JP2001338856A - 半導体製造システムのプロセスコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一層精密な制御が可能で、しかもそのような
制御の開発が容易に行える半導体製造システムのプロセ
スコントローラの実現。 【解決手段】 複数のプロセス装置13と、処理されたウ
エハの状態を測定する計測機16とを備える半導体製造シ
ステムにおいて、ホストコンピュータ11に接続され、各
プロセス装置13を制御するプロセスコントローラ21であ
って、センサの検出データの入力及び制御信号の出力の
ための入出力ポート30と、計測機からの計測データの入
力ポート25と、開発プロセス時にプロセス装置の状態を
検出するためのプロセス開発用センサ17の開発検出デー
タの入力ポート23と、検出データ、開発検出データ及び
計測データに基づいて、制御シーケンスを決定するプロ
セス開発処理手段28とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造システ
ムの中で各プロセス装置の制御に使用されるプロセスコ
ントローラに関し、特にプロセス開発から製造時の制御
及び状態に応じた制御の変更までが一体に行えるプロセ
スコントローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスは、高集積化に応じ
て益々工程数（プロセス数）が増加している。また、更
なる微細化及び歩留りの向上が求められており、プロセ
スの条件の制御の向上も求められている。半導体製造プ
ロセスは、ＣＶＤ（化学的気相成長法）やＰＶＤ（物理
的気相成長法）などにより膜成長プロセス、塗布したフ
ォトレジストにパターンを露光して現像するリソグラフ
ィ・プロセス、及びエッチングやドーピングなどの数十
から数百のプロセスを繰り返す。本発明は、主としてＣ
ＶＤ、ＰＶＤ、エッチング及びドーピングのプロセス装
置を制御するプロセスコントローラに関する。

【０００３】図１は、一般的な半導体製造システムの一
部のプロセスの構成を示す図である。図示のように、半
導体ウエハに対して実際の処理を行うプロセス装置１３
は、プロセスコントローラ１４により制御される。プロ
セス装置１３には、各部の状態を検出するセンサが設け
られており、その検出データはセンサモニタ１５で表示
されると共にプロセスコントローラ１４に送られ、プロ
セスコントローラ１４は検出データに基づいてプロセス
装置１３の制御を行う。このようなプロセス装置１３が
複数設けられており、半導体ウエハは各プロセスで順に
処理される。なお、一連のプロセスで、同一のプロセス
装置が異なる工程を行うために繰り返し使用されるのが
一般的である。プロセスが終了した半導体ウエハは、計
測機１６によりプロセス後の状態が計測される。なお、
この計測は各プロセスが終了した後常に行われるわけで
はなく、いくつかのプロセスが終了した後１回の計測が
行われるのが一般的である。

【０００４】プロセスコントローラ１４及び計測機１６
は、それぞれ通信回線１２を介してホストコンピュータ
１１に接続される。ホストコンピュータ１１は、半導体
製造プロセス全体の制御を行い、プロセスコントローラ
１４及び計測機１６の管理を行うと共に、製造する半導
体ウエハの管理を行う。そのために、ホストコンピュー
タ１１は、プロセスコントローラ１４及び計測機１６か
ら各プロセスの状態データ及びプロセスを終了した半導
体ウエハの計測データを集めて統計処理などの必要な処
理を行う。但し、上記のように半導体製造システムは、
多数のプロセスからなっており、あまり多くのデータを
処理するのは難しく、プロセスコントローラ１４及び計
測機１６から集められるデータは制限される。

【０００５】センサーモニタ１５は、プロセス装置１３
のセンサの検出データを読み取り、データを解析及び表
示する。センサーモニタ１５とプロセスコントローラ１
４の間の通信経路は、例えばＲＳ２３２Ｃなどで行うの
が一般的である。プロセスコントローラ１４は、あらか
じめ定められた制御シーケンスに従って制御を行う。こ
のような制御シーケンスはレシピとも呼ばれるので、本
明細書でも随時この語を使用する。ＣＶＤ装置、ＰＶＤ
装置及びエッチャーなどでは、その制御内容は比較的簡
単で、プロセスコントローラ１４を構成するプロセッサ
は、あまり処理能力の高いものは使用していなかった。

【０００６】制御シーケンスを決定する処理は、プロセ
ス開発と呼ばれる。図２は、プロセス開発時の構成を示
す図である。プロセス開発時には、通常の製造時には検
出する必要のない状態についても検出する必要があり、
そのためにプロセス開発用センサー１７がプロセス装置
１３に接続される。実験計画法に基づいて各制御量を変
化させた複数の制御シーケンスからなる開発レシピを作
成し、各制御シーケンスを実行し、その処理後の半導体
ウエハを計測機で計測する。そして、開発レシピを実行
した時のプロセスコントローラ１４の制御値、及びセン
サーモニタ１５やプロセス開発用センサー１７の検出デ
ータなどを記録し、計測機１６の計測結果と一緒にプロ
セス開発装置１８に入力する。プロセス開発装置１８
は、これらのデータを基づいて、最適な制御シーケンス
を決定する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のプ
ロセス開発では、開発レシピを実行した時のプロセスコ
ントローラ１４の制御値、センサーモニタ１５やプロセ
ス開発用センサー１７の検出データ、及び計測機１６の
計測結果は、一般に手動でプロセス開発装置１８に入力
されていた。そのため、入力作業に時間を要すると共
に、入力ミスなどの誤りが発生する可能性があった。ま
た、決定した制御シーケンスをプロセスコントローラ１
４に設定する必要があり、その設定作業に時間を要する
と共に、入力ミスなどの誤りが発生する可能性があっ
た。また、従来のプロセスコントローラ１４は、プロセ
ス装置に付属している制御コントローラを使用してお
り、半導体ウエハの搬送及びオペレータとのインターフ
ェースなども合わせて行うため、処理能力の点からも上
記のようなプロセス開発を合わせて行うのは難しかっ
た。

【０００８】プロセスコントローラ１４は、設定された
制御シーケンスに従って、センサーモニタ１５からの検
出データに応じてフィードバック制御を行い、所定の制
御量になるように制御を行っていた。プロセスの進行に
従ってプロセス装置の状態が変化するが、近年良好な処
理を行って歩留りを向上するにはこのようなプロセス装
置の状態の変化まで考慮して制御を行うことが必要であ
ることが指摘されている。しかし、従来のプロセスコン
トローラ１４は、あらかじめ決められた指令値を制御す
るのみで、刻一刻変化する装置の状態を検出して最適な
状態が実現されるように制御シーケンスを変更するとい
ったことは行われていなかった。

【０００９】また、センサーモニタ１５の検出データ
は、ＲＳ２３２Ｃなどの通信経路を介してプロセスコン
トローラ１４に送られるが、通信のための処理が大きな
部分を占め、プロセスコントローラ１４がセンサーモニ
タ１５から得る検出データのサンプリング速度を高速に
できなかった。従来のプロセスコントローラ１４の制御
であれば、このようなサンプリング速度でも特に問題は
生じなかったが、上記のような装置の状態を検出して最
適な制御を行うには、このようなサンプリング速度では
十分でない。

【００１０】本発明は、上記のような状況に鑑みてなさ
れたもので、半導体装置の更なる微細化に応じて半導体
製造システムの各プロセス装置で必要になる一層精密な
制御が可能で、しかもそのような制御の開発が容易に行
える半導体製造システムのプロセスコントローラの実現
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明の半導体製造システムのプロセスコントロー
ラは、プロセスコントローラにセンサーモニタを一体化
すると共に、プロセス開発用のセンサーからの検出デー
タや計測機の計測データを直接入力できるようにし、更
にプロセス開発機能も設ける。また、刻一刻変化する装
置の状態を検出して最適な状態が実現されるように制御
シーケンスを変更する機能を設ける。

【００１２】すなわち、本発明の第１の態様の半導体製
造システムのプロセスコントローラは、複数のプロセス
装置と、少なくとも一部のプロセス装置で処理されたウ
エハの状態を測定する計測機とを備える半導体製造シス
テムにおいて、当該半導体製造システム全体を制御する
ホストコンピュータに接続され、各プロセス装置を制御
するプロセスコントローラであって、プロセス装置に設
けられたセンサの検出データの入力ポートと、プロセス
装置の制御信号を出力する出力ポートと、プロセス装置
で処理されたウエハの状態を測定する計測機からの計測
データの入力ポートと、プロセス装置の制御シーケンス
を決定する開発プロセス時に、センサで検出する以外の
プロセス装置の状態を検出するためのプロセス開発用セ
ンサの開発検出データの入力ポートと、検出データ、開
発検出データ及び計測データに基づいて、制御シーケン
スを決定するプロセス開発処理手段とを備えることを特
徴とする。

【００１３】本発明の第１の態様の半導体製造システム
のプロセスコントローラは、センサーモニタを一体化が
一体化されているので検出データを通信する必要がな
く、実質的なサンプリング速度を高くすることが可能で
ある。また、プロセス開発用センサの開発検出データ及
び計測データを取り込む入力ポートが設けられているの
で、プロセス開発に必要なデータを直接使用して、プロ
セス開発処理手段（ソフトウエアで実現される。）でプ
ロセス開発のための統計処理などを行うことが可能であ
り、プロセス開発が容易に行えると共に、プロセスコン
トローラの制御シーケンスの設定も容易に行える。特
に、プロセス開発処理手段が、開発者が選定するプロセ
ス条件及びパラメータをプロセス制御量に変換し、且つ
プロセス実行中の各センサーデータの読み取り及び制御
機器の制御を自動的に行うように作られるなら、正確な
プロセス開発が短期間で実現されることになる。

【００１４】また、本発明の第２の態様の半導体製造シ
ステムのプロセスコントローラは、複数のプロセス装置
と、少なくとも一部のプロセス装置で処理されたウエハ
の状態を測定する計測機とを備える半導体製造システム
において、当該半導体製造システム全体を制御するホス
トコンピュータに接続され、各プロセス装置を制御する
プロセスコントローラであって、プロセス装置に設けら
れたセンサの検出データの入力ポートと、プロセス装置
の制御信号を出力する出力ポートと、プロセス装置で処
理されたウエハの状態を測定する計測機からの計測デー
タの入力ポートと、検出データ及び計測データに基づい
て、プロセス装置の制御信号を修正する最適制御演算回
路とを備えることを特徴とする。

【００１５】本発明の第２の態様の半導体製造システム
のプロセスコントローラは、センサーモニタが一体化さ
れているので検出データを通信する必要がなく、計測機
からの計測データを直接読み取ることができるので、刻
一刻変化する装置の状態を検出してすることが可能であ
り、最適制御演算回路でフィードフォワード制御などに
より最適な状態が実現されるように制御シーケンスを変
更することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図３は、本発明の実施例の半導体
製造システムの一部分を示す図である。図１と比較して
明らかなように、本実施例のプロセスコントローラ２１
は、従来のものと同様に、プロセス装置１３の制御を行
い、通信インターフェース２２を介して通信回線１２に
接続され、ホストコンピュータ１１と通信できるように
なっている。本実施例のプロセスコントローラ２１は、
センサーモニタの機能が一体化されていると共に、計測
機１６の計測データを読み取るためのデジタルＩ／Ｏ２
５及び開発用センサ１７の開発用検出データを読み取る
ためＩ／Ｏ２３が設けられており、更に従来例にはない
各種の機能が設けられている点が従来例と異なる。

【００１７】プロセスコントローラ２１は、ＣＰＵ、Ｒ
ＡＭ、ＲＯＭ、ディスクなどの記憶装置で構成され、各
種の機能がソフトウエアで実現される。このような機能
には、図示のように、プロセス中の処理機能２６、ライ
ンの統計処理機能２７、プロセス開発処理２８、及び装
置固有情報の蓄積機能２９などがある。プロセス中の処
理機能２６には、センサーデータ入力（読み取り）処
理、デジタルフィルタ処理、公差値判定／異常判定処
理、終点検出処理、フィードバック／フィードフォワー
ド処理、モニタ表示処理などの実時間で行う処理が含ま
れる。センサーデータ入力処理は、Ｉ／Ｏ３０を介して
プロセス装置１３内に設けられたセンサ４１の検出信号
を読み取ると共に、Ｉ／Ｏ２３を介してプロセス開発時
に使用される開発用センサ１７の開発用検出データを読
み取る処理が含まれる。読み取る信号は、アナログ信号
でもデジタル信号でもよく、アナログ信号の場合にはＡ
／Ｄ変換機でデジタル信号に変換される。デジタルフィ
ルタ処理は、読み取った信号から雑音を処理などのフィ
ルタリング処理である。公差値判定／異常判定処理は、
検出データが所定の範囲内に入っているか、所定の範囲
を越えた時に異常と判定する処理である。終点処理は、
検出データからある処理（状態）を終了させる判定を行
う処理である。フィードバック／フィードフォワード処
理は、Ｉ／Ｏ３０を介してプロセス装置１３の制御機器
４２に制御信号を出力すると共に、検出データに基づい
て所望の状態になるように制御信号を変化させるフィー
ドバック処理及び予測される変動を考慮して最適な状態
になるように制御信号を変化させるフィードフォワード
処理である。モニタ表示処理は、ディスプレイ２４に、
検出データを表示したり、オペレータに与える指示など
を表示する処理である。

【００１８】ラインの統計処理機能２７には、計測機１
６などのインライン計測機の計測データと検出データを
統計処理して装置の状態を検出する処理や、それまでの
履歴データを管理するデータ管理処理や、ある時点まで
のデータに基づいて将来的な状態を予測し、最適な状態
になるように制御するための制御シーケンスの変更を行
う予測制御データ処理や、ホストコンピュータ１１に送
るデータを加工する処理などが含まれる。以上の処理の
結果得られたデータを、装置固有情報として蓄積する処
理２９が行われる。なお、この処理で記憶される情報に
は、プロセス中の処理機能２６で得られた検出データな
どを含めてもよい。

【００１９】プロセス開発処理２８は、開発者が選定す
るプロセス条件及びパラメータから自動的に開発レシピ
を作成し、そのレシピに従ってプロセス制御量を決定し
てプロセス開発のためのプロセスを自動で制御すると共
に、プロセス実行中の各種センサーデータの読み取りを
自動的に行う。更に、プロセス開発処理２８は、プロセ
ス実行後の計測機１６の計測データと制御値を統計計算
及び分散分析し、最適なプロセス制御量を計算する処理
を自動的に行う。

【００２０】次に、本実施例におけるプロセス開発時の
処理を、図４及び図５のフローチャートを参照して説明
する。ステップ１０１では、開発者がプロセス条件を指
定する。ステップ１０２では、プロセス条件のプロセス
制御値の水準値を指定する。ステップ１０３では、プロ
セス条件及びプロセス制御量の水準値に合わせて複数の
レシピで構成される開発レシピを作成する。ステップ１
０４では、順番にレシピをプロセス装置に送り、ステッ
プ１０５でプロセス装置にプロセス開始を要求する。こ
れによりプロセスが開始される。ステップ１０６では各
種のセンサーデータが読み取られ、ステップ１０７では
制御機器の制御量が指令され、ステップ１０８でプロセ
スが終了したか判定され、終了するまで、ステップ１０
６から１０８が繰り返される。プロセスが終了したらス
テップ１０９で、計測機で計測を行い、計測データを読
み取る。これで開発レシピの１つのレシピのプロセスが
終了する。ステップ１１０では、すべての開発レシピの
プロセスが終了したか判定し、すべての開発レシピのプ
ロセスを行う。

【００２１】ステップ１１１では、各レシピのプロセス
の制御量、その時のセンサーデータ、及び計測データを
統計処理及び分散分析して、最適なプロセス制御量を計
算する。ステップ１１２では、この最適なプロセス制御
量に基づいて最適なレシピを作成し、制御シーケンスと
して設定する。なお、開発時の各種のデータは、装置固
有情報として蓄積しておく。

【００２２】次に、通常プロセス実行時の処理につい
て、図６のフローチャートを参照して説明する。ステッ
プ１３１では、プロセス開発により設定されたレシピを
読み出し、ステップ１３２でレシピよりプロセス制御量
に展開する。ステップ１３３でプロセス装置にプロセス
開始を要求し、プロセスが開始される。ステップ１３４
では各種のセンサーデータが読み取られ、ステップ１３
５ではセンサーデータとプロセス装置固有情報よりフィ
ードフォワード制御量を計算により算出し、ステップ１
３６で、制御機器に算出した制御量を指令する。ステッ
プ１３７でプロセスが終了したか判定され、終了するま
で、ステップ１３４から１３７が繰り返される。ステッ
プ１３８では、プロセス制御量、プロセス時間などを記
憶して終了する。

【００２３】次に、計測機１６での計測データに基づい
て、レシピを変更する処理を図７のフローチャートを参
照して説明する。ステップ１５１では、計測機より計測
データを読み取る。ステップ１５２では、モデルに計測
データを当てはめて、プロセス制御量を計算により求め
る。ステップ１５３では、新しいプロセス制御量からレ
シピを再構築する。以下、図６の通常の処理を行う。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体製造システムの各プロセスのプロセス開発が容易
になると共に、プロセスの変動に応じたより好ましい制
御が可能になり、高性能の半導体装置を高い歩留りで製
造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体製造システムの構成の一部を示す図であ
る。

【図２】従来のプロセス装置でプロセス開発を行う時の
構成を示す図である。

【図３】本発明の実施例の半導体製造システムの一部を
プロセス装置のプロセスコントローラの構成を示す図で
ある。

【図４】実施例におけるプロセス開発時の処理を示すフ
ローチャートである。

【図５】実施例におけるプロセス開発時の処理を示すフ
ローチャートである。

【図６】実施例における通常プロセス実行時の処理を示
すフローチャートである。

【図７】実施例において計測機データを利用して制御シ
ーケンス（レシピ）を変更する処理を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１１…ホストコンピュータ １２…通信経路 １３…プロセス装置 １６…計測機 １７…開発用センサ ２１…プロセスコントローラ ２６…プロセス中の処理 ２７…ラインの統計処理 ２８…プロセス開発処理

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のプロセス装置と、少なくとも一部
   の前記プロセス装置で処理されたウエハの状態を測定す
   る計測機とを備える半導体製造システムにおいて、当該
   半導体製造システム全体を制御するホストコンピュータ
   に接続され、各プロセス装置を制御するプロセスコント
   ローラであって、 前記プロセス装置に設けられたセンサの検出データの入
   力ポートと、 前記プロセス装置の制御信号を出力する出力ポートと、 前記プロセス装置で処理されたウエハの状態を測定する
   前記計測機からの計測データの入力ポートと、 前記プロセス装置の制御シーケンスを決定する開発プロ
   セス時に、前記センサで検出する以外の前記プロセス装
   置の状態を検出するためのプロセス開発用センサの開発
   検出データの入力ポートと、 前記検出データ、前記開発検出データ及び前記計測デー
   タに基づいて、前記制御シーケンスを決定するプロセス
   開発処理手段とを備えることを特徴とする半導体製造シ
   ステムのプロセスコントローラ。
2. 【請求項２】 複数のプロセス装置と、少なくとも一部
   の前記プロセス装置で処理されたウエハの状態を測定す
   る計測機とを備える半導体製造システムにおいて、当該
   半導体製造システム全体を制御するホストコンピュータ
   に接続され、各プロセス装置を制御するプロセスコント
   ローラであって、 前記プロセス装置に設けられたセンサの検出データの入
   力ポートと、 前記プロセス装置の制御信号を出力する出力ポートと、 前記プロセス装置で処理されたウエハの状態を測定する
   前記計測機からの計測データの入力ポートと、 前記検出データ及び前記計測データに基づいて、前記プ
   ロセス装置の制御信号を修正する最適制御演算回路とを
   備えることを特徴とする半導体製造システムのプロセス
   コントローラ。