TWI390649B - 故障偵測方法，故障偵測設備以及半導體裝置製造方法 - Google Patents

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Description

故障偵測方法，故障偵測設備以及半導體裝置製造方法
本發明根據2007年十月30日所提出日本特願第2007-2781490號並請求其優先權，在此倂提其全文俾供參考。
本發明係有關故障偵測方法，故障偵測設備及半導體裝置製造方法。
為增進LSI(大型積體電路)之製造良率，分析良率損失，提早查明製程、製造設備或屬於良率損失因素之設計很重要。然而，由於LSI透過數百步驟及多數製造設備製造，因此，辨認LSI故障的因素是很困難的工作。
為查明故障因素，可使用在晶圓製程完成後進行的電性測試(晶片分選測試)。晶片分選測試例如包含：DC測試，用以檢查積體電路之耗電量；功能測試，用以確認積體電路之所欲操作；以及邊際測試，用以檢查積體電路之容許操作範圍。
以圓形的晶圓進行晶片分選測試，且將測試結果映射並顯示於晶圓表面的位置。例如，就諸如DRAM(動態存取記憶體)而言，以FBM(故障位元映射圖(Fail Bit Map))。亦獲得通過/故障映射圖，其中映射並顯示每一晶片之通過或故障。
晶圓表面的故障分佈大多分成兩種：隨機故障，均勻地分佈而不取決於晶圓表面上的位置；以及群集故障，導致某處不平衡。其中，就群集故障而言，群集故障之因素經常歸因於製程、製造設備等，且群集故障係良率減少之重大因素。
據指出，製程及製造設備在晶圓表面賞留下顯示故障分佈之“指紋”。換言之，若問題出在某些製程及製造設備，即發生製程及製造設備特有的群集故障。就此意義而言，可謂查明群集故障是查明故障原因的線索。
曾建議一種故障分析方法，其中藉由在考慮對應於被檢出瑕疵處之晶片係故障晶片而製作一預測探針檢驗映射圖之後進行外觀檢驗，在進行各晶片之通過/故障決定以製作一探針檢驗映射圖之製程後進行探針檢驗，以及萃取匹配或類似於或探針檢驗映射圖之預測探針檢驗映射圖(例如參考日本早期公開第2005-236094號)。
然而，由於並非對應於被檢出瑕疵處的所有晶片是故障晶片，因此，難以藉由比較辨認預測探針檢驗映射圖與探針檢驗映射圖，辨認屬於故障發生原因之製程。
期望自動地及有率地檢測不同資料形式之晶圓映射圖間的相似性，像是晶圓製程之的測試(晶片分選測試)結果以及各製程之後外觀檢驗結果，並高精密地提早辨認辨認故障原因。
根據本發明之一態樣，提供一種故障偵測方法，包括以下步驟：
在晶圓製程之各製程之後，輸入對晶圓表面所作雜質檢驗所製作之雜質檢驗映射圖；
在晶圓製程之後，輸入晶片分選測試所製作之晶片分選映射圖；
於該晶圓中設定複數個區段；
設定該複數個區段之每一者的區域數目；
根據該雜質檢驗映射圖，計算該複數個區段之每一者中的雜質密度，並使用該區域數目區劃該雜質密度，以計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量；
根據該晶片分選映射圖，計算該複數個區段之每一者中的故障密度，並使用該區域數目區劃該故障密度，以計算晶片分選映射圖波形特徵量；
計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量與該晶片分選映射圖波形特徵量間的相似性；以及
根據該相似性，辨識故障發生原因的製程。
根據本發明之一態樣，提供一種故障偵測方法，包括一種故障偵測設備，包括：
雜質檢驗映射圖輸入部，設有在晶圓製程之各製程之後，輸入對晶圓表面所作雜質檢驗所製作之雜質檢驗映射圖；
晶片分選映射圖輸入部，設有在該晶圓製程之各製程之後，晶片分選測試所製作之晶片分選映射圖；
雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部，於晶圓中設定複數個區段，設定該複數個區段之每一者的區域數目，根據該雜質檢驗映射圖，計算該複數個區段之每一者中的雜質密度，並使用該區域數目區劃該雜質密度，以計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量；
晶片分選映射圖波形特徵量計算部，於該晶圓中設定與該雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部所設定之區段與區域數目為相同之區段及區域數目，根據該晶片分選映射圖，計算該複數個區段之每一者中的故障密度，並使用該區域數目區劃該故障密度，以計算晶片分選映射圖波形特徵量；
波形特徵量比較部，計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量與該晶片分選映射圖波形特徵量間的相似性；以及
相似映射圖取回部，根據該相似性偵測相似於該晶片分選映射圖波形特徵量之該雜質檢驗映射圖波形特徵量。
根據本發明之一態樣，提供一種半導體製造方法，包括：
在晶圓製程之各製程之後，對晶圓表面進行雜質檢驗，以製作雜質檢驗映射圖；
在該晶圓製程之後，進行晶片分選測試，以製作晶片分選映射圖；
於晶圓中設定複數個區段；
設定該複數個區段之每一者的區域數目；
根據該雜質檢驗映射圖，計算該複數個區段之每一者中的雜質密度，並使用該區域數目區劃該故障密度，以計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量；
根據該晶片分選映射圖，計算該複數個區段之每一者中的故障密度，並使用該區域數目區劃該故障密度，以計算晶片分選映射圖波形特徵量；
計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量與該晶片分選映射圖波形特徵量間的相似性；以及
根據該相似性，辨識故障發生原因的製程。
以下參考圖式，說明本發明之一實施例。
根據本發明實施例，包含故障檢測設備1之半導體製造系統之示意配置顯示於第1圖中。在藉製造設備21及22於無塵室2中進行晶圓製程之後，藉雜質檢驗設備23及24進行晶圓表面之檢驗。光學地或藉電子束進行此檢驗，檢驗諸如塵埃之雜質及電線圖案不正常。
檢驗結果，製作雜質檢驗映射圖，其中雜質位置被標定，顯示於晶圓表面上，並透過雜質檢驗映射圖伺服器42將該雜質檢驗映射圖儲存於雜質檢驗映射圖資料庫44中。例如，如於第2A圖中所示，自雜質檢驗設備23輸出雜質檢驗映射圖，並如於第2B圖中所示，自雜質檢驗設備24輸出雜質檢驗映射圖。
在無塵室2中的所有晶圓製程結束之後，藉晶片分選測試器3進行晶片分選測試(電性測試)，檢測故障晶片。晶片分選測試結果，製作晶片分選映射圖，其中晶圓中的故障晶片被標定、顯示，並透過晶片分選映射圖伺服器43將該晶片分選映射圖儲存於晶片分選映射圖資料庫45中。晶片分選映射圖之一例子顯示於第3圖中。
製造控制伺服器41與無塵室2進行製造控制資訊之通訊。製造控制伺服器41亦將製造控制資訊輸出至雜質檢驗映射圖伺服器42及晶片分選映射圖伺服器43。雜質檢驗映射圖伺服器42及晶片分選映射圖伺服器43根據製造控制資訊操作。
故障檢測設備1使用雜質檢驗映射圖及晶片分選映射圖，進行屬於故障發生原因之製程的辨認。故障檢測設備1包含雜質檢驗映射圖輸入部11、雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部12、晶片分選映射圖輸入部13、晶片分選映射圖波形特徵量計算部14、波形特徵量比較部15、類似映射圖取回部16及結果輸出部17。
雜質檢驗映射圖輸入部11自雜質檢驗映射圖資料庫44擷取雜質檢驗映射圖，該雜質檢驗映射圖藉複數個晶圓製程之每一者完成後所進行之雜質檢驗製作，雜質檢驗映射圖輸入部11將雜質檢驗映射圖輸出至雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部12。
雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部12將晶圓分成複數個區段。如第4圖所示，當晶圓之半徑為“r”時，藉徑向設在距晶圓中心r/2距離處之交界線311、徑向設在3r/4距離處之交界線312及設在晶圓之邊緣部之交界線313，將晶圓顯示區300分成四個區域，一個圓形區域301及三個環形區域302至304。
如第5圖所示，亦藉八條交界線331至338將晶圓顯示區300分成八個扇形區321至328，此等交界線331至338沿中心角度方向每45°劃分晶圓顯示區300。
如於第6圖所示，組合第4與第5圖的區段以界定總數118個區段。例如，區域A可被界定為徑向r/2外之區域302至304之製品區(邏輯製品)以及沿角度方向自270°至360°之區域327。
雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部12計算於118個區段之每一者中雜質數，並將雜質數除以區域面積，以計算雜質密度。當給予118個區段A1至A118區域數目，且以圖表顯示雜質密度時，雜質密度呈波形。這被稱為雜質檢驗映射圖波形特徵量。
若許多雜質局部出現在雜質檢驗映射圖中，此等雜質的存在即大幅影響波形特徵量的形狀。因此，將各區段分成複數個微小區域，且當一微小區域中有兩個或更多雜質時，進行變成一個雜質的程序。例如，出現於118個區段之每一者中的複數個晶片形成區域各被分成20×20網目。
如此，例如依第7A圖所示，自第2A圖所示雜質檢驗映射圖獲得雜質檢驗映射圖波形特徵量，且依第7B圖所示，自第2B圖所示雜質檢驗映射圖獲得雜質檢驗映射圖波形特徵量。
雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部12為複數個雜質檢驗映射圖之每一者計算雜質檢驗映射圖波形特徵量，並將雜質檢驗映射圖波形特徵量輸出至波形特徵量比較部15。
晶片分選映射圖輸入部13自晶片分選映射圖資料庫45擷取晶片分選映射圖，並將晶片分選映射圖輸出至晶片分選映射圖波形特徵量計算部14。
如於第4至6圖中所示者，晶片分選映射圖波形特徵量計算部14將晶片分成118個區段。接著，晶片分選映射圖波形特徵量計算部14計算各區段中故障晶片數，並將區段中故障晶片數除以全部晶片數，以計算故障密度。
類似於雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部12，晶片分選映射圖波形特徵量計算部14以A1至A118標示118個區段。接著，當以圖表顯示故障密度時，故障密度被顯示成就像波形。這稱為晶片分選映射圖波形特徵量。
如此，例如自第3圖所示晶片分選映射圖獲得如第8圖所示晶片分選映射圖波形特徵量。晶片分選映射圖波形特徵量計算部14將所計得晶片分選映射圖波形特徵量輸出至波形特徵量比較部15。
波形特徵量比較部15比較晶片分選映射圖波形特徵量與複數個雜質檢驗映射圖波形特徵量之每一者，計算相似性。例如，如第9圖所示，波形特徵量比較部15將第8圖所示晶片分選映射圖波形特徵量及第7A圖所示雜質檢驗映射圖波形特徵量顯示成散佈圖，並計算出相關係數，作為相似性。可使用晶片分選映射圖波形特徵量“X”及雜質檢驗映射圖波形特徵量“Y”，藉以下方程式獲得相關係數(被界定為“c”)。
其中，Xi：於區域數Ai(i=1至118)中的晶片分選映射圖波形特徵量“X“；
Yi：於區域數Ai(i=1至118)中的雜質檢驗映射圖波形特徵量“Y”；
：晶片分選映射圖波形特徵量“X”之平均值；
：雜質檢驗映射圖波形特徵量“Y”之平均值。
於第9圖所示例子中，相關係數為0.81。
類似映射圖取回部16根據於波形特徵量比較部15中算出之相似性，取回類似於晶片分選映射圖波形特徵量之雜質檢驗映射圖波形特徵量。例如，當使用相關係數於相似性時，根據相關係數等於或大於預定臨限值或否，決定是否相似。例如，臨限值為0.6值或更大。當臨限值增加時，檢測出具有更高相似性之雜質檢驗映射圖波形特徵量。
當檢測出類似於晶片分選映射圖波形特徵量之雜質檢驗映射圖波形特徵量時，可推估對應於雜質檢驗映射圖波形特徵量之雜質檢驗映射圖中所示雜質係晶片故障的原因。
例如，第3圖所示晶片分選映射圖中顯示之晶片故障係因第2A圖中所示雜質而造成，且可推估故障原因在於製造設備21。
又，例如，如第10圖所示，獲得晶片分選映射圖，並如第11圖所示，由此晶片分選映射圖計算晶片分選映射圖波形特徵量。當此晶片分選映射圖波形特徵量及第7B圖所示雜質檢驗映射圖波形特徵量顯示成分佈圖時，分佈圖如第12圖所示，且相關係數為0.9。因此，於此情況下，可推估故障原因在於製造設備22。
透過結果輸出部17將類似映射圖取回部16之取回結果儲存比較結果資料庫46中。使用者可由連接於比較結果資料庫46之使用者介面端子47確認故障原因。
藉由於晶圓製程中，對經推估為故障原因，對應於雜質檢驗映射圖之雜質進行測定，可進行對故障之測定，並可改進良率。
當無類似於晶片分選映射圖波形特徵量之雜質檢驗映射圖波形特徵量時，認為雜質未造成晶片故障，並尋找諸如尺寸不正常及膜厚不正常之其他因素。
使用第13圖中所示流程圖說明藉此故障檢測設備進行之故障檢測方法。
(步驟S1301)晶片分選映射圖輸入部13自晶片分選映射圖資料庫45擷取晶片分選映射圖，並將此晶片分選映射圖輸出至晶片分選映射圖波形特徵量計算部14。給予晶片分選映射圖波形特徵量計算部14該晶片分選映射圖。
(步驟S1302)雜質檢驗映射圖輸入部11自雜質檢驗映射圖資料庫44擷取複數個雜質檢驗映射圖，並將雜質檢驗映射圖輸出至雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部12。給予雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部12複數個雜質檢驗映射圖。
(步驟S1303)晶片分選映射圖波形特徵量計算部14計算晶片分選映射圖波形特徵量。晶片分選映射圖波形特徵量計算部14將所計得之晶片分選映射圖波形特徵量輸出至波形特徵量比較部15。
(步驟S1304)雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部12自雜質檢驗映射圖局部除去集中之雜質。
(步驟S1305)雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部12就複數個雜質檢驗映射圖之每一者計算雜質檢驗映射圖波形特徵量。雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部12將所計得雜質檢驗映射圖波形特徵量輸出至波形特徵量比較部15。
(步驟S1306)波形特徵量比較部15計算晶片分選映射圖波形特徵量間與雜質檢驗映射圖波形特徵量間的相關係數(相似性)。
(步驟S1307)決定相關係數是否等於或大於臨限值。當相關係數等於或大於臨限值時，該方法進至步驟S1308，且當相關係數小於於臨限值時，該方法進至步驟S1309。
(步驟S1308)決定晶片分選映射圖(晶片分選映射圖波形特徵量)與雜質檢驗映射圖(雜質檢驗映射圖波形特徵量)相似。
(步驟S1309)決定晶片分選映射圖(晶片分選映射圖波形特徵量)與雜質檢驗映射圖(雜質檢驗映射圖波形特徵量)不相似。
(步驟S1310)將晶片分選映射圖與雜質檢驗映射圖間的相似性決定結果輸出至結果輸出部17。
(步驟S1311)決定晶片分選映射圖波形特徵量與雜質檢驗映射圖波形特徵量間的相似性決定是否結束。當相似性決定結束時，該方法進至步驟S1312，且當相似性決定未結束時，該方法回到步驟S1306。
(步驟S1312)將晶片分選映射圖與雜質檢驗映射圖間的相似性決定結果儲存於比較結果資料庫46中。
如此，於本實施例中，藉由將晶片分選映射圖與雜質檢驗映射圖轉換成波形特徵量間之共同形式(波形)，可進行不同資料形式中者的相似性比較。因此，能以極佳精密度，有效率地辨識故障原因之製造步驟，並改進良率。
雖然於以上實施例中進行晶片分選映射圖與雜質檢驗映射圖之比較，卻可藉由同樣將其他晶圓之似映射圖資料，例如於晶圓表面測得的值，像是薄膜厚度及尺寸、故障位元映射圖及TEG(測試元件群)中電晶體之性質數值轉換成相同波形特徵量形式，進行資料比較。
1．．．故障偵測設備
2．．．無塵室
3．．．晶片分選測試器
11．．．雜質檢驗映射圖輸入部
12．．．雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部
13．．．晶片分選映射圖輸入部
14．．．晶片分選映射圖波形特徵量計算部
15．．．波形特徵量比較部
16．．．相似映射圖取回部
17．．．結果輸出部
21．．．製造設備
22．．．製造設備
23．．．雜質檢驗設備
24．．．雜質檢驗設備
41．．．製造控制伺服器
42．．．雜質檢驗映射圖伺服器
43．．．分選映射圖伺服器
44．．．雜質檢驗映射圖資料庫
45．．．晶片分選映射圖資料庫
46．．．比較結果資料庫
47．．．使用者介面端子
第1圖係根據本發明之實施例，包含故障偵測設備之半導體製造系統之示意配置視圖；
第2A圖係顯示雜質檢驗映射圖之一例子之視圖；
第2B圖係顯示雜質檢驗映射圖之一例子之視圖；
第3圖係顯示晶片分選映射圖之一例子之視圖；
第4圖係解釋徑向中多數區段之一例子之視圖；
第5圖係解釋於中心角方向中多數區段之一例子之視圖；
第6圖係解釋第4圖與第5圖組合之多數區段之一例子之視圖；
第7A圖係顯示雜質檢驗映射圖波形特徵量之一例子之視圖；
第7B圖係顯示雜質檢驗映射圖波形特徵量之一例子之視圖；
第8圖係顯示晶片分選映射圖波形特徵量之一例子之視圖；
第9圖係顯示晶片分選映射圖波形特徵量與雜質檢驗映射圖波形特徵量之散佈圖之一顯示例子之圖表；
第10圖係顯示晶片分選映射圖之一例子之視圖；
第11圖係顯示晶片分選映射圖波形特徵量之一例子之視圖；
第12圖係顯示晶片分選映射圖波形特徵量與雜質檢驗映射圖波形特徵量之散佈圖之一顯示例子之圖表；以及
第13圖係根據同一實施例，一故障偵測方法之流程圖。
1．．．故障偵測設備
2．．．無塵室
3．．．晶片分選測試器
11．．．雜質檢驗映射圖輸入部
12．．．雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部
13．．．晶片分選映射圖輸入部
14．．．晶片分選映射圖波形特徵量計算部
15．．．波形特徵量比較部
16．．．相似映射圖取回部
17．．．結果輸出部
21．．．製造設備
22．．．製造設備
23．．．雜質檢驗設備
24．．．雜質檢驗設備
41．．．製造控制伺服器
42．．．雜質檢驗映射圖伺服器
43．．．晶片分選映射圖伺服器
44．．．雜質檢驗映射圖資料庫
45．．．晶片分選映射圖資料庫
46．．．比較結果資料庫
47．．．使用者介面端子

Claims (11)

  1. 一種故障偵測方法，包括以下步驟：在晶圓製程之各製程之後，輸入對晶圓表面所作雜質檢驗所製作之雜質檢驗映射圖；在晶圓製程之後，輸入晶片分選測試所製作之晶片分選映射圖；於該晶圓中設定複數個區段；設定該複數個區段之每一者的區域數目；根據該雜質檢驗映射圖，計算該複數個區段之每一者中的雜質密度，並使用該區域數目區劃該雜質密度，以計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量；根據該晶片分選映射圖，計算該複數個區段之每一者中的故障密度，並使用該區域數目區劃該故障密度，以計算晶片分選映射圖波形特徵量；計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量與該晶片分選映射圖波形特徵量間的相似性；以及根據該相似性，辨識故障發生原因的製程；其中，組合該晶圓被徑向劃分之複數個第一區域與該晶圓沿中心角方向被劃分之複數個扇形第二區域，以設定該複數個區段。
  2. 如申請專利範圍第1項之故障偵測方法，其中，該相似性係雜質檢驗映射圖波形特徵量與該晶片分選映射圖 波形特徵量間的相關性係數。
  3. 如申請專利範圍第1項之故障偵測方法，其中，於該雜質密度之計算中，在將該複數個區段之每一者分成複數個區域，且將有複數個雜質之該區域中多數雜質變換成一個之後，計算該雜質密度。
  4. 一種故障偵測設備，包括：雜質檢驗映射圖輸入部，設有在晶圓製程之各製程之後，輸入對晶圓表面所作雜質檢驗所製作之雜質檢驗映射圖；晶片分選映射圖輸入部，設有在該晶圓製程之後，晶片分選測試所製作之晶片分選映射圖；雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部，於該晶圓中設定複數個區段，設定該複數個區段之每一者的區域數目，根據該雜質檢驗映射圖，計算該複數個區段之每一者中的雜質密度，並使用該區域數目區劃該雜質密度，以計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量；晶片分選映射圖波形特徵量計算部，於該晶圓中設定與該雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部所設定之區段與區域數目為相同之區段及區域數目，根據該晶片分選映射圖，計算該複數個區段之每一者中的故障密度，並使用該區域數目區劃該故障密度，以計算晶片分選映射圖波形特徵量；波形特徵量比較部，計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量與該晶片分選映射圖波形特徵量間的相似性；以及 相似映射圖取回部，根據該相似性，偵測相似於該晶片分選映射圖波形特徵量之該雜質檢驗映射圖波形特徵量。
  5. 如申請專利範圍第4項之故障偵測設備，其中，該波形特徵量比較部計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量與該晶片分選映射圖波形特徵量間的相關性係數，作為相似性；且其中，該相似映射圖取回部偵測該相關性等於或大於預定臨限值之該雜質檢驗映射圖波形特徵量，作為類似於該晶片分選映射圖波形特徵量之該雜質檢驗映射圖波形特徵量。
  6. 如申請專利範圍第4項之故障偵測設備，其中，該雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部將該複數個區段之每一者分成複數個區域，且將有複數個雜質之該區域中多數雜質變換成一個。
  7. 如申請專利範圍第4項之故障偵測設備，其中，該雜質檢驗映射圖波形特徵量計算部組合該晶圓被徑向劃分之複數個第一區域與該晶圓沿中心角方向被劃分之複數個扇形第二區域，以設定該複數個區段。
  8. 一種半導體裝置製造方法，包括：在晶圓製程之各製程之後，對晶圓表面進行雜質檢驗，以製作雜質檢驗映射圖；在該晶圓製程之後，進行晶片分選測試，以製作晶片分選映射圖；於晶圓中設定複數個區段； 設定該複數個區段之每一者的區域數目；根據該雜質檢驗映射圖，計算該複數個區段之每一者中的雜質密度，並使用該區域數目區劃該雜質密度，以計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量；根據該晶片分選映射圖，計算該複數個區段之每一者中的故障密度，並使用該區域數目區劃該故障密度，以計算晶片分選映射圖波形特徵量；計算該雜質檢驗映射圖波形特徵量與該晶片分選映射圖波形特徵量間的相似性；以及根據該相似性，辨識故障發生原因的製程。
  9. 如申請專利範圍第8項之半導體裝置製造方法，其中，該相似性係該雜質檢驗映射圖波形特徵量與該晶片分選映射圖波形特徵量間的相關性係數。
  10. 如申請專利範圍第8項之半導體裝置製造方法，其中，於該雜質密度之計算中，在將複數個區段之每一者分成複數個區域，且將有複數個故障之該區域中多數雜質變換成一個之後，計算該故障密度。
  11. 如申請專利範圍第8項之半導體裝置製造方法，其中，組合該晶圓被徑向劃分之複數個第一區域與該晶圓沿中心角方向被劃分之複數個扇形第二區域，以設定該複數個區段。
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