JP4980675B2

JP4980675B2 - 稼働状況を提示することができる装置

Info

Publication number: JP4980675B2
Application number: JP2006229463A
Authority: JP
Inventors: 三喜男臼井
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-08-25
Also published as: JP2008052577A

Description

本発明は、レシピに基づいて動作する装置に関し、特に、半導体ウェハ検査装置に関する。

測長ＳＥＭ（Scan Electron Microscope）等の半導体ウェハ検査装置は、検査手順及び検査条件が記述されたレシピにしたがって半導体ウェハを検査する。検査の実行結果には、レシピの情報や、レシピを実行するために必要な処理や、半導体ウェハ検査装置の各機械に設置されたセンサのデータが時系列で出力される。半導体ウェハ検査装置に異常がない場合は、同じレシピであれば処理の手順とタイミングや、処理実行時のセンサの値が毎回ほぼ同じになる。これが障害時や障害前には、イベントの順序やタイミングが変化する傾向が見られる。

そのため、障害発生時は、障害発生時刻や障害の現象から、障害発生部位を絞り込み、絞り込んだ検査の実行結果を表計算ソフトなどで編集して、処理の順序やタイミングが正常時と異なっていないか検査を行っていた。

また、検査を実行したレシピの正常時の実行結果がない場合は、そのレシピに記述された内容を参照して、正常時の検査処理の順序とタイミングを理解している設計者が判断する必要があった。

障害発生前の異常検出は、検査の実行結果が量的に膨大なため、これまでには行われていなかった。

過去のデータとの比較を容易にする従来技術として、特許文献１には、過去の測定データを表示するグラフと、最新の測定データを表示するグラフを表示する比較表示モードが開示されている。

特許文献２には、センサ情報をタイミングチャート化し、リファレンスデータと同時に表示して比較を可能とする監視装置が開示されている。

特許第３１２９９４０号公報特開２００３−１０８２２３号公報

半導体ウェア検査装置では、検査手順及び検査条件が記述されたレシピが同じでも、半導体ウェア検査装置に異常がある場合には、処理の手順とタイミングや、処理実行時のセンサが取得したデータの値が、正常時とは異なる。従来は、装置が異常になったときに、処理の順序や処理実行時のセンサの値を、表計算ソフトなどで、時刻を元にレシピ単位に切り出して、重ね合わせて正常時と比較して調査していた。実行結果のデータは種類も量も多いため、上記調査作業には、半導体ウェア検査装置の異常発生後に、異常発生部位を特定してから、調査部分を絞り込んで行わなければ時間が掛かりすぎてしまう。

本発明は、装置使用者がグラフを見ることによって装置の異常にすぐに気づくことができる装置を提供することを目的とする。

本発明による、処理手順及び処理条件が記述されたレシピを実行する装置は、レシピの実行中、該レシピに含まれる各処理について測定され記録されたタイミングデータから特定のレシピの複数の実行中に記録されたデータを抽出し、開始時刻を合わせて同じスケールで重ね合わせて表示するグラフを作成するグラフ作成、表示することを特徴とする。

本発明によれば、装置使用者はグラフを見ることによって装置の異常にすぐに気づくことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明による半導体ウェア検査装置の構成の一例を示す図である。本検査装置は、試料となる半導体ウェハを格納、搬送する大気搬送系と、試料搬送及び測長部からなる真空系と、電子顕微鏡本体と、制御用コンピュータとから成る。

大気搬送系は、試料となる複数の半導体ウェハを格納するカセット１２と、カセット１２を収容するカセットポート１１と、カセット１２からウェハを取り出し、搬送するウェハ搬送機１３と、ウェハを整列させ、真空系のロードロック室１５に送り込むアライナ１４とを備える。

真空系は、処理室２０にウェハを出し入れするためのロードロック室１５と、処理室２０とを備える。ロードロック室１５とアライナ１４との間に設けられたバルブ１７と、ロードロック室１５と処理室２０との間に設けられたバルブ１９は、ウェハの搬送時にのみ開かれる。処理室２０には、ウェハ５を保持するウェハホルダ１６と、ウェハホルダを固定し制御するステージ２１が配置される。

電子顕微鏡本体は、電子銃１と、電子レンズ３と、偏光器４とを備える。電子銃１から放射された電子線は、電子レンズ３で集束され、偏光器４によってウェハ５に走査される。ウェハ５から放出された反射電子や二次電子等は検出器６で検出され、画像処理プロセッサ７によって画像が得られる。また、光学式顕微鏡１０も備えており、画像処理プロセッサ７によって光学式顕微鏡像も得ることができる。これらの画像はコンピュータ９に送信される。

コンピュータ９は得られた画像を表示する。コンピュータ９は、データを保存するためのハードディスクなどの記録手段を備えている。

図１において（真空系）検査装置２００は、試料位置センサ２４２及び搬送系位置センサ２４３から成るＡ群と、バルブ位置センサ２５２、圧力センサ２５３及び真空センサ２５４から成るＢ群からデータを受け、Ａ群から受けたデータに基づいてウェハ搬送機１３の制御を行い、Ｂ群から受けたデータに基づいて真空ポンプ１８及びバルブ１７及び１９の制御を行う。これらの制御のために制御用ＣＰＵ２３７が使用される。

制御用ＣＰＵ２３７は、データ処理用ＣＰＵ２２１に接続されており、電子銃１、電子レンズ３及び偏光器４に関する電子光学制御及び高電圧制御も行う。

データ処理用ＣＰＵ２２１は、レシピ格納部２１０から検査手順および、検査条件が記述されたレシピを取得して、制御用ＣＰＵ２３７を介して検査装置２００に指示を出す。また、データ処理用ＣＰＵ２２１は、検査した結果であるセンサ情報、画像情報、レシピ実行結果を制御用ＣＰＵ２３７から受け取り、それぞれセンサ情報データベース２１２、画像情報データベース２１１、レシピ実行結果データベース２１３にデータベース管理部２２５を介して蓄積することができる。

マウスキーボード２３１を介して入力部２２６が装置使用者から受け取った指示に従い、各データベースに蓄積したデータを統計処理部２２４で編集した後に、表示部２２３を介してモニタで実行結果を確認する。画像情報データベース２２１に蓄積された画像情報も画像処理部２２２で編集して、モニタ２３０で確認することができる。

測長ＳＥＭにおける１ロットの検査処理フローを図２に示す。検査に当たっては、ウェハロード処理（ｓ３０１）の後、アライメント処理（ｓ３０２）を行う。アライメント処理は、ウェハ上にあるアライメント用のマークを検出し座標の補正を行う処理で、最低２点以上のアライメント用マークを検出する。最後のアライメントを実施したか判定し（ｓ３０３）、最後であれば測長開始（ｓ３２０）を行う。まず、測長位置移動（ｓ３０４）を行い、測長位置では中間倍処理（ｓ３０５）、高倍処理（ｓ３０６）、画像保存（ｓ３０７）を順に行う。画像保存後、最後の測長位置であるか判定し（ｓ３０８）、最後でなければステップｓ３０４に戻って次の測長位置に移動する。最後であれば、測長終了（ｓ３３０）、ウェハアンロード（ｓ３０９）を順に行い、ウェハをカセットの元の位置に戻す。アンロードしたウェハが最終ウェハか判定し（ｓ３１０）、次の検査ウェハがある場合は再度ステップｓ３０１に戻ってウェハロード処理を行う。

上記検査処理手順および検査処理に必要な条件は、図１のレシピ格納部２１０に格納されたレシピに記述されており、このレシピに従って検査装置は稼動する。
次に、本発明の半導体ウェハ検査装置における稼働状況提示方法について説明する。

図３は、処理時間と圧力に注目した例を示す。図３（ａ）は、同一レシピにおいて検査を実行したロットＡ１〜Ａ３における検査及び測長処理の各々の開始時刻及び終了時刻を示す表である。この情報は、レシピ実行結果ＤＢ２１３にロットごとに格納されている。図３（ｂ）は、各ロットの検査開始時刻からの経過時間を示す表である。経過時間は以下のように計算される。検査開始からの時間は、各ロットの検査開始時刻からの経過時間を示すため、検査開始時は全てのロットにおいて０となる。検査開始からの測長開始までの時間は図２に示した測長ＳＥＭにおける１ロットの検査処理フローにより、以下の式１によって求めることができる。

Sts=SST-KST （１）
ここで、Sts：検査開始からの測長開始までの時間、SST：測長開始時刻、KST：検査開始時刻である。同様に、検査開始から測長終了、検査終了までの時間はそれぞれ式２、式３によって求めることができる。

Ste=SET-KST （２）
ここで、Ste：検査開始からの測長終了までの時間、SET：測長終了時刻、KST：検査開始時刻である。

Kte=KET-KST （３）
ここで、Kte：検査開始からの検査終了までの時間、KET：検査終了時刻、KST：検査開始時刻である。この計算は、統計処理部２２４がレシピ実行結果ＤＢ２１３に格納されている情報を取り出して行う。計算結果は画像処理部２２２に供給される。

図３（ｃ）は、各ロットにおける検査開始時及び終了時と、測長処理の開始時及び終了時における圧力を示す表である。このデータは、検査実行中に圧力センサから取得し、センサ情報ＤＢ２１２に格納されたデータである。

図３（ｄ）は、本発明の実施形態の一例による稼動状態を表示したグラフである。グラフの横軸に、統計処理部２２４から供給される図３（ｂ）の各ロットの検査開始時刻からの経過時間を、縦軸に、センサ情報ＤＢ２１２から読み出した図３（ｃ）の検査フローの各処理を実行したときの圧力センサ２５３から得たデータをプロットする。このグラフは画像処理部２２２によって作成され、表示部２２３によって表示される。このグラフにより、ロットＡ３の圧力及び経過時間が他のロットと比較して異常であることが一目でわかる。

装置の異常の検出を容易にするために、標準偏差などの統計値を計算してばらつきのあるデータを強調するようにしてもよい。図４は、統計値を使用して縦軸の異常値を強調する例を示す。図４（ａ）は、同一レシピにおいて検査を実行したロットＡ１〜Ａ３における検査及び測長処理の各々の開始時刻及び終了時刻を示す表であり、このデータは、レシピ実行結果ＤＢ２１３にロットごとに格納されている。図４（ｂ）は、各ロットにおける検査開始時及び終了時と、測長処理の開始時及び終了時における圧力を示す表である。このデータは、検査実行時に圧力センサから取得し、センサ情報ＤＢ２１２に格納されたデータである。各時点でのロットＡ１からロットＡ３までの圧力の標準偏差を式４によって求めることができる。

ここで、Ｓｘ：ロットＡ１からロットＡ３までの各処理実行時の圧力の標準偏差、ｘ：各ロットの各処理実行時の圧力、Ｎ：検査回数である。標準偏差を求めたら、各ロットにおける各処理のＺスコアを式５で求めることができる。

ここで、Ｚｉ：ｉ番目のロットにおける各処理のＺスコア、ｘｉ：ｉ番目のロットにおける各時点の圧力である。図４（ｃ）は、統計処理部２２４がこのようにして算出したＺスコアの値を示す表である。

図４（ｄ）は、Ｚスコアの値において設定する異常のしきい値を示す表である。図４（ｃ）において、ロットＡ３の、測長開始時の圧力のＺスコアと検査終了時の圧力のＺスコアが、それぞれ図４（ｄ）の異常のしきい値の最大と最小を超えている。

図４（ｅ）は、本発明の実施形態の一例による稼動状態を表示したグラフである。図３（ｄ）と同様に、グラフの横軸に、統計処理部２２４から供給される図４（ｂ）の各ロットの検査開始時刻からの経過時間を、縦軸に、センサ情報ＤＢ２１２から読み出した図４（ｃ）の検査フローの各処理を実行したときの圧力センサ２５３から得たデータをプロットする。このグラフは画像処理部２２２によって作成され、表示部２２３によって表示される。さらに本例では、Ｚスコアの値がしきい値を超えたデータのグラフ上のプロットした点の形状（５０１）（５０２）を変更して、ユーザに異常を知らせる。また、モニタ２３０上にＺスコアの値が設定した異常のしきい値を超えたという内容のメッセージ（５０３）を表示する。ユーザは、その異常の詳細を知りたい場合は、異常を示すプロット（５０１、５０２）をマウス又はキーボード２３１でポイントすると詳細の内容（５０４）がモニタ２３０上に表示される。なお、異常のしきい値は装置使用者が変更可能とする。ここで、各処理の圧力のばらつきを標準偏差とＺスコアから計算して求めたが、公知の他の統計手法（平均値からの差、中央値からの差など）で求めることもできる。

図５は、横軸の異常値を強調する例を示す。図５（ａ）は、同一レシピにおいて検査を実行したロットＡ１〜Ａ３における検査及び測長処理の各々の開始時刻及び終了時刻を示す表である。この情報は、レシピ実行結果ＤＢ２１３にロットごとに格納されている。まず各ロットの各処理の時間を算出する。測長開始の処理時間は、図３の例で説明した式１によって算出したものを使用できるため、改めて計算しない。測長終了の処理時間は、以下の式６によって求めることができる。

Stus= SET−SST （６）
ここで、Stus：測長終了の処理時間、SET：測長終了時刻、SST：測長開始時刻である。
同様に、検査終了の処理時間は、以下の式７によって求めることができる。

Ktue= KET−SET （７）
ここで、Ktue：検査終了の処理時間、KET：検査終了時刻、SET：測長終了時刻である。

図５（ｂ）は、上記式により統計処理部２２４が算出した各ロットの各処理毎の時間を示す表である。

統計処理部２２４は、図４の例で使用した式４および、式５を使用して、各処理時間の標準偏差および、Ｚスコアの値を求める。図５（ｃ）に示す上記で算出したＺスコアの値が、図５（ｄ）に示す異常のしきい値を超えていた場合、画像処理部２２２は、グラフ上のプロットした点とその直前の処理のプロットした点を結ぶ線の形状（６１０）を変更して、ユーザに異常を知らせる。また、モニタ２３０上にＺスコアの値が異常のしきい値を超えたという内容のメッセージ（６０１）を表示する。装置使用者は、その異常の詳細を知りたい場合は、異常を示す線をマウスキーボード２３１でポイントすると詳細の内容（６０５）をモニタ２３０上に表示する。なお、異常のしきい値は装置使用者が変更可能とする。また、異常を知らせる表示は、縦軸と横軸を同時に表示可能とする。

次に、異常ではないが装置が異常になりそうな傾向（警告）を検出するために、統計を計算してばらつきのあるデータを検出する手法の例を以下に示す。ばらつきのあるデータを検出するのは、グラフの全てのプロットに対して、縦軸と横軸について行う。

図６を使用して縦軸の警告値を検出する例を説明する。図６（ａ）は各処理における圧力データである。統計処理部２２４は、図４及び５の例と同様に式４および、式５を使用して、各処理実行時の圧力の標準偏差および、Ｚスコアの値を求める。図６（ｂ）は、算出したＺスコアの値を示す表である。図６（ｃ）は、警告のしきい値を示す表である。図６（ｂ）において、ロットＡ４の測長開始時の圧力のＺスコアと、ロットＡ５の測長開始時の圧力のＺスコアが、図６（ｃ）に示す警告のしきい値の最大を超えている。また、ロットＡ４とロットＡ５は連続で検査したので、警告の連続回数が２以上で、図６（ｃ）に示す警告のしきい値を超えているため、異常になる傾向であると判断する。

そこで、画像処理部２２２は、点の形状（７０１）を変更したグラフを作成し、装置使用者に警告を通知する。また、モニタ２３０上にＺスコアの値が設定した警告のしきい値を超えたという内容のメッセージ（７０３）を表示する。装置使用者がその警告の詳細を知りたい場合、異常を示すプロットをマウスキーボード２３１でポイントすると、詳細の内容（７０２）がモニタ２３０上に表示される。なお、警告のしきい値と警告の連続回数は装置使用者が変更可能とする。横軸の警告を検出する場合は、図４の例と同様にＺスコアを計算して、警告値を検出する例の縦軸と同様に判断し、図４の例と同様にモニタ２３０上に表示する。

これまでは、横軸に検査開始からの経過時間、縦軸にセンサから取得したデータを重ね合わせて表示する手法を説明したが、経過時間を計算する基準を、検査開始ではなく直前に検査したロットの検査終了時刻にすることもできる。図７はこのような例を示す。この手法では検査開始の経過時間は装置が検査をしていない時間（不稼動時間）となるため、以下の式８により装置の稼動時間を求めることができる。

Sop= KEFB−KSFB （８）
ここで、Sop：装置の稼働時間、KEFB：前ロット検査終了から現ロット検査終了までの時間、KSFB：前ロット検査終了から現ロット検査開始までの時間である。装置の稼動時間と不稼動時間を計算することにより、容易に稼働率を統計しグラフ表示することが可能となる。また、図７（ｃ）に示すように、センサから取得したデータを使用せずに、横軸に検査の各処理を、縦軸に経過時間をプロットして重ねて表示方法も可能である。なお、異常および、警告を検出する手法はこれまで説明した手法と同様である。図７と同じデータを使用して、横軸を検査したロットを、縦軸に経過時間をプロットして、経過時間の推移を示すグラフ（図８（ａ））に、また各処理にかかった時間を合計して円グラフ（図８（ｂ））に表示を変更することも可能とする。なお、図８（ｂ）において、検査開始にかかる時間（８０１）は、前回のロットが検査終了してからの時間なので装置の不稼動時間を表す。

本発明は、半導体検査装置に利用することができる。

半導体ウェハ検査装置の概略構成図である。検査処理フローの全体像である。本発明の実施形態の一例による各種データおよび、グラフである。異常を検出した時の圧力データおよび、グラフである。異常を検出した時の処理データおよび、グラフである。警告を検出した時の処理データおよび、グラフである。横軸に処理をプロットした時の処理データおよび、グラフである。横軸にロットをプロットした時のグラフおよび、円グラフである。

符号の説明

１電子銃
２電子線
３電子レンズ
４偏光器
５ウェハ
６検出器
７画像処理プロセッサ
９コンピュータ
１０光学式顕微鏡
１１カセットポート
１２カセット
１３ウェハ搬送機
１４アライナ
１５ロードロック室
１６ウェハホールダ
１７バルブ
１８真空ポンプ
１９バルブ
２０処理室
２１ステージ
２１０レシピ
２１１画像情報データベース
２１２センサ情報データベース
２１３レシピ実行ログデータベース
２２１データ処理用ＣＰＵ
２２２画像処理部
２２３表示部
２２４統計処理部
２２５データベース管理部
２２６入力部
２３０モニタ
２３１マウスキーボード
２３５電子光学制御
２３６高電圧制御
２３７制御用ＣＰＵ
２４１搬送制御
２４２試料位置センサ
２４３搬送系位置センサ
２５１真空制御
２５２バルブ位置センサ
２５３圧力センサ
２５４真空センサ
８０１不稼動時間

Claims

処理室と、試料カセットから取り出された試料を、当該処理室に出し入れするためのロードロック室と、当該ロードロック室の圧力を測定する圧力センサと、当該ロードロック室の真空排気処理手順及び処理条件が記述されたレシピを実行する制御装置とを備えた装置であって、
レシピの実行中、前記圧力センサによって測定された圧力値とタイミングデータを記録する記録手段と、
前記記録手段によって記録されたデータから、特定のレシピの複数の実行中に記録されたデータを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された圧力値のデータを、前記試料のロット単位で開始時刻を合わせて同じスケールで重ね合わせて表示するグラフを作成するグラフ作成手段と、
前記グラフ作成手段において作成されたデータを表示する表示手段とを備えることを特徴とする装置。
半導体ウェハ検査装置であることを特徴とする請求項１記載の装置。
前記グラフが折れ線グラフであることを特徴とする請求項１記載の装置。
前記抽出手段によって抽出された圧力値のデータのばらつきを示す統計値を計算し、この統計値があらかじめ決められたしきい値を超えるか否かを決定する統計手段をさらに備え、
前記グラフ作成手段は、前記統計値が前記しきい値を超えるデータを強調して前記グラフを作成することを特徴とする請求項１記載の装置。
前記表示手段は、前記統計値が前記しきい値を超える場合、所定のメッセージを表示することを特徴とする請求項４記載の装置。
前記表示手段によって表示される画面上の任意の点をポイントできるポインティング手段をさらに備え、前記表示手段は、前記折れ線グラフにおいて強調されて表示されている部分が前記ポインティング手段によってポイントされると、該部分に関する情報を表示することを特徴とする請求項３記載の装置。
処理室と、試料カセットから取り出された試料を、当該処理室に出し入れするためのロードロック室と、当該ロードロック室の圧力を測定する圧力センサと、当該ロードロック室の真空排気処理手順及び処理条件が記述されたレシピを実行する制御装置とを備えた装置であって、
レシピの実行中、前記圧力センサから当該レシピの処理手順の所定のタイミングそれぞれにおいて測定された圧力値のデータを受け、記録する記録手段と、
前記記録手段によって記録されたデータから、特定のレシピの複数の実行中に記録されたデータを抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された圧力値のデータを、前記試料のロット単位で各タイミング同士を合わせて同じスケールで重ね合わせて表示するグラフを作成するグラフ作成手段と、
前記グラフ作成手段において作成されたデータを表示する表示手段とを備えることを特徴とする装置。
半導体ウェハ検査装置であることを特徴とする請求項７記載の装置。
前記グラフが折れ線グラフであることを特徴とする請求項７記載の装置。
前記抽出手段によって抽出された圧力値のデータのばらつきを示す統計値を計算し、この統計値があらかじめ決められたしきい値を超えるか否かを決定する統計手段をさらに備え、
前記グラフ作成手段は、前記統計値が前記しきい値を超えるデータを強調して前記グラフを作成することを特徴とする請求項７記載の装置。
前記表示手段は、前記統計値が前記しきい値を超える場合、所定のメッセージを表示することを特徴とする請求項１０記載の装置。
前記表示手段によって表示される画面上の任意の点をポイントできるポインティング手段をさらに備え、前記表示手段は、前記折れ線グラフにおいて強調されて表示されている部分が前記ポインティング手段によってポイントされると、該部分に関する情報を表示することを特徴とする請求項９記載の装置。