DE112007000868T5

DE112007000868T5 - Zeitgerichteter gleitender Mittelwertfilter

Info

Publication number: DE112007000868T5
Application number: DE112007000868T
Authority: DE
Inventors: Richard P. Austin Good; Kevin A. Austin Chamness; Uwe Schulze
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: MediaTek Inc
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2009-02-26
Also published as: CN101438217B; JP2009532897A; TWI420323B; US20070239285A1; WO2007130194A1; TW200745878A; GB2449831A; KR20090030252A; CN101438217A; GB0818402D0; US7542880B2; GB2449831B

Abstract

Verfahren zum Abschätzen eines Zustands, der mit einem Prozess assoziiert ist, der folgendes umfasst:
Empfangen einer Zustandsbeobachtung, die mit dem Prozess assoziiert sind, wobei die Statusbeobachtung eine zugeordnete Prozesszeit aufweist;
Erzeugen eines Gewichtungsfaktors, um die Zustandsbeobachtung um einen Wert seiner zugeordneten Prozesszeit wertzuberichtigen; und
Erzeugen einer Zustandsschätzung basierend auf den wertberichtigten Zustandsbeobachtungen.

Description

Querverweis zu verwandten Anmeldungen
Nicht anwendbar.
Feststellung hinsichtlich öffentlich geförderter Forschung oder Entwicklung
Nicht anwendbar.
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung und insbesondere die Verwendung eines zeitgewichteten gleitenden Mittelwertfilters.
Es gibt einen ständigen Drang in der Halbleiterindustrie, die Qualität, Verlässlichkeit und Durchsatz von integrierten Schaltkreisen, z. B. Mikroprozessoren, Speichervorrichtungen und ähnliches zu erhöhen. Dieser Drang wird durch Verbraucherforderungen nach Computern und elektronischen Vorrichtungen mit höherer Qualität, die verlässlicher arbeiten, gespeist. Diese Forderungen mündeten in kontinuierlicher Verbesserung der Herstellung von Halbleitervorrichtungen, z. B. Transistoren als auch in der Herstellung von integrierten Schaltkreisen, die solche Transistoren verwenden. Zusätzlich erniedrigt auch die Reduzierung von Herstellungsdefekten von Komponenten von typischen Transistoren auch die Gesamtkosten pro Transistor als auch die Kosten von integrierten Schaltkreisen, die solche Transistoren verwenden.
Allgemein wird ein Satz von Verarbeitungsschritten an einer Gruppe von Wafern, auf die manchmal als ein „Los" Bezug genommen wird, durchgeführt unter Verwendung einer Vielfalt von Bearbeitungswerkzeugen, einschließlich photolithographischen Steppern, Ätzwerkzeugen, Abscheidewerkzeugen, Polierwerkzeugen, Werkzeugen zur schnellen thermischen Behandlung, Implantationswerkzeugen, etc. Die Technologien, auf denen die Halbleiterverarbeitungswerkzeuge beruhen, erfreuen sich wachsender Aufmerksamkeit über die letzten paar Jahre, woraus sich wesentliche Verbesserungen ergeben. Jedoch leiden trotz der Fortschritte, die in diesem Bereich gemacht wurden, viele der Verarbeitungswerkzeuge, die gegenwärtig kommerziell verfügbar sind, an bestimmten Unzulänglichkeiten. Insbesondere mangelt es solchen Werkzeugen oft an Möglichkeiten zur fortgeschrittenen Prozessdatenüberwachung, wie z. B. die Fähigkeit, historische parametrische Daten in einem benutzerfreundlichen Format bereitzustellen, als auch Ereigniserfassung; graphische Realzeitanzeige von sowohl aktuellen Prozessparametern als auch den Prozessparametern des gesamten Laufes, und Fernüberwachung, d. h. lokale Örtlichkeiten und Weltweit. Diese Unzulänglichkeiten können eine nicht optimale Kontrolle von kritischen Prozessparametern, wie z. B. Durchsatz, Genauigkeit, Stabilität und Wiederholbarkeit, Prozesstemperaturen, mechanische Werkzeugparameter und ähnliches zur Folge haben. Diese Variabilität manifestiert sich als Ungleichheiten innerhalb eines Laufes, als Ungleichheiten von Lauf zu Lauf und als Ungleichheiten von Werkzeug zu Werkzeug, die sich in Abweichungen in Produktqualität und Leistungsfähigkeit fortsetzen, während ein ideales Überwachungs- und Diagnostiksystem für solche Werkzeuge eine Einrichtung zur Überwachung dieser Variabilität, als auch eine Einrichtung zur Optimierung der Steuerung der kritischen Parameter bereitstellen würde.
Eine Technik zur Verbesserung des Betriebes einer Halbleiterprozesslinie schließt die Verwendung eines fabrikweiten Kontrollsystems ein, um automatisch den Betrieb der verschiedenen Verarbeitungswerkzeuge zu kontrollieren. Die Verarbeitungswerkzeuge kommunizieren mit einem Fertigungsgebilde oder einem Netzwerk von Verarbeitungsmodulen. Jedes Fertigungswerkzeug ist im Allgemeinen mit einer Ausrüstungsschnittstelle verbunden. Die Ausrüstungsschnittstelle ist mit einer Maschinenschnittstelle verbunden, die die Kommunikation zwischen den Fertigungswerkzeugen und dem Fertigungsgebilde erleichtert. Die Maschinenschnittstelle kann allgemein ein Teil eines fortgeschrittenen Prozesskontrollsystems (APC, advanced process control) sein. Das APC-System initiiert ein Kontrollskript basierend auf einem Fertigungsmodell, das ein Softwareprogramm sein kann, das sich automatisch die Daten holt, die benötigt werden, einen Fertigungsprozess durchzuführen. Halbleitervorrichtungen werden oft durch eine Vielzahl von Fertigungswerkzeugen für multiple Prozesse gestaffelt, wodurch Daten erzeugt werden, die die Qualität der verarbeiteten Halbleitervorrichtungen betreffen.
Während des Fertigungsprozesses können verschiedene Ereignisse stattfinden, die die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung, die gefertigt wird, beeinflussen. D. h., Variationen von Fertigungsprozessschritten münden in Vorrichtungsleistungsfähigkeitsvariationen. Faktoren wie kritische Merkmalsabmessungen, Dotierungsniveaus, Kontaktwiderstand, Partikelkontamination, etc. können alle möglicherweise die Endleistungsfähigkeit der Vorrichtung beeinflussen. Verschiedene Werkzeuge in der Prozesslinie werden gemäß Leistungsmodellen kontrolliert, um die Prozessvariation zu reduzieren. Allgemein kontrollierte Werkzeuge schließen Photolithographiestepper, Polierwerkzeuge, Ätzwerkzeuge und Abscheidewerkzeuge ein. Metrologiedaten der Vorverarbeitung und/oder der Nachbearbeitung werden den Prozesssteuerungseinrichtungen für die Werkzeuge zugeführt. Betriebsrezeptparameter, wie z. B. Verarbeitungszeit, werden von den Prozesskontrolleinrichtungen auf der Basis des Leistungsmodells und der Metrologieinformation berechnet, um zu versuchen, nach Bearbeitungsergebnisse zu erreichen, die so nahe wie möglich an dem Zielwert liegen. Eine Reduzierung der Variation auf diese Weise führt zu einem erhöhten Durchsatz, reduzierten Kosten, höhere Vorrichtungsleistungsfähigkeit, etc., wobei alle davon zu einer erhöhten Profitabilität führen. Metrologiedaten, die vor, während (d. h. in-situ), oder nach der Verarbeitung eines Wafers oder eines Loses von Wafern gesammelt wurden, können verwendet werden, um Information rückzukoppeln und/oder nach vorne zu koppeln zur Verwendung bei der Bestimmung einer Kontrolltätigkeit für das zurückliegende Prozesswerkzeug (d. h. Rückkopplung), das nachfolgende Prozesswerkzeug (d. h. Vorwärtskopplung), oder beides.
Typischerweise stellt eine Steuervorrichtung ein Betriebsrezept für ein gesteuertes Werkzeug unter Verwendung von rückgekoppelter oder vorwärtsgekoppelter Metrologieinformation ein. Kontrolltätigkeiten werden typischerweise unter Verwendung eines Kontrollmodells erzeugt, das ein oder mehrere Prozessstufenvariablen, die mit der Fertigung assoziiert sind, verfolgt. Z. B. kann eine Steuervorrichtung einen Photolithographierezeptparameter einstellen, um eine kritische Abmessung (CD critical dimension) der hergestellten Vorrichtung zu kontrollieren. Ebenso kann eine Steuervorrichtung ein Ätzwerkzeug kontrollieren, um eine Grabentiefe oder um eine Breitencharakteristik eines Abstandshalters zu beeinflussen.
Um eine Stabilität der Kontrollvorrichtung bereitzustellen, werden Steueraktionen typischerweise nicht basierend auf nur die kürzlichst beobachteten Prozessstatusvariablen erzeugt. Deshalb werden vorangegangene Messungen typischerweise durch einen exponentiell gewichteten gleitenden Mittelwertfilter (EWMA, exponentially weighted moving average) durchgeschleust, der einen Mittelwert des Status ausgibt, der gegenwärtige und vorherige Werte berücksichtigt. Der EWMA-Filter stellt einen gewichteten Mittelwert bereit, in dem der Mittelwert mehr durch die kürzlicheren Zustandswerte stärker beeinflusst wird.
EWMA-Filter werden seit vielen Jahren in Halbleiterindustrie zum Abschätzen des Prozesszustandes verwendet. Die allgemeine Gleichung für einen EWMA-Filter ist:
wobei der Gewichtungsfaktor ω₁ = (1 – λ)' älteren Messungen Rechnung trägt, und wobei λ ein Einstellparameter ist, der das Maß der Wertberichtigung beeinflusst (d. h. 0 < λ < 1).
In Fällen, wo die Anzahl der Messungen groß ist, haben die ältesten Messungen ein vernachlässigbaren Anteil an dem gefilterten Wert und ein rekursiver EWMA-Filter kann verwendet werden: ŷk+1 = (1 – λ)ŷk + λyk, (2)
Der rekursive EWMA-Filter verfolgt nur eine vorangegangene Prozessstatusschätzung und aktualisiert die Schätzung als einen neuen Datensatz basierend auf einem Gewichtungsfaktor λ.
Der EWMA-Filter hat verschiedene Einschränkungen, wenn er auf eine Halbleiterumgebung angewendet wird. In einer Halbleiterfertigungsumgebung werden diskrete Prozesse auf individuellen Wafern oder Gruppen von Wafern (d. h. Losen) durchgeführt. Metrologiedaten, die verwendet werden, um den Prozessstatus zu bestimmen, werden in getrennten diskreten Ereignissen gesammelt. Die Metrologiehilfsmittel werden geteilt, um Daten zu sammeln, die Wafer unterschiedlicher Typen und zu unterschiedlichen Stufen der Vollständigkeit betreffen. Deswegen empfängt die Steuervorrichtung die gesammelten Metrologiedaten, die mit einem gegebenen Prozessstatus assoziiert sind, nicht zu konstanten Aktualisierungsintervallen.
Darüber hinaus kommen die Metrologiedaten nicht notwendigerweise in einer zeitlich aufeinanderfolgenden Reihenfolge an auf Grund der Anzahl von unabhängigen Prozesswerkzeugen und Metrologiewerkzeugen. Mit anderen Worten, Lose werden nicht immer in der selben Reihenfolge gemessen, wie sie verarbeitet werden. Der rekursive EWMA-Filter berücksichtigt nicht, Verarbeitungen außer der Reihe, da er annimmt, dass Wafer sequenziell bearbeitet werden. Proben werden angewendet, um neue Prozessstatusschätzungen zu erzeugen, sobald sie empfangen werden. Ebenso kann eine Probe nicht ungeschehen gemacht werden, sobald sie ein mal in jede kursive EWMA-Zustandsschätzung eingefügt wurde. Auch ist der EWMA-Filter nicht in der Lage, zeitsignifikante Zeitlücken zwischen aufeinanderfolgenden Prozessen zu berücksichtigen. Der EWMA berücksichtigt nicht, ob es bei identischen Daten eine lange Zeitlücke zwischen aufeinanderfolgenden Prozessen oder eine relativ kurze Lücke gibt. Ein Werkzeug kann während einer langen Zeitlücke driften, da der EWMA-Filter keine Prozessstatusaktualisierungen empfängt, stellt ein EWMA-Filter keine Qualitätsmessung für die Prozessstatusschätzung bereit. Eine EWMA-Statusschätzung mit alten und spärlichen Daten werden identisch zu neuen und gut charakterisierten Daten behandelt.
Dieser Abschnitt dieses Dokuments ist dafür vorgesehen, in verschiedene Aspekte des Standes der Technik einzuführen, der verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung, die unten beschrieben und/oder beansprucht werden, betrifft. Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen bereit, um ein besseres Verständnis der verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Man sollte verstehen, dass Feststellungen in diesem Abschnitt dieses Dokuments in diesem Sinne gelesen werden sollen und nicht als Anerkennung des Standes der Technik. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die Effekte von einem oder mehreren der Probleme, die oben ausgeführt wurden, zu überwinden oder zumindest zu reduzieren.
Offenbarung der Erfindung
Im Folgenden wird eine vereinfachte Zusammenfassung der Erfindung präsentiert, um ein grundsätzliches Verständnis einiger Aspekte der Erfindung bereitzustellen. Diese Zusam menfassung ist kein umfassender Überblick der Erfindung. Sie ist nicht vorgesehen, Schlüsselelemente oder kritische Elemente der Erfindung zu identifizieren oder den Rahmen der Erfindung abzugrenzen. Der einzige Zweck ist, einige Konzepte in vereinfachter Form als ein Auftakt für die ausführlichere Beschreibung, die später diskutiert wird, zu präsentieren.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einem Verfahren zur Abschätzung eines Zustandes, der mit einem Prozess assoziiert wird, gesehen, das den Empfang einer Zustandsbeobachtung, die mit dem Prozess assoziiert wird, einschließt. Die Zustandsbeobachtung hat eine zugeordnete Prozesszeit. Ein Gewichtsfaktor wird basierend auf der Prozesszeit erzeugt, um den Wert der Zustandsbeobachtung herabzusetzen. Eine Zustandsabschätzung wird basierend auf der wertberichtigten Zustandsbeobachtung erzeugt.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einem System gesehen, das ein Prozesswerkzeug, ein Metrologiewerkzeug und eine Prozesssteuervorrichtung einschließt. Das Prozesswerkzeug kann so betrieben werden, dass es einen Prozess durchführt entsprechend eines Betriebsrezepts. Das Metrologiewerkzeug kann so betrieben werden, dass es eine Zustandsbeobachtung erzeugt, die mit dem Prozess assoziiert ist. Die Prozesssteuervorrichtung kann so betrieben werden, dass sie die Zustandsbeobachtung empfängt, wobei die Zustandsbeobachtung eine zugeordnete Prozesszeit aufweist, dass sie einen Gewichtungsfaktor erzeugt, um die Zustandsbeobachtung basierend auf der Prozesszeit Wert zu berichtigen, dass sie eine Zustandsschätzung basierend auf der wertberichtigten Zustandsbeobachtung erzeugt, und dass sie mindestens einen Parameter des Betriebsrezeptes basierend auf der Zustandsschätzung bestimmt.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, worin:
1 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Prozesslinie gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Diagramm die Gewichtung veranschaulicht, die auf eine bestimmte Beobachtung als eine Funktion des Alters der Beobachtung angewendet wird;
3 und 4 Gewichtungen veranschaulichen, die auf beispielhafte neue Beobachtungen angewendet werden; und
5 ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Implementieren eines rekursiven zeitgewichteten EWMA's gemäß einer anderen anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Während die Erfindung auf verschiedene alternative Formen und mit verschiedenen Modifikationen ausgeführt werden kann, werden bestimmte Ausführungsformen beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden im Detail hier beschrieben. Man sollte jedoch verstehen, dass die Beschreibung hier von bestimmten Ausführungsformen nicht dafür vorgesehen sind, die Erfindung auf bestimmte offenbarte Formen einzuschränken, sondern im Gegensatz dazu ist die Intension, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die in den Rahmen der Erfindung, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert sind, fallen, abzudecken.
Art(en) zum Durchführen der Erfindung
Eine oder mehrere besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten beschrieben. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen und Veranschaulichungen, die hier enthalten sind, beschränkt wird, sondern das modifizierte Formen dieser Ausführungsform eingeschlossen sind, einschließlich Teile der Ausführungsformen und Kombinationen von Elementen von verschiedenen Ausführungsformen, wie sie im Rahmen der folgenden Ansprüche sind. Man sollte würdigen, dass bei der Entwicklung irgendeiner solchen aktuellen Implementation wegen irgendeinem Entwicklungs- oder Designprojekt, eine Vielzahl von implementierungsspezifischen Entscheidungen gefällt werden müssen, um die spezifischen Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie zum Beispiel die Einhaltung von systembezogenen und geschäftsbezogenen Randbedingungen, die von Implementation zu Implementation verschieden sein können. Darüber hinaus sollte man würdigen, solch ein Entwicklungsaufwand komplex und zeitraubend sein kann, aber nichts desto trotz eine Routineaufgabe bei der Durchführung von De sign, Fertigung und Herstellung für den Fachmann wäre, der im Besitz dieser Offenbarung ist. In dieser Anmeldung ist nichts als kritisch oder als essentiell für die vorliegende Erfindung anzusehen, es denn es wird explizit als "kritisch" oder als "essentiell" angezeigt.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Verschiedene Strukturen, Systeme und Vorrichtungen werden in den Zeichnungen nur zu Erklärungszwecken veranschaulicht, so dass die vorliegende Erfindung nicht durch Details verdunkelt wird, die dem Fachmann wohl bekannt sind. Nichts desto trotz sind die beigefügten Zeichnungen eingeschlossen, um veranschaulichende Beispiele der vorliegenden Erfindung zu beschreiben und zu klären. Die Worte und Ausdrücke, die hier verwendet werden, sollten so verstanden und interpretiert werden, dass sie eine Bedeutung aufweisen, dass sie mit dem Verständnis der Worte und Phrasen des Fachmanns konsistent sind. Es ist nicht beabsichtigt, dass durch die konsistente Verwendung der Ausdrücke und Phrasen hier eine spezielle Definition der Ausdrücke oder Phrasen impliziert wird, d. h. eine Definition die unterschiedlich zur allgemeinen und gängigen Bedeutung ist, wie es der Fachmann versteht. Sollte ein Ausdruck oder eine Phrase eine bestimmte Bedeutung haben, d. h. eine Bedeutung die anders ist als sie vom Fachmann vertreten würde, würde solch eine spezielle Definition ausdrücklich in der Beschreibung auf definierende Weise ausgeführt werden, die direkt und unzweifelhaft die spezielle Definition des Ausdrucks oder der Phrase bereitstellt.
Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, worin die gleichen Bezugszeichen mit den gleichen Komponenten in den verschiedenen Ansichten korrespondieren und insbesondere mit Bezug auf 1, soll die vorliegende Erfindung im Kontext mit einer anschaulichen Prozesslinie 100 zum Verarbeiten von Wafern 110 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die Prozesslinie 100 schließt ein erstes Prozesswerkzeug 120, ein Metrologiewerkzeug 130, ein zweites Prozesswerkzeug 140 und eine Prozesssteuervorrichtung 150 ein. Die Prozesssteuervorrichtung 150 empfängt Daten von dem Metrologiewerkzeug 130 und stellt das Betriebsrezept eines oder beider Prozesswerkzeuge 120, 140 ein, um Variationen und Charakteristiken der verarbeiteten Wafern 110 zu reduzieren. Natürlich können getrennte Prozesssteuervorrichtungen 150 für jedes Werkzeug 120, 140 bereitgestellt werden. Die bestimmten Kontrollvorgänge, die von der Prozesssteuervorrichtung 150 durchgeführt werden, hängen von den bestimmten Prozessen ab, die von den Prozesswerkzeugen 120, 140 durchgeführt werden, und von den Ausgangscharakteristiken, die von dem Metro logiewerkzeug 130 gemessen werden. In der veranschaulichten Ausführungsform verwendet die Prozesssteuervorrichtung 150 eine zeitwertberichtigte exponentiell gewichtete Filtertechnik zum Abschätzen von Prozesszuständen, die mit den Wafern 110 assoziiert sind. Allgemein stellen die Metrologiedaten, die von dem Metrologiewerkzeug 130 gesammelt wurden, Information eines geschätzten Zustandes, der von der Prozesssteuervorrichtung 150 verwendet wird, bereit. Der geschätzte Zustand wird von der Prozesssteuervorrichtung 150 verwendet, um das Betriebsrezept des gesteuerten Werkzeuges 120, 140 einzustellen.
Obwohl die Erfindung so beschrieben wird, wie sie in einer Halbleiterherstellungsfabrik implementiert werden könnte, ist die Erfindung nicht so eingeschränkt, und kann auf andere Herstellungseinrichtungen angewendet werden und insbesondere jede EWMA-Anwendung. Die Techniken, die hier beschrieben werden, können auf eine Vielzahl von Werkstücken angewendet werden, einschließlich, aber nicht einschränkend, auf Mikroprozessoren, Speichervorrichtungen, digitale Signalprozessoren, anwenderspezifische integrierte Schaltungen (ASIC's) oder andere ähnliche Vorrichtungen. Die Techniken können auch auf andere Werkstücke als Halbleitervorrichtungen angewendet werden.
Die Prozesssteuervorrichtung 150 kann ein Steuermodell 160 des Prozesswerkzeuges 120, 140, das gesteuert wird, verwenden, um Steueraktionen zu erzeugen. Das Steuermodell 160 kann empirisch unter Verwendung von allgemein bekannten linearen oder nicht linearen Techniken entwickelt werden. Das Steuermodell 160 kann ein relativ einfaches gleichungsbasierendes Modell oder ein komplexeres Modell, wie z. B. ein neuronales Netzwerkmodell, Hauptkomponentenanalysemodell (PCA, principal component analysis) ein partial least squares/projection to latent structures (PLS) Modell. Die bestimmte Implementierung des Steuerungsmodells 160 kann variieren abhängig von der ausgewählten Modellierungstechnik und den zu steuernden Prozess. Wenn man das Steuermodell 160 verwendet, kann die Prozesssteuervorrichtung 150 Betriebsrezeptparameter bestimmen, um Variationen der Charakteristiken der Wafer 110, die bearbeitet werden, zu reduzieren.
Eine anschauliche Ausführungsform ist die Prozesssteuerungsvorrichtung 150 ein Computer, der mit Software programmiert ist, um die beschriebenen Funktionen zu implementieren. Jedoch kann auch eine Hardwaresteuervorrichtung verwendet werden, die ausgelegt ist, die besonderen Funktionen zu implementieren, wie der Fachmann zu würdigen weis. Darüber hinaus können die Funktionen, die von der Prozesssteuervorrichtung 150, wie hier beschrieben, ausgeführt werden, durch eine Vielzahl von Steuervorrichtungen durchgeführt werden, die über zusätzlich kann die Prozesssteuervorrichtung 150 eines Stand-alone-Steuervorrichtung sein, sie kann resident auf dem Prozesswerkzeug 120, 140 vorhanden sein, oder sie kann Teil eines Systems sein, das den Betrieb in einer Fabrik zur Herstellung von integrierten Schaltungen kontrolliert. Teile der Erfindung und die entsprechende ausführliche Beschreibung werden in Form von Software, oder Algorithmen und symbolische Repräsentationen von Operationen an Datenbits innerhalb eines Computerspeichers präsentiert. Diese Beschreibungen und Repräsentationen sind diejenigen, durch die der Fachmann die Effizienz ihrer Arbeit anderen Fachleuten mitteilt. Ein Algorithmus, wie der Ausdruck hier verwendet wird und wie er allgemein verwendet wird, wird als eine selbstkonsistente Sequenz von Schritten begriffen, die zu einem gewünschten Resultat führen. Die Schritte sind solche, die eine physikalische Manipulation von physikalischen Größen erfordert. Normalerweise, obwohl nicht notwendigerweise, nehmen diese Größen die Form von optischen, elektrischen oder magnetischen Signalen an, die man speichern, übertragen, kombinieren, vergleichen und anders manipulieren kann. Es hat sich zu den Zeiten als bequem erwiesen, prinzipiell aus den Gründen der allgemeinen Verwendung, auf diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Schriftzeichen, Ausdrücke, Zahlen oder ähnliches zu beziehen.
Man sollte jedoch im Kopf behalten, dass alle diese und ähnliche Ausdrücke mit geeigneten physikalischen Größen assoziiert sind und nur bequeme Etiketten darstellen, die auf diese Größen angewendet werden. Ausdrücke wie „Verarbeitung" oder „Datenverarbeitung" oder „Berechnung" oder „Bestimmung" oder „Anzeigen" oder ähnliches beziehen sich auf die Tätigkeiten und Verfahren eines Computersystems oder einer ähnlichen elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtung, die Daten manipuliert und umformt, die als physikalische, elektronische Größen innerhalb der Register und Speicher des Computersystems repräsentiert werden, in andere Daten, die ähnlich als physikalische Größen innerhalb des Computersystemspeichers oder Registers oder andere solche Informationsspeicher Übertragungs- oder Anzeigevorrichtungen manipuliert, außer es wird spezifisch anders festgelegt oder ist aus der Diskussion offensichtlich.
Allgemein implementiert die Prozesssteuervorrichtung 150 eine zeitgewichtete Technik zum Erzeugen von Prozesszustandsschätzungen. Durch Bewertung der Prozessstatusbeobachtungen durch die Prozesszeit (d. h. der Zeit, in der der Wafer oder das Los in dem Werk zeug 120, 140 verarbeitet wird), adressiert die Prozesssteuervorrichtung 150 den Gesichtspunkt der außer Betrieb-Verarbeitung (out-of-order processing). Zusätzlich wertberichtigt die zeitgewichtete Technik in einer rekursiven Anwendung basierend auf der Zeit seit der letzten Zustandsaktualisierung, wodurch es der Prozesssteuervorrichtung 150 ermöglicht wird, den Gesichtspunkt der Beobachtungslücken zu adressieren.
Der allgemeine Ausdruck für einen zeitgewichteten EWMA-Filter (t-EWMA) ist:
wobei τ eine vorbestimmte Zeitkonstante repräsentiert, die mit dem Prozess, der überwacht wird, assoziiert ist, die bestimmt, wie schnell Information von vorheriger Zustandsbeobachtungen wertberichtigt wird, und t_i ist die verstrichene Zeit, seit der der Wafer/das Los in dem Werkstück 120, 140 verarbeitet wurde (d. h. t_i = t – t_p). 2 veranschaulicht das Gewicht, das auf eine bestimmte Beobachtung als eine Funktion des Alters der Beobachtung im Sinne der verstrichenen Zeit seit der Verarbeitung angewendet wird.
Die Gleichung für einen rekursiven Rt-EWMA-Filter ist:
Mit Bezug nun auf 3 wird eine zeitverzögerte Beobachtung mit einem Beobachtungsalter von ungefähr 1,4 betrachtet. Zeitverzögerung wird die Prozessstatusbeobachtung so wertberichtigt, dass sie einen Gewichtungsfaktor von ungefähr 0,25 gemäß der Gleichung 6 aufweist. 4 veranschaulicht eine neue Beobachtung ohne metrologische Verzögerung. Der Gewichtungsfaktor ist 1,0, da es sich um die gegenwärtige Prozessstatusbeobachtung handelt. In beiden Fällen wird der vorhergehende Gewichtsfaktor gemäß Gleichung 5 basierend auf der Zeit seit der letzten Statusaktualisierung wertberichtigt.
Wenden wir uns nun der 5 zu, worin ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Implementierung eines Rt-EWMA gezeigt wird. Um den Rt-EWMA zu implementieren, muss nur das vorherige Gewicht ω_k,old, die vorherige Zustandsschätzung ŷ_k und der Zeitstempel der vorherigen Zustandsaktualisierung gespeichert werden. Um die gespeicherten Rt-EWMA-Parameter zu aktualisieren, werden die neue Beobachtung y_new, der Zeitstempel des Prozesslaufes t_p und der gegenwärtige Zeitstempel betrachtet.
Im Verfahrensblock 500 wird der vorherige Gewichtungsfaktor ω_k,old basierend auf der verstrichenen Zeit seit der vorherigen Statusaktualisierung (Gleichung 5) wertberichtigt. Im Verfahrensblock 510 wird der Gewichtungsfaktor für die neue Beobachtung ω_new basierend auf der Prozesszeit t_p (Gleichung 6) bestimmt. Die neue Statusabschätzung wird als gewichteter Mittelwert der neuen Beobachtung ŷ_k oder der vorherigen Statusaktualisierung y_k im Verfahrensblock 520 (Gleichung 4) berechnet. Im Verfahrensblock 530 wird der Gewichtungsfaktor durch Hinzufügen des wertberichtigten vorherigen Gewichtungsfaktors zu dem neuen Gewichtungsfaktor aktualisiert: ωk+1 = ωk + ωnew, (7)
Ein bedeutender Vorteil der Rt-EWMA-Technik ist, dass Beobachtungen „ungeschehen" gemacht werden können von der Zustandsabschätzung. Z. B. wird berücksichtigt, dass eine Ausreißerzustandsbeobachtung, die sich aus einer fehlerhaften Bedingung ergibt, nicht den allgemeinen Prozessstatus reflektiert. In einigen Fällen kann es eine Verzögerung geben, bevor identifiziert wird, dass die Zustandsbeobachtung mit einer Ausreißerbedingung assoziiert ist und ignoriert werden sollte, wenn die Zustandsschätzung bestimmt wird. In einer konventionellen rekursiven EWMA kann jedoch das Einsetzen einer Beobachtung nicht aus der Zustandsschätzung entfernt werden, wenn sie ein mal in die Zustandsschätzung eingeflossen ist. Im Gegensatz dazu kann die Beobachtung ungeschehen gemacht werden, wenn die Beobachtung y_x und der Prozesszeitstempel t_p bekannt sind, da die Rt-EWMA-Technik die Probleme mit out-of-order processing vermeidet:
Anzumerken ist, dass der Gewichtsfaktor zum Entfernen der Zustandsbeobachtung der selbe ist, wie er für das Hinzufügen der Zustandsbeobachtung verwendet wurde, da er auf der Prozesszeit basiert. Auch der zusammengesetzte Gewichtsfaktor wird angepasst, indem einfach der Gewichtungsfaktor, der hinzugefügt wurde, als die Zustandsbeobachtung ursprünglich zugefügt wurde, abgezogen wird.
Das folgende Beispiel veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung der t-EWMA oder Rt-EWMA-Technik in einer Halbleiterfertigungsumgebung. In diesem anschaulichen Beispiel ist das Prozesswerkzeug 120 ein Ätzwerkzeug und das Metrologiewerkzeug 130 ist so konfiguriert, dass es die tiefe eines Grabens misst, der durch den Ätzprozess gebildet wird. Eine Rückkopplungssteuergleichung, die von der Prozesssteuervorrichtung 150 gemäß des Steuerungsmodells 160 zur Bestimmung einer Ätzzeit T_E verwendet wird, ist: TE = TB + k(TDT – TDM), (9) wobei T_B eine Basisätzzeit entsprechend eines Ätzzeitvorgabewertes ist, k ein Abstimmparameter ist, TDT eine Grabenzieltiefe ist und TD_M eine Schätzung der beobachteten Grabentiefe ist. Die individuellen Grabentiefebeobachtungen sind die Prozessstatusbeobachtungen, die durch die t-EWMA oder Rt-EWMA-Techniken gefiltert werden, um eine Zustandsschätzung gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzeugen. Der Unterschied zwischen der Zieltiefe des Grabens und der Zustandsschätzung für die Grabentiefe reflektiert einen Fehlerwert. Die Verstärkungskonstante K repräsentiert, wie aggressiv die Prozesssteuereinrichtung 150 auf die Fehler der Grabentiefe reagiert.
Der t-EWMA und Rt-EWMA hat viele Vorteile gegenüber ihrer konventionellen Gegenstücke, wenn sie in Situationen verwendet werden, bei denen es kein reguläres Produktionsintervall und in-order-Zustands-Beobachtungen gibt, wie sie in Halbleiterfabrikationsumgebungen zu finden sind. Da die einlaufenden Beobachtungen wertberichtigt werden basierend auf deren Prozesszeit, beeinflusst die Reihenfolge, in der die Beobachtungen empfangen werden, nicht bedeutend die Verlässlichkeit der Zustandsschätzung, wodurch die Leistungsfähigkeit der Prozesssteuerungsvorrichtung 150 verbessert wird. Ebenso können in einer rekursiven Implementation die Effekte der Zeitverzögerung zwischen Statusaktualisierungen minimiert werden auf Grund der Wertberichtigung, die auf die vorhergehenden Zustandsgewichtungsfaktoren angewendet werden. Deshalb wird neueren Beobachtungen ein größeres Gewicht bei der Bestimmung der Zustandsschätzung gegenüber den älteren Beobachtungen gegeben. Auch können Beobachtungen aus der Zustandsschätzung entfernt werden, wenn bestimmt wird, dass sie Ausreißerdaten repräsentieren.
Die besonderen Ausführungsformen, die oben offenbart werden, sind nur veranschaulichend, da die Erfindung modifiziert werden kann und auf unterschiedliche aber äquivalente Weisen ausgeführt werden kann, die dem Fachmann offensichtlich sind, der Kenntnis dieser Lehre hier hat. Weiterhin sind keine weiteren Einschränkungen der Konstruktionsdetails oder Designs, das hier gezeigt wird, beabsichtigt außer denen, die in den Ansprüchen unten beschrieben sind. Es ist deshalb offensichtlich, dass die besonderen Ausführungsformen, die oben offenbart sind, geändert oder modifiziert werden können, und alle solche Variationen werden als innerhalb des Rahmens und des Geistes der Erfindung angesehen. Entsprechend ist der Schutz, der ersucht wird, in den Ansprüchen unten ausgeführt.
Zuammenfassung
Ein Verfahren zum Abschätzen eines Zustands, der mit einem Prozess assoziiert ist, schließt das Empfangen einer Zustandsbeobachtung, die mit dem Prozess assoziiert sind, ein. Die Zustandsbeobachtung weist eine zugeordnete Prozesszeit auf. Ein Gewichtungsfaktor wird erzeugt basierend auf der Prozesszeit, um die Zustandsbeobachtung wertzuberichtigen. Eine Zustandsschätzung basierend auf den wertberichtigten Zustandsbeobachtungen wird erzeugt. Ein System (100) schließt ein Prozesswerkzeug (120, 140), ein Metrologiewerkzeug (130), und eine Prozesssteuervorrichtung (150) ein. Das Prozesswerkzeug (120, 140), kann so betrieben werden, dass es einen Prozess gemäß eines Betriebrezepts durchführt. Das Metrologiewerkzeug (130), das kann so betrieben werden, dass es eine Zustandsbeobachtung, die mit dem Prozess assoziiert sind, erzeugt. Die Prozesssteuervorrichtung (150), die kann so betrieben werden, dass sie die Zustandsbeobachtung empfängt, wobei die Zustandsbeobachtung eine zugeordnete Prozesszeit aufweist, dass sie einen Gewichtungsfaktor erzeugt, um die Zustandsbeobachtung wertzuberichtigen basierend auf der Prozesszeit, dass sie eine Zustandsschätzung basierend auf den wertberichtigten Zustandsbeobachtungen erzeugt, und dass sie mindestens einen Parameter des Betriebsrezepts basierend auf der Zustandsschätzung bestimmt.

1

120: Prozesswerkzeug
130: Metrologiewerkzeug
140: Prozesswerkzeug
150: Prozesssteuerungsvorrichtung
160: Steuerungsmodell

2

Ordinate: Gewicht
Abzisse: Beobachtungsalter (τ)

3 und 4

: sind wie 2

5

500: Wertberichtigung des vorherigen Gewichtungsfaktors basierend auf der vergangenen Zeit seit der vorherigen Statusaktualisierung
510: Berechnen des Gewichtungsfaktors für eine neue Beobachtung basierend auf der Prozesszeit
520: Berechnung einer neuen Zustandsschätzung als ein gewichteter Mittelwert der neuen Beobachtung und der vorherigen Zustandsschätzung
530: Aktualisieren des Gewichtungsfaktors durch Hinzufügen des wertberichtigten vorherigen Gewichtungsfaktors zu dem neuen Gewichtungsfaktor

Claims

Verfahren zum Abschätzen eines Zustands, der mit einem Prozess assoziiert ist, der folgendes umfasst: Empfangen einer Zustandsbeobachtung, die mit dem Prozess assoziiert sind, wobei die Statusbeobachtung eine zugeordnete Prozesszeit aufweist; Erzeugen eines Gewichtungsfaktors, um die Zustandsbeobachtung um einen Wert seiner zugeordneten Prozesszeit wertzuberichtigen; und Erzeugen einer Zustandsschätzung basierend auf den wertberichtigten Zustandsbeobachtungen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Gewichtungsfaktor einen exponentiellen Gewichtungsfaktor umfasst, der definiert wird durch
wobei t_p die Prozesszeit ist, t eine gegenwärtige Zeit ist, und τ eine vorbestimmte Zeitkonstante ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Erzeugung der Zustandsschätzung weiterhin die Erzeugung der Zustandsschätzung unter Verwendung eines zeitgewichteten exponentiell gewichteten gleitenden Mittelwerts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Erzeugen der Zustandschätzung weiterhin die Erzeugung der Zustandsschätzung unter Verwendung eines rekursiven zeitgewichteten exponentiell gewichteten gleitenden Mittelwertes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, worin die Erzeugung der Zustandsschätzung weiterhin folgendes umfasst: Wertberichtigung eines Gewichtungsfaktors aus einer vorherigen Zustandsaktualisierung als eine Funktion der verstrichenen Zeit seit der vorangegangenen Zustandsaktualisierung; Erzeugen der aktualisierten Zustandsschätzung als eine Funktion der wertberichtigten Zustandsbeobachtung, des wertberichtigten Gewichtungsfaktors und einer vorherigen Zustandsschätzung; und Aktualisieren des Gewichtungsfaktors basierend auf dem wertberichtigten Gewichtungsfaktor und dem Gewichtungsfaktor, der verwendet wurde, die Zustandsbeobachtung wertzuberichten.
Verfahren nach Anspruch 1, worin einer der Zustandsbeobachtungen eine erste Zustandsbeobachtung umfasst, wobei die Prozesszeit, die sofort mit der ersten Zustandsbeobachtung assoziiert wird, eine erste Prozesszeit umfasst, und wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Empfangen einer zweiten Zustandsbeobachtung, die mit dem Prozess assoziiert ist, wobei die zweite Zustandsbeobachtung eine zweite assoziiert Prozesszeit aufweist, die vor der ersten Prozesszeit liegt; Wertberichtigung der zweiten Zustandsbeobachtung basierend auf der zweiten Prozesszeit; und Aktualisierung der Zustandsschätzung basierend auf der wertberichtigten zweiten Zustandsbeobachtung.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes umfasst: Empfangen einer Vielzahl von Zustandsbeobachtung, die mit dem Prozess assoziiert sind, wobei jede Zustandsbeobachtung eine zugeordnete Prozesszeit aufweist; Wertberichtigung jeder Zustandsbeobachtung als Funktion ihrer zugeordneten Prozesszeit; und Erzeugen der Zustandsschätzung basierend auf den wertberichtigten Zustandsbeobachtungen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Erzeugen der Zustandsschätzung weiterhin das Erzeugen einer aktualisierten Zustandsschätzung umfasst, in Reaktion auf den Empfang jeder Zustandsbeobachtung, und worin die Erzeugung jeder aktualisierten Zustandschätzung weiterhin umfasst: Erzeugung eines neuen Gewichtungsfaktors für die aktualisierte Zustandsschätzung als eine Funktion der Prozesszeit, die mit der Zustandsbeobachtung assoziiert ist, der in die aktualisierte Zustandsschätzung eingefügt wird; Wertberichtung eines Gewichtungsfaktors, der einer vorherigen aktualisierten Zustandschätzung als eine Funktion der verlaufenden Zeit seit der Erzeugung der vorherigen aktualisierten Zustandsschätzung zugeordnet ist; und Erzeugen der aktualisierten Zustandsschätzung als eine Funktion des neuen Gewichtungfaktors, wobei die Zustandsbeobachtung in die aktualisierte Zustandsschätzung, in den wertberichtigten Gewichtungsfaktor, der der vorherigen aktualisierten Zustandsschätzung zugeordnet ist, und in die vorherigen aktualisierten Zustandschätzung eingefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin das Entfernen einer ausgewählten Zustandsbeobachtung umfasst, durch: Erzeugen eines Entfernungsgewichtungsfaktors für die ausgewählte Zustandsbeobachtung als eine Funktion der zugeordneten Prozesszeit; und Entfernen der ausgewählten Zustandsbeobachtung und dem Entfernungsgewichtungsfaktor.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die Steuerung des Prozesses basierend auf der Zustandsschätzung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, worin das Verfahren weiterhin einen Halbleiterherstellungsprozess umfasst, worin der Steuerungsprozess weiterhin die Bestimmung von mindestens einem Parameter eines Betriebsrezepts für den Halbleiterherstellungsprozess umfasst und wobei das Verfahren weiterhin die Verarbeitung von Halbleitervorrichtungen um fasst, die auf die Bestimmung des mindestens einen Parameters des Bearbeitungsrezepts folgt.
System (100), das Folgendes umfasst: ein Prozesswerkzeug (120, 140), das so betrieben werden kann, dass es einen Prozess gemäß eines Betriebrezepts durchführt; ein Metrologiewerkzeug (130), das so betrieben werden kann, dass es eine Zustandsbeobachtung, die mit dem Prozess assoziiert ist, erzeugt; und eine Prozesssteuervorrichtung (150), die so betrieben werden kann, dass sie die Zustandsbeobachtung empfängt, wobei die Zustandsbeobachtung eine zugeordnete Prozesszeit aufweist, dass sie einen Gewichtungsfaktor erzeugt, um die Zustandsbeobachtung wertzuberichtigen basierend auf der zugeordneten Prozesszeit, dass sie eine Zustandsschätzung basierend auf den wertberichtigten Zustandsbeobachtungen erzeugt, und dass sie mindestens einen Parameter des Betriebsrezepts basierend auf der Zustandsschätzung bestimmt.