(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造システムであって、ウェハ上の半導体装置に加工を施す加工手段の他に加工結果を測定する測定手段を備え、一連の動作手続きで前記加工手段によるウェハ上の半導体装置の加工を行うと共に、前記測定手段による加工結果の測定を行う機能を有し、前記ウェハ上の半導体装置に加工を行うに際して、加工パラメータ値を設定し、前記加工手段はこの加工パラメータ値を用いて前記ウェハ上の半導体装置の加工を行う半導体製造装置と、
前記半導体製造装置に通信手段を介して内部変数を含む算術式を送信する装置コントローラとを具備し、
前記半導体製造装置が、
前記半導体製造装置に通信手段を介して前記装置コントローラから送信された前記内部変数を含む算術式を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された算術式を保持する保持手段と、
前記算術式の内部変数に少なくとも前記測定手段による測定値を代入して算術式全体の計算を行うことにより前記加工パラメータ値を算出する演算手段と、
を具備することを特徴とする半導体製造システム。
【請求項２】
前記保持手段は、前記算術式の他に外部より前記入力手段によって入力される固定数値も保持し、
前記演算手段は、前記算術式の内部変数に、前記測定値の他に、前記固定数値、又は前記加工手段で得られる諸値、又は予め登録されている加工パラメータ値のいずれか一部又は全部を代入して算術式全体の計算を行うことにより、前記加工パラメータ値を算出することを特徴とする請求項１記載の半導体製造システム。
【請求項３】
前記測定手段によるウェハ上の半導体装置の測定を予め行ない、前記演算手段は、得られた測定値を前記算術式の内部変数に代入して算術式全体の計算を行うことにより前記加工パラメータ値を算出し、前記加工手段は、この算出された加工パラメータ値を用いて前記ウェハ上の半導体装置に対して加工を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体製造システム。
【請求項４】
前記加工手段によって前記ウェハ上の半導体装置の加工を行なった後、前記測定手段によってその加工結果を測定し、前記演算手段は、得られた測定値を前記算術式の内部変数に代入して算術式全体の計算を行うことにより前記加工パラメータ値を算出し、前記加工手段は、この算出された加工パラメータ値を用いて次のウェハ上の半導体装置に対して前記加工と同一加工を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体製造システム。
【請求項５】
ウェハ上の半導体装置に加工を施す加工手段の他に加工結果を測定する測定手段を備え、一連の動作手続きで前記加工手段によるウェハ上の半導体装置の加工を行うと共に、前記測定手段による加工結果の測定を行う機能を有し、前記ウェハ上の半導体装置に加工を行うに際して、加工パラメータ値を設定し、前記加工手段はこの加工パラメータ値を用いて前記ウェハ上の半導体装置の加工を行う半導体製造装置であって、
前記半導体製造装置に通信手段を介して装置コントローラから送信された内部変数を含む算術式を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された算術式を保持する保持手段と、
前記算術式の内部変数に少なくとも前記測定手段による測定値を代入して算術式全体の計算を行うことにより前記加工パラメータ値を算出する演算手段と、
を具備することを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチチャンバー装置やクラスタ装置などの半導体製造装置に係り、特にウェハ毎に加工パラメータを最適化する内部制御システムを制御する半導体製造装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の半導体製造装置の構成例を示したブロック図である。半導体製造装置１０の内部には装置内部に関する一連の制御を司る制御モジュール１１を有し、この制御モジュール１１の制御に基づいて各種モジュール１２、１３、１４が動作する。
【０００３】
まず、制御モジュール１１には半導体装置に成膜、ＣＭＰ（化学機械的研磨）等の加工を施すためのプロセスモジュール１２、加工前後の半導体装置の各種測定を行う測定モジュール１３及び加工途中の半導体装置を搭載したウェハの出し入れやプロセスモジュール１２、測定モジュール１３間のウェハ搬送を行うための搬送モジュール１４がそれぞれ制御可能な通信手段によって接続されている。プロセスモジュール１２、測定モジュール１３、搬送モジュール１４は本半導体製造装置１０が目的とする所望の加工を実現するために必要に応じて複数接続される。
【０００４】
一方、制御モジュール１１には、所望の加工を実現するため、プロセスモジュール１２、測定モジュール１３、搬送モジュール１４における一連の動作手続き（レシピ）を設定、保持するためのレシピ管理装置１５が同様の通信手段によって接続されて、加工を施す際に、適宜、動作手続き（レシピ）をレシピ管理装置１５から読み出す。
【０００５】
履歴記憶装置１６は動作手続きに基づきプロセスモジュール１２、測定モジュール１３で実施した加工、測定の結果を保持する。半導体製造装置１０は、入出力インターフェイス１８を介してはこの半導体製造装置１０に対して加工開始指示や加工パラメータを受信するために、外部に接続された装置コントローラ１９と通信手段を経由して接続されている。
【０００６】
制御モジュール１１は、レシピ管理装置１５から読み出したレシピに、装置コントローラ１９経由で入出力インターフェイス１８により受信した固定数値を加工パラメータ値として設定して、使用するレシピを作成した後、このレシピに基づいてプロセスモジュール１２、測定モジュール１３、搬送モジュール１４を制御することにより、ウェハ上の半導体装置の加工及び測定を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、クラスター装置のような半導体製造装置１０では、従来はウェハの表面に何かの加工を施す単一の機能しか持っていなかったが、加工したものが所定どおりにできているかどうかを測定する検査機能（測定機能）が前記加工プロセス機能に合体した構造になっている。
【０００８】
この装置を使用した場合、従来では、検査装置が別にあったため、加工結果を例えばロット単位でしか検査出来なかったものが、ウェハ単位で加工結果を測定して検査することが出来るようになっている。
【０００９】
この検査結果を加工プロセスにフィードバックして加工パラメータを最適化することは従来も行われていたが、これが固定数値であったため、このままでは、上記半導体製造装置１０のように加工及び測定を同一の制御下で連続して実行して得られた測定値を個々のウェハの加工の最適化に利用することが出来なかった。
【００１０】
本発明は、上述の如き従来の課題を解決するためになされたもので、その目的は、加工及び測定を同一の制御下で連続して実行して得られた測定値をウェハの加工の最適化に利用して加工精度を向上させ、製品の品質向上を図ることが出来る半導体製造装置及び半導体製造装置の制御方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、半導体製造システムであって、ウェハ上の半導体装置に加工を施す加工手段の他に加工結果を測定する測定手段を備え、一連の動作手続きで前記加工手段によるウェハ上の半導体装置の加工を行うと共に、前記測定手段による加工結果の測定を行う機能を有し、前記ウェハ上の半導体装置に加工を行うに際して、加工パラメータ値を設定し、前記加工手段はこの加工パラメータ値を用いて前記ウェハ上の半導体装置の加工を行う半導体製造装置と、前記半導体製造装置に通信手段を介して内部変数を含む算術式を送信する装置コントローラとを具備し、前記半導体製造装置が、前記半導体製造装置に通信手段を介して前記装置コントローラから送信された前記内部変数を含む算術式を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された算術式を保持する保持手段と、前記算術式の内部変数に少なくとも前記測定手段による測定値を代入して算術式全体の計算を行うことにより前記加工パラメータ値を算出する演算手段とを具備することにある。
【００１２】
本発明の他の特徴は、ウェハ上の半導体装置に加工を施す加工手段の他に加工結果を測定する測定手段を備え、一連の動作手続きで前記加工手段によるウェハ上の半導体装置の加工を行うと共に、前記測定手段による加工結果の測定を行う機能を有し、前記ウェハ上の半導体装置に加工を行うに際して、加工パラメータ値を設定し、前記加工手段はこの加工パラメータ値を用いて前記ウェハ上の半導体装置の加工を行う半導体製造装置であって、前記半導体製造装置に通信手段を介して装置コントローラから送信された内部変数を含む算術式を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された算術式を保持する保持手段と、前記算術式の内部変数に少なくとも前記測定手段による測定値を代入して算術式全体の計算を行うことにより前記加工パラメータ値を算出する演算手段と、を具備することにある。
【００１６】
本発明によれば、半導体装置の加工を行う際に送信する加工パラメータとして、従来から利用している固定数値ではなく、算術式を送信し、この算術式から具体的な加工パラメータを算出し、これをレシピに設定して半導体装置の加工を行う。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の半導体製造装置の一実施形態に係る構成を示したブロック図である。半導体製造装置１００は、装置内部に関する一連の制御を司る制御モジュール１、ウェハ上の半導体装置に加工を施すためのプロセスモジュール２、加工前後のウェハ上の半導体装置に各種測定を行う測定モジュール３及び加工途中の半導体装置を搭載したウェハの出し入れや、プロセスモジュール２及び測定モジュール３間のウェハ搬送を行う搬送モジュール４、プロセスモジュール２、測定モジュール３、搬送モジュール４における一連の動作手続（レシピ）を設定、保持するためのレシピ管理装置５、前記動作手続きに基づきプロセスモジュール２、測定モジュール３で実施した加工、測定結果を保持する履歴記憶装置６、加工パラメータとして指定された算術式を解析し、この算術式に従って具体的な数値を算出する算術式計算装置７、半導体製造装置に対して加工開始指示や加工パラメータを送信するために半導体製造装置１００の外部に接続された装置コントローラ９に通信手段を経由して接続する入出力インターフェイス８を有している。また、プロセスモジュール２、測定モジュール３、搬送モジュール４は本半導体製造装置１００が目的とする所望の加工を実現するために必要に応じて複数接続される。
【００１８】
図２は上記した算術式計算装置７の処理手順を示したフローチャートである。算術式計算装置７は、まず、制御モジュール１が装置コントローラ９経由で受信した計算対象となる加工パラメータを受け取り（ステップ８０）、加工パラメータが従来通りの固定数値か、本発明固有の算術式かを調査する（ステップ８１）。加工パラメータが算術式であった場合、算術式中に含まれている装置固有の内部変数（内部変数文字列）を抽出し（ステップ８２）、内部変数が含まれていた場合には該当する数値を履歴記憶装置６、プロセスモジュール２、測定モジュール３、搬送モジュール４、またはレシピ管理装置５から取得する（ステップ８３）。取得した数値は算術式の該当する内部変数と置換し（ステップ８４）、算術式全体の計算を行う（ステップ８５）。計算によって得られた固定数値は加工パラメータの算術式自体と置き換る（ステップ８６）。
【００１９】
次に本実施形態の概略動作について説明する。装置コントローラ９経由で上位の図示しないプロセスコントローラなどから使用するレシピの指定情報及び固固定数値の代わりの算術式が入出力インターフェイス８を介して制御モジュール１に送信されてくる。
【００２０】
各種の加工プロセスの処理条件と動作手続き（レシピ）がレシピ管理装置５に保持されているため、制御モジュール１は送信されてきた指定情報に対応するレシピを読み出すと共に、送信されてきた算術式を算術式計算装置７に送る。
【００２１】
算術式計算装置７は入力された算術式に例えば履歴記録装置６に保持されている値を代入してパラメータ値を算出して、制御モジュール１に送る。ここで、履歴記録装置６に値が保持されていない場合は、算術式を用いてパラメータ値を算出できないため、デフォルト値を装置コントローラ９経由で送って貰い、このデフォルト値を用いる。
【００２２】
制御モジュール１は読み出したレシピのパラメータに前記パラメータ値を上書きして、使用するレシピを作成した後、このレシピに従って、搬送モジュール４、プロセスモジュール２及び測定モジュール３を制御して、ウェハの加工及び測定動作を制御する。
【００２３】
プロセスモジュール２は制御モジュール１の制御に従って、ウェハの加工を行い、測定モジュール３は制御モジュール１の制御に従って、プロセスモジュール２で加工されたウェハの測定を行い、搬送モジュール４は制御モジュール１の制御に従って、ウェハを必要なところに搬送する。履歴記録装置６はプロセスモジュール２の動作及び処理過程や測定モジュール３の測定結果を記録する。
【００２４】
図３は本発明の実施例１を説明する概要説明図である。本例では図１に示した半導体製造装置１００により、ＣＭＰプロセス、測定プロセス、及び成膜プロセスの３つのプロセスを連続して処理している。
【００２５】
まず、始めに、ＣＭＰプロセスでは加工パラメータである加工時間に固定数値１２３秒を利用し、固定時間でウェハ表面を平坦に削る加工を施す（ステップ２０）。この時、ＣＭＰプロセスでは加工時に利用する砥液の濃度、砥液を染み込ませたクロスの劣化等の理由で、加工時間が固定であっても加工後の膜厚は一定にならない。
【００２６】
ＣＭＰプロセス（第１モジュール使用）による加工が済むと、次に測定（検査）プロセスにて前プロセス加工後の膜厚測定を行う（第２モジュール使用）（ステップ２１）。検査プロセスでは加工後の残膜厚を測定し、測定値を記憶する。
【００２７】
最後は成膜プロセスにて平坦化後のウェハ表面に適切な膜厚を有する膜を成膜する（第３モジュール使用）（ステップ２２）。ここでは、加工パラメータに算術式を用いることで、測定プロセスの測定結果を有効活用する。尚、第１、第３モジュールは図１のプロセスモジュール２の種類で、第２モジュールは図１の測定モジュール３の種類を示している。
【００２８】
本例で使用している算術式中のパラメータは最終的な膜厚値（１０００ｎｍ）、加工レート（２３４．５ｎｍ／秒）、及び測定した残膜の膜厚(lnsp(ThisWafer)) の３種類であるが、ＣＭＰ（化学機械的研磨）プロセスで加工した後の残膜の膜厚が安定しない場合、残膜の膜厚に測定プロセスの測定値を利用すればよい。
【００２９】
測定プロセスの測定値を示す内部変数を本例ではlnsp(ThisWafer) とした場合、成膜における加工時間は“加工時間＝（最終的な膜厚値−残膜の膜厚）／加工レート”となり、装置に設定する加工パラメータは「(1000-lnsp(ThisWafer）／234.5」となる。
【００３０】
図４は図３に示した実施例１における半導体製造装置１００の制御手順を示したフローチャートである。まず、半導体製造装置１００は処理前に加工パラメータを受信し（ステップ３０）、正しく加工パラメータが受信された後に加工プロセスをスタートする（ステップ３１）。装置スタートの後は最初にＣＭＰプロセスを利用する第１モジュールにウェハをロードし、加工パラメータを読み込む（ステップ３３）。本例では加工パラメータは固定数値１２３となる。続いて第１モジュールにおいて加工パラメータに基づいた加工を行い（ステップ３４）、加工後に処理結果を履歴記憶装置６に書き込む（ステップ３５）。
【００３１】
第１モジュールでの加工が終了したら次に第２モジュールにウェハをロードし（ステップ３６）、測定プロセスに対する加工パラメータ（測定に関する設定情報）を読み込み（ステップ３７）、測定を実施する（ステップ３８）。測定が終了したら得られた測定値を履歴管理装置６に書き込む（ステップ３９）。
【００３２】
第２モジュールでの測定が終了したら次に第３モジュールにウェハをロードし（ステップ４０）、加工パラメータの読み込み（ステップ４１）、及び計算を行う（ステップ４２）。第３モジュールでは加工パラメータとして算術式を利用しているため、次の手続きで加工パラメータの計算を行う。
【００３３】
まず、算術式で記述されたパラメータが指定されると、算術式内で利用されている内部変数を検索し、内部変数で示された装置内部のデータを取得する（ステップ４３）。
【００３４】
本例では現在加工を行おうとしているウェハが前のプロセスで測定した測定結果を示す文字列“lnsp(ThisWafer)"が指定されているため、履歴記憶装置６から該当する値を取得する。全ての内部変数の取得が完了したら次に算術式に基づき数値計算を行う（ステップ４４）。計算によって得られた加工パラメータ値は算術式と置き換え、加工パラメータ計算を完了する（ステップ４５）。
【００３５】
加工パラメータの計算が完了したら、第３モジュールで加工を行い（ステップ４６）、加工後に処理結果を履歴記憶装置６に書き込む（ステップ４７）。その後、最後のウェハまで処理したかどうかを判定し（ステップ４８）、まだ残っている場合はステップ３２に戻り、全て処理した場合は終了通知を装置コントローラ９に送信し（ステップ４９）、処理を終了する。以上で単位ウェハに対する加工が終了する。
【００３６】
また、上記実施例１では、ＣＭＰプロセス、測定プロセス、成膜プロセス全てを図１に示した半導体製造装置１００で行われる場合を説明したが、ＣＭＰプロセスは、別の半導体製造装置（ＣＭＰ装置）で行われ、測定プロセス、成膜プロセスを図１に示した半導体製造装置１００で行うようにしてもよい。この場合、半導体製造装置１００は、測定プロセス、成膜プロセスを行うことになるが、算術式でパラメータ値を算出し、同様の動作が行われる。
【００３７】
図５は本発明の実施例２を説明する概要説明図である。実施例２は、実施例１を更に拡張し、算術式に過去の処理結果を含めている例である。本例では、予め以下に示す一連の加工手続きが１回以上行われている事を前提とする。
【００３８】
まず、測定プロセスで、ウェハの初期の膜厚を測定し（ステップ５０）、加工プロセスにてウェハ表面の加工を行う（ステップ５１）。加工を行う為に使用する加工時間の算出は、最終的な残膜厚（５００ｎｍ）に可能な限り近づけるため、算術式を“加工時間＝（本ウェハの初期膜厚−最終的な残膜厚）／（（前ウェハの初期膜厚−前ウェハの残膜厚）／前ウェハの加工時間）”とする（ステップ５２）。加工が終了したら加工後の残膜厚を測定するために、初期膜厚の測定と同様の測定を行う（ステップ５３）。残膜厚の測定結果は次に処理するウェハの加工時聞を算出するために利用する。
【００３９】
図６は図５に示した実施例２の制御手順を示したフローチャートである。まず、半導体製造装置１００は処理前に加工パラメータを受信し（ステップ６０）、正しく加工パラメータが受信された後に加工プロセスをスタートする（ステップ６１）。
【００４０】
初期膜厚の測定を行うため、測定モジュール３である第２モジュールにウェハをロードし（ステップ６２）、測定に関する設定情報（パラメータ）を読み込んだ後に（ステップ６３）、測定を実施する（ステップ６４）。測定が終了したら、測定結果（加工値）を履歴記録装置６に書き出す（ステップ６５）。
【００４１】
続いて加工モジュールである第１モジュールにウェハをロードし（ステップ６６）、加工パラメータを読み込む（ステップ６７）。ここでは加工パラメータに算術式を利用しているため、実施例１と同様に、内部変数の数値取得（ステップ６９）、算術式の計算（ステップ７０）、算術式から計算結果への置き換え、即ちパラメータの修正（ステップ７１）を実施し、第１モジュールで計算値を用いた加工を行う（ステップ７２）。加工が終了したら加工結果（本例では加工時間等）を履歴記録装置６に書き込む（ステップ７３）。
【００４２】
最後に残膜測定を行うため、再度測定モジュールである第２モジュールにウェハをロードし（ステップ７４）、測定に必要な設定値（パラメータ）を読み込み（ステップ７５）、測定を実施する（ステップ７６）。測定終了後は履歴記憶装置６に測定結果を出力する（ステップ７７）。その後、最後のウェハまで処理したかどうかを判定し（ステップ７８）、まだ残っている場合はステップ６２に戻り、全て処理した場合は終了通知を装置コントローラ９に送信し（ステップ７９）、処理を終了する。
【００４３】
本実施形態によれば、装置コントローラ９経由で受信した内部変数を含む算術式を算術式計算装置７に送り、算術式計算装置７は履歴記録装置６に保持されている該当の値を読み出して前記内部変数に代入して、算術式全体の計算を行うことによって加工パラメータ値を出すので、制御モジュール１はこの加工パラメータ値を用いてレシピ中の該当の加工パラメータの値を設定して使用するレシピを作成するため、測定モジュール３によるウェハ毎の測定結果を直ちにレシピに反映させて、ウェハの加工を行うことが出来る。これにより、装置の僅かな加工性能の揺らぎに対しても対応でき、仕様どおりのウェハの加工をウェハ単位で精度よく行うことが出来る。これにより、品質の高い半導体装置を製造することが出来、製品の歩留まりの向上を図ることが出来る。
【００４４】
尚、上記実施形態の制御モジュール１は、従来通りの固定数値を受け取って、この固定数値をレシピに設定して、使用するレシピを作成することもできるものとする。
【００４５】
また、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、加工及び測定を同一の制御下で連続して実行して得られた測定値をウェハの加工の最適化に利用して加工精度を向上させ、製品の品質向上を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体製造装置の一実施形態に係る構成を示したブロック図である。
【図２】図１に示した算術式計算装置の処理手順を示したフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１を説明する概要説明図である。
【図４】本発明の実施例１における半導体製造装置の制御手順を示したフローチャートである。
【図５】本発明の実施例２を説明する概要説明図である。
【図６】本発明の実施例２の制御手順を示したフローチャートである。
【図７】従来の半導体製造装置の構成例を示したブロック図である。
【符号の説明】
１  制御モジュール
２  プロセスモジュール
３  測定モジュール
４  搬送モジュール
５  レシピ管理装置
６  履歴記録装置
７  算術式計算装置
８  入出力インターフェイス
９  装置コントローラ
１００  半導体製造装置
【図１】
0004053721.tif 000002
【図２】
0004053721.tif 000003
【図３】
0004053721.tif 000004
【図４】
0004053721.tif 000005
【図５】
0004053721.tif 000006
【図６】
0004053721.tif 000007
【図７】
0004053721.tif 000008