JP4771696B2 - 製造中に半導体デバイスの電気的特性を予測する方法及びシステム - Google Patents
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Description
加えて、典型的なトランジスタのコンポーネントの製造の欠陥を減少することは、さらにそのようなトランジスタを組み込む集積回路装置のコストと同様、1つのトランジスタ当たりの全費用も低くする。
半導体処理ラインの動作を改善する一つの技術は、自動的に様々な処理ツールの動作を制御するための工場規模の制御システムを含む。
製造ツールは、製造フレームワークまたはモジュールを処理するネットワークと通信する。各製造ツールは一般的に、設備インターフェースに接続される。
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との間のコミュニケーションを容易にする機械インターフェースに接続される。この機械インターフェースは一般に、高度なプロセス制御(APC)システムの一部であり得る。
このAPCシステムは、製造モデルに基づいたコントロール・スクリプトを開始する。この製造モデルは、製造工程を実行するのに必要とされ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。
しばしば、半導体デバイスは、処理された半導体デバイスの質に関係のあるデータを生成して、複数の工程についての複数の製造ツールを通じて製造される。そのツール用のプロセスコントローラには前処理および(または)後処理の測定学データが供給される。
できるだけターゲット値に近い後処理の結果を達成することを試みるべく、操作レシピ・パラメータは、実行モデルおよび測定学情報に基づいたプロセスコントローラによって計算される。
この方法におけるばらつきを低減することは、スループットの増加、コストの軽減、より高いデバイス性能等(これらは全て、収益性を増加することになる)に結びつく。
他のツールにおいては、同様の条件下(例えば、同一の操作レシピを使用)であるがウェーハは各々処理されるのに対して、あるツールにおいては、一つのロットのウェーハはすべて同時に処理される。
典型的には、多くのウェーハがその処理サイクルの最初にプライオリティを割り当てられる。プライオリティは、例えばテストまたは実験のロットとして、そのロット中のウェーハの数またはステータスに基づいて割り当てられてもよい。
例えば、同じプライオリティを備えた2つのロットについては、どちらか古い方のロットが後の処理にしばしば選択される。
ウェーハのテスト・ロットの場合(すなわち、この場合には一般にウェーハの数が少ない。)、プロセスの性能または結果物であるデバイスの性能を改善しようとして、そのロットは1以上の実験処理ステップまたはレシピ調整を受ける。
実験のパラメータを使用して通常の生産ロットの製造を開始する前に、まずテスト・ロット中のウェーハの結果的な特性に基づいた変化の有効性をテストすることは有用である。
従って、テスト・ロットは、その処理がより速く完了するように、他の生産ロットよりも比較的高いプライオリティを割り当てられるであろう。
特定のプライオリティ割り当てにかかわらず、ルールは本質的に静的で予め決定されている。
例えば生産ロットからテスト・ロットに変化するように、そのステータスが変化しなければ、特定のロットのプライオリティは、典型的にはその処理サイクル中に変化しない。
デバイスは典型的に、その市場価値を効果的に決定する等級測定によってランク付けされる。一般的に、デバイスの評価が高いほど、より価値が高いデバイスとなる。
製造プロセスにおけるほとんど最後まで(処理が完了してから数週間後になるまでのこともある。)、ウェーハの電気的なテスト(WET)の測定は典型的に処理されたウェーハに関して実行されない。
処理ステップの1つ以上が、WET測定において許容範囲ではないことを示すウェーハを結果的に生産する場合、生成したウェーハを廃棄する必要がある可能性がある。
しかしながら一方で、誤処理は、多量のウェーハの廃棄、多くの材料の浪費、全面的なスループットの低下につながるかなりの期間発見されず、修正されない可能性がある。
本発明は様々な変形および代替の形態をとりうるが、その特定の実施形態を例示のために図面に示し、本明細書において詳細に説明する。しかしながら、特定の実施形態についての本明細書中の説明は、開示された特定の形態に本発明を限定しようとするものではなく、むしろ反対に、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の精神および範囲の範疇に入る、すべての変形物、均等物および代替物を含むことを意図していることを理解してもらいたい。
この実施形態においては、製造システム10は、半導体ウェーハを処理するように構成されているが、本発明はこれに限られず、他の種類の製造環境および他の種類のワークピースに適用することができる。
ネットワーク20は、製造システムの複数のコンポーネントを相互に連結し、互いに情報を交換できるようにする。
本実施形態の製造システム10は、複数のプロセスツール30を含んでおり、このプロセスツール30はそれぞれコンピュータ40につながれ、ネットワーク20と接続するようになっている。
製造システム10はさらに、ネットワーク20と接続するためにコンピュータ60につながれた1つ以上の測定学ツール50を含む。この測定学ツール50は、測定学データを生成すべく、プロセスツール30で処理されたウェーハの出力特性を測定するのに使用することができる。本実施形態では、ツール30、50はコンピュータ40、60を通じてネットワーク20と接続するものとして記載するが、ツール30、50は、コンピュータ40、60なしにネットワーク20と接続する集積回路設計を含んでいてもよい。
製造実行システム(MES)サーバ70は、製造システム10の処理フローの指示により、製造システム10のハイレベルな操作を命令する。MESサーバ70は、ツール30、50を含む製造システム中の、様々な要素のステータスをモニタする。プロセスツール30は、フォトリソグラフィステッパ、エッチングツール、たい積ツール、研磨ツール、急速加熱処理ツール、注入ツール等のようなプロセスツールとすることができる。測定学ツール50は、光学測定ツール、電気計測ツール、走査電子顕微鏡、ガス分析計器等のような測定ツールとすることができる。
測定学データは、構造の寸法(feature measurement)、プロセス層の厚み、電気性能特性、欠陥測定、表面プロファイル等を含んでいてもよい。
また、ツール30のメンテナンス(例えば清浄、消耗部品の交換、修理)を、MESサーバ70またはツール・オペレータによって、データ・ストア90に格納してもよい。
ツール30がCMPツールである場合、プロセスコントローラ100は研磨前の厚み寸法(pre-polish thickness measurements)(例えば、例えば高い構造の厚み、低い構造の厚み)を受信し、目標の厚みとするのに必要な研磨時間または圧力を予測する。
プロセスツール30がエッチングツールである場合、プロセスコントローラ100は、エッチング前および(または)エッチング後の厚み寸法に基づいてプロセスツール30のエッチングの性能をモデル化することができる。
プロセスコントローラ100は、プロセスツール30の制御モデルを使用して、その予測を生成するようにしてもよい。
制御モデルは、既知の線形または非線形の技術を経験的に使用して生成することができる。この制御モデルは、比較的単純な方程式ベースのモデル(例えば線形の、指数関数的な、加重平均など)、またはニューラルネットワークモデル、PCA(principal component analysis)モデル、またはPLS(projection to latent structures)のような、より複雑なモデルであり得る。このモデルの個々の実装は、選択されたモデリング技法によって変化し得る。この制御モデルを使用して、プロセスコントローラ100は、次の処理のばらつきを軽減するように、操作レシピ・パラメータを決定してもよい。
特定の制御シナリオは、制御されているプロセスツール30の特定の種類による。
以下に詳述するように、予測ユニット130は、一連の予め設定した設計値に、測定学ツール50のうちの1つからの測定学データ、プロセスツール30のうちの1つからのプロセスデータおよび(または)プロセスコントローラ100のうちの1つからの制御データのようなデータを組み入れて、完成した装置の様々な電気特性についての予測値を計算するモデリング技法を使用する。
例えば、デバイスが最初に制作プロセスを開始する場合、予測ユニット130は、デバイスの特性(例えば配線幅、スペーサ幅、コンタクトの大きさ、層の厚み、注入するドーズ量、注入エネルギー等)についての初期設定値で開始する。この初期設定値はデバイスの設計特性に基づいてもよい。
制作プロセスを通じてデバイスが生成されるにつれて、これらの特性の実際の値を示すデータが収集される。この収集されたデータは、初期データに代わって使用され、予測ユニット130は、完成したデバイスの電気特性の予測を更新する。収集したデータの量が増加するにつれて、予測値の正確性が高くなる。
このようにして、予測ユニット130は、制作サイクルを通じてデバイスの電気特性を予測することができる。
以下に詳述するように、予測した電気特性は、プロセス設定、欠陥の検出の制度の向上、スケジューリングにおける手助けに有用である。
このCatalystシステムは、SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International )・CIM(Computer Integrated Manufacturing)フレームワークのシステム技術を使用し、APC(Advanced Process Control)フレームワークに基づく。
CIM(SEMI E81-0699:CIMフレームワークのドメインアーキテクチャの暫定仕様)およびAPC(SEMI E93-0999:CIMフレームワークのプロセス制御コンポーネントの暫定仕様)の仕様は、SEMIから公に利用可能である。
測定学ツール50によって収集された測定学データは、測定された出力特性とその特性についてのターゲット値との間の差を減少すべく、プロセスツール30の操作レシピをダイナミックに更新するプロセスコントローラ100に渡されてもよい。
典型的なプロセスデータは、チャンバの圧力、チャンバの温度、アニール時間、注入するドーズ量、注入エネルギー、プラズマエネルギー、処理時間等を含む。
予測ユニット130はまた、製造プロセス中に使用される操作レシピの設定に関するプロセスコントローラ100からのデータを受信してもよい。
例えば、いくつかのプロセス・パラメータの値を直接測定できない場合がある。 プロセスコントローラ100は、プロセスツール30からの実際のプロセスデータの代わりにこれらのパラメータについて設定値を供給することができる。
他のプロセス制御データは、プロセスコントローラ100によって評価されかつ(または)制御される複数の状態条件(state conditions)の値を含んでいてもよい。
設計ベクトル124は、そのデバイスについて予め決定した最初の初期特性(すなわち、生産プロセスにおけるターゲット値)を表す。
設計ベクトル124に含まれる典型的なパラメータは、注入するドーズ量、NVTエネルギー、ゲート酸化膜の厚み、Nチャネルの軽くドープされたドレイン(NLDD)の注入するドーズ量、NLDDエネルギー44、チャネル長さ、スペーサ幅、ポリシリコンゲート配線幅等を調整するNチャネルスレッショルド電圧である。これらのパラメータは、トランジスタの実験的な構成を示し、今までのエンジニアリング知識に基づいて定められる。異なる実験的な構成を示すべく追加のまたは異なるパラメータを利用してもよい。
特性データが収集されるにつれて、製造ベクトル126中の設計値は測定データと置換される。
特定のモデリングツールは、製造される半導体デバイスの種類、予測されることが望まれている電気特性の種類により選択される。
典型的なソフトウェアツールは、カリフォルニア州マウンテンビューのSynopsis社によって提供されるTsuprem-4およびMediciである。予測ユニット130によって予測することができる典型的な電気特性は、駆動電流、リングオシレータの周波数、メモリセルの消去時間、接触抵抗、実効チャネル長等である。
予測された電気特性が所定の範囲外にある場合、ウェーハ200またはウェーハ200を製造するのに使用するプロセスツール30に関して問題がある可能性がある。欠陥モニタ115は、予測された電気特性に基づく自動修正アクションを開始してもよい。
典型的な修正アクションは、作業員にその問題を解消することを示唆すべく、警戒メッセージを送信すること、後続の処理を自動停止すること、正常でないものとしてそのウェーハをマーキングすること等を含む。
予測ユニット130は、プロセスコントローラ100の制御されたツール30の操作レシピを更新するために1つ以上のプロセスコントローラ100に予測された電気特性を送信することができる。
例えば、デバイスの予測された接触抵抗が高すぎる場合、プロセスコントローラ100は、後続のウェーハ200についての接触抵抗を低下させるべく、金属めっきパラメータを調整することができる。
プロセスコントローラ100はまた、後続のトランジスタデバイスの電気性能に影響を与えるべく、注入するドーズ量およびエネルギーのようなパラメータを調節することができる。
例えばMESサーバ70は、予測された電気特性が、高性能のデバイスまたはあるグレードのデバイスについての業務上の要望と一致する予測された電気特性を有するデバイスを示す場合、そのウェーハ200を含むロットのプライオリティを調整することができる。さらに、MESサーバ70は、スケジューリング決定を予測された電気特性に基づかせてもよい。
例えば、MESサーバ70は、より良い状態のツール(例えば清潔なツール、低い欠陥率、低いオーバーレイ・エラー等)を備えたツール30によって処理される、予測されたより高い電気特性を備えたロットをスケジューリングすることができる。
将来の予測についてのエラーの大きさを減らすようにそのモデルのパラメータを調節すべく、このエラー信号はモデリングエンジン122によって使用されてもよい。
ブロック300においては、半導体デバイスに関連する一連の初期の特性値を提供する。ブロック310においては、半導体デバイスに関する第1製造プロセスを実行する。ブロック320においては、第1製造プロセスに関連する製造データを収集する。ブロック330においては、初期の特性値の少なくとも1つを、第1の修正した一連の特性値を生成すべく、第1製造プロセスについて収集した製造データと置換する。ブロック340においては、この一連の修正した特性値に基づいて、半導体デバイスの少なくとも1つの電気特性についての第1値を予測する。
Claims (10)
- 半導体デバイスを製造する間に収集したこの半導体デバイスの特性を表すデータを格納するステップと、
前記半導体デバイスに関連する特性の初期設定値のベクトルを提供するステップと、
製造中の前記半導体デバイスの処理に合せて、前記ベクトルを、前記収集した特性を表すデータの少なくとも1つの部分集合で更新するステップと、
前記半導体デバイスの少なくとも1つの電気的特性を、前記更新したベクトルに基づいて製造中に複数回にわたり予測するステップとを含む、製造中に半導体デバイスの電気的特性を予測する方法。 - 前記予測した電気的特性に基づいて、前記半導体デバイスに関連する欠陥状態を識別するステップをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記予測した電気的特性に基づいて、後続の処理について半導体デバイスをスケジューリングするステップをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記予測した電気的特性に基づいて、後続の半導体デバイスを処理する少なくとも1つの操作レシピ・パラメータを決定するステップをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記半導体デバイスを製造する間に収集したこの半導体デバイスの特性を表すデータを格納するステップは、前記半導体デバイスの製造に関連するプロセス特性、計測特性、制御特性のうちの少なくとも1つを表すデータを格納するステップをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 半導体デバイスを製造する間に収集したこの半導体デバイスの特性を表すデータを格納するように構成されるデータ・ストアと、
前記半導体デバイスに関連する特性を表すデータの初期設定値のベクトルを提供し、製造中の前記半導体デバイスの処理に合せて、前記収集した特性を表すデータの少なくとも1つの部分集合で前記ベクトルを更新し、製造中に複数回にわたり前記更新したベクトルに基づいて前記半導体デバイスの少なくとも1つの電気的特性を予測するように構成される予測ユニットとを含む、製造中に半導体デバイスの電気的特性を予測するシステム。 - 前記予測ユニットと通信的に接続され、前記予測された電気的特性に基づいて前記半導体デバイスに関連する欠陥状態を識別するように構成される、欠陥モニタをさらに含む、請求項6記載のシステム。
- 前記予測ユニットに通信的に接続され、前記予測された電気的特性に基づいて後続の処理についての前記半導体デバイスをスケジューリングするように構成される、製造実行システムサーバをさらに含む、請求項6記載のシステム。
- 前記予測ユニットに通信的に接続され、前記予測された電気的特性に基づいて後続の半導体デバイスの処理についての少なくとも1つの操作レシピ・パラメータを決定するように構成される、プロセスコントローラをさらに含む、請求項6記載のシステム。
- 前記特性を表すデータは、さらに、プロセス特性、計測特性、および制御特性のうちの少なくとも1つを表すデータを含む、請求項6記載のシステム。
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