(57)【要約】【課題】半導体装置の製造プロセスを適正に制御する。【解決手段】半導体装置Ａのビア形成工程について、フィードバック制御に対するフィードフォワード制御の配分比ｍを変化させ、その工程能力指数Ｃｐが最大となるような配分比ｍを求める。その配分比ｍでフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせ、ビア形成工程における露光装置でのアライメントの補正量を求める。これにより、適正な補正量を求めることができるようになり、フィードフォワード制御、フィードバック制御をそれぞれ単独で用いたときの効果以上の効果を得ることができるようになるので、高品質の半導体装置Ａを安定して製造することが可能になる。【選択図】        図１
2004327778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造プロセス制御方法において、
一の製造プロセスの制御を、前記一の製造プロセスと前記一の製造プロセスと異なる１または２以上の他の製造プロセスとの間に存在する相関関係を用いるフィードフォワード制御と、前記一の製造プロセスにおける製造履歴を用いるフィードバック制御とを組み合わせて行うことを特徴とする半導体装置の製造プロセス制御方法。
【請求項２】
前記一の製造プロセスの制御を、前記フィードフォワード制御と前記フィードバック制御とを組み合わせて行う際には、
前記一の製造プロセスの制御に対し、前記フィードフォワード制御と前記フィードバック制御とを、前記一の製造プロセスの工程能力指数が最大になるように設定された配分比で寄与させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造プロセス制御方法。
【請求項３】
前記フィードフォワード制御と前記フィードバック制御とを組み合わせて前記一の製造プロセスの制御を行って得られる前記半導体装置に関する製造データをデータベースに格納し、
前記データベースに格納された前記製造データのうち最新の製造データを用いて、前記フィードフォワード制御に用いられる制御モデルと前記フィードバック制御に用いられる制御モデルとを更新し、
更新された前記フィードフォワード制御に用いられる制御モデルと前記フィードバック制御に用いられる制御モデルとを用いて、前記一の製造プロセスの制御を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造プロセス制御方法。
【請求項４】
半導体装置の製造プロセス制御装置において、
一の製造プロセスの制御を、前記一の製造プロセスと前記一の製造プロセスと異なる１または２以上の他の製造プロセスとの間に存在する相関関係を用いるフィードフォワード制御と、前記一の製造プロセスにおける製造履歴を用いるフィードバック制御とを組み合わせて行うことを特徴とする半導体装置の製造プロセス制御装置。
【請求項５】
前記フィードフォワード制御と前記フィードバック制御とを組み合わせて前記一の製造プロセスの制御を行って得られる前記半導体装置に関する製造データが格納されるデータベースを有し、
前記データベースに格納された前記製造データのうち最新の製造データを用いて、前記フィードフォワード制御に用いられる制御モデルと前記フィードバック制御に用いられる制御モデルとが更新され、
更新された前記フィードフォワード制御に用いられる制御モデルと前記フィードバック制御に用いられる制御モデルとを用いて、前記一の製造プロセスの制御が行われることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造プロセス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造プロセス制御方法および半導体装置の製造プロセス制御装置に関し、特に半導体装置の各製造プロセスを適正に制御するための半導体装置の製造プロセス制御方法および半導体装置の製造プロセス制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造は、所望のデバイス特性を得るため、各製造プロセスで製造するモジュールの開発段階においてあらかじめ求めておいた製造条件を用いて行われている。しかし、実際には、各製造プロセスで使用される製造装置の経時変化をはじめとする外的要因によって、その製造条件が変化してしまう場合がある。そのような場合、製造された半導体装置は所望のデバイス特性が得られなくなる可能性が非常に高くなる。そのため、半導体装置の製造段階で、歩留まりの変動や試験によって得られるデバイス特性の変動を基に、製造条件を変更することが多々ある。
【０００３】
しかしながら、このように製造条件の変更の必要性が生じるたびに、その条件変更に関連するデータを収集し、解析して、その結果を新たな製造条件に逐次反映させていくと、当然その頻度が多くなるほど技術者にかかる負担は増大する。そのため、各製造プロセスの製造条件の変更にそれぞれ素早く対応することは非常に難しいのが現状であった。また、半導体装置の集積回路の集積度は年々高くなっており、それに伴って製造条件はいっそう厳しいものとなり、各製造プロセスに対して、いかに適正な制御を行えるかということが重要になってきている。
【０００４】
ところで、近年は半導体装置の製造ラインの自動化が進み、それによって各製造プロセスでのデータ収集が容易になってきたことから、半導体装置製造のＲｕｎ−ｔｏ−Ｒｕｎ制御の期待が高まっている（例えば特許文献１参照）。その制御には、一般に、ある特定の工程（「自工程」という。）での製造条件をその過去のロットの製造履歴を用いて導き出すフィードバック制御や、自工程の製造条件をその前段階の工程（「前工程」という。）との相関関係を用いて導き出すフィードフォワード制御が広く利用される。最近では、製造プロセスにおける条件変動などに対し、フィードバック制御やフィードフォワード制御による製造条件の変更も比較的素早く行えるようになってきている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２３１５９６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、所望のデバイス特性を安定して得るためには、前述のように非常に厳しい製造条件を制御しなければならくなってきており、上記のようなフィードバック制御やフィードフォワード制御を行っても、半導体装置の安定した製造ができない場合があるという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、各製造プロセスを適正に制御し、高品質の半導体装置を安定して製造することのできる半導体装置の製造プロセス制御方法および半導体装置の製造プロセス制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に例示する原理により実現可能な半導体装置の製造プロセス制御方法が提供される。本発明の半導体装置の製造プロセス制御方法は、一の製造プロセスの制御を、前記一の製造プロセスと前記一の製造プロセスと異なる１または２以上の他の製造プロセスとの間に存在する相関関係を用いるフィードフォワード制御と、前記一の製造プロセスにおける製造履歴を用いるフィードバック制御とを組み合わせて行うことを特徴とする。
【０００９】
このような半導体装置の製造プロセス制御方法では、例えば図１に示すように、ある半導体装置のビア形成工程などの一製造プロセスについて、その工程能力指数Ｃｐが最大となるような特定の配分比（フィードバック制御に対するフィードフォワード制御の配分比）ｍを求め、その配分比ｍでフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて制御を行う。これにより、フィードフォワード制御、フィードバック制御をそれぞれ単独で行ったときの効果以上の効果が得られるようになり、この製造プロセスに対して適正な制御が行えるようになる。
【００１０】
また、本発明では、半導体装置の製造プロセス制御装置において、一の製造プロセスの制御を、前記一の製造プロセスと前記一の製造プロセスと異なる１または２以上の他の製造プロセスとの間に存在する相関関係を用いるフィードフォワード制御と、前記一の製造プロセスにおける製造履歴を用いるフィードバック制御とを組み合わせて行うことを特徴とする半導体装置の製造プロセス制御装置が提供される。
【００１１】
このような半導体装置の製造プロセス制御装置によれば、一の製造プロセスの制御が、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて行われ、それぞれを単独で行ったときの効果以上の効果が得られるようになり、その製造プロセスに対して適正な制御が行われるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず第１の実施の形態について説明する。この第１の実施の形態では、ある半導体装置Ａを製造する際のフォトプロセス工程におけるビア形成工程を制御する場合を例にして述べる。
【００１３】
ここで用いられる半導体装置Ａは、その内部に、シリコン（Ｓｉ）ウェハ上に形成されたトランジスタに接続されているアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの下層側の配線層が、その上に形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）などの層間絶縁膜を貫通するビアを介して、上層側の配線層と接続された構造を有している。半導体装置Ａがこのような構造を有している場合、そのビアは、層間絶縁膜を成膜してこれを研磨する工程の後、フォトレジストの形成およびその露光工程を経て、層間絶縁膜をエッチングして形成される。
【００１４】
このビア形成工程では、露光装置により露光する際、まず、層間絶縁膜研磨後にフォトレジストを塗布したウェハに対し、そのウェハにあらかじめ設けられているアライメントマークを計測しながらアライメントを行う。アライメントマークは、例えば、下層側の配線層やウェハ背面側に別に設けた切り欠き部などである。通常、アライメントは、アライメントマークに対して信号光を照射し、そのアライメントマークで反射される信号光を検出することによって行われる。この半導体装置Ａの製造においては、露光装置でのアライメントは、複数枚のウェハの組を１ロットとし、ロットごとに、ウェハの並進方向、面方向、回転方向のそれぞれのオフセット成分を補正するようにして行われる。
【００１５】
このとき、ウェハ面方向をＺ方向とすると、ウェハ面方向のアライメントで生じるオフセット成分（Ｗａｆｅｒ  Ｓｃａｌｉｎｇ成分，以下「Ｗ／Ｓｃａｌ成分」という。）は、Ｘ成分（Ｗ／Ｓｃａｌ−Ｘ）、Ｙ成分（Ｗ／Ｓｃａｌ−Ｙ）共に、研磨後の層間絶縁膜の残膜厚に応じて変化する。これは、層間絶縁膜の残膜厚が変化すると、その後のアライメントの際に層間絶縁膜側から信号光を照射したとき、アライメントマークで反射して再び層間絶縁膜を透過してくる信号光の干渉に違いが出てくるためである。研磨後の層間絶縁膜の残膜厚（ｘ（ｔ））とＷ／Ｓｃａｌ成分の値（Ｗ／Ｓｃａｌ）との間には、次の式（１）で表わされるような一次の相関関係が認められる。
【００１６】
【数１】
Ｗ／Ｓｃａｌ＝Ｄ×ｘ（ｔ）＋Ｅ  ……（１）
ここで、Ｄは係数、Ｅは定数項である。そして、式（１）のＷ／Ｓｃａｌは、ここでは露光装置におけるアライメントのＷ／Ｓｃａｌ−ＸまたはＷ／Ｓｃａｌ−Ｙの補正量（制御量）と、その補正量でアライメントを行って露光したときの位置ずれ量との和から求められる値である。すなわち、このＷ／Ｓｃａｌの値が本来アライメント時に補正されるべき量になる。
【００１７】
この式（１）のようなパラメータＤ，Ｅを用いた制御モデルにより、ロットごとに、層間絶縁膜研磨工程での残膜厚の値から、露光装置におけるアライメントのＷ／Ｓｃａｌ成分の補正量をフィードフォワード制御方式で求める。半導体装置Ａについて、このようにして求めた補正量を実際のアライメントに適用してロットの露光処理を行った。ここでは１９ロットの露光処理を行い、その結果、半導体装置Ａのビア形成工程の工程能力指数Ｃｐは、Ｗ／Ｓｃａｌ−Ｘについては０．４７５、Ｗ／Ｓｃａｌ−Ｙについては０．４６４になった。
【００１８】
なお、工程能力指数Ｃｐは、各プロセスの管理能力を示す指標であって、次の式（２）で表される。
【００１９】
【数２】
Ｃｐ＝（ＵＬ−ＬＬ）／６σ  ……（２）
ここでは、ＵＬはＷ／Ｓｃａｌ−ＸまたはＷ／Ｓｃａｌ−Ｙの規格上限値（Ｕｐｐｅｒ  Ｌｉｍｉｔ）、ＬＬはＷ／Ｓｃａｌ−ＸまたはＷ／Ｓｃａｌ−Ｙの規格下限値（Ｌｏｗｅｒ  ｌｉｍｉｔ）をそれぞれ示している。また、σはＷ／Ｓｃａｌ−ＸまたはＷ／Ｓｃａｌ−Ｙのばらつきを示す指標である。
【００２０】
一方、Ｗ／Ｓｃａｌ成分の補正量をフィードバック制御方式で求めようとした場合には、まず、各ロットｎについて、次の式（３）に示すｓｎ値を求める。
【００２１】
【数３】
Ｉｎｐｕｔ  ＋  Ｏｕｔｐｕｔ  ＝ｓｎ  ……（３）
この式（３）のＩｎｐｕｔは露光装置におけるアライメントのＷ／Ｓｃａｌ−ＸまたはＷ／Ｓｃａｌ−Ｙの最終的な補正量であり、Ｏｕｔｐｕｔはその補正量を用いて露光したときの位置ずれ量である。すなわち、この式（３）のｓｎ値が本来アライメント時に補正されるべき量になる。この式（３）を用いて、半導体装置Ａの例えばロット１〜ロット５の過去５ロットについての製造データからｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４，ｓ５を求める。このとき、次のロット６に適用すべき補正量Ｓ６は、次の式（４）により求められる。
【００２２】
【数４】
Ｓ６＝（ｓ１＋ｓ２＋ｓ３＋ｓ４＋ｓ５）／５  ……（４）
この場合、この式（４）で求められる補正量Ｓ６は、さらにその次のロット７の補正量Ｓ７をフィードバック制御単独で求めるときには、式（３）のＩｎｐｕｔの値として用いられる。
【００２３】
式（３），（４）に示したような各種パラメータを用いた制御モデルにより、半導体装置Ａについてロットｎまでの過去５ロットの製造履歴からフィードバック制御方式で次のロットｎ＋１の補正量（Ｓｎ＋１）を予測し、それを実際にアライメントに適用して露光処理を行った。ここでは１９ロットの露光処理を行い、その結果、半導体装置Ａのビア形成工程のＣｐは、Ｗ／Ｓｃａｌ−Ｘについては０．４７８、Ｗ／Ｓｃａｌ−Ｙについては０．４２９になった。
【００２４】
このようにフィードフォワード制御単独あるいはフィードバック制御単独でＷ／Ｓｃａｌ成分の補正量を求める従来の制御に対し、この第１の実施の形態では、Ｗ／Ｓｃａｌ成分の補正量を、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて求める。このフィードフォワード制御とフィードバック制御との組み合わせにおいては、フィードバック制御に対するフィードフォワード制御の配分比をｍ（０≦ｍ≦１）とする。すなわち、Ｗ／Ｓｃａｌ成分の補正量を、配分比ｍで寄与するフィードフォワード制御と、配分比１−ｍで寄与するフィードバック制御によって計算する。具体的には、上記の要領でフィードフォワード制御によって得られるＷ／Ｓｃａｌ成分の補正量をｍ倍し、上記の要領でフィードバック制御によって得られるＷ／Ｓｃａｌ成分の補正量を１−ｍ倍して、これらを足し合わせることによってＷ／Ｓｃａｌ成分の最終的な補正量とする。
【００２５】
配分比ｍを０．１ステップで変化させ、各配分比ｍで１９ロット分のデータでＣｐを計算したシミュレーション結果を図１および図２に示す。ここで、図１は半導体装置Ａのビア形成工程のＷ／Ｓｃａｌ−ＸについてのＣｐシミュレーション結果を示す図、図２は半導体装置Ａのビア形成工程のＷ／Ｓｃａｌ−ＹについてのＣｐシミュレーション結果を示す図である。これら図１および図２では、横軸は配分比ｍを表わし、縦軸はＣｐの値を表わしている。また、図３および図４は各配分比ｍでＣｐを計算する際のＷ／Ｓｃａｌ−ＸまたはＷ／Ｓｃａｌ−Ｙのばらつき３σを示す図であって、図３はＷ／Ｓｃａｌ−ＸについてのＣｐおよび３σを示す図、図４はＷ／Ｓｃａｌ−ＹについてのＣｐおよび３σを示す図である。ただし、この図３および図４に示したＣｐの値は、それぞれ図１および図２に示したＣｐの値と同じである。
【００２６】
まず、Ｗ／Ｓｃａｌ−Ｘについては、図１および図３に示すように、配分比ｍ＝０．５のときに３σが最も小さくなり、ビア形成工程のＣｐが最も高くなっている。すなわち、フィードフォワード制御単独（ｍ＝１，Ｃｐ＝０．４７５）あるいはフィードバック制御単独（ｍ＝０，Ｃｐ＝０．４７８）で行うよりも、フィードフォワード制御の寄与を０．５とし、フィードバック制御の寄与を０．５として両制御を組み合わせることによって、より適正なＷ／Ｓｃａｌ−Ｘの補正量を求めることが可能になる。
【００２７】
Ｗ／Ｓｃａｌ−Ｙについては、図２および図４に示すように、配分比ｍ＝０．６のときに３σが最も小さくなり、Ｃｐ値が最も高くなっている。すなわち、Ｗ／Ｓｃａｌ−Ｘの場合と同様、フィードフォワード制御単独（ｍ＝１，Ｃｐ＝０．４６４）あるいはフィードバック制御単独（ｍ＝０，Ｃｐ＝０．４２９）で行うよりも、フィードフォワード制御の寄与を０．６とし、フィードバック制御の寄与を０．４として組み合わせることによって、より適正なＷ／Ｓｃａｌ−Ｙの補正量を求めることが可能になる。
【００２８】
なお、従来の製造プロセスでは、実際にはこのＷ／Ｓｃａｌ成分についてプロセス管理を行わないことが多いが、このビア形成工程においては、Ｗ／Ｓｃａｌ成分の３σが±０．３ｐｐｍを越えている場合には、プロセス管理を行っているアライメントの並進成分で許容値を外れる場合が多い。そのため、図１（若しくは図３）および図２（若しくは図４）では、暫定として±０．３ｐｐｍをＷ／Ｓｃａｌ成分の許容値としてＣｐを計算している。
【００２９】
このように、第１の実施の形態では、半導体装置Ａの製造に際し、ビア形成工程前の層間絶縁膜研磨工程の残膜厚の値に基づくフィードフォワード制御と、ビア形成工程内の製造履歴に基づくフィードバック制御とを、Ｃｐが最大になるような配分比ｍで組み合わせる。これにより、Ｗ／Ｓｃａｌ成分の適正な補正量を計算することができるようになり、ビア形成工程におけるＣｐを向上させ、厳しい制御条件にも対応することができるようになる。さらに、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせることで、それぞれを単独で行ったときの効果以上の効果を得ることができるようになるので、高品質の半導体装置Ａを安定して製造することが可能になる。
【００３０】
上記の製造プロセス制御には、例えば半導体装置Ａの製造に用いられるＲｕｎ−ｔｏ−Ｒｕｎ制御器などの製造プロセス制御装置を用いることができる。通常、このような製造プロセス制御装置は、例えば上記半導体装置Ａを製造する上でその製造プロセスの制御に必要となる制御モデル（パラメータを含む）、実際に得られた各種製造データ、ＵＬ，ＬＬの値、各ロットのアライメントの補正量や位置ずれ結果などが格納されるデータベースを備えている。そして、製造プロセス制御装置は、そのようなデータベースから必要に応じてデータを抽出し、制御に必要な計算を実行する機能を有している。このような製造プロセス制御装置のデータベースに、さらに上記の配分比ｍを格納することで、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを配分比ｍで組み合わせた補正量の計算が自動的に行えるようになる。
【００３１】
図５は製造プロセス制御装置の機能ブロック図の一例である。この図５に示す製造プロセス制御装置１０は、データベース１１、入出力部１２、フィードフォワード補正量演算部１３、フィードバック補正量演算部１４および配分比演算部１５を有している。図５中、矢印はデータの流れを示している。
【００３２】
データベース１１は、入出力部１２を介して製造プロセス装置から送られる製造データや製造プロセス装置へ送る補正量を蓄積する。フィードフォワード補正量演算部１３とフィードバック補正量演算部１４とは、データベース１１に蓄積された製造データを加工してその結果をデータベース１１に保存するとともに、配分比演算部１５へその結果を引き渡す。配分比演算部１５は、データベース１１に蓄積された所定のロットに関する条件を考慮した上、Ｃｐが最大となる配分比を算出して補正量を決定し、データベース１１へその結果を引き渡す。
【００３３】
図６は製造プロセス制御装置のデータベースの一例である。この図６に示すように、製造プロセス制御装置のデータベースに、制御モデル、製造データ、ＵＬ，ＬＬの値、アライメントの補正量や位置ずれ結果など（図６では単に「データ１」，「データ２」などと記している。）、フィードフォワード制御およびフィードバック制御にそれぞれ必要なデータに、さらに配分比ｍも加えるようにする。
【００３４】
このような構成を有する製造プロセス制御装置は、例えば上記ビア形成工程の制御であれば、まず、データベースに格納されている制御モデル（式（１））並びにそれを用いた計算に必要なパラメータ（Ｄ，Ｅ）、および製造データとして格納している残膜厚ｘ（ｔ）を抽出する。そして、所定ロットについてのフィードフォワード制御によるＷ／Ｓｃａｌ成分の補正量を計算する。次いで、製造プロセス制御装置は、データベースに格納されている制御モデル（式（３），（４））、およびその計算に必要な所定ロット前のＷ／Ｓｃａｌ成分の最終的な補正量や位置ずれ量といった製造データを抽出する。そして、所定ロットのフィードバック制御によるＷ／Ｓｃａｌ成分の補正量を計算する。フィードフォワード制御、フィードバック制御で計算されたそれぞれのＷ／Ｓｃａｌ成分の補正量は、データベースに格納される。
【００３５】
この所定ロットのデータをデータベースに既存の複数ロットについてのデータに加え、その所定ロットで想定される位置ずれ量を考慮して、配分比ｍを適当に変化させてＣｐを計算し、Ｃｐが最大になるような配分比ｍを計算する。このようにして計算された配分比ｍでフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせ、Ｗ／Ｓｃａｌ成分の最終的な補正量を計算する。なお、Ｃｐの計算においては、必ずしも蓄積されている全ロットのデータを用いる必要はなく、制御精度や計算量などを考慮して、用いるデータ数を任意に設定することができる。
【００３６】
製造プロセス制御装置は、計算後のＷ／Ｓｃａｌ成分の最終的な補正量を用いて、露光装置にその所定ロットのアライメントを実行させる。製造プロセス制御装置は、このようにして計算された配分比ｍをデータベースに格納し、ロットが変更になって新たに配分比ｍを計算したときには、データベースに格納されている配分比ｍの値を更新する。
【００３７】
また、製造プロセス制御装置のデータベースに格納されている制御モデルは、最適な配分比ｍを計算するため、半導体装置Ａの製造過程で得られる最新の製造データを用いて更新される。制御モデルの更新は、最新の製造データがデータベースに格納されるタイミングや、補正量の計算が行われる直前のタイミング、あるいは先の更新から一定期間経過後に定期的に行われるようにすることができる。
【００３８】
なお、この第１の実施の形態では、半導体装置Ａのビア形成工程を例にして述べたが、本発明に係る製造プロセス制御は、半導体装置Ａを製造するためのその他の製造プロセスにも適用可能である。したがって、ここで述べた露光装置のほか、成膜やエッチングなど各製造プロセスにおいて用いられるその他の種々の半導体製造装置に対しても制御が行える。
【００３９】
さらに、本発明に係る製造プロセス制御におけるフィードフォワード制御は、制御すべき製造プロセスと、半導体装置Ａのデバイス特性検査工程を含むすべての製造プロセスとの組み合わせに対して適用可能である。したがって、上記の例のように、ひとつ前の製造プロセスとの相関関係のみに限定されるものではない。製造プロセス制御装置には、そのデータベースに、ビア形成工程のデータに限らず、各製造プロセスの制御に必要な制御モデル、製造データ、ＵＬ，ＬＬの値、アライメントの補正量や位置ずれ結果などが格納され、配分比ｍが格納される。製造プロセス制御装置では、各製造プロセスにおける最適な制御モデルを用いて必要な制御量が計算され、Ｃｐに基づく配分比ｍを用いて最終的な制御量が求められる。
【００４０】
この第１の実施の形態では、半導体装置Ａの製造プロセスを対象としたが、本発明に係る製造プロセス制御は、その他の各種半導体装置の各製造プロセスにも適用可能である。
【００４１】
次に、第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態では、ある半導体装置Ｂを製造する際のフォトプロセス工程における配線層形成工程を制御する場合を例にして述べる。
【００４２】
ここで用いられる半導体装置Ｂは、その内部に、Ｓｉウェハ上のトランジスタが、その上層に形成された層間絶縁膜を貫通するタングステン（Ｗ）などの埋め込み電極を介して、ＡｌやＣｕなどの配線層と接続された構造を有している。半導体装置Ｂがこのような構造を有している場合、配線層は、トランジスタに達する埋め込み電極材料を堆積してこれを研磨する工程の後、配線層材料を成膜し、フォトレジストの形成およびその露光工程を経て、配線層材料のエッチングにより形成される。
【００４３】
配線層形成工程では、露光装置により露光する際、まず、配線層材料を成膜してフォトレジストを塗布した後のウェハに対し、アライメントを行う。この半導体装置Ｂの製造における露光装置でのアライメントは、複数枚のウェハの組を１ロットとし、ロットごとに、ウェハの並進方向、面方向、回転方向のそれぞれのオフセット成分を補正するようにして行われる。ここでは、ウェハ回転方向のアライメントで生じるオフセット成分（Ｗａｆｅｒ  Ｒｏｔａｔｉｏｎ成分，以下「Ｗ／Ｒｏｔ成分」という。）の補正量を求める場合について述べる。
【００４４】
配線層形成工程に先立って行われる埋め込み電極材料の研磨工程では、通常、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置を用いて、堆積後の埋め込み電極材料を、埋め込み電極用のビアが形成されている層間絶縁膜表面が露出するまで研磨する。Ｗ／Ｒｏｔ成分は、Ｘ成分（Ｗ／Ｒｏｔ−Ｘ）、Ｙ成分（Ｗ／Ｒｏｔ−Ｙ）共に、このＣＭＰ装置のパッド交換からのウェハ処理枚数に応じて変化するようになる。ＣＭＰ装置のパッド交換からのウェハ処理枚数（ｘ（ｃ））とＷ／Ｒｏｔ成分の値（Ｗ／Ｒｏｔ）との間には、次の式（５）で表わされるような一次の相関関係が認められる。
【００４５】
【数５】
Ｗ／Ｒｏｔ＝Ｆ×ｘ（ｃ）＋Ｇ  ……（５）
ここで、Ｆは係数、Ｇは定数項である。そして、式（５）のＷ／Ｒｏｔは、ここでは露光装置におけるアライメントのＷ／Ｒｏｔ−ＸまたはＷ／Ｒｏｔ−Ｙの補正量と、この補正量でアライメントを行って露光したときの位置ずれ量との和から求められる値である。すなわち、このＷ／Ｒｏｔの値が本来アライメント時に補正されるべき量になる。
【００４６】
この式（５）のようなパラメータＦ，Ｇを用いた制御モデルにより、ロットごとに、ＣＭＰ装置のパッド交換からのウェハ処理枚数の値から、Ｗ／Ｒｏｔ成分の補正量をフィードフォワード制御方式で求める。半導体装置Ｂについて、このようにして求めた補正量を実際のアライメントに適用して露光処理を行った。ここでは１９ロットの露光処理を行い、上記の式（２）において、ＵＬをＷ／Ｒｏｔ−ＸまたはＷ／Ｒｏｔ−Ｙの規格上限値（Ｕｐｐｅｒ  Ｌｉｍｉｔ）、ＬＬをＷ／Ｒｏｔ−ＸまたはＷ／Ｒｏｔ−Ｙの規格下限値（Ｌｏｗｅｒ  ｌｉｍｉｔ）とし、σをＷ／Ｒｏｔ−ＸまたはＷ／Ｒｏｔ−Ｙのばらつきとして、Ｃｐを計算する。その結果、配線層形成工程のＣｐは、Ｗ／Ｒｏｔ−Ｘについては０．５１３、Ｗ／Ｒｏｔ−Ｙについては０．５５７になった。
【００４７】
一方、Ｗ／Ｒｏｔ成分の補正量をフィードバック制御方式で求めようとした場合には、第１の実施の形態と同様、式（３），（４）を用い、例えばロットｎまでの過去５ロットについてｓｎを求めて次のロットｎ＋１の補正量（Ｓｎ＋１）を求める。このようにして過去５ロットの製造履歴からフィードバック制御方式でＷ／Ｒｏｔ成分の補正量を予測し、それを実際のアライメントに適用して露光処理を行った。ここでは１９ロットの露光処理を行い、その結果、配線層形成工程のＣｐは、Ｗ／Ｒｏｔ−Ｘについては０．４７８、Ｗ／Ｒｏｔ−Ｙについては０．５００になった。
【００４８】
この第２の実施の形態では、配線層形成工程のＷ／Ｒｏｔ成分の補正量を、フィードバック制御に対するフィードフォワード制御の配分比をｍ（０≦ｍ≦１）として、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて求める。組み合わせの方法は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００４９】
配分比ｍを０．１ステップで変化させ、各配分比ｍで１９ロット分のデータでＣｐを計算したシミュレーション結果を図７および図８に示す。図７は半導体装置Ｂの配線層形成工程のＷ／Ｒｏｔ−ＸについてのＣｐシミュレーション結果を示す図、図８は半導体装置Ｂの配線層形成工程のＷ／Ｒｏｔ−ＹについてのＣｐシミュレーション結果を示す図である。これら図７および図８では、横軸は配分比ｍを表わし、縦軸はＣｐの値を表わしている。
【００５０】
まず、Ｗ／Ｒｏｔ−Ｘについては、図７に示すように、配線層形成工程のＣｐが配分比ｍ＝０．６のときに最も高くなっている。すなわち、フィードフォワード制御単独（ｍ＝１，Ｃｐ＝０．５１３）あるいはフィードバック制御単独（ｍ＝０，Ｃｐ＝０．４７８）で行うよりも、フィードフォワード制御の寄与を０．６とし、フィードバック制御の寄与を０．４として両制御を組み合わせることによって、より適正なＷ／Ｒｏｔ−Ｘの補正量を求めることが可能になる。
【００５１】
Ｗ／Ｒｏｔ−Ｙについては、図８に示すように、配線層形成工程のＣｐが配分比ｍ＝０．７のときに最も高くなっている。すなわち、フィードフォワード制御単独（ｍ＝１，Ｃｐ＝０．５５７）あるいはフィードバック制御単独（ｍ＝０，Ｃｐ＝０．５００）で行うよりも、フィードフォワード制御の寄与を０．７とし、フィードバック制御の寄与を０．３として両制御を組み合わせることによって、より適正なＷ／Ｒｏｔ−Ｙの補正量を求めることが可能になる。
【００５２】
なお、上記第１の実施の形態で述べたビア形成工程の場合と同様に、従来の製造プロセスでは、通常、このＷ／Ｒｏｔ成分はプロセス管理を行わないことが多いが、この第２の実施の形態の配線層形成工程においても、Ｗ／Ｒｏｔ成分の３σが±０．３ｐｐｍを越えている場合には、プロセス管理を行っているアライメントの並進成分で許容値を外れる場合が多い。そのため、図７および図８では、暫定として±０．３ｐｐｍをＷ／Ｒｏｔ成分の許容値としてＣｐを計算している。
【００５３】
第２の実施の形態における半導体装置Ｂの製造プロセス制御は、第１の実施の形態と同様、製造プロセス制御装置を用いて行われる。その場合、製造プロセス制御装置のデータベースには、半導体装置Ｂの製造プロセス制御に必要な制御モデル、各種製造データ、ＵＬ，ＬＬの値、各ロットのアライメントの補正量や位置ずれ結果などに加え、さらに配分比ｍが格納される。製造プロセス制御装置は、そのデータベースから必要なデータを抽出し、Ｃｐが最大となる配分比ｍを求めて、Ｗ／Ｒｏｔ成分についての最終的な補正量を求め、露光装置にアライメントを実行させる。また、配分比ｍはデータベースに格納され、新たに配分比ｍが計算されたときには、その値が更新される。また、第１の実施の形態と同様、データベースに格納されている制御モデルは、半導体装置Ｂの製造過程で得られる最新の製造データを用いて、所定のタイミングで更新される。
【００５４】
以上述べたように、第２の実施の形態では、半導体装置Ｂの製造に際し、配線層形成工程前の埋め込み電極材料研磨工程におけるＣＭＰ装置のパッド交換からのウェハ処理枚数に基づくフィードフォワード制御と、配線層形成工程内の製造履歴に基づくフィードバック制御とを、Ｃｐが最大になるような配分比ｍで組み合わせる。これにより、Ｗ／Ｒｏｔ成分の適正な補正量を計算することができるようになり、配線層形成工程のＣｐを向上させ、厳しい制御条件にも対応することができるようになる。さらに、フィードフォワード制御とフィードバック制御を組み合わせることで、それぞれを単独で行ったときの効果以上の効果を得ることができるようになるので、高品質の半導体装置Ｂを安定して製造することが可能になる。
【００５５】
なお、この第２の実施の形態では、半導体装置Ｂの配線層形成工程を例にして述べたが、本発明に係る製造プロセス制御は、半導体装置Ｂを製造するためのその他のプロセスにも適用可能である。したがって、露光装置以外のその他の半導体製造装置に対しても制御が可能である。
【００５６】
さらに、本発明に係る製造プロセス制御は、制御すべき製造プロセスと、半導体装置Ｂのデバイス特性検査工程を含むすべての製造プロセスとの組み合わせに対して適用可能である。製造プロセス制御装置には、そのデータベースに、配線層形成工程のデータに限らず、各製造プロセスの制御に必要な制御モデル、製造データ、ＵＬ，ＬＬの値、アライメントの補正量や位置ずれ結果などに加え、配分比ｍが格納される。製造プロセス制御装置では、各製造プロセスにおける最適な制御モデルを用いて必要な制御量が計算され、Ｃｐに基づく配分比ｍを用いて最終的な制御量が求められる。
【００５７】
次に、第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態では、ある半導体装置Ｃを製造する際のフォトプロセス工程における配線層形成工程を制御する場合を例にして述べる。
【００５８】
この第３の実施の形態の製造プロセス制御方法は、半導体装置Ｃを対象にしている点で、半導体装置Ｂを対象にした第２の実施の形態と相違する。半導体装置Ｃはその内部に第２の実施の形態の半導体装置Ｂと同様の構造を有しており、配線層形成工程とその前の埋め込み電極材料研磨工程に基づいて制御を行う点は第２の実施の形態と同じである。半導体装置ＣのＷ／Ｒｏｔ成分の補正量を、フィードバック制御に対するフィードフォワード制御の配分比をｍ（０≦ｍ≦１）として、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて求める。
【００５９】
第２の実施の形態と同様にして、配分比ｍを０．１ステップで変化させ、各配分比ｍで１９ロット分のデータでＣｐを計算したシミュレーション結果を図９および図１０に示す。図９は半導体装置Ｃの配線層形成工程のＷ／Ｒｏｔ−ＸについてのＣｐシミュレーション結果を示す図、図１０は半導体装置Ｃの配線層形成工程のＷ／Ｒｏｔ−ＹについてのＣｐシミュレーション結果を示す図である。これら図９および図１０では、横軸は配分比ｍを表わし、縦軸はＣｐの値を表わしている。
【００６０】
Ｗ／Ｒｏｔ−Ｘについては、図９に示すように、フィードフォワード制御の寄与を０．３とし、フィードバック制御の寄与を０．７として両制御を組み合わせることによって、配線層形成工程のＣｐは最大となり、より適正なＷ／Ｒｏｔ−Ｘの補正量を求めることが可能になる。フィードフォワード制御単独（ｍ＝１，Ｃｐ＝０．２７６）あるいはフィードバック制御単独（ｍ＝０，Ｃｐ＝０．３２７）で行う以上の効果が得られている。
【００６１】
Ｗ／Ｒｏｔ−Ｙについては、図１０に示すように、フィードフォワード制御の寄与を０．３とし、フィードバック制御の寄与を０．７として両制御を組み合わせることによって、配線層形成工程のＣｐは最大となり、より適正なＷ／Ｒｏｔ−Ｙの補正量を求めることが可能になる。フィードフォワード制御単独（ｍ＝１，Ｃｐ＝０．２９５）あるいはフィードバック制御単独（ｍ＝０，Ｃｐ＝０．３２３）で行う以上の効果が得られている。
【００６２】
このように第３の実施の形態では、第２の実施の形態の場合とは異なり、フィードフォワード制御の寄与に比べてフィードバック制御の寄与が大きい方が、配線層形成工程のＣｐは大きくなっている。
【００６３】
なお、この第３の実施の形態においても、第１，第２の実施の形態と同様、半導体装置Ｃの製造プロセスの制御には製造プロセス制御装置が用いられ、そのデータベースには、半導体装置Ｃの製造プロセス制御に必要な制御モデル、各種製造データ、ＵＬ，ＬＬの値、各ロットのアライメントの補正量や位置ずれ結果などに加え、配分比ｍが格納される。製造プロセス制御装置は、そのデータベースから必要なデータを抽出し、Ｃｐが最大となる配分比ｍを求めてＷ／Ｒｏｔ成分の最終的な補正量を計算し、露光装置にアライメントを実行させる。配分比ｍはデータベースに格納され、新たに配分比ｍが計算されたときには、その値が更新される。また、第１，第２の実施の形態と同様、データベースに格納されている制御モデルは、半導体装置Ｃの製造過程で得られる最新の製造データを用いて、所定のタイミングで計算されて更新される。
【００６４】
以上述べたように、第３の実施の形態では、半導体装置Ｃの製造に際し、配線層形成工程前の埋め込み電極材料研磨工程におけるＣＭＰ装置のパッド交換からのウェハ処理枚数に基づくフィードフォワード制御と、配線層形成工程内の製造履歴に基づくフィードバック制御とを、Ｃｐが最大となるような配分比ｍで組み合わせる。これにより、Ｗ／Ｒｏｔ成分の適正な補正量を計算することができるようになり、配線層形成工程におけるＣｐを向上させ、厳しい制御条件にも対応することができるようになる。さらに、フィードフォワード制御とフィードバック制御を組み合わせることで、それぞれを単独で行ったときの効果以上の効果を得ることができるようになるので、高品質の半導体装置Ｃを安定して製造することが可能になる。
【００６５】
なお、この第３の実施の形態では、半導体装置Ｃの配線層形成工程を例にして述べたが、本発明に係る製造プロセス制御方法は、半導体装置Ｃを製造するためのその他のプロセスにも適用可能である。したがって、露光装置以外のその他の半導体製造装置に対しても制御が可能である。
【００６６】
さらに、本発明に係る製造プロセス制御方法は、制御すべき製造プロセスと、半導体装置Ｃのデバイス特性検査工程を含むすべての製造プロセスとの組み合わせに対して適用可能である。製造プロセス制御装置には、そのデータベースに、配線層形成工程のデータに限らず、各製造プロセスの制御に必要な制御モデル、製造データ、ＵＬ，ＬＬの値、アライメントの補正量や位置ずれ結果などに加え、配分比ｍが格納される。各製造プロセスにおける最適な制御モデルを用いて必要な制御量が計算され、Ｃｐに基づく配分比ｍを用いて最終的な制御量が求められる。
【００６７】
（付記１）  半導体装置の製造プロセス制御方法において、
一の製造プロセスの制御を、前記一の製造プロセスと前記一の製造プロセスと異なる１または２以上の他の製造プロセスとの間に存在する相関関係を用いるフィードフォワード制御と、前記一の製造プロセスにおける製造履歴を用いるフィードバック制御とを組み合わせて行うことを特徴とする半導体装置の製造プロセス制御方法。
【００６８】
（付記２）  前記一の製造プロセスの制御を、前記フィードフォワード制御と前記フィードバック制御とを組み合わせて行う際には、
前記一の製造プロセスの制御に対し、前記フィードフォワード制御と前記フィードバック制御とを、前記一の製造プロセスの工程能力指数が最大になるように設定された配分比で寄与させることを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造プロセス制御方法。
【００６９】
（付記３）  前記配分比をデータベースに格納し、新たな配分比が設定される場合には、前記データベースに格納された前記配分比を前記新たな配分比に更新することを特徴とする付記２記載の半導体装置の製造プロセス制御方法。
【００７０】
（付記４）  前記フィードフォワード制御と前記フィードバック制御とを組み合わせて前記一の製造プロセスの制御を行って得られる前記半導体装置に関する製造データをデータベースに格納し、
前記データベースに格納された前記製造データのうち最新の製造データを用いて、前記フィードフォワード制御に用いられる制御モデルと前記フィードバック制御に用いられる制御モデルとを更新し、
更新された前記フィードフォワード制御に用いられる制御モデルと前記フィードバック制御に用いられる制御モデルとを用いて、前記一の製造プロセスの制御を行うことを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造プロセス制御方法。
【００７１】
（付記５）  前記フィードフォワード制御に用いられる制御モデルと前記フィードバック制御に用いられる制御モデルとは、前記一の製造プロセスの制御に要する制御量を求める直前に更新されることを特徴とする付記４記載の半導体装置の製造プロセス制御方法。
【００７２】
（付記６）  半導体装置の製造プロセス制御装置において、
一の製造プロセスの制御を、前記一の製造プロセスと前記一の製造プロセスと異なる１または２以上の他の製造プロセスとの間に存在する相関関係を用いるフィードフォワード制御と、前記一の製造プロセスにおける製造履歴を用いるフィードバック制御とを組み合わせて行うことを特徴とする半導体装置の製造プロセス制御装置。
【００７３】
（付記７）  前記一の製造プロセスの制御に対し、前記フィードフォワード制御と前記フィードバック制御とを特定の配分比で寄与させることを特徴とする付記６記載の半導体装置の製造プロセス制御装置。
【００７４】
（付記８）  前記配分比は、前記一の製造プロセスの工程能力指数が最大になるように設定されることを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造プロセス制御装置。
【００７５】
（付記９）  前記配分比が格納されるデータベースを有し、新たな配分比が設定される場合には、前記データベースに格納された前記配分比を前記新たな配分比に更新することを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造プロセス制御装置。
【００７６】
（付記１０）  前記フィードフォワード制御と前記フィードバック制御とを組み合わせて前記一の製造プロセスの制御を行って得られる前記半導体装置に関する製造データが格納されるデータベースを有し、
前記データベースに格納された前記製造データのうち最新の製造データを用いて、前記フィードフォワード制御に用いられる制御モデルと前記フィードバック制御に用いられる制御モデルとが更新され、
更新された前記フィードフォワード制御に用いられる制御モデルと前記フィードバック制御に用いられる制御モデルとを用いて、前記一の製造プロセスの制御が行われることを特徴とする付記６記載の半導体装置の製造プロセス制御装置。
【００７７】
（付記１１）  前記フィードフォワード制御に用いられる制御モデルと前記フィードバック制御に用いられる制御モデルとは、前記一の製造プロセスの制御に要する制御量を求める直前に更新されることを特徴とする付記１０記載の半導体装置の製造プロセス制御装置。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、半導体装置の一の製造プロセスの制御を、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて行うようにした。これにより、半導体装置の各製造プロセスの適正な制御量を求めることができるようになり、Ｃｐを向上させ、厳しい制御条件にも対応することが可能になる。フィードフォワード制御、フィードバック制御をそれぞれ単独で用いたときの効果以上の効果を得ることができるようになるので、高品質の半導体装置を安定して製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置Ａのビア形成工程のＷ／Ｓｃａｌ−ＸについてのＣｐシミュレーション結果を示す図である。
【図２】半導体装置Ａのビア形成工程のＷ／Ｓｃａｌ−ＹについてのＣｐシミュレーション結果を示す図である。
【図３】Ｗ／Ｓｃａｌ−ＸについてのＣｐおよび３σを示す図である。
【図４】Ｗ／Ｓｃａｌ−ＹについてのＣｐおよび３σを示す図である。
【図５】製造プロセス制御装置の機能ブロック図の一例である。
【図６】製造プロセス制御装置のデータベースの一例である。
【図７】半導体装置Ｂの配線層形成工程のＷ／Ｒｏｔ−ＸについてのＣｐシミュレーション結果を示す図である。
【図８】半導体装置Ｂの配線層形成工程のＷ／Ｒｏｔ−ＹについてのＣｐシミュレーション結果を示す図である。
【図９】半導体装置Ｃの配線層形成工程のＷ／Ｒｏｔ−ＸについてのＣｐシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】半導体装置Ｃの配線層形成工程のＷ／Ｒｏｔ−ＹについてのＣｐシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
ｍ  配分比
Ｃｐ  工程能力指数
３σ  ばらつき
１０  製造プロセス制御装置
１１  データベース
１２  入出力部
１３  フィードフォワード補正量演算部
１４  フィードバック補正量演算部
１５  配分比演算部
【図１】
2004327778.tif 000003
【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】
2004327778.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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