JP4745668B2 - 状態推定結果に基づきサンプリングレートを調整する方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、産業プロセスに関し、より具体的には、状態推定結果に基づき処理されたワークピースのサンプリングレートを調整する方法に関する。

半導体業界において、例えば、マイクロプロセッサ、メモリデバイス等のような集積回路デバイスの品質、信頼性、及びスループットを増やそうとする絶え間ない動向がある。この動向は、ますます増える高品質、高信頼性で動作するコンピュータと電子的デバイスに対する消費者の需要によって煽られている。これらの需要は、例えば、トランジスタのような半導体デバイス製造技術に絶え間なく続く改善という結果をもたらし、そうしたトランジスタを内蔵する集積回路デバイス製造技術に関しても同様である。すなわち、一般的なトランジスタのコンポーネントにおける欠陥を軽減することも又、トランジスタごとの全体のコストを削減し、そうしたトランジスタを内蔵する集積回路デバイスのコストに関しても同様である。

概して、フォトリソグラフィーステッパー、エッチツール、デポジションツール、研磨ツール、高速の熱処理ツール、注入ツール等を含む様々なプロセスツールを用いることによって、プロセッシングステップセットが時折、“ロット”と称されるウェーハの集まり上で実行される。半導体プロセスツールの基礎となるこの技術は、近年においてますます注目を集め、実質的な改善をもたらしている。
半導体プロセスラインのオペレーションを改善するための１つの技術として、様々なプロセスツールのオペレーションを自動的にコントロールするために工場的規模のコントロールシステムを利用することが挙げられる。製造ツールは、製造フレームワーク又はプロセッシングモジュールのネットワークと通信を行う。各製造ツールは、概して、設備インターフェースに接続される。この設備インターフェースは、製造ツールと製造フレームワーク間の通信を容易にするマシンインターフェースに接続される。
マシンインターフェースは、概して、アドバンストプロセスコントロール（APC：Advanced Process Control）システムの一部であり得る。このAPCシステムは、製造モデルに基づくコントロールスクリプトを開始し、製造プロセスを実行するために必須であるデータを自動的に検索するソフトウェアプログラムであり得る。多くの場合、半導体デバイスは、多重プロセスの多重製造ツールを介してステージ化され、処理される半導体デバイスの品質に関連するデータを生成する。

製造プロセス中、様々なイベントが発生し得るので、これらが製造されているデバイスに影響を及ぼす。すなわち、製造プロセスステップにおけるばらつきは、デバイスパフォーマンスのばらつきという結果をもたらす。フィーチャ限界寸法、ドーピングレベル、粒子汚染、膜の光学的特性、膜厚、膜の均一性等のようなファクター全てが、デバイスのエンドパフォーマンスに影響を及ぼし得る。プロセスラインにおける様々なツールは、プロセスのばらつきを減少させるためにパフォーマンスモデルに従ってコントロールされる。コントロールされたツールは、通常、フォトリソグラフィーステッパー、研磨ツール、エッチツール、及びデポジションツール等を含む。プリプロセッシング及び／又はポストプロセッシングメトロロジデータ（計測学的データ：Metrology Data）が、ツールに関するプロセスコントローラに供給される。オペレーティングレシピパラメータは、目標値に可能な限り近いポストプロセッシングの結果を実現しようとする試みのためにパフォーマンスモデルとメトロロジデータに基づき、プロセスコントローラによって計測される。この方法でばらつきを軽減することは、スループットの増大、コスト削減、向上したデバイスパフォーマンス等につながり、これら全てが収益性の増大に匹敵する。

半導体製造におけるランツーランコントロールとは、バッチコントロールの一種である。ここでいうバッチコントロールでは、バッチは、一つのウェーハと同程度に小さいか又は幾つかのウェーハロットと同程度に大きいかでの何れかであり得る。このレシピはプロセスツールに構築された“低レベル（Low level）”コントローラの設定点を定義する。この方法で、例えば、温度、圧力、フロー及びプロセス時間のようなプロセス変数の要求された値を特定することによって、ランツーランコントローラがツールコントローラを監視する。このツールコントローラは、これらの変数を要求された値で維持するために必須なアクティビティを開始する。

ランツーラン(run-to-run)コントローラセットアップは、プロセス後計測されたバッチ特性に基づくレシピパラメータに対して行われるフィードバックループを含み得る。ウェーハのプロセスをコントロールするためには、概して、ウェーハの次のバッチを処理するよう“プロセス”状態（プロセスステート：例えば、プロセスツール状態、ウェーハ状態等）を知ることが求められる。しかし、“プロセス”状態は、通常、直接に計測されず、むしろ、予め処理されたウェーハの計測値に基づき推定される。時間及びコストの問題から、バッチにおける全てのウェーハを計測することはできない。例えば、幾つかの例では、処理されたウェーハの５つ毎に１つの出力特性が計測される。しかし、プロセス状態は予め処理されたウェーハの計測に基づき推定されるので、対象となるサンプル計測数がプロセス状態の推定の精度に影響を及ぼし得る。推定したプロセス状態の精度は、プロセスが次に求められるターゲット又は目標を実現するためにどれほど確実にコントロールされ得るかに影響を及ぼす。それ故、求められる目標を実現するため、プロセスをコントロールするように求められるサンプル計測数を調整する方法についての需要がある。

本発明は、上述した問題の一つ若しくはそれ以上を解決し、少なくともそれらの影響を軽減することを目的としている。

本発明の一実施形態においては、状態推定結果に基づくサンプリングレートを調整するための方法が提供される。この方法はワークピースのプロセスに関連付けする、あるいは対応する（以下、「対応する」ことも含めて「関連する」と記載する）メトロロジデータ（計測学的データ）を受信し、このメトロロジデータの少なくとも一部に基づく次のプロセス状態を推定し、また推定したプロセス状態に対応する誤差値（error value）、あるいは関連する誤差値を決定する。この方法は、推定した次のプロセス状態に基づく複数のワークピースを処理し、また決定した誤差値に基づき、計測される処理したワークピースのサンプリングプロトコル（例えばサンプリング手法）を更に調整する。

本発明のもう１つの実施形態においては、状態推定結果に基づくサンプリングレートを調整するための機器が提供される。機器はコントロールユニットに通信可能に結合されたインターフェースを含む。このインターフェースはワークピースのプロセッシングに関連するメトロロジデータを受信するために適合される。コントロールユニットは、メトロロジデータの少なくとも一部に基づき次のプロセス状態を推定し、推定された次のプロセス状態に関連する誤差値を決定し、また、推定された次のプロセス状態に基づく複数のワークピースを処理するために適合される。このコントロールユニットは、決定し誤差値に基づき、計測される処理したワークピースのサンプリングプロトコルを調整するために更に適合される。

本発明の更なる実施形態においては、命令を包含する一つ又はそれ以上のマシン読み出し可能な記録媒体を含む項目が状態推定結果に基づくサンプリングレートを調整するために提供される。一つ又はそれ以上の命令が実行されると、プロセッサがワークピースのプロセッシングに関連するメトロロジデータを受信し、このメトロロジデータの少なくとも一部に基づき次のプロセスを推定し、推定した次のプロセス状態に関連する誤差値を決定することを可能にする。一つ又はそれ以上の命令が実行されると、推定した次のプロセス状態に基づき、プロセッサが複数のワークピースを処理し、決定した誤差値に基づき、計測される処理したワークピースの数を調整することを更に可能にする。

本発明の更なる実施形態においては、状態推定結果に基づくサンプリングレートを調整するためにシステムが提供される。このシステムはコントローラとプロセッシングユニットを含む。このコントローラはワークピースのプロセッシングに関連するメトロロジデータを受信し、メトロロジデータの少なくとも一部に基づく次のプロセスを推定し、推定した次のプロセス状態に関連する誤差値を決定するために適合される。プロセッシングツールは、推定した次のプロセス状態に基づき複数のワークピースを処理する。決定した誤差値に基づき、測定される処理したワークピースの数を調整するためにコントローラが適合される。

本発明は、種々の改善及び代替実施例に改変可能である一方で、本文の特定の実施形態は図面における実施例という方法で示され、詳細は以下に記載されている。しかし、本明細書に記載された特定の実施形態は、本開示の特定の形式に本発明を制限することを意図したものでないことが理解されなければならないし、それ以上に本発明は、添付された請求項に限定された本発明の趣旨の範囲内における全ての改善、均等物、及び代替例を含めるものである。

以下、本発明の実施形態を記載する。簡明を期すため、実際の実施例全部のフィーチャを本明細書に記載したわけではない。実施例毎に変化する、種々のシステム関連及びビジネス関連による制約を満たすような、開発者の特定のゴールを実現するためには、そうした実際の実施形態の開発段階における多くの特定の実施の決定がなされなくてはならないことが、当然理解されよう。更に、このような開発への努力は複雑であり、時間のかかる場合があるが、それにもかかわらず、本開示から利益を有する当業者にとって、取り組むべきルーチン的作業であることが理解されよう。

本発明は、添付した図面及び以下の記載を参照して理解されよう。図中、同じ要素には同じ符号を付している。本発明の一実施形態に従って、図面、特に図１にシステム１００のブロック図が示される。図示された実施形態において、システム１００は、例えば、半導体製造プロセス、フォトグラフィックプロセス、化学的プロセス、あるいはプロセス状態又はプロセス出力が時間とともに変動する他のプロセスであり得るような産業プロセスのうちの少なくとも一つのプロセスオペレーション１０２を実行し得る。

システム１００においては、プロセスオペレーション１０２が一つのあるいはそれ以上のプロセスツール１０５を用いて実行され得る。概して、実行されるプロセスオペレーション１０２の特定的な形式と、プロセスオペレーション１０２において使用されるプロセッシングツール１０５の形式は、特定的な実装に依存して変化する。例えば、化学産業のプロセス分野においては、プロセスオペレーション１０２は、ポリマーを処理するステップが含まれ得る。フォトグラフィックプロセスの分野においては、プロセスオペレーション１０２は、例えば、膜を処理するステップが含まれ得る。

例示目的のため、図１にプロセスオペレーション１０２が、例えば、半導体プロセスフロー全体の一部であり得る半導体製造プロセスの少なくとも一部であることが示される。プロセスオペレーション１０２の例としてエッチプロセス、デポジションプロセス、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mecachanical Planarization）等があり得る。図示された実施形態において、プロセッシングツール１０５はシリコンウェーハのような処理したワークピースを生成するために使用される半導体製造設備の全ての形式であり得る。半導体プロセスは、制限されるわけではないが、マイクロプロセッサ、メモリデバイス、デジタル信号プロセッサ、アプリケーション仕様の集積回路（ＡＳＩＣ；Application Specific Intergrated Circuits）又は他の同様なデバイスを含む様々な集積回路製品を生成するために使用され得る。例示的なプロセッシングツール１０５は、露光ツール、エッチツール、デポジションツール、研磨ツール、高速の熱処理ツール、試験設備ツール、イオン注入ツール、パッケージングツール等を含み得る。

図１のシステム１００においては、プロセスオペレーション１０２が一つ又はそれ以上のプロセッシングツール１０５を使用して実行され得る。プロセスオペレーション１０２において処理されるワークピースの一つ又はそれ以上の様々な態様（例、ウェーハ）を計測するために、システム１００が一つ又はそれ以上のメトロロジツール１１２を含み得る。一実施形態において、メトロロジツール１１２はワークピースのオフライン、インライン又はそれらの組み合わせの様々な態様を計測可能であり得る。図示された実施形態において、発信モジュール１１４は、計測するようメトロロジツール１１２に与えられたワークピースの数を示す。

本発明の一つあるいはそれ以上の実施形態に従って、以下に詳細が記載されるが、発信モジュール１１４は、プロセス状態推定の結果に基づき処理されたワークピースの測定頻度を調整する。このプロセス状態推定結果に依存し、発信モジュール１１４がサンプリング頻度を増大するか、減少するか、又は変化なしのままにしておくことが可能である。以下に使用されるように、“サンプリング頻度”を調整するステップは、出力特性が計測されるワークピース（例、ウェーハ）の数を増大／減少し得、又は所定のワークピース又は複数のワークピースの計測数を増大／減少し得、あるいは双方のステップとも含み得るの何れかである。

製造システム１００は、ＡＰＣフレームワーク１２０に結合した製造実行システム（ＭＥＳ；Manufacturing Execution System）１１５を含み得る。製造実行システム１１５は、例えば、プロセッシングツール１０５によって実行されるプロセスを決定するが、これらのプロセスをいつ実行し、どのように実行するか等を決定する。図示された実施形態においては、製造実行システム１１５がＡＰＣフレームワーク１２０を介してシステム全体を管理し、コントロールする。

製造システム１００用に使用するために適合可能な例示的なＡＰＣのフレームワーク１２０は、ＫＬＡテンコア社（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ，Ｉｎｃ．）販売の触媒システムを用いることで実装され得る。この触媒システムは、半導体設備及び材料インターナショナル（ＳＥＭＩ：Secmiconductor Equipment and Materials International）コンピュータ集積製造（ＣＩＭ：Computer Intergrated Manufacturing）フレームワークコンプライアントシステム技術を利用し、アドバンストプロセスコントロール（ＡＰＣ：Advannced Process Control）フレームワークに基づく。ＣＩＭ（ＣＩＭフレームワークドメインアーキテクチャに関するＳＥＭＩ Ｅ８１−０６９９−暫定仕様書）とＡＰＣ（ＣＩＭフレームワーク最新式プロセスコントロールコンポーネントに関するＳＥＭＩ Ｅ９３−０９９９−暫定仕様書）等の仕様書は、カリフォルニア州マウンテンビューに本社を置くＳＥＭＩ社から公的に入手可能である。

ＡＰＣフレームワーク１２０は、少なくとも一つのプロセスコントローラ１５５を含み、これはフィードバックプロセス及び／又はフィードフォワードプロセスを介して求められたプロセスを実行するステップに向けてプロセッシングツール１０５を援用し、それによって求められた結果を実現する。図示された実施形態において、プロセスコントローラ１５５は、コントロールユニット１５６、ストレージユニット１５７、及びストレージユニット１５７に記録可能であるプロセスモデル１５８を含む。プロセスコントローラ１５５は少なくとも推定器モジュール１８０からの入力に基づき、プロセスモデル１５８を使用して、プロセッシングツール１０５に関する次のコントロールの動きを決定する。プロセスコントローラ１５５によって行われる特定的なコントロールの動作は、プロセッシングツール１０５によって実行される特定的なプロセス、及び推定器モジュール１８０の出力に依存する。

プロセスモデル１５８は通常、線形あるいは非線形技術として知られる技術を利用して経験的に構築することができる。プロセスモデル１５８は、比較的単純な方程式を基礎としたモデル（例、線形、指数、加重平均等）あるいはニューラルネットワークモデル、主成分分析（ＰＣＡ：Principal Component Analysis）モデル、部分最小二乗による潜在的構造に対する射影（ＰＬＳ：Projection/Latent Structure）モデル等のような比較的複雑なモデルであり得る。プロセスモデル１５８の特定的な実装は選択されたモデリング技術とコントロールされるプロセスに依存して変化し得る。一実施形態においては、プロセスコントローラ１５５がプロセスオペレーション１０２に対応する、あるいは関連する、入力される“状態”情報のメンテナンス及び維持を行う。この“状態”情報はメトロロジデータ、及び／又はコントロールされたプロセッシングツール１０５（即ち、ツール状態データ）について知られる状態情報を収集するために選択されたウェーハの特性（即ち、ウェーハ状態データ）の少なくとも一部に基づき得る。ここで、“プロセス”状態という用語は、本文において“ワークピース”状態及び／又は“プロセッシング”ツール状態を表すために用いられる。

本発明の一実施形態に従って、プロセスコントローラ１５５がサンプリングモジュール１８２を含む。以下に詳細が記載されるが、少なくとも推定器モジュール１８０のプロセス状態推定結果に基づき、サンプリングモジュール１８２が処理したウェーハのサンプリング頻度を調整するよう発信モジュール１１４に指示を与える。

推定器モジュール１８０は、予め処理されたワークピース及び予め推定された状態と関連する、あるいは対応するメトロロジデータに基づくプロセッシングツール１０５の次のツール状態（又は次のプロセッシング状態）を推定する。本文に用いられる用語“次のツール状態”は、次のワークピースのバッチが処理される前のプロセッシングツール１０５の状態のことを称する。推定した次のツール状態に基づき、プロセスコントローラ１５５はプロセッシングツール１０５用に次のレシピ又はコントロールの動きを生成する。例えば、エッチングプロセスのコンテキストにおいては、推定器モジュール１８０が受信したメトロロジデータ（例、エッチング深度）に基づくプロセッシングツール１０５のエッチレートを推定し、その後プロセスコントローラ１５５は、プロセッシングツール１０５が推定したエッチレートに基づき次のワークピース（例、ウェーハ）をエッチングしなければならないエッチング時間（即ち、レシピ）を決定する。

例示目的のため、プロセスオペレーション１０２がエッチングプロセスであり、プロセッシングツール１０５がエッチツールであるとして、推定器モジュール１８０が表される。しかし、推定器モジュール１８０の用途は、この図示に制限されず、求められる産業のプロセスの全てに適合可能であり得ることが理解されよう。図示された実施形態においては、推定器モジュール１８０が図１に示すプロセスオペレーション１０２によって示されるエッチングプロセスのシステムダイナミックスを表す状態空間モデルを使用する。例示目的のため、方程式（１）及び（２）に示される線形ドリフトモデルを用いて以下のようにプロセッシングツール１０５のエッチレートの動特性が表され得ると仮定する。

この例では、ＡとＣの値は以下の通りとする。

この例において、x(k)=[x₁(k)/x₂(k)]であり、それ故、２つの状態、つまりエッチレートｘ_１（ｋ）とドリフト状態の傾き(slope）ｘ_２（ｋ）を含む。上記式において、ｙ（ｋ）は、出力計測値（例、実際に計測されたエッチレート）を表し、ｖ（ｋ）はプロセスノイズ項を表し、またｗ（ｋ）は計測されたノイズを表す。

図示された実施形態においては、推定器モジュール１８０がプロセッシングツール１０５の次の状態、あるいは次のプロセッシング状態を予測するためのカルマンフィルターを含む。他の実施形態においては、他のフィルターあるいはフィルタリング技術が、次のプロセスあるいはツール状態を予測するために使用され得る。推定器モジュール１８０がカルマンフィルターを含むので、（方程式（１）と（２）に示された状態空間モデルに基づく）このフィルタの安定状態での一般式は方程式（３）によって表される。

ただし、

は、ｘ（ｋ）の推定値であり、Ｊ［ｋ］はカルマンフィルターゲインである。表記の都合上、以下、ｘ（ｋ）の推定値をｘ^（ｋ）と表す。方程式（３）に示されるように次の推定プロセス状態ｘ^（ｋ＋１）は、通常、前の状態推定ｘ^（ｋ）と計測値ｙ（ｋ）に基づき算出される。
方程式（３）のカルマンフィルターゲイン、Ｊ［ｋ］は方程式（４）で定義される。
Ｊ［ｋ］＝ＡＰ［ｋ］Ｃ^Ｔ（Ｒ＋ＣＰ［ｋ］Ｃ^Ｔ）^−１ （４）
カルマンフィルターゲイン、Ｊ［ｋ］は、代数リッカチ微分方程式をＰについて解くことで算出できる。Ｐは、誤差分散を表し、方程式（５）によって定義される。
Ｐ[k+1]＝Ａ(Ｐ[k]−Ｐ[k]Ｃ^Ｔ(Ｒ＋ＣＰ[k]Ｃ^Ｔ)^−１ＣＰ[k])Ａ^Ｔ＋Ｑ （５）

この例においては、ＱとＲは対応するｗ（ｋ）とｖ（ｋ）の共分散マトリックスであり、ＱとＲは、プロセス又はプロセスオペレーション１０２に対応するノイズ項を表す。

ワークピース計測値が使用可能でない（計測できない）とき、プロセスモデルの決定論的部分のみが、通常、プロセス状態（即ち、ｘ［ｋ＋１］＝Ａｘ［ｋ］及びｙ［ｋ］＝Ｃｘ［ｋ］）を更新するために使用可能であり、対応する次の状態と推定誤差分散は、それぞれｘ^（ｋ＋１）＝Ａｘ^[ｋ]と、Ｐ［ｋ＋１］＝ＡＰ［ｋ］Ａ^Ｔ＋Ｑである。それ故、ワークピース計測値が全く得られないとき、推定誤差分散は増大し続け、時間が無限に近づくにつれて無限に近づく。出力ノイズ分散は、Ｐ［ｋ］が増大するにともない、速度に影響を及ぼす。

プロセッシングツール１０５の次の状態を推定する際に、推定器モジュール１８０のカルマンフィルターがＱ及びＲ共分散マトリックスを使用してプロセスノイズ及びメトロロジノイズのようなノイズ項を取り入れている。図示された例においては、Ｑマトリックスは計測ノイズ（例、メトロロジツール、人間等に起因する計測誤差）に関係し、Ｒマトリックスはプロセスノイズ（例、ステップ妨害、電源の不安定性等）に関係する。Ｑ及びＲマトリックスのサイズは、一定のプロセスに関してどれほどの入力及び出力が監視されるかに依存して変化し得る（例、２×２，４×４，１００×１００マトリックス）。Ｑ及びＲマトリックスには、入力に関連するノイズを計算するよう異なる優先順位（又は値）がプロセス入力に割り当てられ得る。

この実施形態において、プロセスコントローラ１５５は上述の機能や関数を備えたソフトウェアでプログラムされたコンピュータである。しかし、当技術分野における通常の知識を有する者にとって、特別な機能や関数を実装するよう設計されたハードウェアコントローラも使用可能であることが理解されよう。更に、以下に記載されるが、プロセスコントローラ１５５によって実行されたファンクションはシステム中に配信された多数のコントローラデバイスによって実行され得る。加えて、プロセスコントローラ１５５はプロセッシングツール１０５に存在するスタンドアローンコントローラであり得るか、あるいは集積回路製造設備におけるシステムコントロールオペレーションの一部であり得る。本文に用いられる用語“モジュール”は、ソフトウェア、ハードウェア、又はそれらの組み合わせにおいて実装され得るものである。

特別に限定されない限り、あるいは論考から明瞭であるように、“プロセッシング”あるいは“コンピューティング”あるいは“計算する”あるいは“決定する”あるいは“ディスプレイする”あるいはそれに類するもののような用語は、コンピュータシステムあるいは同様の電気的コンピューティングデバイスの動作及び処理のことを称し、コンピュータシステムのレジスタとメモリ内の物理的、電気的な量として提示されるデータを取り扱いかつ変形して、コンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又はメモリ又は他のそうした情報ストレージ、伝送又はディスプレイデバイス内の物理的な量として同様に提示される他のデータにするものである。

図１のシステム１００のブロック図において示されたコンポーネントは、説明目的のみのためであり、他の実施形態においては、追加又はより少ないコンポーネントが本発明の趣旨の範囲から逸脱することがなければ使用され得る。例として、一実施形態において、システム１００の様々なコンポーネントは、ＡＰＣフレームワーク１２０なしに相互に通信可能である。更なる例として、一実施形態において、プロセッシングツール１０５，メトロロジツール１１２，及び／又はＭＥＳ１１５が、関連する設備インターフェース（図示せず）を介してＡＰＣフレームワーク１２０とそれぞれインターフェースし得る。加えて、図１にシステム１００の発信モジュール１１４のような様々なコンポーネントがスタンドアローンコンポーネントとして示されるが、他の実施形態においては、そのようなコンポーネントはシステム１００の他のコンポーネントと統合され得ることに注目されたい。

図２を参照すると、本発明の一実施形態に従って図１の製造システム１００に実装され得る方法のフロー図が表される。図２の方法が、説明目的のためにエッチングプロセスのコンテキストにおいて表される。特に、図２の方法は一定のプロセス実行と関連付けられて実行される例示的なステップを表す。これらのステップは各プロセス実行に関して求めに応じて反復され得る。

製造システム１００において、ワークピースの第一バッチをプロセッシングツール１０５によって処理した後（又は処理しながら）、メトロロジツール１１２（又はin-situメトロロジツール）が処理したワークピースの一つあるいはそれ以上の出力特性を計測する（２１２）。エッチプロセスにおいて、例えば、メトロロジデータは処理したウェーハ上に形成されたフィーチャの限界寸法、形状、及び／エッチング深度を含み得る。このメトロロジデータはプロセスコントローラの推定器モジュール１８０に与えられ、また受信される（２１５）。

推定器モジュール１８０は次のプロセス状態を推定する（２２０）。エッチングプロセスの上述の例において、次のプロセス状態はエッチレートである。一実施形態において、推定器モジュール１８０は、上述した方程式（３）を用いて次のプロセス状態、ｘ^（ｋ＋１）を推定し得る。推定したエッチレートに基づき、プロセスコントローラ１５５がプロセッシングツール１０５の制御対象や制御動作（例えばエッチング時間）を決定する。推定したプロセス状態の精度は、概して、求められるターゲット又は目標値を実現するためにプロセスがどの程度正確にコントロールされ得るかに影響を及ぼす。

推定器モジュール１８０は、次のプロセス状態の推定と関連する誤差値を決定する（２２５）。一実施形態において、誤差値は推定したプロセス状態がプロセッシングツール１０５の実際の状態にどの程度近いかを示し得る。即ち、誤差値が比較的高いと言うことは、推定したプロセス状態値が実際のプロセス状態を表さない、ということを示す。推定したプロセス状態値は次の制御動作を決定するためにプロセスコントローラ１５５によって利用されるので、プロセス結果において予測した誤差値より大きな偏差（deviation）を生成し得ることが示される。逆に比較的小さな誤差値は推定したプロセス状態が実際のプロセス状態に近いことを示し得る。誤差値は、いずれも、２２５のステップにおいて決定され得る。例えば、推定器モジュール１８０は、計測される処理したワークピースの出力特性と意図された目標値間の差異を表す予測誤差値を決定し得る（２３０）。一つ以上の予測誤差値が計算されれば（例、計測したワークピースごとに一つの値）、一実施形態においては、その後計算した複数の誤差値は複合的誤差値（composeite error value:ＣＥＶ）を実現するように組み合わせる（例、平均する）ることもできる。その後この差異が、複合的な値と目標値間で予測誤差値を確保するよう決定され得る（２３０）。

一実施形態においては、推定器モジュール１８０が、誤差分散値を決定する（２３５）。この誤差分散値は、プロセス状態の推定と関連するものである（２２０）。推定器モジュール１８０が次のプロセス状態を推定するために方程式（３）を使用するものと仮定して、次のプロセス状態の推定と関連する誤差分散値は上述した方程式（５）を用いてＰについて解くことによって算出され得る。

決定された誤差値に基づき（２２５）、図１に示されるように、サンプリングモジュール１８２が、計測される処理したワークピースのサンプリングプロトコルを調整する（２４０）。サンプリングプロトコルを調整するステップ（２４０）は、計測される処理したワークピースのサンプリング頻度、計測される処理したワークピースに形成されたフィーチャの数、及び／又は計測されるフィーチャの形式を調整するステップを含み得る。

一実施形態において、サンプリングプロトコルが処理したワークピースの求められるサンプル計測数（又はそのタイプ）を増やすか、あるいは減らすように発信モジュール１１４に指示を与えることによって調整され得る。サンプリング頻度の変更が求められなければ、サンプリングモジュール１８２は発信モジュール１１４にそのような指示を与え得るか、あるいは他の例として、発信モジュール１１４に指示を与えず、それによって、サンプリング頻度に変更が求められないことを示す。図３にサンプリングプロトコルを調整する動作（２４０）の一実施形態が表され、以下に記載される。

図２に、プロセッシングツール１０５が推定した次のプロセス状態に基づきワークピースの次のバッチを（２０５において）処理するステップが示される。エッチングプロセスの場合、プロセッシングツール１０５は、推定したエッチレートに基づき生成されるレシピ（又は制御動作）に基づいて、ウェーハをエッチングする。

メトロロジツール１１２は、処理したワークピースの選択された数を計測し（２５５）、この計測は、調整したサンプリングプロトコル（２４０）に基づいてなされる。それ故、例えば、サンプリングモジュール１８２がサンプリング頻度を増やせば（２４０において）、メトロロジツール１１２は一つ又はそれ以上の前のプロセス実行中に行われた計測より更に多くの計測を行い得る。例えば、処理したワークピースの数を増やす、処理したワークピースの計測されるフィーチャの数を増やす、又はそれらの組み合わせ、によって、メトロロジツール１１２はより多くの計測を行い得る。他の実施例においては、上述したようにメトロロジツール１１２が、処理したワークピース数の計測をより少なくすることができる。処理したワークピースを計測するステップは、処理したワークピースのフィーチャ又は出力特性（例、デポジション膜厚、エッチング深度、限界寸法）の一つ又はそれ以上を計測し得ることが理解されなければならない。

図３に、サンプリングモジュール１８２が（ブロック２２５において決定された）誤差値が予め選択された第一閾値よりも大きいか否かを決定し（３１０）、大きければ、発信モジュールにサンプリング頻度を増やすよう指示する（３１５）ことが示される。
予め選択された第一閾値よりも誤差値が高いということは、次のコントロール動作を決定するためにプロセスコントローラ１５５によって使用される、推定したプロセス状態値が、実際のプロセス状態を表さないことを示し、従って、サンプリング頻度を増やすことが望ましい。それ故プロセス状態推定を改善するためにより多くの計測が求められる。一実施形態においては、サンプリングモジュール１８２は、誤差値の大きさに依存して、新たなサンプリングが求められることを発信モジュール１１４に指示することができる。予め選択された第一の閾値に割り当てられる特定的な値は、個々の実装に依存することが理解されよう。

誤差値が予め選択された第一閾値より大きければ（３１０）、サンプリングモジュール１８２は予め選択された第二閾値より少ないか否かを決定する（３２０）。誤差値が予め選択された第二閾値より小さければ、一実施形態においては、その後サンプリングモジュール１８２がサンプリング頻度を減少するよう発信モジュール１１４に指示する（３３０）。誤差値が予め選択された第二閾値よりも小さいということは、推定したプロセス状態値が実際のプロセス状態に比較的近いことを示し得ることから、サンプリング頻度を小さくすることが望まれる。それ故、必須とされる計測数を、プロセス状態推定に実質的に悪い影響を及ぼさずに減らすことができる。他の実施形態においては、サンプリングモジュール１８２は、複数の誤差値が、予め選択された第二閾値より少ないと決定されるまでは、サンプリング頻度を低減する指示は与えないようにすることもできる。即ち、（幾つかのプロセス実行と関連する）幾つかの連続した誤差値が第二閾値より少ない値になってから初めてサンプリング頻度が減らされるのである。一実施形態においては、誤差値の大きさに依存し、サンプリングモジュール１８２が新たなサンプリング頻度が求められることを発信モジュール１１４に指示し得る。予め選択された第二閾値に関して選択される特定的な値は、個々の実装に依存する。

誤差値が予め選択された第一閾値より大きくなく、予め選択された第二閾値より小さくなければ、図示された実施形態においては、サンプリングモジュール１８２が発信モジュール１１４にサンプリング頻度に変更が求められないことを指示することができる。他の実施形態においては、サンプリング頻度に変更が求められないことが決定されれば、サンプリングモジュール１８２は発信モジュール１１４に指示を与えず、これにより、それまでのサンプリング頻度（又は予め定義された何らかのデフォルトサンプリング頻度）でのサンプルを抽出を維持するようにする。

本発明の一つあるいはそれ以上の実施形態は、プロセス状態推定結果、具体的には、プロセス状態推定に関連する誤差値に基づき求められるサンプリングプロトコルを調整する。例えば、比較的大きな誤差値が決定されればサンプリングレートは増大し得るが、比較的小さな誤差が決定されればサンプリングレートは低減され得る。他の実施例では、決定された結果が比較的大きい値でもなく小さい値でもなければ、サンプリングプロトコルは変更され得ない。求められるようにサンプリングプロトコルを調整することによって、求められた目標を実現するために効率的で有効的にプロセスをコントロールするための方法が提供される。

様々なシステム層、ルーチン、又はモジュールがコントロールユニット１５６によって実行され得る（図１参照）。本文に使用されたように、用語“コントロールユニット”は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、プロセッサカード（マイクロプロセッサ又はコントローラの一つあるいはそれ以上を含む）、あるいは他のコントロール又はコンピュータデバイスを含み得る。本文において称されたストレージユニット１５７（図１参照）は、データ及び命令を記録するための一つ又はそれ以上の機械読み出し可能な記録媒体を含み得る。記録媒体はメモリの異なる形式を含み得、それらは動的又は静的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ又はＳＲＡＭ）、消去可能及びプログラム可能リードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能及びプログラム可能リードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、及びフラッシュメモリのような半導体メモリデバイスを含み、固定ディスク、フロッピィ、取り外し可能ディスクのような磁気ディスク、テープを含む他の磁気媒体、及びコンパクトディスク（ＣＤ）又はデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）のような光学系媒体を含む。多様なシステムにおける様々なソフトウェア層、ルーチン、あるいはモジュールを構成する命令はそれぞれ対応するストレージデバイスに記録され得る。それぞれ対応するコントロールユニットによって命令が実行されると、対応するシステムにプログラムされた動作を実行可能にさせる。

本発明は、本開示から利益を有する当業者にとって同一ではないが均等であることが明瞭である方法で改変及び実施され得ることから、上述した特定な実施形態は、説明目的のためのみのものである。更に、請求項で限定された範囲以外で、本文に示した構成又は設計の詳細に制限されることは意図されていない。上述した特定の実施形態は、改変又は修正可能であり、そうした改変の全部は、本発明の趣旨の範囲内にあると考えられる。従って、本文に求められる保護は、請求の範囲に記載されたとおりである。

本発明の一実施形態に従った産業システムのブロック図。 本発明の一実施形態に従った、図１の産業システムに実装され得る方法のフロー図。 本発明の一実施形態に従った、処理されたワークピースのサンプリングプロトコルを調整する方法のフロー図。

Claims (28)

1. 先に処理された１つ又はそれ以上の半導体デバイス用のワークピースに関連するメトロロジデータを受信し、
   前記メトロロジデータの少なくとも一部に基づき次のプロセス状態を推定し、
   前記推定した次のプロセス状態に関連する誤差値を決定し、
   前記推定した次のプロセス状態に基づき複数のワークピースを処理し、
   前記決定した誤差値に基づき、計測される前記処理されたワークピースのサンプリングプロトコルを調整する、
   方法。
2. 前記次のプロセス状態を推定するステップでは、前の状態推定及び状態空間モデルに基づき前記次のプロセス状態を推定する、
   請求項１記載の方法。
3. 前記処理ステップでは、半導体ウェーハのバッチをエッチングする、
   請求項２記載の方法。
4. 前記サンプリングプロトコルを調整するステップでは、前記処理されたワークピースの計測数、前記処理されたワークピースに形成されたフィーチャの計測数、及び計測されるフィーチャの形式のうちの少なくとも１つを調整する、
   請求項２ 記載の方法。
5. 前記誤差値を決定するステップでは、前記推定した次のプロセス状態に関連する誤差分散を決定する、
   請求項４記載の方法。
6. 処理されたワークピースの前記数を調整するステップでは、前記誤差分散が予め選択された閾値より大きければ、処理されたワークピースの前記計測数を増やす、
   請求項５記載の方法。
7. 処理されたワークピースの前記数を調整するステップでは、前記誤差分散が予め選択された閾値よりも小さければ、処理されたワークピースの前記計測数を減らす、
   請求項５記載の方法。
8. 複数のプロセス実行の各々に関する誤差分散を更に決定し、
   処理されたワークピースの前記数を調整するステップでは、前記複数のプロセス実行の各々に関する前記誤差分散が前記予め選択された閾値より小さければ、処理されたワークピースの前記計測数を減らす、
   請求項７記載の方法。
9. 前記処理されたワークピースの前記計測数を調整するステップでは、各プロセス実行に関する、処理されたワークピースの前記計測数を調整する、
   請求項５記載の方法。
10. 次のプロセス状態を推定するステップでは、前記複数のワークピースにおけるプロセッシングのためのプロセスツール状態を推定する、
    請求項１記載の方法。
11. 半導体デバイス用のワークピースのプロセッシングに関連するメトロロジデータを受信するためのインターフェースと、
    前記インターフェースに通信可能に結合されたコントロールユニットと、を有し、
    前記コントロールユニットは、
    前記メトロロジデータの少なくとも一部に基づき次のプロセス状態を推定し、
    前記推定された次のプロセス状態に関連する誤差値を決定し、
    前記推定された次のプロセス状態に基づき複数のワークピースを処理し、及び、
    前記決定された誤差値に基づき、計測される前記処理されたワークピースのサンプリングプロトコルを調整する、
    機器。
12. 前記コントロールユニットは、複数の半導体ウェーハを処理してカルマンフィルターを用いて前記次のプロセス状態を推定するためのものである、
    請求項１１記載の機器。
13. 前記コントロールユニットは、前記次のプロセス状態を推定し、前の状態推定に基づき前記次のプロセス状態を推定するためのものである、
    請求項１１記載の機器。
14. 前記コントロールユニットは、前記処理されたワークピースの計測数、前記処理されたワークピースに形成されたフィーチャの計測数、および、行われる計測タイプのうちの少なくとも１つを調整するものである、
    請求項１１記載の機器。
15. 前記コントロールユニットは、前記誤差値を決定し、前記推定された次のプロセス状態に関連する誤差分散を決定するためのものである、
    請求項１４記載の機器。
16. 前記コントロールユニットは、前記誤差分散が予め選択された閾値より大きければ、処理されたワークピースの前記計測数を増やす
    請求項１４記載の機器。
17. 前記コントロールユニットは、前記誤差分散が予め選択された閾値よりも小さければ、処理されたワークピースの前記計測数を減らす、
    請求項１４記載の機器。
18. 前記コントロールユニットは、複数のプロセス実行の各々に関する誤差分散を決定し、前記複数のプロセス実行の各々に関する前記誤差分散が前記予め選択された閾値より小さければ、処理されたワークピースの前記計測数を減らす、
    請求項１４記載の機器。
19. 前記コントロールユニットは、前記次のプロセス状態を推定し、前記複数のワークピースのプロセッシングのためのプロセスツール状態を推定する、
    請求項１１記載の機器。
20. 半導体デバイス用のワークピースのプロセッシングに関連するメトロロジデータを受信する手段、
    前記メトロロジデータの少なくとも一部に基づき次のプロセス状態を推定する手段、
    前記推定した次のプロセス状態に関連する誤差値を決定する手段、
    前記推定した次のプロセス状態に基づき複数のワークピースを処理する手段、
    前記決定した誤差値に基づき、計測される前記処理されたワークピースのサンプリングプロトコルを調整する、手段、
    を有する、機器。
21. 命令が記録された一つ以上のコンピュータ読み取り可能な記録媒体を含む物品であって、前記命令は、当該命令が実行されると、プロセッサに、
    半導体デバイス用のワークピースのプロセッシングに関連するメトロロジデータを受信し、
    前記メトロロジデータの少なくとも一部に基づき次のプロセス状態を推定し、
    前記メトロロジデータに関連する誤差値を決定し、
    前記推定した次のプロセス状態に基づき、複数のワークピースを処理し、
    前記決定した誤差値に基づき、計測されるワークピースの数を調整する、処理を実行させるものである、物品。
22. 前記命令は、実行されると、前記プロセッサが前の状態推定に基づき前記次のプロセス状態を推定することを可能にするものである、
    請求項２１記載の物品。
23. 前記命令は、実行されると、前記プロセッサが前記推定した次のプロセス状態に関連する誤差分散を決定することを可能にするものである、
    請求項２２記載の物品。
24. 前記命令は、実行されると、前記プロセッサが、前記誤差分散が予め選択された閾値より大きければ、処理されたワークピースの前記計測数を増やすことを可能にするものである、
    請求項２３記載の物品。
25. 前記命令は、実行されると、前記プロセッサが、前記誤差分散が予め選択された閾値よりも小さければ、処理されたワークピースの前記計測数を減らすことを可能にするものである、
    請求項２３記載の物品。
26. 前記命令は、実行されると、前記プロセッサが、複数のプロセス実行の各々に関する誤差分散を決定し、前記複数のプロセス実行の各々に関する前記誤差分散が前記予め選択された閾値より小さければ、処理されたワークピースの前記計測数を減らすことができるものである、請求項２３記載の物品。
27. 半導体デバイス用のワークピースのプロセッシングに関連するメトロロジデータを受信し、
    前記メトロロジデータの少なくとも一部に基づいて次のプロセス状態を推定し、
    前記推定した次のプロセス状態に関連する誤差値を決定するコントローラを含み、
    前記コントローラは、前記決定した誤差値に基づいて計測されるワークピースの数を調整するためのものである、
    システム。
28. 前記コントローラはアドバンストコントロールプロセスフレームワーク内に実装される、請求項２７記載のシステム。

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