(57)【要約】概して、本発明は利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいてメトロロジーサンプリングを動的に調整する様々な方法およびシステムを目的としている。一実施形態では、該方法は、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションに対する基準メトロロジーサンプリングレートを決定するように構成されたメトロロジー制御ユニット１２を提供するステップと、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップと、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティをメトロロジー制御ユニット１２に提供するステップと、を含み、メトロロジー制御ユニットは決定された利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいて新たなメトロロジーサンプリングレートを決定する。
2008516447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのメトロロジーオペレーションに対する基準メトロロジーサンプリングレートを決定するように構成されたメトロロジー制御ユニット（１２）を提供するステップと、
利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップと、
前記決定された利用可能なメトロロジーキャパシティを前記メトロロジー制御ユニット（１２）に提供するステップと、を含み、
前記メトロロジー制御ユニット（１２）は、前記決定された利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいて新たなメトロロジーサンプリングレートを決定する、方法。
【請求項２】
前記メトロロジー制御ユニット（１２）は、複数のメトロロジーツール（１４）を制御するように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記メトロロジーツール（１４）の各々は、同じタイプである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのメトロロジーオペレーションは、限界寸法の測定、層厚の測定、表面の平坦性の測定、電気的特徴の測定、膜の抵抗率の測定、膜の光学特性の測定、欠陥の測定、および、オーバーレイアライメントの測定のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記新たなメトロロジーサンプリングレートに従い、追加のメトロロジーオペレーションを実行するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記方法はさらに、前記新たなメトロロジーサンプリングレートに従う前記追加のメトロロジーオペレーションが一定の期間実行されたあと、前記基準メトロロジーサンプリングレートに従い追加のメトロロジーオペレーションを実行するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップは、通常時に利用可能なメトロロジーツール１４の合計数と比較して現在利用可能なメトロロジーツール（１４）の数を決定するステップを含み、前記全てのメトロロジーツール（１４）は完全に互換性があるとみなされる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップは、通常時に特定のメトロロジーオペレーションを実行することのできるメトロロジーツール（１４）の合計数と比較して前記特定のメトロロジーオペレーションを現在実行することができるメトロロジーツール（１４）の数を決定するステップを含み、前記全てのメトロロジーツール（１４）は、少なくとも前記メトロロジーオペレーションを実行するように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップは、
前記少なくとも１つのメトロロジーオペレーションと、前記少なくとも１つのメトロロジーオペレーションとは異なる少なくとも第２メトロロジーオペレーションとを実行することができるメトロロジーツール（１４）を決定するステップと、
前記新たなメトロロジーサンプリングレートを決定するステップにおいて、前記第２のメトロロジーオペレーションに対するサンプリングレートを下げ、それによって前記少なくとも１つのメトロロジーオペレーションを実行するために追加のメトロロジーキャパシティを得る、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記新たなメトロロジーサンプリングレートは、以下の計算：
【数１】
2008516447.tif 000011
ただし、Ｒａｔｅi,newは、オペレーションｉにおける新たなメトロロジーサンプリングレートを表し、Ｒａｔｅi,baseは、オペレーションｉにおける基準メトロロジーサンプリングレートを表し、ＮAvailableは、現在利用可能なメトロロジーツールの数を表し、ＮTotalは、通常利用可能なメトロロジーツールの合計数を表す
を行うことで決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記新たなメトロロジーサンプリングレートは、以下の計算：
【数２】
2008516447.tif 000012
ただし、Ｒａｔｅi,newはオペレーションｉにおける新たなメトロロジーサンプリングレートを表し、Ｒａｔｅi,baseは、オペレーションｉにおける基準メトロロジーサンプリングレートを表し、Ｎi,Availableは、オペレーションｉに対して現在利用可能なメトロロジーツール数を表し、Ｎi,Totalは、オペレーションｉに対して通常利用可能なメトロロジーツールの合計数を表す
を行うことで決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記新たなメトロロジーサンプリングレートは、
以下の式
【数３】
2008516447.tif 000013
ただし、ＲａｔｅTotalは、全てのメトロロジーオペレーションに対する総メトロロジーサンプリングレートであり、Ｎは所与のタイプのメトロロジーツールに許容されるメトロロジーオペレーションの合計数であり、Ｒａｔｅiは、所与のオペレーションにおける基準メトロロジーサンプリングレートである
を使用することで全てのメトロロジーオペレーションに対する総メトロロジーサンプリングレートを決定するステップと、
以下の計算
【数４】
2008516447.tif 000014
ただし、この式において、ＲａｔｅTotalは、全てのメトロロジーオペレーションに対する総メトロロジーサンプリングレートであり、ＲａｔｅAvailableは現在利用可能なメトロロジーツールの数であり、ＮTotalは、通常利用可能なメトロロジーツールの合計数である
を行うことで利用可能なメトロロジーキャパシティに従い、ＲａｔｅTotal値をスケーリングするステップと、
以下の計算
【数５】
2008516447.tif 000015
ただし、
【数６】
2008516447.tif 000016
を行うステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つのメトロロジーオペレーションに対する基準メトロロジーサンプリングレートを決定するように構成されたメトロロジー制御ユニット（１２）を提供するステップと、
利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップと、を含み、前記利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップは、通常時に利用可能なメトロロジーツール（１４）の合計数と比較して、現在利用可能なメトロロジーツール（１４）の数を決定するステップを含み、前記全てのメトロロジーツールは完全に互換性があるとみなされるものであり、
前記決定された利用可能なメトロロジーキャパシティを前記メトロロジー制御ユニット（１２）に提供するステップを含み、前記メトロロジー制御ユニットは、前記決定された利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいて新たなメトロロジーサンプリングレートを決定し、かつ、
前記新たなサンプリングレートに従い追加のメトロロジーオペレーションを実行する、方法。
【請求項１４】
前記メトロロジー制御ユニット（１２）は、複数のメトロロジーツールを制御するように構成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記メトロロジーツール（１４）の各々は同じタイプである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法はさらに、前記新たなメトロロジーサンプリングレートに従い前記追加のメトロロジーオペレーションが一定の期間実行されたあと、前記基準メトロロジーサンプリングレートに従い追加のメトロロジーオペレーションを実行するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
概して、本発明は産業プロセスに関し、より詳細には、利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいてメトロロジーサンプリングを動的に調整する様々な方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者であれば、本出願の査読後に、様々に異なるタイプの装置あるいは加工品の製造を含む様々な産業に本発明を広く応用することができることを理解するであろう。あくまで例示として、以下に、そのような応用の背景を、集積回路装置の製造において直面する様々な問題点に照らして記載する。しかし、本発明は、半導体業界だけでの利用に限定されるものではない。
【０００３】
半導体業界においては、集積回路装置、例えばマイクロプロセッサ、メモリ装置等の品質、信頼性およびスループットの改善に対する継続的な動機付けが存在する。この動機付けは、より高い信頼性を持って動作する高品質のコンピュータおよび電気製品に対する消費者の要求によってあおられている。このような要求は、半導体装置、例えばトランジスタの製造における継続的な改善、さらにはそのようなトランジスタを含む集積回路装置の製造における継続的な改善へと繋がる。さらに、一般的なトランジスタ部品の製造における欠陥を減らすことにより、トランジスタ当たりの全体のコストを下げることができ、さらにはそのようなトランジスタを含む集積回路装置のコストをも下げることができる。
【０００４】
一般的に、ウェハのロットに対して、様々なプロセスツールを用いて一連の処理ステップが実施される。そのようなプロセスツールとしては、フォトリソグラフィステッパ、エッチングツール、デポジションツール、研磨ツール、熱アニール処理ツール、イオン注入（インプランテーション）ツール等が挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体プロセスツールの基礎となる技術が過去数年にわたって大きな関心を引き起こし、それにより実質的な改善がなされている。しかし、この分野でなされた進歩にもかかわらず、現在商業的に入手可能なプロセスツールの多くはいくつかの欠点を抱えている。特に、そのようなツールのいくつかは、先進プロセスデータ監視機能を有していないことが多い。例えば、ユーザフレンドリーな形式で、イベントログ、現在のプロセスパラメータおよびラン全体のプロセスパラメータの両方のリアルタイムグラフィカル表示、さらに、ローカルサイトおよび全世界の遠隔監視とともに、履歴パラメトリックデータ(historical parametric data)を提供する能力である。
これらの欠点により、スループット、正確性、安定性および再現性、処理温度、機械ツールパラメータなどの重要なプロセスパラメータの制御が最適化されないおそれがある。この変動性はラン内のばらつき、ランとランの間のばらつき、そしてツールとツールの間のばらつきとして現れ、それらは製品の品質および性能のばらつきへと繋がりうる。それに対して、そのようなツール類のための理想的な監視および診断システムは、この変動性を監視する手段とともに、重要なパラメータを最適に制御するための手段をも提供する。
【０００６】
半導体処理ラインの動作を改善する技術の１つは、様々なプロセスツールの動作を自動的に制御する全工場的（ファクトリーワイドな）制御システムを採用することである。製造ツールが製造フレームワークまたは処理モジュールのネットワークと通信を行う。各製造ツールは、通常、装置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、製造ツール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に結合される。機械インターフェイスは一般に先進的プロセス制御（ＡＰＣ：Advanced Process Control）システムの一部であってもよい。ＡＰＣシステムは、製造モデルに基づいて制御スクリプトを起動する。制御スクリプトは、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読み出すソフトウェアプログラムとすることができる。半導体装置は、多くの場合、複数のプロセスのための複数の製造ツールを通り抜けて、処理された半導体装置の品質に関するデータを生成する。
【０００７】
製造プロセスの間、製造中のデバイスの性能に影響を与える様々な出来事が発生しうる。つまり、製造プロセスステップ中の変動がデバイス性能のばらつきにつながる。構造の限界寸法、ドーピングレベル、接点抵抗、粒子汚染などの要素はすべて潜在的にデバイスの最終性能に影響を及ぼしうる。処理における変動を低減するために、処理ライン中の様々なツールは性能モデルに従って制御される。一般的に制御されるツールには、フォトリソグラフィステッパ、研磨ツール、エッチングツール、デポジションツールが含まれる。処理前および／または処理後の測定データがツールのためのプロセスコントローラに供給される。処理後の結果が目標値にできるだけ近くなるように、プロセスコントローラは性能モデルおよびメトロロジー情報に基づいて、処理時間などの動作レシピパラメータを計算する。このようにして偏差（ばらつき）を減少させることで、スループットを増大、コスト削減、デバイスの性能向上などの収益率向上に等しい結果が生まれる。
【０００８】
実施される様々な処理に対しての目標値は、概して、製造される装置の設計値に基づく。例えば、ある特定のプロセス層は、あるターゲット厚を有し得る。このターゲット厚に関するばらつきを減少させるために、デポジションツール及び／又は研磨ツールに対するオペレーションレシピを自動的に制御することができる。別の例では、トランジスタゲート電極の限界寸法は、関連するターゲット値を有し得る。目標とする限界寸法を実現するために、フォトグラフィツール及び／又はエッチングツールのオペレーションレシピを自動的に制御することができる。
【０００９】
典型的に、制御モデルは、プロセスツールによる処理に関連して収集されたフィードバックあるいはフィードフォーワードメトロロジーデータに基づいて制御されるプロセスツールに対してオペレーションレシピの設定を変更するためのコントロールアクションを生成するために使用される。実効的に機能するために、制御モデルは、タイムリーに、かつ、制御モデルが制御するプロセスツールの未来のオペレーションを予測する能力を維持するのに十分な量のメトロロジーデータを備えている必要がある。
【００１０】
多くの製造業では、製造される装置が目標とする仕様を満たすことができるよう、処理オペレーションを正確に確実に行うよう非常な努力がなされている。このことは特に半導体製造業に当てはまる。半導体製造業においては、多くのメトロロジーツールおよびセンサーを使用して膨大な量のメトロロジーデータを取得する。このようなメトロロジーデータにより、プロセスツールで実行されたプロセスオペレーションの実効性と正確性とが判定され、および／又は、製品仕様書に従って製造される加工品のコンプライアンスが決定される。このために、典型的な半導体製造施設は、そのようなメトロロジーデータを取得するために多くのリソースを投入する。
典型的に、最新の半導体製造設備は、多くのメトロロジーツールあるいはステーションを有することとなっており、ここでは各種のメトロロジーオペレーションが実行される。例示のメトロロジーデータは、プロセス層の厚み、基板上に形成されたフィーチャの限界寸法、表面の平面性、などを含み得る。メトロロジーツールの中には、１種類のメトロロジーオペレーションしか実行しないものもあれば（例えば、限界寸法測定）、複数のメトロロジーオペレーションを実行できるメトロロジーツールもある。さらに、典型的な半導体製造設備は、同じメトロロジーオペレーションを実行できる複数のツールを備えることができる。
【００１１】
半導体製造環境では、様々な処理オペレーションに対してメトロロジーサンプリングレートが設定される。このサンプリングレートは、各種要因に応じて、例えば、ゲートエッチプロセスなどの特定のプロセスの重要度、および／又は、制御性の点から見た処理オペレーションの安定度など、に応じて変化し得る。半導体製造環境において、メトロロジーサンプリングレートは通常、サンプリングのために選択された全製品の集合体が、利用可能なあらゆるメトロロジーキャパシティを完全に利用することのできるレベル以下に設定される。これは通常、基準サンプリングレートと呼ばれ得る。この基準サンプリングレートは、最大レベル未満に設定される。
これにより、メトロロジーツールは、１以上のメトロロジーツールが様々な理由（例えば、日々のメンテナンス、メトロロジーツールに関する予定外の問題など）で作業から外された後に、蓄積された処理中の作業（ＷＩＰ:work in progress）に”追いつく”ことができる。 例えば、利用可能な４つのメトロロジーツールのうちの１つが作業から外されると、この外されたメトロロジーツールが作業に戻るまで、処理中の作業（ＷＩＰ）がメトロロジーキューに徐々に蓄積する。 そのときに、利用可能な４つ全てのメトロロジーツールは、処理中の作業（ＷＩＰ）キューが通常の稼働率に下げられるまで、通常の稼働率よりも高い稼働率で動作する。
【００１２】
上述した方法が抱える問題の１つとしては、該方法では非常に貴重なリソース、つまりメトロロジーツールが十分に利用されないことが挙げられる。概して、全ての条件が同じとして、基準サンプリングレートをより高く維持すれば、製造施設がどのように動作しているかについてのより多くの情報を得ることが出来る。製造施設内において、歩留まり及び／又は製品のパフォーマンスを低下させるおそれのある問題点をより早く特定するように、追加のメトロロジー情報を利用してもよい。
【００１３】
メトロロジーキャパシティの変更を意図する場合の別の方法は、サンプリングレートを非常に高いレベルに維持することであり、こうすることで通常の生産下で全てのメトロロジーツールをほぼ完全に利用することができる。１つ以上のメトロロジーツールが生産から外されると、サンプリングレートは手動で下げられ、メトロロジーキューに滞留している処理中の作業量を減らすおそれがある。このような手法で、稼動中止にされたメトロロジーツールが生産に戻ると、サンプリングレートはその通常の高いレベルに戻される。
この方法が抱える１つの問題点は、該方法には、メトロロジーツールが稼動停止にされたときに比較的高い基準レートを手動で引き下げるため、および、稼動停止にされたメトロロジーツールが生産に戻るときに、サンプリングレートを比較的高い基準レートに手動で引き上げるために、人が必要な点である。これは、製造施設のサンプリングレートプランを調整する権限を有する者がメトロロジーツールキャパシティ(metrology tool capacity)を注意して監視しなければならないので、効率の悪いプロセスとなる。比較的高い基準サンプリングレートがタイミングよく下げられなければ、処理中の作業（ＷＩＰ）がメトロロジーキューに滞留してしまう。
さらに、この方法では、比較的高い基準サンプリングレートが採用されていることから、稼動停止にされたメトロロジーツールが生産にもどるときには、滞留した処理中の作業（ＷＩＰ）を処理することのできる余分なメトロロジーキャパシティはほとんどない。その結果、比較的高い基準サンプリングレートがタイミングよく再設定されなければ、メトロロジーデータ量が減少することから生産が減り、その結果、生産施設内において、生産と生産の歩留まりに悪影響を及ぼすおそれのある問題を迅速に特定する能力に悪影響を与える。
【００１４】
本発明は、上述した１つ以上の問題点を克服する、あるいは、上述した問題による影響を少なくとも減らすことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
概して、本発明は、利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいてメトロロジーサンプリングレートを動的に調整する様々な方法およびシステムを目的としている。一実施形態では、該方法は、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションに対する基準メトロロジーサンプリングレートを決定するように構成されたメトロロジー制御ユニットを提供するステップと、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップと、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティをメトロロジー制御ユニットに提供するステップと、を含み、メトロロジー制御ユニットは、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいて新たなサンプリングレートを決定する。
【００１６】
別の実施形態では、該方法は、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションに対する基準メトロロジーサンプリングレートを決定するように構成されたメトロロジー制御ユニットを提供するステップと、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップと、を含み、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップは、通常時に利用可能なメトロロジーツールの合計数と比較して現在利用可能なメトロロジーツールの数を決定するステップを含み、全メトロロジーツールは完全に互換性があるものとみなされており、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティをメトロロジー制御ユニットに提供するステップを含み、メトロロジー制御ユニットは、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいて新たなメトロロジーサンプリングレートを決定するものであって、新たなメトロロジーサンプリングレートに従って追加のメトロロジーオペレーションを実行するステップを含む。
【００１７】
さらに別の実施形態では、該方法は、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションに対する基準メトロロジーサンプリングレートを決定するように構成されたメトロロジー制御ユニットを提供するステップと、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップと、を含み、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップは、通常時に特定のメトロロジーオペレーションを実行することができるメトロロジーツールの合計数と比較して特定のメトロロジーオペレーションを現在実行することのできるメトロロジーツールの数を決定するステップを含む。
全てのメトロロジーツールは少なくとも１つの特定のメトロロジーオペレーションを実行するように構成されており、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティをメトロロジー制御ユニットに提供するステップを有し、メトロロジー制御ユニットは、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいて新たなメトロロジーサンプリングレートを決定するものであって、かつ、この新たなメトロロジーサンプリングレートに従って追加のメトロロジーオペレーションを実行するステップ、を含む。
【００１８】
さらなる実施形態では、該方法は、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションに対する基準メトロロジーサンプリングレートを決定するように構成されたメトロロジー制御ユニットを提供するステップと、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップとを含み、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップは、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションと、この少なくとも１つのメトロロジーオペレーションとは異なる少なくとも第２のメトロロジーオペレーションとを実行することのできるメトロロジーツールを決定するステップと、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティをメトロロジー制御ユニットに提供するステップと、を含み、メトロロジー制御ユニットは、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいて新たなメトロロジーサンプリングレートを決定する。
この新たなメトロロジーサンプリングレートの決定において、第２メトロロジーオペレーションに対するサンプリングレートが下げられて、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションを実行するためにさらなるメトロロジーキャパシティが得られ、かつ、新たなメトロロジーサンプリングレートに従い追加のメトロロジーオペレーションを実行するステップ、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は添付の図面とともに、以下の記載を参照することで理解することができる。図面において、同じ参照符号は同様の要素を表す。
本発明は、様々な改良を行い、また、他の形態で実施することができるが、ここに説明されている特定の実施例は、例として示されたものであり、以下にその詳細を記載する。しかし当然のことながら、ここに示した特定の実施例は、本発明を開示されている特定の形態に限定するものではなく、むしろ本発明は添付の請求項によって規定されている発明の範疇に属する全ての改良、等価物、及び変形例を包含するものである。
【００２０】
本発明の実施形態を以下に記載する。それらは各実施形態によって様々に変化するものである。簡素化のために、現実の実装品におけるすべての特徴を本明細書に記載することはしていない。当然のことながら、そのような現実の実施形態の開発においては、開発者における特定の目標を達成するため、システム的制限やビジネス的制限との摺り合せなど、多くの特定の実装品の決定がなされる。更に、そのような開発努力は複雑で時間を消費するものであるのは当然のことであるが、それでもなお、この開示の恩恵を有する当業者にとっては通常作業の範疇に入るものである。
【００２１】
以下に、本発明を添付の図面を参照しながら説明する。図面において、説明だけを目的として、また、当業者にとっては周知の詳細を伴う本発明を曖昧にしないよう、様々な構造、システムおよび装置が概略的に示されている。しかし、本発明の実施例を記載・説明するために、添付の図面が含まれる。本明細書で使用される用語や言い回しは関連技術において当業者たちによって理解される単語や言い回しと一貫した意味を持つものと理解、解釈される。本明細書において用語あるいは言い回しを一貫して使用していても、これらの用語や言い回しのいかなる特定の定義、すなわち、当業者により理解される通常の意味及び慣習的な意味からは異なる定義を意味するものではない。用語や言い回しを、特定の意味を有する範囲において用いる場合、つまり当業者により理解されているのとは異なる意味で用いる場合、本明細書においては、直接かつ明確にそのような言葉や言い回しの特定の定義を行う。
【００２２】
図１は、例示的な生産システム１０の簡略ブロック図である。図に示した実施形態では、生産システム１０は半導体装置を製造するよう構成される。本発明は、半導体製造設備に実装され得るように記載するが、本発明はこれに限定されず、その他の製造環境に適用することもできる。本明細書で説明する技術は、さまざまな加工品(workpiece)や製造物に応用することができる。例えば、本発明は、マイクロプロセッサ、メモリデバイス、デジタルシグナルプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：application specific integrated circuit）、またはその他の類似する装置を含む（しかし、これらに限定されない）各種集積回路デバイスの製造に関連して採用することもできる。この技術は半導体装置以外の加工品あるいは製造物に応用することもできる。
【００２３】
ネットワーク２０は生産システム１０の様々な構成要素を相互接続し、これらの構成要素が情報交換できるようにする。例示的な生産システム１０は複数のツール３０−８０を含む。ツール３０〜８０の各々は、ネットワーク２０とインターフェイス接続するためにコンピュータ（図示せず）に結合され得る。ツール３０〜８０は、末尾に付加した文字が示すように、同種のツールのセット（組）に分類される。例えば、ツール３０Ａ〜３０Ｃのセットは、化学機械平坦化ツールなどの、特定のタイプのツールを表す。ある特定のウェハまたはウェハのロットは、製造時に各ツール３０〜８０を通り、各ツール３０〜８０がプロセスフロー内で特定の機能を実施する。半導体装置製造環境のための例示的なプロセスツールには、メトロロジーツール、フォトリソグラフィステッパ、エッチングツール、デポジションツール、研磨ツール、高速熱アニールツール、イオン注入ツールなどを含む。ツール３０−８０は、例示のみを目的として一般的な(rank and file)グループ分けで示される。現実の製造設備では、ツール３０〜８０は任意の物理的順序あるいはグループ分けに編成可能である。さらに、ツール３０−８０が相互に接続されているのではなく、特定のグループ内のツール間の接続がネットワーク２０への接続であってもよい。
【００２４】
生産システム１０の高レベルのオペレーションを指示するのは、製造実行システム（ＭＥＳ：Manufacturing Execution System）サーバあるいはコントローラ９０である。このＭＥＳサーバ９０は、生産システム１０（つまり、ロット、ツール３０〜８０）内の各種要素の状態を監視し、プロセスフローを通過する製造物（例えば、半導体ウェハのロット）の流れを制御することができる。プロセスフロー内のさまざまな要素および製造物の状態に関連したデータを記憶するために、データベースサーバ１００が設けられている。データベースサーバ１００は、情報を１つ以上のデータ記憶装置１１０に記憶し得る。このデータは、プロセス前およびプロセス後のメトロロジーデータ、ツールの状態、ロットの優先度、オペレーションレシピなどを含み得る。コントローラ９０は、図１に示した１つ以上のツールにオペレーションレシピを供給でき、あるいは、１つ以上のツールで様々なオペレーションが実行されるように命令を出すことができる。当然、コントローラ９０は、これらすべての機能を実行する必要はない。さらに、コントローラ９０に関して記載された機能は、システム１０全体に広がる１つ以上のコンピュータによって実行されてもよい。
【００２５】
本発明の一部とその詳細な説明は、ソフトウェア、もしくはコンピュータメモリ内部でのデータビットに対するオペレーションの記号的表記およびアルゴリズムの形で提示される。このような記述及び表現は、当業者が、自身の作業の内容を他の当業者に効果的に伝えるために用いられているものである。アルゴリズムは、本明細書で用いられているように、また一般的に用いられているように、所望の結果に至るステップからなる自己矛盾のないシーケンスであると考えられている。ステップは物理量の物理的操作を必要とするものである。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。
【００２６】
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。
【００２７】
生産システム１０はまた、例示的なワークステーション１５０上で実行するメトロロジー制御ユニット１２を含む。メトロロジー制御ユニット１２は、生産システム１０において実行される製造オペレーションに関連して採用される様々なメトロロジーツールを制御するように使用してもよい。メトロロジー制御ユニット１２は、本文において後述している目的のために、コントローラ９０と、および／又は個々のツール３０〜８０に関連付けられている１つ以上の処理コントローラ１４５と通信することが可能である。処理コントローラ１４５が使用する特定の制御モデルは、制御されるツール３０〜８０の形式によって決定する。制御モデルは、公知の線形あるいは非線形技術を使用して経験的に構築され得る。制御モデルは、比較的に単純な数式ベースのモデル(例えば、線形、指数関数、加重平均など)であっても、あるいはニューラルネットワークモデル、主成分分析（ＰＣＡ：Principal Component Analysis）モデル、または、潜在的構造に対する部分最小二乗（ＰＬＳ：Partial Least Squares）射影モデルなどのより複雑なモデルであってもよい。具体的な制御モデルの実施形態は、選択されたモデリング技術および制御される処理によって変わり得る。特定の制御モデルは、当業者の能力の範囲内で選択および構築される。従って、この制御モデルは、本発明の明確化のために、そして不明瞭にしないよう、本明細書ではより詳細には説明しない。
【００２８】
生産システム１０において使用されるのに適した情報交換及びプロセス制御フレームワークの一例としては、KLA-Tencor社提供のCatalystシステムを用いて実装することができるようなアドバンスド・プロセス・コントロール（ＡＰＣ：Advanced Process Control）フレームワークがある。このCatalystシステムは、ＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）コンピュータ統合生産（ＣＩＭ：Computer Integrated Manufacturing）フレームワーク対応システム技術を使用しており、アドバンスド・プロセス・コントロール（ＡＰＣ）フレームワークに基づいている。ＣＩＭ（ＳＥＭＩ，仮仕様書Ｅ８１−０６９９−「ＣＩＭフレームワークドメインアーキテクチャ」）及びＡＰＣ（ＳＥＭＩ，仮仕様書Ｅ９３−０９９９−「ＣＩＭフレームワークアドバンスド・プロセス・コントロールコンポーネント」）の各仕様書が、カリフォルニア州マウンテンビュー（Mountain View,CA）に本拠地を構えるＳＥＭＩから公的に入手可能である。
【００２９】
図１の様々なコンピュータまたはワークステーションにわたって処理機能およびデータ記録機能が分散されており、一般的な独立した中央情報記憶装置を提供している。当然、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、コンピュータの台数を変更したり、構成を変更することができる。
【００３０】
図２は、本発明の１つの例示的実施形態によるメトロロジーシステム５０のより具体的な簡略ブロック図である。図示しているように、メトロロジー制御ユニット１２は複数のツール１４に動作可能に結合される。例示した実施形態では、４つのそのような例示的メトロロジーツール１４−１、１４−２、１４−３、および１４−ｎを概略的に示す。しかし、本発明は、任意の数のメトロロジーツールを採用してもよい。例示のメトロロジーツール１４は、１つ以上の各種メトロロジーオペレーションを実行することができる。例えば、メトロロジーツール１４は、プロセス層の厚みの測定、フィーチャの限界寸法の測定、表面の平坦性、膜抵抗率、膜の光学特性（例えば、ｎおよびｋ）、欠陥、オーバーレイアライメントなどの測定、といったメトロロジーオペレーションを実行することができる。
【００３１】
メトロロジーシステム５０は、利用可能なメトロロジーツール能力に基づいてメトロロジーサンプリングレートを自動的に調整するあるいは制御するように採用してもよい。ある場合では、メトロロジーツール１４は一般的に、層厚の測定、フィーチャの限界寸法の測定などの、同じタイプのメトロロジーオペレーションを実行する。しかし、メトロロジーツール１４は、必ずしも全てのメトロロジーオペレーションに対して完全に互換性を有する必要はない。
例えば、２つのメトロロジーツールと３つのメトロロジーオペレーションがある場合、２つのメトロロジーツール１４の各々を３つのメトロロジーオペレーションのいずれにも使用可能とする必要はない。メトロロジー制御ユニット１２はまた、結果として得られるサンプリングレート計画をある程度拘束する。例えば、所与のプロセスオペレーションに対するサンプリングレートが予め選択された範囲を下回らないように拘束することができ、例えば、クリティカルプロセスオペレーションに対して７５％の最小サンプリングレートを設定することができる。半導体製造オペレーションでは、そのような拘束は、ゲートエッチプロセスオペレーションなどの非常にクリティカルなプロセスオペレーションに適用され得る。
【００３２】
メトロロジー制御ユニット１２は本発明の１つの態様に従い、メトロロジーシステム５０内のメトロロジーツール１４により実行されるメトロロジーオペレーションを制御するために、様々な制御アルゴリズムを採用することができる。一実施形態では、第１制御アルゴリズムが採用されており、このアルゴリズムでは、所与のタイプの全てのメトロロジーツール１４は、完全に互換性があるとみなされる。その場合、１つ以上のメトロロジーツールが（どのような理由であれ）稼動中止されているときに、各オペレーションに対する新たな、あるいは調整されたメトロロジーサンプリングレートを以下のように決定することができる。
【数１】
2008516447.tif 000003
この式において、Ｒａｔｅi,newは、オペレーションｉにおいての新たなメトロロジーサンプリングレートを表し、Ｒａｔｅi,baseは、オペレーションｉにおいての基準メトロロジーサンプリングレートを表し、ＮAvailableは、現在利用可能なメトロロジーツール１４の数を表し、ＮTotalは、メトロロジーオペレーションを実行するために通常利用することのできるメトロロジーツール１４の合計数を表す。簡潔には、この第１アルゴリズムにおいて、新たなサンプリングレートは、メトロロジーツール１４の合計数のうちのいくつがが利用できないことに起因した基準メトロロジーサンプリングレートの減少が反映されている。
【００３３】
別の実施形態では、メトロロジーシステム５０により第２アルゴリズムが採用されてもよい。この第２アルゴリズムを使用すると、メトロロジー制御ユニット１２は、特定のメトロロジーオペレーションに対して使用できるメトロロジーツール１４だけを考慮する。例えば、メトロロジー制御ユニット１２は、限界寸法の測定を行うことができるメトロロジーツール１４だけを考慮し得る。この例示の実施形態では、新たな、あるいは調整されたメトロロジーサンプリングレートは以下のように決定され得る。
【数２】
2008516447.tif 000004
この式において、Ｒａｔｅi,newは上述のように定義され、Ｎi,Availableは、メトロロジーオペレーションｉに対して現在利用可能なメトロロジーツール１４の数を表し、Ｎi,Totalは、メトロロジーオペレーションｉに対して通常利用可能なツール１４の合計数を表す。第１アルゴリズム（式１）は、ある場合に対する第２アルゴリズム（式２）のサブセットであり、全てのメトロロジーツール１４が全てのオペレーションに対して利用可能である点に留意されたい。
【００３４】
第２アルゴリズムの１つの利点として、第２アルゴリズムは計算的に単純であることが挙げられる。第２アルゴリズムに関する１つの潜在的な難点としては、第２アルゴリズムでは、ダウンしたメトロロジーツール１４上で実行されているオペレーション以外のオペレーションに関しては、それらのオペレーションにおけるメトロロジーサンプリングレートを下げることがない、という点が挙げられる。
例えば、メトロロジーオペレーションｊがダウンしたメトロロジーツールによって実行されていない場合、第２アルゴリズムはメトロロジーオペレーションにおけるサンプリングレートを下げることを許可せず、メトロロジーオペレーションを実行するためのキャパシティは制限されない。
【００３５】
さらに別の実施形態では、メトロロジーシステム５０により第３制御アルゴリズムが採用されてもよい。この第３アルゴリズムを使用すると、メトロロジー制御ユニット１２は、すでに稼動中止にされたメトロロジーツール１４によって実行されるメトロロジーオペレーション以外のメトロロジーオペレーションにおいてサンプリングレートを修正することができる。この方法により、全てのメトロロジーオペレーションが利用可能になると、全てのオペレーションに対して（平均して）基準メトロロジーサンプリングレートに比較的近いメトロロジーサンプリングレートを維持することができる。この方法において、第１ステップは総サンプリングレートを生成することである。これは、全てのメトロロジーオペレーションにわたっての全ての個々のメトロロジーサンプリングレートの合計である。
【数３】
2008516447.tif 000005
この式において、ＲａｔｅTotalは総レートであり、Ｎはそのタイプ（例えば、膜厚メトロロジー、限界寸法メトロロジー）のメトロロジーツールに許容されるメトロロジーオペレーションの合計数、Ｒａｔｅiは、オペレーションｉにおける基準サンプリングレートである。
【００３６】
次のステップは、利用可能なメトロロジーツールに従い、ＲａｔｅTotal値をスケーリングするステップである。
【数４】
2008516447.tif 000006
この式において、ＲａｔｅTotalは上述のように定義され、ＲａｔｅAvailableは、新たに利用可能な能力であり、ＮAvailableは、利用可能なメトロロジーツール１４の数であり、ＮTotalは、そのメトロロジータイプに潜在的に利用可能であったメトロロジーツール１４の合計数である。概して、タイプとは、同じメトロロジーオペレーションを実行するために使用することのできるメトロロジーツールグループを言う。例えば、メトロロジーツールの製造業者に関係なく、いくつかのツールが同じメトロロジーオペレーション（例えば、膜厚の測定）を実行することができ、これらのツール全てが同じタイプであると考えられる。
【００３７】
最終ステップは、以下の方程式を解くステップである。
【数５】
2008516447.tif 000007
但し、
【数６】
2008516447.tif 000008
である。
【００３８】
実際に、第３アルゴリズムは、基準メトロロジーサンプリングレート（Ｒａｔｅi,base）からの新たなメトロロジーサンプリングレート（Ｒａｔｅi,new）の偏差の二乗を最小にする。但し、利用可能なメトロロジーキャパシティ（ＲａｔｅAvailable）を条件とする。この第３の方法の利点は、該方法は、メトロロジーキャパシティを減少させるため、多くのオペレーションにわたってメトロロジーサンプリングレートをわずかに下げることが許容されることである。しかし、この第３アルゴリズムを解くことは、上述した他の２つのアルゴリズムよりも計算的に複雑である。
【００３９】
上述の例では、総レート（ＲａｔｅTotal）が総メトロロジーキャパシティの代わりとして使用されたことに留意されたい。通常、これは、オペレーションごとにウェハのロットの測定時間が大きく変動しなければ、有効な推定である。測定時間が大きく変動する場合、そのような時間差を組み込んだ修正した方程式を使用してもよい。１つの実施形態として、修正された方程式は、以下のようにすることができた。
【数７】
2008516447.tif 000009
但し、
【数８】
2008516447.tif 000010
である。
この式において、Ｔｉｍｅiはオペレーションｉにおけるロットのサイクルタイムを表し、その他の全ての変数は上述のように定義される。
【００４０】
概して、本発明は、利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいたメトロロジーサンプリングを動的に調整する様々な方法およびシステムを目的としている。一実施形態では、該方法は、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションに対する基準メトロロジーサンプリングレートを決定するように構成されたメトロロジー制御ユニットを提供するステップと、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップと、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティをメトロロジー制御ユニットに提供するステップと、を含み、このメトロロジー制御ユニットは、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいて新しいメトロロジーサンプリングレートを決定する。
【００４１】
別の実施形態では、該方法は、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションに対する基準メトロロジーサンプリングレートを決定するように構成されたメトロロジー制御ユニットを提供するステップと、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップと、を含み、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップは、通常時に利用可能なメトロロジーツールの合計数と比較して現在利用可能なメトロロジーツールの数を決定するステップを含み、全メトロロジーツールは完全に互換性があるものとみなされており、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティをメトロロジー制御ユニットに提供するステップを含み、メトロロジー制御ユニットは、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいて新たなメトロロジーサンプリングレートを決定するものであって、新たなメトロロジーサンプリングレートに従って追加のメトロロジーオペレーションを実行するステップを含む。
【００４２】
さらに別の実施形態では、該方法は、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションに対する基準メトロロジーサンプリングレートを決定するように構成されたメトロロジー制御ユニットを提供するステップと、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップと、を含み、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップは、通常時に特定のメトロロジーオペレーションを実行することができるメトロロジーツールの合計数と比較して特定のメトロロジーオペレーションを現在実行することのできるメトロロジーツールの数を決定するステップを含み、全てのメトロロジーツールは少なくとも１つの特定のメトロロジーオペレーションを実行するように構成されており、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティをメトロロジー制御ユニットに提供するステップを有し、メトロロジー制御ユニットは、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいて新たなメトロロジーサンプリングレートを決定するものであって、かつ、この新たなメトロロジーサンプリングレートに従って追加のメトロロジーオペレーションを実行するステップ、を含む。
【００４３】
さらなる実施形態では、該方法は、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションに対する基準メトロロジーサンプリングレートを決定するように構成されたメトロロジー制御ユニットを提供するステップと、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップとを含み、利用可能なメトロロジーキャパシティを決定するステップは、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションと、この少なくとも１つのメトロロジーオペレーションとは異なる少なくとも第２のメトロロジーオペレーションとを実行することのできるメトロロジーツールを決定するステップと、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティをメトロロジー制御ユニットに提供するステップと、を含み、メトロロジー制御ユニットは、決定された利用可能なメトロロジーキャパシティに基づいて新たなメトロロジーサンプリングレートを決定し、この新たなメトロロジーサンプリングレートの決定において、第２メトロロジーオペレーションに対するサンプリングレートが下げられて、少なくとも１つのメトロロジーオペレーションを実行するために、さらなるメトロロジーキャパシティが得られ、かつ、新たなメトロロジーサンプリングレートに従い追加のメトロロジーオペレーションを実行するステップ、を含む。
【００４４】
本発明による利益を享受し得る当業者であれば、本発明に関して等価の範囲内で種々の変形及び実施が可能であることは明らかであることから、上述の個々の実施形態は、例示的なものに過ぎない。例えば、上述した方法における各ステップは、その実行順序を変えることもできる。更に上述した構成あるいは設計の詳細は、なんら本発明を限定することを意図するものではなく、請求の範囲の記載にのみ限定されるものである。従って、上述した特定の実施形態は、変形及び修正が可能であることは明らかであり、このようなバリエーションは、本発明の趣旨及び範囲内のものである。従って、本発明の保護は、以下の請求の範囲によって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に従う製造システムの簡略ブロック図。
【図２】本発明の一実施形態に従うシステムをより詳細に示した簡略ブロック図。
【図３】本発明の一実施形態に従うメトロロジーサンプリングを制御する方法の簡略フローチャート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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