JP2005019808A

JP2005019808A - 品質管理方法、品質管理システムおよび半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2005019808A
Application number: JP2003184538A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Sato; 康夫佐藤; Kenichi Shoji; 健一庄司
Original assignee: Trecenti Technologies Inc
Current assignee: Trecenti Technologies Inc
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】複数の処理工程を有する半導体装置などの製造ラインにおいて、安定した製品歩留り・品質を維持することができる技術を提供する。
【解決手段】プロセスパラメータ測定装置１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎおよび特性検査装置１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎの測定データに基づき、製品歩留り・品質に直接影響する確率が高く重要度の高いプロセスパラメータを相関チェックシステム１３により自動的に検出し、トレンド監視システム１４におけるプロセスパラメータの管理規格を厳しくすると共に、重要度の低いプロセスパラメータに対しては管理規格を緩和する。これにより、重要度の高いプロセスパラメータのトレンド異常を即時に工程にフィードバックすることが可能となり、極めて安定した製品歩留り・品質を維持することが可能となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、品質管理方法、品質管理システムおよび半導体装置の製造方法に関し、特に複数の処理工程を有する製造ラインにおける各工程のプロセスパラメータの統計的品質管理（ＳＰＣ；ＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の処理工程を有する半導体装置などの製造ラインでは、統計的品質管理手法を用いて工程内の品質データをリアルタイムで管理し、不良を最小限に抑えることが、製品歩留りの向上、品質の維持・向上のために非常に重要になってきている。とくに、製品歩留りや品質に直接影響する確率が高く重要度の高いプロセスパラメータを管理することは極めて重要である。
【０００３】
ところが近年、半導体装置などの高機能化・高集積化に伴い、制御すべきパラメータ数は膨大なものになっており、製品歩留りや品質に対して、どのパラメータの影響度が大きいのか把握することは、ある程度の量産ロット数を生産し、相関関係を検証した後でないと困難である場合が多い。
【０００４】
例えば、本発明者が検討した技術として、半導体装置などの製造ラインにおいて、パターン寸法、膜厚、抵抗値などの各工程のプロセスパラメータは、一般にＳＰＣ手法により、目標値に対して±３σ（σ；標準偏差）つまり６σの幅で管理されている。この範囲を工程管理上の規格値として、その規格値に対する工程能力指数（Ｃｐ、Ｃｐｋ）を定期的に監視することにより、各プロセスパラメータのトレンド（動向、推移など）異常を検出することが可能となる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
シー・ワイ・チャン（Ｃ．Ｙ．Ｃｈａｎｇ），エス・エム・ジー（Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ）著、「ユー・エル・エス・アイ・テクノロジ（ＵＬＳＩＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」（米国）、マグロー・ヒル・ブック（ＭｃＧｒａｗＨｉｌｌＢｏｏｋＣｏＬｔｄ）、１９９６年５月１日、ｐ．５２２−５２３
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のようなプロセスパラメータの統計的品質管理技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【０００７】
例えば、工程管理に用いるプロセスパラメータは、規格値に対するずれを検出する方法で行われる。ＳＰＣに用いる規格は主として２つの方法で決められる。すなわち、第１の方法は、設計値から規定する方法であり、第２の方法は、ある一定期間の統計的分布を確認し、その標準偏差から管理規格幅を決定する方法である。これらの方法で設定された規格に対して、安定してプロセスパラメータを制御することができれば、製品の品質・歩留りを一定に維持することができると考えられるからである。
【０００８】
ところが、これらの方法は、膨大な数のプロセスパラメータを制御する際に、優先的に制御すべき重要なプロセスパラメータの重み付け管理ができていない。具体的には、歩留り影響の大きいプロセスパラメータについては、厳しく管理すべきであり、歩留り影響の小さいものは管理を緩和することができる。
【０００９】
このような試みは、実際にはプロセスを管理するエンジニアの努力により実現されている場合がある。ただし、近年の半導体装置などの高機能化に伴い、管理するプロセスパラメータの数も膨大となり、実質統計的な事実に基づきこのような管理ができていない場合が多い。
【００１０】
前記のプロセスパラメータのＳＰＣ管理手法は、製品歩留り・品質に直接影響する確率が高く重要度の高いパラメータとそうでないパラメータを同一のレベルで管理することになる。例えば、プロセスパラメータについてトレンド異常が発生した場合、管理システム上、重要度の高いプロセスパラメータと重要度の低いプロセスパラメータとの区別なくアラームが発生することになる。通常は、トレンド異常についてのアラームに対して、装置のトラブルを修復したりプロセス変動を調整したりして、トレンドを元に戻すフィードバックアクションを行う。この際に、重要なプロセスパラメータについて、いかに素早いフィードバックをかけることができるかが、プロセス安定化の重要なポイントとなる。
【００１１】
しかし、前述のように、プロセスパラメータについて重要度の区別がない場合、極めて頻繁に発生するアラーム（重要度大小を含む）に対してフィードバックアクションが遅れることが多い。特に、今後主流となりつつある大口径ウェハを用いた最先端の半導体装置の製造ラインでは、枚葉処理をベースとしたＴＡＴ（ＴｕｒｎＡｒｏｕｎｄＴｉｍｅ）の短縮が高収益を生むための至上課題である。そのため、工程異常が生じてからフィードバックまで時間がかかると、その期間により、多くのウェハが不良品として製造されることになってしまう。
【００１２】
これらの問題を回避するために、製品歩留り・品質に直接影響する確率が高く重要度の高いプロセスパラメータをエンジニアが一つ一つ検証し、規格に反映させることが高歩留りと高品質を維持するためには、極めて重要になってくる。しかし、前述したように、近年、制御が必要なプロセスパラメータも膨大なものとなってきており、これを人手で一つ一つ漏れなく管理していくことは極めて困難となってきた。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、複数の処理工程を有する半導体装置などの製造ラインにおいて、重要度の高いプロセスパラメータのトレンド異常を即時に工程にフィードバックし、安定した製品歩留り・品質を維持することができる技術を提供するものである。
【００１４】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１６】
すなわち、本発明による品質管理方法、品質管理システムおよび半導体装置の製造方法は、製品歩留り・品質に直接影響する確率が高く重要度の高いプロセスパラメータを自動的に相関チェックシステムにより検出し、管理規格を厳しくすると共に、重要度の低いプロセスパラメータに対しては管理規格を緩和するものである。
【００１７】
よって、前記品質管理方法、品質管理システムおよび半導体装置の製造方法によれば、重要度の高いプロセスパラメータのトレンド異常を即時に工程にフィードバックすることが可能となり、極めて安定した製品歩留り・品質を維持することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態の品質管理システムの構成を示す概略構成図、図２は本実施の形態の品質管理システム・方法において測定されたプロセスパラメータ測定値と歩留りとの相関関係を示す散布図、図３は本実施の形態の品質管理システム・方法において自動計算された各プロセスパラメータと電気的特性の相関係数（Ｒ）を示す図、図４は本実施の形態の品質管理システム・方法において設定・修正される規格値の決定ルールを示す図、図５は本実施の形態の品質管理システム・方法において管理される各プロセスパラメータ測定値の推移を示すグラフである。
【００２０】
まず、図１により、本実施の形態の品質管理システムの構成の一例を説明する。本実施の形態の品質管理システムは、例えば、複数の処理工程を有する半導体装置の製造ラインにおける品質管理システムとされ、１または２以上（図ではｎ台）のプロセスパラメータ測定装置１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎと、１または２以上（図ではｎ台）の特性検査装置１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎと、データベースサーバ１２と相関チェックシステム１３とトレンド監視システム１４などからなるプロセス制御用計算機システム１５などから構成され、プロセスパラメータ測定装置１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎおよび特性検査装置１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎはデータベースサーバ１２と接続され、データベースサーバ１２は相関チェックシステム１３およびトレンド監視システム１４と接続され、相関チェックシステム１３はトレンド監視システム１４と接続されている。
【００２１】
プロセスパラメータ測定装置１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎは、半導体装置の製造ラインにおいて、各工程で管理されるプロセスパラメータを測定する装置である。測定されるプロセスパラメータは、例えば、ＣＤ（ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎ）サイズなどのパターン寸法、膜厚、抵抗値などである。
【００２２】
特性検査装置１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎは、複数の処理工程を終了した後に製品の特性検査を行う装置である。例えば、プローブテスト装置、ファイナルテスト装置、ＴＥＧ（ＴｅｓｔＥｌｅｍｅｎｔＧｒｏｕｐ）測定装置などである。特性検査のデータは、歩留り、不良率のデータ、またはＴＥＧなどの測定データである。ＴＥＧは、特性評価用の素子または回路などである。
【００２３】
データベースサーバ１２は、プロセスパラメータ測定装置１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎおよび特性検査装置１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎにおいて測定されたデータなどを保存する装置である。
【００２４】
相関チェックシステム１３は、プロセスパラメータの測定値と特性検査のデータとの相関係数を定期的に自動的に計算するシステムである。
【００２５】
トレンド監視システム１４は、各工程のプロセスパラメータのトレンド（動向、推移など）を監視し、プロセスパラメータの測定値が規格内に入っているか否かをチェックするシステムである。プロセスパラメータの規格値は、相関チェックシステム１３において計算された相関係数に基づいて所定のルールに従い設定・修正される。プロセスパラメータの規格値の設定・修正ルールとしては、例えば、計算された相関係数の絶対値が相対的に大きい場合は規格値の幅を狭くし、計算された相関係数の絶対値が相対的に小さい場合は規格値の幅を広くする。
【００２６】
次に、図１〜図５により、本実施の形態の品質管理システムを利用した品質管理方法について説明する。本実施の形態の品質管理方法は、例えば、複数の処理工程を有する半導体装置の製造ラインに適用される。
【００２７】
まず、各工程において、プロセスパラメータ測定装置１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎにより各工程で管理されるプロセスパラメータを測定する。測定するプロセスパラメータは、パターン寸法、膜厚または抵抗値などである。各プロセスパラメータの測定データは、データベースサーバ１２に保存される。
【００２８】
また、複数の処理工程終了後に、特性検査装置１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎにより、製品の特性検査を行う。特性検査のデータは、歩留り、不良率またはＴＥＧの測定データなどである。特性検査のデータは、データベースサーバ１２に保存される。
【００２９】
そして、相関チェックシステム１３により、各プロセスパラメータの測定値と特性検査のデータとの相関係数を計算する。相関係数は、定期的に自動的に計算される。相関係数の計算は、例えば、１回／日、１回／週、１回／月など任意に設定できるが、生産量に依存する。また、同時に各プロセスパラメータの平均値、標準偏差が計算される。図２に、一例として、プロセスパラメータ測定値と歩留りとの相関データ散布図を示す。横軸はプロセスパラメータ測定値、縦軸は歩留りである。図２の例では、プロセスパラメータ測定値と歩留りとの間には回帰直線に沿って相関関係がみられる。また図３に、一例として、各プロセスパラメータについて計算したプロセスパラメータ測定値と歩留りとの相関係数（Ｒ）を示す。
【００３０】
次に、トレンド監視システム１４において、計算された相関係数に基づいて各工程で管理されるプロセスパラメータの規格値を所定のルールに従い設定・修正する。各プロセスパラメータの規格値は、必要に応じて自動的に修正される。プロセスパラメータの規格値の修正は、例えば、計算された相関係数の絶対値が大きい場合は重要度の高いプロセスパラメータであると考えられるので、規格値の幅を狭くする。一方、計算された相関係数の絶対値が小さい場合は重要度の低いプロセスパラメータであると考えられるので、規格値の幅を広くする。図４に、プロセスパラメータの規格値の決定ルールの一例を示す。例えば、相関係数（Ｒ）の絶対値が０．３より大きい場合は規格値を目標値±２σとし、０．１より小さい場合は規格値を目標値±３σとし、０．１と０．３の間の場合は規格値を目標値±２．５σとする。ただし、σは標準偏差である。図３の例では、コンタクト寸法の相関係数（Ｒ）の絶対値が０．４６であり、０．３より大きいので、コンタクト寸法のプロセスパラメータ規格値は目標値±２σとなる。また、メタル寸法の相関係数（Ｒ）の絶対値が０．０８であり、０．１より小さいので、メタル寸法のプロセスパラメータ規格値は目標値±３σとなる。すなわち、ある工程のプロセスパラメータが高い相関係数を有するとすれば、その結果は図４に示した規則に従って規格にフィードバックされる。
【００３１】
上記のとおり、自動的に規定された規格は、一旦、担当エンジニアに自動的にＥメールなどにより通知され、担当エンジニアが確認後、変更後の規格としてリリースされる。これらのプロセスパラメータの工程へのフィードバックは、定期的に随時行われる。これにより、より歩留り影響の高いプロセスパラメータには、より厳しい管理規格が自動的に適用される。
【００３２】
上記の方法により設定されたＳＰＣ管理規格は、トレンド監視システム１４により、各プロセスパラメータのトレンドシフトを検出する。図５に示すように、各プロセスパラメータ測定値を常時監視し、規格を外れた場合は、担当エンジニアへアラームメールを送信する。図５において、横軸は、枚葉処理により順次処理される各ウェハを示し、縦軸は、プロセスパラメータ測定値（ウェハ内を複数箇所測定する場合は、その平均値）を示す。
【００３３】
また、例えば、目標値を中心に管理規格の幅を６分割して、その上下変動を監視し、規格を外れた領域に連続して３回以上データが存在した場合、システムはこれを自動的に検出して担当エンジニアにアラームメールを送信するようにしてもよい。
【００３４】
アラームメールを受信したら、担当エンジニアは、即時に対策のアクションをとる。例えば、パターン寸法のずれの場合は露光装置の露光量を調節したり、膜厚のずれの場合はデポジション時間を調整したりして処理装置の調整などを行い、トレンドを元に戻すフィードバックアクションを行う。
【００３５】
また、ある工程のプロセスパラメータが特定工程の特定装置に１対１で対応する場合、トレンド監視システム１４が処理装置に対して直接、アラームを送信し、自動的に処理装置を停止するようにしてもよい。
【００３６】
前記実施の形態では、プロセスパラメータと歩留りとの相関係数に基づいて、規格へのフィードバックを行う例について説明したが、歩留り以外にも、ＴＥＧの測定結果、例えば、トランジスタの閾値電圧、抵抗値などと、品質に敏感なプロセスパラメータとの間で相関関係を確認することにより、より高度なプロセス制御が可能となる。
【００３７】
したがって、前記実施の形態によれば、製品歩留り・品質に直接影響する確率が高く重要度の高いプロセスパラメータを自動的に相関チェックシステムにより検出し、重要度の高いプロセスパラメータの管理規格を厳しくし、重要度の低いプロセスパラメータの管理規格を緩和することにより、重要度の高いプロセスパラメータのトレンド異常を即時に工程にフィードバックすることが可能となり、極めて安定した製品歩留り・品質を維持することが可能となる。
【００３８】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３９】
例えば、前記実施の形態においては、半導体装置の製造ラインに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、半導体装置以外のすべての工業製品の製造ラインについても適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００４１】
（１）重要度の高いプロセスパラメータのトレンド異常を即時に工程にフィードバックすることが可能となり、安定した製品歩留り・品質を維持することが可能となる。
【００４２】
（２）半導体装置などの製造ラインにおいて、安定した製品歩留り・品質を維持することが可能となるため、品質面での顧客信用維持、高歩留りによる収益改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である品質管理システムの構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態である品質管理システム・方法において測定されたプロセスパラメータ測定値と歩留りとの相関関係を示す散布図である。
【図３】本発明の一実施の形態である品質管理システム・方法において自動計算された各プロセスパラメータの相関係数（Ｒ）を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態である品質管理システム・方法において設定・修正される規格値の決定ルールを示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態である品質管理システム・方法において管理される各プロセスパラメータ測定値の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ，…，１０ｎプロセスパラメータ測定装置
１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎ特性検査装置
１２データベースサーバ
１３相関チェックシステム
１４トレンド監視システム
１５プロセス制御用計算機システム

Claims

複数の処理工程を有する製造ラインにおける品質管理方法であって、
各工程で管理されるプロセスパラメータを測定する工程と、
複数の処理工程終了後に製品の特性検査を行う工程と、
前記プロセスパラメータの測定値と前記特性検査のデータとの相関係数を計算する工程と、
前記計算された相関係数に基づいて前記各工程で管理されるプロセスパラメータの規格値を修正する工程と、を有することを特徴とする品質管理方法。
請求項１記載の品質管理方法であって、
前記プロセスパラメータの規格値の修正は、前記計算された相関係数の絶対値が相対的に大きい場合は前記規格値の幅を狭くし、前記計算された相関係数の絶対値が相対的に小さい場合は前記規格値の幅を広くすることを特徴とする品質管理方法。
請求項１または２記載の品質管理方法であって、
前記相関係数の計算は、プロセス制御用の計算機システムにより定期的に自動的に計算され、前記プロセスパラメータの規格値の修正は、必要に応じて自動的に行われることを特徴とする品質管理方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の品質管理方法であって、
前記特性検査のデータは、歩留り、不良率またはＴＥＧの測定データであることを特徴とする品質管理方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の品質管理方法であって、
前記プロセスパラメータは、パターン寸法、膜厚または抵抗値であることを特徴とする品質管理方法。
複数の処理工程を有する製造ラインにおける品質管理システムであって、
各工程で管理されるプロセスパラメータを測定する手段と、
複数の処理工程終了後に製品の特性検査を行う手段と、
前記プロセスパラメータの測定値と前記特性検査のデータとの相関係数を定期的に自動的に計算し、前記計算された相関係数に基づいて前記各工程で管理されるプロセスパラメータの規格値を必要に応じて自動的に修正するプロセス制御用の計算機システムと、を有することを特徴とする品質管理システム。
請求項６記載の品質管理システムであって、
前記プロセスパラメータの規格値の修正は、前記計算された相関係数の絶対値が相対的に大きい場合は前記規格値の幅を狭くし、前記計算された相関係数の絶対値が相対的に小さい場合は前記規格値の幅を広くすることを特徴とする品質管理システム。
請求項６または７記載の品質管理システムであって、
前記特性検査のデータは、歩留り、不良率またはＴＥＧの測定データであることを特徴とする品質管理システム。
請求項６〜８のいずれか１項に記載の品質管理システムであって、
前記プロセスパラメータは、パターン寸法、膜厚または抵抗値であることを特徴とする品質管理システム。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の品質管理方法または品質管理システムを使用することを特徴とする半導体装置の製造方法。