JP2012074574A - Control system for processing apparatus and method for controlling processing apparatus - Google Patents

Control system for processing apparatus and method for controlling processing apparatus Download PDF

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研二 玉置
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control system capable of improving manufacturing efficiency of a product to be processed in processing steps.SOLUTION: The control system 100 for the processing apparatus comprises: a prediction model for predicting a equipment performance (for example, polishing rate) of the processing apparatus such as a semiconductor wafer CMP apparatus according to a physical amount (for example, the accumulated use time) for indicating the state of the consumable part such as an abrasive pad and a dresser; and a meta prediction model for predicting parameters of the prediction model. A model creation simulator part 110 simulates and determines parameters of the meta prediction model and the prediction model for equipment performance by using processing history data accumulated in a processing history data storage part 140 and a random number conforming to predetermined statistical distribution, and sends the parameters to a control calculation part 130. The control calculation part 130 calculates a control amount of the processing apparatus 200 using a prediction model determined by received parameters and a current value of a physical amount for indicating the state of the consumable part.

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 Patent Document 1, a blanket wafer is subjected to test polishing to acquire a polishing rate (removal rate of a film to be polished) at that time, and the acquired polishing rate or a polishing rate predicted from the polishing rate is used. An example of a semiconductor wafer CMP apparatus for controlling the polishing amount (polishing time) is described. In such a semiconductor wafer CMP apparatus, the polishing rate can be grasped even when the performance of a polishing pad or a dresser which is a consumable part is exchanged, and therefore control suitable for the actual polishing rate is performed. Thus, the polishing accuracy is improved.

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 Document 1 describes a method for determining and optimizing parameters of a statistical model from data using a Markov Chain Monte Carlo method (hereinafter abbreviated as MCMC method). Furthermore, it also describes that the device control model is treated as a statistical model when determining parameters of the device control model from data.

特許第3859475号公報Japanese Patent No. 3859475

Christophe Andrieu,他3 “An Introduction to MCMC for Machine Learning”, Kluwer Academic Publishers, Machine Learning, 50, 5-43, 2003Christophe Andrieu, et al. 3 “An Introduction to MCMC for Machine Learning”, Kluwer Academic Publishers, Machine Learning, 50, 5-43, 2003

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.

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。The figure which showed the example of the structure of the functional block of the processing apparatus control system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る加工装置制御システムを実現する計算機システムの構成の例を示した図。The figure which showed the example of a structure of the computer system which implement | achieves the processing apparatus control system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の実施形態において、加工装置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。The figure which showed the example of schematic structure of the semiconductor wafer CMP apparatus used as a representative example of a processing apparatus in embodiment of this invention. 加工履歴データ記憶部に蓄積される半導体ウェハCMP装置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。The figure which showed the example of the record structure of the process history data with respect to the semiconductor wafer CMP apparatus accumulate | stored in a process history data storage part. 半導体ウェハを半導体ウェハCMP装置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。The figure which showed the example of transition chart of the polishing rate performance value when a semiconductor wafer is grind | polished with a semiconductor wafer CMP apparatus. 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R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R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。Is a diagram showing an example of a predicted value transition chart of the polishing rate R p in the case of the explanatory variables dresser cumulative use time, comparatively showing (a) the predicted value and actual value of the polishing rate R p FIG. 4B is a diagram showing a predicted value error transition chart. 式(9)のメタ予測モデルに基づいて研磨レートR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R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。Is a diagram showing an example of a predicted value transition chart predicted polishing rate R p on the basis of the meta prediction model equation (9), (a) compares the predicted value and actual value of the polishing rate R p The figure shown, (b) is the figure which showed transition of the predicted value error. 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モデル作成シミュレータ部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。The figure which showed the example of the processing flow of the model creation simulation process in the model creation simulator part of the processing apparatus control system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. MCMC法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。It is the figure which showed the example of a mode that the parameter sample series by a MCMC method converges, (a) showed the mode of the convergence about the case where a predetermined number of convergence intervals were included in addition to the convergence from the first time. FIG. 4B is a diagram showing a state of convergence in a predetermined number of convergence intervals. 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制御演算部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。The figure which showed the example of the processing flow of the apparatus performance prediction and control amount calculation process in the control calculating part of the processing apparatus control system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 制御用計算機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。The figure which showed the example of the alarm display screen displayed on the display apparatus of the computer for control. 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。The figure which showed the example of the structure of the functional block of the processing apparatus control system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 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モデル作成シミュレータ部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。The figure which showed the example of the processing flow of the model creation simulation process in the model creation simulator part of the processing apparatus control system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. MCMC法による学習ゲイン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。It is the figure which showed a mode that the sample series of the learning gain (lambda) by MCMC method converges, (a) shows a mode that the convergence is carried out about the case where a predetermined number of convergence sections are included before it converges from the first time. FIG. 5B is a diagram showing a state of convergence in a predetermined number of convergence intervals. 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。The figure which showed the example of the transition chart of control amount in the case of applying a polishing amount control simulation result to control.

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 apparatus control system 100 includes blocks such as a model creation simulator unit 110, a control calculation unit 130, and a machining history data storage unit 140.

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 creation simulator unit 110 includes therein a model creation trial unit 111, a stochastic parameter generation unit 115, a model accuracy convergence determination unit 116, a Markov chain sample value storage unit 121, an apparatus performance prediction model storage unit 122, and the like. The model creation trial unit 111 further includes a device performance prediction model meta prediction trial unit 112, a device performance prediction trial unit 113, and the like. In addition, the control calculation unit 130 includes blocks such as a device performance prediction model meta prediction unit 132, a device performance prediction unit 133, a control amount calculation unit 134, and an abnormality prediction unit 135 therein.

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 apparatus control system 100 is to acquire various processing history data including an apparatus state in the processing apparatus 200 (for example, a semiconductor wafer CMP apparatus), and process according to the apparatus state and the processing history data. Various control amounts for controlling the apparatus 200 are output. Although this basic function is the same as that of a general control system, the unique functions of each block described above will be sequentially described in the following description of the embodiments.

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 apparatus control system 100. As shown in FIG. 2, a model management computer 31 provided in an operation center 300 that operates and manages an apparatus performance prediction model according to an embodiment of the present invention is connected to a plurality of remote locations via a communication network 500. The computer 400 for control installed in the site 400 is connected. A processing device 200 to be controlled is connected to the control computer 41 installed at each site 400.

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 model management computer 31 includes an arithmetic processing device 32 and a storage device 33. The storage device 33 includes a Markov chain sample value storage unit 121, a device performance prediction model storage unit 122, a processing history. A data storage unit 140 and the like are provided. The control computer 41 includes an arithmetic processing device 42 and a storage device 43. The functions of the model creation simulator unit 110 shown in FIG. 1 are realized by the model management computer 31, and the functions of the control calculation unit 130 are realized by the control computer 41.

(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 processing apparatus 200 in the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, a semiconductor wafer CMP apparatus 200a includes a head 14 that holds and presses a semiconductor wafer 10 to be polished on its lower surface, a head rotation motor 15 that rotates the head 14, and a semiconductor wafer that is pressed by the head 14. 10, a polishing pad 11 that contacts the lower surface of the surface 10 and polishes the contact surface, a table 12 that holds the polishing pad 11 on its upper surface, a table rotation motor 13 that rotates the table 12, a dresser 16 that sharpens the polishing pad 11, A dresser rotation motor 17 that rotates the dresser 16, a dresser swing motor 18 that swings the dresser 16 in the radial direction of the polishing pad 11, a slurry supply unit 20 that supplies the slurry 19 to the upper surface of the polishing pad 11, and the like. 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 semiconductor wafer 10 is held by the head 14 and pressed against the upper surface of the polishing pad 11 with a predetermined pressure. On the other hand, a slurry 19 containing abrasive grains is supplied from the slurry supply unit 20 onto the polishing pad 11. When the head rotation motor 15 and the table rotation motor 13 rotate in this state, the contact surface of the semiconductor wafer 10 with the polishing pad 11 is polished. At this time, the polishing surface of the polishing pad 11 is worn with the progress of polishing. Therefore, when the dresser rotation motor 17 and the dresser swing motor 18 are rotated, the dresser 16 swings while rotating on the polishing pad 11, whereby the polishing surface of the polishing pad 11 is sharpened.

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 apparatus control system 100 controls, for example, the polishing time by the semiconductor wafer CMP apparatus 200a so that the thickness of the thin film formed on the semiconductor wafer 10 becomes a predetermined target value. In this case, the polishing time greatly depends on the sharpening state of the polishing pad 11 and the sharpening performance of the dresser 16. Therefore, the processing apparatus control system 100 acquires data as a clue to know the sharpening state of the polishing pad 11 and the sharpening performance of the dresser 16 from the semiconductor wafer CMP apparatus 200a as processing history data, and stores the processing history data. Stored in the unit 140.

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V、研磨後膜厚V、研磨時間T、研磨レートR、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 data storage unit 140. As shown in FIG. 4, the processing history data record for the semiconductor wafer CMP apparatus 200a includes the polished wafer number, apparatus name, consumable part dresser use time, consumable part polishing pad use time, pre-polishing film thickness V 1 , polishing It includes data such as post film thickness V 2 , polishing time T p , polishing rate R p , installation environment temperature, and the like. Note that the processing history data of one record is acquired every time one semiconductor wafer 10 to be polished is polished.

(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 semiconductor wafer 10 is polished by the semiconductor wafer CMP apparatus 200a, the polishing time for achieving the target film thickness is predicted, A method of setting will be described.

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V(測定値)と研磨後の膜厚V(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Tを、次の式(1)に従って計算し、計算した研磨時間Tを半導体ウェハCMP装置200aに設定する。 The control calculation unit 130 of the processing apparatus control system 100 firstly has a polishing amount dV (a difference between the film thickness V 1 (measured value) before polishing of the semiconductor wafer 10 and the film thickness V 2 (target value) after polishing. the polishing time T p required to perform the polishing target value) only, calculated according to the following equation (1), sets the calculated polishing time T p in the semiconductor wafer CMP device 200a.

Figure 2012074574
Figure 2012074574

式(1)によれば、研磨時間Tを計算するには、研磨レートRを予め定めておく必要がある。研磨レートR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R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).

Figure 2012074574
Figure 2012074574

式(2)によれば、研磨量dVを研磨時間T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T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Rの実績値を計算し、その計算した研磨レートRの実績値を、次回(n)の研磨レートの予測値R(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 semiconductor wafer 10 performed immediately before, and the next (n) polishing is to be performed next to the previous (n-1). The semiconductor wafer 10 is polished (hereinafter the same in this specification).

Figure 2012074574
Figure 2012074574

この式(3)における前回(n−1)の膜厚V、Vの測定値および研磨時間T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V、研磨後膜厚Vおよび研磨時間T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 data storage unit 140 and applied to the semiconductor wafer 10. The data of the film thickness V 1 before polishing, the film thickness V 2 after polishing, and the polishing time T p included in the row of the polishing wafer number are read out.

また、式(3)の表記では、次回(n)の研磨レートの予測値R(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R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Tを得ることができる。 As described above, the control arithmetic unit 130 of the processing apparatus control system 100 may determine the predicted value of the polishing rate R p of the next (n). Then, by substituting the target value of the predicted value and the polishing amount dV in the equation (1), it is possible to obtain a polishing time T p to be set in the semiconductor wafer CMP device 200a.

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R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R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.

Figure 2012074574
Figure 2012074574

(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R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V(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V(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V(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V(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 target semiconductor wafer 10.

もちろん、膜厚測定装置により研磨前の膜厚V(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R(n)を予測し、その予測された研磨レートR(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 semiconductor wafer 10 is greatly reduced due to the time delay associated with the film thickness measurement. Therefore, such a method is not taken in an actual production line.

そこで、このような場合には、前回(n)の研磨レートR(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R(n−L)を用いて、次回(n)の研磨レートR(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R(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).

Figure 2012074574
Figure 2012074574

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R(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Rが向上する。 However, in the processing apparatus 200 such as the semiconductor wafer CMP apparatus 200a, the polishing pad 11 and the dresser 16 that are consumables are consumed with the usage time, and the performance is deteriorated. Therefore, the polishing pad 11 and the dresser 16 must be frequently replaced. When the polishing pad 11 and the dresser 16 are replaced, the performance is improved, so that the polishing rate Rp is improved.

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R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R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 semiconductor wafer 10 is polished by the semiconductor wafer CMP apparatus 200a. In the polishing rate actual value transition chart 50 of FIG. 5, the horizontal axis represents the polishing order of numbers of the semiconductor wafer 10, the vertical axis represents the actual value of the polishing rate R p. Also, the black square dots in the polishing rate actual value transition chart 50 represents the actual value of the polishing rate R p obtained in the polishing of the semiconductor wafer 10 of each of the polishing order.

なお、研磨レートR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R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 semiconductor wafer 10 to be polished of the membrane. Therefore, the polishing rate actual value transition chart 50 shown in FIG. 5, the actual value of the polishing rate R p, are all actual values obtained from the semiconductor wafer 10 in the same integrated circuit products, the differences due to the integrated circuit pattern Consideration is given so that there is no impact.

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、D〜D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 dresser exchange point 50d represents the replacement time of the dresser 16 is a consumable part, in the example of FIG. 5, D 1 to D a total of 4 times at each time point of 4, replaced with a dresser 16 new It has been expressed. The polishing pad exchange point 50p represents the replacement time of the polishing pad 11 is a consumable part, in the example of FIG. 5, a total of 9 times at each time point P 1, 1 to P 4, 2, the polishing pad 11 is new It is shown that it was exchanged for something.

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R(n−L)の実績値を、次回(n)の研磨レートR(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T(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 dresser 16 and the polishing pad 11 are replaced, the actual value of the polishing rate varies greatly. Therefore, when the actual value of the polishing rate R p (n−L) before L times (n−L) is used as the predicted value of the polishing rate R p (n) of the next (n) according to the equation (5). In this case, the error of the polishing time T p (n) calculated from the predicted value also increases, and as a result, a large error also occurs in the film thickness to be polished.

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 semiconductor wafer 10 polished in this way, a large number of semiconductor wafers 10 that cannot achieve the target film thickness occur. In that case, the semiconductor wafer 10 that is overpolished must be discarded, and the semiconductor wafer 10 that is underpolished requires additional polishing. As a result, the production efficiency of the semiconductor wafer 10 is greatly reduced.

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R(n−L)の実績値を用いて、次回(n)の研磨レートR(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 semiconductor wafer 10 is lowered, in particular, in the processing apparatus 200 in which a consumable part such as the semiconductor wafer CMP apparatus 200a determines the processing performance, L times before (n−L). It is actually difficult to predict the next (n) polishing rate R p (n) using the actual value of the polishing rate R p (n−L).

(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R(n−1),R(n−L)を用いて、次回(n)の研磨レートR(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R(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 apparatus control system 100 of the present embodiment, in order to solve the problem that the production efficiency is lowered, the apparatus performance prediction unit 133 of the control calculation unit 130 performs a polishing rate prediction model represented by the following equation (6). The polishing rate is predicted based on this.

Figure 2012074574
Figure 2012074574

ここで、変数x(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x(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 processing apparatus 200 such as the polishing rate is not predicted from a physical quantity that represents the apparatus performance itself, but is to be predicted using “another physical quantity” that is highly correlated with the performance. Is. Here, the “other physical quantity” corresponds to the explanatory variable, and any physical quantity may be used as long as it can be easily obtained immediately after the machining process by the machining apparatus 200 is completed. If the “other physical quantity” is obtained immediately, the next (n) device performance can be predicted immediately.

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R(n)は、研磨終了後に直ちに得られるので、研磨レートR(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 control calculation unit 130 can acquire the value of the variable immediately after the polishing of the semiconductor wafer 10 to be polished, accumulates the acquired value in the processing history data storage unit 140, and formula ( 6) can be calculated. Therefore, since the next (n) polishing rate R p (n) is obtained immediately after the polishing is completed, it takes time to obtain the polishing rate R p (n), so that the production efficiency of the semiconductor wafer 10 decreases. Problems in general prediction methods are solved.

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x)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 dresser 16 and the polishing pad 11, and the like. The cumulative number of semiconductor wafers to be polished from the time of replacement, the temperature of each part of the polishing pad 11, the torque of the table rotation motor 13, the pressure of each part of the head 14, etc. can be mentioned.

(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Rの実績値と説明変数候補x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aを決定し、係数a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 data storage unit 140, the polishing rate R p actual value and explanatory variable candidates x k of The coefficient ak of the regression equation is statistically determined by the maximum likelihood method or the least square method using the actual value of the actual value, and can be determined by the contribution to the prediction accuracy of the explanatory variable obtained from the coefficient ak . If there are a plurality of explanatory variables with the same contribution, it may be determined based on the collection cost of the values of the explanatory variables.

図5の例では、研磨レートR(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D、D、D、D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 dresser replacement point 50d where the dresser 16 that is a consumable part is replaced. It changes greatly and decreases with the elapse of the cumulative use time after the dresser 16 is replaced. This means that the accumulated usage time after replacement of the dresser 16 has a high contribution as an explanatory variable of the polishing rate prediction model of the equation (6).

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R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R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R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R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 A section 52a, and a prediction error offset to the minus side occurs in the C section 52c. In the B section 52b, a sharp inversion of the prediction error is observed.

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D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D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R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 A section 52a and section C 52c is exchanged D 1 of the dresser exchange point 50d, and dress performance of the dresser 16 used in the A section 52a, the dresser exchange point 50d exchanged with D 4, those caused by differences in the dress performance of the dresser 16 used in the C section 52c. This means that the prediction of the polishing rate R p from the dresser cumulative usage time cannot prevent the occurrence of a prediction error offset due to the difference in dressing performance of the dresser 16.

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 dresser exchange point 50d in the B section 52b, a phenomenon occurs in which the prediction error suddenly reverses from the plus side to the minus side at the exchange points of P2 and 3 at the polishing pad exchange point 50p. . Such an inversion phenomenon of the prediction error does not occur except at the exchange point of P 2 and 3 . In general, the initial dressing performance of the polishing pad 11 after replacement (aging performance of the polishing pad 11) varies depending on the accumulated usage time of the dresser 16. In the example of FIG. 6, the exchange points P 2 and 3 at the polishing pad exchange point 50 p are examples in which the cumulative usage time of the dresser 16 is longer than the other exchange points. For this reason, even if the polishing pad 11 is replaced, sufficient initial dressing performance cannot be obtained, and the prediction error is inverted.

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R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R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 dresser 16 based on the correlation between the accumulated usage time of the dresser 16 that is a consumable product acquired in advance and the polishing rate R p , It is impossible to prevent a prediction error offset or a prediction error inversion (sudden shift) from occurring.

(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a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 dresser 16 is replaced. Then, the apparatus performance prediction model meta prediction unit 132 of the control calculation unit 130 in the processing apparatus control system 100 (see FIG. 1), the actual value of the polishing rate obtained by the test polishing (hereinafter, the dresser 16 is replaced each time the dresser 16 is replaced). The test result is simply obtained), and the intercept a 0 in the polishing rate prediction model is determined according to the following equation (7).

Figure 2012074574
Figure 2012074574

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a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aを予測する。 Further, when the coefficient a 1 of the polishing rate prediction model changes every time the dresser 16 is replaced, the apparatus performance prediction model meta prediction unit 132 uses the test polishing result when the dresser 16 is replaced, and the equation (8 ) predicts the coefficients a 1 in accordance with.

Figure 2012074574
Figure 2012074574

以上、式(7)や式(8)においては、研磨レートRを予測する回帰式のモデルのパラメータである切片aや係数a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Rを予測する回帰式のモデルにおける切片aや係数a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R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 dresser 16 is replaced. It will be updated according to the test polishing result. This means that individual dress performance differences of the dresser 16 are corrected. Thus, generation of an offset of the prediction error in prediction value of the polishing rate R p can be prevented.

(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R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a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a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 dresser 16. That is, the test polishing is performed even when the polishing pad 11 is replaced, and the result of the test polishing is applied to the equation (7) to determine the intercept a 0 of the polishing rate prediction model. The coefficient a 1 may be predicted by applying the result of test polishing to Equation (8).

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 target semiconductor wafer 10 with the film thickness measuring device is used. However, it takes time to clean or transport the semiconductor wafer 10, and the production efficiency is reduced. Therefore, in the present embodiment, a method that does not need to increase the number of test polishing is adopted.

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 dresser 16 or the polishing pad 11 that is a consumable part is replaced, the apparatus performance prediction model meta prediction unit 132 sets the polishing rate prediction model based on the meta prediction model of Expression (9). Update. Each time the semiconductor wafer 10 is polished, the apparatus performance prediction unit 133 predicts the polishing rate using the prediction model.

Figure 2012074574
Figure 2012074574

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aおよび係数aを予測し、更新する。 That is, when the dresser 16 is replaced, the apparatus performance prediction model meta prediction unit 132 updates the polishing rate prediction model according to the equation (7) or the equation (8). On the other hand, when the polishing pad 11 is replaced independently, the apparatus performance prediction model meta prediction unit 132 uses the accumulated usage time of the dresser at the time of replacement of the polishing pad as an explanatory variable of the meta prediction model. Intercept a 0 and coefficient a 1 are predicted and updated.

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 dresser 16 is high, the replaced polishing pad 11 has a high polishing rate. On the other hand, if the accumulated use time of the dresser at the time of replacing the polishing pad is long, that is, if the dressing performance of the dresser 16 is low, the polishing pad 11 is only initialized to a low polishing rate state. It has become possible to faithfully predict phenomena such as not being aged.

(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 performance prediction unit 133 may learn the polishing rate prediction model every time polishing is performed, as shown in Expression (10). As described above, since the film thickness measurement involves a time delay, it is difficult to always obtain the previous actual polishing rate value.

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a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aだけの学習ではなく、予測モデルの係数aも学習し、更新する構成であってもよい。 Therefore, here, the apparatus performance predicting unit 133 feeds back the difference between the polishing rate actual value and the predicted value of any previous L times (n−L), and multiplies it by a predetermined learning gain λ to generate a prediction model. learning sections of a 0, it may be configured to update. This learning gain λ corresponds to the feedback control gain of the actual polishing rate value. The learning model may be configured to learn and update not only the prediction model intercept a 0 but also the prediction model coefficient a 1 .

Figure 2012074574
なお、式(10)中の左向きの矢印(←)は、左辺で計算された値を右辺に代入することを意味する。
Figure 2012074574
Note that a leftward arrow (←) in equation (10) means that the value calculated on the left side is substituted into the right side.

(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R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R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R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 dresser 16 or the polishing pad 11 that is a consumable part is replaced, the intercept and coefficient of the regression prediction model are predicted and updated. Moreover, when the dresser 16 is updated, test polishing is performed, and the polishing result is substituted into the meta prediction model of Expression (9), and the polishing rate prediction model is updated.

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R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 A section 52a and the C section 52c in the case of FIG. 6B occurs. Not. In addition, the inversion (abrupt shift) of the prediction error in the B section 52b does not occur. Thus, the meta prediction model, by which is adapted to predict the intercept and coefficients of a regression model to predict the polishing rate R p, it is possible to prevent inversion (sudden shift) of the offset and the prediction error of the prediction error The accuracy of prediction can be improved.

(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Rの予測モデルの切片aと係数a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 semiconductor wafer 10 will be reduced. Accordingly, these parameters need to be promptly determined from the smallest possible amount of machining history data accumulated in the machining history data storage unit 140.

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 dresser 16 is replaced and when the polishing pad 11 is replaced separately. Must be determined individually. Therefore, a small amount of processing history data accumulated in the processing history data storage unit 140 is further divided into a small amount of data according to the conditions in each case, and the parameters of the meta prediction model are used for the small amount of data. To be determined statistically. In that case, when a parameter is statistically determined using the small amount of data, how to ensure the accuracy of the parameter becomes a problem.

(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 creation simulator unit 110, and further, the model creation is performed. Inside the simulator unit 110, a model creation trial unit 111, a stochastic parameter generation unit 115, and a model accuracy convergence determination unit 116 are provided.

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R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 creation simulator unit 110, the stochastic parameter generation unit 115 probabilistically generates parameter candidates for the four meta-prediction models in Expression (9), and the generated parameter candidates are used as the model creation trial unit 111. Send to. Furthermore, the model creating trying unit 111, based on the candidate of the parameters of the meta prediction model, a predicted value of the polishing rate R p and Simulation, obtains the prediction error. The model accuracy convergence determination unit 116 performs statistical convergence determination of the prediction error obtained by the simulation evaluation. The processes in the stochastic parameter generation unit 115, the model creation trial unit 111, and the model accuracy convergence determination unit 116 are repeated until the convergence is determined in the convergence determination.

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 creation trial unit 111 includes a device performance prediction model meta prediction trial unit 112 and a device performance prediction trial unit 113. The apparatus performance prediction model meta-prediction trial unit 112 uses the four meta-prediction model parameter candidates received from the probabilistic parameter generation unit 115 to construct a meta-prediction model candidate of Expression (9). Then, the consumable component accumulated use time data in a predetermined continuous wafer polishing section from the processing history data storage unit 140 (in this embodiment, the consumable component dresser use time and the consumable component polishing pad use time in the processing history data of FIG. 4). , And sequentially update the polishing rate prediction model candidates according to the consumable part replacement derived therefrom, and transmit it to the apparatus performance prediction trial unit 113.

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Rを予測する。 Similarly, the apparatus performance prediction trial unit 113 acquires consumable component accumulated use time data of a predetermined continuous wafer polishing section from the processing history data storage unit 140, and sequentially receives the acquired consumable component accumulated use time data. By substituting it into the candidate for the rate prediction model, the polishing rate R p that is the device performance of the semiconductor wafer CMP apparatus 200a is predicted.

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 prediction trial unit 113 acquires the polishing rate actual value (polishing rate Rp in the data table of FIG. 4) of a predetermined continuous wafer polishing section from the processing history data storage unit 140 and compares it with the predicted polishing rate value. Then, the deviation is calculated, and the variance is transmitted as a prediction error to the model accuracy convergence determination unit 116.

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 convergence determination unit 116 determines whether or not the prediction error data for the parameter candidate data of the series of meta prediction models has converged to a predetermined probability sample distribution (for example, a normal distribution), and determines the convergence interval. Determine. Details of the convergence determination will be described separately with reference to the drawings.

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 creation simulator unit 110 calculates an average value or mode value from the simulation data of the convergence interval of each parameter candidate of the meta prediction model, determines the calculated value as a parameter value, and transmits it to the control calculation unit 130.

(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 parameter generation unit 115 is performed randomly by a simple Monte Carlo simulation method, it takes a long time for the probability sample distribution of the prediction error to converge. Or the problem of not converging arises. Therefore, in the present embodiment, a series of processes for generating parameter candidates (sample sampling) for meta prediction models, updating candidate polishing rate prediction models, and evaluating convergence of prediction error probability sample distribution in the model creation simulator unit 110, Apply MCMC method to hierarchical base model.

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 creation simulator unit 110, the parameter posterior probability distribution can be obtained from the product of the likelihood derived from the actual value of the prediction error and the parameter prior probability distribution, Further, since the parameter candidates of the meta prediction model can be generated (by sample sampling) based on the posterior probability distribution, there is an effect that the convergence of the prediction error probability sample distribution is accelerated.

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 creation simulator unit 110. As shown in FIG. 8, the model creation simulation process includes a parameter initial value setting process by Markov chain (step S10), a model prediction trial process (step S11), a prediction error variance calculation, and a posterior distribution update process (step S12). , Markov chain convergence determination processing (step S13), extraction processing of sample values in the convergence interval from the Markov chain (step S14), parameter determination processing from the distribution of sample values in the convergence interval (step S15), model of the control operation unit The update process (step S16) is included.

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σ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.

Figure 2012074574
Figure 2012074574

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. .

Figure 2012074574
Figure 2012074574

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).

Figure 2012074574
Figure 2012074574

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σ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.

Figure 2012074574
Figure 2012074574

事前知識がある場合は、逆ガンマ分布IGの2個の母数nとS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nが0.002、S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 creation simulator unit 110 sets the initial value of the variance of the normal distribution N that the four parameters of the meta prediction model included in the random variable θ and the polishing rate prediction error ε of Equation (11) follow ( Parameter initial value setting process: Step S10). Since the sensitivity to the results of these initial values is not high, it may be set by sampling appropriately from the preset distributions of Equation (13) and Equation (14).

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 creation simulator unit 110 repeatedly executes the processing of step S11a to step S11f that sequentially calculates the sample values according to the Markov chain and according to the posterior distribution of the equation (12) (model prediction trial processing: step S11). ).

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 prediction trial unit 112 transmits the random variable θ (four parameters of the meta prediction model and variance of the polishing rate prediction error) transmitted from the stochastic parameter generation unit 115. The current value of (parameter) is received, the meta prediction model of Expression (9) is constructed using the four parameters of the received meta prediction model, and a device data section for a model creation trial is set (device data section) Setting process: Step S11a).

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 prediction trial unit 112 sequentially reads the consumable component accumulated usage time data of the set device data section from the machining history data storage unit 140 (device data reading process: step S11b). Then, meta-prediction of the polishing rate prediction model is tried according to the replacement results of consumable parts derived from the read data, and the obtained polishing rate prediction model is transmitted to the device performance prediction trial unit 113 (device performance prediction). Model meta prediction trial process: Step S11c).

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 prediction trial unit 113 sequentially acquires the consumable component accumulated usage time data of the continuous wafer polishing section in the apparatus data section set in step S11a from the processing history data storage section 140, and receives the previously received polishing. Substituting into the rate prediction model, trial of prediction of the polishing rate as the apparatus performance is tried (polishing rate prediction trial process: step S11d). And the apparatus performance prediction trial part 113 acquires the polishing rate performance value of the continuous wafer polishing area set previously from the processing history data storage part 140, and calculates a prediction error compared with the polishing rate prediction value ( Device performance prediction error calculation processing: Step S11e).

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 prediction trial part 113 determines whether the apparatus data section which should perform model prediction trial calculation was complete | finished about the apparatus data area set by step S11a (step S11f). As a result of the determination, if the device data section to be subjected to the model prediction trial calculation has not ended (No in step S11f), the process returns to the previous and the processing after the device data reading process (step S11b) is repeatedly executed. To do.

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 prediction trial unit 113 calculates the variance of the prediction error sequence obtained by the processing so far, The prediction error variance, the current value of the random variable θ, and, if necessary, the consumable component accumulated usage time data are input to the equation (12), and the posterior distribution of the random variable θ is updated (prediction error variance calculation and posterior Distribution update processing: Step S12).

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σ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 convergence determination unit 116 converges a chain set of sample values from the posterior distribution of the polishing rate prediction error variance σ 2 included in the sample values of the random variable θ into the inverse gamma distribution IG, and It is determined whether or not a predetermined number of Markov chain samples has been calculated after the convergence determination (Markov chain convergence condition determination processing: step 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 parameter generation unit 115 thereafter performs the parameters of the meta prediction model included in the random variable θ and One of the variance parameters of the polishing rate prediction error is selected in order according to the Markov chain, and the sample value is newly generated from the posterior distribution of Equation (12) in which the parameter was updated last time, and the updated parameter And the remaining parameter values same as those of the previous time are transmitted to the model creation trial unit 111 (step S17).

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 parameter generation unit 115 to the processing of the model creation trial unit 111, and the processing after step S11a is repeatedly executed.

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 convergence determination unit 116 ends the repeated calculation processing so far, determines the convergence section, and determines the probability. A sample series of the variable θ is cut out (convergence interval sample series cut-out process: step S14).

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σ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β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 left chart 55a shows how the reciprocal sample series of the variance parameter σ 2 converges, and the right chart 55b shows a sample of the parameter β 0 that is one of the parameters of the meta prediction model. It shows how the sequence converges. Here, it is determined that convergence has been confirmed, for example, the number of repetitions from 2,000 to 5,000 is referred to as a convergence section 56.

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 left chart 57a is a parameter sample series obtained by cutting out the convergence section 56 from the left chart 55a in FIG. 9A, and the right chart 57b is the frequency distribution. The average value 58 is calculated from the parameter sample series in the convergence section 56. Further, as can be seen from the right chart 57b, the parameter sample series in the convergence section 56 forms a normal distribution.

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 creation simulator unit 110 calculates the average value based on the sample series of the convergence interval 56 of each parameter included in the random variable θ and determines the parameter value (parameter determination Process: Step S15). Thereafter, the model creation simulator unit 110 transmits the average value of each of the four parameters of the meta prediction model (for example, reference numeral 58 in FIG. 9B) to the device performance prediction model meta prediction unit 132 of the control calculation unit 130. Then, the prediction model in the control calculation unit 130 is updated (prediction model update process: step S16).

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 creation simulator unit 110 has been described with reference to FIG. 8. Details of the actual calculation include, for example, the Metropolis Hastings algorithm, Gibbs Sampler algorithm, Slice Sampler It is executed based on an algorithm or the like (see Non-Patent Document 1, etc.).

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 storage device 33 as a program of the model management computer 31 installed in the operation center 300 shown in FIG. Executed. Further, when the program is executed, data in the Markov chain sample value storage unit 121, the apparatus performance prediction model storage unit 122, and the machining history data storage unit 140 are appropriately read and written.

(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aおよび係数a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 control calculation unit 130 of the processing apparatus control system 100. As illustrated in FIG. 10, the device performance prediction model meta prediction unit 132 of the control calculation unit 130 first receives the four parameter values of the meta prediction model transmitted from the model creation simulator unit 110, and receives the received parameter values. Thus, the meta prediction model is updated (step S20), that is, the meta prediction model for predicting the intercept a 0 and the coefficient a 1 in the polishing rate prediction model of Expression (9) is updated.

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 meta prediction unit 132 acquires the previous value of the usage time of the consumable parts (the dresser 16 and the polishing pad 11) from the processing history data storage unit 140 in synchronization with the arrival of the semiconductor wafer 10 to be polished. (Step S21), and the replacement of the consumable parts (the dresser 16 and the polishing pad 11) is detected (Step S22). In order to detect the replacement of the consumable parts, it is only necessary to subtract the previous value from the previous value of the use time of the consumable parts (dresser 16 and polishing pad 11) in the machining history data and detect whether the sign is reversed. .

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 dresser 16 is detected by detecting the consumable part (Yes in step S23), the apparatus performance prediction model meta prediction unit 132 acquires the test polishing result and uses the test polishing result. That is, the polishing rate prediction model is updated by substituting the test polishing result into the meta prediction model at the time of dresser replacement of the equation (9) (step S23a).

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 dresser 16 is not detected (No in step S23) and the replacement of the polishing pad 11 is detected (Yes in step S24), the apparatus performance prediction model meta prediction unit 132 uses the dresser usage time. That is, the polishing rate prediction model is updated by substituting the dresser usage time into the meta prediction model at the time of polishing pad replacement of Equation (9) (step S24a).

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a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a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 dresser 16 nor the replacement of the polishing pad 11 is detected (No in step S24), the apparatus performance prediction model meta prediction unit 132 records the polishing rate obtained from the processing history data storage unit 140. A value is acquired, and an intercept a 0 of the polishing rate prediction model is learned based on the equation (10) (step S25). At this time, it may be learned together coefficient a 1 of the polishing rate prediction model.

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 meta prediction unit 132 sends the polishing rate prediction model updated or learned by the processing so far to the apparatus performance prediction unit 133. Then, the apparatus performance predicting unit 133 that has received the transmission uses the previous value of the dresser usage time, that is, substitutes the previous value of the dresser usage time into the polishing rate prediction model of Equation (9). (Step S26), and the predicted polishing rate is sent to the control amount calculation unit 134 and the abnormality prediction unit 135.

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 abnormality predicting unit 135 determines whether or not the polishing rate is abnormal by comparing the predicted polishing rate with a predetermined threshold. If the polishing rate is abnormal (Yes in step S27), An alarm is transmitted to the processing apparatus 200 (semiconductor wafer CMP apparatus 200a) (step S27a).

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 amount calculation unit 134 calculates the polishing time based on the equation (1), and uses the polishing time obtained by the calculation as the processing device 200 ( Then, the semiconductor wafer CMP apparatus 200a) is transmitted to the semiconductor wafer CMP apparatus 200a) (step S28), and polishing is instructed for the transmitted polishing time.

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 arithmetic unit 130 detects the arrival of the next semiconductor wafer 10 to be polished based on the notification from the processing apparatus 200 (semiconductor wafer CMP apparatus 200a) (Yes in step S29), the process proceeds to step S21. The process from step S21 is repeated and executed. When a predetermined number of actual data is newly accumulated in the machining history data storage unit 140, the iterative process after step S21 is temporarily suspended, and the model creation simulator unit 110 causes the meta prediction model to be updated. You may make it update four parameter values.

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 control calculation unit 130 described with reference to FIG. 10 is stored in the storage device 43 as a program of the control computer 41 installed at the site 400 (see FIG. 2). The program is executed by the arithmetic processing unit 42.

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 control computer 41 uses the processing apparatus 200 (semiconductor wafer CMP apparatus 200a) to calculate the polishing rate calculation result predicted based on the parameter value of the meta prediction model acquired from the model management computer 31 via the communication network 500. Processing history data (consumed part use time, film thickness before and after polishing, etc.) obtained by polishing by the processing apparatus 200 is acquired, stored in its own storage device 43 and used. Further, the control computer 41 transmits a copy of the accumulated machining history data to the model management computer 31. Therefore, the control computer 41 and the model management computer 31 have the machining history data storage unit 140 in a substantially mirror state.

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 control computer 41. The alarm may be issued and displayed on the processing apparatus 200 (semiconductor wafer CMP apparatus 200a) side, but if an alarm display screen as shown in FIG. Convenient. Even when no alarm has occurred, it is convenient for the maintenance staff to display a similar display screen at the timing when maintenance staff performs maintenance such as replacement of consumable parts.

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 alarm display screen 80 includes a notification content display field 81, and in the notification content display field 81, for example, “the polishing rate predicted value lower limit lower limit” is reported. The contents are displayed. The alarm display screen 80 also includes a status display column 82 for the current consumable parts. The status display column 82 displays the dresser replacement date and time, the accumulated usage time thereof, the polishing pad replacement date and time and the cumulative usage time thereof, and the like. Is done.

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 alarm display screen 80 also includes a polishing rate prediction result display field 83. The polishing rate prediction result display field 83 includes a predicted polishing rate when the polishing pad is replaced alone and a polishing rate when the dresser and the polishing pad are simultaneously replaced. In addition to displaying predicted values, prediction buttons 83a and 83b for instructing execution of the polishing rate prediction simulation are displayed. Further, a predicted polishing rate / actual value transition chart 84 is displayed on the alarm display screen 80, and includes a predicted value 84a of the polishing rate, a lower limit 84b that is a lower limit threshold, and the like. Is displayed.

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 alarm display screen 80 is displayed when step S27a of the processing flow shown in FIG. 10 is executed, for example, when the predicted polishing rate when the polishing pad is replaced alone exceeds the lower limit. Is done. At this time, the display column of the predicted polishing rate at the time of simultaneous replacement of the dresser and the polishing pad is blank. Here, if the maintenance staff at the site 400 presses the “prediction” button at the time of simultaneous dresser / polishing pad replacement, a polishing rate prediction simulation is executed, and the predicted result is predicted polishing at the time of simultaneous dresser / polishing pad replacement. Displayed as a rate.

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 processing device 200 is not a measurement value of a physical quantity that directly represents the device performance, but a device state that is more easily acquired that correlates with the device performance. Can be performed by using a physical quantity (for example, cumulative usage time of the dresser 16 and the polishing pad 11). As a result, for example, a predicted value of the polishing rate can be obtained without measuring the film thickness of the semiconductor wafer 10 using a film thickness inspection apparatus. Therefore, the processing apparatus 200 (semiconductor wafer) can be obtained using the predicted value. It is possible to control the operating condition (polishing time) that compensates for the performance variation of the CMP apparatus 200a). Therefore, the delay time for film thickness measurement for predicting the polishing rate is eliminated, so that the production efficiency of the semiconductor wafer 10 and the like can be improved.

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 dresser 16 and the polishing pad 11), the apparatus performance (polishing rate) is changed by the replacement. How much the prediction model fluctuates is predicted using the state (cumulative usage time) of other consumable parts (dresser 16). Therefore, during maintenance, even if all consumable parts (dresser 16 and polishing pad 11) are not replaced, but only a part of them are replaced, the performance of the apparatus (polishing rate) is continuously maintained. Since the prediction can be made with high accuracy, the life of the consumable parts can be extended according to the life of each consumable part.

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 apparatus control system 100A includes blocks such as a model creation simulator unit 110A, a control calculation unit 130, and a machining history data storage unit 140. Hereinafter, the same components as those in the processing apparatus control system 100 of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

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 creation simulator unit 110A includes a control simulator 214 and a control performance convergence determination unit 224, and differs from the model creation simulator unit 110 in the first embodiment in that the apparatus performance (polishing rate) prediction model is different. In addition to evaluation and creation, it is possible to evaluate and create a device control (polishing amount control) 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 creation simulator unit 110A. The process flow shown in FIG. 13 is different from the process flow of the model creation simulation process in the first embodiment (see FIG. 8) in that the model prediction creation process (step S11A) is a control simulation process based on the predicted apparatus performance value. (Step S11g) and a control error calculation process (Step S11h). The other processes are the same as those in the first embodiment, and the same step numbers as those in FIG. 8 are given.

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).

Figure 2012074574
Figure 2012074574

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).

Figure 2012074574
Figure 2012074574

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 creation simulator unit 110A executes step S10 and step S11a, and then sequentially performs sample value calculation from the posterior distribution of Expression (15) according to the Markov chain. The loop processing from step S11b to step S11f is repeated.

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a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 control simulator 214 performs a control simulation based on the predicted value of the apparatus performance (polishing rate) following the trial of predicting the polishing rate by the apparatus performance prediction trial process (step S11d) (step S11g). Specifically, delay learning (feedback control) is performed based on the actual polishing rate value of the polishing rate prediction model intercept a 0 in equation (10).

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 control simulator 214 divides the polishing amount requirement value by the polishing rate prediction value to predict the polishing time. Then, a polishing amount simulation value is obtained by multiplying the estimated polishing time value by the actual polishing rate value. Then, the polishing amount simulation value is transmitted to the control performance convergence determination unit 224.

Figure 2012074574
Figure 2012074574

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 convergence determination unit 224 obtains the actual polishing amount value of the continuous wafer polishing section set in step S11a from the processing history data storage unit 140, and compares it with the polishing amount simulation value to calculate a control error ( Step S11h). Subsequently, it is determined whether or not the sequential control simulation calculation based on the device data of the section is completed (step S11f).

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 convergence determination unit 224 calculates the variance of the obtained control error sequence, and the control error sequence And the current value of the random variable θ including the learning gain λ, and if necessary, the consumable component accumulated usage time data are substituted into the equation (15), and the posterior distribution of the random variable θ is updated (step S12). ).

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 convergence determination unit 224 converges the chain set of sample values from the posterior distribution of the variance of the control error included in the sample value of the random variable θ into a normal distribution, and after the determination of convergence, It is determined whether or not the number of Markov chain samples has been calculated (step S13). When the convergence condition is not satisfied (No in step S13a), the probabilistic parameter generation unit 115 thereafter performs the parameter of the meta prediction model included in the random variable θ every time this step is passed, One of the dispersion parameter of the polishing rate prediction error and the learning gain (feedback control gain) λ is sequentially selected according to the Markov chain, and the sample value is newly determined from the posterior distribution of the equation (12) in which the parameter was updated last time. The updated parameter values and the remaining parameter values that are the same as the previous parameter are transmitted to the model creation trial unit 111A (step S17).

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 convergence determination unit 224 ends the repeated calculation processing so far, determines the convergence section, and determines the probability. A sample series of the variable θ is cut out (step S14).

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 left chart 70a shows how the sample series of the learning gain λ converges, and the right chart 70b shows the frequency distribution. As shown in FIG. 14A, for example, if the convergence interval 56 is set to 20000 or more iterations, the sample series of the learning gain λ converges to an exponent family distribution such as an inverse beta distribution. Further, in the section before the convergence section 56, the parameter of the polishing rate prediction model has not converged to an accurate value, so an attempt is made to increase the learning gain value. On the other hand, in the convergence section 56, it can be seen that since the accurate model has been made, the convergence is made to a small learning gain value.

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 left chart 71a is a sample series of the learning gain λ obtained by cutting out the convergence section 56 from the left chart 70a in FIG. 14A, and the right chart 71b shows the frequency. Distribution. The mode value 72 is calculated from the parameter sample series in the convergence section 56, and the optimum value of the learning gain (feedback control gain) λ is determined.

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 processing apparatuses 200 are mixed. An example of the machining apparatus control system 100 capable of creating a unified prediction model in a form including a difference will be described. In addition, this embodiment is implemented with the form which expanded 1st Embodiment or 2nd Embodiment.

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 processing apparatuses 200, Expression (18) is used instead of Expression (9) described above. Here, description of the part having the same function as that of the already described formula (9) is omitted. As shown in the following equation (18), an offset for each apparatus is added to each of two meta prediction models for predicting the intercept and coefficient of the polishing rate prediction model.

Figure 2012074574
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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 processing devices 200 is added to the random variable θ by the number of devices, The prior probability density function is set to a normal distribution N shown in Expression (20). When there is prior knowledge, the average parameter and the dispersion parameter of the normal distribution N are set based on the 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.

Figure 2012074574
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Figure 2012074574
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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 creation simulator units 110 and 110A (see FIGS. 1 and 12) apply the MCMC method to a data set in which data of a plurality of processing apparatuses 200 are mixed, and based on the prior distribution of Expression (20), A sample value from the posterior distribution of Expression (19) is generated, and an average value or mode value of the random variable θ including the offset for each processing device 200 corresponding to the number of devices is obtained. The control calculation unit 130 assigns this value to the meta prediction model of Expression (18), calculates the polishing time based on the prediction of the polishing rate for each processing apparatus 200, and controls the polishing amount.

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R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 processing apparatus 200 into the meta prediction model for predicting the polishing rate prediction model, the meta data is obtained from the data set in which the data of the plurality of processing apparatuses 200 are mixed. A predictive model can be created. Therefore, even when the number of actual data per processing apparatus 200 is small, it is possible to predict the polishing rate R p by using the data of other processing apparatuses 200.

(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R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 semiconductor wafers 10 to be polished in the same manner instead of the plurality of processing apparatuses 200, data when polishing is performed by mixing a plurality of types of semiconductor wafers 10. A meta prediction model can be created from the set, and even when the number of actual data per type of the semiconductor wafer 10 to be polished is small, the polishing rate can be obtained by utilizing the data of other types of semiconductor wafers 10. it is possible to make predictions of R p. Furthermore, it is possible to simultaneously process the mixing of the data sets of the plurality of processing apparatuses 200 and the mixing of the data sets of the mixed flow products.

<一般化>
以上に説明した実施形態では、式(9)の研磨レートRを予測する説明変数として、前回のドレッサ使用時間x(n−1)を採用し、予測モデルの切片aと係数a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x(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 processing apparatus 200 and the processing (polishing) process procedure (polishing process conditions).

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 dresser 16 and the polishing pad 11, a semiconductor wafer (adsorbed rubber film) of the head 14 that holds the semiconductor wafer 10, and an outer periphery of the semiconductor wafer 10 and simultaneously polishing the semiconductor wafer Retainer rings that prevent over-polishing of the outer peripheral portion 10, edge sag, peeling, and the like are candidates.

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 polishing pad 11, the temperature of the semiconductor wafer 10, the temperature of the dresser 16, the table driving torque, the head driving torque, and the dresser driving torque. Alternatively, a cumulative value after replacement of the consumable part squared of these physical quantities may be used as the explanatory variable. Moreover, the apparatus performance prediction method of the present invention can be applied not only to replacement of consumable parts but also to all physical quantities handled in maintenance that changes the state of the processing apparatus 200.

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Rの実績値と説明変数候補x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aを決定し、その係数a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 data storage unit 140 and the explanatory variable candidate. By statistically determining the coefficient a k of the regression equation from the actual value of x k by the maximum likelihood method or the least square method, and evaluating the degree of contribution to the prediction accuracy of the explanatory variable obtained from the coefficient a k I can decide. In addition, when there are a plurality of explanatory variables having the same contribution degree, it may be determined from the collection cost of the explanatory variable values.

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 processing apparatus 200 to be controlled, but the processing apparatus 200 is not limited to the semiconductor wafer CMP apparatus 200a. If the processing apparatus 200 to be controlled is one that polishes or grinds other products or materials, the prediction of the polishing rate as the apparatus performance becomes an issue, and the control performance is the same as in the embodiment described above. Can be improved. In addition to a polishing apparatus, if the processing apparatus is affected by deterioration of a plurality of consumable parts, the apparatus performance can be accurately predicted by applying the present invention, and the control performance can be improved. Can do.

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 SYMBOLS 10 Semiconductor wafer 11 Polishing pad 12 Table 13 Table rotation motor 14 Head 15 Head rotation motor 16 Dresser 17 Dresser rotation motor 18 Dresser swing motor 19 Slurry 20 Slurry supply part 31 Model management computer 32 Arithmetic processing device 33 Storage device 41 Control Computer 42 Arithmetic processing device 43 Storage device 100, 100A Processing device control system 110, 110A Model creation simulator unit 111, 111A Model creation trial unit 112 Device performance prediction model meta prediction trial unit 113 Device performance prediction trial unit 115 Probabilistic parameter generation unit 116 Model Accuracy Convergence Determination Unit 121 Markov Chain Sample Value Storage Unit 122 Device Performance Prediction Model Storage Unit 130 Control Operation Unit 132 Device Performance Prediction Model Meta Prediction Unit 133 Device Performance Prediction Unit 134 Control amount calculation unit 135 Anomaly prediction unit 140 Processing history data storage unit 200 Processing device 200a Semiconductor wafer CMP device 214 Control simulator 224 Control performance convergence determination unit 300 Operation center 400 Site 500 Communication network

Claims (14)

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:
前記加工性能を予測する予測モデルは、前記消耗部品の状態を表す物理量を説明変数とする回帰モデルであること
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 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.
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は、前記消耗部品交換時における前記消耗部品の状態を表す物理量を説明変数とする回帰モデルであること
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 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.
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は、学習ゲインを予測するモデルを含むこと
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 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.
前記消耗部品の状態を表す物理量は、その消耗部品の交換時からの累積使用時間であること
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 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.
前記モデル作成シミュレータ部は、
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.
前記制御演算部は、
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.
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、計算機により制御する加工装置制御方法であって、
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.
前記加工性能を予測する予測モデルは、前記消耗部品の状態を表す物理量を説明変数とする回帰モデルであること
を特徴とする請求項8に記載の加工装置制御方法。
The 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.
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は、前記消耗部品交換時における前記消耗部品の状態を表す物理量を説明変数とする回帰モデルであること
を特徴とする請求項8に記載の加工装置制御方法。
The 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.
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は、学習ゲインを予測するモデルを含むこと
を特徴とする請求項8に記載の加工装置制御方法。
The 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.
前記消耗部品の状態を表す物理量は、その消耗部品の交換時からの累積使用時間であること
を特徴とする請求項8に記載の加工装置制御方法。
The 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.
前記計算機は、
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.
前記計算機は、
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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