段階をさらに含む。半導体ウェハを処理するための目標設定システムを動的に調整する方法は、前記目標設定システムによって提供された処理目標に基づいて半導体ウェハを処理する段階と、前記処理された半導体ウェハに関連する製造データを取得する段階と、前記バッチの処理中に前記処理された半導体ウェハに関連する電気的データを取得する段階とを含み、前記製造データは処理された加工物に関連する計測データまたは処理装置の装置状態に関連する装置状態データの少なくとも一つを含む。半導体ウェハを処理するための目標設定システムを動的に調整する方法は、前記製造データおよび前記電気的データに基づいて、前記目標設定システムを動的に調整する段階をさらに含む。
【００１５】
本発明の他の態様は、プロセス制御システムのための動的目標設定を行うシステムである。本システムは、処理装置と前記処理装置に動作可能に結合されるプロセス制御装置とを備える。前記処理装置は加工物を処理し、前記プロセス制御装置は前記加工物の処理に関連する一以上のパラメータを目標設定するために動的目標設定分析を実行する。この動的目標設定分析には、前記処理された加工物に関連する電気的データおよび前記処理された加工物に関連する計測データの分析に基づく、前記一以上のパラメータに関連するプロセス目標設定の動的調整が含まれる。
【００１６】
本発明のさらに他の態様は、プロセス制御システムの動的目標設定調整を行うための、命令が符号化されているコンピュータ読み取り可能なプログラム記録媒体である。命令が符号化されているコンピュータ読み取り可能なプログラム記録媒体は、それがコンピュータによって実行されると次の方法を実行する。当該方法は、プロセスの目標設定に基づいて、バッチ中の第１加工物に処理ステップを実行する段階と、前記加工物の処理に関連する製造データを取得する段階とを含み、このプロセスの目標設定は前記処理された加工物の目標特性に関連する少なくとも１つのパラメータを含み、この製造データは前記処理された加工物に関連する計測データと処理装置の装置状態に関連する装置状態データのうちの少なくとも１つを含む。命令が符号化されているコンピュータ読み取り可能なプログラム記録媒体は、それがコンピュータによって実行されるとさらに次の方法を実行する。当該方法は、バッチ中の第２加工物の処理中に、処理された前記第１加工物に関連する電気的データを少なくとも部分的に取得する段階と、前記電気的データと前記製造データとの相関に基づいて前記プロセス目標設定を動的に調整する段階とを実行する。
【００１７】
本発明は、添付の図面と関係付けて、以下の説明を参照することによって理解できるであろう。図面中、類似の参照符号は類似の要素を示している。
本発明は様々な変形および代替の形態をとりうるが、その特定の実施形態を例示のために図面に示し、本明細書において詳細に説明する。しかしながら、特定の実施形態についての本明細書中の説明は、開示された特定の形態に本発明を限定しようとするものではなく、むしろ反対に、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神および範囲の範疇に入る、すべての変形物、均等物および代替物を含むことを意図している、ことを理解してもらいたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の例示としての実施形態を以下説明する。明確化のために、本明細書では、現実の実施品のすべての特徴を説明することはしない。そのような現実の実施品の開発においては、例えばシステム関連の順守事項およびビジネス上の制約など、実用化の事例毎に異なる、開発者の特定の目標を達成するために、数々の実施に則した判断を行わなければならないことは当然理解してもらえるだろう。さらに、そのような開発努力は複雑で時間のかかるものであるかもしれないが、それにもかかわらず本明細書の開示による利益を得た当業者にとっては日常作業に過ぎないことも理解できるであろう。
【００１９】
半導体の製造工程には多くの独立した処理（プロセス）が含まれている。たいていの場合、加工品（例えば、半導体ウェハ１０５、半導体装置など）は複数の製造プロセス装置を通って進む。本発明の実施形態は、予定された間隔において、またはきっかけとなる事象に応答して取得される製造データに加えて、製造関連データを取得する監視システムを提供する。本明細書の実施形態は持続型の監視制御を実行して、半導体ウェハ１０５に実行されるプロセス処理を継続的かつ動的に調整することができる。計測データおよび／または装置状態データの取得に加えて、電気的試験データを継続的に取得して、それを計測データおよび／または装置状態データと統合する。従って、制御動作を調整するために、電気的試験データを他の製造関連データとともに分析することで、プロセス処理に対して行われる修正を動的に実行することができる。
【００２０】
動的目標設定システムは、動的な調整の対象となる、処理される半導体ウェハ１０５に関連する一以上のプロセス上の仕様（例えば、半導体ウェハ１０５上にデポジションされるべき膜厚、ゲート構造などの半導体ウェハ１０５上に形成される構造の極限寸法（CD））について目標を設定する。本発明の実施形態において提供されるこの動的目標設定システムは、予定された時間間隔またはきっかけとなる事象を待つ必要がなく、プロセス処理に対して継続的な目標設定調整を実行するように動作する。そのような実施形態では、製造関連データに対して実行される深い分析や計算を、特定量の処理の完了を待つ必要なしに動的目標設定システムに継続的に供給することができる。プロセス処理は、製造関連データについての大量の計算および／または分析が実行されている間にも継続可能である。そして、それ故にプロセス処理を動的に調整することができる。
【００２１】
図３に本発明の実施形態に従ったシステム３００を示す。システム３００のプロセス制御装置３１０は処理装置８１０に関連する様々な操作を制御することができる。システム３００は、処理される半導体ウェハ１０５に関連する計測データ、装置状態データなどの製造関連データを取得することができる。システム３００は処理される半導体ウェハ１０５に関連する計測データを取得するための計測装置８５０をさらに備える。処理装置８１０によって実行される処理は、通常プロセス制御モデル３６０によって制御される。このプロセス制御モデル３６０は様々な制御パラメータを定義し、処理装置８１０の動作を管理する他の制御機能を実行する。
【００２２】
システム３００はデータベースユニット３４０をさらに備える。データベースユニット３４０は、製造関連データ、システム３００の動作に関連するデータ（例えば、処理装置８１０の状態、半導体ウェハ１０５の状態など）などの複数のタイプのデータを記憶するために提供される。データベースユニット３４０は、処理装置８１０によって実行される複数のプロセスラン（process run）に関連する装置状態データを記憶することができる。データベースユニット３４０は、装置状態データおよび／または半導体ウェハ１０５の処理に関連するその他の製造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を備える。
【００２３】
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をさらに備える。この装置状態データは、圧力データ、温度データ、湿度データ、気体流量データ、様々な電気的データ等々を含む。エッチング装置に関する装置状態データの一例には、気体流量、チャンバ圧力、チャンバ温度、電圧、反射電力、バックサイドヘリウム圧力、RF同調パラメータなどが含まれる。この装置状態データには処理装置８１０外部のデータ、例えば環境温度、湿度、圧力なども含まれる。装置状態データセンサユニット３２０のさらに詳細な図および説明は、図４および以下のそれに伴う説明において提供される。
【００２４】
システム３００は、一以上のプロセスまたはプロセス仕様を動的に目標設定した結果に基づいて動的な調整を実行するための動的目標設定ユニット３５０を備える。動的目標設定は、例えば、半導体ウェハ１０５上に形成される構造の目標限界寸法や、半導体ウェハ１０５上にデポジションされる特定層の目標膜厚などの処理される半導体ウェハ１０５に関連する目標仕様または特性を継続的に調整することを含む。目標特性は、イールド（歩留まり）、品質、および／または処理される半導体ウェハ１０５および／または処理される半導体ウェハ１０５から製造されたデバイスの性能をも含む。動的目標設定ユニット３５０は、計測装置８５０からのデータ、装置状態データセンサユニット３２０が取得したデータ、および／または電気試験ユニット３３０が取得したデータを分析することができる。さらに、動的目標設定ユニット３５０は統合／相関およびデータ分析を実時間ベースで実行することができる。一実施形態において、実時間ベースでの分析の実行には、あるバッチ／ロット中の一以上の処理される半導体ウェハ１０５に関連するデータの分析、そのロット中のその他の半導体ウェハ１０５の処理を継続させながら実行することが含まれる。
【００２５】
動的目標設定ユニット３５０は、半導体ウェハ１０５の処理の際に、予定された時間間隔および／またはきっかけとなる事象を待つ必要がなく、半導体ウェハ１０５に実行されるプロセス処理に対して継続的な調整を実行することができる。一実施形態では、動的目標設定ユニット３５０はプロセス制御モデル３６０に制御調整を提供し（例えば、フィードバック、および／またはフィードフォワード調整）、半導体ウェハ１０５に実行されるプロセス処理を制御する。動的目標設定ユニット３５０のさらに詳細な図および説明は、図６および以下のそれに伴う説明において提供される。
【００２６】
プロセス制御装置３１０、プロセス制御モデル３６０、および／または動的目標設定ユニット３５０は、スタンドアローンユニットまたはシステム３００に関係するコンピュータシステムに統合されるソフトウェア、ハードウェアまたはファームウェアユニットによって構成することができる。さらに、図３のブロックによって表される様々な要素はシステム通信線３１５を介して互いに通信することができる。このシステム通信線３１５はコンピュータバスリンク、専用ハードウェア通信リンク、電話システム通信リンク、ワイヤレス通信リンク、本開示の利益を得た当業者が実現できるその他の通信リンクのいずれでもよい。
【００２７】
図４は、図３の装置状態データセンサユニット３２０のさらに詳細なブロック図である。装置状態データセンサユニット３２０は様々な異なったタイプのセンサ、例えば圧力センサ４１０、温度センサ４２０、湿度センサ４３０、気体流量センサ４４０、および電気的センサ４５０などのうち任意のものを備える。圧力センサ４１０は処理装置８１０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８１０内の様々な場所の温度を検出することができる。湿度センサ４３０は処理装置８１０内の様々な場所における相対湿度、または周囲の環境状況の相対湿度を検出することができる。気体流量センサ４４０は、半導体ウェハ１０５の処理中に用いられる複数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る。例えば、気体流量センサ４４０は、ＮＨ３、ＳｉＨ４，Ｎ２，Ｎ２Ｏなどの気体、および／またはその他のプロセスガスの流量を検出できるセンサを備える。
【００２８】
一実施形態では、電気的センサ４５０は、例えばフォトリソグラフィープロセスで用いられるランプに供給される電流などの複数の電気的パラメータを検出することができる。装置状態データセンサユニット３２０は、この開示による利益を得た当業者に既知の様々な製造変数を検出することができるその他のセンサを備えていてもよい。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をさらに備えていてもよい。装置状態センサデータインタフェース４６０は、処理装置８１０に備え付けられた、またはそれらに関連する様々なセンサからのセンサデータ、および／または装置状態データセンサユニット３２０からのセンサデータを受信して、それらのデータをプロセス制御装置３１０に送信する。
【００２９】
図５は、電気試験ユニット３３０のより詳細なブロック図である。電気試験ユニット３３０は、動的目標設定ユニット３５０から、選択された半導体ウェハ１０５に対して行われるべき電気的試験の特定のタイプを選択するためのデータを受信する電気試験制御装置５１０を備える。例えば、動的目標設定ユニット３５０は、半導体ウェハ１０５上に堆積させられる特定の膜の特定の厚みが監視するべき重要なパラメータであると決定することができる。別の実施形態では、動的目標設定ユニット３５０は、半導体ウェハ１０５上に形成されるゲート構造に関連する限界寸法パラメータが監視および分析における重要性が高いと決定することができる。これらのパラメータに目標を設定する結果として、多くの電気的な試験を電気試験ユニット３３０が実行する。
【００３０】
動的目標設定ユニット３５０からのデータに基づいて、電気試験制御装置５１０はその電気試験を実行するためにどのタイプのセンサをアクティブにすべきかを決定することができる。例えば、電気試験制御装置５１０は電圧レベルセンサ５２０、または電流センサ５３０、または抵抗率センサ５４０を呼び出すことができる。これらのセンサ５２０，５３０、５４０は単一の電気試験ユニット３３０に統合することも、または電気試験ユニット３３０と動作的に連携する単独のユニットとすることもできる。もし動的目標設定ユニット３５０が、半導体ウェハ１０５上の特定層の厚みが重要であると決定したならば、抵抗率センサ５４０を呼び出す。その理由は、一般的に抵抗率の測定値は導電膜の膜厚に影響されるからである。他の例として、もし動的目標設定ユニット３５０が、半導体ウェハ１０５上に形成されるゲート構造の特定の限界寸法が重要であると決定したならば、電流センサ５３０が呼び出される。その理由は、半導体ウェハ１０５上で測定される駆動電流は半導体ウェハ１０５の特定の限界寸法に関連しうるからである。センサ５２０，５３０，５４０によって取得されたデータは、電気センサデータインタフェース５５０を介してシステム３００の様々な構成要素に送られる。これによって、センサ５２０，５３０，５４０からのシステム３００の様々な他の要素へのデータの経路を提供する。
【００３１】
図６は、動的目標設定ユニット３５０のブロック図である。動的目標設定ユニット３５０は、監視ユニット６１０，電気的試験選択ユニット６２０、持続計算ユニット６３０、持続プロセス制御モデル調整ユニット６４０とを備える。監視ユニット６１０は、システム３００によって実行されるプロセス処理の監視およびプロセス処理に影響を与える制御パラメータの調整を含む動的監視機能を実行する。監視ユニット６１０は、システム３００の綿密に監視しなければならない他の要素からの入力（例えば、厚み、限界寸法などの、どのパラメータを試験するかを指示するオペレータからの入力）とともに、計測データ、装置状態データおよび特定の電気的試験データに基づいて、特定の動的目標設定機能を選択する。監視ユニット６１０は半導体ウェハ１０５に関連して、関心のある特定の領域を監視、分析、および／または調整を実行する対象として決定する。例えば、監視ユニット６１０は半導体ウェハ１０５上の特定の構造の厚みまたは限界寸法の監視および分析に優先権を与えることを決定する。厚みおよび／または限界寸法などの特定のパラメータの重要度に関連して監視ユニット６１０が行う特定の決定に基づいて、電気的試験選択ユニット６２０は電気試験ユニット３３０に半導体ウェハ１０５に対して実行されるべき電気的試験のタイプに関連するデータを供給する。
【００３２】
持続計算ユニット６３０は、動的目標設定ユニット３５０から受け取ったデータに対して継続的に統合（merging）、相関（correlating）および／または分析の機能を実行する。持続計算ユニット６３０によって実行された計算に基づいて、持続プロセス制御モデル調整ユニット６４０はプロセス制御モデル３６０に、半導体ウェハ１０５に対して実行するプロセス処理に組み込むことができる調整を示すデータを供給する。持続プロセス制御モデル調整ユニット６４０は特定のプロセスを実行するために可能な最良の仕様、つまり現在のプロセスを最適化するための最良の仕様などを目標とするデータを生成する。次に、動的目標設定ユニット３５０からのデータは半導体ウェハ１０５に対して実行されるプロセス処理を動的に調整するために用いられる。
【００３３】
図７は、動的目標設定ユニット３５０に関連するデータの流れを示す流れ図である。計測データ、装置状態データおよび／または電気的試験データが動的目標設定ユニット３５０に供給される。上述の説明に基づいて、動的目標設定ユニット３５０は、半導体ウェハ１０５に対して実行されるプロセスに施されるべき動的調整に関連するデータを生成する。生成されたデータはプロセス制御モデル３６０によって受信され、つぎにそれはプロセス制御調整を実装する。プロセス制御モデル３６０は処理装置８１０にプロセス制御データを供給する。処理装置８１０はこのプロセス制御データを用いて、動的目標設定に基づく半導体ウェハ１０５に対する処理を実行する。このプロセス制御データは動的に供給され、および／または変更されるので、処理装置８１０の動作に対する動的な変更が実現できる。
【００３４】
図８は、本発明の一実施形態に従ったシステム３００のより詳細なブロック図である。半導体ウェハ１０５は、ラインまたはネットワーク８２３を介して供給される複数の制御入力信号または製造パラメータを用いて、処理装置８１０ａ、８１０ｂにおいて処理される。ライン８２３上の制御入力信号または製造パラメータは、コンピュータシステム８３０からマシンインタフェース８１５ａ、８１５ｂを介して、処理装置８１０ａ，８１０ｂに送られる。第１および第２マシンインタフェース８１５ａ，８１５ｂは通常処理装置８１０ａ，８１０ｂの外部に配置される。他の実施形態では、第１および第２マシンインタフェース８１５ａ、８１５ｂは、処理装置８１０ａ，８１０ｂの内部に配置される。複数の処理装置８１０に対して、半導体ウェハ１０５が供給されるとともに、それらから運び出される。一実施形態では、半導体ウェハ１０５は処理装置８１０に人手で供給される。他の実施形態では、半導体ウェハ１０５は処理装置８１０に自動的な方法（例えば、ロボットによる半導体ウェハ１０５の搬送）で供給される。一実施形態では、複数の半導体ウェハ１０５は処理装置８１０に対してロット（例えば、カセットに積み重ねて）として搬送される。
【００３５】
一実施形態では、コンピュータシステム８３０は、ライン８２３上において、第１および第２マシンインタフェース８１５ａ、８１５ｂに対して制御入力信号または製造パラメータを送る。コンピュータシステム８３０はプロセス処理を制御することができる。一実施形態では、コンピュータシステム８３０はプロセス制御装置である。コンピュータシステム８３０は、複数のソフトウェアプログラムおよびデータセットを記憶するコンピュータ記憶ユニット８３２に結合される。コンピュータシステム８３０は、ここで説明した処理を実行することができる１以上のプロセッサ（図示せず）を含みうる。コンピュータシステム８３０はライン８２３に制御入力信号を生成するために製造モデル８４０を採用する。一実施形態では、製造モデル８４０は、ライン８２３上を処理装置８１０ａ，８１０ｂに対して送られる複数の制御入力パラメータを決定する製造レシピを含む。
【００３６】
一実施形態では、製造モデル８４０は、特定の製造処理（プロセス）を実装するプロセススクリプトおよび入力制御を定義する。ライン８２３上の処理装置Ａ８１０ａに宛てられた制御入力信号（または制御入力パラメータ）は、第１マシンインタフェース８１５ａで受信され、処理される。ライン８２３上の処理装置Ｂ８１０ｂに宛てられた制御入力信号は、第２マシンインタフェース８１５ｂで受信され、処理される。半導体製造処理で用いられる処理装置８１０ａ，８１０ｂの例は、ステッパ、エッチング処理装置、デポジション装置などである。
【００３７】
処理装置８１０ａ，８１０ｂによって処理された１以上の半導体ウェハ１０５は計測データの取得のために計測装置８５０にも送られる。計測装置８５０は、スキャトロメトリデータ取得装置、オーバレイ誤差測定装置、限界寸法測定装置などである。一実施形態では、計測装置８５０は１以上の処理された半導体ウェハ１０５を検査する。計測データ分析ユニット８６０が計測装置８５０からデータを収集し、まとめ、そして分析する。この計測データは、半導体ウェハ１０５の全体にわたって形成された様々なデバイスの物理的、電気的特性を対象としている。例えば、得られる計測データは、線幅の測定値、トレンチの深さ、サイドウォールの角度、厚み、抵抗値などである。計測データは、処理された半導体ウェハ１０５の全体にわたって存在する欠陥を特定するために用いることができ、それによって処理装置８１０の性能を定量化することもできる。
【００３８】
上述のように、計測データ分析ユニット８６０からの計測データは、電気試験ユニット３３０からのデータおよび／または装置状態データセンサユニット３２０からのデータとともに、動的目標設定ユニット３５０に供給される。次に、動的目標設定ユニット３５０は動的目標設定調整データを分析して、プロセス制御モデル３６０に供給する。次に、プロセス制御モデル３６０は、後続の処理（プロセス）を調整するためにデータをコンピュータシステム８３０に供給する。次に、コンピュータシステム８３０は製造モデル８４０に修正を加え、それによって処理装置８１０ａ，８１０ｂの動作を動的に調整する。
【００３９】
図９は、本発明の実施形態に従った方法の流れ図である。システム３００は、半導体ウェハ１０５の処理に関連する調整または仕様の初期の目標、および／または処理される半導体ウェハ１０５に関連する初期の目標特性を決定する（ブロック９１０）。この初期の目標は、半導体ウェハ１０５に対して実行される処理のタイプに関連する。この初期の目標はさらに、限界寸法の測定値、膜厚など最初の目標設定の結果生じる、処理された半導体ウェハ１０５に関する特定の測定値に関連する調整値および／または目標値にも関連する。この最初の目標は、最初の目標設定の結果生じる、処理された半導体ウェハ１０５のイールド（歩留まり）、品質および性能に関連する目標特性をも含む。この最初の目標設定を用いて、システム３００は半導体ウェハ１０５に対してプロセス処理を実行する（ブロック９２０）。
【００４０】
次に、システム３００は通常、処理された半導体ウェハ１０５に関連する計測データを取得し、分析する（ブロック９３０）。この計測データは通常計測装置８５０から取得される。システム３００は、装置状態データセンサユニット３２０から取得できる装置状態データをも取得して、分析する（ブロック９４０）。分析された計測データおよび分析された装置状態データに基づいて、システム３００は動的目標設定プロセスを実行する（ブロック９５０）。場合によっては、この動的目標設定プロセスが半導体ウェハ１０５に対して実行される処理ステップに組み込むことができる動的調整を提供する。さらに詳細には、場合によっては、動的目標設定処理はロット内の第２加工物に対して実行されるプロセスに対して、同じロットの第１加工物の処理の分析に基づいて、実時間（リアルタイム）の調整を提供する。図９のブロック９５０に示された動的目標設定処理の実行についてのさらに詳細な図および説明は、図１０および以下のそれに伴う説明において提供される。
【００４１】
動的目標設定処理を実行すると、システム３００は後続の処理を実行するために動的調整制御パラメータを用いる（ブロック９６０）。従って、処理に関連して、および／または半導体ウェハ１０５の特性に関連して目標値に対して実行される動的修正に基づく継続的調整は、システム３００によって実行される処理手順を通じて実現される。
【００４２】
図１０は、図９のブロック９５０に示された動的目標設定処理の実行をさらに詳細に示す図である。システム３００は、分析対象となる、少なくとも１つの重要なパラメータのタイプを決定する（ブロック１０１０）。例えば、システム３００は半導体ウェハ１０５上に形成されたゲートに関連する特定の限界寸法を綿密に監視するべきと決定する。このシステムはさらに、特定のパラメータに基づいて、処理された半導体ウェハ１０５のイールドなどの目標処理の結果をも決定することができる。次に、システム３００は選択されたパラメータを用いて、どのタイプの電気的試験を実施するべきかを決定する（ブロック１０２０）。例えば、２つのパラメータ（例えば、ある半導体ウェハ１０５の厚みおよびその半導体ウェハ１０５上の特定構造の限界寸法）を監視するべきの決定に基づいて、一以上の電気的試験を選択する。これに応答して、電気試験ユニット３３０が半導体ウェハ１０５上のゲート構造の限界寸法に関係する駆動電流および半導体ウェハ１０５上の層の厚みに関係する抵抗率の測定についての電気的試験を実行する。従って、この場合には選択された電気的試験、抵抗率および電流の電気的試験／測定が実行される（ブロック１０３０）。
【００４３】
次にシステム３００は、この電気的試験データを対応する製造関連データ（例えば、計測データおよび／または装置状態データ）と統合／相関する（ブロック１０４０）。上述のデータセットの統合／相関には、ある特定の電気的試験データの相関、例えば駆動電流と計測データによって測定された限界寸法の測定値、も含まれる。さらに、相関付けられた電気的試験データと限界寸法データとを特定の装置状態データ、例えば半導体ウェハ１０５の処理中の温度または気体流量に関連付けることもできる。そのようなデータの相関に基づいて、システム３００は制御パラメータを調整するための持続計算機能を実行する（ブロック１０５０）。言い換えれば、統合された、および／または相関付けられたデータを用いて、プロセス処理の制御パラメータを調整するためにフィードバックまたはフィードフォワードの方式に組み込まれる特定のパラメータに対する修正を継続的に計算することができる。次に、システム３００はプロセス制御モデル３６０に対して調整パラメータに関するデータ（例えば、フィードバックおよび／またはフィードフォワードデータ）を供給し、それらの調整を半導体ウェハ１０５に対して実行される処理に反映されるようにする。図１０に示すステップ群が完了すると、図９のブロック９５０に示した動的目標設定処理の実行処理は実質的に完了する。
【００４４】
本発明の実施形態を用いて、動的測定、特に電気的測定が、計測データおよび／または装置状態データの分析に関連して実行され、半導体ウェハ１０５の処理に対する動的目標設定調整を実行する。従って、プロセス処理に対する調整は、処理された半導体ウェハ１０５の特定の品質の目標設定に関連した動的調整に基づいて実行できる。本発明の実施形態を用いて、処理された半導体ウェハ１０５の健全なセットが実現できる。
【００４５】
本発明で教示される原理は、KLA-Tencor, Inc.社が提供するCatalystシステムなどのＡＰＣ（Advanced Process Control）フレームワークに実装可能である。Catalystシステムは、SEMI（Semiconductor Equipment and Materials International）のCIM（Computer Integrated Manufacturing）フレームワークに準拠したシステム技術を使用し、APC（Advanced Process Control）フレームワークを基礎とする。CIM（SEMI E81-0699-CIMフレームワークドメインアーキテクチャのための暫定仕様書）およびAPC（SEMI E93-0999-CIMフレームワーク高度プロセス制御コンポーネントのための暫定仕様書）の仕様書はSEMIから一般に入手可能である。APCフレームワークは本発明で教示される制御手法を実装するのに好適なプラットホームである。ある実施形態では、APCフレームワークは全工場（ファクトリーワイド）ソフトウェアシステムであり、従って本発明で教示される制御手法は工場のフロア上の半導体製造装置の事実上すべてに適用することができる。さらにAPCフレームワークは、プロセスの性能に関して、遠隔アクセスおよび監視を可能にする。さらに、APCフレームワークを利用することによって、ローカルドライブに比べて、データの蓄積がより便利に、より柔軟に、安価になる。APCフレームワークは、必要なソフトウェアコードを記述する際に非常に高い柔軟性を提供するので、より洗練された形の制御を可能にする。
【００４６】
本発明で教示されている制御思想をＡＰＣフレームワークに展開するには、多くのソフトウェア要素を必要とする。ＡＰＣフレームワーク内の要素に加えて、制御システムに内包される半導体製造装置のそれぞれについてコンピュータスクリプトを記述する。この制御システム中の半導体製造装置が半導体製造工場で起動したとき、通常は、オーバーレイ制御装置などのプロセス制御装置によって要求される動作を開始させるためのスクリプトが呼び出される。このようなスクリプトでは、制御方法が一般的に定義され、実行される。これらのスクリプトの開発は、制御システム開発のかなりの部分を占める。本発明に教示された原理は他のタイプの製造フレームワークにも実装することができる。
【００４７】
これまでに開示した特定の実施形態は一例にすぎない。本明細書の教示による利益を得た当業者に明らかなように、本発明を変形することができ、また異なるが均等な方法で実施することができる。さらに、添付の特許請求の範囲の記載を除いては、本明細書に開示した構造または設計の詳細に、本発明を限定しようとする意図はない。従って、上述の特定の実施形態は改造または変更が可能であり、そのような変形物は本発明の範囲および精神の中にあるものとして考えられる。従って、保護を求める範囲は添付の特許請求の範囲に記載されるとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】処理中の従来技術の半導体ウェハの簡略図。
【図２】半導体ウェハの製造中の従来技術の処理の流れを示す簡略流れ図。
【図３】本発明の一実施形態に従ったシステムのブロック図。
【図４】本発明の一実施形態に従った、図３の装置状態データセンサユニットのより詳細なブロック図。
【図５】本発明の一実施形態に従った、図３の電気試験ユニットのより詳細なブロック図。
【図６】本発明の一実施形態に従った、図３の動的目標設定ユニットのより詳細なブロック図。
【図７】本発明の一実施形態に従った、動的目標制御プロセスの実行に関連するデータフローのブロック図。
【図８】本発明の一実施形態に従った、図３のシステムのより詳細なブロック図。
【図９】本発明の一実施形態に従った方法の流れ図。
【図１０】本発明の一実施形態に従った、図９に示した動的目標設定プロセスを実行する方法のより詳細な流れ図。
【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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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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