JP4695935B2 - 異常検出システムおよび異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出する異常検出システムおよび異常検出方法に関する。

従来の異常検出システムとしては、例えば特許文献１に記載されたものがある。同文献の異常検出システムにおいては、図８に示すように、管理図管理と規格管理とが併用され、管理図管理におけるＬＣＬ（下方管理限界線）と規格管理における規格下限との間、およびＵＣＬ（上方管理限界線）と規格上限との間が警戒領域に設定されている。そして、管理特性値（同図においては膜厚）が警戒領域に入った場合には、管理対象製品の監視を強めるための特別な管理を促すべく、警報が鳴らされることが開示されている。

半導体製造ラインにおける工程管理では、管理特性値が製品規格から外れる前に異常を発見することを目的に、傾向判定が用いられることがある。傾向判定の一種である「交互増減」と呼ばれる方法においては、管理特性値の増加と減少とが何点か交互に起こる場合に、異常検出システムにより異常と判定され、アラーム（警報）が鳴らされる。

その点数は、例えばＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｚ９０２１）では１４点と定められている。その場合、図９に示すように、<１４>（図中では丸囲み数字、以下同様）の管理特性値が警報の対象となる。すなわち、同図においては、連続する１４個の管理特性値について値の増減が交互に起こっているため、複数ある製造装置または測定装置に機差がある可能性が疑われる。上記警報は、管理者が工程や製品等の調査を行い、異常の有無を調査、確認する契機となる。
特開２００１−６７１０９号公報

ところで、半導体の製造ラインにおいて用いられる製造装置には、薄膜を形成する装置が多数ある。薄膜形成の形態で分けると、熱酸化法、化学的気相成長法またはスパッタリング法等を利用した装置が挙げられる。薄膜の厚さ（膜厚）は、重要な管理特性値の一つである。膜厚を測定する装置としては、例えば分光エリプソメータ法を用いた装置がある。

製造ラインの規模によっては、薄膜形成装置および／または膜厚測定装置をそれぞれ複数台、用いることがある。このような場合、工程調整（膜厚のセンタリング）を充分に行っていても、形成される薄膜の膜厚は、装置毎に微妙に相違する場合がある。

例えば、熱酸化による薄膜形成装置（熱酸化装置）が２台、膜厚測定装置が１台の場合を考える。設計値（目標値）に近い膜厚が得られるように熱酸化装置の工程調整が行われるが、設計値と完全に等しい膜厚が得られるように調整を行うことは非常に困難である。したがって、通常は、許容できる程度の誤差であれば許容し、その熱酸化装置を用いて薄膜の加工を行う。

このような場合、図１０に示すように、設計値（同図中の中心線ＣＬに相当）の近傍で、わずかに交互増減が繰り返されることがある。それゆえ、上述の１４点交互増減の判定法を適用した場合、実際には異常と判断する必要がないにも関わらず、異常と判断されてしまう。同図の例では、<１４>、<１５>、<１６>および<１７>の管理特性値に対して警報が鳴ることになる。かかる問題は、膜厚測定装置が２台あり、それらの測定値間に許容できる程度の差がある場合にも同様に生じるものである。

これに対して、不要な異常判定が行われるのを防ぐために、交互増減の判定法を適用しない態様も考えられる。しかしながら、その場合、実際の異常に起因して、管理特性値の増減が交互に起こっている場合にも異常判定がなされないため、異常の発見が遅れてしまう。例えば、図１１に示す管理特性値についてヒストグラムを描くと図１２に示すようになる。このヒストグラムから、管理特性値の分布に２つの山が存在していることがわかる。したがって、図１１においては、異常判定がなされるべきである。このとき、１４点交互増減の判定法を適用していれば、<１４>、<１５>、<１６>および<１７>の管理特性値に対して警報が鳴るため、速やかに異常を発見できた筈である。したがって、交互増減の判定方法は有効であるが、図１０を用いて説明した問題があった。この従来の異常検出システムにおいて、実際には異常が生じていないにも関わらず、異常と判定されてしまうという課題があった。

本発明による異常検出システムは、同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出するシステムであって、上記製品について測定された上記管理特性値を記憶する記憶手段と、上記管理特性値を上記記憶手段から取得し、下記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるかどうかを判断し、
（ｉ）製造される順番が連続するｍ（ｍは３以上の整数）個の上記製品について、当該各製品の上記管理特性値の増加と減少とが交互に起こっている
（ｉｉ）当該ｍ個の製品の上記管理特性値のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある
上記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるとき、上記管理特性値が異常であると判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明による異常検出方法は、同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出する方法であって、上記製品について測定された上記管理特性値を記憶手段に記憶する記憶ステップと、上記管理特性値を上記記憶手段から取得し、下記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるかどうかを判断し、
（ｉ）製造される順番が連続するｍ（ｍは３以上の整数）個の上記製品について、当該各製品の上記管理特性値の増加と減少とが交互に起こっている
（ｉｉ）当該ｍ個の製品の上記管理特性値のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある
上記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるとき、上記管理特性値が異常であると判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする。

これらの異常検出システムおよび方法においては、管理特性値について無判定領域が設けられている。そして、ｍ点連続で管理特性値の増減が交互に起こり、且つそのうち少なくとも１個の管理特性値が上記無判定領域から外れている場合にのみ異常と判定される。したがって、ｍ点連続で管理特性値の増減が交互に起こった場合であっても、そのうち少なくとも１個の管理特性値が上記無判定領域から外れていない限りは、異常判定がなされないこととなる。このため、無判定領域を設けない場合に比して、不要な異常判定の回数を減らすことが可能となる。

上記無判定領域の上限値は、上記管理特性値の許容範囲の中心値よりも大きく、且つ上記許容範囲の上限値よりも小さな値に設定されてもよい。また、上記無判定領域の下限値は、上記中心値よりも小さく、且つ上記許容範囲の下限値よりも大きな値に設定されてもよい。

本発明によれば、管理特性値の異常の発見が遅れるのを予防しつつ、不要な異常判定の回数を減らすことが可能な異常判定システムおよび異常判定方法が実現される。

以下、図面を参照しつつ、本発明による異常検出システムおよび異常検出方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明による異常検出システムの一実施形態を示すブロック図である。異常検出システム１は、測定部１０、判定部２０、報知部３０、および記憶部４０，５０を備えており、同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出するものである。本実施形態においては、当該製品として半導体製品を例にとって説明する。ここで言う半導体製品は、素子を作り込む過程にあるウエハを指している。また、管理特性値は、熱酸化による薄膜形成装置によってウエハ上に成膜された膜厚であるとする。例として、２台の薄膜形成装置を用いる場合を説明する。なお、ウエハ上の膜厚とは、製品上の膜厚の場合と、膜厚を測定するために製品と同時に加工されるモニター用ウエハ上の膜厚の場合と、があるが、いずれも製品の膜厚として説明する。

測定部１０は、各半導体製品の膜厚を測定する測定手段である。測定部１０は、製造ラインを流れる複数の半導体製品について、順次、膜厚を測定する。このとき、製造ラインを流れる半導体製品の全てを測定対象としてもよいし、一部を測定対象としてもよい。後者の場合、例えば、製造される順番で数個おきに測定対象とすることが考えられる。測定部１０としては、例えば分光エリプソメータ等の膜厚測定装置を用いることができる。

記憶部４０は、測定部１０により測定された膜厚を記憶する管理特性値記憶手段である。記憶部４０には、測定対象となった半導体製品のロット番号に関連付けて、各半導体製品の膜厚が格納される。測定部１０により測定された膜厚の情報は、測定部１０から直接に記憶部４０に入力されてもよいし、後述する判定部２０を介して記憶部４０に入力されてもよい。また、判定部２０または記憶部４０への膜厚の入力は、自動的に行われてもよいし、手動で行われてもよい。記憶部４０としては、例えばＲＡＭやＲＯＭ等を用いることができる。

判定部２０は、記憶部４０に記憶された膜厚を入力し、その値に基づいて異常の有無を判定する判定手段である。具体的には、判定部２０は、下記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるかどうかを判断する。
（ｉ）製造される順番が連続するｍ（ｍは３以上の整数）個の半導体製品について、当該各製品の膜厚の増加と減少とが交互に起こっている
（ｉｉ）当該ｍ個の半導体製品の膜厚のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある
そして、判定部２０は、上記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるとき、上記膜厚が異常であると判定する。

なお、「製造される順番が連続する」とは、膜厚の測定対象となる半導体製品のみに着目したときに連続するという意味である。例えば、製造ラインを流れる半導体製品のうちｋ（ｋは自然数）個おきに測定対象とする場合、測定対象となるある半導体製品にとっては、製造ライン上の（ｋ＋１）個前および（ｋ＋１）個後の半導体製品が「製造される順番が連続する」半導体製品ということになる。また、このとき、（ｋ＋１）個前の半導体製品が「直前に製造される」半導体製品である。

上記無判定領域の上限値は、膜厚の許容範囲の中心値よりも大きく、且つ上記許容範囲の上限値よりも小さな値に設定される。また、上記無判定領域の下限値は、上記中心値よりも小さく、且つ上記許容範囲の下限値よりも大きな値に設定される。

ここで、許容範囲とは、管理図管理においてはＵＣＬおよびＬＣＬによって規定される範囲であり、規格管理においては規格上限および規格下限によって規定される範囲である。すなわち、前者の場合であれば、上記許容範囲の上限値および下限値は、それぞれＵＣＬおよびＬＣＬに相当する。一方、後者の場合であれば、上記許容範囲の上限値および下限値は、それぞれ規格上限および規格下限に相当する。また、許容範囲の中心値は、管理図管理の場合、ＣＬに相当する。

報知部３０は、判定部２０により異常判定がなされた場合に、その旨を報知する報知手段である。判定部２０により異常判定がなされた場合には、その旨の情報が判定部２０から報知部３０に伝えられる。報知部３０は、その情報を受け取ると、異常を報知する。報知部３０による異常報知の手段としては、例えば、警報を鳴らす等の聴覚的な手段、あるいは、ＬＥＤを点灯させるまたはＬＣＤに異常が発生した旨を表示する等の視覚的な手段などが挙げられる。

記憶部５０は、判定部２０における異常判定の条件に関する情報を記憶する判定条件記憶手段である。かかる判定条件は、例えば、ｍの値、ならびに無判定領域の上限値および下限値等である。上述の判定部２０は、この記憶部５０に記憶された判定条件を参照して、異常の有無を判定する。判定条件は、適宜の入力手段により、記憶部５０に入力することができる。記憶部５０としては、記憶部４０と同様、例えばＲＡＭやＲＯＭ等を用いることができる。なお、記憶部５０は、記憶部４０と別個に設ける必要はなく、記憶部４０と一体に設けてもよい。例えば、記憶部４０，５０の機能を１つのＲＡＭに持たせる構成としてもよい。

次に、図２および図３を参照しつつ、異常検出システム１の動作の一例と併せて、本発明による異常検出方法の一実施形態を説明する。本例においては、管理図管理が用いられており、上述の無判定領域は、ＣＬからＵＣＬまでの幅（上方管理幅）の１／３の範囲、およびＣＬからＬＣＬまでの幅（下方管理幅）の１／３の範囲に設定されている。また、ｍ＝１４としている。

異常検出システム１においては、測定対象となる半導体製品の膜厚が測定部１０により測定される（測定ステップ）。測定部１０により測定された膜厚は、記憶部４０に記憶される（記憶ステップ）。判定部２０は、記憶部４０に記憶された膜厚を入力するとともに、記憶部５０に記憶された判定条件を参照しつつ、その膜厚の値の傾向に基づいて異常の有無を判定する（判定ステップ）。

例えば、図２においては、<１>〜<１７>の１７点について、交互増減が生じている。したがって、従来の交互増減の判定法によれば、異常判定がなされるところである。しかし、判定部２０においては、上述のとおり、<１>〜<１７>のうち少なくとも１点が無判定領域から外れていない限り、異常判定がなされない。それゆえ、図２の場合、<１>〜<１７>の１７点が無判定領域内にあるため、異常判定はなされない。すなわち、同図の例は、２台の薄膜形成装置が正常な状態にあり、且つ工程調整が充分に行われている一方で、２台の薄膜形成装置間に許容範囲内の機差が存在する場合に相当する。

これに対して、図３の場合、<１>〜<１７>の全てが無判定領域から外れているため、判定部２０による異常判定がなされる。すなわち、<１４>、<１５>、<１６>および<１７>に対して異常判定がなされる。したがって、この場合、異常判定された旨の情報が判定部２０から報知部３０に伝えられ、報知部３０によって異常が報知される（報知ステップ）。

続いて、本実施形態の効果を説明する。本実施形態においては、膜厚（管理特性値）について無判定領域が設けられている。そして、ｍ点連続で管理特性値の増減が交互に起こり、且つそのうち少なくとも１個の管理特性値が上記無判定領域から外れている場合にのみ異常と判定される。したがって、ｍ点連続で管理特性値の増減が交互に起こった場合であっても、そのうち少なくとも１個の管理特性値が上記無判定領域から外れていない限りは、異常判定がなされないこととなる。

これにより、製造装置（本実施形態の場合、薄膜形成装置）が正常で、且つ工程調整が充分に行われているような場合に、不要な異常判定がなされるのを抑制することができる。このため、無判定領域を設けない場合に比して、不要な異常判定の回数を減らすことが可能となる。

このように、本実施形態においては、交互増減の判定法を適用しつつ、無判定領域を設けることにより不要な異常判定の回数低減を図っている。したがって、管理特性値の異常の発見が遅れるのを予防しつつ、不要な異常判定の回数を減らすことが可能な異常判定システムおよび異常判定方法が実現されている。また、不要な異常判定の回数が減ることは、調査工数の削減および稼働率の向上に貢献する。

無判定領域の上限値は、膜厚の許容範囲の中心値よりも大きく、且つ上記許容範囲の上限値よりも小さな値に設定されている。また、無判定領域の下限値は、上記中心値よりも小さく、且つ上記許容範囲の下限値よりも大きな値に設定されている。これにより、不要な異常判定が行われるのを効果的に抑制することができる。

本実施形態においては、上記ｍ（＝１４）点の全てが無判定領域外にある場合に異常判定の対象となる例を示したが、一般に、交互増減が起こっている連続なｍ点中のｎ点（ｎ≦ｍ）が無判定領域外にある場合を異常判定の対象とすることができる。すなわち、上記例はｎ＝１４の場合である。このｎの値も判定条件として、記憶部５０に記憶される。

例えば、ｍ＝１４、ｎ＝２の場合であれば、図４に示すように、１４点のうち少なくとも２点が無判定領域から外れていない限り、異常判定がなされない。同図においては、<４>および<１４>の２点が無判定領域の外にある。なお、ｍの値は、１４には限られず、３以上の整数であれば任意の値とすることができる。

なお、異常検出システム１において、測定部１０を設けることは必須ではない。例えば、異常検出システム１の外部で測定された管理特性値が記憶部４０に記憶されるように構成してもよい。また、報知部３０を設けることも必須ではない。例えば、判定部２０において異常判定がされた場合、その旨の情報を異常検出システム１の外部に送り、そこで異常が報知される構成としてもよい。

本発明による異常判定システムおよび異常判定方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。上記実施形態においては、管理図法ではＵＣＬ／ＬＣＬとして３σ（σ：標準偏差）を用いる場合が多いことに鑑み、無判定領域がその１／３である１σの場合を例示したが、無判定領域は１／３（１σ）には限られない。

上記実施形態においては無判定領域をＣＬに対して両側に設ける例を示したが、無判定領域は、図５に示すようにＣＬの上側にのみ設けてもよいし、図６に示すようにＣＬの下側にのみ設けてもよい。図５において、無判定領域の上限値は、管理特性値の許容範囲の中心値よりも大きく且つ上記許容範囲の上限値よりも小さな値であり、無判定領域の下限値は、上記中心値に等しい。図６において、無判定領域の上限値は、管理特性値の許容範囲の中心値に等しく、無判定領域の下限値は、上記中心値よりも小さく且つ上記許容範囲の下限値よりも大きな値である。さらに、無判定領域を両側に設ける場合において、図７に示すように、無判定領域の幅を上側と下側とで相異なる値に設定してもよい。

例えば、規格限界や管理限界の幅が目標値の上側と下側とで相違する場合がある。つまり、目標値から規格上限（またはＵＣＬ）までの幅と、目標値から規格下限（またはＬＣＬ）までの幅とが相違する場合である。かかる場合、目標値の上側と下側とで無判定領域幅を相違させることにより、調査工数と異常発見コストとのバランスを図ることができる。

上記実施形態においては、２台の薄膜形成装置と１台の膜厚測定装置とを用いる場合を説明したが、１台の薄膜形成装置と２台の膜厚測定装置とを用いてもよい。さらに、薄膜形成装置および膜厚測定装置をそれぞれ複数台ずつ用いてもよい。

上記実施形態においては熱酸化による薄膜形成装置を例にとって説明したが、本発明による異常検出システムおよび異常検出方法は、半導体製造工程において用いられる他の装置にも適用することができる。

上記実施形態においては管理図管理の場合を例示したが、本発明は規格管理に適用されてもよい。

本発明による異常検出システムの一実施形態を示すブロック図である。 本発明による異常検出方法の一実施形態を説明するためのグラフである。 本発明による異常検出方法の一実施形態を説明するためのグラフである。 実施形態の変形例を説明するためのグラフである。 実施形態の変形例を説明するためのグラフである。 実施形態の変形例を説明するためのグラフである。 実施形態の変形例を説明するためのグラフである。 特許文献１に記載の異常検出システムを説明するためのグラフである。 従来の異常検出システムの動作の一例を説明するためのグラフである。 従来の異常検出システムの問題点を説明するためのグラフである。 従来の異常検出システムの問題点を説明するためのグラフである。 従来の異常検出システムの問題点を説明するためのヒストグラムである。

符号の説明

１ 異常検出システム
１０ 測定部
２０ 判定部
３０ 報知部
４０，５０ 記憶部

Claims (5)

1. 同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出するシステムであって、
   前記製品について測定された前記管理特性値を記憶する記憶手段と、
   前記管理特性値を前記記憶手段から取得し、下記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるかどうかを判断し、
   （ｉ）製造される順番が連続するｍ（ｍは３以上の整数）個の前記製品について、当該各製品の前記管理特性値の増加と減少とが交互に起こっている
   （ｉｉ）当該ｍ個の製品の前記管理特性値のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある
   前記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるとき、前記管理特性値が異常であると判定し、前記条件（ｉ）を満たし、かつ、前記条件（ｉｉ）を満たさない場合には異常と判定しない判定手段と、
   を備えることを特徴とする異常検出システム。
2. 請求項１に記載の異常検出システムにおいて、
   前記無判定領域の上限値は、前記管理特性値の許容範囲の中心値よりも大きく、且つ前記許容範囲の上限値よりも小さな値であり、
   前記無判定領域の下限値は、前記中心値よりも小さく、且つ前記許容範囲の下限値よりも大きな値である異常検出システム。
3. 請求項１に記載の異常検出システムにおいて、
   前記無判定領域の上限値は、前記管理特性値の許容範囲の中心値よりも大きく、且つ前記許容範囲の上限値よりも小さな値であり、
   前記無判定領域の下限値は、前記中心値に等しい異常検出システム。
4. 請求項１に記載の異常検出システムにおいて、
   前記無判定領域の上限値は、前記管理特性値の許容範囲の中心値に等しく、
   前記無判定領域の下限値は、前記中心値よりも小さく、且つ前記許容範囲の下限値よりも大きな値である異常検出システム。
5. 同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出する方法であって、
   前記製品について測定された前記管理特性値を記憶手段に記憶する記憶ステップと、
   前記管理特性値を前記記憶手段から取得し、下記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるかどうかを判断し、
   （ｉ）製造される順番が連続するｍ（ｍは３以上の整数）個の前記製品について、当該各製品の前記管理特性値の増加と減少とが交互に起こっている
   （ｉｉ）当該ｍ個の製品の前記管理特性値のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある
   前記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるとき、前記管理特性値が異常であると判定し、前記条件（ｉ）を満たし、かつ、前記条件（ｉｉ）を満たさない場合には異常と判定しない判定ステップと、
   を備えることを特徴とする異常検出方法。

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