JP2006024742A - 生産管理システムおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理条件の登録ミスによる製品不良の発生を防止し、設定した処理条件通りの処理が行えているかを監視可能な生産管理システムおよび半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 通信ネットワーク１３上に、ロット内ウエハの加工処理を行う複数の処理装置１４ａ〜１４ｃと、着工するロットおよび処理装置の選択や処理条件の識別子（レシピＩＤ）の決定を行う工程管理コンピュータ１０と、レシピＩＤの中身となるレシピデータが登録されるレシピ管理コンピュータ１２などを設け、レシピ管理コンピュータ１２は、レシピＩＤが決定した際には当該レシピＩＤに対応したレシピデータを処理装置にダウンロードし、処理装置による着工過程では処理装置からの処理状態データを収集してレシピデータとの間で比較検証を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、生産管理システムおよび半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体ウエハの処理条件の変更頻度が高い半導体生産ラインにおける生産管理システムおよび半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関するものである。

本発明者が検討したところによれば、半導体装置の生産管理技術に関しては、以下のようなものが考えられる。

例えば、特許文献１には、大量不良の発生を予防し、製品の品質または特性の安定化とその歩留向上を図るようにした製品の製造方法および生産管理計算システムが示されている。この製造方法は、製造ラインから収集した製品検査データや作業データを常時監視し、それらの収集データと各工程での管理基準値とを比較することによって品質設備の異常有無を評価し、異常があれば警告を行うといったものである。
特開平９−５０９４９号公報

ところで、前記のような半導体装置の生産管理技術について、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。

半導体装置の生産ラインでは、製品を加工処理する際に、例えば次のような処理が行われる。まず、工程管理者等が、各製品毎に、処理する工程を順に並べた処理フローを作成し、生産管理システムに登録する。この処理フローには、それぞれの工程で用いる処理装置の識別番号と処理条件の識別番号が含まれている。ここで、この処理条件をレシピと呼び、処理条件の識別番号をレシピＩＤと呼ぶ。

また、工程管理者等は、各レシピＩＤの中身となるレシピを所望の処理装置内に登録する。このレシピの一例としては、例えば、使用する材料（ガス、薬液等）の種類および量、加工条件（圧力、温度等）、処理時間および処理する場所（チャンバと呼ぶ）とその通過する順番などが挙げられる。ここで、製品がある工程に仕掛かった際には、生産管理システムから処理装置に対してレシピＩＤが送られ、処理装置は、このレシピＩＤに対応するレシピで製品に対して処理を行う。

この様に、半導体装置の生産ラインでは、通常、レシピＩＤによって処理条件が指示される。しかしながら、この場合、人為的なミスによって、レシピＩＤとレシピの対応関係に誤りが発生する可能性が考えられる。すなわち、工程管理者等が、処理装置内のレシピに間違ったレシピＩＤを対応させ、保存したような場合である。

そうすると、生産ラインにおいては、このような登録ミスが後の検査等によって顕在化されるまで不良が作り込まれることになる。また、場合によっては、検査によっても検出できない可能性も考えられる。特に、多数の製品が流動している生産ラインでは、このような問題は致命的なものとなる。さらに、ファウンダリビジネスやライフタイムの短い製品を生産する際には、レシピの変更が膨大なものとなる。ところが、前述したようなレシピの登録作業および管理方法では、レシピの変更を確実かつ迅速に行うことが非常に困難であり、人為的なミスの可能性が非常に大きくなる。

また、最先端の半導体生産ラインでは、新しいプロセスに対応した最新の処理装置が導入されるが、最新の処理装置では、装置自体の信頼性が十分とは言えない。この場合、処理装置が、登録されたレシピ通りに動作できない場合もあり、製品不良に繋がる可能性が予想される。特に、製品搬送や処理する製品決定も含めて全て自動化されたような生産ラインでは、製品不良の作り込みが短期間に大量に発生することになり、企業経営として大きな打撃となる。

このような中、前述した特許文献１は、製品の品質を管理する技術となっているが、設定した処理条件に着目し、その設定通りの処理が行われているかという観点で十分検証可能な技術とは言えない。また、前述したような処理条件の登録ミスを防止可能な技術とはなっていない。

そこで、本発明の目的は、処理条件の登録ミスによる製品不良の発生を防止し、設定した処理条件通りの処理が行えているかを監視可能な生産管理システムおよび半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

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。

本発明による生産管理システムは、半導体ウエハを含む複数のロットに対して加工処理を行う複数の処理装置と、複数のロットと複数の処理装置の中から実際に加工処理を行うロットおよび処理装置を選択し、この選択したロットを選択した処理装置で加工処理する際の処理条件の識別子を決定する工程管理手段と、処理条件管理手段とを有するものである。そして、前記処理条件管理手段は、処理条件の識別子に対応した処理条件の詳細データが登録されており、決定した処理条件の識別子を受けて、処理条件の識別子に対応する処理条件の詳細データを処理装置にダウンロードする機能と、当該処理装置によるロットの加工処理の際に、当該処理装置における実際の処理状態のデータを収集し、処理状態のデータと処理条件の詳細データとを比較検証する機能とを有するものである。

すなわち、処理装置で実際に設定される処理条件の詳細データ（レシピ）を処理条件管理手段で一元的に管理することで、処理条件の登録作業および管理が簡略化され、処理条件の登録ミスによる製品不良を防止することが可能になる。そして、実際の加工処理においては、処理装置における例えばガス圧などといった実際の処理状態のデータを受信し、これとレシピ上の例えばガス圧設定値とを比較検証することで、設定した処理条件通りの処理が行えているかを監視することが可能となる。

ここで、前記処理条件管理手段の前記比較検証する機能は、例えば、処理条件の詳細データにおける各設定値に対して予め上限値と下限値を定め、処理状態のデータが上限値と下限値の間にあるか否かで検証する。これによって、処理装置に許容可能なバラツキを考慮して比較検証を行うことができる。

また、前記生産管理システムは、前記工程管理手段を工程管理コンピュータによって実現し、前記処理条件管理手段をレシピ管理コンピュータによって実現し、工程管理コンピュータとレシピ管理コンピュータと複数の処理装置を互いに通信ネットワークで接続し、通信ネットワーク上の情報の送受信を、通信ネットワークに接続されたオンラインコントローラによって管理するものとなっている。これによって、前記生産管理システムは、一般的な生産管理システムの通信ネットワーク上にレシピ管理コンピュータを追加することで構築することができる。

また、前記生産管理システムは、複数の処理装置の内の少なくとも１つは検査装置となっており、前記処理条件管理手段が、さらに、検査装置によるロットの検査結果を収集する機能と、この収集した検査結果を処理条件の詳細データに関連付けて管理する機能とを有するものとなっている。これによって、レシピの内容自体の良し悪しを検証することが可能となり、また、ノウハウの蓄積などにも役立てることが可能となる。

本発明による半導体装置の製造方法は、半導体ウエハを含む複数のロットと複数のロットに対して加工処理を行う複数の処理装置の中から実際に加工処理を行うロットと処理装置を選択する工程と、当該処理装置で当該ロットを加工処理する際の処理条件の識別子を決定する工程と、処理条件の識別子に対応する処理条件の詳細データを予め管理コンピュータ内に登録しておく工程と、処理条件の識別子が決定した際に、管理コンピュータから処理装置に対して処理条件の識別子に対応する処理条件の詳細データをダウンロードする工程と、処理条件の詳細データに基づいてロットを処理装置で加工処理する工程と、加工処理を行う過程で、処理装置から管理コンピュータに対して処理装置における実際の処理状態のデータを伝達する工程と、伝達された処理状態のデータと処理条件の詳細データとを比較検証する工程と、比較検証した結果に問題があった場合、当該ロットの進行を停止する工程とを有するものである。

これによって、管理コンピュータ内に登録した処理条件の詳細データ（レシピ）通りにロットが加工処理されることを保障することができ、作業ミスや処理装置の安定性などに起因して所望の処理条件とは異なる処理条件で製品が処理されることによる製品不良の発生を防止することが可能となる。

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。

処理条件管理手段を用いて、処理装置に実際に設定する処理条件の詳細データを管理し、さらに、この処理条件の詳細データと処理装置の実際の処理状態のデータとを比較検証できるようにすることで、処理条件の登録ミスによる製品不良を防止し、設定した処理条件通りの処理が行えているかを監視することが可能になる。

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、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明の一実施の形態による生産管理システムにおいて、その構成の一例を示す概略図である。図１に示す生産管理システムは、通信ネットワーク１３によって相互に接続された工程管理コンピュータ１０と、レシピ管理コンピュータ１２と、半導体ウエハの加工等を行う複数の処理装置１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、通信ネットワーク１３上の情報の流れをコントロールするオンラインコントローラ（ネットワーク管理コンピュータ）１１とを備え、さらに、工程管理コンピュータ１０によって参照されるフロー情報データベース１０ａと、レシピ管理コンピュータ１２によって参照されるレシピ情報データベース１２ａとを有するものとなっている。

フロー情報データベース１０ａには、各品種毎の工程フローが登録されている。その内容は、各品種の識別子（品種ＩＤ）に対して、例えば、その品種を加工する際の処理順番となる工程番号や、各工程番号に対応する工程の識別子（工程ＩＤ）や、その工程で使用する処理装置の識別子（装置ＩＤ）や、その処理装置で用いる処理条件の識別子（レシピＩＤ）などを規定したものとなっている。

レシピ情報データベース１２ａには、各レシピＩＤ毎の処理条件の詳細データ（レシピデータ）が登録されている。そのレシピデータの内容は、例えば、処理装置内の各処理ユニット（チャンバ）単位で処理時間、ガス圧および温度などといった処理条件を規定したものとなっており、処理装置内の処理が複数のステップからなる場合は、そのステップ毎に処理条件を規定したものとなっている。

工程管理コンピュータ１０は、各ロットの進行状況や処理装置１４ａ，１４ｂ，１４ｃの稼働状況を判断し、フロー情報データベース１０ａを参照しながら、着工するロットＩＤと、そのロットに対応する品種ＩＤと、使用する処理装置ＩＤおよびレシピＩＤを決定する機能を備えている。レシピ管理コンピュータ１２は、レシピＩＤが決定した際に、そのレシピＩＤに対応するレシピデータを処理装置にダウンロードする機能と、そのレシピデータと処理装置における実際の処理状態のデータとを対比し検証する機能を備えている。

そして、このような生産管理システムを用いて、例えば、図２に示すような処理を行う。図２は、本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法において、図１の生産管理システムを用いた処理フローの一例を示すフロー図である。以下に、この処理手順について説明する。

まず、工程管理コンピュータ１０が、ロットの仕掛り状況と処理装置１４ａ〜１４ｃの稼働状況を判断して処理するロットおよび処理装置を選択し（Ｓ２０１）、フロー情報データベース１０ａの内容に基づいてそのロットと処理装置で用いるレシピＩＤを決定し、そのレシピＩＤをオンラインコントローラ１１経由でレシピ管理コンピュータ１２に通知する（Ｓ２０２）。そして、レシピ管理コンピュータ１２は、レシピＩＤが通知されると、このレシピＩＤに該当する処理条件の詳細データ（レシピデータ）をオンラインコントローラ１１経由で処理装置にダウンロードする（Ｓ２０３）。

すなわち、ここでの処理は、例えば図３に示すような処理となる。図３は、図２の処理フローにおいて、レシピデータのダウンロード処理の一例を説明するための説明図である。図３においては、工程管理コンピュータ１０が、例えば、着工するロットの品種ＩＤ：ＰＲＤ００１を参照し、このロットを処理装置ＩＤ：ＥＱ２０１の装置によって着工することを決定し、そのレシピＩＤ：ＲＣ２００１をオンラインコントローラ１１経由でレシピ管理コンピュータ１２に送信している。

そして、レシピ管理コンピュータ１２は、このレシピＩＤ（ＲＣ２００１）を受信し、処理装置（ＩＤ：ＥＱ２０１）（仮に処理装置１４ｂとする）の各チャンバ毎のレシピデータ（処理時間、ガス圧、温度など）を、オンラインコントローラ１１経由で処理装置１４ｂにダウンロードしている。なお、このダウンロードを行う際には、処理装置１４ｂに記憶されているレシピデータを一度読み取って、それとレシピ管理コンピュータ１２上のレシピデータとを対比し、異なる場合のみレシピ管理コンピュータ１２上のレシピデータをダウンロードするような形式にしてもよい。

続いて、図２に示すように、レシピデータのダウンロードが完了するか又は完了が見込まれた際には、当該ロットが処理装置に搬送される（Ｓ２０４）。そして、オンラインコントローラ１１から処理装置に対してレシピＩＤが送信されると、これを処理開始要求として、処理装置による当該ロットの処理が行われる（Ｓ２０５）。この際の処理条件は、言うまでもなく、前記Ｓ２０３でレシピ管理コンピュータ１２によってダウンロードされたレシピデータに基づくものである。

次に、処理装置による処理過程において、処理装置が、レシピ管理コンピュータ１２に対してオンラインコントローラ１１経由で実処理上の処理状態のデータを通知する（Ｓ２０６）。レシピ管理コンピュータ１２は、処理状態のデータが通知されると、それとレシピデータとを対比して比較・検証を行う（Ｓ２０７）。

すなわち、ここでの処理は、例えば図４および図５に示すような処理となる。図４は、図２の処理フローにおいて、処理装置から処理状態データを収集してレシピデータと対比する処理の一例を説明するための説明図である。図５は、図２の処理フローにおいて、収集した処理状態データをレシピデータと比較検証する際の処理の一例を説明するための説明図である。

図４においては、例えば、処理装置（ＩＤ：ＥＱ２０１）（仮に処理装置１４ｂとする）がレシピデータ（ＩＤ：ＲＣ２００１）に基づいて、品種ＩＤ：ＰＲＤ００１のロット（ＩＤ：ＬＯＴ−Ａ０００１）を処理し、その処理状態において処理装置１４ｂ内のガス圧センサ等で逐次計測したガス圧を、オンラインコントローラ１１経由でレシピ管理コンピュータ１２に送信している。レシピ管理コンピュータ１２は、この処理状態のガス圧のデータを受信し、それとレシピ（ＩＤ：ＲＣ２００１）で規定したガス圧とを比較検証する。

この比較検証を行う際は、例えば図５に示すように、予めレシピ管理コンピュータ１２でガス圧の上下限値を定めて検証を行う。図５では、レシピ（ＩＤ：ＲＣ２００１）で設定したガス圧（１０ｅ−３）を中心として、その上下限に±０．１６ｅ−３程度のマージンを持たせて検証を行っている。この上下限値は、例えば、工程管理者等が、レシピ管理コンピュータ１２に対してプロセスマージンを考慮した上で設定を行う。

なお、図５では、ロット（ＩＤ：ＬＯＴ−Ａ０００１）内の５枚のウエハ（ウエハＩＤ：ＷＡＦ０１〜０５）をチャンバＡで着工し、それぞれのウエハの処理過程において５回のサンプリング回数でガス圧の計測を行った例を示している。また、この例では、計測したガス圧がいずれも上下限値内に収まっているため問題は生じていない。

次に、図２に示すように、前述した処理状態データの比較検証による判定が行われ（Ｓ２０８）、検証結果が問題ない場合には、当該ロットを次の工程へ進行させる（Ｓ２１１）。一方、前述した上下限値を超えるような問題有りと判断される場合には、当該ロットを異常として進行停止（ＨＯＬＤ）にし（Ｓ２０９）、当該処理装置を使用不可とするように工程管理コンピュータ１０に対して通知を行う（Ｓ２１０）。

以上のように、図１に示す生産管理システムを用いると、従来技術において各処理装置上で個別に登録していたレシピデータを、レシピ管理コンピュータ上で一元的に登録および管理することができる。そして、このレシピデータは、実際にウエハが処理される直前に、対象となる処理装置にダウンロードされる。

これによって、レシピＩＤとレシピデータの対応が十分に管理され、正しいレシピデータおよび最新のレシピデータを迅速かつ確実に処理装置に反映させることができる。また、レシピを登録する際の作業が簡略化され、レシピデータのコピー作業や比較作業などが容易化される。これらによって、レシピの登録ミスを防止することが可能になる。

そして、さらに、レシピ管理コンピュータを用いて、処理装置からの処理状態データとレシピデータとを比較検証することができるため、処理装置起因などによる処理条件の不具合を検証することができる。このようなことから、図１に示す生産管理システムを用いることで、レシピ管理コンピュータ上で登録したレシピデータ通りにウエハが処理されることを保障することができ、製品不良の作り込みなどを防止することが可能となる。

なお、レシピ管理コンピュータは、登録されているレシピデータが変更される際に、それに併せて処理状態データの規格値（上下限値）を変更する様に、変更要求者に対して通知を出すようにするとよい。これにより、最新のレシピとそれに関連した処理装置の状態管理を確実に行うことが可能となる。

また、図１に示す生産管理システムは、オンラインコントローラ経由でデータの送受信を行う形態としているが、オンラインコントローラを用いず各コンピュータおよび処理装置間でデータを直接送受信するような形態にすることも可能である。また、前述した説明においては、処理状態データとしてガス圧を検証する例を示したが、これに限らず、レシピ管理コンピュータを用いて、レシピデータに関わる処理時間、温度またはガスの流量等に対しても同様に検証することができる。

図６は、本発明の一実施の形態による生産管理システムにおいて、図１のレシピ管理コンピュータが備える検査結果の検証機能について説明するための説明図である。図６に示す生産管理システムは、図１と同様のシステム構成であるが、その処理装置の一つが検査装置１４ｄとなっているものである。そして、レシピ管理コンピュータ１２は、前述した処理状態データを検証する機能に加えて、検査装置による検査データからレシピデータを検証する機能を備えている。

すなわち、処理装置１４ｂなどによるウエハ加工後に検査装置１４ｄによる検査が行われ、その検査結果となる例えば膜厚値等とその判定結果がレシピ管理コンピュータ１２に収集される。そして、レシピ管理コンピュータ１２は、この収集された情報に基づいて、レシピ管理コンピュータ１２に登録したレシピデータの内容自体が正しかったか否かを検証する。検査結果がＮＧであれば、当該レシピが使用不可、もしくは処理装置１４ｂなどが使用不可となるように工程管理コンピュータ１０に対して通知を行う。

また、レシピデータの特定の項目から、検査結果が推測できる場合、その特定の項目のレシピデータと検査結果の測定値をレシピ管理コンピュータ１２内の管理テーブルに設けるとよい。例えば、処理時間と使用するガスの流量から、「ｆ（処理時間、ガスの流量）＝形成された膜厚」の関係で膜厚が推測できるような場合である。

このように、製品における品質結果とレシピを紐付けして管理することにより、レシピ世代毎にそのレシピが品質に与える影響の度合いを管理することができる。また、レシピ管理コンピュータにレシピデータを登録する際に、既に品質結果が良くないレシピデータの再登録防止や、処理条件の向上のための支援データとして活用することもできる。

以上、本発明者によってなされた発明を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。

本発明の生産管理システムおよび半導体装置の製造方法は、レシピの変更頻度が高い少量多品種の半導体生産ラインや最先端プロセスの半導体生産ラインに適用して特に有益なものであり、さらに、これに限らず、不良の作り込みによる影響が大きくなる大口径ウエハに対応した半導体生産ラインなどを含めて半導体の生産ラインに対して広く適用可能である。

本発明の一実施の形態による生産管理システムにおいて、その構成の一例を示す概略図である。 本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法において、図１の生産管理システムを用いた処理フローの一例を示すフロー図である。 図２の処理フローにおいて、レシピデータのダウンロード処理の一例を説明するための説明図である。 図２の処理フローにおいて、処理装置から処理状態データを収集してレシピデータと対比する処理の一例を説明するための説明図である。 図２の処理フローにおいて、収集した処理状態データをレシピデータと比較検証する際の処理の一例を説明するための説明図である。 本発明の一実施の形態による生産管理システムにおいて、図１のレシピ管理コンピュータが備える検査結果の検証機能について説明するための説明図である。

符号の説明

１０ 工程管理コンピュータ
１０ａ フロー情報データベース
１１ オンラインコントローラ
１２ レシピ管理コンピュータ
１２ａ レシピ情報データベース
１３ 通信ネットワーク
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 処理装置
１４ｄ 処理装置（検査装置）

Claims (5)

1. 半導体ウエハを含む複数のロットに対して加工処理を行う複数の処理装置と、
   前記複数のロットと前記複数の処理装置の中から実際に加工処理を行うロットと処理装置を選択し、前記ロットを前記処理装置で加工処理する際の処理条件の識別子を決定する工程管理手段と、
   処理条件管理手段とを有する生産管理システムであって、
   前記処理条件管理手段は、
   前記処理条件の識別子に対応した処理条件の詳細データが登録されており、
   前記決定した処理条件の識別子を受けて、前記処理条件の識別子に対応する前記処理条件の詳細データを前記処理装置にダウンロードする機能と、
   前記処理装置による前記ロットの加工処理の際に、前記処理装置における実際の処理状態のデータを収集し、前記処理状態のデータと前記処理条件の詳細データとを比較検証する機能とを有することを特徴とする生産管理システム。
2. 請求項１記載の生産管理システムにおいて、
   前記処理条件管理手段の前記比較検証する機能は、前記処理条件の詳細データにおける各設定値に対して予め上限値と下限値を定め、前記処理状態のデータが前記上限値と下限値の間にあるか否かで検証することを特徴とする生産管理システム。
3. 請求項１記載の生産管理システムにおいて、
   前記工程管理手段は、工程管理コンピュータによって実現され、
   前記処理条件管理手段は、レシピ管理コンピュータによって実現され、
   前記工程管理コンピュータと前記レシピ管理コンピュータと前記複数の処理装置は、互いに通信ネットワークで接続され、
   前記通信ネットワーク上の情報の送受信は、前記通信ネットワークに接続されたオンラインコントローラによって管理されることを特徴とする生産管理システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の生産管理システムにおいて、
   前記複数の処理装置の内の少なくとも１つは検査装置であり、
   前記処理条件管理手段は、さらに、
   前記検査装置による前記ロットの検査結果を収集する機能と、
   前記収集した検査結果を前記処理条件の詳細データに関連付けて管理する機能とを有することを特徴とする生産管理システム。
5. 半導体ウエハを含む複数のロットと前記複数のロットに対して加工処理を行う複数の処理装置の中から実際に加工処理を行うロットと処理装置を選択する工程と、
   前記処理装置で前記ロットを加工処理する際の処理条件の識別子を決定する工程と、
   前記処理条件の識別子に対応する処理条件の詳細データを、予め管理コンピュータ内に登録しておく工程と、
   前記処理条件の識別子が決定した際に、前記管理コンピュータから前記処理装置に対して前記処理条件の識別子に対応する前記処理条件の詳細データをダウンロードする工程と、
   前記処理条件の詳細データに基づいて、前記ロットを前記処理装置で加工処理する工程と、
   前記加工処理を行う過程で、前記処理装置から前記管理コンピュータに対して、前記処理装置における実際の処理状態のデータを伝達する工程と、
   前記伝達された処理状態のデータと前記処理条件の詳細データとを比較検証する工程と、
   前記比較検証した結果に問題があった場合、前記ロットの進行を停止する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
   
   

Images