JP2016213400A - 欠陥検出システム、欠陥検出方法、半導体製造装置、及び生産管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体製造ラインの通信負荷を軽減し、データの欠損をプロセス異常と区別して検出する。
【解決手段】 欠陥検出システムは、半導体製造装置から測定データと処理シーケンスを一方向で取得するデータ収集部と、前記測定データの時系列の記録を前記処理シーケンスと比較してデータの欠損を検出する判定部と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置の生産ラインにおける欠陥検出技術に関する。

半導体デバイスの生産ラインでは、歩留りの向上のためにＦＤＣ（Fault Detection and Classification）が採用されている。ＦＤＣは、各半導体製造装置の出力をモニタし、異常を検出した場合に異常の種類を分類することで、異常の原因を特定し、欠陥ウェーハの産出を抑制する技術である。

図１に、従来のＦＤＣシステム１３０を用いた生産管理システム１００を示す。ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して、１以上の半導体製造装置１１０と、ロット経路管理装置２０と、ＦＤＣシステム１３０が接続されている。半導体製造装置１１０の種々のセンサ１３でプロセスやウェーハからの多様なデータを取得し、ＦＤＣシステム１３０のデータ収集サーバ１３１でデータを収集する。収集されたデータは、データ登録サーバ３２により、データ管理サーバ３３に登録される。

ＦＤＣシステム１３０は、半導体製造装置間の通信規格（たとえばＳＥＭＩ仕様）によって、製品処理の有無にかかわらず、常時、半導体製造装置１１０にデータの問い合わせをかけてデータを収集する。具体的には、データ収集サーバ１３１は、一定時間ごとに半導体製造装置１１０のＧＵＩ（Graphical User Interface）または制御用ＰＣ（Personal Computer）１２０（以下、「ＣＵＩ／ＰＣ１２０」と略称する）にデータの問い合わせを送信する。ＧＵＩ／ＰＣ１２０は、データの有無にかかわらず、問い合わせに応じて回答を送信する。

ロット経路管理装置２０からの処理命令をトリガとして処理装置１１で処理が開始された後も、処理中にデータ収集サーバ１３１から半導体製造装置１１０に同様のデータ問い合わせが送信され、データが収集される。現状では、データ収集サーバ１３１と各半導体製造装置１１０の間で、１秒ごとに双方向の通信処理が発生している。

特開２０１５−１８４７０号公報 特開平１１−７４１７０号公報

ＦＤＣシステムに接続される装置の数やセンサの数は増加しつつある。また、高精度にデータを取得するためにセンサのサンプリングレートは細かくなり、ＦＤＣシステムと各装置間の通信負荷が増大している。双方向の通信負荷の影響で、サーバやネットワークが正常な通信状態にあるにもかかわらず、センサデータの受信失敗（データの欠損）が発生する。通信中のデータの欠損は、半導体製造装置の動作に関して誤判断の原因となる。従来のＦＤＣシステムでの異常判定アルゴリズムでは、適正に得られたデータの通信過程での損失なのか、製造プロセスの異常なのか、処理の待ち時間なのか、区別がつかないからである。通信負荷の増大はまた、ロット経路管理装置からの処理命令やレシピダウンロードの遅延の原因にもなる。

そこで、半導体製造ラインの通信負荷を軽減し、データの欠損をプロセス異常と区別して検出することのできる欠陥検出の構成と手法を提供することを課題とする。

一つの態様として、欠陥検出システムは、
半導体製造装置から測定データと処理シーケンスを一方向で取得するデータ収集部と、
前記測定データの時系列の記録を前記処理シーケンスと比較して前記測定データの欠損を検出する判定部と、
を有する。

半導体製造ラインの通信負荷を軽減し、データの欠損をプロセス異常と区別して検出する欠陥検出システムが実現される。

従来の欠陥検出システムを用いた生産管理システムの概略図である。 データ欠損を説明する図である。 実施形態の欠陥検出システムを用いた生産管理システムの概略図である。 処理シーケンスを記述するデータの例を示す図である。 処理シーケンスと測定データの出力ログ波形を示す図である。 図３の欠陥検出システムの変形例を示す図である。 実施形態の欠陥検出システムの動作のフローチャートである。 実施形態の生産管理システムで行われる動作のシーケンス図である。

図２は、発明者らが見出した半導体製造ラインにおけるデータの欠損を説明する図である。複数のウェーハが所定のレシピ（処理シーケンス）に従って順次処理される。ウェーハ番号１２（図２では「ＷＦ＃１２」と表記）とウェーハ番号１４のウェーハでは、処理シーケンスの全体にわたって測定データが収集されている。ウェーハ番号１３のウェーハでは、処理シーケンスの前半部分のデータが失われている。半導体製造プロセスは正常に実施されているにもかかわらず、一部のデータがサーバで受信されていない。この場合、以下の問題が生じる。

従来のＦＤＣの監視レシピ、すなわち異常判定アルゴリズムでは、処理シーケンスと無関係に取得波形のみで異常を判断する。そのため、データの欠損が波形異常と誤判断されて半導体製造装置が停止され、半導体製造装置の処理能力が低下する。波形異常と判断されなかった場合は、データが未収集であるにもかかわらず半導体製造装置での処理が継続される。この場合、データが欠損しているため、障害発生時の履歴解析で解析不可能となり、品質が保証されない。

そこで、実施形態では、半導体製造ラインの通信負荷を軽減して、データの欠損を抑制する欠陥検出システムを提供する。また、データの欠損が生じたときは、データの欠損を検出することのできる欠陥検出システムを提供する。

図３は、実施形態の欠陥検出システム３０を含む生産管理システム１の概略図である。ＬＡＮ等のネットワークを介して、１以上の半導体製造装置１０と、ロット経路管理装置２０と、ＦＤＣシステム３０が接続されている。半導体製造装置１０は、半導体ウェーハを処理する処理装置１１と、ＧＵＩ／ＰＣ１２と、各種のセンサ１３を有する。ＦＤＣシステム３０は、データ収集サーバ３１、データ登録サーバ３２、データ管理サーバ３３、及び判定サーバ３５を有し、判定サーバ３５は欠損チェック部３６を有する。

半導体製造装置１０は、ロット処理の実行時に、ロット経路管理装置２０から「チャンバースタート」等の処理命令（ストリーム・ファンクション）を受信し、レシピをダウンロードする。レシピとは、半導体製造装置１０で実行される処理手順や処理条件を規定するデータである。この意味で、レシピを「処理シーケンス」と称する。半導体製造装置１０のＧＵＩ／ＰＣ１２は、レシピのダウンロードにより、処理シーケンスに沿ってセンサ１３の種類とデータの出力時間を確定し、処理装置１１での処理を開始する。処理中は、決定されたセンサ１３にてプロセスやウェーハから種々の測定データを取得する。ＧＵＩ／ＰＣ１２は、決定された出力時間の間、測定データをＦＤＣシステム３０のデータ収集サーバ３１に出力する。

実施形態の第１の特徴として、データ収集サーバ３１は半導体製造装置１０に対するデータ問い合わせを行わず、半導体製造装置１０から一方向で測定データと処理シーケンスを受信する。半導体製造装置１０のＧＩＵ／ＰＣ１２は、ロット経路管理装置２０からの処理命令とレシピの少なくとも一方のダウンロードをトリガとして、測定データと処理シーケンスをデータ収集サーバ３１に送信する。すなわち、データ収集サーバ３１からのデータ問い合わせをトリガとして測定データを送信するのではなく、一方向のデータ送信となる。データ収集サーバ３１で収集されるデータは、処理の開始から完了まで処理シーケンスに沿った時系列の測定データである。この方式により、データ収集サーバ３１と半導体製造装置１０の間の通信負荷が低減され、データの欠損を防止することができる。

実施形態の第２の特徴として、ＦＤＣシステム３０は、処理シーケンスと半導体製造装置１０から出力された測定データのログを比較することで、データの欠損（未出力を含む）を検出する。データの欠損をデータ収集過程での問題としてプロセス異常と区別して検出することで、誤判断による半導体製造装置１０の停止を防止し、欠損原因の早期解決を実現する。

具体的には、データ収集サーバ３１は、半導体製造装置１０の処理ごとにデータファイルを作成し、処理シーケンスと関連付けてデータ登録サーバ３２に送る。半導体製造装置１０が枚葉（シングルウェーハ）処理を行う場合は、ウェーハごとにデータファイルを作成し、そのウェーハ処理のために確定された処理シーケンス（レシピ）をデータファイルに関連付ける。半導体製造装置１０がバッチ処理装置の場合は、バッチ処理ごとにデータファイルを作成し、そのバッチ処理のために確定された処理シーケンス（レシピ）をデータファイルに関連づける。たとえば、１３枚のウェーハをバッチ処理する場合、処理シーケンスに従って決定された各種のセンサ１３でそのバッチ処理からの測定データが取得され、ＧＵＩ／ＰＣ１２から測定データが時系列で出力される。半導体製造装置１０で行われる１回の処理ごとに、データ収集サーバ３１はデータファイルの作成及び処理シーケンスとの関連付けを行なう。

データ登録サーバ３２は、データ収集サーバ３１から受け取ったデータファイルに基づいて、データ及び対応する処理シーケンスをデータ管理サーバ３３に登録する。データ管理サーバ３３は、データを処理シーケンスと関連付けて管理する。

判定サーバ３５の欠損チェック部３６は、データ管理サーバ３３に管理されている時系列データ（データの出力ログ）と処理シーケンスを比較することで、データの欠損を検出する。判定サーバ３５は、欠損チェック部３６でデータの欠損が検出された場合は、波形異常と区別してデータ欠損通知を出力する。データ欠損通知が出力されても、半導体製造装置１０の運転は継続される。

図４は処理シーケンスの一例を示す図、図５は、処理シーケンスとデータの出力ログを比較する図である。図４の処理シーケンスでは、ステップ１〜１５までの条件が時系列で記述されている。各ステップで、処理時間（ａ）、温度または電圧モード（ｂ）、開始温度と目標温度（ｃ）、温度変化率（ｄ）、供給ガスフロー（ｅ）等が規定されている。

図５（Ａ）は、図４の処理シーケンスの波形、図５（Ｂ）は、出力ログの波形である。いずれの波形も、横軸は時間、縦軸は温度である。出力ログでは、ステップ１〜５に対応するデータが欠損している。従来の異常判定アルゴリズムでは、処理シーケンスとの対比がないためデータの欠損と波形異常の区別がつかず、図５（Ｂ）のような出力データが収集された場合は、波形異常と誤判断される。これに対し、実施形態では、欠損チェック部３６で出力ログと処理シーケンスを比較することで、データの欠損と欠損期間を特定することができる。測定データの出力ログ波形が処理シーケンスの一部で欠けているが、その前後で処理シーケンス通りのデータが取得されている場合は、製造プロセスの異常ではなく、データ収集過程でのデータ損失である。この場合、判定サーバ３５は、所定期間にわたるデータ欠損であると判断し、半導体製造装置１０の運転を継続しつつ、データ欠損通知をシステム管理者等に出力する。

図６は、図３のシステムの変形例として、ＦＤＣシステム３０Ａを用いた生産管理システム１Ａ示す。ＦＤＣシステム３０Ａは波形解析部３９を有し、判定サーバ３５は、欠損チェック部３６と波形異常チェック部３７と、アラーム判定部３８を有する。波形解析部３９は、データ管理サーバ３３で管理されているデータに対して波形解析を行う。波形異常チェック部３７は、波形解析部３９の解析結果に基づいて波形異常の有無を判断する。アラーム判定部３８は、欠損チェック部３６と波形異常チェック部３７のチェック結果に応じたアラームを出力する。

ＦＤＣシステム３０Ａは、図３のＦＤＣシステム３０と同様に、半導体製造装置１０での処理開始（及び／またはレシピのダウンロード）をトリガとして、半導体製造装置１０から一方向で測定データと処理シーケンスを受信する。判定サーバ３５の欠損チェック部３６は、処理シーケンスと測定データの出力ログを比較して、データ欠損の有無を判断する。

判定サーバ３５は、欠損チェック部３６でデータ欠損が検出された場合、この測定データを波形異常チェックの対象から外す。データ欠損は、半導体製造装置１０で製造プロセスは正常に実施されているが、データ収集の過程（データ出力段階も含む）で生じる問題だからである。波形異常チェック部３７は、データ欠損と判定された測定データについては、波形異常のチェックを行わない。波形異常は、半導体製造装置１０の製造プロセスに異常がある場合、たとえば処理装置１１の動作に異常がある場合に検出される。処理装置１１の動作の異常は、原料ガスの流量異常、電圧異常、温度異常などを含み、突発的な異常も、経時変化（劣化）による異常も含む。

波形異常チェック部３７は、データ欠損が検出されなかった測定データに対して波形異常の有無を判断する。たとえば、対応するレシピで測定されるデータの基準波形をあらかじめ取得しておき、基準波形と測定データの波形を比較することで波形異常の有無を判断する。基準波形との比較は、レシピ期間のうちの所定の期間の比較でもよいし、処理シーケンスのステップごとの比較であってもよい。

アラーム判定部３８は、欠損チェック部３６によりデータ欠損が特定されたときは、システム管理者ＰＣ４０にデータ欠損アラームを通知する。システム管理者はデータ欠損アラームに基づいて、データ欠損の原因（データ収集上の問題）を早期に解決し、データ欠損の防止措置をとることができる。

アラーム判定部３８は、波形異常チェック部３７により波形異常が検出された場合、ロット経路管理装置２０に波形異常アラームを出力する。ロット経路管理装置２０は、波形異常アラームを受け取ると、半導体製造装置１０に装置停止命令を送信する。

図６の構成により、半導体製造装置１０とＦＤＣシステム３０Ａの間の通信負荷を低減してデータ欠損を抑制するだけでなく、データ欠損と波形異常を区別して検出することができる。これにより、異常発生の誤判断で半導体製造装置１０の運転を停止する事態を回避し、生産効率の低下を防止する。

図７は、図３のＦＤＣシステム３０、または図６のＦＤＣシステム３０Ａが行う処理フローである。半導体製造装置１０の処理の開始に連動して、半導体製造装置１０から測定データを一方向で取得し、合わせて処理シーケンスを取得する（Ｓ１１）。処理シーケンスと、時系列で取得された測定データとを比較し、データ欠損（データの未出力を含む）の有無を判断する（Ｓ１２）。データ欠損が検出される場合は（Ｓ１２でＹＥＳ）、この測定データを波形異常チェック等の通常のＦＤＣ監視アラームの対象から外す（Ｓ１３）。データ欠損はデータ収集上の問題であり、半導体製造装置１０の動作の異常と区別される。ＦＤＣ３０（または３０Ａ）は、検出されたデータ欠損を、対象となる処理番号（ユニット番号）、欠損期間等の情報とともに、たとえばシステム管理者のＰＣ４０に通知して（Ｓ１４）、処理を終了する。ここまでの処理の流れは、図３のＦＤＣシステム３０と、図６のＦＤＣシステム３０Ａで共通に行われる。

データ欠損が検出されない場合は（Ｓ１２でＮＯ）、波形解析結果に基づいて波形異常があるかどうかを判断する（Ｓ１５）。波形異常が検出される場合は（Ｓ１５でＹＥＳ）、ロット経路管理装置２０に波形異常アラームを通知して（Ｓ１７）、処理を終了する。波形異常がない場合は（Ｓ１５でＮＯ）、着目しているウェーハあるいはバッチに対する欠陥検査を終了する。Ｓ１５及びＳ１６の波形異常チェックは、図６のＦＤＣシステム３０Ａで実施される。

この方法により、半導体製造装置１０とＦＤＣシステム間の通信負荷を軽減して、データ欠損を防止する。また、データ欠陥が発生した場合でも、データ欠損をデータ収集過程の問題として検出することができる。さらに、データ欠損が検出された測定データを、波形異常チェックなどのＦＤＣ監視アラームの対象から外し、データ欠損のない測定データに対して異常判定を行うことで、データ欠損と製造プロセスの異常を区別して検出することができる。

図８は、図３の生産管理システム１または図６の生産管理システム１Ａで行われる動作のシーケンス図である。ロット経路管理装置２０は、特定のロット（カセット）についての処理命令とこのロットについて確定されたレシピを半導体製造装置１０に送信する（Ｓ２１）。半導体製造装置１０は、処理装置（チャンバーユニット）１１で行われる各処理のレシピ、すなわちユニットごとの処理シーケンスを確定する（Ｓ２２）。枚葉（シングルウェーハ）処理の場合は、ウェーハごとに処理シーケンスが確定される。バッチ処理の場合は、バッチごとに処理シーケンスが確定される。半導体製造装置１０はまた、処理シーケンスに基づいて、測定に用いるセンサ１３と出力時間を確定する。

半導体製造装置１０は、ＦＤＣシステム３０（または３０Ａ）のデータ収集サーバ３１に、処理の開始と確定された出力時間を通知して（Ｓ２３）、処理を開始する（Ｓ２４）。処理が開始されると、半導体製造装置１０からＦＤＣシステム３０（または３０Ａ）に、センサ１３で測定されたデータと、処理シーケンスが出力される（Ｓ２５）。測定データは所定の時間ごと、または処理シーケンスの各ステップごとに順次出力されてもよいし、処理終了時に一括して出力されてもよい。処理シーケンスは、順次出力の場合に最初の測定データとともに出力されてもよいし、Ｓ２３の処理開始及び出力時間の通知とともに通知されてもよい。あるいは、測定データが一括出力される場合に、測定データとともに出力されてもよい。いずれの場合も、測定データ及び処理シーケンスは、半導体製造装置１０の識別（ＩＤ）情報と、処理ユニットの識別情報に対応付けて出力される。

処理装置１１での処理が終了すると、半導体製造装置１０はＦＤＣシステム３０Ａ（または３０Ａ）に処理の終了を通知する（Ｓ２７）。ＦＤＣシステム３０（または３０Ａ）のデータ収集サーバ３１は、収集された測定データと処理シーケンスを関連付けてデータファイルを作成する。データ管理サーバ３３はデータファイルを記録し、管理する（Ｓ２８）。

判定サーバ３５の欠損チェック部３６は、測定データの時系列のログと処理シーケンスを比較して、データ欠損の有無をチェックする（Ｓ２９）。データ欠損が検出された場合、ＦＤＣシステム３０（または３０Ａ）はシステム管理者のＰＣ４０にデータ欠損アラームを出力する（Ｓ３０）。ここまでは、ＦＤＣシステム３０とＦＤＣシステム３０Ａに共通する処理である。

ＦＤＣシステム３０Ａは、欠損チェックでデータ欠損が検出された場合、当該測定データを製造プロセスの監視アラーム（波形異常チェック等）の対象外とする。データ欠損が検出されない場合は、当該測定データについて波形異常等の有無をチェックする（Ｓ３１）。波形異常が検出されると（Ｓ３２）、ＦＤＣシステム３０Ａからロット経路管理装置２０に波形異常アラームが出力される（Ｓ３３）。ロット経路管理装置２０は、半導体製造装置１０に装置停止命令を出力する（Ｓ３４）。半導体製造装置１０は、装置停止命令に応じて、処理装置１１の動作を停止する（Ｓ３５）。

このように、半導体製造装置１０からＦＤＣシステム３０（または３０Ａ）への測定データの供給を一方向とする。半導体製造装置１０は、データ収集サーバ３１からのデータ問い合わせなしに測定データを出力することで、通信負荷を軽減する。また、処理ごとの測定データと処理シーケンスをデータ収集サーバ３１に送信することで、ＦＤＣシステム３０（または３０Ａ）で測定データの時系列のログと処理シーケンスを比較して、データ欠損を検出することができる。さらに、ＦＤＣシステム３０Ａでは、データ欠損が検出された測定データについて波形異常のチェックの対象外とすることで、データ欠損と波形異常を区別して検出し、誤判断による半導体製造装置１０の動作の停止を防止することができる。

上記の実施例でＦＤＣ監視アラームとして波形異常を例にとったが、これに限定されず任意の解析ツールによる異常検出であってもよい。

１、１Ａ 生産管理システム
１０ 半導体製造装置
１１ 処理装置
１２ ＧＵＩ／ＰＣ（プロセッサ）
１３ センサ
２０ ロット経路管理装置
３０、３０Ａ 欠陥検出システム
３１ データ収集サーバ（データ収集部）
３２ データ登録サーバ
３３ データ管理サーバ
３５ 判定サーバ（判定部）
３６ 欠損チェック部
３７ 波形異常チェック部
３８ アラーム判定部
３９ 波形解析部

Claims (7)

1. 半導体製造装置から測定データと処理シーケンスを一方向で取得するデータ収集部と、
   前記測定データの時系列の記録を前記処理シーケンスと比較してデータの欠損を検出する判定部と、
   を有することを特徴とする欠陥検出システム。
2. 前記判定部は、前記測定データにおいてデータの欠損が検出された場合に、前記測定データを前記半導体製造装置におけるプロセス異常の判定対象から除くことを特徴とする請求項１の欠陥検出システム。
3. 前記判定部は、前記測定データにおいてデータの欠損が検出されない場合に、前記測定データについて前記半導体製造装置におけるプロセス異常の有無を判断することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検出システム。
4. 前記判定部は、前記測定データにおいてデータの欠損が検出された場合に、前記データの欠損を通知するメッセージを出力することを特徴とする請求項１〜３に記載の欠陥検出システム。
5. 半導体製造装置から測定データと処理シーケンスを受信し、
   サーバにて前記測定データの時系列の記録を前記処理シーケンスと比較してデータの欠損を検出する、
   ことを特徴とする欠陥検出方法。
6. 半導体ウェーハを処理する処理装置と、
   １以上のセンサと、
   プロセッサと、
   を有し、前記プロセッサは、前記処理装置での処理の開始に連動して、前記センサで測定される測定データと、前記処理のための処理シーケンスとを出力する、
   ことを特徴とする半導体製造装置。
7. 半導体ウェーハの処理の開始に連動して、前記処理から取得される測定データと、前記処理を記述する処理シーケンスとを出力する半導体製造装置と、
   前記半導体製造装置から、前記測定データと前記処理シーケンスを一方向で受信し、前記測定データの時系列の記録と前記処理シーケンスを比較してデータの欠損を検出する欠陥検出システムと、
   を有する生産管理システム。

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