JP2007059721A - Method and system for manufacturing semiconductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハから半導体素子を製造する半導体製造方法及び半導体製造システムに関する。 The present invention relates to a semiconductor manufacturing method and a semiconductor manufacturing system for manufacturing a semiconductor element from a semiconductor wafer.
従来より、半導体素子製造プロセスの管理に用いる評価パラメータを算出し、プロセスパラメータとデバイス特性の相関を示す評価関数を用いて評価パラメータの変動に対応するデバイス特性を解析し、解析結果に基づいて半導体素子の製造条件を最適化する半導体製造システムが知られている(特許文献1を参照)。そしてこのようなシステムによれば、高品質の半導体製品を歩留まりよく安定的に製造することが可能となる。
しかしながら、従来の半導体製造システムでは、半導体素子の製造条件を最適化する際、プロセスパラメータとデバイス特性の相関関係が過去のプロセスデータを用いてモデル化されている必要があるために、プロセスデータが整っていない製造プロセスの立ち上げ時には、製造条件を最適化することにより高品質の半導体製品を歩留まりよく安定的に製造することはできない。 However, in the conventional semiconductor manufacturing system, when optimizing the manufacturing conditions of semiconductor elements, the correlation between process parameters and device characteristics needs to be modeled using past process data. At the start of an incomplete manufacturing process, it is impossible to stably manufacture a high-quality semiconductor product with a high yield by optimizing the manufacturing conditions.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、製造プロセスの立ち上げ時において早期に高品質の半導体製品を歩留まりよく安定的に製造することが可能な半導体製造方法及び半導体製造システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing method capable of stably manufacturing a high-quality semiconductor product with high yield at an early stage when the manufacturing process is started up. And providing a semiconductor manufacturing system.
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体製造方法及び半導体製造システムは、製造プロセス途中の半導体ウエハの半導体特性検値と半導体素子の製品特性検査値の相関関係を分析し、分析結果に従って半導体素子の製造条件を変更するフィードバック制御を行う。 In order to solve the above problems, a semiconductor manufacturing method and a semiconductor manufacturing system according to the present invention analyze a correlation between a semiconductor characteristic test value of a semiconductor wafer and a product characteristic test value of a semiconductor element during the manufacturing process, and according to the analysis result. Feedback control is performed to change the manufacturing conditions of the semiconductor element.
本発明に係る半導体製造方法及び半導体製造システムによれば、製造条件を最適化するためにプロセスパラメータとデバイス特性の相関関係を予めモデル化しておく必要がないので、製造プロセスの立ち上げ時において早期に高品質の半導体製品を歩留まりよく安定的に製造することができる。 According to the semiconductor manufacturing method and the semiconductor manufacturing system according to the present invention, it is not necessary to model the correlation between process parameters and device characteristics in advance in order to optimize the manufacturing conditions. In addition, high-quality semiconductor products can be stably manufactured with a high yield.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる半導体製造システムの構成について説明する。 Hereinafter, a configuration of a semiconductor manufacturing system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[半導体製造システムの構成]
始めに、図1を参照して、本発明の実施形態となる半導体製造システムの構成について説明する。
[Configuration of semiconductor manufacturing system]
First, the configuration of a semiconductor manufacturing system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本発明の実施形態となる半導体製造システム1は、図1に示すように、工程規格値(装置設定値)に従ってロットを構成する複数の半導体ウエハの各々を処理することにより半導体素子を製造する半導体製造装置2と、処理途中の半導体ウエハ(中間製品)の半導体特性を検査する半導体特性検査装置3と、半導体特性検査装置3により得られた半導体特性値を用いて半導体ウエハ内の任意の位置における半導体特性値を近似補間により演算する近似補間演算装置4と、半導体製造装置2により製造された半導体素子(製品)の素子特性を製品特性値として検査する製品検査装置5とを備える。
As shown in FIG. 1, a semiconductor manufacturing system 1 according to an embodiment of the present invention is a semiconductor that manufactures a semiconductor element by processing each of a plurality of semiconductor wafers constituting a lot according to a process standard value (apparatus setting value). The
また、この半導体製造システム1は、半導体特性検査装置3により得られた半導体特性値,近似補間演算装置4により演算された半導体特性値,及び製品検査装置5により得られた製品特性値を収集する特性値収集装置6と、特性値収集装置6により収集された値を用いて半導体特性値と製品特性値の相関分析用データを作成し、作成された相関分析用データを利用して相関分析を行うことにより工程規格値をフィードバック制御する相関分析演算装置7とを備える。なお、上記近似補間演算装置4,特性値収集装置6,及び相関分析演算装置7は、ワークステーションやパーソナルコンピュータ等の公知の情報処理装置により構成されている。
Further, the semiconductor manufacturing system 1 collects the semiconductor characteristic value obtained by the semiconductor
[相関分析用データの作成方法]
次に、相関分析用データの作成方法について説明する。
[How to create data for correlation analysis]
Next, a method for creating data for correlation analysis will be described.
一般に、半導体素子は複数の半導体製造装置を利用して100以上の製造プロセスを経て製造される。また各製造プロセスは、半導体ウエハ数十枚を1ロットとして行われ、1つの製造プロセスが完了した時点で半導体特性値を検査することによりその製造プロセスの出来具合を確認する。 Generally, a semiconductor element is manufactured through 100 or more manufacturing processes using a plurality of semiconductor manufacturing apparatuses. In addition, each manufacturing process is performed by using several tens of semiconductor wafers as one lot, and when one manufacturing process is completed, the semiconductor characteristic value is inspected to confirm the quality of the manufacturing process.
また通常、半導体特性値は(1)図2に示すように1ロットを構成する複数の半導体ウエハ(本ウエハ)10の中に半導体素子を形成しない半導体ウエハをダミーウエハ11として挿入し、ダミーウエハ11の半導体特性値を測定する、又は、(2)図3に示すように本ウエハ10上に検査用回路12を形成し、この検査用回路12の位置における半導体特性値を測定するのいずれかの方法により取得される。 Usually, the semiconductor characteristic values are as follows: (1) As shown in FIG. 2, a semiconductor wafer in which no semiconductor element is formed is inserted as a dummy wafer 11 into a plurality of semiconductor wafers (main wafers) 10 constituting one lot. Either a semiconductor characteristic value is measured, or (2) a test circuit 12 is formed on the wafer 10 as shown in FIG. 3 and the semiconductor characteristic value at the position of the test circuit 12 is measured. Obtained by
ここで、本ウエハ10上に形成された半導体素子を利用せずに検査用回路12を用いる理由は、検査内容が破壊検査になることがあることや本ウエハ10上に回路を形成しない方が安定して半導体特性値を測定できるためである。なお、本明細書中において、「半導体特性値」とは、半導体ウエハ自体の特性を示す物理量であり、ウエハ抵抗,ウエハ厚み,ウエハ反り量等を例示することができる。 Here, the reason for using the inspection circuit 12 without using the semiconductor element formed on the wafer 10 is that the inspection content may be a destructive inspection or that the circuit is not formed on the wafer 10. This is because the semiconductor characteristic value can be measured stably. In the present specification, the “semiconductor characteristic value” is a physical quantity indicating the characteristics of the semiconductor wafer itself, and examples thereof include wafer resistance, wafer thickness, and wafer warpage.
また、製品特性値は全半導体素子(1枚の本ウエハ上には数百〜数千個の半導体素子が形成される)を対象として測定されるが、半導体特性検査では、生産性を考慮して、図4に示すようにダミーウエハ11上に設けられた数点の半導体特性検査ポイント13においてのみ測定される場合が多い。なお、本明細書中において、「製品特性値」とは、半導体素子の電気特性を示す物理量であり、半導体素子の種類により異なるが回路抵抗,リーク電流,感度電圧等を例示することができる。 Product characteristic values are measured for all semiconductor elements (hundreds to thousands of semiconductor elements are formed on a single wafer). In the semiconductor characteristic inspection, productivity is taken into consideration. Therefore, the measurement is often performed only at several semiconductor characteristic inspection points 13 provided on the dummy wafer 11 as shown in FIG. In the present specification, the “product characteristic value” is a physical quantity indicating the electrical characteristics of a semiconductor element, and may be exemplified by circuit resistance, leakage current, sensitivity voltage, etc., although it varies depending on the type of semiconductor element.
従って、半導体特性値と製品特性値の相関分析用データは、(1)半導体特性値を測定した本ウエハ上の位置に形成された半導体素子の製品特性値を抜き出して作成する、又は、(2)各半導体素子の位置に対応する半導体特性値を推定して作成するのいずれかの方法により作成する必要がある。そこで、本実施形態では、以下に示す4つの方法のうちのいずれかの方法により相関分析用データを作成する。以下、各方法について詳しく説明する。 Therefore, the correlation analysis data between the semiconductor characteristic value and the product characteristic value is created by extracting (1) the product characteristic value of the semiconductor element formed at the position on the wafer where the semiconductor characteristic value is measured, or (2 It is necessary to create a semiconductor characteristic value corresponding to the position of each semiconductor element by estimating the semiconductor characteristic value. Therefore, in this embodiment, the correlation analysis data is created by any one of the following four methods. Hereinafter, each method will be described in detail.
〔方法1〕
方法1では、本ウエハ10の検査用回路12の測定値を半導体特性値として用い、本ウエハ10の検査用回路12の周辺に形成された半導体素子の製品特性値から検査用回路12の位置における半導体素子の製品特性値を推定することにより、相関分析用データを作成する。具体的には、この方法1では、図5に示すように本ウエハ10上にn個の検査用回路12を設け、各検査用回路12の測定値を半導体特性値Hi(i=1〜n)とする。一方、図6に示すように検査用回路12の周辺の半導体素子をCi1〜Ci8、これら半導体素子の製品特性値をSi1〜Si8とすると、検査用回路12の位置における半導体素子の製品特性値Siは以下に示す数式1のように推定できる。
In the method 1, the measurement value of the inspection circuit 12 of the wafer 10 is used as the semiconductor characteristic value, and the product characteristic value of the semiconductor element formed around the inspection circuit 12 of the wafer 10 is used to determine the position of the inspection circuit 12. Data for correlation analysis is created by estimating the product characteristic value of the semiconductor element. Specifically, in this method 1, as shown in FIG. 5, n inspection circuits 12 are provided on the wafer 10, and the measured values of the inspection circuits 12 are converted into semiconductor characteristic values Hi (i = 1 to n). ). On the other hand, as shown in FIG. 6, if the semiconductor elements around the inspection circuit 12 are Ci1 to Ci8 and the product characteristic values of these semiconductor elements are Si1 to Si8, the product characteristic value Si of the semiconductor element at the position of the inspection circuit 12 is obtained. Can be estimated as shown in Equation 1 below.
従って、n個の検査用回路12それぞれについて同様の処理を行うことにより、以下の表1に示すようなn個の半導体特性値と製品特性値との関係を相関分析用データとして作成することができる。
〔方法2〕
方法2では、ダミーウエハ11の半導体特性検査ポイント13における半導体特性値から半導体特性検査ポイント13の位置に対応する本ウエハ10上の位置における半導体特性値を推定すると共に、半導体特性検査ポイント13の位置に対応する本ウエハ10上の位置における製品特性値を測定することにより、相関分析用データを作成する。具体的には、図7に示すように2枚のダミーウエハ11a,11b間にm枚の本ウエハ10があり、図8に示すようにダミーウエハ11a,11bに半導体特性検査ポイント13をn点配置し、ダミーウエハ11a,11bの半導体特性検査ポイント13における半導体特性値をそれぞれHi1,Hi2(i=1〜n)とすると、ダミーウエハ11aからP枚目の本ウエハ10上の半導体特性検査ポイント13の位置に対応する位置における半導体特性値Hiは半導体特性値H1i,H2iの加重平均によって以下の数式2のように推定できる。
In the
従って、半導体特性検査ポイント13の各位置に対応する位置についてP枚目の本ウエハ10の半導体特性値Hiを算出すると共に、本ウエハ10上の半導体特性検査ポイント13の位置に対応する位置における製品特性値を測定することにより、上述の表1と同様な相関分析用データを作成することができる。 Accordingly, the semiconductor characteristic value Hi of the P-th main wafer 10 is calculated for the position corresponding to each position of the semiconductor characteristic inspection point 13 and the product at the position corresponding to the position of the semiconductor characteristic inspection point 13 on the main wafer 10. By measuring the characteristic value, the same correlation analysis data as in Table 1 above can be created.
〔方法3〕
方法3では、本ウエハ10上の検査用回路12の測定値から本ウエハ10の全素子の位置における半導体特性値を推定すると共に、本ウエハ10の全素子の製品特性値を測定することにより相関分析用データを作成する。具体的には、図5に示すように本ウエハ10上にn個の検査用回路12を設け、検査用回路i(i=1〜n)の測定値を半導体特性値zi(i=1〜n)とする。そして、半導体特性値ziの位置に対する変化が連続であり、曲面状に変化すると考え、以下の方法により半導体特性値ziから本ウエハ10上の任意の位置における半導体特性値を算出する。なお、一般に、曲面の表現方法としては、陽関数表現,陰関数表現,パラメトリック表現が使われることが多いが、ここでは一例として陽関数表現を用いた場合について説明する。
[Method 3]
In the
いま、図9に示すように、検査用回路iの位置及び測定値をそれぞれ(xi,yi),zi(1≦i≦n,n:測定点数)とし、半導体特性値分布F(x,y)は以下の数式3で近似できると仮定すると、最小二乗法により以下に示す数式3から定数a,b,cの値を算出することにより以下の数式4が得られる。従って、数式4の連立方程式を解くことにより、半導体特性値分布F(x,y)は以下の数式5のように近似できる。なお、この例では説明を簡単にするために、半導体特性値分布F(x,y)を1次式で近似したが、高次の多項式であってもよい。
このことから、この方法3では、上記数式5を利用して検査用回路iにより得られた半導体特性値ziから本ウエハ10の全素子の位置(xi,yi)における半導体特性値を推定し、これらの半導体特性値を本ウエハ10上のk個の半導体素子の製品特性値Siと対応付けすることにより、以下の表2に示すようなk個の半導体特性値と製品特性値の関係を示す相関分析用データを作成する。
〔方法4〕
方法4では、ダミーウエハ11の半導体特性検査ポイント13における半導体特性値から本ウエハ10の全素子の位置における半導体特性値を推定し、本ウエハ10の全素子の製品特性値を測定することにより、相関分析用データを作成する。具体的には、ダミーウエハ11の任意の位置における半導体特性値は、上記方法3と同様、以下の数式6に示すように半導体特性検査ポイント13における測定値を利用して算出できる。従って、ダミーウエハ11a,11bの位置(xi,yi)における半導体特性値はそれぞれF1(xi,yi),F2(xi,yi)と算出される。
In the method 4, the semiconductor characteristic values at the positions of all the elements of the wafer 10 are estimated from the semiconductor characteristic values at the semiconductor characteristic inspection point 13 of the dummy wafer 11, and the product characteristic values of all the elements of the wafer 10 are measured, thereby obtaining the correlation. Create analytical data. Specifically, the semiconductor characteristic value at an arbitrary position of the dummy wafer 11 can be calculated by using the measured value at the semiconductor characteristic inspection point 13 as shown in the following
一方、ダミーウエハ11aからp枚目の本ウエハ10上の位置(xi,yi)における半導体特性値Hiは、上記方法2と同様、ダミーウエハ11a,11bの位置(xi,yi)における半導体特性値F1(xi,yi),F2(xi,yi)の加重平均によって以下の数式7のように推定できる。
従って、上記処理を本ウエハ10上のk個の半導体素子全てに行うことにより、k個の半導体特性値と製品特性値の関係を示す上記表1と同様の相関分析用データを作成することができる。 Therefore, by performing the above processing on all k semiconductor elements on the wafer 10, it is possible to create correlation analysis data similar to Table 1 showing the relationship between the k semiconductor characteristic values and the product characteristic values. it can.
[相関分析方法]
最後に、相関分析用データを用いた相関分析方法について説明する。
[Correlation analysis method]
Finally, a correlation analysis method using correlation analysis data will be described.
いま、半導体特性J及び製品特性KのデータをそれぞれHi,Si(i=1〜n)とすると、半導体特性Jと製品特性Kの相関係数Rは以下の数式8により算出できる。
そして、半導体特性J及び製品特性Kのデータの全ての組み合わせについて相関関数Rを求めると以下の表3に示すようになる。
そこで、本実施形態では、相関分析演算装置7は、上記表3から相関係数Rが大きい半導体特性J及び製品特性Kのデータの組み合わせを抽出し回帰分析を行う。具体的には、半導体特性J及び製品特性KのデータをそれぞれHi,Si(i=1〜n)とすると、半導体特性JのデータHと製品特性KのデータSの関係は以下の数式9のように表される。
そこで、相関分析演算装置7は、図10に示すように製品特性Kの良品規格値の上限値及び下限値をそれぞれSmax,Sminとし、上記数式9を用いて半導体特性Jの工程規格値の上限値Hmax及び下限値Hminを以下の数式10のように算出し、製品特性Kが良品規格値の範囲内に収まるように工程規格値を変更するフィードバック制御を行う。
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる半導体製造システム1では、相関分析演算装置7が、半導体特性値と製品特性値の相関分析用データを作成し、作成された相関分析用データを利用して相関分析を行うことにより工程規格値をフィードバック制御するので、従来までの半導体製造システムのように、工程規格値を最適化するためにプロセスパラメータとデバイス特性の相関関係を予めモデル化しておく必要がなく、製造プロセスの立ち上げ時において早急に高品質の半導体製品を歩留まりよく安定的に製造することができる。 As is clear from the above description, in the semiconductor manufacturing system 1 according to the embodiment of the present invention, the correlation analysis calculation device 7 creates data for correlation analysis between the semiconductor characteristic value and the product characteristic value, and the created correlation analysis. Since the process specification value is feedback controlled by performing correlation analysis using the data for the process, the correlation between the process parameter and the device characteristic is preliminarily set in order to optimize the process specification value as in the conventional semiconductor manufacturing system. There is no need for modeling, and a high-quality semiconductor product can be quickly and stably manufactured with high yield at the start of the manufacturing process.
なお、半導体特性値は、本ウエハからではなくダミーウエハから取得することが望ましい。ダミーウエハは実際に半導体素子になるものではないので、このような処理によれば、製造プロセスの状態を精度よく把握することができる。また、半導体特性値としては、複数のダミーウエハの厚さの値を外挿又は内挿することにより半導体素子の位置に対応するダミーウエハの位置の厚さを算出することが望ましい。 It should be noted that it is desirable to obtain the semiconductor characteristic value from a dummy wafer instead of from this wafer. Since the dummy wafer does not actually become a semiconductor element, according to such processing, it is possible to accurately grasp the state of the manufacturing process. Further, as the semiconductor characteristic value, it is desirable to calculate the thickness of the dummy wafer position corresponding to the position of the semiconductor element by extrapolating or interpolating the thickness values of the plurality of dummy wafers.
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。 As mentioned above, although embodiment which applied the invention made by the present inventors was described, this invention is not limited by the description and drawing which make a part of indication of this invention by this embodiment. That is, it should be added that other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above-described embodiments are all included in the scope of the present invention.
1:半導体製造システム
2:半導体製造装置
3:半導体特性検査装置
4:近似補間演算装置
5:製品検査装置
6:特性値収集装置
7:相関分析演算装置
1: Semiconductor manufacturing system 2: Semiconductor manufacturing apparatus 3: Semiconductor characteristic inspection apparatus 4: Approximate interpolation calculation apparatus 5: Product inspection apparatus 6: Characteristic value collection apparatus 7: Correlation analysis calculation apparatus
Claims (4)
製造条件に従ってロットを構成する複数の半導体ウエハの各々に対して所定の処理を行い半導体素子を製造する第1工程と、
前記所定の処理途中の半導体ウエハについて、半導体ウエハ内の位置に対する半導体特性の関係を示すデータを半導体特性分布として取得する第2工程と、
前記第1工程により製造された半導体素子の素子特性を製品特性値として取得する第3工程と、
前記製品特性値と前記半導体特性分布の相関関係を評価する第4工程と、
前記第4工程の評価結果に基づいて前記製造条件を変更するフィードバック制御を行う第5工程と
を有することを特徴とする半導体製造方法。 A semiconductor manufacturing method for manufacturing a semiconductor element from a semiconductor wafer,
A first step of manufacturing a semiconductor element by performing a predetermined process on each of a plurality of semiconductor wafers constituting a lot according to manufacturing conditions;
A second step of acquiring, as a semiconductor characteristic distribution, data indicating a relationship of semiconductor characteristics with respect to a position in the semiconductor wafer for the semiconductor wafer in the middle of the predetermined process;
A third step of acquiring, as a product characteristic value, the element characteristic of the semiconductor element manufactured by the first step;
A fourth step of evaluating a correlation between the product characteristic value and the semiconductor characteristic distribution;
And a fifth step of performing feedback control for changing the manufacturing condition based on the evaluation result of the fourth step.
前記ロットには半導体素子を製造しないダミーウエハが含まれ、前記第2工程は当該ダミーウエハについて行うことを特徴とする半導体製造方法。 A semiconductor manufacturing method according to claim 1,
The lot includes a dummy wafer that does not manufacture a semiconductor element, and the second step is performed on the dummy wafer.
前記ダミーウエハは1ロットあたり複数枚含まれ、複数のダミーウエハの厚さの値を外挿又は内挿することにより半導体素子の位置に対応するダミーウエハの位置の厚さのデータを前記半導体特性分布として算出することを特徴とする半導体製造方法。 A semiconductor manufacturing method according to claim 2,
A plurality of dummy wafers are included per lot, and the thickness data of the dummy wafer corresponding to the position of the semiconductor element is calculated as the semiconductor characteristic distribution by extrapolating or interpolating the thickness values of the plurality of dummy wafers. A method of manufacturing a semiconductor.
製造条件に従ってロットを構成する複数の半導体ウエハの各々に対して所定の処理を行い半導体素子を製造する半導体製造装置と、
前記所定の処理途中の半導体ウエハについて、半導体ウエハ内の位置に対する半導体特性の関係を示すデータを半導体特性分布として取得する半導体特性検査装置と、
前記半導体製造装置により製造された半導体素子の素子特性を製品特性値として取得する製品検査装置と、
前記製品特性値と前記半導体特性分布の相関関係を評価し、評価結果に基づいて製造条件を変更するフィードバック制御を行う相関分析演算装置と
を備えることを特徴とする半導体製造システム。 A semiconductor manufacturing system for manufacturing a semiconductor element from a semiconductor wafer,
A semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor element by performing predetermined processing on each of a plurality of semiconductor wafers constituting a lot according to manufacturing conditions;
For a semiconductor wafer in the middle of the predetermined processing, a semiconductor characteristic inspection apparatus that acquires data indicating a relationship of semiconductor characteristics with respect to a position in the semiconductor wafer as a semiconductor characteristic distribution;
A product inspection apparatus for obtaining the element characteristic of the semiconductor element manufactured by the semiconductor manufacturing apparatus as a product characteristic value;
A semiconductor manufacturing system comprising: a correlation analysis computing device that performs a feedback control for evaluating a correlation between the product characteristic value and the semiconductor characteristic distribution and changing a manufacturing condition based on the evaluation result.
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JP2014526148A (en) * | 2011-07-25 | 2014-10-02 | エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド | Method and apparatus for characterizing an object and monitoring a manufacturing process |
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