JP2004296765A - 半導体デバイス製造における生産スケジューリング方法および生産スケジューリングシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】露光装置間の負荷を平準化し、投入ロットのＴＡＴを短縮する。生産計画に対応した必要な生産能力を事前に確保し、製造ラインの生産量を増加させる。
【解決手段】半導体デバイス製造ラインにおいて、現時点の仕掛りロットとこれから投入する予定のロットの負荷を最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置毎に計算し、露光装置間の負荷ばらつきが最小となるように最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付け、「条件出し作業」が行われていない露光装置に関しては、その指示を行う生産スケジューリングを行う。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体デバイス製造ラインにおいて、現時点の仕掛りロットとこれから投入する予定のロットの負荷を最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置毎に計算し、露光装置間の負荷ばらつきが最小となるように最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付け、「条件出し作業」が行われていない露光装置に関しては、その指示を行う生産スケジューリングを行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体デバイス製造における生産スケジューリング方法および生産スケジューリングシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス製造では、図３に示すよう、酸化膜や金属膜などを半導体ウエハ上に形成する成膜工程、回路パターンを半導体ウエハに転写するホトリソグラフィー工程、化学処理によって所定のデバイスパターンを形成するエッチング工程、半導体デバイス内に不純物を注入し膜の特性を変化させるイオン打込工程などの多くの製造工程を繰り返しながら、工程フローに従い、多層の半導体デバイスを形成するジョブショップ生産方式が多く用いられる。そして、通常、複数の半導体ウエハをまとめたロット（通常、２００ｍｍウエハの場合２５枚、）と呼ばれる単位にて、各工程の処理が行われる。
【０００３】
半導体デバイス製造ラインでは、成膜・ホトリソグラフィー・エッチング・イオン打込工程などの各工程に対応した製造装置群を持っている。しかし、品種や工程によってデバイス仕様が異なることや同一の製造装置群において装置間の機差が存在するため、通常、新しい製品を生産する際、実験等により各工程および製造装置毎の製造条件の最適化を図る「条件出し作業」を行う必要がある。特に、工程に要求されるデバイス仕様が厳しい工程では、この「条件出し作業」が行われた製造装置だけしか処理に使用することができない。例えば、図５に示すよう、半導体ウエハ上の感光性材料であるレジスト膜に回路パターンを転写するホトリソグラフィ工程で使用される露光装置では、レチクルと呼ばれるガラス板に光が遮光する部分と光が通過する部分により形成された回路パターンを照明系から照射された露光光により縮小レンズを介してステージに掲載された半導体ウエハ上のレジスト膜に縮小転写する。その露光単位を「ショット」といい、半導体ウエハ内の複数の「ショット」に同一の回路パターンをステージを駆動して露光処理を行う。このとき、露光装置から照射する露光光エネルギーである露光量とステージと縮小レンズ間のフォーカス補正量により、半導体ウエハ上のレジスト寸法が変化する。そのため、所定のレジスト寸法となるよう適正な露光量およびフォーカス補正値を決定する「条件出し作業」を品種、工程、製造装置毎に行う必要がある。
【０００４】
通常、半導体デバイス製造のようなジョブショップ生産では、図４に示すよう、各工程（ジョブ）に対応した製造装置群毎に次の処理を待っている状態の仕掛りロットを一定量持たせ、各製造装置群の処理能力が最大となるように、生産を制御している。一方、仕掛りを多くすることにより、製品のＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ、生産開始から終了までの時間）が長くなるため、生産量とＴＡＴを考慮した生産スケジュールを生成する必要がある。
【０００５】
ジョブショップ生産の生産スケジュールの生成方法として、以下が挙げられる。
１）スケジューリング解法（解析的方法）
オペレーションリサーチの手法を用いてスケジュール問題を数式化し、評価指標を最大にする最適解を算出する。一般的には、生産計画に対応する負荷量を投入可能である製造装置に負荷が平準化されるように投入ロットを割り付ける方法が用いられる。また、半導体デバイス製造のボトルネック工程は、装置価格が高いため装置台数に制限がかかる露光装置を使用するホトリソグラフィー工程となることが多い。
２）ディスパッチルール（発見的方法）
その分野に従事している人の知識、経験をルール化したディスパッチルールを用いてスケジュールを生成する。例えば、納期優先というディスパッチルールでは、ある工程に仕掛かっているロットのうち、納期に最も近いロットが次の処理対象となる。一般的には、複数のディスパッチルールを併用し、各ディスパッチルール毎に点数をつけ、最も点数が高いロットから処理を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
システムＬＳＩ製造に代表される多品種少量生産となる半導体デバイス製造ラインでは、短ＴＡＴが他社の差別化要素となる。半導体デバイスの各層間の重ね合わせ精度が厳しい製品では、ホトリソグラフィー工程で使用する露光装置の縮小レンズの収差や歪み起因で発生する重ね合わせ誤差をできる限り取り除く必要がある。そのため、主要のホトリソグラフィー工程（以下、ファイン工程とする）を同一の露光装置で着工する「号機限定着工」が用いられる。一方、要求される重ね合わせ精度があまり厳しくないホトリソグラフィー工程（以下、ラフ工程）では、特に使用する露光装置に制限がない。一般的に、１つの製品に約３０〜４０程度のホトリソグラフィー工程があり、その半数近くはファイン工程である。このような「号機限定着工」では最初のホトリソグラフィー工程に使用した露光装置が残りのファイン工程において使用する装置を決定する。そのため、図６に示すように、最初のホトリソグラフィー工程で使用した露光装置の選択方法によっては、露光装置間の負荷ばらつきが生じる。このため、最初のホトリソグラフィー工程で使用した露光装置によって製品ＴＡＴが異なり、多品種少量生産における短ＴＡＴの実現の隘路事項となる。そこで、最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置の最適化を行う際、従来の生産スケジューリングの問題点を以下に述べる。
１）スケジューリング解法
多品種ラインでは取り扱う品種数が数百に及ぶ。ボトルネック工程のホトリソグラフィー工程で使用される露光装置は、各品種・工程・装置毎に予め製造条件を適正化する「条件出し作業」を行う必要がある。このとき、露光装置間に機差が存在するため、同一の品種・工程においても露光装置が異なる場合、ロットの処理時間が異なる。また、処理時間は品種、工程によっても変わるため、これから「条件出し作業」を行う予定である装置の処理能力を事前に把握することは難しい。そのため、各品種・工程毎の「条件出し作業」の実施状況によって、スケジューリング結果が異なる。そのため「条件出し作業」を行う露光装置の最適化を含めた生産スケジューリングが必要となる。
２）ディスパッチルール
簡単なディスパッチルールによるスケジューリングではある瞬間の露光装置群の空き状態に応じてロットの割り付けを行うため、長期的には図６に示すよう露光装置間の負荷にばらつきが生じてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、多品種少量生産の半導体デバイス製造ラインにおいて低ＴＡＴを実現するため、ホトリソグラフィー工程で使用する露光装置の適切な「条件出し作業」の指示を行い、露光装置間の負荷を平準化させるように、投入ロットを最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置に割り付ける生産スケジューリング方法および生産スケジューリングシステムを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体デバイス製造における年月日毎の品種名、投入ロット数、投入ウエハ数、まとめロット数といった生産計画情報が蓄積される第一のデータベース部と、半導体デバイスの品種、ホトリソグラフィー工程、露光装置の名称、該当品種・工程・装置にて着工した日時、その際のショット数、露光量、フォーカス補正値といった製造条件実績が蓄積される第二のデータベース部と、露光装置、機種名、照度、露光量補正係数、動作特性情報、ラフ工程の平均処理枚数など露光装置の情報が蓄積される第三のデータベース部と、品種毎の工程名、工程タイプ（例えば、ホトリソグラフィー工程のファイン工程、ホトリソグラフィー工程のラフ工程、エッチング工程など）などの工程情報が蓄積される第四のデータベースと、半導体デバイス製造ラインにおけるロット進捗状況の管理を行う製造管理システムと、各データベース部より取得する投入計画情報および製造条件実績情報および露光装置情報および工程情報および製造管理システムより取得する仕掛りロット情報を用いて、投入計画に対応した最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付け処理を行う割付処理部から構成される。
【０００９】
割付処理部は、以下の１０のステップから構成される。
（１）割付処理対象となる生産計画を取得するステップと、
（２）現状の製造ラインの仕掛りロット情報を取得するステップと、
（３）製造条件実績情報から品種・工程毎の着工可能である露光装置を取得するステップと、
（４）製造条件実績情報と露光装置情報を用いて、品種・工程・露光装置毎のロットの処理時間の推定処理を行うステップと、
（５）前記（４）で算出した処理時間を用いて、露光装置毎の初期負荷を計算するステップと、
（６）露光装置の割付指示に必要なパラメータを設定するステップと、
（７）前記（３）で取得した着工可能露光装置情報と前記（６）で取得した割付パラメータ情報を用いて割付装置組合せを生成するステップと、
（８）前記（７）で生成した割付装置組合せの中から最適な組合せを算出するステップと、
（９）前記（８）で算出した割付装置組合せに基づいて、ステップ（１）で取得した生産計画に対応して最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付けた生産計画を出力するステップと、
（１０）前記（９）で作成した生産計画における装置負荷を計算し、計算結果を出力するステップ。
【００１０】
前記（１）から（１０）のステップを順次実行することにより、最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付けた生産スケジューリングを実施する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照にして説明する。
【００１２】
図１は本発明である生産スケジューリングにおける露光装置の割付方法を示すフローチャートである。まず、ステップ１０１において、品種・工程・露光装置毎の処理時間推定情報および現状の半導体デバイス製造ラインに仕掛っているロットの情報および割付対象となる生産計画から取得したロットの情報を用いて、最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置毎にロットの負荷を計算し、露光装置間の負荷ばらつきが最小となるように最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付ける処理を行う。そして、ステップ１０２では、前記ステップ１０１にて割付処理を行った生産計画に基づいて、最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を指示する。ステップ１０３では、前記ステップ１０１にて割付処理を行った生産計画において、「条件出し作業」が行われていない露光装置に関してその指示を行う。
【００１３】
図２は図１のステップ１０１における割付処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップ２０１において、露光装置の割り付け処理を行う対象となる生産計画データを取得する。例えば、生産計画データは蓄積しているデータベースからの検索により取得することができる。また、オペレータが直接生産計画データを作成してもよい。生産計画データには、品種毎の投入日、投入ロット数、複数のロットをまとめて投入する際のまとめロット数などが含まれる。図７に生産計画データの表示例を示す。この例では割付処理の対象期間が１／１〜１／１０までに１０日間であり、投入品種はＡ〜Ｃの３品種である。日毎の投入ロット数や対象期間における品種毎の投入ロットの合計値やラインに複数のロットをまとめて投入する際のまとめロット数が表示される。いずれのデータを本画面にて変更することが可能である。
【００１４】
次に、ステップ２０２において、半導体デバイス製造ラインに仕掛かっているロットの情報を取得する。仕掛りロットの情報は、製造ラインのロットの進捗状況を逐次管理している製造管理システムより取得することができる。仕掛りロットの情報には、該当ロットの名称・ロット内のウエハ枚数・品種名・現在仕掛かっている工程名・最初のホトリソグラフィー工程で使用した露光装置の号機情報などが含まれる。次に、ステップ２０３において、品種、工程毎の着工可能である露光装置の号機情報を取得する。着工可能である露光装置は、各品種、工程毎の製造条件を規定した製造仕様情報から取得することができる。また、露光装置毎に着工行った時の品種名・工程名・着工した日時などの履歴を管理するデータベースから一定の期間内に着工された品種、工程、露光装置の検索結果し、着工可能露光装置を算出することもできる。図８に品種、工程毎の着工可能である露光装置の号機情報の表示例を示す。この例では、品種Ａはホトリソグラフィー工程は層１〜５の５工程であり、そのうち層１、３、５がファイン工程、層２、４がラフ工程である。また、露光装置は＃１〜＃３まで３台あり、着工可能である工程には「○」が表示される。このような情報は他の品種に関しても、品種を選択することにより表示することができる。
【００１５】
次に、ステップ２０４において、ステップ２０１、２０２で取得した品種に該当する工程情報を取得し、各ホトリソグラフィー工程と露光装置の組合せ毎にロット当たりの処理時間の推定処理を行う。工程情報は、品種毎の工程情報を管理するデータベースから取得する。工程情報には、工程名・工程の種類（ホトリソグラフィ工程のファイン工程、ホトリソグラフィー工程のラフ工程、エッチング工程など）などが含まれる。ロット当たりの処理時間は、（１）式のように、ショット数、設定した露光量、露光装置の機差情報の関数で表現される。
【００１６】
ロット当たりの処理時間＝ｆ（ショット数、露光量、露光装置の動作特性）・・・（１）
ショット数が増加した場合、半導体ウエハ一枚当たりの露光回数が増加する。そのため、ロットの処理時間はショット数に比例して増加する。このショット数は品種に依存するパラメータである。また、露光量が大きくなる場合、１ショット当たりの露光時間が増加するため、ロットの処理時間は露光量に比例して増加する。通常、ショット数や露光量は、各品種、工程、露光装置毎の製造条件を規定した製造仕様書から取得することができる。また、露光装置毎に着工行った時の品種名・工程名・着工した日時などの履歴にその際のショット数や露光量が含まれており、この製造実績を管理するデータベースから取得することもできる。まだ「条件出し作業」を行っていないため製造仕様書や製造実績データベースに登録されていない品種、工程、露光装置の露光量は、品種・工程毎の基準露光量に対する露光装置の露光量補正係数を掛けることにより算出できる。ここで、品種・工程毎の基準露光量は、同一または類似する品種、工程、露光装置の露光量実績データを検索し、各検索データ毎に該当する露光装置の機差成分を取り除く処理を行った後の全データの平均値で代替することができる。露光量補正係数は、同一レチクルの同一パターンから形成されたレジスト寸法を同じ値にするのに必要な露光量の号機間の比率で表される。これにより、「条件出し作業」を行っていない品種、工程、露光装置におけるロットの処理時間を推定することができる。露光装置の動作特性データとして、照明系から照射される照度、各ショット毎のステージの送り時間や露光装置内部の各種計測時間や段取り作業に要する時間などが挙げられる。例えば、露光装置間に照度の機差がある場合、同一の露光量を照射するのに要する時間が異なってくる。そのため、露光装置毎に照度データを予め取得しデータベースに蓄積する必要がある。また、ステージの送り時間、計測時間、段取り時間は同一の機種の露光装置の号機間では大差はないが、機種の違いにより装置性能が異なるため、少なくとも機種毎に予め装置の動作特性データを取得し、データベースに蓄積する必要がある。
【００１７】
そして、ステップ２０５において、ステップ２０２にて取得した半導体デバイス製造ラインに仕掛かっているロット情報を用いて、露光装置の号機毎の初期負荷を算出する。図６に示す工程を例として、負荷の算出方法を説明する。この例の場合、ホトリソグラフィー工程数は５である。そのうち、層１、３、５がファイン工程であるため、層１で使用した露光装置を層３、５で使用しなければならない。層２にある仕掛りロットａは、仕掛りロット情報より層１を露光装置＃２で着工したことがわかっている。この場合、露光装置＃２の負荷に残りのファイン工程の層３、５の処理時間分の負荷を追加する。この際、ファイン工程の処理時間の和を残りのＴＡＴで割ることにより、一日当たりの平均負荷を算出することができる。また、露光装置に着工されている品種の数により段取り時間が異なることもあり、負荷に露光装置毎の投入品種数の関数で表される段取り補正係数を加味する事もある。また、層３にある仕掛りロットｂは、層３がファイン工程であることから層１は露光装置＃１で着工している。この際、露光装置＃１の負荷に残りのファイン工程の層３、５に該当する負荷を追加する。このように、全仕掛りロットに対して、同様の処理を行い、露光装置毎のファイン工程の初期負荷を計算する。また、ラフ工程の負荷計算は、着工可能である露光装置に負荷を均等配分する方法がある。しかし、実際にはラフ工程では露光装置の負荷状況に応じて使用する露光装置を変更している。そのため、仕掛りロットと生産計画から一日当たりの総ラフ工程処理枚数を計算し、各露光装置のラフ工程の平均処理枚数実績に応じて、各露光装置にラフ工程の負荷を配分する方法でもよい。
【００１８】
次に、ステップ２０６において、割付計算に必要となる各種パラメータの調整を行う。の調整作業は、オペレータによるマニュアル作業と自動調整がある。調整パラメータとして、優先割付装置の指定や使用状態の指定や割付方式の指定などが行われる。優先割付装置の指定では、特定の品種・工程において、優先的に使用する露光装置を指示することができる。また、使用状態の指定は、製造仕様書から取得した着工可能である露光装置の情報によらず、特定の品種、工程における露光装置の使用可否状態を指定することができる。また、ある特定の露光装置が故障したときなど、露光装置全体の使用可否状態も指定することができる。また、割付方式の指定では、通常、製造仕様書から取得した着工可能である露光装置情報に基づいて割付処理を行う。しかし、ある品種の生産量が増加した場合、今までの装置実績に加えて何台か新たに使用する装置を増やす必要がある。このような「追加指定」の場合、新たに使用対象とする露光装置の機種情報と追加装置台数を指定する。また、新規に投入する品種では装置実績がないが何台か新たに使用する装置を確保しなければならない。このような「新規指定」の場合、使用対象とする露光装置の機種情報の指定と用装置台数を指定する。
【００１９】
次に、ステップ２０７において、投入対象品種毎の割付可能装置組合せを生成する。詳細の処理は図１３を用いて、後述にて詳しく説明する。そして、ステップ２０８において、最適割付組合せの算出を行い、露光装置間の負荷が最も平準化された装置の組合せが抽出される。ここでは、各品種毎にどの露光装置に何ロット投入するかといった大枠の生産計画が決定される。詳細の処理は図１４を用いて、後述にて詳しく説明する。次に、ステップ２０９において、ステップ２０８にて算出した品種・露光装置毎の投入ロット数情報を基に日別の生産計画毎に使用する露光装置を割り付ける。割付方法は、ある投入日において、割付可能装置のうち装置負荷が最も低い装置に順次投入していく。ただし、品種・露光装置毎の投入ロット数を超える場合は該当装置は投入対象から除外する。詳細の処理は図１５を用いて、後述にて詳しく説明する。図９に日別生産計画の表示例を示す。この例では割付処理の対象期間が１／１〜１／１０までに１０日間であり、投入品種はＡ〜Ｃの３品種、露光装置は＃１〜＃３の３台である。日、露光装置毎の投入ロット数が表示される。また、各品種と露光装置毎に「条件出し作業」の状況が表示される。「済」はすでに「条件出し作業」が行われている装置、「要」は今後「条件出し作業」が必要である装置、「未済」はまだ「条件出し作業」が行われていない装置である
ステップ２１０において、ステップ２０９にて作成した日別生産計画に基づいて投入後の露光装置の負荷算出を行う。負荷の算出方法は、ステップ２０５の初期負荷の算出と同じように、各ファイン工程の処理時間の和を全ＴＡＴで割った値に投入ロット数を掛けた値を該当する露光装置の負荷に追加する。このとき、露光装置に着工されている品種の数により段取り時間が異なることもあり、投入負荷に露光装置毎の投入品種数の関数で表される段取り補正係数を加味する事もある。図１０は投入後の装置負荷の表示例を示す。この例では露光装置は＃１〜＃３の３台である。露光装置毎にラフ工程の負荷、投入ロットのファイン工程の負荷、仕掛りロットのファイン工程の負荷が表示される。また、露光装置毎の各負荷の合計値が基準値を超える場合、アラームが表示される。また、露光装置と負荷区分を選択することにより、図１１に示すような品種毎の負荷が表示される。また、品種と負荷区分を選択することにより、図１２に示すような装置毎の負荷が表示される。ステップ２１１において、投入後負荷の判定が行われる。この判定は、オペレータによるマニュアル判定と自動判定がある。「ＯＫ」と判定された場合、日別の生産計画が確定する。「ＮＧ」と判定された場合は、ステップ２０６に戻り、割付パラメータの調整を行い、ステップ２０７以下の処理を実施する。自動判定における判定基準は、各露光装置の負荷が基準値以下となることである。割付パラメータの調整は、基準値を超えた露光装置の負荷の投入負荷のうち、負荷量が最も多い品種を抽出する。その品種の割付方式が「通常」の場合は、割付方式を「追加指定」に変更し追加装置台数を１に設定して再度割付計算を行う。割付方式が「追加指定」の場合は、追加装置台数を１台増やして再度割付計算を行う。割付方式が「新規指定」の場合は、選択装置台数を１台増やして再度割付計算を行う。このように露光装置の投入後負荷が基準値以下となるまでステップ１０７からステップ１１２までの処理を繰り返し行う。
【００２０】
図１３は図２のステップ２０７における割付可能装置組合せの生成を示すフローチャートである。まず、ステップ３０１において、図２のステップ２０３にて取得した該当品種の最初のホトリソグラフィー工程の着工可能露光装置情報やステップ２０６にて取得した優先割付装置指示情報や使用状態指示情報や割付方式指示情報を基に投入対象品種毎に選択可能装置リストと優先割付装置リスト作成する。割付方式が「通常」の場合、優先割付装置指示情報から優先割付装置リストを作成する。そして、着工可能露光装置情報と使用状態指示情報から優先割付装置リストに登録された装置を除いて選択可能装置リストを作成する。選択割付方式が「追加指定」の場合、該当する品種の着工可能露光装置と優先割付装置指示情報から優先割付装置リストを作成する。そして、指定された露光装置の機種に該当する号機のうち、優先割付装置リストに登録された装置を除く装置を選択可能装置リストに追加する。選択割付方式が「新規指定」の場合、該当する品種の優先割付装置指示情報から優先割付装置リストを作成する。そして、指定された露光装置の機種に該当する号機のうち、優先割付装置リストに登録された装置を除く装置を選択可能装置リストに追加する。このとき、優先割付装置リストと選択可能装置リストには同一の装置が含まれない。
【００２１】
次に、ステップ３０２において、優先割付装置リストと選択可能装置リストから割付装置組合せを生成する。例えば、優先割付装置リストが＃１、３、選択可能装置リストが＃２、４、５を例にして説明する。まず、選択可能装置の組合せを使用装置台数別に生成する。この場合、装置３台使用の場合：１通り、装置２台使用の場合：３通り、装置１台使用の場合：３通りの計７通りとなる。この選択可能装置組合せに優先割付装置を加えることにより、割付装置組合せが生成される。この例では、以下の７通りの組組合せが生成される。
【００２２】
Ｎｏ．１：＃１、＃３、＃２、＃４、＃５（優先：２台、選択：３台）
Ｎｏ．２：＃１、＃３、＃２、＃４（優先：２台、選択：２台）
Ｎｏ．３：＃１、＃３、＃２、＃５（優先：２台、選択：２台）
Ｎｏ．４：＃１、＃３、＃４、＃５（優先：２台、選択：２台）
Ｎｏ．５：＃１、＃３、＃２（優先：２台、選択：１台）
Ｎｏ．６：＃１、＃３、＃４（優先：２台、選択：１台）
Ｎｏ．７：＃１、＃３、＃５（優先：２台、選択：１台）
図１４は図２のステップ２０８における最適割付組合せの算出方法を示すフローチャートである。まず、ステップ４０１において、ステップ４０２〜４０５までを図２のステップ２０７にて算出した割付装置組合せ数分繰り返す処理を定義する。次に、ステップ４０２において、ある割付可能組合せＮｏにおける割付装置リスト毎に投入ロットを配分する。上記の組合せＮｏ．１を例に、品種Ａの投入ロットの配分方法を説明する。この例では、ある品種Ａは露光装置＃１〜＃５の５台（ｍ＿ｔｏｔａｌ）に割り付ける。このとき、各露光装置の初期負荷をＡ（ｍ）とする。ここで、ｍは露光装置＃１〜＃５に対応した整数である。また、投入ロットの総数を２０（Ｘ＿ｔｏｔａｌ）し、各露光装置に投入する総ロット数をＸ（ｍ）とする。実際にはロットをまとめてラインに投入するため、まとめロット数を考慮したバッチ数にて配分処理を行う必要があるが、ここではまとめロット数＝１としている。このとき、Ｘ（ｍ）には（２）式が成り立つ。
【００２３】
Ｘ（１）＋Ｘ（２）＋Ｘ（３）＋Ｘ（４）＋Ｘ（５）＝２０ ・・・（２）
これを一般化すると、（３）式となる。
【００２４】
【数１】
【００２５】
また、同一品種でも露光装置によって処理時間が異なるため、投入ロットに対する負荷が異なる。そこで、各露光装置の各ファイン工程の処理時間の和を全ＴＡＴで割った値を投入ロットに当たり負荷の係数ａ（ｍ）とする。投入後の各露光装置の負荷Ｂ（ｍ）は（４）式にて表される。
【００２６】
Ｂ（ｍ）＝Ａ（ｍ）＋ａ（ｍ）・Ｘ（ｍ） ・・・（４）
投入後の露光装置の負荷Ｂ（ｍ）を平準化するように、各露光装置の投入ロット数はＸ（ｍ）を決定すれば良い。ただし、このとき（３）式の制約条件を満たす必要がある。このような最適化問題の解法として、オペレーションリサーチ手法の動的計算法がある。本手法では、（３）式の制約条件の元で評価関数ｇ（Ｂ（ｍ））を最大化するＸ（ｍ）を求めることができる。
【００２７】
次に、ステップ４０３において、ステップ４０１にて算出した投入負荷の配分結果における評価指標を算出する。評価指標として、各露光装置の負荷の標準偏差や平均を用いると良い。ステップ４０４では、組合せＮｏが総組合せ数より小さいの場合は、組合せＮｏを更新し、ステップ４０２に戻る。組合せＮｏが総組合せ数と等しい場合は、次ステップに進む。ステップ４０５では、ステップ４０３にて算出した組合せＮｏ毎の評価指標のうち、最大（または最小、評価指標の定義方法により異なる）となる組合せＮｏを抽出し、その際の割付装置リストと各装置への総投入ロット数を読み込み、最適割付装置組合せとする。
【００２８】
図１５は図２のステップ２０９における日別生産計画の算出方法を示すフローチャートである。まず、ステップ５０１において、ステップ５０２〜５０７までを割付処理の対象日数分の日別装置割付処理を繰り返す処理を定義する。ステップ５０２では、ステップ５０３〜５０６までを割付処理対象となる投入品種数分の日別装置割付処理を繰り返す処理を定義する。ステップ５０３において、ある投入日、品種の投入ロットが存在する場合、該当投入ロットが割付可能である露光装置かつ該当品種・露光装置の投入ロット総数が図２のステップ２０８で算出した総投入ロット数より小さい露光装置のうち、その日時点において装置負荷が最小となる露光装置を算出する。次に、ステップ５０４において、ステップ５０３にて算出した装置負荷が最小である露光装置を該当ロットの使用露光装置として割り付ける。ステップ５０５において、ステップ５０４にて割り付けた投入ロットの負荷を該当する露光装置に割り付ける。負荷の算出方法は、図２のステップ２０５の初期負荷の算出と同じように、各ファイン工程の処理時間の和を全ＴＡＴで割った値に投入ロット数を掛けた値を該当する露光装置の負荷に追加する。このとき、露光装置に着工されている品種の数により段取り時間が異なることもあり、投入負荷に露光装置毎の投入品種数の関数で表される段取り補正係数を加味する事もある。また、実際にはロットをまとめてラインに投入するため、まとめロット数を考慮したバッチ単位に露光装置の割付処理を行う。例えば、品種Ａのある日の投入ロット数＝１２、まとめロット数＝４の場合、バッチ数は３となるためステップ５０３からステップ５０５までの計算を３回に分けて行う。ステップ５０６では、品種Ｎｏが投入品種数より小さいの場合は、品種Ｎｏを更新し、ステップ５０３に戻る。品種Ｎｏが投入品種数と等しい場合は、次ステップに進む。ステップ５０７では、投入日が割付処理の終了日より小さい場合は、投入日を更新資、ステップ５０２に戻る。投入日が割付処理の終了日と等しい場合は処理を終了する。
【００２９】
図１６は本発明の第１の実施形態の全体構成を示すブロック図である。同図において、露光装置群１は少なくても１台以上の露光装置２から構成されている。なお、露光装置２はパターン転写を行う投影光学系を持つ装置である。露光装置群１は、割付処理部４および、入出力インターフェイス５および、データベース部６から構成される割付処理ステーション３に接続されている。また、露光装置群１は、半導体デバイス製造ライン全体のロット進捗情報を管理する製造管理システム７に接続されている。なお、露光処理を行う際の半導体ウエハの品種、工程、露光装置の名称および、ウエハ番号について、例えば、ウエハに形成されている製品番号を読み取ることによって入力し、製造管理システム７からネットワークを介して送信することが可能である。 また、露光装置群１内の露光装置２においてロットの露光処理が行われた場合、ネットワークを介して、割付処理ステーション内のデータベース部６に露光処理を行ったロットの品種、工程、装置の名称情報や着工日時、その際のショット数、露光量、フォーカス補正値といった製造条件が蓄積される。データベース部６は、年月日毎の品種名、投入ロット数、投入ウエハ数、まとめロット数が蓄積される生産計画データベース６１および、半導体デバイスの品種、ホトリソグラフィー工程、露光装置の名称と、該当品種・工程・装置にて着工した日時、その際のショット数、露光量、フォーカス補正値といった製造条件実績が蓄積される製造条件実績データベース６２、露光装置、機種名、照度、露光量補正係数、動作特性情報、ラフ工程の平均処理枚数など露光装置の情報が蓄積される装置マスタデータベース６３、品種毎の工程名、工程タイプ（例えば、ホトリソグラフィー工程のファイン工程、ホトリソグラフィー工程のラフ工程、エッチング工程など）が蓄積される工程マスタデータベース６４から構成される。割付処理部４は、入出力インターフェイス５を介してデータベース部６や製造管理システム７から投入計画情報、製造条件実績情報、装置マスタ情報、工程マスタ情報、仕掛りロット情報を取得し、生産計画に対応した使用露光装置の割り付け処理を行う。割付結果は入出力インターフェイス５に介して製造管理システム７に送信され、割り付け結果に応じた露光装置の使用指示を行う。また、割付結果は専用の端末に表示することもできる。製造管理システム７は、半導体デバイス製造におけるホトリソグラフィー工程だけでなく全工程における製造実績（ロット名称、ウエハ枚数、品種・工程・製造装置の名称、着工日時）の蓄積や、工程フローの管理ならび、次工程の製造指示等を行っている。割付処理部４からの仕掛りロットの問い合わせに対して、現在ラインに仕掛かっているロットのロット名称、ウエハ枚数、品種名、仕掛り工程名、最初のホトリソグラフィー工程で使用した露光装置といった情報を回答する。
【００３０】
図１７は本発明の第２の実績形態を示すブロック図である。なお、図１６と等価な部分には符号を付してある。この実施形態では、データベース部６および、割付処理部４から構成される割付処理ステーション３が製造管理システム７内に組み込まれており、各処理が実施される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、半導体デバイス製造ラインにおいて、現時点の仕掛りロットとこれから投入するロットの負荷を最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置毎に計算し、露光装置間の負荷ばらつきが最小となるように最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付ける生産スケジューリング機能をもつため、露光装置間の負荷を平準化され、投入ロットのＴＡＴが短縮される。また、品種毎の露光装置の処理時間を推定する機能により、現状の仕掛り状況と露光装置の処理能力を考慮した適正な「条件出し作業」を行う露光装置を選定するができ、急な生産計画の変更に対応した「条件出し作業」計画を短時間で立案することができ、製造ラインの生産量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体デバイス製造における生産スケジューリング方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明における露光装置の割付処理方法を示すフローを示す図である。
【図３】半導体デバイス製造フローを示す図である。
【図４】半導体デバイス製造ラインにおける仕掛りロットの概念を示す図である。
【図５】投影縮小型露光装置の構成および露光量とフォーカス補正値とレジスト寸法の関係を示す図である。
【図６】号機限定処理における露光装置の負荷を示す図である。
【図７】生産計画情報の表示例である。
【図８】着工可能である露光装置情報の表示例である。
【図９】本発明を用いてホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を指定した日別生産計画情報の表示例である。
【図１０】本発明を用いてホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を指定した際の露光装置号機の負荷の表示例である。
【図１１】本発明を用いてホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を指定した際の露光装置号機の負荷の表示例である。
【図１２】本発明を用いてホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を指定した際の露光装置号機の負荷の表示例である。
【図１３】本発明における割付装置組合せの作成方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明における最適割付装置組合せの算出方法を示すフローチャートである。
【図１５】本発明における日別生産計画の作成方法を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…露光装置群、２…露光装置、３…割付処理ステーション、４…割付処理部、５…入出力インターフェイス、６…データベース部、７…製造管理システム。
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体デバイス製造における生産スケジューリング方法および生産スケジューリングシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス製造では、図３に示すよう、酸化膜や金属膜などを半導体ウエハ上に形成する成膜工程、回路パターンを半導体ウエハに転写するホトリソグラフィー工程、化学処理によって所定のデバイスパターンを形成するエッチング工程、半導体デバイス内に不純物を注入し膜の特性を変化させるイオン打込工程などの多くの製造工程を繰り返しながら、工程フローに従い、多層の半導体デバイスを形成するジョブショップ生産方式が多く用いられる。そして、通常、複数の半導体ウエハをまとめたロット（通常、２００ｍｍウエハの場合２５枚、）と呼ばれる単位にて、各工程の処理が行われる。
【０００３】
半導体デバイス製造ラインでは、成膜・ホトリソグラフィー・エッチング・イオン打込工程などの各工程に対応した製造装置群を持っている。しかし、品種や工程によってデバイス仕様が異なることや同一の製造装置群において装置間の機差が存在するため、通常、新しい製品を生産する際、実験等により各工程および製造装置毎の製造条件の最適化を図る「条件出し作業」を行う必要がある。特に、工程に要求されるデバイス仕様が厳しい工程では、この「条件出し作業」が行われた製造装置だけしか処理に使用することができない。例えば、図５に示すよう、半導体ウエハ上の感光性材料であるレジスト膜に回路パターンを転写するホトリソグラフィ工程で使用される露光装置では、レチクルと呼ばれるガラス板に光が遮光する部分と光が通過する部分により形成された回路パターンを照明系から照射された露光光により縮小レンズを介してステージに掲載された半導体ウエハ上のレジスト膜に縮小転写する。その露光単位を「ショット」といい、半導体ウエハ内の複数の「ショット」に同一の回路パターンをステージを駆動して露光処理を行う。このとき、露光装置から照射する露光光エネルギーである露光量とステージと縮小レンズ間のフォーカス補正量により、半導体ウエハ上のレジスト寸法が変化する。そのため、所定のレジスト寸法となるよう適正な露光量およびフォーカス補正値を決定する「条件出し作業」を品種、工程、製造装置毎に行う必要がある。
【０００４】
通常、半導体デバイス製造のようなジョブショップ生産では、図４に示すよう、各工程（ジョブ）に対応した製造装置群毎に次の処理を待っている状態の仕掛りロットを一定量持たせ、各製造装置群の処理能力が最大となるように、生産を制御している。一方、仕掛りを多くすることにより、製品のＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ、生産開始から終了までの時間）が長くなるため、生産量とＴＡＴを考慮した生産スケジュールを生成する必要がある。
【０００５】
ジョブショップ生産の生産スケジュールの生成方法として、以下が挙げられる。
１）スケジューリング解法（解析的方法）
オペレーションリサーチの手法を用いてスケジュール問題を数式化し、評価指標を最大にする最適解を算出する。一般的には、生産計画に対応する負荷量を投入可能である製造装置に負荷が平準化されるように投入ロットを割り付ける方法が用いられる。また、半導体デバイス製造のボトルネック工程は、装置価格が高いため装置台数に制限がかかる露光装置を使用するホトリソグラフィー工程となることが多い。
２）ディスパッチルール（発見的方法）
その分野に従事している人の知識、経験をルール化したディスパッチルールを用いてスケジュールを生成する。例えば、納期優先というディスパッチルールでは、ある工程に仕掛かっているロットのうち、納期に最も近いロットが次の処理対象となる。一般的には、複数のディスパッチルールを併用し、各ディスパッチルール毎に点数をつけ、最も点数が高いロットから処理を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
システムＬＳＩ製造に代表される多品種少量生産となる半導体デバイス製造ラインでは、短ＴＡＴが他社の差別化要素となる。半導体デバイスの各層間の重ね合わせ精度が厳しい製品では、ホトリソグラフィー工程で使用する露光装置の縮小レンズの収差や歪み起因で発生する重ね合わせ誤差をできる限り取り除く必要がある。そのため、主要のホトリソグラフィー工程（以下、ファイン工程とする）を同一の露光装置で着工する「号機限定着工」が用いられる。一方、要求される重ね合わせ精度があまり厳しくないホトリソグラフィー工程（以下、ラフ工程）では、特に使用する露光装置に制限がない。一般的に、１つの製品に約３０〜４０程度のホトリソグラフィー工程があり、その半数近くはファイン工程である。このような「号機限定着工」では最初のホトリソグラフィー工程に使用した露光装置が残りのファイン工程において使用する装置を決定する。そのため、図６に示すように、最初のホトリソグラフィー工程で使用した露光装置の選択方法によっては、露光装置間の負荷ばらつきが生じる。このため、最初のホトリソグラフィー工程で使用した露光装置によって製品ＴＡＴが異なり、多品種少量生産における短ＴＡＴの実現の隘路事項となる。そこで、最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置の最適化を行う際、従来の生産スケジューリングの問題点を以下に述べる。
１）スケジューリング解法
多品種ラインでは取り扱う品種数が数百に及ぶ。ボトルネック工程のホトリソグラフィー工程で使用される露光装置は、各品種・工程・装置毎に予め製造条件を適正化する「条件出し作業」を行う必要がある。このとき、露光装置間に機差が存在するため、同一の品種・工程においても露光装置が異なる場合、ロットの処理時間が異なる。また、処理時間は品種、工程によっても変わるため、これから「条件出し作業」を行う予定である装置の処理能力を事前に把握することは難しい。そのため、各品種・工程毎の「条件出し作業」の実施状況によって、スケジューリング結果が異なる。そのため「条件出し作業」を行う露光装置の最適化を含めた生産スケジューリングが必要となる。
２）ディスパッチルール
簡単なディスパッチルールによるスケジューリングではある瞬間の露光装置群の空き状態に応じてロットの割り付けを行うため、長期的には図６に示すよう露光装置間の負荷にばらつきが生じてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、多品種少量生産の半導体デバイス製造ラインにおいて低ＴＡＴを実現するため、ホトリソグラフィー工程で使用する露光装置の適切な「条件出し作業」の指示を行い、露光装置間の負荷を平準化させるように、投入ロットを最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置に割り付ける生産スケジューリング方法および生産スケジューリングシステムを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体デバイス製造における年月日毎の品種名、投入ロット数、投入ウエハ数、まとめロット数といった生産計画情報が蓄積される第一のデータベース部と、半導体デバイスの品種、ホトリソグラフィー工程、露光装置の名称、該当品種・工程・装置にて着工した日時、その際のショット数、露光量、フォーカス補正値といった製造条件実績が蓄積される第二のデータベース部と、露光装置、機種名、照度、露光量補正係数、動作特性情報、ラフ工程の平均処理枚数など露光装置の情報が蓄積される第三のデータベース部と、品種毎の工程名、工程タイプ（例えば、ホトリソグラフィー工程のファイン工程、ホトリソグラフィー工程のラフ工程、エッチング工程など）などの工程情報が蓄積される第四のデータベースと、半導体デバイス製造ラインにおけるロット進捗状況の管理を行う製造管理システムと、各データベース部より取得する投入計画情報および製造条件実績情報および露光装置情報および工程情報および製造管理システムより取得する仕掛りロット情報を用いて、投入計画に対応した最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付け処理を行う割付処理部から構成される。
【０００９】
割付処理部は、以下の１０のステップから構成される。
（１）割付処理対象となる生産計画を取得するステップと、
（２）現状の製造ラインの仕掛りロット情報を取得するステップと、
（３）製造条件実績情報から品種・工程毎の着工可能である露光装置を取得するステップと、
（４）製造条件実績情報と露光装置情報を用いて、品種・工程・露光装置毎のロットの処理時間の推定処理を行うステップと、
（５）前記（４）で算出した処理時間を用いて、露光装置毎の初期負荷を計算するステップと、
（６）露光装置の割付指示に必要なパラメータを設定するステップと、
（７）前記（３）で取得した着工可能露光装置情報と前記（６）で取得した割付パラメータ情報を用いて割付装置組合せを生成するステップと、
（８）前記（７）で生成した割付装置組合せの中から最適な組合せを算出するステップと、
（９）前記（８）で算出した割付装置組合せに基づいて、ステップ（１）で取得した生産計画に対応して最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付けた生産計画を出力するステップと、
（１０）前記（９）で作成した生産計画における装置負荷を計算し、計算結果を出力するステップ。
【００１０】
前記（１）から（１０）のステップを順次実行することにより、最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付けた生産スケジューリングを実施する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照にして説明する。
【００１２】
図１は本発明である生産スケジューリングにおける露光装置の割付方法を示すフローチャートである。まず、ステップ１０１において、品種・工程・露光装置毎の処理時間推定情報および現状の半導体デバイス製造ラインに仕掛っているロットの情報および割付対象となる生産計画から取得したロットの情報を用いて、最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置毎にロットの負荷を計算し、露光装置間の負荷ばらつきが最小となるように最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付ける処理を行う。そして、ステップ１０２では、前記ステップ１０１にて割付処理を行った生産計画に基づいて、最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を指示する。ステップ１０３では、前記ステップ１０１にて割付処理を行った生産計画において、「条件出し作業」が行われていない露光装置に関してその指示を行う。
【００１３】
図２は図１のステップ１０１における割付処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップ２０１において、露光装置の割り付け処理を行う対象となる生産計画データを取得する。例えば、生産計画データは蓄積しているデータベースからの検索により取得することができる。また、オペレータが直接生産計画データを作成してもよい。生産計画データには、品種毎の投入日、投入ロット数、複数のロットをまとめて投入する際のまとめロット数などが含まれる。図７に生産計画データの表示例を示す。この例では割付処理の対象期間が１／１〜１／１０までに１０日間であり、投入品種はＡ〜Ｃの３品種である。日毎の投入ロット数や対象期間における品種毎の投入ロットの合計値やラインに複数のロットをまとめて投入する際のまとめロット数が表示される。いずれのデータを本画面にて変更することが可能である。
【００１４】
次に、ステップ２０２において、半導体デバイス製造ラインに仕掛かっているロットの情報を取得する。仕掛りロットの情報は、製造ラインのロットの進捗状況を逐次管理している製造管理システムより取得することができる。仕掛りロットの情報には、該当ロットの名称・ロット内のウエハ枚数・品種名・現在仕掛かっている工程名・最初のホトリソグラフィー工程で使用した露光装置の号機情報などが含まれる。次に、ステップ２０３において、品種、工程毎の着工可能である露光装置の号機情報を取得する。着工可能である露光装置は、各品種、工程毎の製造条件を規定した製造仕様情報から取得することができる。また、露光装置毎に着工行った時の品種名・工程名・着工した日時などの履歴を管理するデータベースから一定の期間内に着工された品種、工程、露光装置の検索結果し、着工可能露光装置を算出することもできる。図８に品種、工程毎の着工可能である露光装置の号機情報の表示例を示す。この例では、品種Ａはホトリソグラフィー工程は層１〜５の５工程であり、そのうち層１、３、５がファイン工程、層２、４がラフ工程である。また、露光装置は＃１〜＃３まで３台あり、着工可能である工程には「○」が表示される。このような情報は他の品種に関しても、品種を選択することにより表示することができる。
【００１５】
次に、ステップ２０４において、ステップ２０１、２０２で取得した品種に該当する工程情報を取得し、各ホトリソグラフィー工程と露光装置の組合せ毎にロット当たりの処理時間の推定処理を行う。工程情報は、品種毎の工程情報を管理するデータベースから取得する。工程情報には、工程名・工程の種類（ホトリソグラフィ工程のファイン工程、ホトリソグラフィー工程のラフ工程、エッチング工程など）などが含まれる。ロット当たりの処理時間は、（１）式のように、ショット数、設定した露光量、露光装置の機差情報の関数で表現される。
【００１６】
ロット当たりの処理時間＝ｆ（ショット数、露光量、露光装置の動作特性）・・・（１）
ショット数が増加した場合、半導体ウエハ一枚当たりの露光回数が増加する。そのため、ロットの処理時間はショット数に比例して増加する。このショット数は品種に依存するパラメータである。また、露光量が大きくなる場合、１ショット当たりの露光時間が増加するため、ロットの処理時間は露光量に比例して増加する。通常、ショット数や露光量は、各品種、工程、露光装置毎の製造条件を規定した製造仕様書から取得することができる。また、露光装置毎に着工行った時の品種名・工程名・着工した日時などの履歴にその際のショット数や露光量が含まれており、この製造実績を管理するデータベースから取得することもできる。まだ「条件出し作業」を行っていないため製造仕様書や製造実績データベースに登録されていない品種、工程、露光装置の露光量は、品種・工程毎の基準露光量に対する露光装置の露光量補正係数を掛けることにより算出できる。ここで、品種・工程毎の基準露光量は、同一または類似する品種、工程、露光装置の露光量実績データを検索し、各検索データ毎に該当する露光装置の機差成分を取り除く処理を行った後の全データの平均値で代替することができる。露光量補正係数は、同一レチクルの同一パターンから形成されたレジスト寸法を同じ値にするのに必要な露光量の号機間の比率で表される。これにより、「条件出し作業」を行っていない品種、工程、露光装置におけるロットの処理時間を推定することができる。露光装置の動作特性データとして、照明系から照射される照度、各ショット毎のステージの送り時間や露光装置内部の各種計測時間や段取り作業に要する時間などが挙げられる。例えば、露光装置間に照度の機差がある場合、同一の露光量を照射するのに要する時間が異なってくる。そのため、露光装置毎に照度データを予め取得しデータベースに蓄積する必要がある。また、ステージの送り時間、計測時間、段取り時間は同一の機種の露光装置の号機間では大差はないが、機種の違いにより装置性能が異なるため、少なくとも機種毎に予め装置の動作特性データを取得し、データベースに蓄積する必要がある。
【００１７】
そして、ステップ２０５において、ステップ２０２にて取得した半導体デバイス製造ラインに仕掛かっているロット情報を用いて、露光装置の号機毎の初期負荷を算出する。図６に示す工程を例として、負荷の算出方法を説明する。この例の場合、ホトリソグラフィー工程数は５である。そのうち、層１、３、５がファイン工程であるため、層１で使用した露光装置を層３、５で使用しなければならない。層２にある仕掛りロットａは、仕掛りロット情報より層１を露光装置＃２で着工したことがわかっている。この場合、露光装置＃２の負荷に残りのファイン工程の層３、５の処理時間分の負荷を追加する。この際、ファイン工程の処理時間の和を残りのＴＡＴで割ることにより、一日当たりの平均負荷を算出することができる。また、露光装置に着工されている品種の数により段取り時間が異なることもあり、負荷に露光装置毎の投入品種数の関数で表される段取り補正係数を加味する事もある。また、層３にある仕掛りロットｂは、層３がファイン工程であることから層１は露光装置＃１で着工している。この際、露光装置＃１の負荷に残りのファイン工程の層３、５に該当する負荷を追加する。このように、全仕掛りロットに対して、同様の処理を行い、露光装置毎のファイン工程の初期負荷を計算する。また、ラフ工程の負荷計算は、着工可能である露光装置に負荷を均等配分する方法がある。しかし、実際にはラフ工程では露光装置の負荷状況に応じて使用する露光装置を変更している。そのため、仕掛りロットと生産計画から一日当たりの総ラフ工程処理枚数を計算し、各露光装置のラフ工程の平均処理枚数実績に応じて、各露光装置にラフ工程の負荷を配分する方法でもよい。
【００１８】
次に、ステップ２０６において、割付計算に必要となる各種パラメータの調整を行う。の調整作業は、オペレータによるマニュアル作業と自動調整がある。調整パラメータとして、優先割付装置の指定や使用状態の指定や割付方式の指定などが行われる。優先割付装置の指定では、特定の品種・工程において、優先的に使用する露光装置を指示することができる。また、使用状態の指定は、製造仕様書から取得した着工可能である露光装置の情報によらず、特定の品種、工程における露光装置の使用可否状態を指定することができる。また、ある特定の露光装置が故障したときなど、露光装置全体の使用可否状態も指定することができる。また、割付方式の指定では、通常、製造仕様書から取得した着工可能である露光装置情報に基づいて割付処理を行う。しかし、ある品種の生産量が増加した場合、今までの装置実績に加えて何台か新たに使用する装置を増やす必要がある。このような「追加指定」の場合、新たに使用対象とする露光装置の機種情報と追加装置台数を指定する。また、新規に投入する品種では装置実績がないが何台か新たに使用する装置を確保しなければならない。このような「新規指定」の場合、使用対象とする露光装置の機種情報の指定と用装置台数を指定する。
【００１９】
次に、ステップ２０７において、投入対象品種毎の割付可能装置組合せを生成する。詳細の処理は図１３を用いて、後述にて詳しく説明する。そして、ステップ２０８において、最適割付組合せの算出を行い、露光装置間の負荷が最も平準化された装置の組合せが抽出される。ここでは、各品種毎にどの露光装置に何ロット投入するかといった大枠の生産計画が決定される。詳細の処理は図１４を用いて、後述にて詳しく説明する。次に、ステップ２０９において、ステップ２０８にて算出した品種・露光装置毎の投入ロット数情報を基に日別の生産計画毎に使用する露光装置を割り付ける。割付方法は、ある投入日において、割付可能装置のうち装置負荷が最も低い装置に順次投入していく。ただし、品種・露光装置毎の投入ロット数を超える場合は該当装置は投入対象から除外する。詳細の処理は図１５を用いて、後述にて詳しく説明する。図９に日別生産計画の表示例を示す。この例では割付処理の対象期間が１／１〜１／１０までに１０日間であり、投入品種はＡ〜Ｃの３品種、露光装置は＃１〜＃３の３台である。日、露光装置毎の投入ロット数が表示される。また、各品種と露光装置毎に「条件出し作業」の状況が表示される。「済」はすでに「条件出し作業」が行われている装置、「要」は今後「条件出し作業」が必要である装置、「未済」はまだ「条件出し作業」が行われていない装置である
ステップ２１０において、ステップ２０９にて作成した日別生産計画に基づいて投入後の露光装置の負荷算出を行う。負荷の算出方法は、ステップ２０５の初期負荷の算出と同じように、各ファイン工程の処理時間の和を全ＴＡＴで割った値に投入ロット数を掛けた値を該当する露光装置の負荷に追加する。このとき、露光装置に着工されている品種の数により段取り時間が異なることもあり、投入負荷に露光装置毎の投入品種数の関数で表される段取り補正係数を加味する事もある。図１０は投入後の装置負荷の表示例を示す。この例では露光装置は＃１〜＃３の３台である。露光装置毎にラフ工程の負荷、投入ロットのファイン工程の負荷、仕掛りロットのファイン工程の負荷が表示される。また、露光装置毎の各負荷の合計値が基準値を超える場合、アラームが表示される。また、露光装置と負荷区分を選択することにより、図１１に示すような品種毎の負荷が表示される。また、品種と負荷区分を選択することにより、図１２に示すような装置毎の負荷が表示される。ステップ２１１において、投入後負荷の判定が行われる。この判定は、オペレータによるマニュアル判定と自動判定がある。「ＯＫ」と判定された場合、日別の生産計画が確定する。「ＮＧ」と判定された場合は、ステップ２０６に戻り、割付パラメータの調整を行い、ステップ２０７以下の処理を実施する。自動判定における判定基準は、各露光装置の負荷が基準値以下となることである。割付パラメータの調整は、基準値を超えた露光装置の負荷の投入負荷のうち、負荷量が最も多い品種を抽出する。その品種の割付方式が「通常」の場合は、割付方式を「追加指定」に変更し追加装置台数を１に設定して再度割付計算を行う。割付方式が「追加指定」の場合は、追加装置台数を１台増やして再度割付計算を行う。割付方式が「新規指定」の場合は、選択装置台数を１台増やして再度割付計算を行う。このように露光装置の投入後負荷が基準値以下となるまでステップ１０７からステップ１１２までの処理を繰り返し行う。
【００２０】
図１３は図２のステップ２０７における割付可能装置組合せの生成を示すフローチャートである。まず、ステップ３０１において、図２のステップ２０３にて取得した該当品種の最初のホトリソグラフィー工程の着工可能露光装置情報やステップ２０６にて取得した優先割付装置指示情報や使用状態指示情報や割付方式指示情報を基に投入対象品種毎に選択可能装置リストと優先割付装置リスト作成する。割付方式が「通常」の場合、優先割付装置指示情報から優先割付装置リストを作成する。そして、着工可能露光装置情報と使用状態指示情報から優先割付装置リストに登録された装置を除いて選択可能装置リストを作成する。選択割付方式が「追加指定」の場合、該当する品種の着工可能露光装置と優先割付装置指示情報から優先割付装置リストを作成する。そして、指定された露光装置の機種に該当する号機のうち、優先割付装置リストに登録された装置を除く装置を選択可能装置リストに追加する。選択割付方式が「新規指定」の場合、該当する品種の優先割付装置指示情報から優先割付装置リストを作成する。そして、指定された露光装置の機種に該当する号機のうち、優先割付装置リストに登録された装置を除く装置を選択可能装置リストに追加する。このとき、優先割付装置リストと選択可能装置リストには同一の装置が含まれない。
【００２１】
次に、ステップ３０２において、優先割付装置リストと選択可能装置リストから割付装置組合せを生成する。例えば、優先割付装置リストが＃１、３、選択可能装置リストが＃２、４、５を例にして説明する。まず、選択可能装置の組合せを使用装置台数別に生成する。この場合、装置３台使用の場合：１通り、装置２台使用の場合：３通り、装置１台使用の場合：３通りの計７通りとなる。この選択可能装置組合せに優先割付装置を加えることにより、割付装置組合せが生成される。この例では、以下の７通りの組組合せが生成される。
【００２２】
Ｎｏ．１：＃１、＃３、＃２、＃４、＃５（優先：２台、選択：３台）
Ｎｏ．２：＃１、＃３、＃２、＃４（優先：２台、選択：２台）
Ｎｏ．３：＃１、＃３、＃２、＃５（優先：２台、選択：２台）
Ｎｏ．４：＃１、＃３、＃４、＃５（優先：２台、選択：２台）
Ｎｏ．５：＃１、＃３、＃２（優先：２台、選択：１台）
Ｎｏ．６：＃１、＃３、＃４（優先：２台、選択：１台）
Ｎｏ．７：＃１、＃３、＃５（優先：２台、選択：１台）
図１４は図２のステップ２０８における最適割付組合せの算出方法を示すフローチャートである。まず、ステップ４０１において、ステップ４０２〜４０５までを図２のステップ２０７にて算出した割付装置組合せ数分繰り返す処理を定義する。次に、ステップ４０２において、ある割付可能組合せＮｏにおける割付装置リスト毎に投入ロットを配分する。上記の組合せＮｏ．１を例に、品種Ａの投入ロットの配分方法を説明する。この例では、ある品種Ａは露光装置＃１〜＃５の５台（ｍ＿ｔｏｔａｌ）に割り付ける。このとき、各露光装置の初期負荷をＡ（ｍ）とする。ここで、ｍは露光装置＃１〜＃５に対応した整数である。また、投入ロットの総数を２０（Ｘ＿ｔｏｔａｌ）し、各露光装置に投入する総ロット数をＸ（ｍ）とする。実際にはロットをまとめてラインに投入するため、まとめロット数を考慮したバッチ数にて配分処理を行う必要があるが、ここではまとめロット数＝１としている。このとき、Ｘ（ｍ）には（２）式が成り立つ。
【００２３】
Ｘ（１）＋Ｘ（２）＋Ｘ（３）＋Ｘ（４）＋Ｘ（５）＝２０ ・・・（２）
これを一般化すると、（３）式となる。
【００２４】
【数１】
また、同一品種でも露光装置によって処理時間が異なるため、投入ロットに対する負荷が異なる。そこで、各露光装置の各ファイン工程の処理時間の和を全ＴＡＴで割った値を投入ロットに当たり負荷の係数ａ（ｍ）とする。投入後の各露光装置の負荷Ｂ（ｍ）は（４）式にて表される。
【００２６】
Ｂ（ｍ）＝Ａ（ｍ）＋ａ（ｍ）・Ｘ（ｍ） ・・・（４）
投入後の露光装置の負荷Ｂ（ｍ）を平準化するように、各露光装置の投入ロット数はＸ（ｍ）を決定すれば良い。ただし、このとき（３）式の制約条件を満たす必要がある。このような最適化問題の解法として、オペレーションリサーチ手法の動的計算法がある。本手法では、（３）式の制約条件の元で評価関数ｇ（Ｂ（ｍ））を最大化するＸ（ｍ）を求めることができる。
【００２７】
次に、ステップ４０３において、ステップ４０１にて算出した投入負荷の配分結果における評価指標を算出する。評価指標として、各露光装置の負荷の標準偏差や平均を用いると良い。ステップ４０４では、組合せＮｏが総組合せ数より小さいの場合は、組合せＮｏを更新し、ステップ４０２に戻る。組合せＮｏが総組合せ数と等しい場合は、次ステップに進む。ステップ４０５では、ステップ４０３にて算出した組合せＮｏ毎の評価指標のうち、最大（または最小、評価指標の定義方法により異なる）となる組合せＮｏを抽出し、その際の割付装置リストと各装置への総投入ロット数を読み込み、最適割付装置組合せとする。
【００２８】
図１５は図２のステップ２０９における日別生産計画の算出方法を示すフローチャートである。まず、ステップ５０１において、ステップ５０２〜５０７までを割付処理の対象日数分の日別装置割付処理を繰り返す処理を定義する。ステップ５０２では、ステップ５０３〜５０６までを割付処理対象となる投入品種数分の日別装置割付処理を繰り返す処理を定義する。ステップ５０３において、ある投入日、品種の投入ロットが存在する場合、該当投入ロットが割付可能である露光装置かつ該当品種・露光装置の投入ロット総数が図２のステップ２０８で算出した総投入ロット数より小さい露光装置のうち、その日時点において装置負荷が最小となる露光装置を算出する。次に、ステップ５０４において、ステップ５０３にて算出した装置負荷が最小である露光装置を該当ロットの使用露光装置として割り付ける。ステップ５０５において、ステップ５０４にて割り付けた投入ロットの負荷を該当する露光装置に割り付ける。負荷の算出方法は、図２のステップ２０５の初期負荷の算出と同じように、各ファイン工程の処理時間の和を全ＴＡＴで割った値に投入ロット数を掛けた値を該当する露光装置の負荷に追加する。このとき、露光装置に着工されている品種の数により段取り時間が異なることもあり、投入負荷に露光装置毎の投入品種数の関数で表される段取り補正係数を加味する事もある。また、実際にはロットをまとめてラインに投入するため、まとめロット数を考慮したバッチ単位に露光装置の割付処理を行う。例えば、品種Ａのある日の投入ロット数＝１２、まとめロット数＝４の場合、バッチ数は３となるためステップ５０３からステップ５０５までの計算を３回に分けて行う。ステップ５０６では、品種Ｎｏが投入品種数より小さいの場合は、品種Ｎｏを更新し、ステップ５０３に戻る。品種Ｎｏが投入品種数と等しい場合は、次ステップに進む。ステップ５０７では、投入日が割付処理の終了日より小さい場合は、投入日を更新資、ステップ５０２に戻る。投入日が割付処理の終了日と等しい場合は処理を終了する。
【００２９】
図１６は本発明の第１の実施形態の全体構成を示すブロック図である。同図において、露光装置群１は少なくても１台以上の露光装置２から構成されている。なお、露光装置２はパターン転写を行う投影光学系を持つ装置である。露光装置群１は、割付処理部４および、入出力インターフェイス５および、データベース部６から構成される割付処理ステーション３に接続されている。また、露光装置群１は、半導体デバイス製造ライン全体のロット進捗情報を管理する製造管理システム７に接続されている。なお、露光処理を行う際の半導体ウエハの品種、工程、露光装置の名称および、ウエハ番号について、例えば、ウエハに形成されている製品番号を読み取ることによって入力し、製造管理システム７からネットワークを介して送信することが可能である。 また、露光装置群１内の露光装置２においてロットの露光処理が行われた場合、ネットワークを介して、割付処理ステーション内のデータベース部６に露光処理を行ったロットの品種、工程、装置の名称情報や着工日時、その際のショット数、露光量、フォーカス補正値といった製造条件が蓄積される。データベース部６は、年月日毎の品種名、投入ロット数、投入ウエハ数、まとめロット数が蓄積される生産計画データベース６１および、半導体デバイスの品種、ホトリソグラフィー工程、露光装置の名称と、該当品種・工程・装置にて着工した日時、その際のショット数、露光量、フォーカス補正値といった製造条件実績が蓄積される製造条件実績データベース６２、露光装置、機種名、照度、露光量補正係数、動作特性情報、ラフ工程の平均処理枚数など露光装置の情報が蓄積される装置マスタデータベース６３、品種毎の工程名、工程タイプ（例えば、ホトリソグラフィー工程のファイン工程、ホトリソグラフィー工程のラフ工程、エッチング工程など）が蓄積される工程マスタデータベース６４から構成される。割付処理部４は、入出力インターフェイス５を介してデータベース部６や製造管理システム７から投入計画情報、製造条件実績情報、装置マスタ情報、工程マスタ情報、仕掛りロット情報を取得し、生産計画に対応した使用露光装置の割り付け処理を行う。割付結果は入出力インターフェイス５に介して製造管理システム７に送信され、割り付け結果に応じた露光装置の使用指示を行う。また、割付結果は専用の端末に表示することもできる。製造管理システム７は、半導体デバイス製造におけるホトリソグラフィー工程だけでなく全工程における製造実績（ロット名称、ウエハ枚数、品種・工程・製造装置の名称、着工日時）の蓄積や、工程フローの管理ならび、次工程の製造指示等を行っている。割付処理部４からの仕掛りロットの問い合わせに対して、現在ラインに仕掛かっているロットのロット名称、ウエハ枚数、品種名、仕掛り工程名、最初のホトリソグラフィー工程で使用した露光装置といった情報を回答する。
【００３０】
図１７は本発明の第２の実績形態を示すブロック図である。なお、図１６と等価な部分には符号を付してある。この実施形態では、データベース部６および、割付処理部４から構成される割付処理ステーション３が製造管理システム７内に組み込まれており、各処理が実施される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、半導体デバイス製造ラインにおいて、現時点の仕掛りロットとこれから投入するロットの負荷を最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置毎に計算し、露光装置間の負荷ばらつきが最小となるように最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付ける生産スケジューリング機能をもつため、露光装置間の負荷を平準化され、投入ロットのＴＡＴが短縮される。また、品種毎の露光装置の処理時間を推定する機能により、現状の仕掛り状況と露光装置の処理能力を考慮した適正な「条件出し作業」を行う露光装置を選定するができ、急な生産計画の変更に対応した「条件出し作業」計画を短時間で立案することができ、製造ラインの生産量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体デバイス製造における生産スケジューリング方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明における露光装置の割付処理方法を示すフローを示す図である。
【図３】半導体デバイス製造フローを示す図である。
【図４】半導体デバイス製造ラインにおける仕掛りロットの概念を示す図である。
【図５】投影縮小型露光装置の構成および露光量とフォーカス補正値とレジスト寸法の関係を示す図である。
【図６】号機限定処理における露光装置の負荷を示す図である。
【図７】生産計画情報の表示例である。
【図８】着工可能である露光装置情報の表示例である。
【図９】本発明を用いてホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を指定した日別生産計画情報の表示例である。
【図１０】本発明を用いてホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を指定した際の露光装置号機の負荷の表示例である。
【図１１】本発明を用いてホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を指定した際の露光装置号機の負荷の表示例である。
【図１２】本発明を用いてホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を指定した際の露光装置号機の負荷の表示例である。
【図１３】本発明における割付装置組合せの作成方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明における最適割付装置組合せの算出方法を示すフローチャートである。
【図１５】本発明における日別生産計画の作成方法を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…露光装置群、２…露光装置、３…割付処理ステーション、４…割付処理部、５…入出力インターフェイス、６…データベース部、７…製造管理システム。
Claims (7)
- 複数の露光装置を有する製造ラインを使用する半導体デバイス製造において、現時点の仕掛りロットとこれから投入する予定のロットの負荷を最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置毎に計算し、露光装置間の負荷ばらつきが最小となるように最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付け、「条件出し作業」が行われていない露光装置に関しては、その指示を行うことを特徴とする生産スケジューリング方法。
- 露光装置の割付処理において、品種・工程・露光装置毎のロット当たりの処理時間の推定を行う処理と、仕掛りロットの負荷を露光装置毎に算出する処理と、生産計画情報に対応した最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置の組合せから露光装置間の負荷ばらつきが最小となるように最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付ける処理を行うことを特徴とする生産スケジューリング方法。
- 前記の請求項２におけるロット当たりの処理時間推定処理において、品種毎のショット数および品種・工程・露光装置毎に設定された露光量および該当露光装置の照度情報を含む動作特性情報を用いて、露光装置の負荷を計算することを特徴とする生産スケジューリング方法。
- 前記の請求項２におけるロット当たりの処理時間推定処理において、品種・工程・露光装置毎に設定された露光量が存在しない場合、同一または類似する品種、工程、露光装置の露光量実績データを検索し、各検索データ毎に該当する露光装置の機差成分を取り除く処理を行った後の全データの平均値で算出される基準露光量に該当する露光装置の露光量補正係数を掛けることにより露光量の推定処理を行うことを特徴とする生産スケジューリング方法。
- 割付対象となる装置の組合せの生成処理において、割付対象装置組合せを過去に着工した実績の露光装置だけでなく、今後製造条件を決める実験を行うことにより使用可能となる露光装置を加味して作成し、露光装置の割付処理結果に実績の有無を表示することを特徴とする生産スケジューリング方法。
- 割付処理後の露光装置の負荷が基準値以下となるように、割付対象装置組合せの生成ルルールことを特徴とする生産スケジューリング方法。
- 半導体デバイス製造における生産計画情報が蓄積される第一のデータベース部と、ホトリソグラフィー工程の製造条件実績が蓄積される第二のデータベース部と、露光装置の特性情報が蓄積される第三のデータベース部と、工程情報が蓄積される第四のデータベースと、半導体デバイス製造ラインにおけるロット進捗状況の管理を行う製造管理システムと、各データベース部より取得する投入計画情報および製造条件実績情報および露光装置情報および工程情報および製造管理システムより取得する仕掛りロット情報を用いて、投入計画に対応した最初のホトリソグラフィー工程で使用する露光装置を割り付け処理を行う割付処理部から構成されることを特徴とする生産スケジューリングシステム。
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