JP2012074574A - Control system for processing apparatus and method for controlling processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工性能に影響を及ぼす消耗部品を用いて加工対象を加工する加工装置の制御システムおよび制御方法に関する。 The present invention relates to a control system and a control method for a processing apparatus that processes a processing target using consumable parts that affect processing performance.
例えば、半導体ウェハCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)装置のような研磨装置では、その性能は、単位時間当たりの研磨量である研磨レートで表される。研磨レートは、多くの場合、半導体ウェハを研磨する研磨パッドや、その研磨パッドの目立てをするドレッサの性能によって定まる。この研磨パッドやドレッサは、消耗部品であり、使用する時間とともに磨耗するので、性能が劣化する。従って、半導体ウェハを所定量研磨しようとする場合には、研磨パッドやドレッサの性能によって定まる研磨レートを常に把握しておく必要がある。 For example, in a polishing apparatus such as a semiconductor wafer CMP (Chemical Mechanical Polishing) apparatus, the performance is represented by a polishing rate which is a polishing amount per unit time. In many cases, the polishing rate is determined by the performance of a polishing pad for polishing a semiconductor wafer and a dresser for sharpening the polishing pad. The polishing pad and the dresser are consumable parts and wear with the time of use, so that the performance deteriorates. Therefore, when a predetermined amount of semiconductor wafer is to be polished, it is necessary to always know the polishing rate determined by the performance of the polishing pad and dresser.
特許文献1には、ブランケットウェハをテスト研磨することによって、その時点での研磨レート(被研磨膜の除去率)を取得し、その取得した研磨レートないしはその研磨レートから予測される研磨レートを用いて、研磨量(研磨時間)を制御する半導体ウェハCMP装置の例が記載されている。このような半導体ウェハCMP装置では、消耗部品である研磨パッドやドレッサの性能が交換された場合であっても、その研磨レートを把握することができるので、現実の研磨レートに適合した制御を行うことが可能となり、研磨の精度が向上する。
In
また、非特許文献1には、マルコフ連鎖モンテカルロ(Markov Chain Monte Carlo)法(以下、MCMC法と略す)を用いて、統計モデルのパラメータをデータから決定し、最適化する方法などが記載され、さらに、装置の制御モデルのパラメータをデータから決定する際にも、装置の制御モデルを統計モデルとして扱うことなどが記載されている。
Non-Patent
一般に、半導体ウェハCMP装置などでは、研磨しながら、同時に、研磨対象の薄膜の膜厚を測定することはできない。膜厚測定により求められる研磨レートの実績値は、研磨終了後、膜厚検査装置でその膜厚を実際に測定した後でなければ得ることができない。しかも、膜厚測定には、対象となる半導体ウェハを搬送したり、洗浄したりする手間も掛かるため、かなりの時間が掛かる。そのため、テスト研磨をし、膜厚測定をすれば、その待ち時間のために研磨工程が遅延することになる。そして、その結果として、半導体ウェハ製品としての生産効率が低下することになる。 In general, a semiconductor wafer CMP apparatus or the like cannot measure the thickness of a thin film to be polished at the same time while polishing. The actual value of the polishing rate obtained by the film thickness measurement can be obtained only after the film thickness is actually measured by the film thickness inspection apparatus after the polishing is completed. In addition, the film thickness measurement takes a considerable amount of time because it takes time and labor to transport and clean the target semiconductor wafer. Therefore, if the test polishing is performed and the film thickness is measured, the polishing process is delayed due to the waiting time. As a result, the production efficiency as a semiconductor wafer product is lowered.
そこで、本発明は、テスト加工(テスト研磨)による加工工程(研磨工程)の遅延を低減させ、加工対象製品(半導体ウェハなど)の生産効率を向上させることが可能な加工装置制御システムおよび加工装置制御方法を提供することにある。 Accordingly, the present invention provides a processing apparatus control system and a processing apparatus capable of reducing a delay in a processing step (polishing step) due to test processing (test polishing) and improving production efficiency of a product to be processed (such as a semiconductor wafer). It is to provide a control method.
本発明は、消耗部品の状態によって加工性能が変動する加工装置の加工性能を予測して、その加工装置を制御する加工装置制御システムであって、前記加工装置による加工時に前記加工装置から取得した加工履歴データを蓄積した加工履歴データ記憶部と、前記消耗部品の状態を表す物理量から前記加工性能を予測する予測モデルのパラメータを予測するメタ予測モデルのパラメータを、前記加工履歴データ記憶部に蓄積されている加工履歴データと予め定めた所定の統計分布に従う乱数とを用いたシミュレーションとによって定めるモデル作成シミュレータ部と、前記モデル作成シミュレータ部によって定められたパラメータを有するメタ予測モデルによって定められた前記加工性能を予測する予測モデルと、前記消耗部品の状態を表す物理量の現在値と、に基づき、前記加工装置に対する制御量を演算する制御演算部と、を備えたことを特徴とする。 The present invention is a processing device control system that predicts the processing performance of a processing device whose processing performance varies depending on the state of consumable parts, and controls the processing device, which is acquired from the processing device during processing by the processing device. A machining history data storage unit that stores machining history data, and a meta prediction model parameter that predicts a parameter of a prediction model that predicts the machining performance from a physical quantity representing the state of the consumable part is stored in the processing history data storage unit. A model creation simulator unit defined by a simulation using processing history data being performed and a random number according to a predetermined statistical distribution, and the meta prediction model having parameters defined by the model creation simulator unit Prediction model for predicting machining performance and an object representing the state of the consumable parts Based on the current value of the quantity, characterized in that it and a control arithmetic unit for calculating a control amount for the processing device.
本発明の加工装置制御システムは、消耗部品の状態を表す物理量(例えば、消耗部品の累積使用時間など)から加工装置の加工性能(例えば、研磨レート)を予測する予測モデルを作成することができるので、その加工性能を予測するのに、必ずしも、その加工性能を直接表す物理量(例えば、研磨レート)を必要としない。従って、加工(研磨)終了後直ちに、消耗部品の状態を表す物理量(例えば、消耗部品の累積使用時間など)を用いて加工装置の加工性能(例えば、研磨レート)を予測することができる。従って、テスト加工の頻度を少なくすることができるので、テスト加工やそれに伴う加工量測定などによる工程遅延を低減させることができる。その結果、被加工製品の生産効率が向上する。 The processing apparatus control system of the present invention can create a prediction model that predicts the processing performance (for example, the polishing rate) of the processing apparatus from a physical quantity (for example, the cumulative usage time of the consumable part) that represents the state of the consumable part. Therefore, in order to predict the processing performance, a physical quantity (for example, a polishing rate) that directly represents the processing performance is not necessarily required. Therefore, immediately after the completion of the processing (polishing), the processing performance (for example, the polishing rate) of the processing apparatus can be predicted using the physical quantity (for example, the cumulative usage time of the consumable parts) indicating the state of the consumable part. Therefore, since the frequency of test processing can be reduced, process delay due to test processing and processing amount measurement associated therewith can be reduced. As a result, the production efficiency of the processed product is improved.
本発明によれば、テスト加工(テスト研磨)に伴う加工工程(研磨工程)の遅延を低減させ、被加工製品(半導体ウェハなど)の生産効率を向上させることが可能な加工装置制御システムおよび加工装置制御方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the processing apparatus control system and processing which can reduce the delay of the processing process (polishing process) accompanying test processing (test polishing), and can improve the production efficiency of processed products (semiconductor wafer etc.). A device control method can be provided.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するためのすべての図面において、同一の構成要素には同一符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, the same constituent elements are given the same reference numerals, and the repeated explanation thereof is omitted.
<第1の実施形態>
(1.加工装置制御システムの構成)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る加工装置制御システムの機能的なブロックの構成の例を示した図である。図1に示すように、加工装置制御システム100は、モデル作成シミュレータ部110、制御演算部130、加工履歴データ記憶部140などのブロックを含んで構成される。
<First Embodiment>
(1. Configuration of processing equipment control system)
FIG. 1 is a diagram showing an example of a functional block configuration of a machining apparatus control system according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the machining
ここで、モデル作成シミュレータ部110は、その内部に、モデル作成試行部111、確率的パラメータ生成部115、モデル精度収束判定部116、マルコフ連鎖標本値記憶部121、装置性能予測モデル記憶部122などのブロックを含んで構成され、さらに、モデル作成試行部111は、その内部に、装置性能予測モデルメタ予測試行部112、装置性能予測試行部113などを含んで構成される。また、制御演算部130は、その内部に、装置性能予測モデルメタ予測部132、装置性能予測部133、制御量計算部134、異常予測部135などのブロックを含んで構成される。
Here, the model
この加工装置制御システム100の基本的な機能は、加工装置200(例えば、半導体ウェハCMP装置)における装置状態を含む様々な加工履歴データを取得し、その装置状態および加工履歴データに応じて、加工装置200を制御するための様々な制御量を出力する。この基本的な機能は、一般の制御システムと同じであるが、前記した各ブロックが有する独特の機能については、以下の実施形態の説明の中で順次説明する。
The basic function of the processing
図2は、加工装置制御システム100を実現する計算機システムの構成の例を示した図である。図2に示すように、本発明の実施形態に係る装置性能予測モデルの運用・管理を行う運用センタ300に設けられたモデル管理用計算機31は、通信ネットワーク500を介して、遠隔地の複数のサイト400にそれぞれ設置された制御用計算機41に接続されている。そして、サイト400にそれぞれ設置された制御用計算機41には、制御対象となる加工装置200が接続されている。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a computer system that realizes the machining
ここで、モデル管理用計算機31は、演算処理装置32と記憶装置33とを含んで構成され、その記憶装置33には、マルコフ連鎖標本値記憶部121、装置性能予測モデル記憶部122、加工履歴データ記憶部140などが設けられる。また、制御用計算機41は、演算処理装置42と記憶装置43とを含んで構成されている。そして、図1に示したモデル作成シミュレータ部110の機能は、モデル管理用計算機31によって実現され、また、制御演算部130の機能は、制御用計算機41によって実現される。
Here, the
(2.半導体ウェハCMP装置の構成)
図3は、本発明の実施形態において、加工装置200の代表例として用いられる半導体ウェハCMP装置の概略構成の例を示した図である。図3に示すように、半導体ウェハCMP装置200aは、研磨対象の半導体ウェハ10をその下面に保持して押圧するヘッド14、ヘッド14を回転させるヘッド回転モータ15、ヘッド14により押圧される半導体ウェハ10の下面側に接触し、その接触面を研磨する研磨パッド11、研磨パッド11をその上面に保持するテーブル12、テーブル12を回転させるテーブル回転モータ13、研磨パッド11の目立てをするドレッサ16、ドレッサ16を回転させるドレッサ回転モータ17、ドレッサ16を研磨パッド11の半径方向に揺動させるドレッサ揺動モータ18、スラリー19を研磨パッド11上面に供給するスラリー供給部20、などを含んで構成される。
(2. Configuration of semiconductor wafer CMP apparatus)
FIG. 3 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a semiconductor wafer CMP apparatus used as a representative example of the
半導体ウェハCMP装置200aでは、半導体ウェハ10は、ヘッド14によって保持されて、研磨パッド11の上面に所定の圧力で押圧される。一方、スラリー供給部20からは、研磨砥粒を含むスラリー19が研磨パッド11上に供給される。この状態でヘッド回転モータ15およびテーブル回転モータ13が回転すると、半導体ウェハ10は、研磨パッド11との接触面が研磨される。このとき、研磨の進行に伴い研磨パッド11の研磨面が磨耗する。そこで、ドレッサ回転モータ17およびドレッサ揺動モータ18が回転すると、ドレッサ16が研磨パッド11上を回転しながら揺動することによって、研磨パッド11の研磨面の目立てが行われる。
In the semiconductor wafer CMP apparatus 200a, the
加工装置制御システム100は、例えば、半導体ウェハ10上に形成された薄膜の膜厚が所定の目標値になるように、半導体ウェハCMP装置200aによる研磨時間などを制御する。その場合、その研磨時間は、研磨パッド11の目立ての状態や、ドレッサ16の目立ての性能などに大きく依存する。そこで、加工装置制御システム100は、研磨パッド11の目立ての状態や、ドレッサ16の目立ての性能などを知る手掛かりとなるデータを、加工履歴データとして半導体ウェハCMP装置200aから取得し、加工履歴データ記憶部140に蓄積する。
The processing
図4は、加工履歴データ記憶部140に蓄積される半導体ウェハCMP装置200aに対する加工履歴データのレコード構成の例を示した図である。図4に示すように、半導体ウェハCMP装置200aに対する加工履歴データのレコードは、被研磨ウェハ番号、装置号機名、消耗部品ドレッサ使用時間、消耗部品研磨パッド使用時間、研磨前膜厚V1、研磨後膜厚V2、研磨時間Tp、研磨レートRp、設置環境温度などのデータを含んで構成される。なお、この1レコードの加工履歴データは、研磨対象の1枚の半導体ウェハ10が研磨されるたびに取得されるものとする。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a record configuration of processing history data for the semiconductor wafer CMP apparatus 200a accumulated in the processing history
(3.研磨レートの一般的な予測方法)
まず、ここでは、一般的な制御システムの基本的な考え方に沿って、半導体ウェハCMP装置200aにより半導体ウェハ10の研磨をする場合に、目標の膜厚を達成するための研磨時間を予測し、設定する方法について説明する。
(3. General prediction method of polishing rate)
First, here, in accordance with the basic concept of a general control system, when the
加工装置制御システム100の制御演算部130は、まず、半導体ウェハ10の研磨前の膜厚V1(測定値)と研磨後の膜厚V2(目標値)との差である研磨量dV(目標値)だけの研磨を行うのに必要な研磨時間Tpを、次の式(1)に従って計算し、計算した研磨時間Tpを半導体ウェハCMP装置200aに設定する。
The
式(1)によれば、研磨時間Tpを計算するには、研磨レートRpを予め定めておく必要がある。研磨レートRpは、単位時間あたりの研磨量であり、半導体ウェハCMP装置200aの研磨性能を表す量である。研磨レートRpは、次の式(2)により計算することができる According to equation (1), to calculate the polishing time T p, it is necessary to determine the polishing rate R p in advance. The polishing rate Rp is a polishing amount per unit time, and is an amount representing the polishing performance of the semiconductor wafer CMP apparatus 200a. The polishing rate R p can be calculated by the following equation (2).
式(2)によれば、研磨量dVを研磨時間Tpで除すことにより求めることができる。そこで、ここでは、前回(n−1)の研磨における研磨量dVの測定値とそのときの研磨時間Tpの設定値とを用いて、次の式(3)に従って、前回(n−1)の研磨レートRpの実績値を計算し、その計算した研磨レートRpの実績値を、次回(n)の研磨レートの予測値Rp(n)とする。なお、ここでいう前回(n−1)の研磨とは、直前に行った半導体ウェハ10の研磨を指し、次回(n)の研磨とは、前回(n−1)の次に行おうとしている半導体ウェハ10の研磨をさすものとする(以下、本明細書にて同じ)。
According to equation (2) can be obtained by dividing the polishing amount dV in polishing time T p. Therefore, here, using the measured value of the polishing amount dV in the previous polishing (n−1) and the set value of the polishing time T p at that time, the previous (n−1) according to the following equation (3): The actual value of the polishing rate R p is calculated, and the calculated actual value of the polishing rate R p is set as the predicted value R p (n) of the next (n) polishing rate. The previous (n-1) polishing here refers to the polishing of the
この式(3)における前回(n−1)の膜厚V1、V2の測定値および研磨時間Tpの設定値は、加工履歴データ記憶部140から、当該半導体ウェハ10に付された被研磨ウェハ番号の行に含まれる研磨前膜厚V1、研磨後膜厚V2および研磨時間Tpのデータを読み出したものである。
The measured values of the previous (n−1) film thicknesses V 1 and V 2 and the set value of the polishing time T p in this equation (3) are obtained from the processing history
また、式(3)の表記では、次回(n)の研磨レートの予測値Rp(n)の記号“R”の上部には、いわゆる“ハット”マーク(“^”)が付されているが、この“ハット”マークは、予測値を表すものとするが、明細書の本文では省略する。 In addition, in the notation of the expression (3), a so-called “hat” mark (“^”) is added above the symbol “R” of the predicted value R p (n) of the next (n) polishing rate. However, this “hat” mark represents a predicted value, but is omitted in the text of the specification.
以上のようにして、加工装置制御システム100の制御演算部130は、次回(n)の研磨レートRpの予測値を求めることができる。そして、その予測値と研磨量dVの目標値とを式(1)に代入することにより、半導体ウェハCMP装置200aに設定すべき研磨時間Tpを得ることができる。
As described above, the control
なお、式(3)に従って、前回(n−1)の実績値を用いて計算した研磨レートRpを、そのまま次回(n)の予測値として使用した場合には、前回研磨時の固有の変動ノイズがそのまま予測誤差に反映されることになる。そこで、その変動ノイズの影響を低減させるためには、式(4)に従って、研磨レートRpの前回(n―1)の実績値と次回(n)の予測値との間でフィルタ処理を行えばよい。 In addition, when the polishing rate R p calculated using the actual value of the previous (n−1) according to the formula (3) is used as the predicted value of the next (n) as it is, the inherent variation at the previous polishing Noise is directly reflected in the prediction error. Therefore, in order to reduce the influence of the fluctuation noise, a filter process is performed between the previous (n−1) actual value and the next (n) predicted value of the polishing rate R p according to the equation (4). Just do it.
(4.一般的な予測方法における問題点)
しかしながら、以上に説明した次回(n)の研磨レートRpの予測値の計算方法には、実用上、重大な問題が存在する。すなわち、式(3)を計算するためには、研磨前の膜厚Vp(n−1)の測定値が必要であるが、実際上の半導体の製造ラインにおいては、研磨前の膜厚Vp(n−1)の測定に時間が掛かるため、次回(n)の研磨を行うときまで、その研磨前の膜厚Vp(n−1)の測定値を得ることができない。
(4. Problems in general prediction methods)
However, the calculation method of the predicted value of the next (n) polishing rate R p described above has a serious problem in practical use. That is, in order to calculate the equation (3), a measured value of the film thickness V p (n−1) before polishing is necessary. However, in an actual semiconductor production line, the film thickness V before polishing is calculated. Since it takes time to measure p (n-1), the measured value of the film thickness V p (n-1) before the polishing cannot be obtained until the next (n) polishing.
研磨前の膜厚Vp(n−1)の測定に時間が掛かるのは、膜厚測定装置(図示せず)が半導体ウェハCMP装置200aとは別体の装置であるため、その膜厚測定装置で膜厚を測定する場合には、その測定時間のほかに、対象の半導体ウェハ10を洗浄したり、搬送したりする時間が必要となるからである。
The measurement of the film thickness V p (n−1) before polishing takes time because the film thickness measurement apparatus (not shown) is a separate apparatus from the semiconductor wafer CMP apparatus 200a. This is because when the film thickness is measured by the apparatus, in addition to the measurement time, it is necessary to clean and transport the
もちろん、膜厚測定装置により研磨前の膜厚Vp(n−1)の測定値が取得されるのを待って、式(3)を用いて次回(n)の研磨の研磨レートRp(n)を予測し、その予測された研磨レートRp(n)を用いて、次回(n)の研磨を行うことは可能である。しかしながら、こうした場合、膜厚測定に伴う時間遅れのために、半導体ウェハ10の生産効率が大幅に低下してしまう。従って、現実の生産ラインでは、このような方法がとられることはない。
Of course, after the measurement value of the film thickness V p (n−1) before polishing is acquired by the film thickness measuring device, the polishing rate R p ( n) is predicted, and the next polishing (n) can be performed using the predicted polishing rate R p (n). However, in such a case, the production efficiency of the
そこで、このような場合には、前回(n)の研磨レートRp(n)の代りに、膜厚測定に伴う時間遅れよりも前の、例えば、L回前の研磨レートRp(n−L)を用いて、次回(n)の研磨レートRp(n)の予測値とする、という対策を立てることができる。この場合には、次回(n)の研磨レートRp(n)の予測値は、式(3)を拡張した式(5)によって求めることができる。 Therefore, in such a case, instead of the polishing rate R p (n) of the previous (n), for example, the polishing rate R p (n− before L times) before the time delay associated with the film thickness measurement. L) can be used to take a measure that the predicted value of the next (n) polishing rate R p (n) is used. In this case, the predicted value of the next (n) polishing rate R p (n) can be obtained by Expression (5) obtained by expanding Expression (3).
ここで、Lの実際上の値は、製造ラインの様々なケースにもよるが、およその目安は、5〜10程度である。また、当然ではあるが、この場合にも、式(4)と同様の式を用いることにより、L回前の研磨レートRp(n−L)で生じるノイズの影響を低減させることができる。 Here, the actual value of L depends on various cases of the production line, but the approximate standard is about 5 to 10. Of course, also in this case, the influence of noise generated at the polishing rate R p (n−L) before L times can be reduced by using an expression similar to Expression (4).
ところが、半導体ウェハCMP装置200aのような加工装置200では、消耗品である研磨パッド11やドレッサ16が、その使用時間とともに消耗され、また、その性能が劣化する。そのため、研磨パッド11やドレッサ16は、たびたび取り替えなければならない。研磨パッド11やドレッサ16を取り替えると、その性能が向上するので、研磨レートRpが向上する。
However, in the
図5は、半導体ウェハ10を半導体ウェハCMP装置200aで研磨したときの研磨レート実績値の推移チャートの例を示した図である。図5に示した研磨レート実績値推移チャート50において、その横軸は、半導体ウェハ10の研磨順の番号を表し、縦軸は、研磨レートRpの実績値を表す。また、研磨レート実績値推移チャート50の黒の四角のドットは、各研磨順の半導体ウェハ10の研磨で得られた研磨レートRpの実績値を表す。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a transition chart of a polishing rate actual value when the
なお、研磨レートRpは、研磨対象の膜の材質や半導体ウェハ10に形成される集積回路パターンによっても大きく相違する。そこで、図5に示した研磨レート実績値推移チャート50では、その研磨レートRpの実績値は、すべて同じ集積回路製品の半導体ウェハ10から得られた実績値であり、集積回路パターンによる相違の影響が出ないように配慮されている。
The polishing rate R p differs greatly depending integrated circuit pattern to be formed on the material and the
また、図5において、ドレッサ交換点50dは、消耗部品であるドレッサ16の交換時点を表し、図5の例では、D1〜D4の各時点で合計4回、ドレッサ16が新しいものに交換されたことが表わされている。また、研磨パッド交換点50pは、消耗部品である研磨パッド11の交換時点を表し、図5の例では、P1,1〜P4,2の各時点で合計9回、研磨パッド11が新しいものに交換されたことが表わされている。
Further, in FIG. 5, the
また、図5から分かるように、とくに、ドレッサ16や研磨パッド11が交換されたときなどには、研磨レートの実績値が大きく変動している。そのため、式(5)に従って、L回前(n−L)の研磨レートRp(n−L)の実績値を、次回(n)の研磨レートRp(n)の予測値として用いた場合には、その予測値から計算された研磨時間Tp(n)の誤差も大きくなり、その結果、研磨される膜厚にも大きな誤差が生じることになる。
Further, as can be seen from FIG. 5, especially when the
従って、このようにして研磨された半導体ウェハ10では、目標膜厚を達成できない半導体ウェハ10が大量に発生する事態となる。その場合、研磨超過の半導体ウェハ10については、廃棄せざるを得ず、また、研磨不足の半導体ウェハ10については、追加の研磨が必要となる。そして、その結果として、半導体ウェハ10の生産効率が大幅に低下することになる。
Therefore, in the
以上のように、半導体ウェハ10の生産効率が低下する問題を考慮すれば、とくに、半導体ウェハCMP装置200aのような消耗部品が加工性能を定める加工装置200では、L回前(n−L)の研磨レートRp(n−L)の実績値を用いて、次回(n)の研磨レートRp(n)を予測することは、実際上困難ということになる。
As described above, considering the problem that the production efficiency of the
(5.本発明の実施形態における解決方法)
以上に説明したように、研磨レートの一般的な予測方法、すなわち、前回(n−1)またはL回前(n−L)の研磨における研磨レートRp(n−1),Rp(n−L)を用いて、次回(n)の研磨レートRp(n)を予測する方法では、生産効率が低下するという問題を解決することができなかった。そこで、本実施形態では、前回(n−1)の研磨で容易に取得することが可能な製造上の他のパラメータ(変数)を用いて、次回(n)の研磨レートRp(n)を予測する方法を提示する。
(5. Solution in the embodiment of the present invention)
As described above, a general method for predicting the polishing rate, that is, the polishing rate R p (n−1), R p (n in the previous (n−1) or L previous (n−L) polishing. The method of predicting the next (n) polishing rate R p (n) using -L) has not been able to solve the problem of reduced production efficiency. Therefore, in this embodiment, the next (n) polishing rate R p (n) is obtained using other manufacturing parameters (variables) that can be easily obtained by the previous (n−1) polishing. Present the method of prediction.
(5.1 研磨レート予測モデルの導入)
本実施形態の加工装置制御システム100では、生産効率が低下するという問題を解決するために、制御演算部130の装置性能予測部133が、次の式(6)で表される研磨レート予測モデルに基づき研磨レートを予測するという構成をとる。
(5.1 Introduction of polishing rate prediction model)
In the processing
ここで、変数xk(n−1)は、半導体ウェハCMP装置200aの前回(n−1)の状態を表す説明変数であり、説明変数が1つの場合、式(6)は,単回帰式となり、複数の場合、重回帰式となる。また、このモデルでは、変数xk(n−1)として前回(n−1)の膜厚測定値を選ぶ必要はなく、前回(n−1)の研磨の直後に容易に取得可能な半導体ウェハCMP装置200aの状態を表す変数であれば、どのような変数であってもでもよい。 Here, the variable x k (n−1) is an explanatory variable representing the previous (n−1) state of the semiconductor wafer CMP apparatus 200a. When there is one explanatory variable, the equation (6) is a single regression equation. In the case of a plurality, a multiple regression equation is obtained. In this model, it is not necessary to select the previous (n−1) film thickness measurement value as the variable x k (n−1), and the semiconductor wafer can be easily obtained immediately after the previous (n−1) polishing. Any variable may be used as long as it represents the state of the CMP apparatus 200a.
すなわち、式(6)によれば、研磨レートなど加工装置200の装置性能を、装置性能そのものを表す物理量からではなく、その性能と相関度の高い「他の物理量」を用いて予測しようとするものである。ここでは、その「他の物理量」が説明変数に該当し、加工装置200による加工工程終了時に、直ちに容易に得られるものであれば、どのような物理量であってもよい。その「他の物理量」が直ちに得られれば、次回(n)の装置性能を直ちに予測することができる
That is, according to the equation (6), the apparatus performance of the
本実施形態では、制御演算部130は、研磨対象の半導体ウェハ10の研磨終了後、直ちにその変数の値を取得することができ、取得した値を加工履歴データ記憶部140に蓄積し、式(6)の計算を行うことができる。よって、次回(n)の研磨レートRp(n)は、研磨終了後に直ちに得られるので、研磨レートRp(n)の取得に時間が掛かるために半導体ウェハ10の生産効率が低下するという、一般的な予測方法における問題は解決される。
In the present embodiment, the
なお、半導体ウェハCMP装置200aの場合、使用可能な説明変数(変数xk)の候補としては、例えば、ドレッサ16や研磨パッド11などの消耗部品の交換時点からのそれらの累積使用時間、同様に交換時点からの累積被研磨半導体ウェハ数、研磨パッド11の各部の温度、テーブル回転モータ13のトルク、ヘッド14の各部の圧力などを挙げることができる。
In the case of the semiconductor wafer CMP apparatus 200a, usable explanatory variables (variable x k ) are, for example, their accumulated usage time from the time of replacement of consumable parts such as the
(5.2 最小2乗法による予測モデルの構築)
説明変数の候補の中から、いずれの変数を、あるいは、いずれの変数の組み合せを採用するかについては、加工履歴データ記憶部140に収集した、研磨レートRpの実績値と説明変数候補xkの実績値とを用い、最尤法または最小2乗法によって統計的に回帰式の係数akを決定し、係数akから求めた説明変数の予測精度への寄与によって決めることができる。寄与が同等の複数の説明変数がある場合は、説明変数の値の収集コストに基づき決めればよい。
(5.2 Construction of prediction model by least squares method)
From among the candidates of the explanatory variable, any variable or, for either adopting a combination of any of the variables, processing history collected in the
図5の例では、研磨レートRp(n)の実績値は、消耗部品であるドレッサ16が交換されるドレッサ交換点50dのD1、D2、D3、D4の各時点の前後で大きく変化し、ドレッサ16の交換後からの累積使用時間の経過とともに低下している。これは、ドレッサ16の交換後からの累積使用時間が式(6)の研磨レート予測モデルの説明変数としての寄与が高いことを意味している。
In the example of FIG. 5, the actual value of the polishing rate R p (n) is before and after each time point D 1 , D 2 , D 3 , D 4 of the
図6は、ドレッサ累積使用時間を説明変数とした場合の研磨レートRpの予測値推移チャートの例を示した図であり、(a)は、研磨レートRpの予測値および実績値を比較して示した図、(b)は、その予測値誤差推移チャートを示した図である。ここで、予測誤差とは、実績値の予測値からの偏差を表するものとする。なお、図6(a)において、グレーの丸のドットは、研磨レートRpの予測値を表し、白の四角のドットは、実績値を表す。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a predicted value transition chart of the polishing rate R p when the cumulative use time of the dresser is used as an explanatory variable. FIG. 6A compares the predicted value and the actual value of the polishing rate R p. FIG. 8B is a diagram showing the predicted value error transition chart. Here, the prediction error represents a deviation of the actual value from the predicted value. Incidentally, in FIG. 6 (a), the gray circle dot represents the estimated value of the polishing rate R p, white square dots represent actual values.
図6(a)を参照すると、ドレッサ累積使用時間からも、かなりいい精度で研磨レートRpを予測可能なことが分かる。しかしながら、図6(b)を参照すると、A区間52aではプラス側にオフセットした予測誤差が発生し、C区間52cではマイナス側にオフセットした予測誤差が発生していることが分かる。また、B区間52bでは、予測誤差の急峻な反転が観察される。
Referring to FIG. 6 (a), from the dresser cumulative use time, it can be seen predictable polishing rate R p fairly good accuracy. However, referring to FIG. 6B, it can be seen that a prediction error offset to the plus side occurs in the
図6(b)における、A区間52aおよびC区間52cにおける予測誤差のオフセットは、ドレッサ交換点50dのD1で交換し、A区間52aで使用したドレッサ16のドレス性能と、ドレッサ交換点50dのD4で交換し、C区間52cで使用したドレッサ16のドレス性能の相違により生じたものである。これは、ドレッサ累積使用時間からの研磨レートRpの予測では、ドレッサ16のドレス性能の違いによる予測誤差のオフセットの発生を防止することができないことを意味している。
In FIG. 6 (b), the offset of the prediction error in the
また、B区間52bには、ドレッサ交換点50dは存在しないが、研磨パッド交換点50pにおけるP2,3の交換点で、予測誤差が突然にプラス側からマイナス側へ反転する現象が生じている。このような予測誤差の反転現象は、P2,3の交換点以外では生じていない。一般に、交換後の研磨パッド11の初期ドレス性能(研磨パッド11のエージング性能)は、ドレッサ16の累積使用時間に依存して変動する。図6の例では、研磨パッド交換点50pにおける交換点P2,3は、他の交換点に比べ、ドレッサ16の累積使用時間が長くなった例である。そのため、研磨パッド11を交換しても、十分な初期ドレス性能が得られず、予測誤差が反転したものである。
In addition, although there is no
以上のように、予め取得された消耗品であるドレッサ16の累積使用時間と研磨レートRpとの相関関係に基づき、ドレッサ16のそのときの累積使用時間から研磨レートRpを予測する方法では、予測誤差のオフセットや予測誤差の反転(突発シフト)が発生することを防止することはできない。
As described above, in the method of predicting the polishing rate R p from the accumulated usage time of the
(5.3 メタ予測モデルの構築)
(5.3.1 予測誤差のオフセットを防止するモデル)
本実施形態では、予測誤差のオフセットが発生するという問題を解決するために、ドレッサ16を交換するたびにテスト研磨を実施するものとした。そして、加工装置制御システム100(図1参照)における制御演算部130の装置性能予測モデルメタ予測部132は、ドレッサ16が交換されるたび、そのテスト研磨で得られる研磨レートの実績値(以下、単に、テスト研磨結果という)を取得し、研磨レート予測モデルにおける切片a0を、次の式(7)に従って決定する。
(5.3 Construction of meta prediction model)
(5.3.1 Model to prevent prediction error offset)
In this embodiment, in order to solve the problem that the offset of the prediction error occurs, the test polishing is performed every time the
さらに、ドレッサ16の交換ごとに研磨レート予測モデルの係数a1が変動する場合には、装置性能予測モデルメタ予測部132は、ドレッサ16が交換されるときのテスト研磨結果を用い、式(8)に従って係数a1を予測する。
Further, when the coefficient a 1 of the polishing rate prediction model changes every time the
以上、式(7)や式(8)においては、研磨レートRpを予測する回帰式のモデルのパラメータである切片a0や係数a1が、他の回帰式の予測モデルで表されるという予測モデルの多重構成となっている。本明細書では、このような多重構成の上位側の予測モデルをメタ予測モデルという。 As described above, in the equations (7) and (8), the intercept a 0 and the coefficient a 1 that are parameters of the regression equation model for predicting the polishing rate R p are expressed by the prediction models of other regression equations. The prediction model has a multiple structure. In the present specification, such a higher-level prediction model having a multiple configuration is referred to as a meta prediction model.
以上、式(7)または式(8)によれば、研磨レートRpを予測する回帰式のモデルにおける切片a0や係数a1は、ドレッサ16が交換されるたびに、そのとき実施されるテスト研磨結果に従って更新されることになる。これは、ドレッサ16の個別的なドレス性能の相違が補正されることを意味する。従って、研磨レートRpの予測値における予測誤差のオフセットの発生が防止される。
As described above, according to the equation (7) or the equation (8), the intercept a 0 and the coefficient a 1 in the regression equation model for predicting the polishing rate R p are performed each time the
(5.3.2 予測誤差の反転(突発シフト)を防止するモデル)
次に、研磨レートRpの予測値における予測誤差の反転(突発シフト)が発生する問題を解決する方法を考える。その解決方法の1つは、ドレッサ16交換時の場合と同様に、式(7)や式(8)を用いることである。すなわち、研磨パッド11の交換時にもテスト研磨を実施し、そのテスト研磨の結果を式(7)に適用して、研磨レート予測モデルの切片a0を決定し、さらに、必要があれば、同じテスト研磨の結果を式(8)に適用して、係数a1を予測すればよい。
(5.3.2 Model that prevents reversal of prediction error (sudden shift))
Next, think about how to solve the problems inversion (sudden shift) occurs in the prediction error in the prediction value of the polishing rate R p. One solution is to use the equations (7) and (8) as in the case of replacing the
しかしながら、そうした場合、テスト研磨回数が増加することになる。テスト研磨にせよ、その研磨で得られる研磨レートの実績値を次の研磨で利用する場合には、前記したように、対象の半導体ウェハ10の膜厚を膜厚測定装置で測定する時間だけでなく、半導体ウェハ10を洗浄したり、搬送したりする時間が必要となり、その生産効率が低下する。そこで、本実施形態では、テスト研磨回数を増加させないで済む方法を採用する。
However, in such a case, the number of test polishing increases. In the case of test polishing, when the actual value of the polishing rate obtained by the polishing is used in the next polishing, as described above, only the time for measuring the film thickness of the
すなわち、本実施形態では、消耗部品であるドレッサ16または研磨パッド11が交換されるたびに、装置性能予測モデルメタ予測部132が、式(9)のメタ予測モデルに基づき、研磨レート予測モデルを更新する。また、半導体ウェハ10の研磨が行われるたびに、装置性能予測部133がその予測モデルを用いて研磨レートを予測する。
That is, in this embodiment, every time the
すなわち、装置性能予測モデルメタ予測部132は、ドレッサ16が交換される場合には、式(7)または式(8)に従って、研磨レート予測モデルを更新する。一方、研磨パッド11が単独に交換される場合には、装置性能予測モデルメタ予測部132は、メタ予測モデルの説明変数として研磨パッド交換時点のドレッサ累積使用時間を用いて、研磨レート予測モデルの切片a0および係数a1を予測し、更新する。
That is, when the
以上のようなメタ予測モデルを用いることにより、研磨パッド交換時のドレッサ累積使用時間が短い場合、つまり、ドレッサ16のドレス性能が高い場合には、その交換された研磨パッド11が、高研磨レートの状態に初期化(エージング)され、一方、研磨パッド交換時のドレッサ累積使用時間が長い場合、つまり、ドレッサ16のドレス性能が低い場合には、研磨パッド11が低研磨レートの状態にしか初期化(エージング)されない、というような現象まで忠実に予測することが可能になった。
By using the meta prediction model as described above, when the dresser cumulative usage time at the time of polishing pad replacement is short, that is, when the dressing performance of the
(5.3.3 予測モデルの切片の学習)
さらに、研磨レート予測モデルの精度を向上させるために、式(10)に示すように、装置性能予測部133が、研磨が実施されるたびに、研磨レート予測モデルを学習する構成としてもよい。前記したように、膜厚測定には時間遅延が伴うために、常に前回の研磨レート実績値を得ることは難しい。
(5.3.3 Prediction model intercept learning)
Furthermore, in order to improve the accuracy of the polishing rate prediction model, the apparatus
そこで、ここでは、装置性能予測部133は、任意のL回前(n−L)の研磨レート実績値と予測値の差をフィードバックして、予め定められた学習ゲインλを乗じて、予測モデルの切片a0を学習し、更新する構成としてもよい。この学習ゲインλは、研磨レート実績値のフィードバック制御ゲインに相当する。なお、学習モデルは、予測モデルの切片a0だけの学習ではなく、予測モデルの係数a1も学習し、更新する構成であってもよい。
Therefore, here, the apparatus
(5.4 メタ予測モデルの効果)
図7は、式(9)のメタ予測モデルに基づいて研磨レートRpを予測した予測値推移チャートの例を示した図であり、(a)は、研磨レートRpの予測値および実績値を比較して示した図、(b)は、その予測値誤差の推移を示した図である。なお、図7(a)において、グレーの丸のドットは、研磨レートRpの予測値を表し、白の四角のドットは、実績値を表す。
(5.4 Effects of the meta prediction model)
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a predicted value transition chart in which the polishing rate R p is predicted based on the meta prediction model of Expression (9), and (a) is a predicted value and actual value of the polishing rate R p. The figure which compared and showed, (b) is the figure which showed transition of the predicted value error. Incidentally, in FIG. 7 (a), the gray circle dot represents the estimated value of the polishing rate R p, white square dots represent actual values.
式(9)のメタ予測モデルでは、消耗部品であるドレッサ16や研磨パッド11が交換されるたびに、回帰予測モデルの切片および係数が予測され、更新される。しかも、ドレッサ16が更新されたときには、テスト研磨が行われ、その研磨結果が式(9)のメタ予測モデルに代入され、研磨レート予測モデルが更新される。
In the meta prediction model of Expression (9), every time the
従って、式(9)のメタ予測モデルでは、図7(b)に示されている通り、図6(b)の場合にA区間52aやC区間52cに発生した予測誤差のオフセットは、発生していない。また、B区間52bでの予測誤差の反転(突発シフト)も発生していない。このように、メタ予測モデルにより、研磨レートRpを予測する回帰モデルの切片や係数を予測するようにしたことにより、予測誤差のオフセットや予測誤差の反転(突発シフト)を防止することができ、予測の精度を向上させることができる。
Therefore, in the meta prediction model of Equation (9), as shown in FIG. 7B, the offset of the prediction error that occurred in the
(5.5 メタ予測モデルに存在する課題)
以上に示した式(9)に基づくメタ予測モデルでは、研磨レートRpの予測モデルの切片a0と係数a1の2つのパラメータを予測するために、2つのメタ予測モデルが用意される。従って、メタ予測モデルを利用するには、その2つのメタ予測モデルについて、それぞれ切片と係数の2つのパラメータが必要となり、合計4つのパラメータを事前に決定しておくことが必要となる。
(5.5 Issues existing in the meta prediction model)
In the meta prediction model based on the equation (9) shown above, two meta prediction models are prepared in order to predict the two parameters of the intercept a 0 and the coefficient a 1 of the prediction model of the polishing rate R p . Therefore, in order to use the meta prediction model, two parameters of an intercept and a coefficient are necessary for each of the two meta prediction models, and it is necessary to determine a total of four parameters in advance.
これらのメタ予測モデルのパラメータは、回帰モデルのパラメータであるため、統計的に定められるべきであるが、そのパラメータを定めるために大量のテスト研磨を行うことはできない。そうすれば、半導体ウェハ10の生産効率を低下させることになる。従って、これらのパラメータは、加工履歴データ記憶部140に蓄積された加工履歴データが、できるだけ少量のうちから、早急に決定される必要がある。
These meta-prediction model parameters are parameters of the regression model and should be defined statistically, but a large amount of test polishing cannot be performed to determine the parameters. If it does so, the production efficiency of the
これらのメタ予測モデルのパラメータは、最尤法や最小2乗法などを適用することによって、統計的に定めることができる。しかしながら、半導体ウェハCMP装置200aの場合、そのメタ予測モデルは、ドレッサ16の交換時と研磨パッド11の単独交換時とで異なる予測式で表されているため、それぞれの場合に応じて、そのパラメータを個別的に決定しなければならない。従って、加工履歴データ記憶部140に蓄積された少量の加工履歴データは、そのそれぞれの場合の条件に応じて、さらに、少量のデータに分割され、メタ予測モデルのパラメータは、その少量のデータを用いて統計的に決定される。その場合、その少量のデータを用いて統計的にパラメータを決定する場合に、そのパラメータの精度を如何にして確保するかが課題となる。
The parameters of these meta prediction models can be statistically determined by applying a maximum likelihood method, a least square method, or the like. However, in the case of the semiconductor wafer CMP apparatus 200a, the meta prediction model is expressed by different prediction formulas when the
(6.モデル作成シミュレータ部における処理)
そこで、この課題を解決するために、本実施形態では、少量の加工履歴データからメタ予測モデルのパラメータを決定するという方法を採らず、メタ予測モデルのパラメータの確率分布をシミュレーションで評価して、その平均値あるいは最頻値からパラメータの値を定めるという方法を採用する。
(6. Processing in the model creation simulator)
Therefore, in order to solve this problem, the present embodiment does not adopt a method of determining the parameters of the meta prediction model from a small amount of processing history data, and evaluates the probability distribution of the parameters of the meta prediction model by simulation, A method of determining the parameter value from the average value or the mode value is adopted.
このようなメタ予測モデルのパラメータの決定方法を実現するために、本実施形態における加工装置制御システム100(図1参照)には、モデル作成シミュレータ部110が設けられており、さらに、そのモデル作成シミュレータ部110の内部には、モデル作成試行部111、確率的パラメータ生成部115およびモデル精度収束判定部116が設けられている。
In order to realize such a method for determining the parameters of the meta prediction model, the machining apparatus control system 100 (see FIG. 1) in the present embodiment is provided with a model
そのモデル作成シミュレータ部110において、確率的パラメータ生成部115は、式(9)における4つのメタ予測モデルのパラメータの候補を確率的に生成するとともに、その生成したパラメータの候補をモデル作成試行部111へ送る。また、モデル作成試行部111は、そのメタ予測モデルのパラメータの候補に基づき、研磨レートRpの予測値をシミュレーション評価し、その予測誤差を求める。モデル精度収束判定部116は、そのシミュレーション評価により求められた予測誤差の統計的な収束判定を行う。そして、その収束判定で収束と判定されるまで、以上の確率的パラメータ生成部115、モデル作成試行部111およびモデル精度収束判定部116における処理が繰り返される。
In the model
また、さらに詳細には、モデル作成試行部111は、装置性能予測モデルメタ予測試行部112と装置性能予測試行部113とを含んで構成される。装置性能予測モデルメタ予測試行部112は、確率的パラメータ生成部115から受信した4つのメタ予測モデルのパラメータ候補を用いて、式(9)のメタ予測モデルの候補を構築する。そして、加工履歴データ記憶部140から所定の連続するウェハ研磨区間の消耗部品累積使用時間データ(本実施形態では、図4の加工履歴データ中の消耗部品ドレッサ使用時間および消耗部品研磨パッド使用時間)を取得し、そこから導かれる消耗部品交換に応じて、逐次、研磨レート予測モデルの候補を更新し、装置性能予測試行部113に送信する。
In more detail, the model
装置性能予測試行部113は、同じく加工履歴データ記憶部140から所定の連続するウェハ研磨区間の消耗部品累積使用時間データを取得し、その取得した消耗部品累積使用時間データを、逐次、受信した研磨レート予測モデルの候補に代入して、半導体ウェハCMP装置200aの装置性能である研磨レートRpを予測する。
Similarly, the apparatus performance
さらに、装置性能予測試行部113は、加工履歴データ記憶部140から所定の連続するウェハ研磨区間の研磨レート実績値(図4のデータテーブルの研磨レートRp)を取得し、研磨レート予測値と比較して偏差を計算し、その分散を予測誤差として、モデル精度収束判定部116に送信する。
Furthermore, the apparatus performance
続いて、モデル精度収束判定部116は、一連のメタ予測モデルのパラメータ候補データに対する予測誤差データが所定の確率標本分布(例えば、正規分布)に収束しているか否かを判定し、収束区間を確定する。なお、これらの収束判定の詳細については、別途、図を参照して説明する。
Subsequently, the model accuracy
モデル作成シミュレータ部110は、メタ予測モデルの各パラメータ候補の収束区間のシミュレーションデータから、平均値または最頻値を計算し、その計算値をパラメータ値として確定させ、制御演算部130に送信する。
The model
(7.MCMC法の適用)
ところで、確率的パラメータ生成部115におけるメタ予測モデルのパラメータ候補の生成を、単純なモンテカルロシミュレーション法によって、ランダムに行った場合には、予測誤差の確率標本分布が収束するのに長時間を要する、あるいは、収束しないという問題が生じる。そこで、本実施形態では、モデル作成シミュレータ部110におけるメタ予測モデルのパラメータ候補の生成(標本サンプリング)、研磨レート予測モデルの候補の更新、予測誤差の確率標本分布の収束評価の一連の処理に、階層ベイスモデルに対するMCMC法を適用する。
(7. Application of MCMC method)
By the way, when the generation of parameter candidates for the meta prediction model in the stochastic
階層ベイスモデルに対するMCMC法をモデル作成シミュレータ部110における一連の処理に適用すれば、予測誤差の実績値から導かれる尤度とパラメータ事前確率分布との積からパラメータ事後確率分布を得ることができ、さらに、その事後確率分布に基づきメタ予測モデルのパラメータ候補を生成(標本サンプリングによる)することができるので、予測誤差の確率標本分布の収束が速くなるという効果が得られる。
If the MCMC method for the hierarchical base model is applied to a series of processes in the model
図8は、モデル作成シミュレータ部110におけるモデル作成シミュレーション処理の処理フローの例を示した図である。図8に示すように、モデル作成シミュレーション処理は、マルコフ連鎖によるパラメータ初期値設定処理(ステップS10)、モデル予測試行処理(ステップS11)、予測誤差の分散計算と事後分布の更新処理(ステップS12)、マルコフ連鎖収束判定処理(ステップS13)、マルコフ連鎖からの収束区間の標本値の切り出し処理(ステップS14)、収束区間の標本値の分布からのパラメータ確定処理(ステップS15)、制御演算部のモデル更新処理(ステップS16)を含んで構成される。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a processing flow of model creation simulation processing in the model
また、モデル予測試行処理(ステップS11)は、モデル作成試行のための装置データ区間初期化処理(ステップS11a)、装置データ読み込み処理(ステップS11b)、装置性能予測モデルメタ予測試行処理(ステップS11c)、装置性能予測モデルからの装置性能予測試行処理(ステップS11d)、装置性能予測誤差計算処理(ステップS11e)、装置データ終了処理(ステップS11f)を含んで構成される。 The model prediction trial process (step S11) includes a device data section initialization process (step S11a), a device data read process (step S11b), and a device performance prediction model meta prediction trial process (step S11c) for a model creation trial. The apparatus performance prediction trial process (step S11d) from the apparatus performance prediction model, the apparatus performance prediction error calculation process (step S11e), and the apparatus data end process (step S11f) are configured.
以下、図8を参照して、MCMC法およびMCMC法が適用されたモデル作成シミュレーション処理の詳細について説明する。まず、事前準備として、次の式(11)に示すように、研磨レートの実績値と予測値との偏差である研磨レート予測誤差εを、その平均値がゼロ、分散がσ2の正規分布Nに従う確率変数であるとする。なお、式中の「〜」は、左辺の確率変数(研磨レート予測誤差ε)が右辺の統計分布(正規分布N)に従うことを表す。 Hereinafter, the details of the MCMC method and the model creation simulation process to which the MCMC method is applied will be described with reference to FIG. First, as a preliminary preparation, as shown in the following equation (11), a polishing rate prediction error ε, which is a deviation between the actual value and the predicted value of the polishing rate, is a normal distribution having an average value of zero and a variance of σ 2 . Let N be a random variable according to N. Note that “˜” in the formula indicates that the random variable (polishing rate prediction error ε) on the left side follows the statistical distribution (normal distribution N) on the right side.
さらに、メタ予測モデルの4個のパラメータと、式(11)の研磨レート予測誤差εが従う正規分布Nの分散パラメータとを、確率変数θとして、式(12)に示す階層ベイスモデルを設定する。 Further, the hierarchical base model shown in the equation (12) is set with the four parameters of the meta prediction model and the dispersion parameter of the normal distribution N followed by the polishing rate prediction error ε of the equation (11) as a random variable θ. .
式(12)に示されているように、研磨レートの実績値に基づく確率変数θの事後確率密度関数である関数π(左辺)は、確率変数θが与えられたときの研磨レート予測誤差データの尤度関数である関数fと、確率変数θの事前確率密度関数である関数π(右辺)との積で表される。 As shown in the equation (12), the function π (left side) which is a posterior probability density function of the random variable θ based on the actual value of the polishing rate is the polishing rate prediction error data when the random variable θ is given. Is expressed by a product of a function f that is a likelihood function of and a function π (right side) that is a prior probability density function of a random variable θ.
確率変数θの事前確率密度関数のうち、メタ予測モデルの4個のパラメータの事前確率密度関数は、式(13)に示す正規分布Nで表されるものとする。 Of the prior probability density functions of the random variable θ, the prior probability density functions of the four parameters of the meta prediction model are represented by a normal distribution N shown in Expression (13).
事前知識がある場合は、これらの正規分布Nの平均値および分散値は、その知識に基づいて設定される。本実施形態では、事前知識があることを想定しないので、その正規分布Nとして、平均値がゼロ、分散値が10,000といった幅の広いものを設定する。ただし、事前知識がない場合、平均値や分散値などの統計値が結果に及ぼす感度は小さいので、それらの統計値を厳密にこれらの値と同じ値に設定する必要はない。 If there is prior knowledge, the average value and variance value of these normal distributions N are set based on that knowledge. In this embodiment, since it is not assumed that there is prior knowledge, a wide distribution having an average value of zero and a variance value of 10,000 is set as the normal distribution N. However, in the absence of prior knowledge, the statistical value such as the average value or the variance value has a small sensitivity to the result, and therefore it is not necessary to set these statistical values exactly to these values.
また、確率変数θの事前確率密度関数のうち、式(11)の研磨レート予測誤差εが従う正規分布Nの分散σ2の事前確率密度関数は、次の式(14)に示されるように、逆ガンマ分布IGで表される。 Further, among the prior probability density functions of the random variable θ, the prior probability density function of the variance σ 2 of the normal distribution N followed by the polishing rate prediction error ε of the formula (11) is expressed by the following formula (14). , Represented by an inverse gamma distribution IG.
事前知識がある場合は、逆ガンマ分布IGの2個の母数n0とS0は、その知識に基づいて設定される。本実施形態では、事前知識があることを想定しないので、逆ガンマ分布IGとしては、母数n0が0.002、S0が1の幅が広い分布を設定する。なお、事前知識がない場合、母数の結果に及ぼす感度は小さいので、2個の母数を厳密にこれらの値と同じ値に設定する必要はない。 If there is prior knowledge, the two parameters n 0 and S 0 of the inverse gamma distribution IG are set based on that knowledge. In this embodiment, since it is not assumed that there is prior knowledge, a wide distribution having a parameter n 0 of 0.002 and S 0 of 1 is set as the inverse gamma distribution IG. If there is no prior knowledge, the sensitivity to the result of the parameter is small, so it is not necessary to set the two parameters exactly to these values.
続いて、図8を参照しつつ、MCMC法によるモデル作成シミュレーション処理の処理フローについて説明する。まず、モデル作成シミュレータ部110は、確率変数θに含まれる、メタ予測モデルの4個のパラメータと、式(11)の研磨レート予測誤差εが従う正規分布Nの分散の初期値を設定する(パラメータ初期値設定処理:ステップS10)。これらの初期値の結果に対する感度は高くはないため、式(13)および式(14)の事前に設定した分布から、適宜、サンプリングして設定してもよい。
Next, a processing flow of model creation simulation processing by the MCMC method will be described with reference to FIG. First, the model
次に、モデル作成シミュレータ部110は、マルコフ連鎖に従い、式(12)の事後分布からに従って、逐次、標本値計算を行うステップS11a〜ステップS11fの処理を繰り返し実行する(モデル予測試行処理:ステップS11)。
Next, the model
モデル予測試行処理(ステップS11)において、装置性能予測モデルメタ予測試行部112は、確率的パラメータ生成部115から送信される確率変数θ(メタ予測モデルの4個のパラメータと研磨レート予測誤差の分散パラメータ)の現行値を受信し、受信したメタ予測モデルの4個のパラメータを用いて式(9)のメタ予測モデルを構築し、モデル作成試行のための装置データ区間を設定する(装置データ区間設定処理:ステップS11a)。
In the model prediction trial process (step S11), the apparatus performance prediction model meta
次に、装置性能予測モデルメタ予測試行部112は、その設定した装置データ区間の消耗部品累積使用時間データを、加工履歴データ記憶部140から逐次に読み込む(装置データ読み込み処理:ステップS11b)。そして、その読み込んだデータから導かれる消耗部品の交換実績に応じて、研磨レート予測モデルのメタ予測を試行し、得られた研磨レート予測モデルを装置性能予測試行部113に送信する(装置性能予測モデルメタ予測試行処理:ステップS11c)。
Next, the device performance prediction model meta
さらに、装置性能予測試行部113は、ステップS11aで設定された装置データ区間における連続するウェハ研磨区間の消耗部品累積使用時間データを、加工履歴データ記憶部140から逐次取得し、先に受信した研磨レート予測モデルに代入して、装置性能である研磨レートの予測を試行する(研磨レート予測試行処理:ステップS11d)。そして、装置性能予測試行部113は、加工履歴データ記憶部140から、先に設定した連続するウェハ研磨区間の研磨レート実績値を取得し、研磨レート予測値と比較して予測誤差を計算する(装置性能予測誤差計算処理:ステップS11e)。
Further, the apparatus performance
次に、装置性能予測試行部113は、ステップS11aで設定された装置データ区間について、モデル予測試行計算すべき装置データ区間が終了したか否かを判定する(ステップS11f)。そして、その判定の結果、モデル予測試行計算すべき装置データ区間が終了していない場合には(ステップS11fでNo)、前に戻って、装置データ読み込み処理(ステップS11b)以下の処理を繰り返し実行する。
Next, the apparatus performance
一方、モデル予測試行計算すべき装置データ区間が終了した場合には(ステップS11fでYes)、装置性能予測試行部113は、ここまでの処理で得られた予測誤差の系列の分散を計算し、その予測誤差分散と、確率変数θの現行値と、必要があれば消耗部品累積使用時間データとを式(12)に入力し、確率変数θの事後分布を更新する(予測誤差分散計算および事後分布更新処理:ステップS12)。
On the other hand, when the device data section to be subjected to the model prediction trial calculation is completed (Yes in step S11f), the device performance
次に、モデル精度収束判定部116は、確率変数θの標本値に含まれる、研磨レート予測誤差の分散σ2の事後分布からの標本値の連鎖集合が逆ガンマ分布IGに収束し、かつ、収束判定後から所定のマルコフ連鎖標本数が計算されたか否かを判定する(マルコフ連鎖収束条件判定処理:ステップS13)。
Next, the model accuracy
そして、その収束条件が満たされていない場合には(ステップS13aでNo)、確率的パラメータ生成部115は、以降、このステップを通過するたびに、確率変数θに含まれるメタ予測モデルのパラメータおよび研磨レート予測誤差の分散パラメータのうちの1つを、マルコフ連鎖に従い順に選択し、前回、パラメータが更新された式(12)の事後分布から、その標本値を新たに発生させ、更新されたパラメータの値と、残りの前回と同じパラメータの値と、をモデル作成試行部111に送信する(ステップS17)。
When the convergence condition is not satisfied (No in step S13a), the probabilistic
ステップS17に続いて、その処理は、確率的パラメータ生成部115からモデル作成試行部111の処理に移行し、再び、ステップS11a以下の処理が繰り返して実行される。
Subsequent to step S17, the processing shifts from the stochastic
一方、ステップS13での収束条件が満たされていた場合には(ステップS13aでYes)、モデル精度収束判定部116は、それまでの繰り返しの計算処理を終了して、収束区間を確定させ、確率変数θの標本系列を切り出す(収束区間標本系列切り出し処理:ステップS14)。
On the other hand, when the convergence condition in step S13 is satisfied (Yes in step S13a), the model accuracy
図9は、MCMC法(図8のステップS13までの繰り返し処理)によるパラメータ標本系列が収束する様子の例を示した図であり、(a)は、初回から収束するまでに加え、所定回数の収束区間を含んだ場合について、その収束する様子を示した図、(b)は、所定回数の収束区間における収束した様子を示した図である。 FIG. 9 is a diagram showing an example of how the parameter sample series converges by the MCMC method (repetitive processing up to step S13 in FIG. 8). FIG. 9A shows a predetermined number of times in addition to convergence from the first time. The figure which showed the mode of the convergence about the case where a convergence area was included, (b) is the figure which showed the mode that it converged in the convergence area of the predetermined number of times.
図9(a)において、左側チャート55aは、分散パラメータσ2の逆数の標本系列が収束する様子を示したもの、右側チャート55bは、メタ予測モデルのパラメータの1つであるパラメータβ0の標本系列が収束する様子を示したものである。ここで、収束が確定したと判断される、例えば、繰り返し回数2,000回以降5,000回までを収束区間56という。
In FIG. 9A, the
図9(b)において、左側チャート57aは、図9(a)の左側チャート55aから収束区間56の部分を切り出したパラメータ標本系列であり、また、右側チャート57bは、その度数分布である。この収束区間56のパラメータ標本系列から、その平均値58が計算される。また、右側チャート57bから分かるように、収束区間56におけるパラメータ標本系列は、正規分布を形成する。
In FIG. 9B, the
再度、図8の処理フローを参照すると、モデル作成シミュレータ部110は、確率変数θに含まれる各パラメータの収束区間56の標本系列に基づき、平均値を計算してパラメータ値を確定させる(パラメータ確定処理:ステップS15)。その後、モデル作成シミュレータ部110は、メタ予測モデルの4個のパラメータのそれぞれ平均値(例えば、図9(b)の符号58)を、制御演算部130の装置性能予測モデルメタ予測部132に送信して、制御演算部130における予測モデルを更新する(予測モデル更新処理:ステップS16)。
Referring to the processing flow in FIG. 8 again, the model
以上、図8を用いて、モデル作成シミュレータ部110が実行するMCMC法に基づくモデル作成シミュレーション処理の内容について説明したが、実際の計算の詳細は、例えば、Metropolis Hastingsアルゴリズム、Gibbs Samplerアルゴリズム、Slice Samplerアルゴリズムなどに基づいて実行される(非特許文献1など参照)。
The content of the model creation simulation process based on the MCMC method executed by the model
なお、以上に説明したモデル作成シミュレーション処理は、図2に示した運用センタ300に設置されたモデル管理用計算機31のプログラムとして、その記憶装置33に格納され、そのプログラムは、演算処理装置32によって実行される。また、そのプログラムの実行に際しては、マルコフ連鎖標本値記憶部121、装置性能予測モデル記憶部122、加工履歴データ記憶部140のデータが、適宜、読み書きされる。
The model creation simulation process described above is stored in the
(8.制御演算部における処理)
図10は、加工装置制御システム100の制御演算部130における装置性能予測および制御量計算処理の処理フローの例を示した図である。図10に示すように、制御演算部130の装置性能予測モデルメタ予測部132は、まず、モデル作成シミュレータ部110から送信されたメタ予測モデルの4個のパラメータ値を受信し、受信したパラメータ値によりメタ予測モデルを更新する(ステップS20)、すなわち、式(9)の研磨レート予測モデルにおける切片a0および係数a1を予測するメタ予測モデルを更新する。
(8. Processing in the control calculation unit)
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a processing flow of apparatus performance prediction and control amount calculation processing in the
次に、装置性能予測モデルメタ予測部132は、研磨対象の半導体ウェハ10の到着に同期して、加工履歴データ記憶部140から消耗部品(ドレッサ16および研磨パッド11)使用時間の前回値を取得し(ステップS21)、消耗部品(ドレッサ16および研磨パッド11)の交換を検知する(ステップS22)。なお、消耗部品の交換を検知するには、加工履歴データの消耗部品(ドレッサ16および研磨パッド11)使用時間の前回値から前々回値を差し引き、その符号が反転しているかどうかを検知すればよい。
Next, the apparatus performance prediction model
そして、その消耗部品の検知により、ドレッサ16の交換を検知した場合には(ステップS23でYes)、装置性能予測モデルメタ予測部132は、テスト研磨結果を取得し、そのテスト研磨結果を用いて、すなわち、テスト研磨結果を式(9)のドレッサ交換時のメタ予測モデルに代入することによって、研磨レート予測モデルを更新する(ステップS23a)。
If the replacement of the
また、ドレッサ16の交換を検知せず(ステップS23でNo)、研磨パッド11の交換を検知した場合には(ステップS24でYes)、装置性能予測モデルメタ予測部132は、ドレッサ使用時間を用いて、すなわち、ドレッサ使用時間を式(9)の研磨パッド交換時のメタ予測モデルに代入することによって、研磨レート予測モデルを更新する(ステップS24a)。
If the replacement of the
一方、ドレッサ16の交換も研磨パッド11の交換も検知しなかった場合には(ステップS24でNo)、装置性能予測モデルメタ予測部132は、加工履歴データ記憶部140から取得した研磨レートの実績値を取得し、式(10)に基づき、研磨レート予測モデルの切片a0を学習する(ステップS25)。なお、このとき、研磨レート予測モデルの係数a1を併せて学習するようにしてもよい。
On the other hand, if neither the replacement of the
装置性能予測モデルメタ予測部132は、ここまでの処理によって更新または学習した研磨レート予測モデルを装置性能予測部133へ送付する。そして、その送付を受けた装置性能予測部133は、ドレッサ使用時間の前回値を用いて、すなわち、式(9)の研磨レート予測モデルにドレッサ使用時間の前回値を代入することにより、研磨レートを予測し(ステップS26)、予測した研磨レートを制御量計算部134および異常予測部135へ送付する。
The apparatus performance prediction model
続いて、異常予測部135は、研磨レート予測値を所定のしきい値と照合することによって、研磨レート異常の有無を判定し、研磨レート異常であった場合には(ステップS27でYes)、加工装置200(半導体ウェハCMP装置200a)にアラームを送信する(ステップS27a)。
Subsequently, the
一方、研磨レート異常でなかった場合には(ステップS27でNo)、制御量計算部134は、式(1)に基づき研磨時間を計算し、その計算によって得られた研磨時間を加工装置200(半導体ウェハCMP装置200a)へ送信し(ステップS28)、その送信した研磨時間での研磨を指示する。
On the other hand, if the polishing rate is not abnormal (No in step S27), the control
制御演算部130は、加工装置200(半導体ウェハCMP装置200a)からの通知に基づき、次の研磨対象の半導体ウェハ10の到着を検知した場合には(ステップS29でYes)、処理をステップS21へ戻し、ステップS21以下の処理を繰り返して実行する。なお、加工履歴データ記憶部140に、所定の数の実績データが新規に蓄積された場合には、一旦、ステップS21以下の繰り返し処理を中断して、モデル作成シミュレータ部110が、メタ予測モデルの4個のパラメータ値を更新するようにしてもよい。
When the control
以上、図10を用いて説明した制御演算部130における装置性能予測および制御量計算処理は、サイト400(図2参照)に設置された制御用計算機41のプログラムとして、その記憶装置43に格納され、そのプログラムは、演算処理装置42によって実行される。
As described above, the apparatus performance prediction and control amount calculation processing in the
この場合、制御用計算機41は、通信ネットワーク500を介してモデル管理用計算機31から取得したメタ予測モデルのパラメータ値に基づき予測した研磨レートの計算結果を、加工装置200(半導体ウェハCMP装置200a)へ送信するとともに、その加工装置200による研磨で得られた加工履歴データ(消耗部品使用時間、研磨前後の膜厚など)を取得して、自身の記憶装置43に蓄積して利用する。また、制御用計算機41は、その蓄積した加工履歴データのコピーをモデル管理用計算機31へ送信する。従って、制御用計算機41およびモデル管理用計算機31は、実質的にミラー状態の加工履歴データ記憶部140を有することになる。
In this case, the
図11は、制御用計算機41の表示装置に表示するアラーム表示画面の例を示した図である。アラームは、加工装置200(半導体ウェハCMP装置200a)側で発報され、表示されればよいが、制御用計算機41の表示装置に図11に示すようなアラーム表示画面を表示すると、保守員にとって好都合である。また、アラームが発生していない場合であっても、消耗部品交換など保守員が保守を行うタイミングで同様の表示画面を表示すると、保守員にとって好都合である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of an alarm display screen displayed on the display device of the
図11に示すように、アラーム表示画面80は、発報内容表示欄81を備え、その発報内容表示欄81には、例えば、「研磨レート予測値 下限値超過」といった発報された異常の内容が表示される。また、アラーム表示画面80は、現在の消耗部品のステータス表示欄82を備え、そのステータス表示欄82には、ドレッサの交換日時およびその累積使用時間、研磨パッド交換日時およびその累積使用時間などが表示される。
As shown in FIG. 11, the
また、アラーム表示画面80は、研磨レート予測結果表示欄83を備え、その研磨レート予測結果表示欄83には、研磨パッド単独交換時の研磨レート予測値やドレッサ・研磨パッド同時交換時の研磨レート予測値などが表示されるほか、その研磨レート予測シミュレーションの実行を指示する予測ボタン83a,83bが表示される。さらに、アラーム表示画面80には、研磨レート予測値・実績値推移チャート84が表示され、その中には、研磨レートの予測値84a、その下限のしきい値である下限値84bなどが併せて表示される。
The
なお、このようなアラーム表示画面80は、図10に示した処理フローのステップS27aが実行された時点で、例えば、研磨パッド単独交換時の研磨レート予測値が下限値を超えた場合などに表示される。このとき、ドレッサ・研磨パッド同時交換時の研磨レート予測値の表示欄は空欄となっている。ここで、サイト400の保守員が、ドレッサ・研磨パッド同時交換時側の「予測」ボタンを押下すれば、研磨レート予測シミュレーションが実行され、その予測結果がドレッサ・研磨パッド同時交換時の予測研磨レートとして表示される。
Note that such an
これによって、保守員は、研磨パッド単独交換を行った上で追加のテスト研磨を行うなどの措置をとるか、あるいは、ドレッサ・研磨パッド同時交換を行うか、といった保守作業の適切な選択を行うことができるようになる。 As a result, the maintenance personnel make an appropriate selection of maintenance work, such as whether to perform additional test polishing after exchanging the polishing pad alone, or to perform simultaneous dresser / polishing pad replacement. Will be able to.
(9.本実施形態の効果)
本実施形態では、加工装置200の装置性能(例えば、研磨レート)の予測を、その装置性能を直接表す物理量の計測値ではなく、その装置性能に相関のある、より容易に取得可能な装置状態を表す物理量(例えば、ドレッサ16や研磨パッド11の累積使用時間など)を用いて行うことができるようにした。その結果、例えば、膜厚検査装置を用いて半導体ウェハ10の膜厚を計測しなくても、研磨レートの予測値を得ることができるので、その予測値を用いて、加工装置200(半導体ウェハCMP装置200a)の性能変動を補償する運転条件(研磨時間)を制御することができる。そのため、研磨レートを予測するための膜厚計測のための遅延時間がなくなるので、半導体ウェハ10などの生産効率を向上させることができる。
(9. Effects of the present embodiment)
In the present embodiment, the device state (for example, the polishing rate) of the
また、本実施形態では、複数の消耗部品(例えば、ドレッサ16および研磨パッド11)の中の一部の消耗部品(研磨パッド11)を交換する際に、その交換によって装置性能(研磨レート)の予測モデルがどれだけ変動するかを、他の消耗部品(ドレッサ16)の状態(累積使用時間)を用いて予測している。従って、保守の際には、すべての消耗部品(ドレッサ16および研磨パッド11)を交換せず、その一部を交換するに留めた場合であっても、継続して装置性能(研磨レート)を精度よく予測できるので、消耗部品ごとの寿命に合わせて、消耗部品を延命させることができる。
Further, in this embodiment, when replacing some consumable parts (polishing pad 11) among a plurality of consumable parts (for example, the
また、本実施形態では、消耗部品交換とそれに伴う装置性能変動の実績データの蓄積が少ない段階でも、装置性能(研磨レート)の予測モデルのパラメータ(切片および係数)を確率変数とみなして、予測モデルパラメータ候補の標本値生成と少量データへの適用による装置性能予測あるいは装置制御のシミュレーションを繰り返すことにより、予測モデルパラメータの分布を確定する。そして、このようにして確定した分布の平均値あるいは最頻値を最適な予測モデルパラメータとすることで、実績データの蓄積が少ない段階でも、精度のよい予測モデルを作成することができる。 Further, in the present embodiment, even when there is little accumulation of actual data of replacement of consumable parts and apparatus performance fluctuations accompanying the replacement, parameters (intercepts and coefficients) of the prediction model of apparatus performance (polishing rate) are regarded as random variables, and prediction is performed. By repeating generation of model parameter candidate sample values and device performance prediction or device control simulation by application to a small amount of data, the distribution of predicted model parameters is determined. Then, by using the average value or mode value of the distribution determined in this way as the optimal prediction model parameter, it is possible to create a highly accurate prediction model even when there is little accumulation of actual data.
さらに、本実施形態では、予測モデルパラメータ候補の標本値生成、装置性能(研磨レート)予測モデルの候補の更新、予測誤差の確率標本分布の収束評価、の一連のステップに、階層ベイスモデルに対するMCMC法を適用している。このMCMC法の適用により、予測誤差の実績値から導かれる尤度とパラメータ事前確率分布との積からパラメータ事後確率分布を得て、その事後確率分布を用いて予測モデルパラメータ候補の標本生成を行うことで、効率よく予測モデルパラメータの分布を確定させることができる。 Furthermore, in the present embodiment, MCMC for the hierarchical base model is performed in a series of steps including generation of sample values of prediction model parameter candidates, update of apparatus performance (polishing rate) prediction model candidates, and evaluation of convergence of probability sample distribution of prediction errors. The law is applied. By applying this MCMC method, the parameter posterior probability distribution is obtained from the product of the likelihood derived from the actual value of the prediction error and the parameter prior probability distribution, and the prediction model parameter candidate sample is generated using the posterior probability distribution. Thus, the distribution of the prediction model parameters can be determined efficiently.
<第2の実施形態>
図12は、本発明の第2の実施形態に係る加工装置制御システムの機能的なブロックの構成の例を示した図である。図12に示すように、加工装置制御システム100Aは、モデル作成シミュレータ部110A、制御演算部130、加工履歴データ記憶部140などのブロックを含んで構成される。以下、図1に示した第1の実施形態の加工装置制御システム100と同じ構成要素については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
<Second Embodiment>
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a functional block configuration of a machining apparatus control system according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, the machining
本実施形態では、モデル作成シミュレータ部110Aが制御シミュレータ214および制御性能収束判定部224を備える点で、第1の実施形態におけるモデル作成シミュレータ部110と相違し、装置性能(研磨レート)予測モデルの評価・作成だけでなく、装置制御(研磨量制御)モデルの評価・作成が可能な構成となっている。
In the present embodiment, the model
図13は、モデル作成シミュレータ部110Aにおけるモデル作成シミュレーション処理の処理フローの例を示した図である。図13に示す処理フローにおいて、第1の実施形態におけるモデル作成シミュレーション処理の処理フロー(図8参照)と相違する点は、モデル予測作成処理(ステップS11A)が、装置性能予測値による制御シミュレーション処理(ステップS11g)および制御誤差計算処理(ステップS11h)を含んでいることである。他の処理は、第1の実施形態の場合と同じであり、図8と同じステップ番号が付されており、以下、その説明を省略する。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a process flow of a model creation simulation process in the model
本実施形態では、MCMC法における確率変数θとして、すでに説明したメタ予測モデルの4個のパラメータと式(11)の研磨レート予測誤差が従う正規分布Nの分散パラメータに、式(10)の学習ゲイン(フィードバック制御ゲイン)λを加えて、式(15)に示す階層ベイスモデルを設定する(事前準備のステップにつき図13に図示せず)。 In the present embodiment, learning of Expression (10) is performed on the dispersion parameter of the normal distribution N followed by the four parameters of the meta prediction model described above and the polishing rate prediction error of Expression (11) as the random variable θ in the MCMC method. A gain (feedback control gain) λ is added to set a hierarchical base model as shown in Expression (15) (not shown in FIG. 13 for the preparatory steps).
確率変数θに加えた学習ゲインλの事前確率密度関数は、式(16)に示す一様分布Uであるとする。一様分布Uは、上下限が整数値の区間幅(=99−1+1=99)の逆数の確率の整数値をとり、学習ゲイン(フィードバック制御ゲイン)λは、その0.01倍の値(0.01〜0.99)であるとする。 The prior probability density function of the learning gain λ added to the random variable θ is assumed to be a uniform distribution U shown in Expression (16). The uniform distribution U takes an integer value of the reciprocal probability of the interval width (= 99-1 + 1 = 99) whose upper and lower limits are integer values, and the learning gain (feedback control gain) λ is 0.01 times the value ( 0.01 to 0.99).
モデル作成シミュレータ部110Aは、第1の実施形態の場合と同様に、ステップS10およびステップS11aを実行した後、マルコフ連鎖に従い、逐次、式(15)の事後分布からの標本値計算を行うために、ステップS11b〜ステップS11fのループ処理を繰り返す。
As in the case of the first embodiment, the model
ただし、制御シミュレータ214は、装置性能予測試行処理(ステップS11d)による研磨レートの予測の試行に引き続いて、装置性能(研磨レート)予測値による制御シミュレーションを実施する(ステップS11g)。具体的には、式(10)の研磨レート予測モデル切片a0の研磨レート実績値に基づく遅延学習(フィードバック制御)を行う。
However, the
さらに、制御シミュレータ214は、次の式(17)に示すように、研磨量要求値を研磨レート予測値で割り算し、研磨時間を予測する。そして、この研磨時間予測値に研磨レート実績値を掛けることで、研磨量シミュレーション値を得る。そして、この研磨量シミュレーション値を、制御性能収束判定部224に送信する。
Further, as shown in the following equation (17), the
制御性能収束判定部224は、加工履歴データ記憶部140から、ステップS11aで設定された連続するウェハ研磨区間の研磨量実績値を取得し、研磨量シミュレーション値と比較して制御誤差を計算する(ステップS11h)。続いて、その区間の装置データに基づく、逐次の制御シミュレーション計算が終了したか否かを判定する(ステップS11f)。
The control performance
制御性能収束判定部224は、その区間の装置データに基づく、逐次の制御シミュレーション計算が終了した場合には(ステップS11fでYes)、得られた制御誤差系列の分散を計算し、その制御誤差系列の分散と、学習ゲインλを含む確率変数θの現行値と、必要があれば消耗部品累積使用時間データと、を式(15)に代入し、確率変数θの事後分布を更新する(ステップS12)。
When the sequential control simulation calculation based on the device data in the section is completed (Yes in step S11f), the control performance
次に、制御性能収束判定部224は、確率変数θの標本値に含まれる、制御誤差の分散の事後分布からの標本値の連鎖集合が正規分布に収束し、かつ、収束判定後から所定のマルコフ連鎖標本数が計算されたか否かを判定する(ステップS13)。そして、その収束条件が満たされていない場合には(ステップS13aでNo)、確率的パラメータ生成部115は、以降、このステップを通過するたびに、確率変数θに含まれるメタ予測モデルのパラメータ、研磨レート予測誤差の分散パラメータおよび学習ゲイン(フィードバック制御ゲイン)λのうちの1つをマルコフ連鎖に従い順に選択し、前回、パラメータが更新された式(12)の事後分布から、その標本値を新たに発生させ、更新されたパラメータの値と、残りの前回と同じパラメータの値と、をモデル作成試行部111Aに送信する(ステップS17)。
Next, the control performance
一方、ステップS13での収束条件が満たされていた場合には(ステップS13aでYes)、制御性能収束判定部224は、それまでの繰り返しの計算処理を終了して、収束区間を確定させ、確率変数θの標本系列を切り出す(ステップS14)。
On the other hand, when the convergence condition in step S13 is satisfied (Yes in step S13a), the control performance
図14は、MCMC法(図13のステップS13までの繰り返し処理)による学習ゲインλの標本系列が収束する様子を示した図であり、(a)は、初回から収束するまでに加え、所定回数の収束区間を含んだ場合について、その収束する様子を示した図、(b)は、所定回数の収束区間における収束する様子を示した図である。 FIG. 14 is a diagram showing how the sample sequence of the learning gain λ converges by the MCMC method (repetitive processing up to step S13 in FIG. 13). FIG. 14A shows a predetermined number of times in addition to the convergence from the first time. (B) is the figure which showed a mode that it converges in the predetermined number of times of the convergence area.
図14(a)において、左側チャート70aは、学習ゲインλの標本系列が収束する様子を示したもの、右側チャート70bは、その度数分布である。図14(a)に示すように、例えば、繰り返し回数20000回以降を収束区間56とすれば、学習ゲインλの標本系列は、逆ベータ分布などの指数族の分布に収束している。また、収束区間56より前の区間では、研磨レート予測モデルのパラメータが精度のよい値に収束していないため、学習ゲインの値を大きくする試行が行われている。一方、収束区間56では、精度のよいモデルができたため、小さな学習ゲインの値に収束していることが分かる。
In FIG. 14A, the
また、図14(b)において、左側チャート71aは、図14(a)の左側チャート70aから収束区間56の部分を切り出した学習ゲインλの標本系列であり、また、右側チャート71bは、その度数分布である。この収束区間56のパラメータ標本系列から、最頻値72が計算され、学習ゲイン(フィードバック制御ゲイン)λの最適値が確定されることになる。
In FIG. 14B, the
図15は、研磨量制御シミュレーション結果を制御に適用する場合の制御量の推移チャートの例を示した図である。図15において、グレーの丸のドットは、制御量(研磨量)のシミュレーション値を表し、白の四角のドットは、実績値を表す。この図からは、以上に説明した研磨レート予測モデルのパラメータおよび学習ゲイン(フィードバック制御ゲイン)をMCMC法によって確定させるという研磨量制御シミュレーションの効果として、シミュレーション適用前の実績値に対して、シミュレーション値では、研磨量のばらつきが大幅に低減されていることが分かる。 FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a transition chart of the control amount when the polishing amount control simulation result is applied to the control. In FIG. 15, gray round dots represent simulation values of control amounts (polishing amounts), and white square dots represent actual values. From this figure, as an effect of the polishing amount control simulation in which the parameters and learning gain (feedback control gain) of the polishing rate prediction model described above are determined by the MCMC method, the simulation value is compared with the actual value before the simulation is applied. Then, it can be seen that the variation in the polishing amount is greatly reduced.
以上、第2の実施形態によれば、学習ゲイン(フィードバック制御ゲイン)λを確率変数θに含めることで、MCMC法によって、研磨レート予測モデルを予測するメタ予測モデルの4個のパラメータと同時に、学習ゲイン(フィードバック制御ゲイン)λについても制御誤差を低減することが可能な値を求めることができる。 As described above, according to the second embodiment, by including the learning gain (feedback control gain) λ in the random variable θ, simultaneously with the four parameters of the meta prediction model for predicting the polishing rate prediction model by the MCMC method, As for the learning gain (feedback control gain) λ, a value capable of reducing the control error can be obtained.
<第3の実施形態>
本実施形態では、1台の加工装置200(例えば、半導体ウェハCMP装置200aなどの研磨装置)のデータだけでなく、複数台の加工装置200のデータを混合して、すなわち、加工装置200の機差を含んだ形態で、統一予測モデルの作成が可能な加工装置制御システム100の例について説明する。なお、本実施形態は、第1の実施形態あるいは第2の実施形態が拡張された形態で実施される。
<Third Embodiment>
In the present embodiment, not only data of one processing apparatus 200 (for example, a polishing apparatus such as a semiconductor wafer CMP apparatus 200a) but also data of a plurality of
複数台の加工装置200のデータを混合する場合には、前に説明した式(9)の代わりに、式(18)を使用する。ここでは、すでに説明した式(9)と、同一の作用を有する部分については、説明を省略する。次の式(18)に示すように、研磨レート予測モデルの切片および係数を予測する、2つのメタ予測モデルに、それぞれ装置毎のオフセットを追加する。
When mixing data from a plurality of
さらに、前に説明した式(12)あるいは式(15)と同様に、次の式(19)では、確率変数θに、前記の2つの加工装置200ごとのオフセットを装置台数分だけ追加し、その事前確率密度関数は、式(20)に示す正規分布Nに設定する。事前知識がある場合は、正規分布Nの平均パラメータと分散パラメータを、その知識に基づいて設定する。本実施形態では、事前知識があることを想定しないので、その正規分布Nとして、平均値がゼロ、分散値が10,000といった幅の広いものを設定する。ただし、事前知識がない場合、平均値や分散値などの統計値が結果に及ぼす感度は小さいので、それらの統計値を厳密にこれらの値と同じ値に設定する必要はない。
Further, similarly to the previously described equation (12) or equation (15), in the following equation (19), the offset for each of the two
モデル作成シミュレータ部110,110A(図1、図12参照)は、複数台の加工装置200のデータが混合したデータセットに対して、MCMC法を適用し、式(20)の事前分布に基づき、式(19)の事後分布からの標本値を発生させ、装置台数分の加工装置200ごとのオフセットを含めた確率変数θの平均値あるいは最頻値を得る。制御演算部130は、この値を式(18)のメタ予測モデルに代入して、加工装置200ごとの研磨レートの予測に基づき、研磨時間を計算し、研磨量の制御を行う。
The model
以上、本実施形態によれば、研磨レート予測モデルを予測するメタ予測モデルに、加工装置200ごとのオフセットパラメータを導入することで、複数台の加工装置200のデータが混合したデータセットから、メタ予測モデルを作成することができる。従って、加工装置200の1台あたりの実績データ数が少ない場合にも、他の加工装置200のデータを活用することで、研磨レートRpの予測を行うことが可能になる。
As described above, according to the present embodiment, by introducing the offset parameter for each
(実施形態の変形例:複数製品混流)
また、複数台の加工装置200の代わりに、同様にして研磨対象の複数種類の半導体ウェハ10に対してオフセットを設定すれば、複数種類の半導体ウェハ10を混流して研磨を行った際のデータセットから、メタ予測モデルを作成することができ、研磨対象の半導体ウェハ10の1種類あたりの実績データ数が少ない場合にも、他の種類の半導体ウェハ10のデータを活用することで、研磨レートRpの予測を行うことができるようになる。さらには、複数台の加工装置200のデータセットの混合と、混流製品のデータセットの混合を、同時に処理することが可能となる。
(Modification of the embodiment: mixed flow of multiple products)
In addition, if offsets are set for a plurality of types of
<一般化>
以上に説明した実施形態では、式(9)の研磨レートRpを予測する説明変数として、前回のドレッサ使用時間x1(n−1)を採用し、予測モデルの切片a0と係数a1を予測するメタ予測モデルの説明変数として、ドレッサ交換時にはテスト研磨結果を採用し、パッド単独交換時には交換直前時点Pi、jの直前のドレッサ使用時間x1(Pi、j−1)を採用した。ただし、これに限定される訳ではなく、適切な説明変数は、加工装置200の構成や加工(研磨)プロセスの手順(研磨プロセス条件)に依存して変わる。
<Generalization>
In the embodiment described above, the previous dresser usage time x 1 (n−1) is adopted as an explanatory variable for predicting the polishing rate R p of Equation (9), and the intercept a 0 and coefficient a 1 of the prediction model are adopted. As an explanatory variable of the meta prediction model for predicting the dressing, the test polishing result is adopted at the time of dresser replacement, and the dresser usage time x 1 (P i, j −1) immediately before the time point P i, j immediately before the replacement is adopted at the time of pad replacement. did. However, the present invention is not limited to this, and appropriate explanatory variables vary depending on the configuration of the
例えば、消耗部品としては、ドレッサ16や研磨パッド11の他に、半導体ウェハ10を保持するヘッド14のメンブレン(吸着ゴム膜)や、半導体ウェハ10の外周に設置して同時研磨することによって半導体ウェハ10の外周部の過研磨、端だれ、剥離などを防ぐリテーナリングなどが候補になる。
For example, as a consumable part, in addition to the
また、消耗部品使用時間の他に、消耗部品の消耗進捗によって変化する物理量、例えば、研磨パッド11の温度、半導体ウェハ10の温度、ドレッサ16の温度、テーブル駆動トルク、ヘッド駆動トルク、ドレッサ駆動トルク、あるいは、これら物理量の2乗の消耗部品交換後からの累積値、などを説明変数に使用してもよい。また、消耗部品の交換に限らず、加工装置200の状態を変更するメンテナンスで扱う全ての物理量について、本発明の装置性能予測方法を適用することができる。
Further, in addition to the consumable component usage time, physical quantities that change according to the consumption progress of the consumable component, for example, the temperature of the
説明変数の候補の中から、どの変数を、あるいは、どの変数の組合せを説明変数として採用するかは、例えば、加工履歴データ記憶部140に蓄積された研磨レートRpの実績値と説明変数候補xkの実績値から、最尤法あるいは最小2乗法によって統計的に回帰式の係数akを決定し、その係数akから求められた説明変数の予測精度への寄与度を評価することによって決めることができる。また、寄与度が同等な複数の説明変数がある場合は、説明変数の値の収集コストから決めればよい。
Which variable or combination of variables is adopted as the explanatory variable from among the explanatory variable candidates, for example, the actual value of the polishing rate R p accumulated in the machining history
さらに、以上に説明した実施形態では、半導体ウェハCMP装置200aを制御対象の加工装置200として説明したが、加工装置200が半導体ウェハCMP装置200aに限定されるものではない。制御対象の加工装置200は、他の製品あるいは材料を研磨あるいは研削するものであれば、その装置性能としての研磨レートの予測が課題となり、以上に説明した実施形態と同様にして、その制御性能を向上させることができる。また、研磨装置に限らず、複数の消耗部品の劣化が装置性能に影響を及ぼす加工装置であれば、本発明の適用によって装置性能の変動を精度よく予測して、その制御性能を向上させることができる。
Furthermore, in the embodiment described above, the semiconductor wafer CMP apparatus 200a has been described as the
10 半導体ウェハ
11 研磨パッド
12 テーブル
13 テーブル回転モータ
14 ヘッド
15 ヘッド回転モータ
16 ドレッサ
17 ドレッサ回転モータ
18 ドレッサ揺動モータ
19 スラリー
20 スラリー供給部
31 モデル管理用計算機
32 演算処理装置
33 記憶装置
41 制御用計算機
42 演算処理装置
43 記憶装置
100,100A 加工装置制御システム
110,110A モデル作成シミュレータ部
111,111A モデル作成試行部
112 装置性能予測モデルメタ予測試行部
113 装置性能予測試行部
115 確率的パラメータ生成部
116 モデル精度収束判定部
121 マルコフ連鎖標本値記憶部
122 装置性能予測モデル記憶部
130 制御演算部
132 装置性能予測モデルメタ予測部
133 装置性能予測部
134 制御量計算部
135 異常予測部
140 加工履歴データ記憶部
200 加工装置
200a 半導体ウェハCMP装置
214 制御シミュレータ
224 制御性能収束判定部
300 運用センタ
400 サイト
500 通信ネットワーク
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記加工装置による加工時に前記加工装置から取得した加工履歴データを蓄積した加工履歴データ記憶部と、
前記消耗部品の状態を含む前記加工装置の状態を表す物理量から前記加工性能を予測する予測モデルのパラメータを予測するメタ予測モデルのパラメータを、前記加工履歴データ記憶部に蓄積されている加工履歴データと予め定めた所定の統計分布に従う乱数とを用いたシミュレーションとによって定めるモデル作成シミュレータ部と、
前記モデル作成シミュレータ部によって定められたパラメータを有するメタ予測モデルによって定められた前記加工性能を予測する予測モデルと、前記消耗部品の状態を表す物理量の現行値と、に基づき、前記加工装置に対する制御量を演算する制御演算部と、
を備えたこと
を特徴とする加工装置制御システム。 A processing device control system that predicts the processing performance of a processing device whose processing performance varies depending on the state of consumable parts, and controls the processing device,
A machining history data storage unit that accumulates machining history data acquired from the machining device during machining by the machining device;
Machining history data stored in the machining history data storage unit are parameters of a meta prediction model that predicts parameters of a prediction model that predicts the machining performance from a physical quantity that represents the state of the machining device including the state of the consumable part. And a model creation simulator unit determined by simulation using random numbers according to a predetermined statistical distribution determined in advance,
Control of the processing device based on a prediction model for predicting the machining performance determined by a meta prediction model having parameters determined by the model creation simulator unit, and a current value of a physical quantity representing a state of the consumable part A control calculation unit for calculating the quantity;
A processing apparatus control system characterized by comprising:
を特徴とする請求項1に記載の加工装置制御システム。 The processing apparatus control system according to claim 1, wherein the prediction model for predicting the machining performance is a regression model having a physical quantity representing the state of the consumable part as an explanatory variable.
を特徴とする請求項1に記載の加工装置制御システム。 The meta prediction model for predicting a parameter of a prediction model for predicting the machining performance is a regression model having a physical quantity representing a state of the consumable part at the time of replacement of the consumable part as an explanatory variable. The processing apparatus control system described.
を特徴とする請求項1に記載の加工装置制御システム。 The processing apparatus control system according to claim 1, wherein the meta prediction model that predicts a parameter of a prediction model that predicts the machining performance includes a model that predicts a learning gain.
を特徴とする請求項1に記載の加工装置制御システム。 The processing apparatus control system according to claim 1, wherein the physical quantity representing the state of the consumable part is an accumulated usage time since the replacement of the consumable part.
前記シミュレーションを実行するとき、前記統計分布に従う乱数を、マルコフ連鎖モンテカルロ法により発生させること
を特徴とする請求項1に記載の加工装置制御システム。 The model creation simulator unit
The processing apparatus control system according to claim 1, wherein when executing the simulation, a random number according to the statistical distribution is generated by a Markov chain Monte Carlo method.
前記加工装置に対する制御量の演算により、予め定められたしきい値の範囲外の制御量が演算されたときには、制御量の異常と判断して、前記加工装置にアラームを通知すること
を特徴とする請求項1に記載の加工装置制御システム。 The control calculation unit is
When a control amount outside a predetermined threshold range is calculated by calculating a control amount for the processing device, it is determined that the control amount is abnormal, and an alarm is notified to the processing device. The processing apparatus control system according to claim 1.
前記計算機は、
前記加工装置による加工時に前記加工装置から取得した加工履歴データを蓄積した加工履歴データ記憶部を備え、
前記消耗部品の状態を含む前記加工装置の状態を表す物理量から前記加工性能を予測する予測モデルのパラメータを予測するメタ予測モデルのパラメータを、前記加工履歴データ記憶部に蓄積されている加工履歴データと予め定めた所定の統計分布に従う乱数とを用いたシミュレーションとによって定めるモデル作成シミュレーションステップと、
前記モデル作成シミュレーションステップによって定められたパラメータを有するメタ予測モデルによって定められた前記加工性能を予測する予測モデルと、前記消耗部品の状態を表す物理量の現行値と、に基づき、前記加工装置に対する制御量を演算する制御量演算ステップと、
を実行すること
を特徴とする加工装置制御方法。 A processing device control method for predicting the processing performance of a processing device whose processing performance varies depending on the state of consumable parts, and controlling the processing device by a computer,
The calculator is
A processing history data storage unit that stores processing history data acquired from the processing device during processing by the processing device,
Machining history data stored in the machining history data storage unit are parameters of a meta prediction model that predicts parameters of a prediction model that predicts the machining performance from a physical quantity that represents the state of the machining device including the state of the consumable part. And a model creation simulation step determined by simulation using a random number according to a predetermined statistical distribution determined in advance,
Control of the processing device based on a prediction model for predicting the machining performance determined by the meta prediction model having parameters determined by the model creation simulation step, and a current value of a physical quantity representing the state of the consumable part A control amount calculation step for calculating the amount;
The processing apparatus control method characterized by performing this.
を特徴とする請求項8に記載の加工装置制御方法。 The processing apparatus control method according to claim 8, wherein the prediction model for predicting the machining performance is a regression model having a physical quantity representing the state of the consumable part as an explanatory variable.
を特徴とする請求項8に記載の加工装置制御方法。 The meta prediction model for predicting a parameter of a prediction model for predicting the machining performance is a regression model having a physical quantity representing the state of the consumable part at the time of replacement of the consumable part as an explanatory variable. The processing apparatus control method as described.
を特徴とする請求項8に記載の加工装置制御方法。 The processing apparatus control method according to claim 8, wherein the meta prediction model that predicts a parameter of a prediction model that predicts the machining performance includes a model that predicts a learning gain.
を特徴とする請求項8に記載の加工装置制御方法。 The processing apparatus control method according to claim 8, wherein the physical quantity representing the state of the consumable part is an accumulated usage time since the replacement of the consumable part.
前記モデル作成シミュレーションステップを実行するとき、前記統計分布に従う乱数を、マルコフ連鎖モンテカルロ法により発生させること
を特徴とする請求項8に記載の加工装置制御方法。 The calculator is
The processing apparatus control method according to claim 8, wherein when executing the model creation simulation step, a random number according to the statistical distribution is generated by a Markov chain Monte Carlo method.
前記加工装置に対する制御量の演算により、予め定められたしきい値の範囲外の制御量が演算されたときには、制御量の異常と判断して、前記加工装置にアラームを通知すること
を特徴とする請求項8に記載の加工装置制御方法。 The calculator is
When a control amount outside a predetermined threshold range is calculated by calculating a control amount for the processing device, it is determined that the control amount is abnormal, and an alarm is notified to the processing device. The processing apparatus control method according to claim 8.
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