(57)【要約】多変量のプロセス制御システムを実装する方法および装置である。ワークピースが第一の時間中に第一プロセス制御関数を用いて処理される。第一の時間中の一部において、ワークピースを処理するために、第二プロセス制御関数が実施される。第二プロセス制御関数は、少なくとも一つの第二制御パラメータを修正することができる。
2006507685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の時間中に第一プロセス制御関数を用いてワークピースを処理する段階と、
前記第一の時間中の少なくとも一部において、少なくとも一つの第二制御パラメータの修正が可能な第二プロセス制御関数を実施する段階とを含む方法。
【請求項２】
前記ワークピースを処理する段階がさらに、半導体ウェハ（１０５）を処理する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第一プロセス制御関数を用いて前記ワークピースを処理する段階がさらに、第一コントローラ（３５０）を用いて前記第一プロセス制御関数を用いて、前記ワークピースを処理する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第二プロセス制御関数を実施する段階がさらに、第二コントローラ（３６０）を用いて前記第二プロセス制御関数を実施する段階を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第一および第二プロセス制御関数を実施する段階がさらに、第一制御ループに入れ子にされた第二制御ループを用いて、前記第一および第二プロセス制御関数を実施する段階を含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
ウェハステートデータを取得する段階がさらに、計測データを取得することを含む、請求項７記載の方法。
【請求項７】
ツールステートデータを取得す段階がさらに、前記ワークピースに実施されるプロセスに関連する、圧力データ、温度データ、湿度データ、ガスフローレートデータ、のうち、少なくとも一つに関連するツールステートデータを取得する段階を含む、請求項７記載の方法。
【請求項８】
多変量のプロセス制御システムを実装するためのシステムであって、
前記システムは、
ワークピースを処理するためのプロセシングツール（７１０）と、
前記プロセシングツール（７１０）に機能的に結合されている第一コントローラ（３５０）とを備えており、
前記第一コントローラ（３５０）は、第一の時間中に第一のプロセス制御関数を用いて前記ワークピースを処理するものであって、かつ、
前記プロセシングツール（７１０）および前記第一コントローラ（３５０）に機能的に結合されている第二コントローラ（３６０）を備えており、
前記第二コントローラ（３６０）は、前記第一の時間中の少なくとも一部において、前記ワークピースを処理するために第二プロセス制御関数を実施するためのものであって、
前記第二プロセス制御関数は少なくとも一つの第二制御パラメータの修正が可能である、システム。
【請求項９】
前記第二プロセシングコントローラが、前記第一コントローラ（３５０）により形成される、第一ループに入れ子にされた、第二制御ループを形成する、請求項１７記載のシステム。
【請求項１０】
命令でエンコードされた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、前記命令がコンピュータ（７３０）により実行される場合に、
第一の時間中に第一プロセス制御関数を用いてワークピースを処理するステップと、
前記第一の時間中の少なくとも一部において、前記ワークピースを処理するために、少なくとも一つの第二制御パラメータの修正が可能な第二プロセス制御関数を実施するステップとを含む方法を実行する、コンピュータ読み取り可能なプログラム記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一般に本発明は半導体製造に関し、さらに具体的には、第一プロセスコントローラとともに、第二プロセスコントローラを採用する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業における技術が急激に進歩しているために、新しく、革新的な多くの製造工程が生まれている。今日の製造工程、特に半導体の製造工程は、多くの重要な段階を要求する。通常、これらのステップは不可欠なものであり、それ故、厳密な製造管理を維持するために、通常は微調整がされている多くの入力(input)を必要とする。
【０００３】
半導体デバイスの製造には、半導体の原料から、包装された半導体デバイスを作るために、多くの個別の工程段階が要求される。半導体材料の初期成長、半導体結晶の個々のウェハへのスライシング、製造段階（エッチング、ドーピング、イオン注入など）から、完成したデバイスの包装および最終試験までの様々な工程はそれぞれ異なるものであり、かつ特化されているので、それらの工程は異なる制御スキームを有する別の工場で実施される。
【０００４】
通常、プロセスステップのセットが、しばしばロットと呼ばれる半導体ウェハ群をに対して実施される。例えば、様々な異なる材料を有するプロセス層が、半導体ウェハを通じて形成されうる。その後、パターニングされたフォトレジスト層が、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、プロセス層を通じて形成される。その後、通常は、パターニングされたフォトレジスト層をマスクとして使用して、プロセス層を通じ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り、プロセス層の様々なフィーチャー、あるいは構造(object)が形成される。そのようなフィーチャーは、例えば、トランジスタに対するゲート電極構造として使用されうる。多くの場合、半導体ウェハの基板を通じて、トレンチアイソレーション構造も形成され、半導体ウェハを通して電気領域を絶縁する。使用されうるアイソレーション構造の一例は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ：shallow trench isolation）構造である。
【０００５】
一般に、半導体製造施設内の製造ツールは、プロセシングモジュールの製造フレームワーク、あるいはネットワークと通信する。一般に各製造ツールは装置インターフェース（equipment interface）と接続されている。装置インターフェースは製造ネットワークへ接続されているマシンインターフェースへ接続されている。これにより、製造ツールと製造フレームワーク間との通信が促進される。一般にマシンインターフェースは、先進的プロセス制御（ＡＰＣ：Advanced Process Control）の一部でありうる。ＡＰＣシステムは、製造工程を実行するために要求されるデータを自動的に読み出すソフトウエアプログラムでありうる、制御スクリプトを開始する。
【０００６】
図１に、典型的な半導体ウェハ１０５を例示する。一般に、半導体ウェハ１０５は、格子１５０に配列されている複数の個々の半導体ダイ１０３を有している。周知のフォトリソグラフィ工程および装置を用いて、パターニングされたフォトレジスト層が、パターニングされる一つ以上のプロセス層を通じて形成されうる。通常、フォトリソグラフィ工程の一部として、採用される特定のフォトマスクに応じて、ダイ１０３の大体１から４箇所に一度に、ステッパーにより露光工程が実施される。パターニングされたフォトレジスト層が、ポリシリコン層や金属あるいは絶縁材料層などの下位の層、あるいは材料層に施される、ウエットあるいはドライエッチング工程中に、マスクとして使用され、下位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、下位のプロセス層において複製される、ライン型(line-type)特性やオープン型(opening-type)特性などの、複数の特性を備えている。
【０００７】
図２を参照すると、半導体製造システムにより半導体ウェハ１０５に施される典型的なプロセスフローが例示されている。製造システムは、バッチ／ロットに関連づけられている半導体ウェハ１０５を処理する（ブロック２１０）。半導体ウェハ１０５を処理すると、製造システムは、計測データ(metrology data)、および／あるいはツールステートデータ、などの製造データを取得しうる（ブロック２２０）。次に、半導体ウェハ１０５に実施されるプロセスになされうる変化を算出するために、製造システムが製造データを解析する（ブロック２３０）。算出された変化に基づき、製造システムは、半導体ウェハ１０５のプロセスに関連する、第一制御パラメータを調整しうる、フィードバック制御を実施しうる（ブロック２４０）。
【０００８】
従来の方法に関する問題点には、図２に説明しているプロセス制御フローが、通常は、プロセスのレシピ(recipe)を調整するなど、第一プロセス制御パラメータを制御するために用いられる、単変量(uni-variate)のプロセス制御システムを利用することが挙げられる。従来の方法は、半導体ウェハ１０５のプロセスにおけるエラーを低減するために、工程に粗い調整(coarse-point adjustment)を施す、計算を含む。しかしながら、通常、今日のプロセスシステムに採用されている単変量のシステムは、粗い調整しか行わないため、所望の許容範囲内に半導体ウェハ１０５を加工する正確度の実現は容易ではない。多くの場合、基準を満たす半導体ウェハ１０５が処理される前には、いくつかの単変量の制御調整フィードバックサイクルが要求される。このことが、プロセスのエラーに対する反応に時間がかかり、また、半導体ウェハ１０５のプロセスに多額の費用が発生する結果を招く。
【０００９】
本発明は、上述の一つ以上の問題点による影響を克服する、あるいは少なくとも低減することを目的としている。
【発明の開示】
【発明の詳細な説明】
【００１０】
本発明の一態様では、多変量のプロセス制御システムを実装する方法が提供されている。第一の時間中に、第一プロセス制御関数を用いて、加工品、つまりワークピースが処理される。少なくとも一部の第一の時間中に、ワークピースを処理するために、第二プロセス制御関数が実施される。第二プロセス制御関数は少なくとも一つの第二制御パラメータの修正が可能である。
【００１１】
本発明の別の態様では、多変量のプロセス制御システムを実装するシステムが提供されている。システムはワークピースを処理するプロセシングツールを備えている。システムはまた、プロセシングツールに機能的に結合されている、第一および第二プロセスコントローラを備えている。第一プロセスコントローラは、第一の時間中に、第一プロセス制御関数を用いて、ワークピースを処理するように構成されている。第二プロセスコントローラは、第一時間中の少なくとも一部において、ワークピースを処理するために、第二プロセス制御関数を実施できる。第二プロセス制御関数は、少なくとも一つの第二制御パラメータの修正が可能である。
【００１２】
本発明の別の態様では、多変量のプロセス制御システムを実装する装置が提供されている。装置は、第一および第二プロセスコントローラを備えている。第一プロセスコントローラは第一の時間中に、第一プロセス制御関数を用いて、ワークピースを処理するように構成されている。第二プロセスコントローラは、少なくとも一部の第一時間中に、ワークピースを処理するために、第二プロセス制御関数を実施することができる。第二プロセス制御関数は少なくとも一つの第二制御パラメータの修正が可能である。
【００１３】
本発明のさらに別の態様では、命令でエンコードした、コンピュータ読み取り可能なプログラム記録媒体が、多変量のプロセス制御システムを実装するために提供されている。命令でエンコードしたコンピュータ読み取り可能なプログラム記録媒体が、コンピュータにより実行される場合は、第一の時間中に第一プロセス制御関数を用いてワークピースを処理するステップ、および、第一時間中の少なくとも一部において、ワークピースを処理するために、第二プロセス制御関数を実施するステップを含む、方法を実施する。第二プロセス制御関数は、少なくとも一つの第二制御パラメータを修正できる。
【００１４】
本発明は添付の図面と併せて、以下の説明を参照することにより理解されうるものであり、同じ参照番号は同様の要素を表す。
【００１５】
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示として示したものであり、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、および変形例をカバーするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施例を以下に記載する。簡素化のため、現実の実施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品の開発においては、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、多くの特定の実施の決定がなされる。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。さらに、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。
【００１７】
半導体製造において、多くの個別プロセスが存在する。多くの場合、ワークピース（例：半導体ウェハ１０５、半導体デバイスなど）が多数の製造工程のツールを通り抜ける(step through)。本発明の実施形態は、効果的な多変量のプロセス制御のフィードバック、および／あるいはフィードフォーワード制御システムを生成するために、複数のプロセス制御スキームを採用している。本発明の実施形態は、入れ子とされた(nested)第二プロセス制御が補助として用いられうる、第一プロセス制御を提供するために利用されうる。従って、半導体ウェハ１０５に実施されるプロセスの正確度を、よりよく制御するために、細かな調整(fine-point adjustment)に加え、荒い調整(coarse-point adjustment)も行われる。第一の補正的（corrective）フィードバック／フィードフォーワード補正を行うために、異常検知および分類システムが利用されうる。一方で、半導体ウェハ１０５のプロセスに関連する複数の変数に多変量の細かな調整をするために、入れ子とされた第二制御システムが、低いしきい値制限を用いてより早く反応する。さらに、第一プロセス制御により許容される変化率(rate of change)は、さらに細かく調整された、多変量の第二制御システムが実装される率(rate)と異なる。本発明の実施形態を利用して、半導体ウェハ１０５に実施されるプロセスの粗い調整や細かな調整が実現され、これにより、さらに正確に処理される半導体ウェハ１０５がもたらされる。
【００１８】
図３を参照すると、本発明の実施形態によるシステム３００のブロック図が例示されている。システム３００のプロセスコントローラ３１０は、プロセシングツール７１０に関連する様々な動作を制御できる。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、ツールステートデータ（装置の状態データ）などの、製造に関するデータを取得できる。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に、計測ツール７５０を備えている。
【００１９】
システム３００はまた、データベースユニット３４０を備えている。データベースユニット３４０は、製造に関するデータ、システム３００の動作に関するデータ（例：計測データ、プロセスステートデータ（プロセスの状態データ）、プロセシングツール（処理装置）７１０の状態、半導体ウェハ１０５の状態、など）などの、複数の種類のデータを格納するために提供されている。データベースユニット３４０は、プロセシングツール７１０により実施される、複数のプロセス実行に関するツールステートデータなどの、ツールステートデータを格納しうる。データベースユニット３４０は、ツールステートデータ、および／あるいは半導体ウェハ１０５のプロセスに関する他の製造データを、データベースストレージユニット３４５に格納するために、データベースサーバー３４２を備えている。
【００２０】
システム３００はまた、ツールステートデータを取得するために、ツールステートデータ取得ユニット３２０を備えている。ツールステートデータには、プロセシングツール７１０の動作に関する、圧力データ、温度データ、湿度データ、ガスフローデータ、様々な電気データなどが含まれる。エッチングツール用の典型的なツールステートデータは、ガスフロー、チャンバー圧力、チャンバー温度、電圧、反射電力(reflected power)、バックサイド(backside helium)のヘリウム圧力、ＲＦ調整パラメータ(tuning parameter)などを含み、それらは一定期間を通して追跡され、および／あるいは記録されるものである。ツールステートデータはまた、周囲温度や湿度、圧力などの、プロセシングツール７１０の外側のデータを含む。ツールステートデータ取得ユニット３２０のさらに詳細な実例が、図４および以下の添付の解説において提供されている。
【００２１】
システム３００はまた、異常検知および分類（ＦＤＣ：fault detection and classification）ユニット３３０を備えている。該ユニット３３０は、半導体ウェハ１０５のプロセス中の異常に関するデータを提供できる。異常検知および分類ユニット３３０が実施する異常検知解析は、ツールステートデータおよび／あるいは計測データの解析を含む。ＦＤＣユニット３３０は、計測ツールデータを解析することにより、特定のツールステートデータを、処理された半導体ウェハ１０５に検知されるエラーと相互に関連づけることができる。例えば、処理された半導体ウェハ１０５に発見された、限界寸法エラーなどの特定のエラーが、ツールステートデータに関する特定のガスフローレートあるいは温度データと相関されうる。ＦＤＣユニット３３０が実施する異常検知はまた、プロセシングツール７１０と一体化されている、その場(in situ)の検出器からデータを解析することを含む。
【００２２】
システム３００はまた、荒い制御調整および細かな制御調整スキーム(a coarse-point and a fine-point control adjustment scheme)を提供するために共に使用されうる、第一コントローラ３５０と第二コントローラ３６０を備えている。第一コントローラ３５０は、半導体ウェハ１０５のプロセスの動作全体に影響を及ぼす、広範囲にわたる第一制御パラメータ／変数のプロセス制御を行うことができる。例えば、第一コントローラ３５０が、特定の半導体ウェハ１０５のプロセスの手法を変更するために使用されうる、レシピパラメータを調整することができる。一実施形態では、フィードバック、および／あるいはフィードフォーワード補正を実施する場合は、第一コントローラ３５０は、第二コントローラ３６０と比較すると、相対的に高いしきい値に反応する。換言すれば、第一コントローラ３５０はラントゥーランの粗い調整を行い、一方で、第二コントローラ３６０は第二ラントゥーラン補正および／あるいはウェハトゥーウェハ制御調整を行う。
【００２３】
第一コントローラ３５０に対して、入れ子にされたフィードバック制御スキームを実装するために、第二コントローラ３６０が入れ子にされて用いられ、多変量のフィードバック／フィードフィーワード制御調整スキームが提供される。例えば、第一コントローラ３５０が所定の時間間隔でレシピを調整する一方で、第二コントローラ３６０が複数の第二パラメータを調整する。複数の第二パラメータとは、研磨プロセス中に、グラインダに対する半導体ウェハ１０５を位置づけるアームに関する下方向の力（ダウンフォース）パラメータなどである。さらに、第二コントローラ３６０は、第一コントローラ３５０により検知されえない異常の、さらに細かな検知を行う。例えば、圧力などの、ツールステートドリフトは、ＦＤＣユニット３３０により異常として算出されず、そのため、第一コントローラ３５０はそのようなドリフトには反応することができない。しかしながら、第二コントローラ３６０を利用すると、ドリフトが検知されるとともに、圧力変化が調整されうる。例えば、プロセシングツール７１０に関連するチャンバー圧力は、プロセシングツール７１０に関連するフォアライン(foreline)が詰まる(clog)につれ、高まる。第一コントローラ３５０がそのようなドリフトに反応する前に、第二コントローラ３６０は、例えば、圧力が所定の通常値から逸れないように制御するために、スロットル圧力弁(throttle pressure valve)を調整する。第二コントローラ３６０は、プロセスなどに関連する温度やガスフローなども調整する。第二コントローラ３６０は、第一コントローラ３５０により実施される補正を補うために、入れ子式で、フィードバック補正を実施する。第二コントローラ３６０の更なる詳細が、図５および以下の添付の説明において提供されている。
【００２４】
プロセスコントローラ３１０、ＦＤＣユニット３３０、第一コントローラ３５０、および／あるいは第二コントローラ３６０は、スタンドアローンユニットであるソフトウエア、ハードウエアあるいはファームウエアユニットであることができ、あるいは、システム３００に関連するコンピュータシステムと一体化されうる。さらに、図３に例示のブロック図により表されている様々なコンポーネントが、システム通信回線３１５を介して、相互に通信しうる。システム通信回線３１５はコンピュータバス回線、専用のハードウエア通信回線、電話システム通信回線、無線通信回線、あるいは、本発明の開示により恩恵を受ける当業者により実装されうる、他の通信回線でありうる。
【００２５】
図４を参照すると、図３において例示されているツールステートデータ取得ユニット３２０のさらに詳しいブロック図が提供されている。ツールステートデータ取得ユニット３２０は、圧力センサー４１０、温度センサー４２０、湿度センサー４３０、ガスフローレートセンサー４４０、電気センサー４５０などの、いずれの様々な異なる種類のセンサーを備えている。他の形態では、ツールステートデータ取得ユニット３２０は、プロセシングツール７１０と一体化されている、その場(in situ)のセンサーを備えている。圧力センサー４１０は、プロセシングツール７１０における圧力を検知できる。温度センサー４２０は、プロセシングツール７１０の様々な部分の温度を感知できる。湿度センサー４３０は、プロセシングツール７１０の様々な部分の相対湿度、あるいは周りの環境条件(surrounding ambient conditions)の様々な部分の相対湿度を検知できる。ガスフローレートセンサー４４０は、半導体ウェハ１０５のプロセス中に利用される、複数のプロセスガスのフローレートを検知できる、複数のフローレートセンサーを備えている。例えば、ガスフローレートセンサー４４０は、ＮＨ３、ＳｉＨ４、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、および／あるいは他のプロセスガスなどの、ガスフローレートの検知が可能なセンサーを備えている。
【００２６】
一実施形態では、電気センサー４５０は、フォトリソグラフィ工程において使用されるランプに与えられる電力、あるいは電圧、電流などの、複数の電気パラメータを検知できる。ツールステートデータ取得ユニット３２０また、本発明の開示により恩恵を受ける当業者にとって周知の、様々な製造変数の検知が可能な、他のセンサーを備えている。ツールステートデータ検出ユニット３２０はまた、ツールステートデータセンサーデータインターフェース４６０を備えている。ツールステートデータセンサーインターフェース４６０は、プロセシングツール７１０、および／あるいは、ツールステートデータ取得ユニット３２０に含まれている、あるいは関連する様々なセンサーからデータを受信するとともに、データをプロセスコントローラ３１０へ送信する。
【００２７】
図５を参照すると、本発明の実施形態による、第二コントローラ３６０のさらに詳しいブロック図が例示されている。第二コントローラ３６０は、ウェハステートデータ（ウェハの状態データ）、ツールステートデータ、および／あるいはプロセスステートデータなどの、複数の種類の製造データを受信する。ウェハステートデータは、処理された半導体ウェハ１０５と関連し、計測データを解析することにより提供されうる、特定の種類のデータと関連しうる。例えば、ウェハステートデータには、蒸着膜厚、限界寸法測定、などが含まれる。プロセスステートデータは、残留ガス解析ツールなどの、特定のツールにより与えられうるプロセスのステートに関するデータを含む。該解析ツールは、プロセス自体の状態を提供しうる、プロセシングツール７１０に関連する残留ガスに関するデータを提供する。プロセスステートデータの別の例には、光学発光分光法（ＯＥＳ：Optical Emission Spectroscopy）、真空粒子センサー(vacuum particle sensor)、液状化学品濃度(liquid chemical concentration)データ、フーリエ変換赤外(ＦＴＩＲ：Fourier transform infrared)などが含まれる。
【００２８】
第二コントローラ３６０はプロセスドリフト算出ユニット(process drift calculation unit)５１０、および制御パラメータ調整ユニット５２０を備えている。プロセスドリフト算出ユニット５１０は、プロセシングツール７１０の動作におけるドリフト量を算出するために、解析を行う。例えば、プロセスドリフト算出ユニット５１０は、プロセシングツール７１０に関連するチャンバーの圧力のドリフトに関連する指示を与える。ウェハステートデータ、ツールステートデータ、および／あるいはプロセスステートデータを利用して、制御パラメータ調整ユニット５２０は、第二フィードバックプロセス法で調整されうる、一つ以上のパラメータの調整を算出する。制御パラメータ調整ユニット５２０は、第二フィードバックあるいはフィードフォーワードプロセス調整として実装されうる、第一から第Ｎ番目までの、修正された第二パラメータを提供する。圧流や温度、ＲＦ電力などの様々なツールステートパラメータが、第二コントローラ３６０を用いて調整され、プロセスステップを制御するために用いられるレシピなどの、第一制御係数の調整が、低頻度で、荒いプロセス調整で実施されうる。第一コントローラ３５０および第二コントローラ３６０により提供される、入れ子にされたプロセス制御スキームのさらに詳しい説明が、図６および以下の添付の説明において提供されている。
【００２９】
図６を参照すると、本発明の実施形態により、入れ子式のプロセス制御構造のブロック図が例示されている。プロセスステップ（６１０）を実施し、様々な種類の製造データが、システム３００により取得されうる（ブロック６２０）。取得されるデータは、ウェハステートデータ、ツールステートデータ、および／あるいはプロセスステートデータを含む。製造データはＦＤＣデータ（ブロック６３０）を生成するために用いられうる。製造データおよび／あるいはＦＤＣデータは、プロセスステップに関連して、第一制御パラメータを修正するために用いられうる、第一の制御調整計算（ブロック６４０）を行うために使用されうる。調整計算を利用して、プロセスステップ（６１０）に戻される、修正された第一制御パラメータ（６６０）を提供するために、第一フィードバック制御（６５０）が実施される。フィードバック制御は、例えばプロセスステップに関連するレシピパラメータを修正することにより、通常は多変量式で実施される、アウターループ（ブロック６１０−６２０−６３０−６４０−６５０−６６０からの経路）の形をとる。
【００３０】
ブロック６１０−６６０により定義されるアウターループ内に、ブロック６１０−６２０−６７０−６８０−６９０からの経路により示される、入れ子にされたループが実装されうる。製造データは第二プロセス調整計算（ブロック６７０）を行うために使用され、第二制御パラメータにされうる修正を決定する。例えば、第一コントローラ３５０がエッチング時間のコントローラである場合、第二コントローラ３６０は、圧力、ＲＦ電力、ガスフローレート、および／あるいは、同種のものを制御するコントローラでありうる。他の例としては、第一コントローラ３５０が研磨時間のコントローラである場合、第二コントローラ３６０はアーム（研磨装置を保持しうるもの）の圧力、ベルト速度、および／あるいは研磨スラリー濃度(polish slurry concentration)を制御するコントローラでありうる。別の例としては、第一コントローラ３５０が蒸着時間のコントローラである場合、第二コントローラ３６０はギャップ距離(gap distance)、電極距離、および／または、同種のものを制御するコントローラでありうる。また別の例では、第一コントローラ３５０がフォトレジストを施す時間のコントローラである場合、第二コントローラ３６０はスピン速度、ウェハ温度、液体粘度、および／あるいは、同種のものを制御するコントローラでありうる。
【００３１】
第二プロセス調整計算は、第二フィードバック制御（ブロック６８０）を実施するために用いられうる。第二フィードバック制御プロセスは、修正され、かつプロセスステップにフィードバックされうる、複数の第二制御パラメータ（ブロック６９０）を提供しうる。ブロック６１０、６２０、６７０、６８０および６９０により定義される、入れ子にされたインナーループは、図６に例示しているアウターループにより実施されるフィードバック制御とは異なる周波数や速度で、動作が実施される。従って、プロセスステップに荒い調整や細かな調整を施すために、非同期的なフィードバック補正が、多変量式でプロセスになされる。インナーループは、一つ以上のツールステートパラメータなどを調整するために、第二フィードバック制御を行う。インナーループにより定義される第二プロセスは、光学分光計測ツール（optical spectroscopy metrology tool）、化学組成(chemical composition)センサー、残留ガス解析などの様々なツールにより提供されるデータを用いて、半導体ウェハ１０５に施される、プロセスの細かな制御調整を行うために調整されうる、様々な第二パラメータを提供する。
【００３２】
図７を参照すると、本発明の一実施形態による、システム３００のさらに詳しいブロック図が例示されている。半導体ウェハ１０５が、回線、つまりネットワーク７２３を介して与えられる、複数の制御入力信号、あるいは製造パラメータを用いて、プロセシングツール７１０ａ、７１０ｂに処理される。回線７２３の制御入力信号、あるいは製造パラメータは、マシンインターフェース７１５ａ、７１５ｂを介して、コンピュータシステム７３０から、プロセシングツール７１０ａ、７１０ｂへ送られる。通常、第一および第二マシンインターフェース７１５ａ、７１５ｂは、プロセシングツール７１０ａ、７１０ｂの外側に設けられる。別の形態では、第一および第二マシンインターフェース７１５ａ、７１５ｂは、プロセシングツール７１０ａ、７１０ｂ内に設けられる。半導体ウェハ１０５が複数のプロセシングツール７１０へ提供されるとともに、複数のプロセシングツールから運ばれる。一実施形態では、半導体ウェハ１０５は、手動でプロセシングツールへ提供されうる。別の実施形態では、半導体ウェハ１０５は、自動（例：半導体ウェハ１０５のロボティックムーブメント(robotic movement)で、プロセシングツール７１０へ提供されうる。一実施形態では、複数の半導体ウェハ１０５が、ロットで（例：カセットに積み重ねられて）プロセシングツール７１０へ運ばれる。
【００３３】
一実施形態では、コンピュータシステム７３０は、制御入力信号、あるいは製造パラメータを、回線７２３を介して、第一および第二マシンインターフェース７１５ａ、７１５ｂへ送る。コンピュータシステム７３０は、プロセス動作を制御できる。一実施形態では、コンピュータシステム７３０はプロセスコントローラである。コンピュータシステム７３０は、複数のソフトウエアプログラムおよびデータセットを備えている、コンピュータストレージユニット７３２に結合されている。コンピュータシステム７３０は、本明細書に説明している動作を実施できる、一つ以上のプロセッサ（図示せず）を備えている。コンピュータシステム７３０は、制御入力信号を回線７２３に生成するために、製造モデル７４０を採用している。一実施形態では、製造モデル７４０は、回線７２３に沿って、プロセシングツール７１０ａ、７１０ｂに送られる複数の制御入力パラメータを決定する、製造レシピを有する。
【００３４】
一実施形態では、製造モデル７４０は、特定の製造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。プロセシングツールＡ７１０ａを対象にした回線７２３の制御入力信号（あるいは制御入力パラメータ）が、第一マシンインターフェース７１５ａにより受信され、処理される。プロセシングツールＢ７１０ｂを対象にした回線７２３の制御入力信号が、第二マシンインターフェース７１５ｂにより受信され、処理される。半導体製造プロセスにおいて使用される、プロセシングツール７１０ａ、７１０ｂの例は、ステッパー、エッチングプロセスツール、蒸着ツールなどである。
【００３５】
プロセシングツール７１０ａ、７１０ｂにより処理される一つ以上の半導体ウェハ１０５を、計測データを取得するために、計測ツール７５０へ送ることもできる。計測ツール７５０は、スキャトロメトリデータ取得ツール、オーバーレイエラー計測ツール、限界寸法計測ツールなどである。一実施形態では、計測ツール７５０は、一つ以上の処理された半導体ウェハ１０５を検査する。計測データ解析ユニット７６０は、計測ツール７５０からデータを収集、整理、および解析する。計測データは、半導体ウェハ１０５を通じて形成されるデバイスの、様々な物理的あるいは電気的特性に対するものである。例えば、計測データは、回線幅測定、トレンチの深さ、側壁の角度、厚み、抵抗、蒸着膜の光学特性、膜厚、オーバーレイの正確度などについて得られる。計測データは、処理された半導体ウェハ１０５に存在しうる異常を判断するために用いられ、プロセシングツール７１０のパフォーマンスを定量化するために用いられうる。
【００３６】
上述しているように、第一コントローラ３５０は計測データ解析ユニット７６０、様々な製造データを格納しうるデータベースユニット３４０、および／あるいはＦＤＣユニット３３０から計測データを受信する。プロセスに関連するレシピを修正する、などの荒い調整を施すために、第一コントローラ３５０により、異常データおよび／あるいは製造データが用いられうる。第一コントローラ３５０からのデータが、例えば、図６に例示しているアウターループにより示されているように、プロセス制御を実装するためにコンピュータシステム７３０へ送られる。第二コントローラ３６０は、計測データ解析ユニット７６０、データベースユニット３４０、および／あるいはツールステートデータ取得ユニット３２０からデータを受信するとともに、複数の第二制御パラメータに第二制御調整を行う。第二コントローラ３６０からのデータは、入れ子式で第二制御パラメータ調整を実装しうる、コンピュータシステム７３０へ送られ、これは図６において例示されているインナーループにより示されている。コンピュータシステム７３０は、第二コントローラ３６０により提供される第二制御とは異なるレートで、第一コントローラ３５０により提供されるアウターループプロセス制御スキームを実装しうる。
【００３７】
図８を参照すると、本発明の実施形態による方法のフローチャート図が提供されている。システム３００は半導体ウェハ１０５を処理する（ブロック８１０）。半導体ウェハ１０５を処理すると、システム３００は、システム３００により取得される計測データの解析からもたらされる、ウェハステートデータを取得する（ブロック８２０）。システム３００はまた、半導体ウェハ１０５のプロセスに関連するツールステートデータを取得する（ブロック８３０）。さらに、システム３００はまた、システム３００により実施されるプロセスに関連するプロセスステートデータを取得する。
【００３８】
ウェハステートデータ、ツールステートデータ、および／あるいはプロセスステートデータが、入れ子にされた多変量のプロセス制御関数を実施するために、システム３００により用いられる（ブロック８５０）。入れ子にされた多変量のプロセス制御関数は、半導体ウェハ１０５のプロセスの動作を制限する、第一制御パラメータを修正する、荒い調整を施すことを含む。これは、第二制御を行うために、荒い程度の第一制御関数内に入れ子にされている、入れ子にされた制御関数を実装することにより補足される。第二制御は、一つ以上の第二制御パラメータを修正し、半導体ウェハ１０５に施されるプロセスを細かく制御調整する。入れ子にされた多変量のプロセス制御関数は、入れ子にされたインナー第二プロセス制御ループとは異なるレートで動作する、アウタープロセス制御ループを提供する。従って、多変量の入れ子にされた制御関数は、半導体ウェハ１０５に施されるプロセスに、荒い調整および細かな調整を施す。入れ子にされた多変量のプロセス制御関数を実装すると、システム３００は、荒い調整および細かな調整に基づき、後続のプロセスを実施する（ブロック８６０）。
【００３９】
本発明の実施形態を利用して、さらに効果的で正確に処理された半導体ウェハ１０５が製造されうる、半導体ウェハ１０５に施される処理に、荒い調整および細かな調整が施される。本発明の実施形態を利用して、多変量のフィードバックスキームが実施されうる。本発明が教える第二制御スキームは、第一制御スキームから独立した手法で実装され、これにより、第二制御スキームが移動できるようにしている。従って、第二制御スキームは、第一制御スキームの動作中に、オン、あるいはオフにされうる。さらに、第二制御スキームは、製造施設において、他のプロセスセット(process setting)にエクスポートされうる。本発明の実施形態が提供する内容（teachings）は、様々な製造領域において利用されうる。
【００４０】
本発明が教える原理は、ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ，Ｉｎｃ．により提供されるＣａｔａｌｙｓｔシステムなどの、先進的プロセス制御（ＡＰＣ）フレームワークにおいて実装されうる。Ｃａｔａｌｙｓｔシステムは、半導体製造装置材料協会（ＳＥＭＩ：Semiconductor Equipment and Materials International）コンピュータ統合生産（ＣＩＭ：Computer Integrated Manufacturing）フレームワークコンプライアントシステム技術を使用し、該技術は先進的プロセス制御（ＡＰＣ）フレームワークに基づいている。ＣＩＭ（ＳＥＭＩ  Ｅ８１−０６９９−ＣＩＭフレームワークドメインアーキテクチャに対する仮明細書）、および、ＡＰＣ（ＳＥＭＩ  Ｅ９３−０９９９−ＣＩＭフレームワーク先進的プロセス制御コンポーネントに対する仮明細書）の明細書は、ＳＥＭＩから公的に入手可能である。ＡＰＣフレームワークは、本発明が教える制御法を実装するには好ましいプラットフォームである。(from which to implement the control strategy taught by the present invention.)ＡＰＣフレームワークが、工場規模のソフトウエアシステムでありうる実施形態もあり、そのため、本発明が教える制御法が、実際に、現場(factory floor)のいずれの半導体製造ツールに適用されうる。ＡＰＣフレームワークはまた、プロセスパフォーマンスのリモートアクセス、およびモニタリングが可能である。さらに、ＡＰＣフレームワークを利用することにより、データの格納がさらに便利で、フレキシブルになり、また、ローカルドライブよりも安価でありうる。ＡＰＣフレームワークは、必要なソフトウエアコードの書込みを非常にフレキシブルにするので、より高度な種類の制御を可能にする。
【００４１】
本発明が教える制御ストラテジーをＡＰＣフレームワークに配置することは、多くのソフトウエアコンポーネントを必要とする。ＡＰＣフレームワーク内のコンポーネントに加え、制御システムに含まれる半導体製造ツールの各々に対して、コンピュータスクリプトが書かれる。制御システムの半導体製造が、半導体製造工場で開始される場合、通常は、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要求するアクションを開始するスクリプトを要求する。通常、制御法はこれらのスクリプトに定義され、実施される。これらのスクリプトの開発は、制御システム開発の大部分を含む。本発明が教える原理は、別の種類の製造フレームワークに実装されうる。
【００４２】
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およ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。さら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、変形およ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、本発明の趣旨および範囲内のものである。従って、本発明の保護は、請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】処理される半導体ウェハの従来技術を単純化した説明図。
【図２】半導体ウェハの製造中における従来技術のプロセスフローの単純化したフローチャート図。
【図３】本発明の実施形態によるシステムを表したブロック図。
【図４】本発明の一実施形態により、図３のツールステートデータ取得ユニットを表した、さらに詳しいブロック図。
【図５】本発明の一実施形態により、図３の第二コントローラを表した、さらに詳しいブロック図。
【図６】入れ子にされた第二フィードバック制御システムを備えた第一フィードバック制御システムを採用した、多変量のプロセス制御システムを示す説明図。
【図７】本発明の一実施形態により、図３に示されたシステムを表した、さらに詳しいブロック図。
【図８】本発明の一実施形態による方法のフローチャート図。
【図１】
2006507685.tif 000003
【図２】
2006507685.tif 000004
【図３】
2006507685.tif 000005
【図４】
2006507685.tif 000006
【図５】
2006507685.tif 000007
【図６】
2006507685.tif 000008
【図７】
2006507685.tif 000009
【図８】
2006507685.tif 000010
【国際調査報告】
2006507685.tif 000011
2006507685.tif 000012
2006507685.tif 000013