JP2009283580A - 半導体装置の生産管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の製造プロセスにおいて、イベントに起因した異常を早期に検知することができる技術を提供する。
【解決手段】製造装置群１０３の管理を行う進度管理システム１０２と、製造装置群１０３と検査装置群１０４で収集されたデータが蓄積される装置・検査データ管理データベース１０５と、現場作業者及びエンジニアに対して電子メールを発信するメーラ１０７と、イベントの情報が蓄積されるイベント管理データベース１０６と、装置・検査データ管理データベース１０５とイベント管理データベース１０６のデータを参照して製造装置群１０３の異常を検知し、異常が検知された場合、進度管理システム１０２に対して指示を送信し、かつ、メーラ１０７に対して電子メールの発信指示を送信する状態監視システム１０１と、を有する半導体装置の生産管理システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の生産管理システムに関し、特に製造装置のメンテナンス、設定変更等のイベントに起因する不良を解析する技術に関する。

半導体装置の製造プロセスにおいて、製造装置のトラブルや用役（ガス、水、電気等）状態の変動や天災（地震、停電、台風等）が製造装置の状態に大きく影響を与えるが、製造装置に対するメンテナンスや設定変更などの製造装置イベントも製品歩留りへ影響することが多い。

なお、イベントとは、製造装置や製品に対して起こる変則的な事象をいう。イベントの例としては、製造装置のメンテナンスや設定変更、プロセスデータ異常、製造装置に起因する製品トラブル、用役（ガス、水、電気等）状態の変動、天災（地震、停電、台風等）、製品に対しては、検査工程での管理値外れ、キズや汚染などの製品トラブル、追加研磨・追加エッチ・再生処理、工程間の管理時間外れなどが挙げられる。

図８は、半導体製造プロセスにおけるイベントとその影響を示す図である。

図８に示すように、イベントには、目的があるイベントと、目的の無い突発イベントがある。目的があるイベントとしては、製造装置のメンテナンス、消耗費の交換（補充）、清掃、改造、レシピ変更（設定変更）などがある。目的がない突発イベントとしては、製造装置のトラブル、地震、台風、停電などがある。製造装置のメンテナンスや設定変更作業は、本来、製造装置や製品（半導体装置）の状態を良くする事が目的であるが、思わぬ副作用で製品や製造装置に対し、悪くも影響することがある。これらの副作用は、本来の目的とは違うため、その影響に気がつきにくい。また、影響があった場合、原因究明に時間がかかる。

メンテナンス作業や天災後には、製造装置毎に品質検査（ＱＣ）が指示されており、製造装置の正常状態を確認してからリリースされる。しかし、該当工程では発見されない異常もあり、数工程先に進んでから、異常が見つかる場合や、製品歩留り影響として確認されることも多い。歩留り結果が分るまでには時間がかかるため、異常が見つかった時には製品影響の範囲が拡大し、損害も大幅に膨らむこととなる。

製造装置のメンテナンスや設定変更作業はオフライン作業であることが多く、製造装置からホストコンピュータに通信するデータに反映されにくいが、製造装置イベント（製造装置メンテナンス、設定変更、プロセス異常、製品異常、用役状態変動、天災など）としてマニュアル入力でデータベース化も進んでいる。

したがって、これらの製造装置イベントを起因とした異常を早期に発見し、製品（半導体装置）への影響を最小限に食い止めることが求められる。

なお、本出願人は、発明した結果に基づき、「記録したメンテナンス情報を元に不良原因解析を行う生産管理システム」という観点で先行技術調査を行った。その結果、特許文献１〜３が抽出された。

特許文献１は、半導体製造装置の遠隔保守システムに関するものである。特許文献１に記載されている技術は、半導体製造装置が設置される工場側クライアントと、半導体製造装置の保守管理を行うベンダ側サーバがインターネットで接続され、サーバはクライアントから送信されたステータス情報に基づき半導体製造装置の異常を判定し、異常時にはデータベースを検索して原因、対処法を推定し、クライアントに原因、対処法等の保守情報及び指示を通知する、というものである。ステータス情報には、装置の稼動状態情報、装置情報、故障状態情報、保守状態情報等が含まれる。ただし、サーバがクライアントから受け取るステータス情報は、製造装置内部のデータになるので、製品情報やエンジニア作業、用役、天災情報等の取得は不可能である。

特許文献２は、直交法（タグチメソッド）を利用した不良原因装置を特定する技術に関するものである。特許文献２に記載されている技術は、複数の製造装置群のメンテナンス情報及び動作情報、特定の不良形態を有するロットの不良ロット群情報、に基づき要因効果データを作成し、要因効果データと不良ロット識別情報が一致するか否かを表示する要因効果図を作成し、その要因効果図に基づき、同一の不良原因に起因する複数の不良ロッ
トを選択し、選択した複数の不良ロットを処理した製造装置群の履歴情報を装置履歴情報データベースから読み出し、複数の不良ロットに共通する製造装置を特定し、その分析結
果に基づいて、不良原因装置一覧情報を出力する、というものである。

特許文献３は、製品表面の傷や異物付着等の異常解析を行うリカバリシステムに関するものである。特許文献３に記載されている技術は、異物管理システム、進捗管理システム、設備管理システム、歩留り管理システムを備え、前記各システム間の異常解析及び対策を、人手を介することなく定められたルーチンに従って実施する、というものである。設備管理システムには、製品の各工程における処理装置コード毎の稼動実績管理や保守・メンテナンス記録が管理されている。
特表２００２−０８９１８９号公報（第７頁、第１０頁、図６） 特開２００５−２８４６５０号公報（第４頁、図１） 特開２００５−５５７６号公報（第４頁、図２）

ところで、前記のような技術について、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。

現在、数拠点で稼動中の異常検知システムでは、プロセスデータか検査データに対して監視情報の設定をしておかなければ、異常検知をしないため、未経験の異常に対してはドカ不良（大量の不良）の発生防止にはならない。製造装置イベントが発生すると、それ自体を異常とみなして虚報を発報してしまうので、その虚報低減策が必要となる。しかし、製造装置イベントをキーにした異常検知や、工程間をまたいだ異常検知は、現在、異常検知システムのアルゴリズムに組み込まれていない。

また、現在稼動中の変更管理システムは、プロセス変更、装置パス拡大時に、変更条件をマニュアル登録することで変更前後のデータを比較できるようにした製品変更点管理システムである。設定しなければ、比較管理の対象にならないため、この変更管理システムにマニュアル設定せずに、製造装置イベントを取り込み、変更管理に反映させることが望ましい。

製造装置イベントの閲覧ツールとして、着工ノートシステムなどのツールは、製造装置と期間をキーに検索し、時系列表示やグラフ表示を行い、イベント前後のデータ変動を確認することが可能である。しかし、イベントをキーにした検索や表示をすることができない。

この様にして、予め検知したい項目や変更内容を設定するツールが多く、些細なイベントが予想外の影響を与えてしまい発生したような異常は、原因究明に時間がかかる。そのため、意識してマニュアル登録や検知するための設定をしなくても、イベントの発生情報を自動的に管理し、異常を早期に検知することが重要である。

したがって、イベントをキーにして、そのイベント発生前後でプロセスデータ、ＱＣ検査データ、歩留りなどの変動を容易に比較して報知する必要がある。また、イベント発生前後で変動が大きい（有意性がある）ものは、装置の着工を制御するなどの更なるアクションが必要である。この時、マイナスの影響だけでなく、プラスの影響についても、確認ができる必要があり、影響イベントが複数ある場合、どのイベントがどれだけ影響しているかを明示することも必要である。

特に、周期的に行われる作業などは、以前に実施している同作業での前後データとも比較し、イベント影響の許容範囲を明示する必要がある。

そこで、本発明の目的は、半導体装置の製造プロセスにおいて、イベントに起因した異常を早期に検知することができる技術を提供することにある。

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。

すなわち、代表的な実施例による半導体装置の生産管理システムは、製造装置群の管理を行う進度管理システムと、前記製造装置群と検査装置群で収集されたデータが蓄積される装置・検査データ管理データベースと、現場作業者及びエンジニアに対して電子メールを発信するメーラと、イベントの情報が蓄積されるイベント管理データベースと、前記装置・検査データ管理データベースと前記イベント管理データベースのデータを参照して前記製造装置群の異常を検知し、異常が検知された場合、前記進度管理システムに対して指示を送信し、かつ、前記メーラに対して電子メールの発信指示を送信する状態監視システムと、を有するものである。

代表的な実施例によれば、半導体装置の製造プロセスにおいて、イベントに起因した異常を早期に検知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。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

図１は本発明の一実施の形態による半導体装置の生産管理システムの全体構成例を示す図である。

まず、図１により、本実施の形態による半導体装置の生産管理システム構成の一例を説明する。本実施の形態による半導体装置の生産管理システムは、例えば、状態監視システム１０１と、進度管理システム１０２と、製造装置群（ＥＥＳを含む）１０３と、検査装置群（電気特性、プローブ検査装置を含む）１０４と、装置・検査データ管理データベース１０５と、イベント管理データベース１０６と、メーラ１０７と、不稼動イベント（トラブル、メンテナンス等）が入力される端末１０８と、設定変更イベント（エンジニアリング等）が入力される端末１０９と、ライン監視イベント（地震、台風、停電等）が入力される端末１１０などから構成される。状態監視システム１０１、進度管理システム１０２、メーラ１０７、端末１０８，１０９，１１０などは、汎用コンピュータ、サーバ、パーソナルコンピュータなどで構成される。端末１０８，１０９，１１０から入力されるイベントのデータは、人手によるマニュアル入力の場合もあるが、検知装置から自動的に入力される場合もある。そして、それぞれの構成要素は、双方向の通信回線で接続されている。

次に、図１により、通信データの流れを説明する。製造装置群１０３と検査装置群１０４で収集されたデータは、装置・検査データ管理データベース１０５に蓄積される。端末１０８，１０９，１１０で入力されたイベントに関するデータは、イベント管理データベース１０６に蓄積される。状態監視システム１０１は、進度管理システム１０２、装置・検査データ管理データベース１０５、イベント管理データベース１０６のデータを参照して処理を行う。

状態監視システム１０１は、異常を検知すると、進度管理システム１０２に対して異常連絡及び着工禁止指示を発信する。進度管理システム１０２は、状態監視システム１０１から着工禁止指示を受信すると、製造装置群１０３のうち該当する製造装置に対して着工禁止指示を発信する。当該製造装置は、進度管理システム１０２から着工禁止指示を受信すると、着工を停止する。

また、状態監視システム１０１は、異常を検知すると、メーラ１０７に対して異常連絡及び結果連絡を発信する。そして、メーラ１０７を介して、端末１０８，１０９の操作者である現場作業者及びエンジニアに対して異常連絡及び結果連絡の電子メールが送信される。また、状態監視システム１０１は、イベント管理データベース１０６に異常連絡及び結果連絡のデータを蓄積する。

次に、図２により、状態監視システム１０１における処理を説明する。図２は、図１に示した状態監視システム１０１における処理フローを示す図である。

状態監視システム１０１は、異常監視のキー情報として、積極的にイベントを取り込んでイベント前後のロットを自動監視する。

製造装置トラブル、製造装置の定期メンテナンス、製造装置の改造、設定変更等のエンジニアリング、装置起因の製品影響情報と、プロセス異常の情報と、検査異常の情報と、製品異常の情報と、指示書の情報と、イベント管理データベース１０６に蓄積されたイベント発生データ等に基づいてイベント変動の検知と変更点の管理を行う（自動監視設定）。そして、過去のイベント発生時の変動と比較し、イベント発生前後の検査データの有意差を判定する。その際、同様イベント前後の変動とも比較を行う。そして、異常（ＮＧ）／異常無し（ＯＫ）の判定を行う。異常（ＮＧ）と判定された場合は、状態監視システム１０１は、進度管理システム１０２に対して異常連絡及び着工禁止指示を発信し、メーラ１０７に対して異常連絡及び結果連絡のメール発信指示を送信する。

図３は、本実施の形態において、イベントの影響をチェックする処理フローを示す図である。図３において、吹き出し部分は、同様イベントの過去データを示している。

状態監視システム１０１は、イベント発生後の製造装置および製品（半導体装置）の正常状態を自動監視する。自動監視条件の設定は、特にイベント毎の設定は行わず、前後比較検知（対象ロット数、確認工程（検査工程や歩留り工程など））の条件のみ設定する。従来、イベント直後のＱＣ検査（品質検査）により製造装置状態を保障していた。しかし、本実施の形態では、図３に示すように、イベント直後のＱＣ検査（異物、膜厚検査など）だけではなく、イベント発生後に着工された製品もイベント後は監視対象とし、すべてのイベントについて、イベント発生前後のデータ（プロセスデータ、検査データ、異常検知データ）を比較することにより、イベントの影響を確認する（イベント後正常状態確認）。過去に同様イベントが発生している場合、イベント後正常状態確認工程において、その同様イベントの発生前後のデータ変動とも比較して検知する。

図４は、本実施の形態において、イベント影響の自動監視の処理フローを示す図、図５はイベントをキーにした過去データとの比較処理フローを示す図である。

本実施の形態では、予め、イベント検知の設定をしておいて、設定対象のイベントが発生した時、数枚製品の着工後もしくはダミーウェハ着工後に前後比較検知を行う（特有イベント検知）。比較検知を行った後、その比較結果を関係者にメール送信する。そして、内容によっては、製造装置の着工を停止する。

従来の変更管理システムでは、変更内容（主にレシピ変更）、比較対象ロット、確認工程（電気特性テスト（ｅ−ＴＥＳＴ）、プローブテスト（ＷＴ））を事前にマニュアル入力で設定していたが、本実施の形態では、図４に示すように、イベントが発生すると事前登録なしで複数工程での比較検証を実施し、初期流動監視を行う。

具体的には、デフォルトで、すべてのイベントに対して、（１）同様イベントの過去データ比較（２）イベント発生後の製品５ロットについての確認（３）次回のＱＣ確認（４）プローブテスト（ＷＴ）による確認などをしかけておく。トリガになるイベント（変化点）は、レシピ変更に限らず、すべてのイベントを対象とし、事前登録や前後ロットの登録は不要になる。

イベント後正常状態確認における変化点チェックにおいて、変化のチェック項目は、電気特性テスト（ｅ−ＴＥＳＴ）、プローブテスト（ＷＴ）だけではない。プロセスデータや製造装置のＱＣ検査、以前の同様イベントの前後データとも比較検証を行う。これにより、複数の工程でチェックすることが可能である。

ＱＣ検査の結果は、関係者にメール送信される。また、イベント後正常状態確認を実施した結果、異常有り（ＮＧ）の場合は、関係者にメール送信して着工を制御する。

図５に示すように、本実施の形態では、イベントをキーにしてデータの比較検証を行う。従来の異常検知は、製造装置、工程、レシピなどをキーにアルゴリズムや管理値を設定して検知しており、製造装置イベントは虚報低減のためのトリガとして利用していた。しかし、本実施の形態では、イベントキーの異常検知アルゴリズムを強化して、イベントをキーに検知を実施する。来歴情報を利用して、前回または前々回のイベント後のＱＣ結果との比較やイベント前後のロットを処理したプロセスデータを比較検知する。

図６は、本実施の形態において、過去の同イベントによるパラメータ変動との比較例を示す図であり、（ａ）は製造装置１における対象イベント前後のパラメータＡの変動、（ｂ）〜（ｄ）は製造装置１における過去の同イベント前後のパラメータＡの変動、（ｅ）〜（ｇ）は同種の製造装置２における過去の同イベント前後のパラメータＡの変動を示す。なお、図６において、製造装置１と製造装置２は、同種の製造装置であり、全掃（チャンバクリーニング）及び全掃２〜５は、同イベントである。

従来は、トラブルやメンテナンス作業後は、製造装置のＱＣ検査（異物、膜厚など）を規格判定（上下限値）で、製造装置の状態を保証していた。しかし、本実施の形態では、図６に示すように、規格判定（上下限値）だけではなく、過去の同イベント（前回、前々回など）による変動との比較を行う。例えば、製造装置１において、イベント（全掃５）が発生した場合、そのイベント前後のパラメータＡの変動データと、製造装置１における過去の同イベント（全掃２〜４）前後のパラメータＡの変動データとを比較する。また、イベント（全掃５）前後のパラメータＡの変動データと、同種の製造装置２における過去の同イベント（全掃）前後のパラメータＡの変動データとを比較する。

また、本実施の形態による生産管理システムは、イベント解析検証ツールを備えている。このイベント解析検証ツールは、製造装置の機種、イベントを設定し、影響度の高い製造装置と影響度の高いイベントを順位付けし、作業前後データを比較してグラフ表示する。また、製造装置および期間指定で、その期間に発生したイベント毎の前後での歩留り変動を比較する（Ｐ値の算出）。

次に、トラブルの実例を挙げて、本実施の形態による生産管理システムの有効性を説明する。図７は、トラブル実例に関するＣＶＤ装置の構成例を示す図である。

ある２台のＣＶＤ装置で搬送異物対策として、異物の巻き上げ防止を意図し、ベークプレートの３点ピンのダウン速度低速化を実施した。製造装置のＱＣ確認を行い、初期流動にて正常（ＯＫ）の判断をした。その後、調整チャンバのウェハマクロ検査結果にて有意差判定で悪化していることが判明し、１週間後、このＣＶＤ装置を停止した。

このトラブルのメカニズムは、チャンバ側のダウン速度は変更しなかったため、下記のような事象が起きたと推測し、もとの設定に戻した。

（ａ）チャンバの下降動作時にチャンバとウェハの距離が近接化し、チャンバの異物がウェハに落下して付着した。（ｂ）チャンバを閉める時にウェハ下降動作が継続し、チャンバ内での異物巻上げが起こった。

このトラブルを早期に異常検知するため、本実施の形態による生産管理システムを利用して、以下の流れでイベント後の製造装置および製品正常状態を自動監視する。

（１）変化イベントとしてピンダウン速度低速化を不稼動情報として取得し、このイベントをキーにして製造装置状態の監視を実施する。このことにより、実作業者以外でも、背景（作業内容）を把握できる。

（２）定常のＱＣ検査を前回のＱＣ結果とも比較する。

（３）その後、着工される製品は監視対象となる。

（４）比較グラフで有意差を判定して関係者に連絡する。

（５）関係者の判断で、もしくは自動で製造装置（ＣＶＤ装置）をストップする。

（６）改善のための対策を実施する。これは、次のイベントとして監視キーとなる。

（７）通常の製造装置のＱＣ検査を実施する。

（８）前回の同様イベントのＱＣデータとの比較を行う。

なお、イベント（天災やトラブル）や製造装置は、どのようなパターンであっても同様の処理を行うことができる。

したがって、本実施の形態による半導体装置の生産管理システムによれば、人が注目している結果だけ監視しているのではなく、変化イベントを対象にして取得できるデータを比較検証するので、小さな変化や別の製造装置への影響も監視対象となり、ドカ不良（大量不良）を未然に防ぐことができる。

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。

本発明は、すべての半導体製品を対象にした半導体製造プロセスに適用可能である。特に、本発明は、オンラインデータでは収集しにくい装置外乱情報をキーにした異常検知・変更管理であり、今後、重要技術となる。

本発明の一実施の形態による半導体装置の生産管理システムの全体構成例を示す図である。 図１に示した状態監視システムにおける処理フローを示す図である。 本発明の一実施の形態において、イベントの影響をチェックする処理フローを示す図である。 本発明の一実施の形態において、イベント影響の自動監視の処理フローを示す図である。 本発明の一実施の形態において、イベントをキーにした過去データとの比較処理フローを示す図である。 本発明の一実施の形態において、過去の同イベントによるパラメータ変動との比較例を示す図であり、（ａ）は製造装置１における対象イベント前後のパラメータＡの変動、（ｂ）〜（ｄ）は製造装置１における過去の同イベント前後のパラメータＡの変動、（ｅ）〜（ｇ）は同種の製造装置２における過去の同イベント前後のパラメータＡの変動を示す。 本発明の一実施の形態において、トラブル実例に関するＣＶＤ装置の構成例を示す図である。 本発明の前提として検討した、半導体製造プロセスにおけるイベントとその影響を示す図である。

符号の説明

１０１ 状態監視システム
１０２ 進度管理システム
１０３ 製造装置群
１０４ 検査装置群
１０５ 装置・検査データ管理データベース
１０６ イベント管理データベース
１０７ メーラ
１０８，１０９，１１０ 端末

Claims (3)

1. 製造装置群の管理を行う進度管理システムと、
   前記製造装置群と検査装置群で収集されたデータが蓄積される装置・検査データ管理データベースと、
   現場作業者及びエンジニアに対して電子メールを発信するメーラと、
   イベントの情報が蓄積されるイベント管理データベースと、
   前記装置・検査データ管理データベースと前記イベント管理データベースのデータを参照して前記製造装置群の異常を検知し、異常が検知された場合、前記進度管理システムに対して指示を送信し、かつ、前記メーラに対して電子メールの発信指示を送信する状態監視システムと、を有することを特徴とする半導体装置の生産管理システム。
2. 請求項１記載の半導体装置の生産管理システムにおいて、
   前記状態監視システムは、イベント発生前後の検査データ又はプロセスデータを比較して前記異常を検知することを特徴とする半導体装置の生産管理システム。
3. 請求項２記載の半導体装置の生産管理システムにおいて、
   前記状態監視システムは、前記イベント発生前後の検査データ又はプロセスデータと、前記イベントと同じイベント発生前後の過去の検査データ又はプロセスデータとを比較して前記異常を検知することを特徴とする半導体装置の生産管理システム。

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