JP4416401B2

JP4416401B2 - ツール内の個別の処理ステーションを一致させるための終点システムの使用

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Publication number: JP4416401B2
Application number: JP2002555474A
Authority: JP
Inventors: パサディン，アレクサンダー・ジェイ; ヒューエット，ジョイス・エス・オーイ
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2001-01-03
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: DE60127716D1; EP1354343B1; TW563197B; US6588007B1; KR20030066795A; DE60127716T2; WO2002054481A3; EP1354343A2; KR100946394B1; WO2002054481A2; CN1554117A; CN100392836C; JP2004517495A

Description

【０００１】
【発明の分野】
この発明は、一般的に半導体処理に関し、より特定的には、半導体基板上に形成される処理層の研磨に関する。
【０００２】
【背景技術】
ＷＯ−Ａ−００／６０６５７号は、半導体装置の製作における終点検出のための方法および機器を開示している。処理チャンバには、放射線源および放射線検出器を備える終点検出システムが設けられる。放射線源は、半導体基板上の層の厚みにおいて予め定められたパス長で実質的に吸収される波長を有する放射線を放射する。放射線検出器は、反射された放射線トレースを検出する。終点検出は、この反射された放射線トレースのコンピュータ分析によって行なわれる。
半導体装置の製造は一般的に、さまざまな処理層の形成、これらの層の一部の選択的除去またはパターニング、および半導体基板の表面上へのさらなる処理層の堆積を伴う。基板および堆積された層を集合的に「ウェハ」と呼ぶ。このプロセスは、半導体装置が完全に構成されるまで続く。処理層は、たとえば、絶縁層、ゲート酸化物層、導電層、および金属またはガラスの層、などを含み得る。ウェハ製造プロセスのある種のステップにおいては、処理層の最上部表面が、後続の層の堆積のためにほぼ平面状、すなわち平坦であることが一般的に望ましい。ほぼ平坦な最上部表面をウェハ上に製造するために用いられる作業を「平坦化」と呼ぶ。
【０００３】
平坦化作業の１つは「化学機械研磨」または「ＣＭＰ」として知られる。ＣＭＰ作業においては、堆積された材料を研磨して、その後の処理工程のためにウェハを平坦化する。製造プロセスにおける特定の工程に依存して、絶縁層および導電層のどちらを研磨してもよい。たとえば、ウェハ上に予め堆積された金属の層をＣＭＰツールで研磨して、金属層の一部を除去し、金属線およびプラグなどの導電性の配線を形成してもよい。ＣＭＰツールは、化学的に活性のスラリーおよび研磨パッドによって生じる研磨作用を用いて金属処理層を除去する。典型的な目標は、絶縁層の上層まで下方へと金属処理層を除去することであるが、これはその限りではない。
【０００４】
余分な導電性材料が除去され埋込まれた配線が残る点を、ＣＭＰ作業の「終点」と呼ぶ。ＣＭＰツールは、光学的反射、熱検出および／または摩擦による技術を用いて終点を検出する。ＣＭＰ作業の結果、検出可能な傷や表面上に存在する余分な材料がほとんどないまたは全くない平面的表面ができるべきである。実際には、堆積され平坦化された処理層を含むウェハは終点を超えて研磨され（すなわち「過剰研磨される」）、すべての余分な導電性材料が確実に除去される。過度の過剰研磨は、ウェハ表面に傷を付ける可能性を増大させ、必要とされ得る以上に多くの消費可能なスラリーおよびパッドを用いてしまい、ＣＭＰ機器の製造率を低下させる。研磨時間終点のための時間幅は小さいものであり、たとえば秒のオーダである。また、材料の厚さのばらつきにより、終点が変わる可能性がある。したがって、高精度のその場での終点検出が非常に望ましい。
【０００５】
また、ＣＭＰツールは典型的には、いくつか、しばしば５枚ものウェハを同時に研磨する。製造プロセスにおけるばらつきおよび公差はウェハのばらつきをもたらす。しばしば、１枚以上のウェハが終点まで研磨されるが、他のものはされない。しかしながら、従来のＣＭＰツールは、同じ時間の長さの間にすべてのウェハを研磨しなければならない。光学的反射、熱検出、および摩擦によるデータが、ウェハの１枚以上が終点にあることを示し得るとしても、このことが当てはまる。したがって、ＣＭＰツールが作業を停止させるとき、ウェハは過度の過剰研磨から研磨不足までのさまざまな段階にある。特定のＣＭＰツールがそのステーションの１つにおいて研磨不足を行ない続けたり、または過度に過剰研磨を行なうならば、これを手動で調節することができる。より特定的には、ＣＭＰツールを処理フローから取出し、検査し、手動で調節し、処理フローに導入し直すことができる。
【０００６】
この特定の問題はＣＭＰツールに限るものでない。多くの種類の処理ツールは、異なった速度で同一の作業を行なう複数のワークステーションを含む。これらのタイプのツールの中には、たとえば、マルチチャンバエッチャがある。エッチングは、ウェハ上の層の一部を選択的に除去するために用いられる非常によく知られた作業である。エッチャは典型的にはいくつかのエッチングチャンバを含む。マルチステーションのＣＭＰツールでのように、エッチャの作業のためにウェハ間のばらつきが生じることがある。エッチングレートにおけるこれらのばらつきが、さらなるばらつきを製造プロセスにもたらし、それにより歩留まりが低減する。
【０００７】
この発明は、上述の課題のいくらかまたはすべてを解決または少なくとも低減する半導体処理方法および装置に向けられる。
【０００８】
【発明の開示】
半導体製造プロセスにおいてウェハを処理するための技術を含む発明が開示される。ある局面では、方法は、まず、マルチステーションの処理ツールから処理進度データの組を収集するステップを含み、この組は、処理ツールにおける少なくとも２つのステーションからの処理進度データを含む。次に、収集された処理進度データはコントローラに送られ、コントローラは処理進度データを自律的に比較して、処理パラメータを調節するかどうかを判断する。次に、この方法は、少なくとも１つのステーションの処理パラメータを調節して、その少なくとも１つのステーションの処理終点を一致させる。他の局面では、この発明は、この方法を行なうための命令が符号化されたプログラム記憶媒体と、この方法を行なうようにプログラムされた計算装置とを含む。
【０００９】
この発明は、添付の図面と関連付けて以下の説明を参照することにより理解され得り、図中同様の参照番号は同様の要素を特定する。
【００１０】
この発明はさまざまな変形および代替の形を認めるが、その具体的な実施例が図面に例として示されここに詳細に記載される。しかしながら、具体的な実施例のここでの記載はこの発明を開示される特定の形に限定するものでなく、反対に、前掲の特許請求の範囲に規定されるこの発明の精神および範囲内にあるすべての変形、等価および代替を含むことを意図することが理解される。
【００１１】
【発明を実施するための態様】
この発明の例示的実施例を以下に記載する。わかりやすくするために、実際の実現化例のすべての特徴がこの明細書に記載されるわけではない。そのような実際の実施例の展開において、実現化例によって異なるシステム関連上の制約およびビジネス関連上の制約との適合など、開発者の具体的な目標を達成するために多くの実現化に固有の決定を行なわなければならないことが理解される。しかしながら、そのような開発努力は、複雑で時間がかかるとしても、この開示の利益を有する当業者にとっては通常の業務であろうことが理解される。
【００１２】
図１は、この発明に従って動作する装置１００の概念を表わす。装置１００は、マルチステーションの処理ツール１０５を含む。この特定の実施例では、処理ツールはＣＭＰツールである。この特定の実施例におけるＣＭＰツール１０５は、５つのキャリア１１０を採用するが、わかりやすくするためにそのうち２つのみが図示され、各キャリア１１０は研磨テーブル１２０上で１枚のウェハ１１５を研磨することができる。各キャリア１１０は別個の処理ステーションである。したがって、ＣＭＰツール１０５は、マルチステーション処理ツールの特定の実施例の１つに過ぎず、５つの処理ステーションを有する。なお、代替の実施例は代替のタイプの処理ツールを採用してもよい。使用され得る例示の代替の処理ツールは、これに限られるものでないが、マルチチャンバエッチャを含む。マルチチャンバエッチャにおいては、各チャンバが処理ステーションであると考えられる。
【００１３】
図１に戻り、キャリア１１０および研磨テーブル１２０の各々は、矢印１２５によって示されるように反時計回りに回転する。キャリア１１０の各々はキャリアモータ（図示せず）により駆動され、テーブルモータ（図示せず）が研磨テーブル１２０を駆動する。研磨パッド積層体１３０は、この特定の実施例では、ＲｏｄｅｌＩＣ１０００／Ｓｕｂａデュアルパッド積層体であり、これは当業界に公知の態様で研磨テーブル１２０に固定される。したがって、研磨テーブル１２０が回転すると、研磨パッド積層体１３０も回転する。
【００１４】
この開示の利益を有する当業者によって理解されるように、ＣＭＰツール１０５は、処理をモニタする種々の処理センサも含む。処理ツールはしばしば、作業のさまざまなパラメータを検出するために用いられる種々のセンサを装備している。処理ツールは通常、購入時にはそのような処理センサを装備していない。代わりに、処理ツールおよびセンサは通常別々に購入され、処理ツールに処理センサを組込む。したがって、センサは通常「アッドオン」センサと呼ばれる。この特定の実施例では、処理センサは、ＣＭＰ作業を監視するための熱カメラおよび光学的センサ（図示せず）を含み得る。例示の実施例では、各キャリア１１０は、それぞれのキャリア１１０によってかけられる下方力Ｆを感知する処理センサ１３５を含む。各センサ１３５は、それぞれのかけられた下方力Ｆの大きさを表わす信号を生成する。生成された信号の各々がリード１４０を介して伝送される。
【００１５】
なお、いずれの特定の実施例によって採用される処理センサのタイプも、ある程度は、処理のタイプに依存する。たとえば、下方力は、マルチチャンバエッチャにおいてはエッチング処理に関連する特徴でない。所与の処理タイプの中でも、いくらかの変動がある。たとえば、下方力センサ、熱カメラ、および光学的センサが具体的に述べられた。しかし、ＣＭＰツールはまた、典型的には、テーブルモータ電流、キャリアモータ電流などの他の動作特徴も感知する。したがって、所与の実施例が採用する処理センサのタイプは、実現化例に固有のものとなる。
【００１６】
装置１００は、バスシステム１５０によりＣＭＰツール１０５と信号を交換するプログラム可能計算装置１４５も含む。プログラム可能計算装置１４５は、タスクに好適ないかなるコンピュータであってもよく、これに限られるものでないが、パーソナルコンピュータ（デスクトップまたはラップトップ）、ワークステーション、ネットワークサーバ、またはメインフレームコンピュータを含み得る。計算装置１４５は、ウインドウズ（Ｒ）、ＭＳ−ＤＯＳ、ＯＳ／２、ＵＮＩＸ（Ｒ）またはＭａｃＯＳなどの任意の好適なオペレーティングシステムの下で動作し得る。バスシステム１５０は、任意の好適なまたは便宜なバスまたはネットワークプロトコルに従って動作し得る。例示のネットワークプロトコルは、イーサネット（Ｒ）、ＲＡＭＢＵＳ（Ｒ）、ファイヤワイヤ、トークンリング、およびストレートバスプロトコルを含む。いくつかの実施例は、１つ以上のシリアルインターフェイス、たとえばＲＳ２３２、ＳＥＣＳ、ＧＥＭを採用してもよい。
【００１７】
この開示の利益を有する当業者により理解されるように、適切なタイプのコンピュータ、バスシステム、および処理ツールは、特定の実現化例、ならびにコストおよび利用可能性などの付随的な設計上の制約に依存する。この実施例のある特定の変形例では、計算装置１４５は、ウインドウズ（Ｒ）および／またはウインドウズ（Ｒ）ＮＴオペレーティングシステム上で動作するＩＢＭ互換性のあるデスクトップのパーソナルコンピュータであり、ＣＭＰツール１０５はスピードファム社（Speedfam Corporation）により製造され、バスシステム１５０はイーサネット（Ｒ）ネットワークである。なお、ＣＭＰツールは当業界に公知のいずれのＣＭＰツールであってもよい。イーサネット（Ｒ）ネットワークの設計、インストールおよび動作は当業界には周知である。データ収集処理ユニット１５５が、イーサネット（Ｒ）プロトコルに従って、処理センサ１３５により出力されるデータ信号を収集し計算装置１４５に伝送する。データ収集処理ユニット１５５は、ＣＭＰツール１０５に埋込まれてもよく、またはＣＭＰツール１０５にこの目的のために組込まれる「アッドオン」ユニットであってもよい。この実施例に採用される特定のＣＭＰツール１０５は、ネットワークポートを装備しており、これを介して計算装置１４５はバスシステム１５０によりユニット１５５とインターフェイスする。これらを選択した結果、ハードウェアおよびソフトウェアの両方でこの発明を実現する装置１００が得られる。しかしながら、当業者には理解されるように、他の実施例はハードウェアまたはソフトウェアのみを採用してもよい。
【００１８】
ＣＭＰツール１０５は、前述のデータ収集処理ユニット１５５も含む。データ収集処理ユニット１５５は、下方力の大きさを表わす信号を含むデータ信号をリード１４０を介して受信する。他の実現化例では、信号は、キャリアモータ電流および／またはテーブルモータ電流などの他の処理パラメータを表わしてもよい。処理パラメータが終点作業を規定するのに使用される限り、処理パラメータを厳密に特定することは、この発明の実施にとっては重要ではない。たとえば、この開示の利益を有する当業者によって理解されるように、エッチング処理は、処理パラメータの全く異なる組を使用する。データ収集処理ユニット１５５は、この特定の実施例では同時にかつ並列に、それぞれのリード１４０によりデータ信号の各々を受信する。次に、ユニット１５５はバスシステム１５０によりデータ信号を計算装置１４５に伝送する。この特定の実施例では、これらのデータ信号は伝送時にフィルタリングされない。しかしながら、代替の実施例は、これらの信号を、収集後計算装置１４５に伝送する前にフィルタリングしてもよい。
【００１９】
計算装置１４５は、計算装置１４５のハードディスク（図示せず）上に命令が符号化されているアプリケーションソフトウェアパッケージを実行するようにプログラムされる。より特定的には、計算装置１４５は、以下にさらに論じる図４の方法４００を実現するようにプログラムされる。この文脈において前に適用されていないが、この方法を行なうように構成され得る市販の既製のソフトウェアパッケージが利用可能である。そのようなパッケージの１つにはナショナルインストルメント社（National Instruments Corporation）から入手可能なソフトウェアアプリケーションであるラブビュー（LabVIEW）^TM（バージョン５．０）がある。ナショナルインストルメント社は、テキサス州７８７５９−３５０４、オースティン、モパックエクスプレスウェイ５７００Ｎ（5700N Mopac Expressway, Austin, TX 78759-3504）にあり、連絡先電話番号が（５１２）７９４−０１００である。
【００２０】
図２Ａおよび図２Ｂは、この発明の例示的実施例に従うウェハ１１５の平坦化を示す。図２Ａは、半導体装置の製造中のウェハ１１５の一部を断面で示す。ウェハ１１５は、まず基板２１１の上に絶縁材料の層２１０を堆積し、絶縁層を部分的にエッチ除去して層２１２に開口部２１２を作ることにより製作される。次に、導電性材料の第１の層２１４および導電性材料の第２の層２１５を順次ウェハ１１５の上に堆積して層２１０および基板２１１を覆う。第１の層２１４および第２の層２１５は金属である。典型的には、第２の層２１５は、ある特定の目的のために望ましい特性を有するが、基板２１１に好適に接着しない。しかしながら、第１の層２１４は、第２の層２１５および基板２１１の両方に接着し、第２の層２１５をウェハ１１５に全体として接着するための好適な機構を与える。このために、第１の層２１４はしばしば「糊層」または「接着層」と呼ばれる。第１の層２１４はしばしば「バリアメタル」とも呼ばれる。導電性材料からなる第１および第２の層２１４、２１５を次に、化学機械研磨（「ＣＭＰ」）作業において「平坦化」し、図２Ｂに示すように、絶縁層２１０の開口部２１２に配線２１６を作る。
【００２１】
図３Ａ〜図３Ｂは、この発明の例示の実施例に従ってＣＭＰ作業が行なわれ得るＣＭＰ機器２００の一部を概念的に示す。第１および第２の層２１４、２１５を堆積した後、ウェハ１１５をひっくり返してキャリア１１０上に搭載する。キャリア１１０はウェハ１１５を「下方力」Ｆで下向きに押す。キャリア１１０がウェハ１１５を回転パッド積層体１３０に押圧すると、キャリア１１０およびウェハ１１５は、研磨テーブル１２０上の回転パッド積層体１３０上で回転される。パッド積層体１３０は典型的には、ポロメリックパッド１３０ｂ上に硬質ポリウレタンパッド１３０ａを含む。ポロメリックパッド１３０ｂはより軟質のフェルトタイプのパッドであり、硬質ポリウレタンパッド１３０ａはスラリー３１０とともに用いるより硬質のパッドである。ある特定の実施例では、回転パッド積層体１３０は、ローデル社（Rodel, Inc）から商業的に入手可能なＲｏｄｅｌＩＣ１０００／ＳｕｂａＩＶパッド積層体である。ローデル社の連絡先は、ＤＥ１９７１３、ニューアーク、ベルビューロード４５１（451 Bellevue Road, Newark, DE 19713）である。ＲｏｄｅｌＩＣ１０００／ＳｕｂａＩＶパッド積層体は、商標ＲｏｄｅｌＳｕｂａＩＶの下で販売されるポロメリックパッドと商標ＲｏｄｅｌＩＣ１０００Ｐａｄの下で販売される硬質ポリウレタンパッドを含む。なお、ＳｕｂａＩＶはポロメリックであるものと考えられ得るが、研磨中にウェハ１１５には接触しない、というのもＩＣ１０００がＳｕｂａＩＶパッドを完全に覆っているからである。しかしながら、当業界に公知のいかなるパッド積層体が用いられてもよい。
【００２２】
スラリー３１０は、研磨作業中に回転ウェハ１１５と回転パッド積層体１３０との間に導入される。スラリー３１０は、最上部処理層を溶解する化学物質および層の一部を物理的に除去する研摩材料を含む。スラリー３１０の組成は、いくぶん、第１および第２の層２１４、２１５が構成される材料に依存する。ある特定の実施例では、ウェハ１１５は、タングステン／窒化チタニウム／チタニウム積層体であり、スラリー３１０は、カボット社（Cabot Corp.）のマイクロエレクトロニクス材料部から商業的に入手可能なＳｅｍｉ−ＳｐｅｒｓｅＷ−２５８５スラリーである。カボット社の連絡先は、イリノイ州６０５０４、オーロラ、コモンズドライブ５００（500 Commons Drive, Aurora, IL 60504）である。この特定のスラリーは、シリカ研摩剤および過酸化物酸化剤を採用する。しかしながら、他のウェハ組成は代替のスラリーを採用してもよい。
【００２３】
キャリア１１０、ウェハ１１５およびパッド積層体１３０を回転させ、第１および第２の層２１４、２１５を研摩し、図２Ｂに示す配線２１６を製造する。ウェハ１１５およびパッド積層体１３０は、実現される特定の処理に望ましいどちらかで、同じ方向または反対方向に回転され得る。図３Ａおよび図３Ｂの例では、ウェハ１１５およびパッド積層体１３０は、矢印３１５により示す同じ方向に回転される。キャリア１１０は、矢印３２０によって示すように、研摩テーブル１２０上のパッド積層体１３０にわたって振動してもよい。さまざまな部分が回転されるのに伴い、第２の層２１５は磨耗する。第１の層２１４は典型的には第２の層２１５に対して薄く、かなり速く磨耗する。したがって、第２の層２１５がなくなってすぐに研摩作業の終点に達する。これはわずか数秒であり得る。このために、第１の層２１４は、終点を達成するのが速すぎてこれが検出されなくなることを防ぐために、およそ５０Å〜１００Å以上であるべきである。
【００２４】
このように、作業の実行は、これに限られるものでないが以下を含む種々の処理パラメータによって制御される：
・研摩テーブル１２０の回転速度を決定するテーブルモータ電流；
・キャリアの回転速度を決定するキャリアモータ電流；および
・キャリア１１０がかける下方力。
【００２５】
これらの処理パラメータは「レシピ」によって設定され、従来のシステムでは、各処理ステーションには同じレシピが与えられる。しかしながら、この発明は、各処理ステーションごとの個別化されたレシピの自律的調節を可能にする。「自律的」とはこの文脈では、人の介在がないことを意味する。
【００２６】
上述のとおり、装置１００は、プログラムされた計算装置１４５を含む。キャリア１１０、回転パッド積層体１３０、および研摩テーブル１２０はすべて、ＣＭＰツール１０５の一部を構成し、その動作はプログラムされた計算装置１４５により制御される。例示されるプログラムされた計算装置１４５はスタンドアロンのワークステーションであるが、この発明はプログラムされた計算装置１４５の性質によって制限されない。たとえば、代替の実施例では、プログラムされた計算装置１４５は、ＣＭＰツール１０５に埋込まれたプロセッサであってもよい。好適なプロセッサは、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、またはマイクロコントローラを含み得る。プログラムされた計算装置は、たとえば、デスクトップのパーソナルコンピュータであってもよい。したがって、プログラムされた計算装置１４５は、特定の実現化例に依存して広く異なり得る。
【００２７】
プログラムされた計算装置１４５は、この発明のある特定の実施例に従ってＣＭＰツール１０５を用いて図４の方法４００を実現する。プログラムは、何らかのタイプのコンピュータ読出可能なプログラム記憶媒体上に記憶される。プログラム記憶媒体は、光学ディスク３２５のように光学的であってもよく、フロッピー（Ｒ）ディスク３３０のように磁気的なものであってもよい。しかしながら、この発明はプログラム記憶媒体の特定の性質により制限されるものでなく、代替の実施例は代替の実現化例を採用し得る。たとえば、プログラムは、磁気テープまたはパーソナルコンピュータのハードドライブ上に記憶されてもよい。さらに他の変形例が代替の実施例においては見出され得る。
【００２８】
したがって、この詳細な説明のいくつかの部分は、ソフトウェアで実現される技術、アルゴリズムおよび／またはコンピュータメモリ内のデータビットに対する演算の記号的表現で表わされる。これらの表現は、当業者がその作業の内容を別の当業者に最も効果的に伝えるために使用される手段である。そのようなソフトウェアで実現される技術またはアルゴリズムは、ここでは、かつ一般的に、所望の結果をもたらす実行矛盾のないステップシーケンスになるように構想される。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。通常、必ずではないが、これらの量は、記憶、転送、組合せ、比較および他の態様の操作が可能な電気的、磁気的または光学的信号の形を取る。時々、主に一般的な用法として、これらの信号を、データ、ビット、値、要素、記号、符号、用語、数と呼ぶことが都合がよいことがわかっている。
【００２９】
しかしながら、これらおよび同様の用語のすべてが適切な物理量と関連付けられるべきである。これらの用語は、これらの量に適用される都合のよい標識に過ぎない。具体的に他の態様で述べられるのでなければ、また議論から明らかでなければ、「処理」または「計算」または「算出」または「判断」または「表示」などの用語は、コンピュータメモリ内の物理量として表わされるデータを操作して、コンピュータのメモリまたは他のそのような情報記憶装置、伝送装置または表示装置内の物理量として同様に表わされる他のデータに変形するコンピュータシステムまたは同様の計算装置の動作および処理のことをいう。
【００３０】
したがって、図４の方法４００はこの発明の局面の１つに過ぎない。この発明はまた、方法４００を行なうようにプログラムされた計算装置１４５、プログラムが符号化されるディスク３２５、３３０などのプログラム記憶媒体、または処理ツール１０５全体を含む。これらの局面のさらに他の変形および置換は、以下にクレームされるこの発明の範囲および精神に含まれる。
【００３１】
図４に戻り、方法４００は、半導体製造プロセスにおいてウェハを処理するための方法である。この方法は、「自律的に」、すなわち直接の人の介在なしに行なわれる。方法４００は、ボックス４１０に述べられるように、マルチステーション処理ツールから、たとえばＣＭＰツール１０５から１組の処理進度データを収集することで始まる。この組は、処理ツールにおける各ステーション、たとえばＣＭＰツール１０５の各キャリア１１０からの処理進度データを含む。処理進度（レート）データは、実現化例に固有のものであり得るが、典型的には操作の開始から終点までの経過時間である。「終点」を構成するものは処理によって異なる。終点は通常、多数の基準に基づいて予め定められており、これらの基準が所与のしきい値を超えると、処理が完了したことを示す。さまざまなタイプの作業の文脈における終点の定義は当業界には周知である。
【００３２】
方法４００は、ボックス４２０に述べるように、少なくとも１つのステーション、たとえばキャリア１１０の少なくとも１つの処理パラメータ、たとえば下方力を調節し、その少なくとも１つのステーションの処理終点を一致させることにより続行する。この文脈において、処理終点を「一致させる」とは、ステーションが他のステーションと同時に終点に達することを意味する。理想的には、すべてのステーションが同時に終点に達する、すなわちすべてのステーションが一致することであろう。しかしながら、これはこの発明の実施に必須のものでない。いくつかの実現化例は、ステーションのサブセットを一致させることによりのみ実質的な性能の向上を達成し得る。なお、「一致」という用語は、さまざまなステーションが、ある極端な程度の精度で全く同時に終点に達することを必ずしも示唆するわけでない。その代わりに、「一致する」とは、製造プロセスに固有の公差により許されるほぼ同じ時間を示唆する。
【００３３】
ある特定の実施例では、処理進度データは第１の操業時に収集されるが、処理パラメータの調節は第２の操業時に実現される。したがって、この特定の実施例は、この発明を用いて「操業ごとの」ベースで作業を制御する。しかしながら、この発明はこれに限られるものでなく、調節は同じ操業時に「リアルタイムで」行なわれてもよい。さらに、この特定の操業ごとの制御技術は、プロセスから生じるウェハ間のばらつきを低減する。
【００３４】
この発明をさらに理解するために、以上に開示された実施例のさらに特定の実現化例を図５に示す。図５は、高度プロセス制御（Advanced Process Control）（「ＡＰＣ」）システム５００の簡素化されたブロック図である。ＡＰＣシステム５００は、操業ごとの制御および欠陥検出／分類を可能にする交換可能な標準化されたソフトウェアコンポーネントからなる分散ソフトウェアシステムを含む。ソフトウェアコンポーネントは、Semiconductor Equipment and Materials International（「ＳＥＭＩ」）Computer Integrated Manufacturing（「ＣＩＭ」）フレームワークに準拠するシステム技術およびＡＰＣフレームワークに基づいて、アーキテクチャ的標準を実現する。ＣＩＭ（ＳＥＭＩＥ８１−０６９９−ＣＩＭフレームワークドメインアーキテクチャの暫定的仕様）およびＡＰＣ（ＳＥＭＩＥ９３−０９９９−ＣＩＭフレームワークＡＰＣコンポーネントの暫定的仕様）仕様は、ＳＥＭＩから公的に入手可能である。この特定のアーキテクチャは、オブジェクト指向のプログラミングを利用するソフトウェアに重く依拠しており、分散オブジェクトシステムのためのObject Management Group（「ＯＭＧ」）Common Object Request Broker Architecture（「ＣＯＲＢＡ」）およびＣＯＲＢＡサービスの仕様を採用する。ＯＭＧＣＯＲＢＡアーキテクチャの情報および仕様もまた、容易に公的に入手可能である。ここに記載するＡＰＣシステム５００の機能を行なうように適合することのできる例示のソフトウェアシステムは、ＫＬＡテンコール社（KLA Tencor, Inc.）により提供されるカタリストシステム（Catalyst system）である。
【００３５】
ソフトウェアコンポーネントは、ＣＯＲＢＡインターフェイス定義言語（「ＩＤＬ」）を用いて互いと交信し、それらの対話をサポートするための共通の組のサービスに依拠する。分散オブジェクトサービスの標準セットはＯＭＧによって定義される。これらのサービスの中には以下のものがある：
・ＣＯＲＢＡ−すべての直接的なコンポーネント同士の対話のために用いられる標準ベースの通信プロトコルである。標準インターフェイスは、オブジェクト指向の遠隔呼出通信モデルに従って定義され得る。これらのインターフェイスおよびすべてのＡＰＣ通信は、ＩＤＬを用いて定義される。コンポーネントは、互いのインターフェイスに動作を呼出すことにより交信を行なう。データは、動作パラメータおよび戻り値としてコンポーネント間を送られる。
【００３６】
・ＯＭＧイベントサービス−コンポーネント間の非同期通信をサポートする。ＡＰＣオブジェクトの多くは、それらが状態を変えるとイベントを放出する。これらのイベントは、関心のあるイベントサブスクライバにより受信される。ＡＰＣシステム内でのイベントの使用の例は、これに限られるものではないが、通信コンポーネントの状態（エラー状態を含む）、欠陥検出および分類ソフトウェアにより検出される欠陥警告の通知、およびマシンのステータスおよび収集データの報告を含む。
【００３７】
・ＯＭＧトレーディングサービス−あるコンポーネントが対話すべき別のコンポーネントを見つけることを可能にする。コンポーネントがインストールされると、そのサービス（サービス提供）の記述がトレーディングサービスにエクスポートされる。別のコンポーネントが後に、ある基準に見合うサービスプロバイダのリストを要求することができる。トレーディングサービスは、要求されたサービスを提供することのできる他のコンポーネントのリストを供給する。コンポーネント起動時にこの能力を用いて、あるコンポーネントが対話しなければならない他のコンポーネント見つけることができる。これはまた、計画実行コンポーネントが能力プロバイダを見つける必要がある計画起動時に用いられ、計画に特定される必要な能力を提供する。
【００３８】
これらのサービスは当業界では周知である。ＯＭＧのＣＯＲＢＡ／ＩＩＯＰ仕様書およびＣＯＲＢＡサービス仕様書は当業者の間で広く分布されており、より細かい詳細を提供する。
【００３９】
図５に戻り、ＡＰＣシステム５００は、半導体製造環境を制御するよう適合される。ソフトウェアコンポーネントはＣＯＲＢＡＩＤＬを用いて互いと交信する。協働するソフトウェアコンポーネントは、処理制御計画／戦略を管理し、処理機器、計測ツール、およびアッドオンセンサからデータを収集し、この情報を用いてさまざまな処理制御アプリケーション／アルゴリズムを呼出し、適宜、プロセスモデルを更新し、ツール操作レシピパラメータを修正／ダウンロードする。例示される特定の実施例では、ＡＰＣシステム５００は工場規模のソフトウェアシステムであるが、これはこの発明の実施に必須ではない。この発明が教示する戦略は、いかなる規模でいかなるコンピュータシステムにも実質的に適用可能である。
【００４０】
例示の実現化例では、ＡＰＣシステム５００は、ＡＰＣホストコンピュータ５０５と、データベースサーバ５１０と、処理ツール５２０と、１つ以上のワークステーション５３０とを含む。処理ツール５２０には、処理ツール５２０の動作をモニタする処理センサまたは「アッドオンセンサ」５２５が組込まれている。ＡＰＣシステム５００のコンポーネントはバス５３５により相互接続されている。バス５３５は実際には、多数の層を含み得り多数のプロトコルを用い得る。ＡＰＣシステム５００の動作全体は、ＡＰＣホストコンピュータ５０５上にあるＡＰＣシステムマネージャ５４０により指示される。ＡＰＣシステムマネージャ５４０は以下を提供する。
【００４１】
・ＡＰＣフレームワークのために開発されたすべてのサーバのための管理、構成、イベントおよび状態のサービスと、
・ＡＰＣシステム５００内のコンポーネントの定義、グルーピング、インストールおよび管理と、
・診断および監視のために動作および追跡情報を捕捉するための集中サービスと、
・設定値、システム環境設定を含むコンポーネントの構成情報の集中レポジトリと、
・従属オブジェクトおよびイベントチャネルのリスト。
【００４２】
しかしながら、代替の実施例では、これらの機能は、たとえばベースマネージャ、システムマネージャ、ロガー、およびレジストリなどの１つ以上のソフトウェアコンポーネントに分割されてもよい。
【００４３】
ＡＰＣシステム５００は、処理モジュールとして機能するソフトウェアコンポーネントのネットワークを含む。これらのソフトウェアコンポーネントはしばしば「統合コンポーネント」と呼ばれる。この特定の実施例における統合コンポーネントは、これに限られるものでないが、ＡＰＣシステムマネージャ５４０と、計画実行マネージャ５４５と、ツール５２０、５２５と関連付けられる機器インターフェイス５５０、５５５と、処理ツール５２０と関連付けられるセンサインターフェイス５６０と、アプリケーションインターフェイス５６５と、マシンインターフェイス５７０ａ、５７０ｂと、オペレータインターフェイス５８０と、データハンドラ５８５とを含む。統合コンポーネントは、既存の工場システムへのインターフェイスとなり、ＡＰＣプランを実行するための能力を提供する。「ＡＰＣプラン」とは、以下に詳細に論じるように、何らかの特定のタスクを行なうために呼出されるアプリケーションプログラムである。統合コンポーネントは、ＡＰＣシステム５００内のさまざまな処理資源によってホストされ得るものと示される。これらの特定のホストの場所は、例示の目的で提供される。処理資源は相互接続され、さまざまなソフトウェアコンポーネントは、システムの複雑さに依存して、さまざまなコンピュータ間で分散されても集中化されてもよい。
【００４４】
この特定の実施例における統合コンポーネントの各々はソフトウェアで実現される。これらは、当業界では公知のオブジェクト指向のプログラミング技術を用いてＣ＋＋でプログラムされる。なお、しかしながら、代替の実施例は、オブジェクト指向ではなくＣ＋＋以外のプログラミング言語である技術を採用してもよい。ＡＰＣシステム５００の利点の１つは、ソフトウェアコンポーネントの可搬性を提供するそのモジュール構造である。
【００４５】
計画実行マネージャ５４５は、ＡＰＣシステム５００の動作を「振付ける」責任を主に担うコンポーネントである。計画実行マネージャ５４５は、ＡＰＣプランを解釈し、メインスクリプトおよびサブスクリプトを実行し、イベントが指示するようにイベントスクリプトを呼出す。種々の計画、スクリプトおよびサブスクリプトがさまざまな実現化例で用いられてもよい。特定の数および機能のさまざまな計画、スクリプトおよびサブスクリプトは実現化例に固有のものである。たとえば、この実施例は、これに限られるものではないが以下の計画を含む。
【００４６】
・データ収集計画−どのようなデータが特定の処理機器から収集されるべきか、およびそのデータがどのように報告されるべきかの要件を定義するセンサおよびマシンインターフェイスにより用いられるデータ構造と、
・持続期間計画−たとえばデータ収集開始、データ収集停止などの、センサを動作させるトリガ条件およびトリガ遅延を定義する計画と、
・報告計画−収集されたデータをどのように扱い、データの利用可能性についての信号をいつ与えるべきかを定義する計画と、
・サンプリング計画−データが外部センサにより収集されるべき周波数を定義する計画と、
・制御計画−ＡＰＣ動作を行なうようにともに用いられるように設計される制御スクリプトの集合と、
・制御スクリプト−特定の定義された状況下でＡＰＣシステムが実行すべき作用／動作のシーケンス。
【００４７】
計画実行マネージャ５４５は、ツール５２０などの所与の処理ツールのためのすべての統合コンポーネント間でユーザ定義の処理制御計画の実行を調整する。指示されると、計画実行マネージャ５４５は、計画およびそれに関連するスクリプトを検索する。これは、サブスクリプトを予め処理してメインスクリプトおよびイベントスクリプトへの経路を与える。これはまた、計画に特定される、計画を実行するのに必要な能力のリストを獲得し、必要とされる能力を提供する適切な統合コンポーネントに接続する。
【００４８】
次に、計画実行マネージャ５４５は、計画エグゼキュータ５９０に計画を実行する責任を委託する。例示の実施例では、計画エグゼキュータ５９０は、計画実行マネージャ５４５により作成され、計画を順次実行し、計画の完了または計画の実行中のエラーを計画実行マネージャ５４５に報告する。したがって、計画実行マネージャ５４５が実行されたすべての計画の管理全体の責任を負う一方で、各計画エグゼキュータ５９０は、１つのみの計画を実行する責任を負う。計画エグゼキュータ５９０は、計画実行マネージャ５４５により作成され、計画の寿命の間存在し、計画が完了または打ち切られたことを報告した後、計画実行マネージャ５４５により破壊される。各計画エグゼキュータ５９０は、メインスクリプトおよび０またはそれ以上のイベントスクリプトを実行する。計画実行マネージャ５４５は、多数の計画エグゼキュータにより同時に多数の計画を起動することができる。
【００４９】
マシンインターフェイス５７０は、ＡＰＣフレーム間のギャップ、たとえばＡＰＣシステムマネージャ５４０と機器インターフェイス５５０との間の橋渡しをする。マシンインターフェイス５７０は、処理ツール５２０をＡＰＣフレームワークとインターフェイスし、マシンセットアップ、起動、監視およびデータ収集をサポートする。この特定の実施例では、マシンインターフェイス５７０は主に、機器インターフェイス５５０の特定の通信とＡＰＣフレームワークのＣＯＲＢＡ通信との変換を行なう。より特定的には、マシンインターフェイス５７０は、機器インターフェイス５５０からコマンド、ステータスイベントおよび収集データを受信し、必要に応じて他のＡＰＣコンポーネントおよびイベントチャネルに転送する。他のＡＰＣコンポーネントからの応答は、マシンインターフェイス５７０により受信され機器インターフェイス５５０に経路付けられる。マシンインターフェイス５７０も、必要に応じてメッセージおよびデータを再フォーマットし再構築する。マシンインターフェイス５７０は、ＡＰＣシステムマネージャ５４０内の起動／シャットダウン手続をサポートする。これらはまた、ＡＰＣデータコレクタともなり、機器インターフェイス５５０により収集されたデータをバッファに入れ、適切なデータ収集イベントを放出する。
【００５０】
センサインターフェイス５６０は、アッドオンセンサ５２５により生成されたデータを収集する。センサインターフェイス５６０は、ラブビュー（LabVIEW）（Ｒ）または他のセンサ、バスベースのデータ収集ソフトウェアなどの外部センサと交信するためにＡＰＣフレームワークのための適切なインターフェイス環境を与える。アプリケーションインターフェイス５６５は、ラブビュー、マスマティカ（Mathematica）、モデルウェア（Modelware）、マットラブ（MatLab）、シムカ４０００（Simca4000）、およびエクセル（Excel）などの制御プラグインアプリケーションを実行するための適切なインターフェイス環境を与える。処理センサ５２５はアッドオンセンサであるが、代替の実施例におけるセンサには、相手先商標製品製造業者（「ＯＥＭ」）により処理ツール５２０が供給されてもよい。センサインターフェイス５６０は、センサ５２５により生成されたデータを収集する。アプリケーションインターフェイス５６５は、計画エグゼキュータ５９０からデータを取り、そのデータに対して計算または分析を行なう。そして、この結果は計画エグゼキュータ５９０に返される。マシンインターフェイス５７０およびセンサインターフェイス５６０は、使用されるべきデータを収集するための機能の共通の組を用いる。機器インターフェイス５５０は、センサにより収集されたそれぞれのデータを処理ツール５２０に集め、集めされたデータをマシンインターフェイス５７０に伝送する。
【００５１】
オペレータインターフェイス５８０は、ウェハ製造技術者とＡＰＣシステム５００との通信をグラフィカルユーザインターフェイス（「ＧＵＩ」）（図示せず）を介して容易にする。ＧＵＩはウインドウズ（Ｒ）またはＵＮＩＸ（Ｒ）ベースのオペレーティングシステムであってもよい。しかしながら、これはこの発明の実施に必須のものではない。したがって、いくつかの代替の実施例は、ＧＵＩを採用しなくてもよく、オペレーティングシステムに基づいたディスクオペレーティングシステム（「ＤＯＳ」）を介して通信してもよい。オペレータインターフェイス５８０は、ダイアログボックスを表示して、情報を提供し、ガイダンスを要求し、さらなるデータを収集する。ＣＯＲＢＡインターフェイスを介して、オペレータインターフェイス５８０により、技術者は任意の数のディスプレイ群に対して同時に種々のポップアップダイアログを表示することができる。オペレータインターフェイス５８０はまた、ポップアップが現われ得る一群のディスプレイを維持する。オペレータインターフェイス５８０はまた、告知動作、すなわちメッセージおよび「ＯＫ」ボタンとともに簡単なポップアップを表示する一方向のメッセージを与えてもよい。
【００５２】
データハンドラ５８５は、他のＡＰＣシステム５００のコンポーネントにより生成されるデータを受信し、そのデータをデータベースサーバ５１０上のデータ記憶装置５９５（たとえばリレーショナルデータベース）に記憶する。データハンドラ５８５は、標準の構造化問合せ言語（「ＳＱＬ」）コマンドを受信するよう適合されてもよく、または代替的に、データハンドラ５８５は、異なった種類のアクセスプロトコルを変換してＳＱＬコマンドまたは何らかの他のプロトコルコマンドを生成してもよい。データ記憶機能を集中することにより、さまざまなコンポーネントの可搬性がます。
【００５３】
例示される特定の実施例において、処理ツール５２０は図１におけるツール１０５などのＣＭＰツールである。処理センサ５２５は、処理ツール５２０の５つのキャリアアーム（図示せず）の各々によりかけられる下方力を測定する。やはり、代替の実施例が代替のタイプの処理ツールおよび／またはセンサを採用してもよい。たとえば、代替の実施例では、処理ツール５２０はマルチチャンバエッチャであってもよく、処理センサ５２５はチャンバ内の温度または圧力を感知してもよい。
【００５４】
動作は、ＡＰＣシステムマネージャ５４０が必須の計画を計画実行マネージャに委託すると開始する。この特定の実施例で委託される計画は、持続期間計画、報告計画、サンプリング計画および制御計画を含む。次に、計画実行マネージャ５４５は各計画ごとに計画エグゼキュータ５９０を生成する。すると、計画エグゼキュータはそのそれぞれのメインスクリプトおよび副スクリプトを実行開始する。
【００５５】
ＣＭＰ作業は、ウェハの「操業」の開始時に、制御計画および関連したスクリプトに従って始まる。処理センサ５２５は、持続期間計画およびサンプリング計画に従ってデータを収集開始する。処理センサ５２５は、報告計画に従うデータをセンサインターフェイス５６０を介してデータハンドラ５８５に転送する。次に、データハンドラは、報告計画に従って、報告されたデータをデータサーバ５１０を介してデータ構造５９５に記憶する。これは、さまざまな計画によって定義される操業の終了まで続き、終了すると計画エグゼキュータ５９０は破壊される。
【００５６】
操業が終わった後、ＡＰＣシステムマネージャ５４０は、ＡＰＣホストコンピュータ５０５上にあるソフトウェアアプリケーション５７５を呼出す。ソフトウェアアプリケーション５７５は、データ記憶装置５９５内のデータを分析して、各処理ステーションにおける作業が同時に終点に達したか、すなわち一致したかどうかを確かめる。そうでなければ、ソフトウェアアプリケーション５７５はなぜ一致しなかったかを確かめるためにデータを分析する。たとえば、ＣＭＰ作業において、下方力が不十分なために、あるキャリアがウェハを一貫して研摩し足りなかったかもしれない。明らかに、この発明のこの局面は、処理ツール５２０が行なう動作に依存して実現化例に固有なものである。
【００５７】
ソフトウェアアプリケーションが分析を終えると、結果はＡＰＣシステムマネージャ５４０に戻される。これらの結果は、さまざまなステーション上で処理終点を「一致させる」レシピへの変更を含む。この技術の結果の１つとしては、各処理ステーションごとにレシピが個別化、または誂えられることである。次の操業のための制御計画が発行されるとき、これらの変更はウェハの次の操業時に組込まれる。新しい制御計画が発行され、各処理ステーションごとに誂えられたレシピを実現する。
【００５８】
以上に開示した特定の実施例は例示に過ぎず、この発明は、ここでの教示の利益を有する当業者には明らかな、異なるが等価の態様で変形され実施され得る。さらに、以下のクレームに記載される以外の限定が、ここに示される構造または設計の詳細になされることを意図しない。したがって、以上に開示した特定の実施例は変更または変形され得り、そのような変形のすべてがクレームされたこの発明の範囲内にあるものと見なされることは明らかである。したがって、ここで求められる保護は以下のクレームに述べられるとおりである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従って動作するマルチステーション処理ツールのある特定の実施例の概念図である。
【図２Ａ】ＣＭＰ作業中のウェハの平坦化の図である。
【図２Ｂ】ＣＭＰ作業中のウェハの平坦化の図である。
【図３Ａ】この発明のある特定の実施例に従うＣＭＰ作業中の動作を示す、ＣＭＰツールの上面図である。
【図３Ｂ】この発明のある特定の実施例に従うＣＭＰ作業中の動作を示す、図３Ａの線３Ｂ−３Ｂに沿ったＣＭＰツールの図である。
【図４】この発明に従って実施される方法の図である。
【図５】この発明に従って実現される処理フローのある特定の実施例の図である。

Claims

半導体製造プロセスにおいてウェハを処理するための方法であって、
処理進度データの組を、マルチステーション処理ツールにおける少なくとも２つのステーションから収集するステップを含み、各ステーションは処理パラメータおよび処理終点を有しており、
収集されたデータをコントローラに送るステップと、
共通の処理について、各ステーションの処理進度データを自律的に比較するステップと、
比較結果に依存して、前記共通の処理について少なくとも１つのステーションの少なくとも１つの処理パラメータを調節して少なくとも１つのステーションのそれぞれの処理終点を少なくとも別のステーションの処理終点と一致させるステップとを含む、方法。
マルチステーション処理ツールから処理進度データの組を収集するステップは、化学機械研磨ツールおよびマルチチャンバエッチャからなるグループから選択される処理ツールから処理進度データの組を収集するステップを含む、請求項１に記載の方法。
処理進度データの組を収集するステップは、処理終点までの経過時間に関するデータを収集するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
処理進度データの組を収集するステップは、
予め規定された時間期間の間プロセス中に生成されたデータをサンプリングするステップと、
サンプリングされたデータを記憶するステップと、
記憶されたデータを、予め規定された時間期間の終わりにコントローラに報告するステップとを含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
処理進度データの組を収集するステップは、第１の操業時に処理進度データの組を収集するステップを含み、
少なくとも１つの処理パラメータを調節するステップは、第２の操業時に少なくとも１つのパラメータを調節するステップを含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
命令が符号化されたプログラム記憶媒体であって、前記命令は、計算装置により実行されると、請求項１から５のいずれかに記載の方法を行なう、プログラム記憶媒体。
請求項１から５のいずれかに記載の方法を行なうようにプログラムされた、計算装置。
半導体製造プロセスはＡＰＣ（Advanced Process Control）システムの部分において行なわれる、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
処理進度データの組を収集するステップは、次の操業のためのデータ収集計画、持続期間計画、報告計画、およびサンプリング計画のうちの少なくとも１つを発行するステップを含む、請求項８に記載の方法。
前記少なくとも１つの処理パラメータを調節するステップは、各ステーションごとに固有の処理パラメータを調節するステップを含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
半導体製造プロセスにおいてウェハを処理するための装置であって、
処理進度データの組を、マルチステーション処理ツールにおける少なくとも２つのステーションから収集する収集手段を備え、各ステーションは処理パラメータおよび処理終点を有しており、
共通の処理について、各ステーションの処理進度データを自律的に比較する比較手段と、
比較結果に依存して、前記共通の処理について少なくとも１つのステーションの少なくとも１つの処理パラメータを調節して少なくとも１つのステーションのそれぞれの処理終点を少なくとも別のステーションの処理終点と一致させる調節手段とを備える、装置。
前記収集手段は、化学機械研磨ツールおよびマルチチャンバエッチャからなるグループから選択される処理ツールから処理進度データの組を収集する、請求項１１に記載の装置。
前記収集手段は、処理終点までの経過時間に関するデータを収集する、請求項１１または１２に記載の装置。
前記収集手段は、
予め規定された時間期間の間プロセス中に生成されたデータをサンプリングする手段と、
サンプリングされたデータを記憶する手段と、
記憶されたデータを、予め規定された時間期間の終わりに出力する手段とを含む、請求項１１から１３のいずれかに記載の装置。
前記収集手段は、第１の操業時に処理進度データの組を収集し、
前記調節手段は、第２の操業時に少なくとも１つのパラメータを調節する、請求項１１から１４のいずれかに記載の装置。
前記調節手段は、各ステーションごとに固有の処理パラメータを調節する、請求項１１から１５のいずれかに記載の装置。