JP4987274B2 - 工程制御システム、工程制御方法及び電子装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置の製造工程に関し、特に製造工程を制御する工程制御システム、工程制御方法及び電子装置の製造方法に関する。

高性能の電子装置を実現するには、高精度で、均一性及び再現性を備えた製造工程が必要となる。半導体集積回路（ＩＣ）や液晶表示装置（ＬＣＤ）等の電子装置では、高機能性及び高速性を実現するため、微細化や多層化が進み、集積度も飛躍的に増加している。例えば、多層化された微細パターンで構成される大規模集積回路（ＬＳＩ）等の半導体装置では、微細化に伴い製造工程の制御が困難になってきている。そのため、工程間あるいは工程内でフィードフォワード（ＦＦ）制御、あるいはフィードバック（ＦＢ）制御するランツーラン（ＲＴＲ）制御により、工程能力を上げる試みがなされている（例えば、特許文献１〜３参照）。

例えば、半導体装置の製造において、工程能力が不足する工程に対してラン毎に変動するパラメータ、例えばエッチングレート等が工程終了後の品質管理（ＱＣ）測定で検出される。ＱＣ測定値を用いてＲＴＲ制御することにより、工程能力を向上させ、半導体チップの歩留まりを向上させている。

ラン毎に変動するパラメータのＱＣ測定値が、処理中のロット内の一部のウェハにおいてロットの傾向と異なる異常値となることがある。ロット内全てのウェハに対してＱＣ測定していないため、一部のウェハで生じる異常値を検出することができない。このような異常値を含むＱＣ測定値を用いる場合、ＦＢ制御等が有効に働かない。その結果、制御精度の向上が不十分となり、半導体装置の歩留まりを低下させてしまう。
特開平１０−２７５７５３号公報 特開平２０００−２５２１７９号公報 特開平２００２−１５１４６５号公報

本発明は、工程能力を向上させ、製造歩留まりの向上が可能な工程制御システム、工程制御方法及び電子装置の製造方法を提供する。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、（イ）製造装置の処理状態を表す装置情報をモニタするモニタユニットと、（ロ）製造工程を実施中にモニタユニットから装置情報のモニタ値を収集する装置情報収集ユニットと、（ハ）試験ウェハに対する試験製造工程における、装置情報の試験モニタ値と、製造装置を制御する処理パラメータ及び試験製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を作成する相関作成ユニットと、（ニ）複数の参照ウェハに対する参照製造工程において、装置情報の複数の参照モニタ値の分布における異常値を除いた複数の参照モニタ値のそれぞれに対して相関に基づいて算出された特徴量の複数の推定値の少なくとも一つと、対象ウェハに対する対象製造工程の処理対象構造の寸法とに基づいて、対象製造工程の処理パラメータの設定値を算出する工程管理ユニットと、（ホ）設定値を対象製造工程の処理ステップに記載した処理レシピに従って製造装置を制御する装置制御ユニットとを備える工程制御システムであることを要旨とする。

本発明の第２の態様は、（イ）試験ウェハに対して試験製造工程を実施して、製造装置の処理状態を表す装置情報の試験モニタ値と、製造装置を制御する処理パラメータ及び試験製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を作成し、（ロ）複数の参照ウェハに対して参照製造工程を実施して、複数の参照ウェハのそれぞれに対する装置情報の複数の参照モニタ値を取得し、（ハ）複数の参照モニタ値の分布における異常値を判定し、（ニ）異常値を除いた複数の参照モニタ値のそれぞれに対応する特徴量の複数の推定値を相関に基づいて算出し、（ホ）対象ウェハに対する対象製造工程の処理対象構造の寸法と、複数の推定値の少なくとも一つとに基づいて、対象製造工程の処理パラメータの設定値を算出し、（ヘ）設定値を対象製造工程の処理ステップに記載した処理レシピを作成することを含む工程制御方法であることを要旨とする。

本発明の第３の態様は、（イ）試験ウェハに対して試験製造工程を実施して、製造装置の処理状態を表す装置情報の試験モニタ値と、製造装置を制御する処理パラメータ及び試験製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を作成し、（ロ）複数の参照ウェハに対して参照製造工程を実施して、複数の参照ウェハのそれぞれに対する装置情報の複数の参照モニタ値を収集し、（ハ）複数の参照モニタ値の分布における異常値を判定し、（ニ）異常値を除いた複数の参照モニタ値のそれぞれに対応する特徴量の複数の推定値を相関に基づいて算出し、（ホ）対象ウェハに対する対象製造工程の処理対象構造の寸法と、複数の推定値の少なくとも一つとに基づいて、対象製造工程の処理パラメータの設定値を算出し、（ヘ）設定値を対象製造工程の処理ステップに記載した処理レシピを作成し、（ト）処理レシピに従って、製造装置により対象ウェハを加工することを含む電子装置の製造方法であることを要旨とする。

本発明によれば、工程能力を向上させ、製造歩留まりの向上が可能な工程制御システム、工程制御方法及び電子装置の製造方法を提供することが可能となる。

以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る工程制御システムは、図１に示すように、装置情報収集ユニット１０、相関作成ユニット１１、工程管理ユニット１２、生産管理システム１４、製造装置１６、モニタユニット１８、装置制御ユニット２０、品質管理装置２２、装置情報データベース２４、品質管理データベース２６、及び制御情報データベース２８等を備える。また、工程管理ユニット１２、は、入力部３０、判定部３２、特徴量算出部３４、目標値算出部３６、パラメータ算出部３８、出力部４０、及び内部メモリ４２等を備えている。

装置情報収集ユニット１０、相関作成ユニット１１、工程管理ユニット１２、生産管理システム１４、装置制御ユニット２０、品質管理装置２２、装置情報データベース２４、品質管理データベース２６、及び制御情報データベース２８等は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等の通信回線５０を介して接続される。製造装置１６には、モニタユニット１８及び装置制御ユニット２０が接続されている。モニタユニット１８は、装置情報収集ユニット１０に接続されている。

装置情報収集ユニット１０、相関作成ユニット１１、工程管理ユニット１２、生産管理システム１４、装置制御ユニット２０は、通常のコンピュータシステムの中央処理装置（ＣＰＵ）の一部として構成すればよい。入力部３０、判定部３２、特徴量算出部３４、目標値算出部３６、パラメータ算出部３８、及び出力部４０は、それぞれ専用のハードウェアで構成しても良く、通常のコンピュータシステムのＣＰＵを用いて、ソフトウェアで実質的に等価な機能を有していても構わない。
例えば、製造装置１６を用いて半導体装置の製造工程が、装置制御ユニット２０により制御されて実施される。装置制御ユニット２０は、生産管理システム１４から製造装置の処理パラメータの設定値等の製造工程の処理条件が記載された処理レシピを取得する。製造装置１６には、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置、化学気相成長（ＣＶＤ）装置、蒸着装置、イオン注入装置、フォトリソグラフィシステム等が含まれる。処理パラメータとして、例えば、時間、温度、流量、圧力等が含まれる。

また、製造装置１６に設置されたモニタユニット１８は、製造工程実施中の製造装置１６の処理状態を表す装置情報をモニタする。モニタユニット１８には、位置検出器、電力計、温度計、流量計、圧力計等が含まれる。装置情報として、例えばＲＩＥ装置の場合、高周波発振器整合回路の可変コンデンサの上部電極位置（以下、コンデンサ電極位置と称す。）、進行波電力、反射波電力、チャンバ温度、排気バルブの開度、ガス流量、圧力等が含まれる。

装置情報収集ユニット１０は、装置制御ユニット２０の制御により処理レシピに従って製造装置１６が製造工程の処理を開始した後、処理レシピに記載の収集条件に従って製造装置１６の装置情報のモニタ値をモニタユニット１８から収集する。装置情報は、製造装置１６で処理された半導体装置のロット番号及びウェハ番号が付加されて装置情報データベース２４に格納される。なお、装置情報は、製造装置１６で処理されるロットの全てのウェハについて取得される。

品質管理装置２２は、製造装置１６等で実施された複数の製造工程のそれぞれでの終了後の仕上り形状等の品質管理測定値を測定する。品質管理装置２２には、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、レーザ顕微鏡、段差計、膜厚計等が含まれる。品質管理測定値には、例えば、フォトリソグラフィ等により形成されたレジストパターンの幅、ＲＩＥ等によりエッチングされたパターンの幅及び深さ、ＣＶＤ等により堆積された膜の厚さ等の仕上り寸法が含まれる。また、レジストパターンやレジストパターンをマスクとして形成されたラインパターンの側壁角度、ライン端粗さ（ＬＥＲ）、裾引き形状等の加工形状も、品質管理測定値に含まれる。品質管理装置２２で測定された品質管理測定値等を含む品質管理データは、ロット番号、ウェハ番号、処理時間及び他の処理パラメータの設定値と共に、品質管理データベース２６に格納される。なお、品質管理測定は、全ウェハでは実施されず、ロットの中の代表的なウェハに対して実施される。

相関作成ユニット１１は、予め装置情報と製造工程の特徴量との相関を調査する。例えば、試験ウェハに対する試験製造工程における処理時間及び品質管理測定値から特徴量を算出する。算出した特徴量と、試験製造工程でモニタされた装置情報との相関式が作成される。特徴量として、例えば、ＲＩＥ等におけるスリミング速度やエッチング速度、ＣＶＤ等における堆積速度等が算出される。相関は、制御情報データベース２８に格納される。

工程管理ユニット１２の入力部３０は、予め製造装置１６で参照製造工程が実施された参照ロットの複数の参照ウェハのロット番号及びウェハ番号を指標にして、装置情報のモニタ値、品質管理測定値、及び処理時間等を、装置情報データベース２４及び品質管理データベース２６から取得する。また、対象ロットの対象ウェハにおいて、対象製造工程の前に実施された製造工程の仕上りのうち、対象製造工程の処理対象構造の仕上り形状に関する品質管理測定値を、品質管理データベース２６から取得する。

判定部３２は、複数の参照ウェハの装置情報のモニタ値の分布に出現する異常値に基いて、参照ウェハの中から、異常ウェハを判定する。なお、装置情報のモニタ値がモニタ値の分布の範囲内に出現する正常ウェハでは、参照製造工程の仕様で規定される許容範囲内の仕上がり形状が得られる。

特徴量算出部３４は、装置情報と特徴量の相関に基づいて、異常ウェハを除いた複数の参照ウェハに対する装置情報のモニタ値に対応する特徴量の複数の推定値を算出する。

目標値算出部３６は、対象製造工程の仕上り形状の仕様に基いて、対象ウェハの処理対象構造の品質管理測定値から処理の目標値を算出する。

パラメータ算出部３８は、特徴量の複数の推定値の少なくとも一つと、対象ウェハに対する対象製造工程の処理対象構造の寸法に基づいて、対象製造工程の処理パラメータの設定値を算出する。例えば、参照ロットの正常ウェハの特徴量の複数の推定値の平均値が計算される。品質管理装置２２で測定された対象ウェハの処理対象構造の形状と、推定値の平均値とを用いて、対象製造工程の処理パラメータが算出される。なお、参照ロットとして、対象ロットの直前に実施された一つ以上のロットが用いられる。

出力部４０は、算出された処理パラメータの設定値を生産管理システム１４に送信する。

内部メモリ４２は、工程管理ユニット１２における演算において、計算途中や解析途中のデータを一時的に保存する。

生産管理システム１４は、制御情報データベース２８に予め格納されている対象製造工程の工程仕様を取得し、対象製造工程の処理ステップに処理パラメータの設定値を記載して処理レシピを作成する。また、処理レシピには、工程仕様に基いて、モニタする装置情報の項目やサンプリングレート等の装置情報の収集条件、及び製造工程の特徴量の計算手順等が記載される。処理レシピは、装置情報収集ユニット１０及び装置制御ユニット２０に送信される。

装置制御ユニット２０は、受信した処理レシピに従って、対象ウェハに対して製造装置１６で実施される対象製造工程を制御する。

本発明の第１の実施の形態に係る工程制御システムによれば、全参照ウェハに対して取得される装置情報のモニタ値を用いて異常ウェハが判定される。製造工程の処理パラメータは、異常ウェハを除いた正常ウェハの特徴量の推定値に基づいて算出される。その結果、製造工程の処理を精度よく制御することができ、工程能力及び製造歩留まりの向上が可能となる。

本発明の第１の実施の形態では、９０ｎｍデザインルールの半導体装置、例えばロジック製品が製造される。説明を簡単にするため、制御対象の製造工程として、金属・酸化膜・半導体（ＭＯＳ）トランジスタのゲート電極形成用エッチングマスクのレジストパターンの幅を縮小させるスリミングＲＩＥ工程を一例として、図２の工程フローチャート、及び図３〜図５の工程断面図を用いて説明する。ＭＯＳトランジスタのゲート加工寸法としてのゲート長は４０ｎｍである。

（イ）基板（ウェハ）６０の表面に熱酸化等により、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等の酸化膜６１が形成される。ステップＳ１６０の多結晶シリコン（ポリＳｉ）化学気相成長（ＣＶＤ）工程により、酸化膜６１上にポリＳｉ膜６２が堆積される。ステップＳ１６１の反射防止膜（ＡＲＣ）ＣＶＤ工程により、ポリＳｉ膜６２上に酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化チタン（ＴｉＮ）等のＡＲＣ６３が堆積される。なお、ＡＲＣＣＶＤ工程に代えて、ＡＲＣ塗布工程により、ポリＳｉ膜６２上にＡＲＣ６３を塗布してもよい。

（ロ）図３に示すように、ステップＳ１６２のフォトリソグラフィ工程により、ＡＲＣ６３の表面にレジストパターン６４が形成される。ステップＳ１６３の品質管理工程で、レジストパターン６４のレジスト幅ＷｒがＳＥＭ等の品質管理装置２２で測定される。

（ハ）ステップＳ１６４のスリミングＲＩＥ工程で、四フッ化炭素（ＣＦ_４）、酸素（Ｏ_２）及び臭化水素（ＨＢｒ）の混合ガスを用いるＲＩＥ等により、ＲＩＥ装置（製造装置１６）を用いてレジストパターン６４及びＡＲＣ６３のエッチング（スリミングＲＩＥ）を実施する。図４に示すように、レジストパターン６４ａ及びＡＲＣパターン６３ａを有するマスクパターン６５が形成される。ステップＳ１６５の品質管理工程で、マスクパターン６５のマスク幅ＷｓがＳＥＭ等の品質管理装置２２で測定される。

（ニ）ステップＳ１６６のゲートＲＩＥ工程で、図５に示すように、マスクパターン６５をマスクとしてＲＩＥ等により、ポリＳｉ膜６２及び酸化膜６１が選択的に除去され、ゲート電極６２ａ及びゲート酸化膜６１ａが形成される。ステップＳ１６７の品質管理工程で、ゲート電極６２ａの仕上り幅ＷｐがＳＥＭ等の品質管理装置２２で測定される。

現行のスリミングＲＩＥ工程では、所望のマスク幅Ｗｓを高精度に制御するため、例えば、複数のウェハに対して実施されたスリミングＲＩＥ工程の品質管理測定の結果からスリミング速度を算出する。対象ウェハで測定されたレジスト幅Ｗｒ及び求めたスリミング速度に基づいて、スリミング時間が算出される。しかし、ＲＩＥ装置で処理された複数のウェハの中の一部が、スリミング速度が許容範囲を超えて異常値を示す異常ウェハとなる場合がある。品質管理測定が異常ウェハを含む場合、算出されるスリミング速度が不正確となり、マスク幅Ｗｓの制御が困難となる。その結果、ゲート電極６２ａの仕上り幅Ｗｐが制御範囲からずれ、工程歩留まりが低下する。

本発明の第１の実施の形態に係る工程制御方法を上述のスリミングＲＩＥ工程に適用する場合について、図６に示す装置情報と特徴量の相関、及び図７に示すフローチャートを用いて説明する。

（イ）ステップＳ１００で、図１に示した相関作成ユニット１１により、試験ウェハに実施されたスリミングＲＩＥ工程における、レジスト幅Ｗｒ及びマスク幅Ｗｓ等の品質管理測定値及び処理パラメータの処理時間が、品質管理データベース２６から取得される。品質管理測定値及び処理パラメータから、特徴量のスリミング速度が算出される。例えば、図６に示すように、装置情報のコンデンサ電極位置に対するスリミング速度が、一次式で近似される。装置情報に対する特徴量の相関式は、制御情報データベース２８に格納される。

（ロ）ステップＳ１０１で、入力部３０により、複数の参照ウェハのスリミングＲＩＥの処理ステップ中にモニタされた装置情報のモニタ値が、装置情報データベース２４から取得される。また、装置情報と特徴量の相関が、制御情報データベース２８から取得される。

（ハ）ステップＳ１０２で、判定部３２により、参照ウェハの装置情報のモニタ値の分布に出現する異常値に基いて、異常ウェハが判定される。

（ニ）ステップＳ１０３で、特徴量算出部３４により、装置情報と特徴量の相関に基いて、異常値を除いた装置情報のモニタ値に対応する特徴量のスリミング速度の推定値が算出される。なお、品質管理測定が実施された参照ウェハについては、品質管理データベース２６から取得される品質管理測定値及び処理パラメータより算出されるスリミング速度の値を推定値に代えて用いてもよい。

（ホ）ステップＳ１０４で、品質管理装置２２により、対象ウェハに実施されたフォトリソグラフィ工程のレジストパターン６４（処理対象構造）の仕上り形状のレジスト幅Ｗｒが測定され、品質管理測定値として品質管理データベース２６に格納される。工程管理ユニット１２の入力部３０により、品質管理データベース２６及び制御情報データベース２８から、レジスト幅Ｗｒ及びマスクパターン６５の設計仕様がそれぞれ取得される。目標値算出部３６により、レジスト幅Ｗｒ及びマスクパターン６５の設計仕様を参照してスリミングＲＩＥ工程のスリミング目標値が算出される。

（ヘ）ステップＳ１０５で、パラメータ算出部３８により、スリミング速度の推定値の平均値を用いて、スリミング目標値から処理パラメータのスリミング時間が算出される。算出されたスリミング時間は、出力部４０を介して生産管理システム１４に送信される。

（ト）生産管理システム１４により、取得したスリミング時間をスリミングＲＩＥ工程の処理時間の設定値として記載して処理レシピが作成される。処理レシピは、装置情報収集ユニット１０及び装置制御ユニット２０に送信される。生産管理システム１４から装置制御ユニット２０に送信された処理レシピに従って製造装置１６でスリミングＲＩＥの処理が開始される。

本発明の第１の実施の形態に係る工程制御方法によれば、スリミング速度の推定値が、全参照ウェハに対して取得される装置情報のモニタ値を用いている。したがって、参照ウェハの中で異常な推定値を示す異常ウェハを判定することができる。スリミングＲＩＥ工程の処理時間は、異常ウェハを除いた正常ウェハのスリミング速度の推定値に基づいて算出される。その結果、ゲート電極６２ａの仕上り寸法の制御精度が向上し、規格外のロジック製品を減少させることができる。したがって、スリミングＲＩＥ工程の処理を精度よく制御することができ、工程能力及び製造歩留まりの向上が可能となる。

なお、上記説明では、製造工程がロット処理で行われる場合について説明している。しかし、製造工程は枚葉処理でもよい。枚葉処理の場合は、対象製造工程の直前に処理された正常ウェハのスリミング速度の推定値を用いればよい。また、対象製造工程の直前に処理された複数の正常ウェハのスリミング速度の推定値の平均値を用いてもよい。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る工程制御システムは、図８に示すように、装置情報収集ユニット１０、相関作成ユニット１１、工程管理ユニット１２ａ、生産管理システム１４、製造装置１６、モニタユニット１８、装置制御ユニット２０、品質管理装置２２、装置情報データベース２４、品質管理データベース２６、及び制御情報データベース２８等を備える。また、工程管理ユニット１２ａ、は、入力部３０、判定部３２、分類部３３、特徴量算出部３４、目標値算出部３６、パラメータ算出部３８、出力部４０、及び内部メモリ４２等を備えている。

本発明の第２の実施の形態に係る工程制御システムは、工程管理ユニット１２ａに分類部３３を備えている点が第１の実施の形態と異なる。他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。

例えば、ＲＩＥ装置において、対象製造工程とは異なる処理レシピで処理される製造工程等では、処理室の壁面に異なる吸着物や付着物等が形成される。異なる処理レシピの製造工程の直後に実施される製造工程においては、処理室の壁面の吸着物や付着物からの脱ガス等により、処理中に処理室の雰囲気が変化する。その結果、装置情報のモニタ値が正常な値からずれ、異常値となる。また、特徴量であるエッチング速度や、製造工程の仕上り形状が変動する。

上記したような特定の条件下で実施される製造工程では、装置情報の異常値は、正常なモニタ値の分布位置からずれた一定の分布位置に再現性よく出現する。また、エッチング速度や仕上り形状等の変動量も、再現される。

例えば、図９に示すように、正常ウェハにおいては、装置情報のモニタ値は、領域Ａに分布する。正常ウェハの特徴量の推定値は、領域Ａに対応する範囲で、装置情報と特徴量の相関を近似する直線を含む領域に分布する。また、特定の条件下で実施される製造工程で得られた装置情報の異常値は、領域Ｂに再現性よく分布する。品質管理測定値に基いて算出された特徴量の推定値も、装置情報の領域Ｂに対応して一定の範囲に分布する。

工程管理ユニット１２ａの分類部３３は、判定部３２により判定された装置情報の異常値の中で出現する分布領域が再現する異常値に対して、分布領域に対応する異常モードに分類する。例えば、装置情報の異常値が領域Ｂに出現する異常ウェハが、領域Ｂに対応する異常モードに分類され、制御情報データベース２８に格納される。なお、領域Ｂだけでなく、複数の領域に装置情報の異常値が再現性よく出現する場合、それぞれの異常値は、複数の領域に対応して複数の異常モードに分類される。

相関作成ユニット１１は、領域Ｂに対応する異常モードについて、装置情報と特徴量との相関を調査する。図９に示したように、異常モードに対する装置情報と特徴量の新たな相関の近似式が作成される。異常モードの相関は、制御情報データベース２８に格納される。

本発明の第２の実施の形態では、生産管理システム１４は、対象製造工程の処理ステップを第１のステップ及び第２のステップに分割して処理レシピを作成する。第１及び第２のステップには、工程管理ユニット１２ａのパラメータ算出部３８で正常ウェハを用いて算出された処理時間の値を２分割した第１及び第２の設定値が記載される。処理パラメータは、装置制御ユニット２０及び装置情報収集ユニット１０に送信される。

製造装置１６で製造工程の第１のステップの処理中に、装置情報収集ユニット１０より収集される装置情報のモニタ値が工程管理ユニット１２ａにリアルタイムで送信される。装置情報のモニタ値が、判定部３２で正常と判定された場合、処理レシピに従って、処理レシピの第１及び第２のステップの処理が実施される。

装置情報のモニタ値が異常値と判定された場合は、分類部３３は装置情報の異常値を分類し、異常モードに対応するか判定する。異常モードと判定された場合、特徴量算出部３４は、制御情報データベース２８から異常モードの相関を読み出し、特徴量の推定値を算出する。パラメータ算出部３８は、異常モードに対応する特徴量の推定値に基いて、処理パラメータの新たな設定値を算出する。装置制御ユニット２０は、出力部４０から受信した新たな設定値に基いて、処理レシピの第２ステップの処理パラメータを変更する。

本発明の第２の実施の形態に係る工程制御システムによれば、装置情報のモニタ値が異常値と判定された場合、異常値に基いて分類される。異常モードに分類された異常ウェハにおいて、製造工程の第２のステップの処理が、異常モードの相関に基いて算出された特徴量の推定値を用いて制御される。したがって、製造工程の処理を精度よく制御することができ、工程能力及び製造歩留まりの向上が可能となる。

本発明の第２の実施の形態に係る工程制御方法を、図２〜図５に示したスリミングＲＩＥ工程に適用する場合について、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。

（イ）ステップＳ２００で、図８に示した相関作成ユニット１１により、試験ウェハに実施されたスリミングＲＩＥ工程における、レジスト幅Ｗｒ及びマスク幅Ｗｓ等の品質管理測定値と、処理パラメータの処理時間とから、特徴量のスリミング速度が算出される。装置情報に対する特徴量の相関は、制御情報データベース２８に送信される。

（ロ）ステップＳ２０１で、入力部３０により、参照ウェハのスリミングＲＩＥの処理ステップ中にモニタされた装置情報のモニタ値が、装置情報データベース２４から取得される。また、装置情報と特徴量の相関が、制御情報データベース２８から取得される。

（ハ）ステップＳ２０２で、判定部３２により、参照ウェハの中で装置情報のモニタ値が異常値となる異常ウェハが判定される。

（ニ）異常ウェハと判定された場合、ステップＳ２０３で、分類部３３により、異常値の中で出現する分布領域が再現する異常値の異常ウェハが異常モードに分類される。

（ホ）ステップＳ２０４で、相関作成ユニット１１により、相関の再現性があると分類された異常モードの異常ウェハに対して、特徴量の計算値と、装置情報のモニタ値を用いて、装置情報と特徴量の相関が作成される。

（ヘ）異常ウェハを除いた正常ウェハにおいて、ステップＳ２０５で、特徴量算出部３４により、装置情報と特徴量の相関に基いて装置情報のモニタ値に対応する特徴量のスリミング速度の推定値が算出される。工程管理ユニット１２ａの入力部３０により、品質管理データベース２６及び制御情報データベース２８から、レジストパターン６４（処理対象構造）のレジスト幅Ｗｒ及びマスクパターン６５の設計仕様がそれぞれ取得される。目標値算出部３６により、レジスト幅Ｗｒ及びマスクパターン６５の設計仕様を参照してスリミングＲＩＥ工程のスリミング目標値が算出される。

（ト）ステップＳ２０６で、パラメータ算出部３８により、正常ウェハのスリミング速度の推定値の平均値を用いて、スリミング目標値から処理パラメータのスリミング時間が算出される。算出されたスリミング時間は、出力部４０を介して生産管理システム１４に送信される。

（チ）ステップＳ２０７で、生産管理システム１４により、対象製造工程の処理ステップを第１のステップ及び第２のステップに分割して処理レシピが作成される。第１及び第２のステップには、受信したスリミング時間の値を２分割した第１及び第２の設定値が記載される。処理レシピは、装置情報収集ユニット１０及び装置制御ユニット２０に送信される。

（リ）ステップＳ２０８で、装置制御ユニット２０の制御により、処理レシピに従って製造装置１６において、第１の設定値でスリミングＲＩＥの第１のステップが開始される。

（ヌ）ステップＳ２０９で、第１のステップが開始されると同時に、装置情報収集ユニット１０により、モニタユニット１８でモニタされた装置情報が収集される。装置情報のモニタ値は、リアルタイムで工程管理ユニット１２ａに送信される。

（ル）ステップＳ２１０で、判定部３２により、装置情報のモニタ値が異常値であるか判定される。モニタ値が正常値であれば、ステップＳ２１１で、第１のステップに引き続き、第２の設定値で第２のステップが処理される。

（ヲ）装置情報のモニタ値が異常値であれば、ステップＳ２１２で、分類部３３により、異常値が分類され、再現性のある異常モードであるか判定される。再現性のある異常モードでない場合は、ステップＳ２１３で、アラームを発報してＲＩＥ装置を停止する。その後、異常原因を解析して以後の対応が判定される。。

（ワ）再現性のある異常モードであれば、ステップＳ２１４で、特徴量算出部３４により、異常モードの装置情報及び特徴量の相関に基いて、特徴量の推定値が算出される。パラメータ算出部３８により、異常モードに対応する特徴量の推定値に基いて、処理パラメータの新たな設定値が算出される。処理パラメータの新たな設定値は装置制御ユニット２０に送信される。

（カ）ステップＳ２１５で、装置制御ユニット２０により、処理パラメータの新たな設定値に基いて処理レシピの第２のステップの第２の設定値が変更される。

本発明の第２の実施の形態に係る工程制御方法によれば、異常値が検出されたウェハにおいて、スリミングＲＩＥ工程の第２のステップの処理が、第１のステップの処理中に、異常値に基いて算出されたスリミング速度に基づいて制御される。その結果、ゲート電極６２ａの仕上り寸法の制御精度が向上し、規格外のロジック製品を減少させることができる。このように、スリミングＲＩＥ工程の処理を精度よく制御することができ、工程能力及び製造歩留まりの向上が可能となる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の第１及び第２の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

本発明の第１及び第２の実施の形態においては、制御対象工程として、スリミング処理等のＲＩＥ工程を用いている。しかし、制御対象工程として、例えば、ＣＶＤ工程等であってもよい。

また、制御パラメータとして、処理時間を用いて説明している。しかし、制御パラメータとして、流量、圧力、温度等を用いてもよい。例えば、制御パラメータとして、流量を用いる場合、予め流量と特徴量の関係を調査する。処理レシピの処理時間を固定して、参照製造工程において算出された特徴量の推定値から対象製造工程で要求される特徴量に対応する流量を算出すればよい。

また、装置情報と特徴量の相関として、単項式を用いて近似している。しかし、特徴量が、複数の装置情報に依存する場合がある。このような場合、複数の装置情報に対する特徴量の相関は、多項式で近似される。

本発明の第１及び第２の実施の形態では、半導体装置の製造方法について例示したが、本発明は、液晶装置、磁気記録媒体、光記録媒体、薄膜磁気ヘッド、超伝導素子等の電子装置の製造方法に適用できることは、上記説明から容易に理解できるであろう。

このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に工程制御システムの構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の説明に用いる半導体装置の工程フローの一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の説明に用いる半導体装置の製造工程の一例を示す断面図（その１）である。 本発明の第１の実施の形態の説明に用いる半導体装置の製造工程の一例を示す断面図（その２）である。 本発明の第１の実施の形態の説明に用いる半導体装置の製造工程の一例を示す断面図（その３）である。 本発明の第１の実施の形態に係る工程制御方法に用いる装置パラメータと特徴量との相関の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る工程制御方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に工程制御システムの構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る工程制御方法に用いる装置パラメータと特徴量との相関の一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る工程制御方法の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…装置情報収集ユニット
１１…相関作成ユニット
１２、１２ａ…工程管理ユニット
１４…生産管理システム
１６…製造装置
１８…モニタユニット
２０…装置制御ユニット
２２…品質管理装置
２４…装置情報データベース
２６…品質管理データベース
２８…制御情報データベース
３２…判定部
３３…分類部
３４…特徴量算出部
３６…目標値算出部
３８…パラメータ算出部

Claims (3)

1. 製造装置の処理状態を表す装置情報をモニタするモニタユニットと、
   製造工程を実施中に前記モニタユニットから前記装置情報のモニタ値を収集する装置情報収集ユニットと、
   ウェハに対する製造工程における、前記装置情報収集ユニットから得られた前記装置情報のモニタ値と、前記製造装置を制御する処理パラメータ及び前記ウェハに対する製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を作成する相関作成ユニットと、
   複数の参照ウェハに対する参照製造工程において、前記装置情報の複数の参照モニタ値の分布における異常値を除いた前記複数の参照モニタ値のそれぞれに対して、試験ウェハに対する試験製造工程における前記装置情報の試験モニタ値から、前記相関作成ユニットにより作成された前記相関としての第１相関に基づいて前記特徴量の複数の第１推定値を算出し、前記複数の第１推定値の少なくとも一つと、対象ウェハに対する対象製造工程の処理対象構造の寸法とに基づいて、前記対象製造工程の前記処理パラメータの設定値を算出し、且つ、前記異常値の中で出現分布領域が再現する異常値を異常モードに分類し、前記対象ウェハを処理しながら前記装置情報収集ユニットにより収集された前記装置情報の新たなモニタ値が異常と判定され、前記異常モードに分類された場合、前記異常モードに分類された異常ウェハの異常値と、前記異常ウェハの仕上り形状に基いて算出される特徴量とから、前記相関作成ユニットにより前記相関として作成された第２相関に基づいて前記新たなモニタ値に対応する前記特徴量の第２推定値を算出し、前記処理対象構造の寸法及び前記第２推定値に基いて前記処理パラメータの新たな設定値を算出する工程管理ユニットと、
   前記設定値又は前記新たな設定値を前記対象製造工程の処理ステップに記載した処理レシピに従って前記製造装置を制御する装置制御ユニット
   とを備えることを特徴とする工程制御システム。
2. 装置情報収集ユニット、相関作成ユニット、工程管理ユニット、装置制御ユニット、生産管理ユニットを備える工程制御システムによる工程制御方法であって、
   試験ウェハに対して試験製造工程を実施して、製造装置の処理状態を表す装置情報の試験モニタ値と、前記製造装置を制御する処理パラメータ及び前記試験製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を、前記相関作成ユニットにより作成し、
   複数の参照ウェハに対して参照製造工程を実施して、前記複数の参照ウェハのそれぞれに対する前記装置情報の複数の参照モニタ値を、前記相装置情報収集ユニットにより取得し、
   前記複数の参照モニタ値の分布における異常値を、前記工程管理ユニットにより判定し、
   前記異常値を除いた前記複数の参照モニタ値のそれぞれに対応する前記特徴量の複数の推定値を、前記工程管理ユニットにより前記相関に基づいて算出し、
   対象ウェハに対する対象製造工程の処理対象構造の寸法と、前記複数の推定値の少なくとも一つとに基づいて、前記対象製造工程の前記処理パラメータの設定値を、前記工程管理ユニットにより算出し、
   前記設定値を前記対象製造工程の処理ステップに記載した処理レシピを、前記生産管理システムにより作成し、
   前記異常値の中で出現分布領域が再現する前記異常値を、前記工程管理ユニットにより異常モードに分類し、
   前記異常モードに分類された異常ウェハの異常値と、前記異常ウェハの仕上り形状に基いて算出される特徴量との新たな相関を、前記相関作成ユニットにより作成し、
   前記処理ステップの第１ステップにおいて前記処理レシピに従って前記対象ウェハを処理しながら収集された前記装置情報の新たなモニタ値が異常と判定され、前記異常モードに分類された場合、前記新たなモニタ値に対応する前記特徴量の新たな推定値を、前記工程管理ユニットにより前記新たな相関に基いて算出し、
   前記処理対象構造の寸法及び前記新たな推定値に基いて前記処理パラメータの新たな設定値を、前記工程管理ユニットにより算出し、
   前記新たな設定値に基いて、前記処理ステップの第２ステップにおける前記処理レシピの前記設定値を、前記装置制御ユニットにより変更する
   ことを含むことを特徴とする工程制御方法。
3. 装置情報収集ユニット、相関作成ユニット、工程管理ユニット、装置制御ユニット、生産管理ユニットを備える工程制御システムにより工程制御される電子装置の製造方法であって、
   試験ウェハに対して試験製造工程を実施して、製造装置の処理状態を表す装置情報の試験モニタ値と、前記製造装置を制御する処理パラメータ及び前記試験製造工程の仕上り形状から得られる特徴量との相関を、前記相関作成ユニットにより作成し、
   複数の参照ウェハに対して参照製造工程を実施して、前記複数の参照ウェハのそれぞれに対する前記装置情報の複数の参照モニタ値を、前記装置情報収集ユニットにより収集し、
   前記複数の参照モニタ値の分布における異常値を、前記工程管理ユニットにより判定し、
   前記異常値を除いた前記複数の参照モニタ値のそれぞれに対応する前記特徴量の複数の推定値を、前記工程管理ユニットにより前記相関に基づいて算出し、
   対象ウェハに対する対象製造工程の処理対象構造の寸法と、前記複数の推定値の少なくとも一つとに基づいて、前記対象製造工程の前記処理パラメータの設定値を、前記工程管理ユニットにより算出し、
   前記設定値を前記対象製造工程の処理ステップに記載した処理レシピを、前記生産管理システムにより作成し、
   前記処理レシピに従って、前記処理ステップの第１ステップにおいて前記製造装置により前記対象ウェハを加工し、
   前記異常値の中で出現分布領域が再現する前記異常値を、前記工程管理ユニットにより異常モードに分類し、
   前記異常モードに分類された異常ウェハの異常値と、前記異常ウェハの仕上り形状に基いて算出される特徴量との新たな相関を、前記相関作成ユニットにより作成し、
   前記第１ステップにおいて前記処理レシピに従って前記対象ウェハを処理しながら収集された前記装置情報の新たなモニタ値が異常と判定され、前記異常モードに分類された場合、前記新たなモニタ値に対応する前記特徴量の新たな推定値を、前記工程管理ユニットにより前記新たな相関に基いて算出し、
   前記処理対象構造の寸法及び前記新たな推定値に基いて前記処理パラメータの新たな設定値を、前記工程管理ユニットにより算出し、
   前記新たな設定値に基いて、前記処理ステップの第２ステップにおける前記処理レシピの前記設定値を、前記装置制御ユニットにより変更する
   ことを含むことを特徴とする電子装置の製造方法。

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