KR100727048B1 - 공정 제어 시스템 - Google Patents

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KR100727048B1
KR100727048B1 KR1020027008702A KR20027008702A KR100727048B1 KR 100727048 B1 KR100727048 B1 KR 100727048B1 KR 1020027008702 A KR1020027008702 A KR 1020027008702A KR 20027008702 A KR20027008702 A KR 20027008702A KR 100727048 B1 KR100727048 B1 KR 100727048B1
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밀러마이클엘.
손더맨토마스제이.
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어드밴스드 마이크로 디바이시즈, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법을 개시한다. 초기 장비 상태 데이터가 획득된다. 적어도 1개의 반도체 디바이스가 초기 장비 상태 데이터를 이용하여 처리된다. 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리는 반도체 디바이스의 공정으로부터의 데이터 및 초기 장비 상태 데이터를 이용하여 수행된다. 반도체 디바이스의 공정에 이용되는 적어도 1개의 제어 입력 파라미터가 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리의 수행에 응답하여 변경되어야 하는 지를 결정한다. 제어 입력 파라미터는 적어도 1개의 제어 입력 파라미터가 변경되어야 한다는 결정에 응답하여 변경된다.
반도체 제조 공정, 장비 상태 데이터, 웨이퍼 상태 데이터, 런 투 런 제어

Description

공정 제어 시스템{PROCESS CONTROL SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 반도체 물(product)의 제조에 관한 것으로서, 특히 제조 공정 동작을 런 투 런(run-to-run)으로 제어할 때 장비 상태 데이터 및 결함 검출을 이용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
제조 산업 기술이 폭발적으로 증가함에 따라, 많은 새롭고 혁신적인 제조 공정들이 대두되었다. 오늘날의 제조 공정들, 특히 반도체 제조 공정들은 많은 수의 중요한 단계들을 필요로 한다. 이러한 공정 단계들은 대개 상당히 중요하며, 이에 따라 적절한 제조 제어를 유지하기 위해서는 미세하게 조정되는 많은 입력들을 필요로 한다.
반도체 디바이스들의 제조는 미가공된 반도체 재료로부터 패키지된 반도체 디바이스를 생성하기 위하여 많은 개별적인 공정 단계들을 필요로 한다. 반도체 재료의 초기 성장, 반도체 결정에 대한 개별적인 웨이퍼들로의 분할, 제조 스테이지들(식각, 도핑, 이온 주입 등)로부터 패키징 및 완성된 디바이스의 최종 테스트에 이르는 다양한 공정들은 서로 다르고 전문화되어, 서로 다른 제어 방식을 갖는 서로 다른 제조 위치들에서 수행된다.
반도체 디바이스 제조에 있어서 중요한 양상들로는 RTA 제어, 화학 기계적인(CMT) 제어, 및 오버레이 제어가 있다. 오버레이는 반도체 제조의 포토리소그래피 분야에서 몇 개의 중요한 단계들중 하나이다. 오버레이 제어는 반도체 디바이스의 표면 상에 있는 두 개의 연속적인 패턴화된 층들 간의 오정렬의 측정을 포함한다. 일반적으로, 오정렬 에러들의 최소화는 반도체 디바이스들의 다수의 층들이 연결되고 기능적이되도록 보장하는 데에 중요하다. 반도체 디바이스들에 대하여 점점 더 적은 임계 치수들을 요구함에 따라, 오정렬 에러들을 감소켜야하는 필요성이 크게 증가하였다.
일반적으로, 포토리소그래피 엔지니어들은 한달에 몇번씩 오버레이 에러들을 분석한다. 오버레이 에러들의 분석 결과들은 노광 툴 설정들을 수동으로 갱신하는 데에 이용된다. 현재의 방법들에 관련된 일부 문제들은 노광 툴 설정들이 단지 한달에 몇번만 갱신된다는 사실이다. 또한, 현재 노광 툴의 갱신은 수동으로 이루어진다.
노광 툴 설정들의 자동 조정이 웨이퍼 로트별(lot-by-lot) 또는 배치별(batch-by-batch) 방식으로 이루어지는 어떠한 경우들에 있어서, 특히 후공정 측정들을 기초로 이루어지는 조정들은 공정 또는 제조 툴 내에서 변경되며, 결과적으로 후공정 측정들이 이루어질 때 까지 웨이퍼 상의 패턴의 오정렬이 검출될 수 없게 된다. 또한, 일부 웨이퍼들, 다수의 웨이퍼들, 또는 웨이퍼 배치들이 측정되지 않을 때, 오정렬 문제들의 잠재적인 영향은 증가하게 된다.
일반적으로, 한 세트의 공정 단계들은 노광 툴 또는 스테퍼로 일컬어지는 반도체 제조 툴 상에서 다수의 웨이퍼들에 대하여 수행된다. 제조 툴은 제조 프레임워크 또는 공정 모듈들의 네트워크와 통신한다. 공정 툴은 일반적으로 장비 인터페이스에 연결된다. 장비 인터페이스는 스테퍼가 연결된 머신 인터페이스에 연결됨으로써, 스테퍼와 제조 프레임워크 간의 통신을 용이하게 한다. 머신 인터페이스는 일반적으로 고급 공정 제어(Advanced Process Control, APC) 시스템의 일부가 될 수 있다. APC 시스템은 제조 공정을 실행하는 데에 필요한 데이터를 자동으로 검색하는 소프트웨어 프로그램이 될 수 있는 제어 스크립트를 개시한다. 종종, 반도체 디바이스들은 공정 처리되고 있는 반도체 디바이스의 품질에 관련된 다수의 공정 발생 데이터에 대하여 다수의 공정 툴들을 단계적으로 통과한다. 많은 경우들에서, 제조 공정에 있어서의 부정확성(inaccuracy)은, 이들이 측정하기 어려운 반도체 공정 특성들을 포함함으로 인해 측정될 수 없다. 이는, 정확성들에 관련된 데이터를 얻어야만 교정될 수 있는 품질 문제들을 야기시킬 수 있다. 또한, 측정 지연, 또는 물 웨이퍼들에 대한 감소된 샘플링은 물이 증가되는 경우 악영향을 미치는 품질 문제들을 야기시킬 수 있다.
본 발명은 상기 설명한 하나 또는 그 이상의 문제들을 해결하거나, 또는 적어도 그 영향들을 줄이는 것이다.
본 발명의 일 양상에서는, 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법이 개시된다. 초기(initial) 장비 상태 데이터가 획득된다. 적어도 1개의 반도체 디바이스가 초기 장비 상태 데이터를 이용하여 처리된다. 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리는 반도체 디바이스의 공정으로부터의 데이터 및 초기 장비 상태 데이터를 이용하여 수행된다. 반도체 디바이스의 공정에 이용되는 적어도 1개의 제어입력 파라미터가 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리의 수행에 응답하여 변경될 것인지를 결정한다. 제어 입력 파라미터는 적어도 1개의 제어 입력 파라미터가 변경될 것이라는 결정에 응답하여 변경된다.
본 발명의 다른 양상에서는, 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 장치가 제공된다. 본 발명의 장치는 초기 장비 상태 데이터를 획득하는 수단과; 상기 초기 장비 상태 데이터를 이용하여 적어도 1개의 반도체 디바이스의 제조 공정을 수행하는 수단과; 상기 반도체 디바이스 공정으로부터의 데이터와 상기 초기 장비 상태 데이터를 이용하여 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리를 수행하는 수단과; 상기 반도체 디바이스의 공정에 이용되는 적어도 1개의 제어 입력 파라미터가 상기 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리의 수행에 응답하여 변경되어야하는 지를 결정하는 수단과; 그리고 상기 적어도 1개의 제어 입력 파라미터가 변경되어야 한다는 결정에 응답하여 제어 입력 파라미터를 변경시키는 수단을 포함한다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 설명되는 하기의 상세한 설명으로부터 좀 더 명확해질 것이다. 도면에서, 동일한 부호들은 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 예시한다.
도 2는 본 발명에 따라 장비 상태 데이터를 획득하고 공정하는 방법의 일 실시예를 예시한다.
도 3은 도 2에 설명된 장비/웨이퍼 상태 데이터 처리를 수행하는 방법을 좀 더 상세히 설명한 흐름도이다.
도 4는 도 2에 설명된 장비/웨이퍼 상태 데이터 처리를 수행하는 방법을 좀 더 상세히 설명한 흐름도이다.
삭제
본 발명은 다양한 변경들 및 대안적인 형태들을 가질 수 있음에도 불구하고, 본원 및 도면들에서는 특정 실시예들을 예시적으로 설명한다. 그러나, 이러한 특정 실시예들은 본 발명을 개시된 특정한 형태들로 한정하지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 규정되는 본 발명의 정신 및 범위 내에 있는 모든 변경들, 등가물들, 및 대안들을 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명한다. 명확성을 위하여, 실제 실행의 모든 특징들을 다 설명하지는 않는다. 물론, 어떠한 실제 실시예의 전개에 있어서, 실행마다 달라지는 시스템 관련 및 사업 관련 제약들과의 호환성과 같은 개발자의 특정한 목표들을 달성하기 위해서는 많은 실시마다 특정한 결정들이 이루어져야 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 이러한 전개 노력은 복잡하고 시간 소모적이지만, 그럼에도 불구하고 본원의 개시의 이익을 갖는 당업자에게 있어서는 일상적인 일이라는 것을 알 수 있을 것이다.
반도체의 제조에는 많은 별개의 공정들이 포함된다. 많은 경우들에 있어서, 반도체 디바이스들은 다수의 제조 공정 툴들을 단계적으로 통과한다. 반도체 디바이스들이 제조 툴들을 통하여 공정 처리되어, 제조 데이터를 발생시킨다. 이 제조 데이터는 제조 결과들을 개선시킬 수 있는 결함 검출 분석을 수행하는 데에 이용될 수 있다. 오버레이 공정은 반도체 제조에 있어서 중요한 그룹의 공정 단계들이다. 특히, 오버레이 공정은 제조 공정들 동안 반도체층들 간의 오정렬 에러들의 측정을 포함한다. 오버레이 공정을 개선시키게 되면, 반도체 제조 공정에 있어서 품질 및 효율성의 측면에서 상당한 향상이 이루어진다. 본 발명은 제조 데이터를 획득한 다음, 이 제조 데이터를 이용하여 공정 제어 파라미터들을 조정하여 공정의 품질을 개선하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한, 장비 센서들과 같은 소스들로부터 장비 상태 데이터를 얻은 다음, 이 장비 상태 데이터를 이용하여 공정 제어 파라미터들을 조정함으로써 반도체 제조 공정에서의 공정 품질을 개선하는 방법을 제공한다. 반도체 디바이스들의 제조에 있어서의 런 투 런 제어는 일반적으로, 품질에 관련된 데이터 측정을 기초로 하나 또는 그 이상의 품질 목표들을 달성하기 위하여 웨이퍼별, 웨이퍼 로트별 또는 배치별 방식으로 공정 레시피(recipe)를 조정하는 것을 말한다. 장비 상태 데이터는 일반적으로 제조 측정들을 말하는데, 이러한 제조 측정들은 전형적으로 반도체 웨이퍼를 공정하는 동안 실시간으로 수행된다. 장비 상태 데이터는 전형적으로, 챔버 온도, 챔버 압력, 공정 가스 유속 등과 같은 장비 특징들의 현재의 동작에 관련된 데이터를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 반도체 웨이퍼들과 같은 반도체 물들(105)은 라인(120)을 통한 다수의 제어 입력 신호들을 이용하여 공정 툴들(110 및 112) 상에서 공정 처리된다. 일 실시예에서, 라인(120)을 통한 제어 입력 신호들은 컴퓨터 시스템(130)으로부터 머신 인터페이스들(115, 117)을 통하여 공정 툴들(110, 112)로 전송된다. 일 실시예에서, 제어 입력 신호들은 또한 장비 상태 데이터 모델((140) 및 웨이퍼 상태 데이터 모델(150)을 이용하여 컴퓨터 시스템(130)에 의해 발생된다. 장비 상태 데이터 모델(140) 및 웨이퍼 상태 데이터 모델(150)은 제조 공정들에 있어서의 부정확성을 찾은 다음, 이를 런 투 런 방식으로 교정하는 데에 이용된다. 일 실시예에서, 웨이퍼 상태 데이터는 반도체 웨이퍼의 상태를 직접 또는 간접적으로 나타내는, 반도체 웨이퍼 상에서 획득되는 측정 데이터를 말한다. 웨이퍼 상태 데이터는 트레이스 라인 폭, 오버레이 오프셋, 트레이스 저항력 등에 관련된 데이터를 포함한다.
반도체 제조에 있어서의 런 투 런 제어는 일반적으로 반도체 제조 공정의 일부 출력 파라미터들을 측정하기 위하여 오프라인 또는 온라인 도량형 툴들의 이용을 말한다. 반도체 제조의 측정된 출력 파라미터들은 특정한 공정 툴들(110, 112)에 관련된, 제어 입력 파라미터들과 같은 레시피를 조정하는 데에 이용된다. 이를 테면, 화학 기계적인 연마기 평탄화 공정 동안 반도체 웨이퍼 상에 연마제를 배치하는 동안, 한 목적은 공정 필름을 갖는 반도체 웨이퍼를 공정하고 상기 공정 필름을 연마하여, 상기 공정 필름이 비교적 평탄해지고 소정의 두께를 갖도록 하는 것이다. 일반적으로, 공정 툴들(110, 112)이 반도체 웨이퍼를 연마한 후에는, 바람직한 막 두께 및 균일성이 달성되었는 지를 결정하기 위하여, 도량형 툴을 이용하여 반도체 웨이퍼 전체의 많은 위치들 상에서의 공정 필름의 두께를 측정한다. 이후, 공정 필름의 두께 및 균일성의 측정은 반도체 웨이퍼들의 다름 런을 위하여 라인(120)을 통한 제어 입력 파라미터들을 조정하는 데에 이용될 수 있다.
일 실시예에서는, 제 1, 2 머신 인터페이스들(115, 117)이 공정 툴들(110, 112)의 외부에 위치된다. 대안적인 실시예에서, 제 1, 2 머신 인터페이스들(115,117)은 공정 툴들(110, 112) 내에 위치된다. 일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(130)은 라인(120)을 통하여 제어 입력 신호들을 제 1, 2 머신 인터페이스들(115, 117)로 전송한다. 공정 툴 A(110)를 대상으로 하는 라인(120) 상의 제어 입력 신호들은 제 1 머신 인터페이스(115)에 의해 수신되어 처리된다. 공정 툴 B(112)를 대상으로 하는 라인(120) 상의 제어 입력 신호들은 제 2 머신 인터페이스(117)에 의해 수신되어 처리된다. 반도체 제조 공정들에서 이용되는 공정 툴들(110, 112)의 예로는 스테퍼들이 있다.
스테퍼들과 같은 공정 툴들에 있어서, 공정 툴들(110, 112)을 동작시키는 데에 이용되는 라인(120)을 통한 제어 입력들은 x-변환 신호, y-변환 신호, x-팽창 웨이퍼 스케일 신호, Y-팽창 웨이퍼 스케일 신호, 레티클 확대 신호, 및 레티클 회전 신호를 포함한다. 일반적으로, 레티클 확대 신호 및 레티클 회전 신호에 관련된 에러들은 노광 툴 내에서 처리되고 있는 웨이퍼의 표면 상에서의 어떠한 특정한 노광 공정에 관련된다. 본 발명에 의해 제시되는 주요 특징들중 하나는 반도체 제조 공정들에 대한 결함 데이터를 검출하고 구성하는 방법이다.
포토리소그래피 공정들에 있어서, 공정 툴들(110, 112) 내에서의 공정 단계가 끝나면, 공정이 수행되고 있는 반도체 물(105) 또는 웨이퍼는 검사대(review station)에서 검사된다. 이러한 검사대로는 KLA 검사대가 있다. 검사대의 동작으로부터 비롯되는 데이터 세트는 이전의 노광 공정에 의해 야기된 오등록(misregistration) 양의 정량적 측정치가 된다. 일 실시예에서, 이러한 오등록 양은 두 개의 반도체 웨이퍼층들 사이에서 발생되는 공정에서의 오정렬에 관련된다. 일 실시예에서, 발생되는 오등록의 양은 특정한 노광 공정에 대한 제어 입력들에 기인한 것일 수 있다. 이 제어 입력들은 일반적으로 반도체 웨이퍼에 대해 공정 툴들(110, 112)에 의해 수행되는 공정 단계들의 정확성에 영향을 준다. 이 제어 입력들에 대한 변경들이 제조 툴에서 이용되는 공정 단계들의 성능을 개선시키는 데에 이용될 수 있다. 공정 처리되는 반도체 물들(105)에서 발견되는 에러들은 다수 횟수로 특정한 결함 분석에 상관되며, 이러한 에러들을 줄이기 위한 교정 기능들이 수행될 수 있다.
반도체 제조의 일부 예들에서는, 반도체 웨이퍼들의 후속 런에 대한 제어 입력 파라미터들을 변경하기 위한 충분한 도량형 데이터가 존재하지 않을 수도 있다. 도량형 데이터가 불충분한 반도체 공정의 한 예는 이온 주입 공정이다. 반도체 웨이퍼 내에 이온들을 주입한 직후, 반도체 웨이퍼 상에 주입된 이온 농도를 측정하는 것은 어렵다. 이온 주입 공정 툴 상에서의 이온 주입량 설정에 근거하는 주입되는 이온 농도의 어떠한 표시들이 있기는 하지만, 주입되는 이온 농도의 정확한 표시는 일반적으로 반도체 웨이퍼 공정이 대부분 완료되고 전기적 테스트가 수행된 후에야 비로소 얻어진다. 일반적으로, 이 점에서, 이러한 정확한 표시가 너무 늦어서 공정 처리되는 반도체 웨이퍼 상에서의 어떠한 이온 주입 에러들도 교정할 수가 없기 때문에, 주입되는 이온 농도에 관련된 데이터는 별로 유용하지 않다. 본 발명은 장비 상태 데이터 또는 웨이퍼 상태 데이터를 획득하고, 그리고 이를 테면 장비 상태 데이터에 관련된 모델을 이용하여 반도체 웨이퍼를 공정하는 데에 이용되는 제어 설정이 정상적인지 비정상적인 지를 결정하는 방법을 제공한다. 장비 상태 데이터가 비정상적인 것으로 결정되면, 런 투 런 공정 제어기는 장비 상태 데이터를 기초로 반도체 공정이 정상이 되도록 조정한다. 일 실시예에서, 장비 상태 데이터는 공정 툴들(110, 112)이 기능을 하는 방식에 관련된다. 장비 상태 데이터는 공정 툴들(110,112)이 동작하는 온도들 및 압력들과 같은 데이터를 포함한다. 반대로, 웨이퍼 상태 데이터는 공정되고 있는 반도체 웨이퍼의 특성들에 관련된다. 웨이퍼 상태 데이터는 막 공정들(film processes)에서의 막 두께 및 포토리소그래피 공정들에서의 선폭들을 포함하여, 도량형 툴들에 의해 얻어지는 데이터를 포함한다. 일 실시예에서, 웨이퍼 상태 데이터 및 장비 상태 데이터는, 런 투 런 제어기와 같은 제어기를 구동시키는 데에 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 적절한 웨이퍼 상태 데이터가 없는 경우, 장비 상태 데이터가 반도체 공정 단계 동안의 특정한 시간 주기에서 웨이퍼 상태 데이터를 근사화(approximate)시키는 데에 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 장비 상태 데이터 모델(140)은 장비 상태 데이터를 분석하는 데에 이용된다. 장비 상태 데이터 모델(140)이 검사된 장비 상태 데이터의 품질이 계속되는 반도체 공정에 정당한 것으로 결정하면, 이 데이터는 웨이퍼 데이터 모델(150)에 의해 검사된다.
일 실시예에서, 웨이퍼 상태 모델(150)은 웨이퍼 상태 데이터와 장비 상태 데이터를 상관시키거나, 또는 관련시킨다. 일 실시예에서, 소정의 명령들 및 파라미터들을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램은 장비 상태 데이터와 웨이퍼 상태 데이터 간의 상관을 수행할 수 있다. 이러한 상관을 수행하는 한 목적은 장비 상태 데이터에 기초하여 웨이퍼 상태 파라미터들을 추정하는 것이다. 상기 설명한 화학 기계적인 연마기 평탄화 공정 예를 참조하여, 연마 공정이 반도체 웨이퍼 상에서 수행되고 있을 때, 테이블 회전 속도, 다운 포스(down force), 및 패드 내로의 공정 슬러리의 유속과 같은 장비 상태 데이터가 수집된다. 이후, 수집된 장비 상태 데이터를 검사하여 공정 툴의 성능 조건을 결정한다. 이후, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 공정 막의 두께를 결정하기 위해 실험 기반 또는 물리 기반의 관계가 발생되며, 이로써 장비 상태 데이터와 웨이퍼 상태 데이터 간의 관계가 형성된다. 다시 말해, 특정한 테이블 회전 속도, 특정한 다운 포스, 및 특정한 공정 슬러리의 유속을 어떠한 공정 막 두께에 관련시키는 소정의 관계가 설정되어, 장비 상태 데이터를 기초로 웨이퍼 상태 데이터를 예측할 수 있게 된다. 예측된 웨이퍼 상태 데이터는 런 투 런 방식으로 라인(120)을 통하는 제어 입력 파라미터들을 변경하는 데에 이용될 수 있다. 또한, 이후 웨이퍼 상태 데이터가 이용가능해지면, 웨이퍼 상태 데이터는 장비 상태 데이터와 웨이퍼 상태 데이터를 관련시킴으로써 제조 모델(140)을 개선시키도록 요구될 수 있다.
도 2는 본 발명에 의해 제시되는 장비 상태 데이터를 획득하고 처리하는 방법의 일 실시예를 도시한다. 도 2의 블록(210)으로 나타낸 바와 같이, 공정 툴(110,112)에 대한 제어 설정, 공정 동안의 온도, 습도 및 압력 조건들과 같은 초기 장비 상태 데이터가 획득된다. 일 실시예에서, 초기 장비 상태 데이터는 장비 상태 데이터 모델(140)에 의해 탐지된다. 이후, 도 2의 블록(220)으로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 공정의 적어도 1개의 런이 수행된다. 이후, 도 2의 블록(230)으로 나타낸 바와 같이, 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터의 처리가 수행된다. 블록(230)에 나타낸 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리의 일 실시예는 도 3에서 보다 상세히 설명된다.
도 3을 참조하면, 블록(310)으로 나타낸 바와 같이, 테이블 회전 속도, 다운 포스, 및 공정 슬러리의 유속, 온도, 습도 및 압력 조건들과 같은, 반도체 웨이퍼들의 공정 및 공정후(post-process)와 관련된 장비 상태 데이터들이 획득된다. 일 실시예에서, 장비 상태 데이터는 장비 상태 데이터 모델(140)에 의해 저장되고 분석된다. 일 실시예에서, 도 3의 블록(320)으로 나타낸 바와 같이, 장비 상태 데이터 모델(140)은 장비 상태 데이터를 검사한 다음, 이 데이터에 입각하여 결함 검출을 수행한다. 장비 상태 데이터 모델(140)이 검사된 장비 상태 데이터의 품질이 계속되는 반도체 공정에 정당하다고 결정을 내리면, 데이터는 웨이퍼 상태 데이터 모델(150)에 의해 검사된다.
일 실시예에서, 웨이퍼 상태 데이터 모델(150)은 도 3의 블록(330)으로 나타낸 바와 같이 웨이퍼 상태 데이터와 장비 상태 데이터를 상관 또는 관련시킨다. 일 실시예에서는, 소정의 명령들 및 파라미터들을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램이 웨이퍼 상태 데이터와 장비 상태 데이터 간의 상관을 수행할 수 있다. 이후, 도 3의 블록(340)으로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 상태 데이터에 대한 장비 상태 데이터의 상관에 의해 예측되는 웨이퍼의 상태가 정상적인지 비정상적인지에 대한 결정을 한다. 웨이퍼 상태 데이터로부터 예측된 결과가 정상적인 것으로 결정되면, 도 3의 블록(350)으로 나타낸 바와 같이 현재의 제어 입력 파라미터들을 이용하는 반도체 웨이퍼 공정이 계속된다. 웨이퍼 상태 데이터로부터 예측된 결과가 비정상적인 것으로 결정되면, 도 3의 블록(360)으로 나타낸 바와 같이 에러들 및 제어 입력 파라미터들을 변경하기 위한 변경 팩터들이 계산된다. 블록(360)에서 설명된 단계를 완료하게 되면, 도 2의 블록(230)에서 설명된 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리를 수행하는 공정이 종료된다.
도 2를 참조하면, 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리가 수행된 후, 데이터는 블록(240)으로 나타낸 바와 같이 반도체 웨이퍼 공정 파라미터들이 변경되어야하는 지를 결정하는 데에 이용된다. 반도체 웨이퍼 파라미터들이 변경될 필요가 없는 것으로 결정되면, 도 2에서 설명한 바와 같이 초기 장비 상태 데이터가 획득된 다음 반도체 웨이퍼들의 이후의 런이 처리된다. 반도체 웨이퍼 파라미터들이 변경되어야 한다고 결정되면, 도 2의 블록(250)에서 설명한 바와 같이, 라인(120)을 통한 제어 입력 파라미터들은 변경되고, 초기 장비 상태 데이터가 획득되며, 그리고 반도체 웨이퍼들의 이후의 런이 처리된다.
도 4는 본 발명에 의해 제시되는 방법들을 수행할 수 있는 시스템의 일 실시예를 도시한다. 제어기(410)는 초기 장비 상태 파라미터들(420), 외부 입력들(430), 및 장비 상태/센서 데이터(440)로부터의 피드백 신호들의 합을 포함하는 입력을 수신한다. 일 실시예에서, 제어기(410)는 런 투 런 제어기이다.
제어기(410)는 제어 입력 파라미터들을 변경한 다음, 변경된 파라미터들(450)을 프로세스(460)로 보낸다. 일 실시예에서, 제어기(410)는 장비 상태 데이터 모델(140) 및 웨이퍼 상태 데이터 모델(150)을 이용하여 본 발명에 의해 제시되는 방법들을 실시하고 라인(120)을 통한 제어 입력 파라미터들을 변경시킨다. 프로세스(460)를 실행하게 되면, 장비 상태/센서 데이터(440)의 형태로 피드백 데이터가 발생되며, 이는 초기 장비 상태 파라미터들(420) 및 외부 입력들(430)과 합산된 다음, 제어기(410)로 전송된다. 프로세스(460)는 변경된 파라미터들(450)을 이용하여 실행되어, 출력물(470)을 생성한다. 일 실시예에서, 상기 출력물(470)은 공정 처리된 반도체 웨이퍼들이다. 본 발명에 의해 제시되는 방법들은 반도체 디바이스 제조 뿐 아니라 다양한 제조 공정들에서 이용될 수 있다.
본 발명에 의해 제시되는 원리들은 고급 공정 제어(APC) 프레임워크에서 실시될 수 있다. APC는 본 발명에 의해 제시되는 오버레이 제어 방법을 실시하는 바람직한 플랫폼이다. 어떤 실시예들에서, APC는 공장 전체 소프트웨어 시스템이 될 수 있으며, 이에 따라 본 발명에 의해 제시되는 제어 방법들은 실질적으로 공장 내에 있는 그 어떠한 반도체 제조 툴들에도 적용될 수 있다. APC 프레임워크는 또한 공정 성능을 원격으로 접속하여 모니터링할 수 있게 한다. 또한, APC 프레임워크를 이용함으로써, 로컬 드라이브들보다 데이터 저장이 더 편리해지고, 더 유연해지며, 비용이 덜 들게 된다. APC 플랫폼은 필요한 소프트웨어 코드를 기록함에 있어서 상당한 유연성을 제공하기 때문에, 보다 복합적인 타입의 제어를 가능하게 한다.
APC 프레임워크에 대하여 본 발명에 의해 제시되는 제어 방법의 전개는 다수의 소프트웨어 구성요소들을 필요로 한다. APC 프레임워크 내의 구성요소들에 부가하여, 제어 시스템 내에 포함되는 각 반도체 제조 툴에 대하여 컴퓨터 스크립트가 기록된다. 제어 시스템 내의 반도체 제조 툴이 반도체 제조시 동작하기 시작하면, 이는 일반적으로 오버레이 제어기와 같은 공정 제어기에 의해 요구되는 작동을 개시하기 위한 스크립트를 요구한다. 제어 방법들은 일반적으로, 이러한 스크립트들 내에 규정되어 수행된다. 이러한 스크립트들의 개발은 제어 시스템 개발의 상당한 부분을 차지할 수 있다.
상기 설명된 특정 실시예들은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명은 본원의 이득을 갖는 당업자들에게 명백한, 다르지만 동등한 방법들로 변형 및 실행될 수 있다. 또한, 본 발명은 본원에 개시된 구조 또는 설계의 세부사항들에 한정되지 않으며, 하기의 청구범위들에 의해서만 한정된다. 따라서, 상기 설명된 특정 실시예들은 변형될 수 있으며, 이러한 모든 변형들은 본 발명의 범위 및 정신 내에 있는 것으로 간주된다. 따라서, 본 발명은 청구범위들에 의해 규정된다.

Claims (29)

  1. 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법으로서,
    초기 장비 상태 데이터를 획득하는 단계와;
    상기 초기 장비 상태 데이터를 이용하여 적어도 1개의 반도체 디바이스의 공정을 수행하는 단계와;
    상기 반도체 디바이스의 공정으로부터의 데이터 및 상기 초기 장비 상태 데이터를 이용하여 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리를 수행하는 단계와, 여기서 상기 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터의 처리는:
    장비 상태 데이터를 획득하고;
    웨이퍼 상태 데이터를 획득하고;
    상기 장비 상태 데이터와 상기 웨이퍼 상태 데이터를 상관시킴으로써 에러를 결정하는 것을 포함하며;
    상기 반도체 디바이스의 공정에 이용되는 적어도 1개의 제어 입력 파라미터가 상기 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리의 수행에 응답하여 변경되어야 하는 지의 여부를 결정하는 단계와; 그리고
    상기 적어도 1개의 제어 입력 파라미터가 변경되어야 한다는 결정에 응답하여, 상기 제어 입력 파라미터를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 초기 장비 상태 데이터를 획득하는 단계는:
    공정 툴의 적어도 1개의 초기 입력 제어 설정을 획득하고;
    상기 반도체 디바이스의 공정 동안의 온도 데이터를 획득하고;
    상기 반도체 디바이스의 공정 동안의 습도 데이터를 획득하고; 그리고
    상기 반도체 디바이스의 공정 동안의 압력 데이터를 획득하는 것 중에서 적어도 1개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 반도체 디바이스의 제조 공정을 수행하는 단계에는 적어도 1개의 반도체 웨이퍼의 제조 공정을 수행하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 반도체 디바이스의 제조 공정을 수행하는 단계에는 포토리소그래피 오버레이 공정을 수행하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 반도체 디바이스의 제조 공정을 수행하는 단계에는 이온 주입 공정을 수행하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 반도체 디바이스의 제조 공정을 수행하는 단계에는 화학 기계적인 연마 평탄화 공정을 수행하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리를 수행하는 단계에는:
    장비 상태 데이터를 획득하고;
    상기 획득한 장비 상태 데이터 및 장비 상태 데이터 모델을 이용하여 결함 검출을 수행하고;
    상기 결함 검출에 응답하여, 상기 획득한 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 모델을 이용하여 웨이퍼 상태 데이터를 예측하고;
    상기 웨이퍼 상태 데이터가 비정상적인 지의 여부를 결정하고; 그리고
    상기 웨이퍼 상태 데이터가 비정상적이라는 결정에 응답하여, 적어도 1개의 제어 입력 파라미터의 에러 및 변경 팩터를 계산하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 장비 상태 데이터를 획득하는 것에는:
    테이블 회전 속도 데이터를 획득하고;
    다운 포스 데이터를 획득하고;
    공정 슬러리 데이터의 유속을 획득하고;
    상기 반도체 디바이스의 상기 공정 동안의 온도 데이터를 획득하고;
    상기 반도체 디바이스의 상기 공정 동안의 습도 데이터를 획득하고; 그리고
    상기 반도체 디바이스의 상기 공정 동안의 압력 데이터를 획득하는 것 중에서 적어도 1개가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 획득한 장비 상태 데이터 및 장비 상태 데이터 모델을 이용하여 결함 검출을 수행하는 단계에는, 상기 장비 상태 데이터의 품질에 의해, 계속되는 반도체 공정이 정당한지 여부를 결정하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 상태를 예측하는 단계에는:
    공정막의 두께를 예측하고;
    공정막의 균일성을 예측하고;
    이온 주입의 농도를 예측하고; 그리고
    등록 정렬(alignment of registration)을 예측하는 것 중에서 적어도 1개를 예측하는 것이 포함되는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 획득한 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 모델을 이용하여 웨이퍼 상태 데이터를 예측하는 단계에는, 상기 웨이퍼 상태 데이터를 예측하기 위해 상기 장비 상태 데이터의 실험 기반 분석을 수행하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 획득한 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 모델을 이용하여 웨이퍼 상태 데이터를 예측하는 단계에는, 상기 웨이퍼 상태 데이터를 예측하기 위해 상기 장비 상태 데이터의 물리 기반 분석을 수행하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 상태 데이터가 비정상적인 지의 여부를 결정하는 것에는, 상기 웨이퍼 상태 데이터와 소정의 비교 데이터를 비교하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 입력 파라미터를 변경하는 단계에는, 런 투 런 방식으로 상기 제어 입력 파라미터를 변경하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 방법.
  15. 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 장치로서,
    초기 장비 상태 데이터를 획득하기 위한 수단과;
    상기 초기 장비 상태 데이터를 이용하여 적어도 1개의 반도체 디바이스의 공정을 수행하기 위한 수단과;
    상기 반도체 디바이스의 공정으로부터의 데이터 및 상기 초기 장비 상태 데이터를 이용하여 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리를 수행하기 위한 수단과, 여기서 상기 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터의 처리는:
    장비 상태 데이터를 획득하고;
    웨이퍼 상태 데이터를 획득하고;
    상기 장비 상태 데이터와 상기 웨이퍼 상태 데이터를 상관시킴으로써 에러를 결정하는 것을 포함하며;
    상기 반도체 디바이스의 공정에 이용되는 적어도 1개의 제어 입력 파라미터가 상기 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리의 수행에 응답하여 변경되어야 하는 지의 여부를 결정하기 위한 수단과; 그리고
    상기 적어도 1개의 제어 입력 파라미터가 변경되어야 한다는 결정에 응답하여, 상기 제어 입력 파라미터를 변경하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 공정을 제어하기 위하여 장비 상태 데이터를 이용하는 장치.
  16. 컴퓨터에 의해 실행될 때, 제조 공정을 제어하기 위해 장비 상태 데이터를 이용하는 방법을 수행하는 명령들이 엔코드된 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스로서, 상기 방법은:
    초기 장비 상태 데이터를 획득하는 단계와;
    상기 초기 장비 상태 데이터를 이용하여 적어도 1개의 반도체 디바이스의 공정을 수행하는 단계와;
    상기 반도체 디바이스의 공정으로부터의 데이터 및 상기 초기 장비 상태 데이터를 이용하여 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리를 수행하는 단계와, 여기서 상기 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터의 처리는:
    장비 상태 데이터를 획득하고;
    웨이퍼 상태 데이터를 획득하고;
    상기 장비 상태 데이터와 상기 웨이퍼 상태 데이터를 상관시킴으로써 에러를 결정하는 것을 포함하며;
    상기 반도체 디바이스의 공정에 이용되는 적어도 1개의 제어 입력 파라미터가 상기 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리의 수행에 응답하여 변경되어야 하는 지의 여부를 결정하는 단계와; 그리고
    상기 적어도 1개의 제어 입력 파라미터가 변경되어야 한다는 결정에 응답하여, 상기 제어 입력 파라미터를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 초기 장비 상태 데이터를 획득하는 단계는:
    공정 툴의 적어도 1개의 초기 입력 제어 설정을 획득하고;
    상기 반도체 디바이스의 공정 동안의 온도 데이터를 획득하고;
    상기 반도체 디바이스의 공정 동안의 습도 데이터를 획득하고; 그리고
    상기 반도체 디바이스의 공정 동안의 압력 데이터를 획득하는 것 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 반도체 디바이스의 제조 공정을 수행하는 단계에는 적어도 1개의 반도체 웨이퍼의 제조 공정을 수행하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 반도체 디바이스의 제조 공정을 수행하는 단계에는 포토리소그래피 오버레이 공정을 수행하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 반도체 디바이스의 제조 공정을 수행하는 단계에는 이온 주입 공정을 수행하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 반도체 디바이스의 제조 공정을 수행하는 단계에는 화학 기계적인 연마 평탄화 공정을 수행하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 처리를 수행하는 단계에는:
    장비 상태 데이터를 획득하고;
    상기 획득한 장비 상태 데이터 및 장비 상태 데이터 모델을 이용하여 결함 검출을 수행하고;
    상기 결함 검출에 응답하여, 상기 획득한 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 모델을 이용하여 웨이퍼 상태 데이터를 예측하고;
    상기 웨이퍼 상태 데이터가 비정상적인 지의 여부를 결정하고; 그리고
    상기 웨이퍼 상태 데이터가 비정상적이라는 결정에 응답하여, 적어도 1개의 제어 입력 파라미터의 에러 및 변경 팩터를 계산하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 장비 상태 데이터를 획득하는 것에는:
    테이블 회전 속도 데이터를 획득하고;
    다운 포스 데이터를 획득하고;
    공정 슬러리 데이터의 유속을 획득하고;
    상기 반도체 디바이스의 상기 공정 동안의 온도 데이터를 획득하고;
    상기 반도체 디바이스의 상기 공정 동안의 습도 데이터를 획득하고; 그리고
    상기 반도체 디바이스의 상기 공정 동안의 압력 데이터를 획득하는 것 중에서 적어도 1개가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 획득한 장비 상태 데이터 및 장비 상태 데이터 모델을 이용하여 결함 검출을 수행하는 단계에는, 상기 장비 상태 데이터의 품질에 의해, 계속되는 반도체 공정이 정당한지 여부를 결정하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 상태를 예측하는 단계에는:
    공정막의 두께를 예측하고;
    공정막의 균일성을 예측하고;
    이온 주입의 농도를 예측하고; 그리고
    등록 정렬을 예측하는 것 중에서 적어도 1개를 예측하는 것이 포함되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 획득한 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 모델을 이용하여 웨이퍼 상태 데이터를 예측하는 단계에는, 상기 웨이퍼 상태 데이터를 예측하기 위해 상기 장비 상태 데이터의 실험 기반 분석을 수행하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 획득한 장비 상태 데이터 및 웨이퍼 상태 데이터 모델을 이용하여 웨이퍼 상태 데이터를 예측하는 단계에는, 상기 웨이퍼 상태 데이터를 예측하기 위해 상기 장비 상태 데이터의 물리 기반 분석을 수행하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
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    상기 웨이퍼 상태 데이터가 비정상적인 지의 여부를 결정하는 것에는, 상기 웨이퍼 상태 데이터와 소정의 비교 데이터를 비교하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
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    상기 제어 입력 파라미터를 변경하는 단계에는, 런 투 런 방식으로 상기 제어 입력 파라미터를 변경하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 프로그램 저장 디바이스.
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