JP2635566B2 - 半導体製造自動制御システム - Google Patents

半導体製造自動制御システム

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JP2635566B2 JP62004934A JP493487A JP2635566B2 JP 2635566 B2 JP2635566 B2 JP 2635566B2 JP 62004934 A JP62004934 A JP 62004934A JP 493487 A JP493487 A JP 493487A JP 2635566 B2 JP2635566 B2 JP 2635566B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) この発明は、半導体装置の製造に於ける新しい診断制
御アルゴリズムを具備した半導体製造自動制御システム
に関する。
(従来技術) 従来の典型的な、半導体製造自動化システムは、第3
図に示されるような構成となっている。つまり、半導体
製造の各要素工程に用いられる装置としてたとえば酸化
炉(31)、蒸着装置(32)、あるいは測定装置(33)等
があるが、これら半導体製造に用いられる装置が、それ
ぞれの装置を管理するブロックコンピュータ(34a),
(34b),(34c)を通して、ホストコンピュータ(35)
に結ばれている。
前記ホストコンピュータ(35)には、プロセスの手順
のみを示すデータを末端(36)から入力し、半導体製造
自動化システムを所定の状態を維持するように動作させ
ていた。
また、従来の半導体製造に関するシミュレータは、第
4図に示すようにあらかじめ設定したイオン注入、酸化
/拡散、リングラフィ、CVDエッチング、気相成長のデ
ータを記憶したシミュレーター(40)に一連のプロセス
の手順を端末(41)から入力し、この入力データに対し
て、前記シミュレータ(40)が計算を行ない、その結果
のデータ(42)を出力するものであった。(43)はデー
タ部である。又、シミュレータの入力データにプロセス
データのバラツキをもたせ、これを加味した上で素子特
性を予想するものはあったが、基本的には前記第4図に
示すシステムを1つのパッケージとして、入力→出力を
繰り返し動作させるものであった。
従来、前記自動化システムとシミュレータを組み合わ
せて用いるものとしては、自動化のプロセスの手順デー
タをそのまま単にシミュレーションシステムに転送さ
せ、その結果を予想するものやプロセスの変動と素子特
性のバラツキに関する診断解析システム等があるにすぎ
ない。前記診断解析システムに関しても、第5図に示す
ようにホストコンピュータ(55)に組み込まれ、端末
(56)と接続された推論エンジン(51)により、従来型
のプロセスシミュレータ(52)をくり返し動作させ、SR
AMやDRAM等の品種ごとに知識ベース(53)を作成し、実
際のプロセスから得られた品質管理データ(QCデータと
呼ぶ)(54)と前記シミュレータ結果とを比較し、検定
するものであった。
このようなシミュレーターを組み合わせた自動化シス
テムでは以下のような問題点があった。すなわちシミュ
レータ部ではある一定値からなる一連の手順を示した入
力しか扱っていないので実際のプロセスから得られた様
々な変動要因を含むデータに対する素子特性のバラツキ
の予想が困難である。また、たとえ変動要因を含むデー
タの予想が可能であっても、プロセスの変動値を小さな
値に分割し、シミュレータをくり返し行ない、同じ手続
きで動作させる必要があるので、計算時間がかかり計算
費用もかさむという問題があった。
また、前記診断解析システムでは診断のための知識ベ
ースを作るためにプロセスシミュレータの膨大な実行が
必要であった。
また前記したように品種が例えばSRAMとDRAMのように
プロセスに若干の相異である場合も、毎回実行をくり返
しデータをたくわえておく必要があり、データ自身の有
効活用ができない。またこれらのために自動化システム
への迅速なフィードバックができないなどの問題点があ
った。
(発明が解決しようとする問題点) (i) 上述したように従来のシミュレーターを組み合
せた自動化システム、例えば診断解析システムではシミ
ュレータをくり返し動作させ、診断用のデータベースを
作成する方法を採用しているので計算時間がかかるのみ
ならず、迅速なフィードバックができない。
(ii) また、膨大な知識ベースを品種毎に用意する必
要があり、データの有効活用画ができないなどの問題が
あった。
上記問題点を解決するには本発明は、従来とは異なる
プロセスシミュレーターのアルゴリズムを用い従来のよ
うなくり返し計算をなくし、保有データを軽量化し、ひ
いては迅速なプロセス修正をはかる半導体製造自動制御
システムを提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記目的を達成するために、半導体素子の
形状、素子内部の不純物分布あるいは電気的特性を測定
する手段と素子のシミュレーションを行なうプロセス.
デバイスシミュレータ部とを具備した半導体製造自動制
御システムにおいて、製造工程の特性平均値 及び偏差値(σ)を入力データとして、前記半導体製造
自動制御システムを動作させる制御部を有し、前記シミ
ュレータ部においては複数のプロセス因子に対応した素
子の形状、素子内部の不純物分布あるいは電気的特性の
期待値と偏差値(σ)を前記入力データより予想出力
し、前記期待値と前記測定手段により測定された半導体
素子の形状、素子内部の不純物分布、あるいは電気的特
性の実測値との有意差の検定を行ない有意差がある場合
には、その主要原因工程を診断し、前記診断された主要
原因工程において前記期待値に合致すべく製造工程のプ
ロセス因子を修正する機能を具備していることを特徴と
する半導体製造自動制御システムを提供する。
(作用) 上記したように本発明によれば、従来のようなくり返
し計算をなくすことができ、保有データを軽量化し、迅
速なプロセス修正をはかることができる。
(実施例) 本発明の詳細を図面を用いて説明する。
第1図は、本発明による半導体製造自動制御システム
の概略構成図である。まず、端末(1)からホストコン
ピュータ(2)にプロセスの手順とその要素プロセス毎
の中心値と分散値σのデータを入力する。このデ
ータは本発明の重要な部分である新しいプロセスシミュ
レータ(3)に転送される。ここでプロセスの手順に従
って、不純物分布や素子の仕上り形状を順次求めていく
と同時に、その都度プロセスのゆらぎにより、分散をも
求めていく。そして最終的な期待値とその分散及び各工
程途上で得られた変動値をデータベース(4)に蓄えて
おく。一方、上記プロセスの手順はそのままホストコン
ピュータ(2)の指示に基いて各工程で用いられる装
置、例えば酸化炉(5)、蒸着装置(6)、測定装置
(7)と接続されたブロックコンピュータ(8),
(9),(10)に送られる。これにより実際のプロセス
が自動的に進行して行く。たとえば測定装置(7)では
その工程にあった評価方法により、たとえば寸法や不純
物分布、電気的特性を測定する。これらのデータはホス
トコンピュータ(2)の指示によりフィードバックされ
データベース(4)に、実測値として記憶、蓄積され
る。そして、プロセスシミュレータ(8)の期待値や変
動と前記測定装置(7)から得られた値をホストコンピ
ュータ(2)に組み込まれた推論エンジン(11)を用い
て検定する。推論エンジン(11)では上記検定の結果、
有意差があると認めた場合あらかじめ求めてあるデータ
ベース(4)の種々の変動値と比較し、どの工程に原因
があるかを見つけ、同時に原因の重みづけを行い、前記
期待値に合致すべくプロセスの修正を行う。
前記プロセスシミュレータ(3)の作用について、更
に詳しく説明する。プロセスシミュレータ(3)は図に
示すように、イオン注入と変動.分散.処理部、酸化拡
散と変動.分散.処理部、リソグラフィとその変動分散
処理部等々からなる。それぞれに関し本発明による新し
いアルゴリズムを用いた変分処理部がある。ここでは、
前記アルゴリズムを示すに際し、もっとも複雑な1つで
ある酸化/拡散部とその変分部分の例について示す。そ
の手順は、以下の通りである。濃度を示すベクトル変数
をcとし、そのベクトル関数をf(c)とし、定数ベク
トルBについて f(c)=Bが与えられた時c=+Δcを代入し
て、Δcに関して、2次以上の項を無視することによっ
すなわち ここに は微係数の行列である。
(1)式をΔcについてとき、+Δcをあらためて
として、また(1)式を解くと言う反復でΔcが十分
に小さくなった時のcの解とする。
この解き方の実際を差分法を用いた離散化式に適用
し、詳解する。たとえば2次元問題において解くべき拡
散方程式は各不純物に対して下記のようにたてられる。
ここでx,zは2次元空間の水平方向、鉛直(下向き)
方向の座標、tは時間であり、Cは不純物の化学濃度、
Nはその内でアクティブ(active)なものの濃度であ
り、CとNの関係は 荷電クラスタの場合、たとえば また、中性クラスタの場合はたとえば C=N+m keq Nm を用いることができる。
ここでkqは平衡定数であり、不純物の種類により決定
されるもので温度の関数でもある。
また、上式のDは不純物の拡散係数であり、温度、濃
度に依存するものである。上の拡散式の離散化式におい
て、本発明で用いるアルゴリズムとにより、変分を用意
しておく。その1例を示すと Nの変分は中性クラスタについては したがって であり荷電クラスタについては となる。
これらをΨについての変分、Dについての変分等を求
める必要がある。これらを用意して(1)式に示したΔ
cについての逐次計算をすすめる。この時あらかじめ入
力されたプロセスの手順に示された設定値xiとその分散
σに関する値の幅まで変分を取る。
この変分をたとえばドーズ量,温度,時間等について
求めておき、それぞれの分散値の幅まで求めることによ
り、プロセスの変動を求めることができる。
この新しいアルゴリズムによるシミュレータでは従来
のようなシミュレータ自体のくり返し計算が不用であ
り、しかもプロセス毎に簡単にその最終的な出力とその
分散まで求めることができる。また同時にどのプロセス
因子が最も変動に対し支配的であるかも求められる。こ
のシステムによりプロセス診断システムとしての機能を
も保持することができる。
前記半導体装置自動制御システムを用いて、実際にデ
ータを入力した結果を次に述べる。
まず入力データとして以下のものを用いた。又、ここ
では、プロセスシーケンスの要点を以下のようにした。
ゲート酸化工程は、設定値950℃,σ=±5℃,
時間は設定値30分,σ=±1.0分、ボロンイオン注
入工程は設定ドーズ量は7×1011/cm2、変動値はσ
±5.0×1010/cm2、設定加速電圧は180KeVでその変動値
はσ=±10kV、アニール工程は設定値は1000℃、そ
の変動値はσ=±6℃、設定時間は30分でその変動値
はσ=±1.1分とした。このシーケンスにもとづいて求
めた予測値を第2図に曲線A,B,Cで示す。ここではゲー
ト中央部における工程の最終時点の不純物深さ方向につ
いての値をプロットしたものであり、Aは期待値、Bは
期待値+変動値の上限、Cは期待値+変動値の下限を示
す。
本システムのホストコンピュータ(2)よりゲート温
度の変動に対しては8.2mV/℃、パタニングの変動に対し
ては12mV/0.1μm、アニール時間に関しては1.8mV/mi
n、アニール温度に関しては1mV/℃なる値も得た。
前記出力を求めるのに10MIPSの計算機を用いて、CPU
時間は52分間であった。
同様の計算を第5図に示した従来型のシミュレータを
用いて実行したところ、ゲート温度に対する変動を求め
るのに8バッチ、パタニングの変動を求めるのに最少8
バッチ、アニールに対しては16バッチが必要であった。
これらに要した時間は10MIPSで841分であった。従来シ
ステムと比較をすると、計算量が1/16ですんだことがわ
かる。
またこのシステムにより実際の工程を経た半導体素子
の不純物を求めると第2図の点線Dのごとくになった。
この場合、推論エンジン(11)検定システムで検定した
ところ、このプロセスは有異差がないとの出力を得た。
また、この実施例の効果を説明するために前記従来シ
ステムを用いて同様に期待値と実測値を比較した例を第
6図に示す。この場合、出力からプロセスに異常があっ
たかどうかすぐにはわからない。実線Aは期待値、点線
Bは実測値である。そこで第5図に示した従来型の診断
システムを用いて、検定を行ったところこの検定には、
さらに21分の時間を要した。また、ためしに加速電圧を
20kV変化させてみた所、測定装置(10)からのQCデータ
がホストコンピュータ(2)に転送されてからわずか2
分で検定が終了し、加速電圧の異常を告げ、自動的に所
定の値に戻った。ちなみに従来システムでは検定が終了
し、加速電圧の異常を推測するのに98分間の時間を要し
た。
〔発明の効果〕
以上、述べてきたように、本発明によれば計算時間す
なわちフィードバックまで、従来の1/10〜1/20の時間で
すんでいることがわかる。これは本発明に用いられるプ
ロセスシミュレータ自体に変動値を取り扱えるようにし
た効果が極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による一実施例を説明するための概略
図、第2図は本発明の効果を説明するための図、第3図
乃至第5図は、従来例を説明するための図、第6図は従
来例により得られた結果を示す図である。 1……端末、2……ホストコンピュータ、3……プロセ
スシミュレータ、4……データベース、5,6,7……ブロ
ックコンピュータ、11……推論エンジン。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子の形状、素子内部の不純物分布
    あるいは電気的特性を測定する手段と素子のシュミレー
    ションを行うプロセス、デバイスシュミレータ部とを具
    備した半導体製造自動制御システムにおいて、製造工程
    の特性平均値(x)、及び偏差値(σ)を入力データと
    して、前記半導体製造自動制御システムを動作させる制
    御部を有し、前記シュミレータ部においては複数のプロ
    セス因子の各々に対応した素子の形状、素子内部の不純
    物分布あるいは電気的特性の期待値と偏差値を前記入力
    データより予測出力し、前記期待値と前記測定手段によ
    り測定された半導体素子の形状、素子内部の不純物分布
    あるいは電気的特性の実測値との有意差の検定を行い有
    意差がある場合には、その主要原因工程を診断し、前記
    診断された主要原因工程において、前記期待値に合致す
    べく製造工程のプロセス因子を修正する機能を具備する
    ことを特徴とする半導体製造自動制御システム。
  2. 【請求項2】前記素子の形状、素子内部の不純物分布あ
    るいは電気的特性の期待値と偏差値の予測出力は変分処
    理を用いて行うことを特徴とする請求項1記載の半導体
    製造自動制御システム。
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