JP3369494B2 - ウェハーテストの不良パターン自動識別装置と方法 - Google Patents

ウェハーテストの不良パターン自動識別装置と方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、不良パターン識
別装置と方法に関し、特に、半導体製造プロセスにおい
て、ウェハー製品に対して行うウェハー合格テスト(Wa
fer Acceptance Test WATと略称する)の不良パタ
ーン自動識別装置と方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造プロセスにおいては、多くの
要因が製造された製品が使用できるか否かを左右するも
のとなるので、回路を設計する段階で生産完了後のテス
トニーズに適合するように、あらかじめテスト端子また
はテスト機構を作り込んでおいて、ウェハーの製造が完
了してから所定のテスト項目に従ってWATのデータテ
ストを行い、そのテスト結果から製造プロセスで発生し
た可能性のある問題を評価できるようにしている。しか
しながら、製品数量が膨大であるため、全製品について
全てのテスト項目を実施することは実際的ではないの
で、比較的良い方法として、各ロット(lot)の製品に
つき抽出テストを行うこと、すなわち1ロットの製品か
ら所定比率のサンプルを抽出して全ての項目にわたるテ
ストを行うことにより、そのテスト結果に基づいて製造
プロセスで発生した可能性のある問題を分析するととも
に、統計的な方法を使用してテスト結果を同一ロットの
全製品に適用することが採用されている。
【0003】切溝マクロ(kerf macro)機構は、評価方
法の1つであり、ウェハー上のダイス(dice)間の切溝
(カーフともいう)加工データテスト用の機構であり、
ウェハー面積を有効に利用することができるので、生産
されたチップ面積を占有することがない。切溝マクロ機
構を採用したウェハー合格テストを行って得られたパラ
メトリックテストデータ(parametric test data)を収
集ならびに評価することは、生産ラインの健全性(heal
th-of-line)を診断し、製造プロセス不良を判定する上
で重要なステップである。WATデータは、また機能性
テストに関する不良分析に必要な補充データを提供する
ものである。
【0004】切溝マクロ機構の原則は、全ての製品ロッ
トをサンプリングしてデータテストを行ってから、その
結果を全製品に適用することである。しかしながら、生
産ラインから得られるデータ数量が極めて膨大なものと
なるから、少数のデータだけがデータテストエンジニア
により詳細に分析されるものとなっている。しかも、一
般的な状況においては、個別のテスト項目だけを追跡し
て、テスト全体の平均値から不良集合を評価することが
なされていない。しかし、集合の不良パターン(patter
n)は、通常、特殊な製造プロセスエラーを明確に指摘
できるものであるばかりか、多くの場合、テスト項目を
相互に選別できるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上をまとめてみれ
ば、従来のデータテストエンジニアの分析方法から下記
するような課題が存在することが分かる。 1.単一のテスト項目の問題点を追求するだけにとどま
っており、テストから得られたデータを十分に活用する
ことができなかった。 2.テストから得られたデータと生産の機械装置、ウェ
ハー、生産されたロットとを関連付けた分析がなされて
いなかった。 3.数学的なツールを利用して、データを十分に活用す
ることがなされていなかった。
【0006】そこで、この発明の主要な目的は、ウェハ
ーテストの不良パターン自動識別装置と方法を提供し
て、集合分析および不良原因特性を全ての製品ロット
(lot)に展開するとともに、統計的な総合データを確
立して、生産の機械装置、ウェハー、ロットという基礎
を含む不良パターンの機能的な相関性を究明することに
より、WATデータをより有効なものとして活用し、生
産性を向上させる強力なツールとすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
【作用】上記課題を解決し、所望の目的を達成するため
に、この発明にかかるウェハーテストの不良パターン自
動識別装置と方法は、ウェハーの1ロットをサンプリン
グしてN個のテスト項目で得られたN個のテスト結果を
入力して、1つの不良パターンを基底とする識別結果を
出力するものであって、N個のテスト結果を受け入れた
後、N個のテスト結果をN次のテスト結果ベクトルとし
て表示し、テスト結果ベクトルの第i成分で第iテスト
項目の不良率を表示してから、N次元のテスト結果ベク
トルをN×N次の変換マトリックスと相乗してN次の不
良パターンベクトルを得るとともに、不良パターンベク
トルの第j成分第j不良パターンの比率を表示し、前
記不良パターンベクトルを識別結果とするものである。
また、不良パターン設定の入力を受け入れて、上記変換
マトリックスを設定できるものとしている。
【0008】
【実施例】以下、この発明にかかる好適な実施例を図面
に基づいて説明する。図1において、1ロットの製品に
対してN個のテスト項目でWATデータテストを行い、
所定の順番で配列したN個のテスト項目により得られた
テスト不良率のパーセンテージは、N個のテスト項目を
横軸とし、各テスト項目の不良率を縦軸としてグラフに
描くことで、この1ロットの製品の不良スペクトル(fa
il spectrum)とすることができ、この不良スペクトル
がこの1ロット全体のテストデータ状態を表すものとな
り、このような分析の目的は、個別の製造プロセスの問
題からスペクトルを取り出すことにある。
【0009】図2(a)(b)において、切溝マクロ構
造の定義に基づけば、1つの特殊な製造プロセスの問題
は、1つの特定集合の不良ピーク値として表されるが、
これをサブスペクトル(sub-spectrum)とすることがで
きる。従って、1つの特殊な製造プロセスの問題につい
て、1つのサブスペクトルを取り出すことができ、この
製造プロセスの問題を1つの不良パターン(fail patte
rn)として、もしN個の不良パターンがあれば、N個の
サブスペクトルを取り出すことができる。図2(a)
(b)で2つのサブスペクトルを図示しており、全体と
しての不良スペクトルは、全ての重み付けしたサブスペ
クトルを重ね合わせたものであり、次の数式1で表せ
る。なお、式中、pat1からpatNは、N個の不良
パターンを表し、a1からaNは、全体としての不良ス
ペクトルに対するN個の不良パターンの寄与、つまり重
み係数を表している。 a1.pat1+a2.pat2+…+aN.patN =全体の不良スペクトル
【0010】図3において、不良パターンを基底とする
スペクトルを示しているが、テスト項目を基底とする不
良スペクトルを不良パターンを基底(basis)とするス
ペクトルに変換することで、製造プロセスにおける問題
点をさらに容易に探し出すことができるようになる。
【0011】従って、ウェハーテストの不良パターン自
動識別方法の目的は、テスト項目を基底とするスペクト
ルを不良パターンを基底とするスペクトルに変換するこ
とで、不良スペクトル全体に対する各サブスペクトルの
寄与を容易に見て取れるようにすることにあり、ちょう
どスペクトル分析機の作用のように、質量スペクトロメ
ーターが質量スペクトルを個別の分子の分離スペクトル
として取り出すことができるのと同様なものとなる。
【0012】数学的に見れば、1つの不良スペクトルを
N次元空間の1ベクトルと見なすことができ、不良のパ
ーセンテージはその係数であり、単独な1つのテスト項
目をカルテシアン座標の単位ベクトル(unit vector)
と見なして、不良特徴パターン(characteristic fail
pattern)を転換したカルテシアン座標の基底ベクトル
(base vector)と見なすことができるので、不良パタ
ーン識別装置により不良スペクトルのベクトルを不良特
徴パターンの基底に投影させることができる。不良パタ
ーンを定義すれば、転換する作業は簡単なマトリックス
演算となり、全ての初期データに簡単に適用することが
でき、テスト分析の専門家またはエンジニアがなすべき
仕事は不良パターンを定義するだけとなり、不良パター
ンを定義するためには、不良パターンと実際の不良分析
結果との相関関係を利用することができる。
【0013】図4において、3次元空間のベクトル変換
の一例を示すと、単位ベクトル[100],[010],
[001]を3次元空間のカルテシアン座標の単位ベクト
ルとすると、この3つのベクトルが3つのテスト項目に
対応しており、3つのテスト項目から得られた結果で1
組みのベクトルFを獲得することができる。もしベクト
ルA,B,Cで不良パターンの基底ベクトルを表せば、
不良パターン自動識別装置と方法の目的は、ベクトルF
をベクトルA,B,Cの新しい単位ベクトルに投影する
とともに、それぞれ係数a,b,cを得ることにあり、
この3つの係数がテスト結果全体に対する各不良パター
ンの寄与を表すこと、つまり実際の生産ラインにおけ
る、ある製造プロセス要因が製品良率に及ぼす影響を表
すことになる。従って、ベクトルFを次の数式2で表す
ことができる。 F=a・A+b・B+c・C
【0014】テスト過程において、N個のテスト項目を
実施してN個のテスト結果を得ることをN次のテスト結
果ベクトルで表すことができ、そのうちテスト結果ベク
トルの第n係数が第nテスト項目の不良率(%)を表し
ている。
【0015】そして、実際の製造プロセスに基づいて、
N個の不良パターンを表す単位ベクトルを定義すれば、
これらの不良パターンが新しい基底ベクトルを表すこと
となり、定義された不良パターンにおいて、いくつかの
不良パターンをテスト項目と同じものにすることができ
る。
【0016】基本的に、分離する過程は、テスト項目を
基底とするテスト結果ベクトルを不良パターンを基底と
する不良パターンベクトルに変換することに他ならな
い。
【0017】実際の変換技術においては、1つのN次ベ
クトルと大きさがN×Nのマトリックスとの相乗演算だ
けで、神経回路網(neural network)のような複雑な演
算ではないから、短時間に数値演算により必要とする結
果を直接獲得することができる。
【0018】従って、N個のテスト項目の不良率(%)
をベクトルとすることができ、全体を表す不良スペクト
ルを基底とする不良パターンベクトルに変換すること
を、簡単なマトリックス相乗演算で行うことができる。
例えば、ベクトルFでテスト項目を基底とするテスト結
果を表すためには、不良パターンを基底とするベクトル
Pに変換することが必要で、次の数式3で表すことがで
き、式中、Tは変換マトリックスであり、実際のテスト
項目と製造プロセスエラーとの関係を表している。 P=T×F
【0019】図5において、変換マトリックスTは、単
位ベクトルよりなる疎行列、つまり成分が1または0の
2値しかなく、1の成分が少ない行列である。この5×
5の変換マトリックスを一例として説明すれば、5個の
テスト項目により得られる不良率を表す不良ベクトルF
を[0.2,0,0.4,0,0.1]とし、マトリックス演算および変
換マトリックスTとの相乗を経て、不良パターンを基底
とする変換ベクトルPである[0.2,0,0,0,0.3]を獲得す
ることができる。
【0020】図6において、この発明にかかるウェハー
テストの不良パターン自動識別装置60は、テスト結果
で得られたテストデータを入力するが、このテストデー
タは全てのテスト項目の不良率を表す1組のデータであ
り、不良パターン自動識別装置60の主要な機能は、入
力されたテストデータを処理して1つの識別結果を出力
することである。その処理過程は、前述したようなマト
リックス相乗演算であり、得られた識別結果は、不良パ
ターンを基底とするデータであって、製造プロセスにお
いて存在する可能性のある潜在的な問題の分析に供する
ことができる。不良パターン自動識別装置60は、不良
パターンの設定を入力することができるので、この機能
により不良パターン自動識別装置60の変換マトリック
スの内容を設定することができ、例えば、テスト項目に
基づいてマトリックスの次元を変更したり、異なる製品
または生産フローにつき、それぞれ特定の変換マトリッ
クスを設定することができる。
【0021】図6と図7とにおいて、この発明にかかる
ウェハーテストの不良パターン自動識別方法は、スター
ト後のステップ71で1つの生産されたウェハーに対し
て所定のテスト項目を実施する。ステップ72では、テ
スト項目から得られた各項目の不良率により、テスト結
果をテスト結果ベクトルとして表示し、ベクトル中の係
数をそれぞれ対応するテスト項目のテスト結果の不良率
とする。ステップ73では、テスト結果を表すテスト結
果ベクトルを不良パターン自動識別装置60へ送ってベ
クトル変換を行うが、変換方法は前述のマトリックス相
乗方法を使用する。変換を行う前に、実際のテスト項目
および不良パターンの関係に基づいて、テストの専門家
あるいはエンジニアが設定する変換マトリックスの内容
を完成させておく。ステップ74では、分析できるよう
に、不良パターン自動識別装置60により不良パターン
を基底とする不良パターンベクトルを獲得する。ステッ
プ75では、得られた不良パターンベクトルに基づき、
専門家または担当エンジニアにより製造プロセスに存在
する問題点を分析するとともに、分析結果に基づいて製
造プロセスの問題点を分析して、完成品の良率を向上さ
せる。そして、エンドとなる。
【0022】以上をまとめてみると、テスト分析の専門
家が所定のテスト項目および製造プロセス上の問題点に
基づいて、変換マトリックスを設定し、不良パターン自
動識別装置または方法で使用できるようにするが、実際
にテストする時には、各テスト項目により得られた結果
をテストして、各テスト項目の不良率をベクトルで表示
し、このベクトルと変換マトリックスとを相乗すると、
不良パターンを基底とするベクトルに変換できるので、
製造プロセスにおいて、どの工程が製品不良率にあたえ
る影響が最も大きいかを分析することができ、製造プロ
セスを改善することができる。次に、この発明の実際へ
の応用について説明する。
【0023】ダイナミックランダムアクセスメモリー
(Dynamic Random Access Memory DRAMと略称す
る)のテストを一例として説明すると、ウェハーに対し
て幅広切溝(wide kerf)を採用することで、広範なデ
ータテストを行うことができるテスト機構を提供するこ
とができる。
【0024】ここで、DRAMウェハーの幅広切溝でデ
ータテストを実施することは、主要には、第1金属化膜
(first metallization layer Metal 0ともいう。M0
と略称する)の下方にある配線前端構造(front-end-of
-line structure)間の短絡、漏電、開路を識別するこ
とである。これは、いわゆる欠陥アレイ(defect arra
y)によって行われ、欠陥アレイは動作しないがセルア
レイ(cell array)に類似した構造を備えており、簡単
な直流データ試験を行って短絡または開路を識別するこ
とができる。色々な欠陥アレイを設計することができ、
異なる欠陥アレイでは異なる構造を省略しており、不良
原因の範囲を絞り込むことができる。欠陥アレイ上に曲
線形または、くし形の導電膜、つまりM0およびMOS
FETのゲートコンタクト(Gate Contact GCと略称
する)を備えて、これらの導電膜上で簡単に直流により
導通する電流の電圧に対する特性曲線を測定する。曲線
形導線の一端から他端へ至る電流が阻止された時には、
開路(open)であり、曲線形導線および、くし形導線間
の電流が真性漏電流(intrinsic leakage)の範囲を超
過した時には、短絡(short)であり、同時にバイアス
(bias)機構により接地周辺間の導通状態からトータル
な漏電を測定するとともに、バイアス極性を変更してダ
イオード(diode)効果(整流性ともいう)を測定す
る。
【0025】欠陥アレイは、構造上の組合せの違いから
4タイプに分けることができ、全てのテストは、これら
4種類の欠陥アレイで重複して行うことができる。その
4タイプは、以下の通りである。第1のタイプは、CD
(Contact to Diffusion)無しでSS(Surface Stra
p)無しである。ここで、CDは、ビット線およびセル
トランジスタードレイン拡散へのコンタクトを指し、S
Sは、セルトランジスターソース拡散およびトレンチキ
ャパシターのポリシリコン接点へのコンタクトを指して
いる。第2のタイプは、CD有りでSS無しである。第
3のタイプは、CD無しでSS有りである。第4のタイ
プは、CD有りでSS有りである。
【0026】以上のテストは、CDまたはSSが存在す
る、あるいは存在しない状況において、CDおよびSS
との間が開路ないしは短絡であることをテストするもの
であり、同様に、GC膜を高電位または低電位に設定し
て、M0からM0への関連テストを行って導通の有無を
チェックすることができる。
【0027】図8において、テスト項目とテスト条件と
の組合せにより、真理値表(truthtable)を作成して、
特殊な製造プロセスの不良要素を特定のテスト結果に対
応させることができ、例えば、図示のようなDRAMテ
ストの真理値表(一部分)とすることができる。図8中、
各行には、各テスト項目が記載され、かっこ内にテスト
条件が記載されており、+で正バイアス、−で負バイア
ス、GCを高電位に設定した場合をONと表記してい
る。各列には、各行に対応する不良要素が記載され、行
列の交差する部分にxがある場合は予期された不良を表
し、1つのテスト項目が不良であることを意味し、その
テスト項目の他の列の部分にxが表記されている対応す
る製造プロセス不良要素は、いずれもこのテスト項目の
不良を引き起こした可能性があり、反対に、1つの製造
プロセス不良要素が成立した時には、その製造プロセス
不良の他の行にxが表記されている対応する試験項目を
実施した場合、いずれも不良という結果が出なければな
らない。例えば、真理値表の第8行目のテスト項目は
「GC→全部(−)」であり、xが表記された部分から
分かるように、このテスト項目の不良を引き起こした製
造プロセス不良要素として、「ゲートOxブレークダウ
ン」「GC→GC短絡(パターン時に発生)」「GC→
M0直接短絡」があり、反対に、第5列目の製造プロセ
ス不良要素は「GC→CD短絡(整流性またはダイオー
ド性)」であり、もしも、この製造プロセス不良要素が
もたらした不良が、「GC→全部(−,SS,CD)」
および「GC→全部(−,CD)」という2つのテスト
項目で不良という結果になった場合には、他のテスト項
目は正常となる。
【0028】テスト項目とテスト条件とに基づいて作成
した真理値表は、単位不良ベクトルの集合に等しいもの
であるから、この真理値表から変換マトリックスを直接
作成することができ、実際のテストでは、全てのテスト
項目から得られた不良ベクトルを前述した不良パターン
識別装置または方法により不良パターンを基底とするベ
クトルに変換するだけで、得られたテスト結果を製造プ
ロセス不良要素の角度から分析することができる。前記
した欠陥アレイのモデルは、実際の単位不良ベクトルの
部分集合にすぎず、全体としての変換マトリックスを完
成させるためには、完全なウェハーテスト過程を考慮に
入れなければならない。
【0029】従って、この発明にかかるウェハーテスト
の不良パターン自動識別装置と方法に基づいて、1ロッ
トの半導体ウェハーが完成した時に、所定のテスト項目
によりテストを行って、各テスト項目の不良率(%)か
らなるテスト結果ベクトルを得るとともに、この発明に
かかるウェハーテストの不良パターン自動識別装置と方
法を介して、テスト結果ベクトルを不良パターンを基底
とする不良パターンベクトルに変換することで、各製造
プロセス不良要素をこの1ロットのウェハー不良の影響
から分離させることができるとともに、全ロット製品の
統計的な総合データとして、テストの専門家またはエン
ジニアがこの1ロット製品の特性を容易に把握すること
ができ、また、不良要素と生産機械装置、ウェハー材
料、ロットとの間にある関連性を探し出して、何が製品
の品質に最も大きな影響を与えているかを分析すること
ができる。
【0030】以上のごとく、この発明を好適な実施例に
より開示したが、当業者であれば容易に理解できるよう
に、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更
ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特
許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等
な領域を基準として定めなければならない。
【発明の効果】以上説明した構成により、この発明にか
かるウェハーテストの不良パターン自動識別装置と方法
は、従来技術と比較して、次のような利点がある。 1.集合分析および不良原因特性を全ての製品ロット
(lot)において展開することができる。 2.統計的な総合データを確立することができる。 3.生産機械装置、ウェハー、ロットとという基礎的な
ものにつき、不良パターンの機能的な関連性を究明する
ことができる。従って、WATデータの活用性を向上さ
せて、強力な生産ツールとすることができるので、産業
上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】WATデータテストで得られた不良スペクトル
を示すグラフである。
【図2】(a)(b)は、図1から得られた2つのサブ
スペクトルを示すグラフである。
【図3】不良パターを基底とするスペクトルを示すグラ
フである。
【図4】3次元空間のベクトル変換の一例を示す座標図
である。
【図5】5×5の変換マトリックスと5次の不良ベクト
ルの相乗を示す関係図である。
【図6】この発明にかかる不良パターン識別装置を示す
ブロック図である。
【図7】この発明にかかる不良パターン識別方法を示す
フローチャートである。
【図8】DRAMウェハーのテスト例を示す真理値表の
一部分である。
【符号の説明】
60 ウェハーテストの不良パターン自動識別装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 598113542 シーメンス アクチエンゲゼルシャフト Siemens AG ドイツ連邦共和国 ミュンヘン,ウィッ テルスッバッチャープラッズ2,D− 80333 (72)発明者 査 家彦 台湾新竹市光復路一段268巷16号10楼之 1 (56)参考文献 特開2000−12640(JP,A) 特開 平10−135091(JP,A) 特開 平8−241121(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/66 H01L 21/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウェハーの1ロットをサンプリングして
    N個のテスト項目で得られたN個のテスト結果を入力し
    て、1つの不良パターンを基底とする識別結果を出力す
    るものであって、 前記したN個のテスト結果を受け入れた後、前記したN
    個のテスト結果をN次のテスト結果ベクトルとして表示
    し、前記したテスト結果ベクトルの第i成分で第iテス
    ト項目の不良率を表示してから、前記したN次元のテス
    ト結果ベクトルをN×N次の変換マトリックスと相乗し
    てN次の不良パターンベクトルを得るとともに、前記不
    良パターンベクトルの第j成分第j不良パターンの比
    率を表示し、前記不良パターンベクトルを識別結果とす
    るウェハーテストの不良パターン自動識別装置。
  2. 【請求項2】 上記したウェハーテストの不良パターン
    自動識別装置が、さらに、不良パターン設定の入力を受
    け入れて、上記変換マトリックスを設定できるものであ
    る請求項1記載のウェハーテストの不良パターン自動識
    別装置。
  3. 【請求項3】 ウェハーの1ロットをサンプリングして
    N個のテスト項目によりN個のテスト結果を得るステッ
    プと、 前記したN個のテスト結果をN次のテスト結果ベクトル
    として表示し、前記したテスト結果ベクトルの第i成分
    で第iテスト項目の不良率を表示するステップと、 N×N次の変換マトリックスを提供するステップと、 前記したN×N次の変換マトリックスと前記したN次の
    テスト結果ベクトルとを相乗してN次の不良パターンベ
    クトルを得るステップと、 前記不良パターンベクトルを不良パターンの基底とし
    て、前記不良パターンベクトルの第j成分第j不良パ
    ターンの比率を表示するステップとを具備するウェハー
    テストの不良パターン自動識別方法。
JP36743398A 1998-12-24 1998-12-24 ウェハーテストの不良パターン自動識別装置と方法 Expired - Fee Related JP3369494B2 (ja)

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