JP2005510083A - 統合計測データをフィードフォワードデータとして利用するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

半導体ウェハ（１０５）製造の際にフィードフォワード修正を行うための方法および装置である。半導体ウェハ（１０５）に第１プロセスを実行する。半導体ウェハ（１０５）の第１プロセスに関連した統合計測データを取得する。統合計測データに基づいて、統合計測データフィードフォワードプロセスを実行する。統合計測データフィードフォワードプロセスは、半導体ウェハ（１０５）の第１プロセスに関連する統合計測データに基づいて、半導体ウェハ（１０５）の少なくとも一つの誤差を特定するステップと、誤差を補償するために、ウェハに実行されるべき第２プロセスに対して調整プロセスを実行するステップとを含む。調整プロセスに基づいて、半導体ウェハ（１０５）に第２プロセスを実行する。

Description

本発明は一般に半導体の製造に関し、さらに詳細には、統合されたソースからの計測データを下流の処理のためのフィードフォワードデータとして用いる方法および装置に関する。

製造機械産業における爆発的な技術開発により、多くの新しい、そして革新的な製造プロセスがもたらされている。今日の製造プロセス、特に半導体製造プロセスは、数多くの重要なステップを必要とする。これらの処理ステップは通常不可欠なものであり、従って正しい製造制御を維持するために、一様に精密に調整された多くの入力を必要とする。

生の半導体材料からパッケージされた半導体装置を作るために、半導体装置の製造においては、数多くの個別の処理（プロセス）ステップが必要である。半導体材料の最初の成長から、半導体結晶を個々のウェハにスライスするステップ、製造段階（エッチング、ドーピング、イオン注入など）、パッケージングおよび完成したデバイスの最終試験までの様々なプロセスは互いに異なり、また特化しているので、これらのプロセスは異なった制御の仕組みを含む、異なった製造場所で実行される。

一般的に、処理ステップの１セットを、しばしばロットと呼ばれる半導体ウェハの一群に対して実行する。例えば、様々な材料からなるプロセス層をウェハ上に形成することができる。その後、プロセス層の上に、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層を形成することができる。典型的には、フォトレジストのパターン化層をマスクとして用いて、次にプロセス層のエッチング処理を行う。このエッチング処理によって、プロセス層内の様々な構造物や、オブジェクトが形成される。そのような構造物はトランジスタのゲート電極構造として使用することができる。しばしば、半導体ウェハ上の電気的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構造をさらに形成する。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）構造であって、それは使用可能である。典型的には、ウェハ内にトレンチを形成し、そのトレンチを二酸化シリコンのような絶縁材料で埋めることによって、半導体ウェハ上にＳＴＩ構造が形成される。

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処理モジュールのネットワークと通信している。各製造装置は一般に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、製造ネットワークに接続されたマシンインターフェイスに接続される。それによって、製造装置と製造フレームワークとの間の通信を確立している。このマシンインターフェイスは、一般的にアドバンスト・プロセス・コントロール（ＡＰＣ）システムの一部とすることができる。ＡＰＣシステムは、製造プロセスを実行するのに必要なデータを自動的に取り込む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。

図１は、典型的な半導体ウェハ１０５を示している。ウェハ１０５は通常、格子１５０に配置された、複数の独立した半導体ダイ１０３を含む。フォトリソグラフィーステップは、通常、使用す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のダイ位置についてステッパによって実行される。一般的に、フォトリソグラフィーステップは、パターン化の対象となる１以上のプロセス層の上にフォトレジストのパターン層を形成するために行われる。パターン化されたフォトレジスト層は、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用いられる。エッチングプロセスは、下地層または例えばポリシリコン、金属または絶縁材料の層である材料層に対して、所望のパターンを下地層に転写するように行われる。フォトレジストのパターン化層は、下地のプロセス層に複製されるべき複数の構造、例えばポリシリコンラインなどの線（ライン）型の構造、または開口部型の構造を有する。

図２に、典型的な製造プロセスの流れの一例をブロック図で示す。製造システム２００は、第１処理ツール２１０に第１プロセスを実行するように促す（ブロック２１０）。次に、製造データ取得装置２２０（例えば、計測装置）が処理された半導体ウェハ１０５の少なくともいくつかを分析する。製造データを取得するために、第１プロセス処理が製造データ取得装置２２０によって分析される、ウェハ１０５は分析可能である（ブロック２４０）。

次に、分析データを用いて、今ある製造誤差の効果を低減するために、後続プロセスの製造制御に関係する様々なパラメータを調整する。一度製造データ分析が実行されると、システム２００がフィードフォワード修正のための製造データを利用可能になる（ブロック２５０）。次に、システム２００はフィードフォワードデータを利用して、処理装置によって実行される後続のプロセスの修正を行う。

一般的に、誤差の影響を低減するために、プロセスの偏差を修正するのに使われるフィードフォワードデータは、オフラインで取得される。例えば、ひとたび特定のプロセスが半導体ウェハ１０５のあるロットについて実行されると、製造データを取得している間、製造処理は一時的に中断される。次に、その製造データは分析されて、半導体ウェハ１０５のそのロットに対して実行される後続の処理について、実行できるフィードフォワード修正データを生成する。

フィードフォワードデータを生成するために製造ラインが被る割り込みは、製造環境において非効率を生じさせうる。製造中のいかなる中断または割り込みもコストを上昇させ、半導体ウェハ１０５の正しい製造に必要な重要な正確性にさらなる偏差を生じさせうる。さらに、図２の製造システム２００によって生成されるフィードフォワード修正データは、一般的に、２番目のプロセス処理で用いるにはそれが利用可能になるのが遅すぎ、またはそのようなデータを待つのに長い時間がかかり、２番目のプロセス処理が遅れてしまう。従って、誤差が修正されない半導体ウェハ１０５が製造システム２００によって製造される。処理された半導体ウェハ１０５から製造されたデバイスは、過剰な量の誤差を含んでいる可能性があり、それによって製造プロセス全体の歩留まりに悪影響を与えうる。さらに、現在の製造修正手順の多くに起因する非効率が非常に高いコストにつくことが判明している。
本発明は、上述の問題の一以上を解決し、または少なくともその影響を低減することを目的としている。

発明の概要

本発明の一態様として、半導体ウェハの製造の際にフィードフォワード修正を実行するための方法が提供される。半導体ウェハに対する第１プロセスが実行される。半導体ウェハの第１プロセスに関係する統合計測データが取得される。統合計測データに基づいて統合計測フィードフォワードプロセスが実行される。統合計測フィードフォワードプロセスは、半導体ウェハの第１プロセスに関する統合計測データに基づいて、半導体ウェハ上の少なくとも一つの誤差を特定するステップと、前記誤差を補償するために前記ウェハに実行されるべき第２プロセスに対して調整プロセスを実行するステップとを含む。半導体ウェハに対する第２プロセスは前記調整プロセスに基づいて実行される。

本発明の他の態様として、半導体ウェハの製造の際にフィードフォワード修正を実行するシステムが提供される。本発明のシステムは、統合計測フィードフォワード処理を実行するプロセス制御装置（コントローラ）を含む。統合計測フィードフォワード処理は、半導体の第１プロセスに関する統合計測データを取得するステップと、前記第１プロセスに関する統合計測データに基づいて、半導体ウェハ上の誤差を特定するステップと、特定された誤差の影響を低減するために補償要素（ファクター、係数）を計算するステップと、前記補償要素に基づいてウェハに実行されるべき第２プロセスに関する制御入力パラメータを変更するステップと、変更された制御入力パラメータに基づいて半導体ウェハの第２プロセスを実行するステップとを含む。本発明のシステムは、さらに、前記プロセス制御装置に動作可能に結合され、統合計測データを受信する統合計測データ記憶ユニットと、前記プロセス制御装置および前記統合計測データ記憶ユニットに動作可能に結合されたフィードフォワードユニットとを含む。フィードフォワードユニットは、半導体ウェハのプロセスに関する少なくとも一つの誤差を特定するのに応答してフィードフォワード機能を実行する。

本発明は、添付の図面とともに、以下の説明を参照することによって理解できる。図面 中、類似の参照符号は類似の要素を示す。
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。

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、本明細書では実施物の構造すべてを説明しているわけではない。そのような現実の実施形態の開発においては、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。

半導体の製造には、多くの独立した処理（プロセス）が含まれている。しばしば、半導体装置は、複数の製造プロセス装置を通過する。半導体ウェハにプロセス処理が実行された後、オフラインの計測装置で半導体ウェハの製造ロットの少なくとも一部を検査することはよくあることである。この検査の際に発見された誤差は、半導体ウェハに対して行われる後続のプロセスの修正値を生成するために使用することができる。新しいプロセスに対するこれらの修正値は、一般的に、元のプロセスで発見された誤差の影響を低減させるために使用する。そのようなオフラインの計測データ結果はしばしば、そのような下流の修正をタイムリーに実行するには遅すぎるタイミングで利用可能になる。本発明の実施形態は、後続のプロセスに対して、より効率的で、意味のあるフィードフォワード修正を行うための、統合計測データ取得を提供する。本発明の実施形態は、製造プロセスの間の計測データを取得するステップと、前のプロセスで生じた誤差の影響が低減されるように後続のプロセスに対して修正変更を実行するステップとを提供する。

一実施形態において、オフライン計測データは、半導体ウェハ１０５の処理の際の製造フローの一部ではない計測データを含む。例えば、オフライン計測データは、処理された半導体ウェハ１０５の電気的試験の結果や、処理された半導体ウェハ１０５の歩留まりなどを参照する可能性がある。一実施形態では、統合計測データはインラインの計測データを含む。一実施形態では、インラインの計測データは、特定のプロセス処理に関連したデータを生成するスタンドアローンの計測装置によって取得された計測データを含む。例えば、インラインの計測データは処理された半導体ウェハ１０５上のある構造の膜厚、線幅に関するデータ、フォトリソグラフィー測定によるオーバーレイ測定値などを含みうる。以下でさらに詳細に説明する統合計測装置は、統合計測データを取得するために使用可能である。一実施形態では、統合計測データは、以下でより詳細に説明するように、処理装置に統合される計測装置によって取得されるインラインの計測データを含む。

図３に、本発明の一実施形態である方法を実行することができるシステム３００を示す。一実施形態では、処理装置４１０は統合計測装置３１０を含む。一実施形態では、統合計測装置３１０は、処理装置４１０を介して、半導体ウェハ１０５の流れ（フロー）に組み込むことができる。言い換えれば、半導体ウェハ１０５は通常、ウェハ１０５が処理装置４１０上の他の処理ステーション（図示せず）を通過する際に、統合計測装置３１０を通過するということである。統合計測装置３１０は、統合計測データを取得することができる（例えば、半導体ウェハ１０５の計測データを、それらが未だ処理装置４１０の制御下にあるときでも取得する）。インラインの計測データの取得は、一般的に、外部の計測データ装置を使用する必要があるオフラインの計測データ取得と比較して、製造プロセスフローに対してよりじゃまにならないものである。

統合計測装置３１０は計測データをインライン方式で取得する。言い換えれば、製造プロセスの最中に、またはその直後に、統合計測装置３１０が処理された半導体ウェハ１０５からデータを取得するということである。一実施形態では、統合計測装置３１０が処理装置４１０に関連するチャンバ（chamber、図示せず）内に配置される。一実施形態では、統合計測装置３１０は計測データ（リアルタイムデータまたはリアルタイムに近いデータ）を計測データ記憶ユニット３３０に送る。計測データ記憶ユニット３３０は計測データを記憶し、製造プロセスサイクルの間、またはその後でさらなる分析のためにシステム３００が読み出せるようにする。

統合計測装置３１０からのデータは計測データ分析ユニット４６０にも送られる。計測分析ユニットは、特定の計測データを対応する半導体ウェハ１０５に相関させることができる。一実施形態では、計測データ分析ユニット４６０は、計測データを記憶させるために計測記憶ユニット３３０にも送る。計測データ記憶ユニット３３０に記憶されたリアルタイムの、またはリアルタイムに近い計測データは、システム３００に、半導体ウェハ１０５に実行される一以上のプロセスの正確性をさらに修正し、またはより正確性を高めるために使用できる直近の製造データへのアクセスを提供する。

図４は、本発明の一実施形態であるシステム３００のさらに詳細なブロック図である。一実施形態では、半導体ウェハ１０５は処理装置４１０ａ、４１０ｂにおいて、ラインまたはネットワーク４２３を介して提供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される。一実施形態では、ライン４２３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４３０からマシンインターフェイス４１５ａ，４１５ｂを介して処理装置４１０ａ，４１０ｂに送られる。一実施形態では、第１、第２マシンインターフェイス４１５ａ，４１５ｂは、処理装置４１０ａ，４１０ｂの外部に配置される。他の実施形態においては、第１、第２マシンインターフェイス４１５ａ，４１５ｂは、処理装置４１０ａ，４１０ｂの内部に配置される。半導体ウェハ１０５は、複数の処理装置４１０に対して提供され、それらから運ばれる。一実施形態では、半導体ウェハ１０５は処理装置４１０に対して人手で供給される。他の実施形態においては、半導体ウェハ１０５は処理装置４１０に対して自動的に供給される（例えば、半導体ウェハ１０５をロボットで移動させる）。一実施形態では、複数の半導体ウェハ１０５が、処理装置４１０に対して複数ロットで（例えば、複数のカセット内に積んで）運搬される。

一実施形態では、コンピュータシステム４３０はライン４２３で、制御入力信号または製造パラメータを第１、第２マシンインターフェイス４１５ａ，４１５ｂに対して送る。コンピュータシステム４３０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４３０は、本明細書に説明されている様々なプロセス制御機能を実行することができるプロセス制御装置（コントローラ）である。コンピュータシステム４３０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含みうるコンピュータ記憶ユニット４３２に結合される。コンピュータシステム４３０は、ここで説明した処理を実行可能な一以上のプロセッサ（図示せず）を含むことができる。コンピュータシステム４３０は、ライン４２３に制御入力信号を生成するために製造モデル４４０を採用する。一実施形態では、製造モデル４４０は、ライン４２３で処理装置４１０ａ，４１０ｂ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含む。

一実施形態では、製造モデル４４０は特定の製造プロセスを実行するプロセススクリプト（process script）および入力制御を定義する。処理装置Ａ（４１０ａ）のための、ライン４２３の制御入力信号（または制御入力パラメータ）は、第１マシンインターフェイス４１５ａで受信され、処理される。処理装置Ｂ（４１０ｂ）のための、ライン４２３の制御入力信号は、第２マシンインターフェイス４１５ｂで受信され、処理される。半導体の製造プロセスで使用される処理装置４１０ａ，４１０ｂ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。

処理装置４１０ａ，４１０ｂによって処理された一以上の半導体ウェハ１０５を、計測データの取得のためにオフラインの計測装置４５０にも送ることができる。オフラインの計測装置４５０は、スキャトロメトリ（scatterometry）データ取得装置、オーバーレイ測定装置、極限寸法（critical dimension）測定装置などであってよい。一実施形態では、一以上の処理された半導体ウェハ１０５が測定装置４５０で検査される。さらに、測定データは処理装置４１０ａおよび４１０ｂ内の統合測定装置３１０によっても収集されうる。統合測定装置３１０およびオフラインの計測装置４５０からのデータは、測定データ分析ユニット４６０によって収集される。測定データは、ウェハ１０５上に形成されたデバイスの様々な物理的または電気的な特性を対象としている。例えば、測定データは、線幅の測定値、トレンチの深さ、サイドウォールの角度、厚さ、抵抗値などに関して取得することができる。上述したように、測定データ分析ユニット４６０が、オフラインの計測装置４５０によって取得された測定データを整理し、分析し、検査された特定の半導体ウェハ１０５に相関させる。

一実施形態では、測定データ分析装置４６０は、統合測定装置３１０およびオフラインの計測装置４５０それぞれからの測定データ（インラインタイプの測定データを含む）およびオフライン測定データを、記憶させるために測定データ記憶ユニット３３０に送る。システム３００はインライン測定データおよびオフライン測定データを読み出して、フィードフォワード分析を実行できる。データについての特定の要求に基づいて、インライン測定データおよびオフライン測定データが、フィードフォワードデータの生成のために、フィードフォワードユニット４８０に送られる。一実施形態において、システム３００は後続のプロセスのための調整値を計算して、半導体ウェハ１０５に対してすでに実行されたそれまでのプロセス処理における誤差の影響が低減されるようにする。

一実施形態において、フィードフォワードユニット４８０は、半導体ウェハ１０５に対して続いて様々な処理を実行する一以上の処理装置に提供される制御入力パラメータを修正するのに使用可能な調整データを計算することができる。制御入力パラメータの修正は、半導体ウェハ１０５で発見された誤差の影響を低減するように設計される。フィードフォワードデータはコンピュータシステム４３０によって分析され、次にコンピュータシステム４３０は製造モデル４４０を用いて、処理装置４１０の動作を制御する制御入力パラメータを修正する。一実施形態では、測定データ記憶ユニット３３０、測定データ分析ユニット４６０、および／またはフィードフォワードユニット４８０は、コンピュータシステムのソフトウェアまたはファームウェアの部品（コンポーネント）であって、スタンドアローンのユニットとしてもよいし、コンピュータシステム４３０に統合してもよい。

図５は、処理装置４１０ａなどの処理装置の一例を示すより詳細なブロック図である。一実施形態では、処理装置４１０ａは、装置インターフェイス５１０、プロセスチャンバ５２０、処理装置制御ユニット５３０および統合計測装置３１０を含む。処理装置４１０ａは、装置インターフェイス５１０を介して制御パラメータデータを受信する。処理装置４１０ａからのデータは、装置インターフェイス５１０を介して、コンピュータシステム４３０などのシステム３００の他の部分にも送られる。処理装置制御ユニット５３０は、チャンバ５２０内の半導体ウェハ１０５のプロセス処理を制御する。処理装置制御ユニット５３０は、制御パラメータデータおよび／またはコンピュータシステム４３０からの命令を装置インターフェイス５１０を介して受信し、適切な作業を実行する。

統合計測装置３１０は、チャンバ５２０内で処理された半導体ウェハ１０５の計測データを取得する。処理制御ユニット５３０は統合計測装置３１０も制御する。本発明の実施形態では、統合計測装置３１０が、処理された半導体ウェハ１０５からのリアルタイムまたはリアルタイムに近い計測データを取得し、計測データのより効率的な素早い分析のためにそのようなデータをシステム３００が利用できるようにする。

図６は、本発明の一実施形態に従った製造フローのブロック図である。半導体ウェハ１０５に現在のプロセス６１０が実行される。現在のプロセスは、フォトリソグラフィープロセス、エッチングプロセス、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスなどであってよい。現在のプロセスの実行後または実行中に、システム３００は、リアルタイムまたはリアルタイムに近い計測データを取得するために、インライン計測データ取得プロセス（ブロック６４０）を実行する。

システム３００はブロック６１０で示されるように、下流のプロセス６３０に関連する現在のプロセス６１０を実行する。下流のプロセス６３０は一般的に、現在のプロセス６１０が実行された後に、半導体デバイス１０５について実行される製造プロセスである。例えば、現在のプロセスが半導体ウェハ１０５上にプロセス材料の層をデポジションする処理から構成されている場合、下流のプロセス６３０はデポジションされた層のある部分をエッチングで取り去る。他の例としては、上流のプロセス６３０はエッチングのプロセスであって、下流のプロセスは研磨のプロセスであってもよい。

半導体ウェハ１０５の所定数に対して現在のプロセス６１０が実行されると、外部の計測データ取得プロセス６５０が実行される（ブロック６５０）。外部の計測データ取得プロセスは製造フローから処理された半導体ウェハ１０５を取り出す処理と、オフラインの計測データを取得する処理とを含む。どちらの場合でも、オフラインの計測データおよび統合計測データ（インラインの計測データを含む）はシステム３００による読み出しのために計測記憶場所に記憶される（ブロック６６０）。一実施形態では、計測データ記憶プロセス６６０からの計測データはフィードフォワードプロセスに送られる（ブロック６７０）。通常、フィードフォワードプロセス６７０は、図６に示される下流プロセスを実行するための制御入力パラメータを決定するのに使用される。例えば、もし現在プロセス６１０の間に過剰な量の材料がデポジションされたとすると、プロセス材料の過剰デポジションを補償するために、下流のプロセス６３０にフィードフォワード修正が行われる。下流のプロセス６３０に対して行われる補償には、下流プロセスの一以上のプロセス変数を調整する処理が含まれる。例えば、補償には、半導体ウェハ１０５のある層上のプロセス材料の過剰デポジションを補償するために、エッチング時間を増やす処理が含まれる。

図７は、本発明の一実施形態である方法の流れ図である。半導体ウェハ１０５がシステム３００によって処理される（ブロック７１０）。半導体ウェハ１０５について実行されるプロセスは、現代の集積回路製造工場で一般に実行される様々なプロセス処理、例えばフォトリソグラフィー処理、エッチング処理、ＣＭＰ処理などのうちの任意のものでよい。半導体ウェハ１０５の処理に応じて、処理された半導体ウェハ１０５からの統合計測データが統合計測装置３１０を用いて、システム３００によって取得される（ブロック７２０）。一実施形態において、統合計測装置３１０は統合計測データを取得する。他の実施形態においては、オフライン計測データが処理された半導体ウェハ１０５から取得される（ブロック７３０）。オフラインの計測データはオフラインの計測装置４５０によって取得される。統合計測データを取得するステップのより詳細な例を図８およびそれに伴う以下の説明において提供する。

統合計測データがシステム３００によって取得されると、システム３００は統合計測データおよび状態更新を実行する（ブロック７４０）。言い換えると、新しく取得された統合計測データ（例えば、統合計測装置３１０によって取得されたインラインデータ）が計測データ記憶ユニット３３０に追加される。処理装置４１０は、新しく取得された統合計測装置の利用可能性に関してシステム３００を更新する。従って、システム３００は、いつリアルタイムまたはリアルタイムに近いデータが利用可能になるかを認識することができる。統合計測データ転送および状態更新の実行についてのより詳細な説明が図９およびそれに伴う以下の説明によって提供される。

一実施形態において、システム３００は統合計測フィードフォワードプロセスをも実行する（ブロック７５０）。統合計測フィードフォワードプロセスは、すでに処理された半導体ウェハ１０５の後続の処理における修正割合を提供し、それによって以前のプロセスによる誤差の影響が低減されるようにする。システムが統合計測データフィードフォワードプロセスを実行すると、システム３００は半導体ウェハ１０５に対して後続の処理を実行する（ブロック７６０）。

図８は、統合計測データを取得する方法の一実施形態の流れ図である。システム３００が半導体ウェハ１０５を処理した後、少なくとも一つの半導体ウェハ１０５が処理されたことを示す信号がシステムによって受信される（ブロック８１０）。一実施形態において、装置インターフェイス５１０がコンピュータシステム４３０に信号を送信し、処理が完了した状態を示す。システム３００が半導体ウェハ１０５が処理されたことを知ったとき、装置内のどの半導体ウェハ１０５が処理されたのか、そして計測分析のためのキュー（queue）において次の順番の半導体ウェハ１０５はどれなのかを決定する（ブロック８２０）。一般的に、半導体ウェハ１０５について実行される計測分析の順番は、処理装置４１０内の処理の順番に従う。システム３００がインライン測定分析のための特定の半導体ウェハ１０５を特定し、対象とすると、システム３００はその特定のウェハ１０５を統合計測データ取得のために獲得する（ブロック８３０）。

次に、システム３００は対象とされた半導体ウェハ１０５から統合計測データを取得する（ブロック８４０）。処理装置４１０内の統合計測装置３１０が計測データを取得する。一実施形態において、統合計測データは、特定の半導体ウェハ１０５の処理の直後に取得される。従って、リアルタイムの、またはリアルタイムに近い計測データがシステム３００に供給される。図８に示されたステップの完了によって、実質的に、図７のブロック７２０に示された統合計測データ所得プロセスが完了する。

図９は、図７のブロック７４０に示した、統合計測データ転送および状態更新を実行する方法の流れ図である。ここに示すように、システム３００が統合計測データを取得すると、システム３００は処理装置制御ユニット５３０に統合計測データが取得されたことを通知する（ブロック９１０）。次に、処理装置制御ユニット５３０は、装置インターフェイス５１０と通信して、装置インターフェイス５１０はコンピュータシステム４３０に統合計測データが利用可能であることを通知する（ブロック９２０）。それによって、コンピュータシステム４３０は統合計測データに対して効率的な応答を実行することができる。

一実施形態では、コンピュータシステム４３０との通信は、マシンインターフェイス４１５を介して実行される。次に、システム３００は、処理装置４１０からの統合計測データを記憶のために送信する（ブロック９３０）。一実施形態では、統合計測データは装置インターフェイス５１０およびマシンインターフェイス４１５を介して、コンピュータシステム４３０に送られる。一実施形態では、コンピュータシステム４３０は統合計測データを、後で読み出すために計測データ記憶ユニット３３０に記憶する（ブロック９４０）。処理装置制御ユニット５３０はまたコンピュータシステム４３０に状態（ステータス）を送って、特定の統合計測データが利用可能であることを示す。図９に示したステップの完了によって、本質的に、図７のブロック７４０に示された統合計測データ転送および状態更新の実行プロセスが完了する。

図１０は、図７のブロック７６０に示した、統合計測フィードフォワードプロセスを実行する一実施形態の流れ図である。ここに示したように、システム３００は、一以上の後続プロセスによって修正可能な計測データ誤差を検索する（ブロック１０１０）。しばしば、所定の許容誤差範囲外の半導体ウェハ１０５の誤差が、半導体ウェハ１０５から製造されたデバイスの故障を引き起こしうる。半導体ウェハ１０５の処理中の誤差の影響は、半導体ウェハ１０５に行われる後続のプロセスを調整することによって低減することができる。例えば、エッチングプロセスにおいて、デポジションで形成されたプロセス層が所定の許容された厚さの仕様と比較して厚すぎるときは、デポジションのプロセスで生じた誤差を補償するように、エッチングプロセスのような後続のプロセスを修正することができる。例えば、エッチングプロセスの時間を増やすことができる。

一実施形態では、システム３００は、計測データ記憶ユニット３３０内の計測データ誤差を検索する。本発明の統合計測データシステムを用いる利点は、リアルタイムまたはリアルタイムに近いデータを素早く取得できるために、以前のプロセスの直後のプロセスにおいて以前のプロセスで生じた誤差を修正できることである。言い換えれば、誤差が製造ライン内の後続のプロセスに流れ出す前に、統合計測データを用いて、半導体ウェハ１０５の処理の際に発生した誤差を素早く補償する方が容易であるということである。

システム３００が後続のプロセス処理によって低減または修正可能な計測誤差を発見すると、システム３００は、後続プロセスの制御入力パラメータを修正することで低減または修正可能な少なくとも一つの特定誤差を選択する（ブロック１０２０）。例えば、フォトリソグラフィープロセスの際に発生したパターン化されたフォトレジスト層の線幅の誤差は、後続のエッチングプロセスの動作を制御する制御入力パラメータを修正することで実質的に修正することができ、元々の誤差の影響を低減することができる。

システム３００が後続のプロセスによって補償可能な誤差を選択すると、システム３００は選択された誤差（単数または複数）の影響を低減できる後続のプロセスを選択する（ブロック１０３０）。例えば、システム３００は後続のエッチングプロセスを選択し、エッチングプロセスを制御する制御入力パラメータを修正して、以前のフォトリソグラフィープロセスの際に発生した、パターン化されたフォトレジスト層の線幅誤差の影響を低減する。システム３００が以前の誤差の影響を低減するために後続のプロセスを選択すると、システム３００は、その特定プロセスのための修正（補償要素）を計算する（ブロック１０４０）。例えば、パターン化されたフォトレジスト層の線幅誤差を低減するのに用いられる計算された修正には、エッチング時間の延長が含まれる。発見された特定の誤差に応じて、その他の修正を他のプロセスに行うことができる。そのような修正の例としては、例えば化学機械研磨の時間を修正するための計算、イオン注入プロセスのための照射薬量（dosage）の修正計算などがある。次に、システム３００は修正された制御パラメータを用いて、図７に示すように半導体ウェハ１０５を処理する。図１０に示したステップの完了によって、図７のブロック７６０に示した統合測定フィードフォワードプロセスの実行プロセスが実質的に完了する。本発明の教示は、半導体デバイス製造の様々な処理手順に利用可能である。

本発明の原理は、KLA Tencor, Inc社から提供されるCatalystシステムのような、アドバンスト・プロセス・コントロール（ＡＰＣ）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、アドバンスト・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 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・アドバンスト・プロセス・コントロール・コンポーネントのための暫定仕様書）仕様書はSEMIから一般に入手可能である。APCは、本発明によって教示される制御方法を実装するのに好適なプラットフォームである。ある実施形態では、APCは工場規模のソフトウェアシステムとすることができ、したがって本発明によって教示される制御方法は、事実上工場のフロア上のどの半導体製造装置にも適用可能である。APCフレームワークは、リモートアクセスおよびプロセスの性能の監視をも可能にする。さらに、APCフレームワークを利用することによって、ローカルのドライブよりも、データの記憶をより便利に、より柔軟に、より安価にすることができる。APCプラットフォームは、必要なソフトウェアコードを書くうえで非常に高い柔軟性を提供するので、より洗練された制御方法を可能にする。

本発明の教示による制御方法をＡＰＣフレームワークに展開するには、数多くのソフトウェア部品が必要である。ＡＰＣフレームワーク内の部品に加えて、制御システム内に含まれる、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が記述される。制御システム内の半導体製造装置が半導体製造工場で起動したとき、それは一般に、オーバーレイ制御装置のようなプロセス制御装置によって必要とされる動作を開始するスクリプトを呼び出す。制御方法は通常、これらのスクリプトにおいて定義され、実行される。これらのスクリプトの開発は、コントロールシステム開発のかなりの部分を占める。本発明の原理は、他のタイプの製造フレームワークにも実装可能である。

上述の特定の実施形態は例示目的のためだけのものであり、本教示の利益を得た当業者に明白なように、本発明を変更し、異なってはいるが均等なやり方で実施することが可能である。さらに、添付の特許請求の範囲に記載されている以外には、ここに開示された構成または設計の詳細に本発明を限定することを意図するものではない。従って、上述の特定の実施形態は変更または修正可能であり、そのようなすべてのバリエーションは、本発明の範囲および精神の範囲内のものであると考えられることは明らかである。従って、ここで求められる保護は添付の特許請求の範囲に記載されたとおりである。

処理される従来の半導体ウェハを簡略に示す図。 半導体ウェハ製造の際の従来技術である処理の流れを簡略に示す流れ図。 本発明の一実施形態であるシステムを示すブロック図。 本発明の一実施形態である、図３および図４のシステムのさらに詳細なブロック図。 本発明の一実施形態である、図３および図４の処理装置のさらに詳細なブロック図。 本発明の一実施形態である、処理の流れ（プロセスフロー）のブロック図。 本発明の一実施形態である方法の流れ図。 本発明の一実施形態における、図７に示した統合計測データを取得する方法の流れ図。 本発明の一実施形態における、図７に示した統合計測データ転送および状態更新を実行する方法の流れ図。 本発明の一実施形態における、図７に示した統合計測フィードフォワードプロセスを実行する方法の流れ図。

Claims (10)

1. 半導体ウェハ（１０５）に第１プロセスを実行するステップと、
   統合計測装置（３１０）を用いて、前記半導体ウェハ（１０５）の前記第１プロセスに関連した統合計測データを取得するステップと、
   前記統合計測データに基づいて、統合計測データフィードフォワードプロセスを実行するステップであって、前記統合計測データフィードフォワードプロセスは、前記半導体ウェハ（１０５）の前記第１プロセスに関連した前記統合計測データに基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）の少なくとも一つの誤差を特定し、前記誤差を補償するために前記ウェハに実行されるべき第２プロセスに対して調整プロセスを実行するものであるステップと、
   前記調整プロセスに基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）に前記第２プロセスを実行するステップとを含む方法。
2. 統合計測データフィードフォワードプロセスを実行するステップは、
   前記半導体ウェハ（１０５）の前記第１プロセスが完了した通知を受信するステップと、
   計測分析のために前記半導体ウェハ（１０５）を特定するステップと、
   前記統合計測装置（３１０）を用いて、前記特定された半導体ウェハ（１０５）の統合計測データを取得するステップとをさらに含む、請求項２記載の方法。
3. 前記半導体ウェハ（１０５）の前記第１プロセスに関連した前記統合計測データに基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）の少なくとも一つの誤差を特定するステップは、
   前記統合計測データを所定の許容誤差範囲と比較するステップと、
   前記統合計測データと前記所定の許容誤差範囲との前記比較に基づいて、前記統合計測データに関連する少なくとも一つのパラメータが前記所定の許容誤差範囲外にあることの決定に応答して、誤差が存在することを決定するステップとをさらに含む、請求項２記載の方法。
4. 前記誤差を補償するために前記ウェハに実行されるべき第２プロセスに対して調整プロセスを実行するステップは、
   前記第１プロセスに基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）の誤差を特定するステップと、
   前記特定された誤差の影響を低減するために補償要素を計算するステップと、
   前記補償要素に基づいて、前記第２プロセスに関連する制御入力パラメータを修正するステップと、
   前記修正された制御入力パラメータに基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）の前記第２プロセスを実行するステップとをさらに含む、請求項３記載の方法。
5. 前記特定された誤差の影響を低減するために補償要素を計算するステップは、修正されたエッチング時間、修正された化学機械研磨時間および修正された照射薬量のうちの少なくとも一つを計算するステップをさらに含む、請求項４記載の方法。
6. 半導体ウェハ（１０５）製造の際に、フィードフォワード修正を実行するシステムであって、当該システムが、
   統合計測フィードフォワード処理を実行するためのプロセス制御装置であって、当該統合計測フィードフォワード処理が、
   半導体の第１プロセスに関連した統合計測データを取得するステップと、
   前記第１プロセスに関連した前記統合計測データに基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）の誤差を特定するステップと、
   前記特定された誤差の影響を低減するために補償要素を計算するステップと、
   前記補償要素に基づいて、前記ウェハに実行されるべき第２プロセスに関連する制御入力パラメータを修正するステップと、
   前記修正された制御入力パラメータに基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）に第２プロセスを実行するステップとを含む、プロセス制御装置と、
   前記プロセス制御装置に動作可能に結合され、前記統合計測データを受信する統合計測データ記憶ユニット（３３０）と、
   前記プロセス制御装置および前記統合計測データ記憶ユニット（３３０）に動作可能に結合され、前記半導体ウェハ（１０５）の前記プロセスに関連する少なくとも一つの誤差を特定するのに応答して、前記フィードフォワード機能を実行するフィードフォワードユニット（４８０）とを備えることを特徴とするシステム。
7. 前記フィードフォワードユニット（４８０）に動作可能に結合され、前記フィードフォワード処理を実行するために補償要素の計算を少なくとも一つ実行するコンピュータシステム（４３０）と、
   前記コンピュータシステム（４３０）に動作可能に結合され、少なくとも一つの制御入力パラメータ信号を生成し、修正するための製造モデル（４４０）と、
   前記製造モデル（４４０）に動作可能に結合され、前記製造モデル（４４０）からプロセスレシピを受信可能であるマシンインターフェイス（４１５ａ，４１５ｂ）と、
   半導体ウェハ（１０５）の処理が可能であり、前記マシンインターフェイス（４１５ａ，４１５ｂ）に動作可能に結合され、前記マシンインターフェイス（４１５ａ，４１５ｂ）から少なくとも一つの制御入力パラメータ信号を受信する処理装置（４１０ａ，４１０ｂ）と、
   前記処理装置（４１０ａ，４１０ｂ）に統合され、前記統合計測データを取得し、前記統合計測データを前記統合計測データ記憶ユニット（３３０）に送信する統合計測装置（３１０）とをさらに備えることを特徴とする請求項６記載のシステム。
8. コンピュータによって実行されたときに以下の方法を実行する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憶装置であって、当該方法は、
   半導体ウェハ（１０５）に第１プロセスを実行するステップと、
   統合計測装置（３１０）を用いて、前記半導体ウェハ（１０５）の前記第１プロセスに関連した統合計測データを取得するステップと、
   前記統合計測データに基づいて、統合計測データフィードフォワードプロセスを実行するステップであって、前記半導体ウェハ（１０５）の前記第１プロセスに関連する前記統合計測データに基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）の少なくとも一つの誤差を特定するステップと、前記誤差を補償するために、前記ウェハに実行されるべき第２プロセスに対して調整プロセスを実行するステップを含むステップと、
   前記調整プロセスに基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）に前記第２プロセスを実行するステップとを含む、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置。
9. コンピュータによって実行されたときに請求項８記載の方法を実行する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憶装置であって、前記統合計測データフィードフォワードプロセスを実行するステップは、
   前記半導体ウェハ（１０５）の前記第１プロセスが完了した通知を受信するステップと、
   計測分析のために前記半導体ウェハ（１０５）を特定するステップと、
   前記統合計測装置（３１０）を用いて、前記特定された半導体ウェハ（１０５）の統合計測データを取得するステップとをさらに含む、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置。
10. コンピュータによって実行されたときに請求項９記載の方法を実行する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憶装置であって、前記誤差を補償するために前記ウェハに実行されるべき第２プロセスに対して調整プロセスを実行するステップは、
    前記第１プロセスに基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）の誤差を特定するステップと、
    前記特定された誤差の影響を低減するために補償要素を計算するステップと、
    前記補償要素に基づいて、前記第２プロセスに関連する制御入力パラメータを修正するステップと、
    前記修正された制御入力パラメータに基づいて、前記半導体ウェハ（１０５）の前記第２プロセスを実行するステップとをさらに含む、コンピュータ読み取り可能なプログラム記憶装置。

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