(57)【要約】【課題】バッチ処理型製造装置を待機状態にすることなく稼動させ、かつ、製造物の特性が安定した高効率な製造方法を提供する。【解決手段】バッチ処理型製造装置に一群の製造物をロット単位で順次投入して製造する製造工程と、前記製造工程後に製造された製造物の評価をロットごとに行う評価工程と、評価工程における評価結果に基づいて製造装置の運転条件を決定する運転条件決定工程とを備え、運転条件決定工程は、当該製造装置へ２ロット以上前に投入されたロットの製造物の評価結果に基づいて各ロットの運転条件を決定することを特徴とする半導体装置の製造方法を適用する。また、前記運転条件決定工程が、当該装置へ2ロット以上前に投入されたロットの製造物の評価結果に基づいて評価誤差を補正するための計算処理を実行し、補正された評価結果に基づいて各ロットの運転条件を決定する半導体装置の製造方法を適用する。【選択図】図３
2005302767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッチ処理型製造装置に一群の製造物をロット単位で順次投入して製造する製造工程と、前記製造工程後に製造された製造物の評価をロットごとに行う評価工程と、評価工程における評価結果に基づいて製造装置の運転条件を決定する運転条件決定工程とを備え、運転条件決定工程は、当該製造装置へ２ロット以上前に投入されたロットの製造物の評価結果に基づいて各ロットの運転条件を決定することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記運転条件決定工程が、当該装置へ2ロット以上前に投入されたロットの製造物の評価結果に基づいて評価誤差を補正するための計算処理を実行し、補正された評価結果に基づいて各ロットの運転条件を決定することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記計算処理は、製造装置の運転条件に対する製造装置内の処理状態を表す処理状態モデルと各処理状態で製造された製造物の特性を表す製造物モデルとを用いた仮想製造装置のシミュレーションを含み、製造装置の運転条件とその運転条件において製造されたロットの評価工程における評価結果とを入力して前記仮想製造装置内の製造過程のシミュレーションを実行し、その結果に基づいて評価誤差を補正することを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記運転条件の決定が、時間変化に依存する外乱の影響を除去するための処理と、時間依存しない外乱の影響を除去するための処理とを含む請求項１〜３の何れか一つに記載の製造方法。
【請求項５】
製造物が半導体装置である請求項１〜４の何れか一つに記載の製造方法。
【請求項６】
評価工程は、製品として製造される半導体装置と同一のロットに含まれて製造装置により製造されたモニタ用半導体装置を用いて評価を行い、運転条件決定工程は、モニタ用半導体装置の評価結果に基づいて製造装置の運転条件を決定する工程である請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造方法および半導体装置の製造方法に関し、より詳細にはバッチ処理型製造装置を用いた製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、半導体装置の製造工程中の後工程で、製造された半導体装置の評価を行い、その評価結果に基づいて前記製造工程で用いられる製造装置の運転条件を決定する半導体製造方法が知られている。
【０００３】
製造された半導体装置の評価を行う評価工程では、製造された半導体装置、もしくは、例えばそれよりも小さなウェハ上に形成され、製品となる半導体装置と一緒に製造装置に投入されたモニタ用半導体装置に対して、膜厚などの形状、欠陥密度、原子の格子定数、もしくは基準となる格子定数に対する格子不整合率、半導体の組成などの物理的特性、フォトルミネッセンス、電気抵抗などの電気的特性などの測定、検査がおこなわれる。
【０００４】
通常、この製造装置を工程で使用する場合は以下のように運用される。これから製造装置で処理を行うロット（あるいはバッチともいう）の一つ前バッチが製造装置によって処理されると、そのバッチは評価工程へ送られる。そのとき、次のバッチ処理を行うための製造装置の運転条件はまだ決定されていないため、次のバッチを製造装置に投入することはできない。一つ前バッチの評価工程が終了し、評価結果に基づいて運転条件が決定され、決定された運転条件が製造装置に入力されてから次バッチの処理が開始される。このような製造方法においては、前のバッチの処理が終わって次のバッチの処理を開始するまで、つまり前のバッチが評価工程で検査もしくは測定されている間、製造装置は待機状態になる。
【０００５】
評価工程が終了し、結果がわかってから次バッチを製造するための運転条件が装置に入力され、製造装置が動作をするような半導体製造方法が、すでに知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開2002-246430号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の半導体製造方法においては、製造装置がバッチ処理を終了し、そのバッチが取り出されて評価工程に進み、その評価が終了した後に当該評価結果に基づいて次バッチを製造するための運転条件が計算されて装置に入力され、装置が次のバッチ処理を開始するまで製造装置は待機状態になる。このために、装置の稼動効率が低下するという課題がある。
【０００７】
一方、装置稼働率を向上させるため、評価工程での評価結果を製造装置の運転条件に反映させない、もしくは評価工程を設けずに次の工程に半導体装置を流してしまう構成にすると、製造装置を一定の条件のまま複数の生産バッチに渡って連続して稼動させることになる。その結果、その装置で生産される製品が、所望の特性からずれた場合であっても製造装置の運転条件を修正することができず、従って、その製造装置で安定して半導体装置を生産することができなくなる。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、製造装置の運転条件を直前のバッチの評価結果が出るのを待つことなく決定し、製造装置を待機状態にすることなくかつ安定して稼動させることのできる製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、バッチ処理型製造装置に一群の製造物をロット単位で順次投入して製造する製造工程と、前記製造工程後に製造された製造物の評価をロットごとに行う評価工程と、評価工程における評価結果に基づいて製造装置の運転条件を決定する運転条件決定工程とを備え、運転条件決定工程は、当該製造装置へ２ロット以上前に投入されたロットの製造物の評価結果に基づいて各ロットの運転条件を決定することを特徴とする製造方法を提供する。
【００１０】
さらに、本発明は、前記運転条件決定工程が、当該装置へ２ロット以上前に投入されたロットの評価結果に基づいて評価誤差を補正するための計算処理を実行し、補正された評価結果に基づいて各ロットの運転条件を決定する製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明によれば、運転条件決定工程が、当該製造装置へ２ロット以上前に投入されたロットの評価結果に基づいて各ロットの運転条件を決定するので、直前のロットの評価結果が出るのを待つことなく次のロットの運転条件が決定されて高効率な生産が実現できる。さらに、本発明によれば、評価誤差を補正するための計算処理を実行し、補正された評価結果に基づいて各ロットの運転条件を決定するので、製造装置を安定して稼動させることができ、従って特性の安定した製造物を生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の製造方法は、バッチ処理型製造装置に一群の製造物をロット単位で順次投入して製造する製造工程と、前記製造工程後に製造された製造物の評価をロットごとに行う評価工程と、評価工程における評価結果に基づいて製造装置の運転条件を決定する運転条件決定工程とを備える。
【００１３】
ここで、バッチ処理型の製造装置とは、一群の製造物の単位であるロット（あるいはバッチともいう）に対して同一運転条件下で同時に処理がなされ、そのロットが処理された後に異なる運転条件で次のロットを処理することの可能なタイプの製造装置をいい、その処理とは、例えば半導体装置の製造工程におけるウェット処理、拡散処理、MBE処理、CVD処理、スパッタ処理のいずれかであってもよいが、それらに限定されない。また、評価とは、製造物に対する特性的、品質的な評価であり、具体的には例えば、製造物が半導体装置の場合の半導体装置の膜厚などの形状的なもの、結晶格子の欠陥密度などの物理的特性、電気抵抗などの電気的特性が含まれるが、それらに限定されない。製造物を破壊して測定あるいは判定することができるか、あるいは製造物を破壊せずに測定あるいは判定することができるかは問わない。また、運転条件とは、製造装置を稼動させる際に装置に対して直接設定可能なパラメータであって、たとえば基板を加熱するヒータの設定温度や装置内のガスの設定温度、ガス圧力の設定、加熱のために供給するエネルギー量、処理の時間であるが、それらに限定されない。
【００１４】
前記運転条件決定工程が、当該装置へ２ロット以上前に投入されたロットの評価結果に基づいて評価誤差を補正するための計算処理を実行し、補正された評価結果に基づいて各ロットの運転条件を決定するようにしてもよい。ここで、評価誤差とは、ある運転条件の下で製造された製造物が標準的に有すべき特性と実際に製造されたものの評価結果との間に存在する誤差のことをいい、主として測定の誤差や製造工程における装置状態の設定からの偏差や外乱に起因する。また補正とは、前記評価誤差を低減させることをいう。
【００１５】
さらに前記計算処理は、製造装置の運転条件に対する製造装置内の処理状態を表す処理状態モデルと各処理状態で製造された製造物の特性を表す製造物モデルとを用いた仮想製造装置のシミュレーションを含み、製造装置の運転条件とその運転条件において製造されたロットの製造物の評価工程における評価結果とを入力して前記仮想製造装置内の製造過程のシミュレーションを実行し、その結果に基づいて評価誤差を補正するようにしてもよい。
【００１６】
ここで、製造装置内の処理状態とは、例えば熱反応、化学反応に関する状態であって、より具体的には製造物が半導体装置の場合の半導体基板の基板温度、装置内のガスの温度や圧力などであるがこれに限定されない。こうずれば、仮想製造装置内の製造過程のシミュレーション結果に基づいて評価誤差を補正し、それに基づいて運転条件が決定されるので、そのロットの製造工程における外乱や評価結果に含まれる測定誤差が補正され、より適当な運転条件が決定され、これによってより安定した特性の製造物を製造することができる。
【００１７】
また、前記運転条件の決定が、時間変化に依存する外乱の影響を除去するための処理と、時間依存しない外乱の影響を除去するための処理とを含んでいてもよい。こうすれば、時間変化に依存する外乱の影響と時間依存しない外乱の影響とをそれぞれ異なった好適な処理によって効果的に低減することができ、より適当な運転条件が決定され、これによってより安定した特性の製造物を製造することができる。
【００１８】
前記製造物は、半導体装置であってもよい。
また、評価工程は、製品として製造される半導体装置と同一のロットに含まれて製造装置により製造されたモニタ用半導体装置を用いて評価を行い、運転条件決定工程は、モニタ用半導体装置の評価結果に基づいて製造装置の運転条件を決定する工程であってもよい。こうすれば、例えば製品となる半導体装置を製造するためのウェハとは別に、それよりも小さなウェハにモニタ用半導体装置を形成して評価し、運転条件を決定することができるので、製品に影響を与えずに、より経済的に運転条件を決定することができる。
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の製造方法の一例である半導体製造方法に係る製造および処理装置の構成を示す説明図である。
この工程は半導体製造装置１を用いて半導体装置を製造する製造工程と、複数種類の半導体装置用の特性検査もしくは測定装置２を用いて製造された半導体装置を検査、測定して評価する評価工程、評価工程で得られた評価結果である検査、測定データ７の処理と、検査、測定データ７に基づいて半導体製造装置１の運転条件を決定するための計算処理、管理を行う運転条件決定工程を実施するための計算処理装置６からなる。半導体製造装置１は、バッチ（あるいはロット）単位で処理を行うタイプの装置である。１つのバッチ９が半導体製造装置１内に投入され、処理された後に出力され、処理済のバッチ１０が後の検査、測定工程で検査される。この実施例では半導体製造装置１が1台の場合を示しているが、工程別あるいは同一工程であっても並列的に複数台の半導体製造装置があってもよい。複数台の半導体製造装置の場合には、半導体装置の評価結果は、それが処理された半導体製造装置の運転条件に反映することを原則とする。
【００２０】
半導体装置用の特性検査もしくは測定装置２は、複数の種類の特性検査、測定を行う装置、検査装置３、測定装置４〜５からなり、一度に数種類の検査、測定データ７を得て半導体製造装置にフィードバックすることが可能である。計算処理装置６には、検査、測定データ７が入力され、それに基づいて半導体製造装置１の運転条件８が計算される。算出された運転条件８は半導体製造装置１に入力され、入力された運転条件の下に半導体製造装置１が稼動する。この実施例における半導体製造装置１の例にはMBE装置、CVD装置、スパッタ装置などがあげられる。
【００２１】
ここで、２バッチ先のバッチにフィードバックを行う場合においては、検査、計測結果を直接フィードバックすると、フィードバックの効果が現れない、もしくは製造される半導体装置の特性が目標とする特性に対して収束せずに不安定になる場合がある。発明者らが鋭意検討を行った結果、得られた知見によれば、本実施例におけるこれら不安定化の原因は、検査、測定結果のデータをフィードバックするまでに製造装置が１バッチ分処理を行うために起こる製造装置状態の変化の発生、検査工程における検査、測定装置の誤差、測定手段の誤差が原因となる検査、測定時の計測誤差、などの外乱が存在するためである。
【００２２】
これらの外乱の特徴を、それぞれ統計的に分析した結果、時間変化に依存する外乱と、時間変化に依存したい無秩序な外乱に分類され、これらの各種外乱の影響を低減するためには、前記分類に応じてそれぞれ異なった統計的処理を行うことが効果的であることが判明した。例えば、装置状態の変化などは時間変化に依存する外乱であり、検査、測定時の誤差などは時間依存しない無秩序な外乱である。そして、これらの外乱を補償するために、装置状態の変化などの外乱に対しては、二乗平均、線形近似などの計算手法が、検査、測定時の誤差などの無秩序な外乱に対しては、カルマンフィルタなどの計算手法が有効であった。
【００２３】
この実施例では前記の計算手法を用いて評価結果に含まれる各種外乱の影響を低減する。また、前述のような計算手法を用いた計算処理は、より詳細には仮想の半導体製造装置によって、与えられた運転条件の下に製造される半導体装置の特性をシュミレーションする処理である。図２は、この実施例による計算処理の概要を示す説明図である。計算処理装置６は、図２に示すような形態の計算処理を実行する。この計算処理の流れを具体的に説明すると次のようになる。
【００２４】
図２で示した計算処理形態は、たとえば熱反応、化学反応のような製造装置内での処理状態モデル１３と製造物である半導体装置の特性モデル１４、これらのモデルを用いて半導体装置の製造過程のシミュレーションを実行するシミュレータ１５、そしてシミュレーションの結果に基づいて装置の運転条件を決定する計算手段１６から構成される。状態処理モデル１３は、半導体製造装置の運転条件に対して、半導体製造装置内の熱反応、化学反応の状態を表すモデルであり、例えば、入力の一例が設定したガス圧であって、それに対応する出力は実際の装置内のガス圧である。そのほかにも温度などの諸条件をモデル化した多入力多出力モデルである。また、半導体装置モデル１４は、与えられた処理状態に対して、その条件下で製造される半導体装置の特性表すモデルである。例えば、入力の一例が基板の温度であって、出力は膜厚や欠陥密度、あるいは製品の性能に関する電気抵抗や発光素子における発光特性である。
【００２５】
計算処理は、以下の手順で実行される。まず処理状態モデル１３と半導体装置の特性モデル１４に計算処理の対象とするバッチの評価結果、そのバッチを製造したときの製造装置の運転条件およびそれにほぼ対応する範囲の処理状態のデータが入力され、バッチが製造された条件を想定した処理状態モデル１３と半導体装置モデル１４のそれぞれのモデルが準備される。これらのモデルが製造装置シミュレータ１５のシミュレーションに適用されて、半導体製造装置内での製造過程のシミュレーションが実行される。シミュレーションの結果、仮想半導体製造装置１２の下で製造された仮想の半導体装置に関するデータは運転条件計算処理１６へ渡され、実際に測定された評価結果と前述のシミュレーションによって得られた結果に基づいて、計算処理したバッチの２つ先のバッチの半導体装置の特性が目標に近づくように、２つ先のバッチに対する製造装置の運転条件が算出される。ここで、シミュレーションの実行、運転条件の計算において、前述したようにカルマンフィルタ、二乗平均、線形近似などの計算手法が使用される。これによって、製造装置の状態変化、検査、測定誤差などに起因する評価誤差が補正される。
【００２６】
図３の工程流れ図に基づいて、この工程での生産バッチと、検査、測定データ、製造装置運転条件データの流れを説明する。図３では、本実施例についての従来の方法と本発明の方法の両方を示している。なお、この工程では製造装置による処理時間２０が、検査、測定工程にかかる時間２１よりも長い。まず、N番ロットの処理前半導体装置が製造装置に投入される。このときの半導体製造装置の運転条件はN-2番ロットの検査結果に基づいてすでに算出されている。このN番ロットが製造装置による処理が終了すると、評価工程である特性検査、測定工程へ送られ、検査、測定が行われる。同時に製造装置にはN+1番ロットの処理前半導体装置が投入され、N-1番ロットの検査、測定データに基づいた運転条件で、製造装置が稼動し処理が行われる。N番ロットの検査、測定データが得られた後、それらのデータは計算装置に転送され、計算処理が実行され、N+2番ロットの運転条件が決定される（運転条件決定工程）。N+1番ロットが製造装置で処理されている間にN+2番ロットの処理のための製造装置運転条件が決定されるので、N+1番ロットの処理終了後、待機時間なしでN+2番ロットを製造装置に投入し、処理が開始できる。ここで、Nは任意のロット番号とする。図３において、ロット番号のついた白い四角２０はそのロット番号の半導体装置が製造装置で処理されるのにかかる時間を示しており、ロット番号のついた斜め斜線でハッチングした四角２１はそのロット番号の半導体装置が、検査、測定工程で処理されるのにかかる時間を示している。この図３で示されるとおり、本発明方法により同じロット数の処理を完了するまでの時間が短縮できている。
【００２７】
また、この実施例における半導体製造方法のバッチNo.に対する目標特性からの評価結果の偏差を図４に示す。図４の２２は、従来の方法で生産した場合の特性値の推移を示し、２３は、本発明の方法で生産した場合の特性値の推移を示す。図４に示すように、評価結果に計算処理を施しそれに基づいて製造装置の運転条件を決定することで、生産効率の改善に加え、半導体装置の特性も安定させることができる。これは、評価結果には測定における誤差が含まれていることや、評価されたバッチの製造工程において、そのときの装置状態の設定からの偏差や種々の外乱に起因して目標としている標準的な特性からのずれがあり、この影響を補正して半導体製造装置の運転条件にフィードバックすることによって、フィードバックがより適切に行われるからである。一方で、評価結果に基づく補正を行わず、例えば完全に理想化されたモデルによるシミュレーションなどの計算処理のみに基づいて製造装置の運転条件を決定するような製造方法は、２バッチ以上におよぶ傾向性のある外乱や、製造装置の履歴に関連する偏差に対して適切なフィードバックがされない。この実施例によれば、製造装置のシミュレーションによって評価誤差を適度に補正し、先のバッチの製造工程に反映させることができる。
【００２８】
なお、前述の実施形態では製品となる半導体装置を直接検査、測定工程に送っているが、モニタ用半導体装置を検査、測定工程へ送った場合でも、工程、検査、測定データ、運転条件データの流れはこの実施例と同じとなり、同様に時間短縮の効果が得られる。
このような工程で高効率な生産が可能な半導体装置として、半導体レーザ素子、LED素子などが挙げられるが、本発明はそれに限定されるものでなく、半導体記憶装置など、前記以外の半導体装置の製造工程にも適用可能であるばかりでなく、バッチ処理型製造装置を用いて製造を行う半導体装置以外の製造方法に対しても適用が可能である。
【実施例２】
【００２９】
第２の実施例は、「実施例１」における工程と同じ構成の工程で、工程の進行順序も同じであるが、検査、測定工程にかかる時間２１が製造装置による処理時間２０よりも長い工程である。この実施例における本発明方法の工程スケジュールは図５の下側の図のようになる。従来の方法による直前バッチの検査、測定結果をフィードバックする場合のスケジュールは図５の上側の図のようになる。この図５に示すとおりこの実施例においても装置の待機時間は短縮されるので、高効率な製造が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の製造方法の一例である半導体製造方法に係る製造および処理装置の構成を示す説明図である。
【図２】実施例１における計算処理の概要を示す説明図である。
【図３】実施例１における本発明の製造方法と従来の製造方法による半導体製造工程          のスケジュールを示す説明図である。
【図４】実施例１における本発明の製造方法と従来の製造方法のバッチＮｏ．に対す          る目標特性からの評価結果の偏差を示すグラフである。
【図５】実施例２における本発明の製造方法と従来の製造方法による半導体製造工程          のスケジュールを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    半導体製造装置
２    検査、測定装置
３    検査装置
４、５    測定装置
６    計算処理装置
７    検査、測定データ（評価結果）
８    半導体製造装置の運転条件
９    半導体製造装置への投入バッチ
１０    半導体製造装置での処理後のバッチ
１１    検査、測定終了後のバッチ
１２    仮想半導体製造装置
１３    半導体製造装置の処理状態モデル
１４    製造される半導体装置のモデル
１５    製造装置のシミュレータ
１６    半導体製造装置の運転条件の計算処理
１７    計算処理への入力データ
１８    各ロットの製造工程
１９    評価結果のフィードバックが反映されるロット
２０    半導体製造装置での処理にかかる時間
２１    検査、測定工程での処理にかかる時間
２２    従来方法での評価特性推移
２３    発明方法での評価特性推移
【図１】
2005302767.tif 000003
【図２】
2005302767.tif 000004
【図３】
2005302767.tif 000005
【図４】
2005302767.tif 000006
【図５】
2005302767.tif 000007