(57)【要約】【課題】製造プロセスの立ち上げ時においても高品質の半導体製品を歩留まりよく安定的に製造する。【解決手段】相関分析演算装置７が、半導体特性値と製品特性値の相関分析用データを作成し、作成された相関分析用データを利用して相関分析を行うことにより、工程規格値をフィードバック制御する。これにより、従来までの半導体製造システムのように、工程規格値を最適化するためにプロセスパラメータとデバイス特性の相関関係を予めモデル化しておく必要がなくなるので、製造プロセスの立ち上げ時においても高品質の半導体製品を歩留まりよく安定的に製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハから半導体素子を製造する半導体製造方法であって、
製造条件に従ってロットを構成する複数の半導体ウエハの各々に対して所定の処理を行い半導体素子を製造する第１工程と、
前記所定の処理途中の半導体ウエハについて、半導体ウエハ内の位置に対する半導体特性の関係を示すデータを半導体特性分布として取得する第２工程と、
前記第１工程により製造された半導体素子の素子特性を製品特性値として取得する第３工程と、
前記製品特性値と前記半導体特性分布の相関関係を評価する第４工程と、
前記第４工程の評価結果に基づいて前記製造条件を変更するフィードバック制御を行う第５工程と
を有することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体製造方法であって、
前記ロットには半導体素子を製造しないダミーウエハが含まれ、前記第２工程は当該ダミーウエハについて行うことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体製造方法であって、
前記ダミーウエハは１ロットあたり複数枚含まれ、複数のダミーウエハの厚さの値を外挿又は内挿することにより半導体素子の位置に対応するダミーウエハの位置の厚さのデータを前記半導体特性分布として算出することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項４】
半導体ウエハから半導体素子を製造する半導体製造システムであって、
製造条件に従ってロットを構成する複数の半導体ウエハの各々に対して所定の処理を行い半導体素子を製造する半導体製造装置と、
前記所定の処理途中の半導体ウエハについて、半導体ウエハ内の位置に対する半導体特性の関係を示すデータを半導体特性分布として取得する半導体特性検査装置と、
前記半導体製造装置により製造された半導体素子の素子特性を製品特性値として取得する製品検査装置と、
前記製品特性値と前記半導体特性分布の相関関係を評価し、評価結果に基づいて製造条件を変更するフィードバック制御を行う相関分析演算装置と
を備えることを特徴とする半導体製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハから半導体素子を製造する半導体製造方法及び半導体製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子製造プロセスの管理に用いる評価パラメータを算出し、プロセスパラメータとデバイス特性の相関を示す評価関数を用いて評価パラメータの変動に対応するデバイス特性を解析し、解析結果に基づいて半導体素子の製造条件を最適化する半導体製造システムが知られている（特許文献１を参照）。そしてこのようなシステムによれば、高品質の半導体製品を歩留まりよく安定的に製造することが可能となる。
【特許文献１】特開平１０−１６３０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の半導体製造システムでは、半導体素子の製造条件を最適化する際、プロセスパラメータとデバイス特性の相関関係が過去のプロセスデータを用いてモデル化されている必要があるために、プロセスデータが整っていない製造プロセスの立ち上げ時には、製造条件を最適化することにより高品質の半導体製品を歩留まりよく安定的に製造することはできない。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、製造プロセスの立ち上げ時において早期に高品質の半導体製品を歩留まりよく安定的に製造することが可能な半導体製造方法及び半導体製造システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体製造方法及び半導体製造システムは、製造プロセス途中の半導体ウエハの半導体特性検値と半導体素子の製品特性検査値の相関関係を分析し、分析結果に従って半導体素子の製造条件を変更するフィードバック制御を行う。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る半導体製造方法及び半導体製造システムによれば、製造条件を最適化するためにプロセスパラメータとデバイス特性の相関関係を予めモデル化しておく必要がないので、製造プロセスの立ち上げ時において早期に高品質の半導体製品を歩留まりよく安定的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる半導体製造システムの構成について説明する。
【０００８】
［半導体製造システムの構成］
始めに、図１を参照して、本発明の実施形態となる半導体製造システムの構成について説明する。
【０００９】
本発明の実施形態となる半導体製造システム１は、図１に示すように、工程規格値（装置設定値）に従ってロットを構成する複数の半導体ウエハの各々を処理することにより半導体素子を製造する半導体製造装置２と、処理途中の半導体ウエハ（中間製品）の半導体特性を検査する半導体特性検査装置３と、半導体特性検査装置３により得られた半導体特性値を用いて半導体ウエハ内の任意の位置における半導体特性値を近似補間により演算する近似補間演算装置４と、半導体製造装置２により製造された半導体素子（製品）の素子特性を製品特性値として検査する製品検査装置５とを備える。
【００１０】
また、この半導体製造システム１は、半導体特性検査装置３により得られた半導体特性値，近似補間演算装置４により演算された半導体特性値，及び製品検査装置５により得られた製品特性値を収集する特性値収集装置６と、特性値収集装置６により収集された値を用いて半導体特性値と製品特性値の相関分析用データを作成し、作成された相関分析用データを利用して相関分析を行うことにより工程規格値をフィードバック制御する相関分析演算装置７とを備える。なお、上記近似補間演算装置４，特性値収集装置６，及び相関分析演算装置７は、ワークステーションやパーソナルコンピュータ等の公知の情報処理装置により構成されている。
【００１１】
［相関分析用データの作成方法］
次に、相関分析用データの作成方法について説明する。
【００１２】
一般に、半導体素子は複数の半導体製造装置を利用して１００以上の製造プロセスを経て製造される。また各製造プロセスは、半導体ウエハ数十枚を１ロットとして行われ、１つの製造プロセスが完了した時点で半導体特性値を検査することによりその製造プロセスの出来具合を確認する。
【００１３】
また通常、半導体特性値は（１）図２に示すように１ロットを構成する複数の半導体ウエハ（本ウエハ）１０の中に半導体素子を形成しない半導体ウエハをダミーウエハ１１として挿入し、ダミーウエハ１１の半導体特性値を測定する、又は、（２）図３に示すように本ウエハ１０上に検査用回路１２を形成し、この検査用回路１２の位置における半導体特性値を測定するのいずれかの方法により取得される。
【００１４】
ここで、本ウエハ１０上に形成された半導体素子を利用せずに検査用回路１２を用いる理由は、検査内容が破壊検査になることがあることや本ウエハ１０上に回路を形成しない方が安定して半導体特性値を測定できるためである。なお、本明細書中において、「半導体特性値」とは、半導体ウエハ自体の特性を示す物理量であり、ウエハ抵抗，ウエハ厚み，ウエハ反り量等を例示することができる。
【００１５】
また、製品特性値は全半導体素子（１枚の本ウエハ上には数百〜数千個の半導体素子が形成される）を対象として測定されるが、半導体特性検査では、生産性を考慮して、図４に示すようにダミーウエハ１１上に設けられた数点の半導体特性検査ポイント１３においてのみ測定される場合が多い。なお、本明細書中において、「製品特性値」とは、半導体素子の電気特性を示す物理量であり、半導体素子の種類により異なるが回路抵抗，リーク電流，感度電圧等を例示することができる。
【００１６】
従って、半導体特性値と製品特性値の相関分析用データは、（１）半導体特性値を測定した本ウエハ上の位置に形成された半導体素子の製品特性値を抜き出して作成する、又は、（２）各半導体素子の位置に対応する半導体特性値を推定して作成するのいずれかの方法により作成する必要がある。そこで、本実施形態では、以下に示す４つの方法のうちのいずれかの方法により相関分析用データを作成する。以下、各方法について詳しく説明する。
【００１７】
〔方法１〕
方法１では、本ウエハ１０の検査用回路１２の測定値を半導体特性値として用い、本ウエハ１０の検査用回路１２の周辺に形成された半導体素子の製品特性値から検査用回路１２の位置における半導体素子の製品特性値を推定することにより、相関分析用データを作成する。具体的には、この方法１では、図５に示すように本ウエハ１０上にｎ個の検査用回路１２を設け、各検査用回路１２の測定値を半導体特性値Ｈｉ（ｉ＝１〜ｎ）とする。一方、図６に示すように検査用回路１２の周辺の半導体素子をＣｉ１〜Ｃｉ８、これら半導体素子の製品特性値をＳｉ１〜Ｓｉ８とすると、検査用回路１２の位置における半導体素子の製品特性値Ｓｉは以下に示す数式１のように推定できる。
【数１】
2007059721.tif 000003
【００１８】
従って、ｎ個の検査用回路１２それぞれについて同様の処理を行うことにより、以下の表１に示すようなｎ個の半導体特性値と製品特性値との関係を相関分析用データとして作成することができる。
【表１】
2007059721.tif 000004
【００１９】
〔方法２〕
方法２では、ダミーウエハ１１の半導体特性検査ポイント１３における半導体特性値から半導体特性検査ポイント１３の位置に対応する本ウエハ１０上の位置における半導体特性値を推定すると共に、半導体特性検査ポイント１３の位置に対応する本ウエハ１０上の位置における製品特性値を測定することにより、相関分析用データを作成する。具体的には、図７に示すように２枚のダミーウエハ１１ａ，１１ｂ間にｍ枚の本ウエハ１０があり、図８に示すようにダミーウエハ１１ａ，１１ｂに半導体特性検査ポイント１３をｎ点配置し、ダミーウエハ１１ａ，１１ｂの半導体特性検査ポイント１３における半導体特性値をそれぞれＨｉ１，Ｈｉ２（ｉ＝１〜ｎ）とすると、ダミーウエハ１１ａからＰ枚目の本ウエハ１０上の半導体特性検査ポイント１３の位置に対応する位置における半導体特性値Ｈｉは半導体特性値Ｈ１ｉ，Ｈ２ｉの加重平均によって以下の数式２のように推定できる。
【数２】
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【００２０】
従って、半導体特性検査ポイント１３の各位置に対応する位置についてＰ枚目の本ウエハ１０の半導体特性値Ｈｉを算出すると共に、本ウエハ１０上の半導体特性検査ポイント１３の位置に対応する位置における製品特性値を測定することにより、上述の表１と同様な相関分析用データを作成することができる。
【００２１】
〔方法３〕
方法３では、本ウエハ１０上の検査用回路１２の測定値から本ウエハ１０の全素子の位置における半導体特性値を推定すると共に、本ウエハ１０の全素子の製品特性値を測定することにより相関分析用データを作成する。具体的には、図５に示すように本ウエハ１０上にｎ個の検査用回路１２を設け、検査用回路ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の測定値を半導体特性値ｚｉ（ｉ＝１〜ｎ）とする。そして、半導体特性値ｚｉの位置に対する変化が連続であり、曲面状に変化すると考え、以下の方法により半導体特性値ｚｉから本ウエハ１０上の任意の位置における半導体特性値を算出する。なお、一般に、曲面の表現方法としては、陽関数表現，陰関数表現，パラメトリック表現が使われることが多いが、ここでは一例として陽関数表現を用いた場合について説明する。
【００２２】
いま、図９に示すように、検査用回路ｉの位置及び測定値をそれぞれ（ｘｉ，ｙｉ），ｚｉ（１≦ｉ≦ｎ，ｎ：測定点数）とし、半導体特性値分布Ｆ（ｘ，ｙ）は以下の数式３で近似できると仮定すると、最小二乗法により以下に示す数式３から定数ａ，ｂ，ｃの値を算出することにより以下の数式４が得られる。従って、数式４の連立方程式を解くことにより、半導体特性値分布Ｆ（ｘ，ｙ）は以下の数式５のように近似できる。なお、この例では説明を簡単にするために、半導体特性値分布Ｆ（ｘ，ｙ）を１次式で近似したが、高次の多項式であってもよい。
【数３】
2007059721.tif 000006
【数４】
2007059721.tif 000007
【数５】
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【００２３】
このことから、この方法３では、上記数式５を利用して検査用回路ｉにより得られた半導体特性値ｚｉから本ウエハ１０の全素子の位置（ｘｉ，ｙｉ）における半導体特性値を推定し、これらの半導体特性値を本ウエハ１０上のｋ個の半導体素子の製品特性値Ｓｉと対応付けすることにより、以下の表２に示すようなｋ個の半導体特性値と製品特性値の関係を示す相関分析用データを作成する。
【表２】
2007059721.tif 000009
【００２４】
〔方法４〕
方法４では、ダミーウエハ１１の半導体特性検査ポイント１３における半導体特性値から本ウエハ１０の全素子の位置における半導体特性値を推定し、本ウエハ１０の全素子の製品特性値を測定することにより、相関分析用データを作成する。具体的には、ダミーウエハ１１の任意の位置における半導体特性値は、上記方法３と同様、以下の数式６に示すように半導体特性検査ポイント１３における測定値を利用して算出できる。従って、ダミーウエハ１１ａ，１１ｂの位置（ｘｉ，ｙｉ）における半導体特性値はそれぞれＦ１（ｘｉ，ｙｉ），Ｆ２（ｘｉ，ｙｉ）と算出される。
【数６】
2007059721.tif 000010
【００２５】
一方、ダミーウエハ１１ａからｐ枚目の本ウエハ１０上の位置（ｘｉ，ｙｉ）における半導体特性値Ｈｉは、上記方法２と同様、ダミーウエハ１１ａ，１１ｂの位置（ｘｉ，ｙｉ）における半導体特性値Ｆ１（ｘｉ，ｙｉ），Ｆ２（ｘｉ，ｙｉ）の加重平均によって以下の数式７のように推定できる。
【数７】
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【００２６】
従って、上記処理を本ウエハ１０上のｋ個の半導体素子全てに行うことにより、ｋ個の半導体特性値と製品特性値の関係を示す上記表１と同様の相関分析用データを作成することができる。
【００２７】
［相関分析方法］
最後に、相関分析用データを用いた相関分析方法について説明する。
【００２８】
いま、半導体特性Ｊ及び製品特性ＫのデータをそれぞれＨｉ，Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ）とすると、半導体特性Ｊと製品特性Ｋの相関係数Ｒは以下の数式８により算出できる。
【数８】
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【００２９】
そして、半導体特性Ｊ及び製品特性Ｋのデータの全ての組み合わせについて相関関数Ｒを求めると以下の表３に示すようになる。
【表３】
2007059721.tif 000013
【００３０】
そこで、本実施形態では、相関分析演算装置７は、上記表３から相関係数Ｒが大きい半導体特性Ｊ及び製品特性Ｋのデータの組み合わせを抽出し回帰分析を行う。具体的には、半導体特性Ｊ及び製品特性ＫのデータをそれぞれＨｉ，Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ）とすると、半導体特性ＪのデータＨと製品特性ＫのデータＳの関係は以下の数式９のように表される。
【数９】
2007059721.tif 000014
【００３１】
そこで、相関分析演算装置７は、図１０に示すように製品特性Ｋの良品規格値の上限値及び下限値をそれぞれＳｍａｘ，Ｓｍｉｎとし、上記数式９を用いて半導体特性Ｊの工程規格値の上限値Ｈｍａｘ及び下限値Ｈｍｉｎを以下の数式１０のように算出し、製品特性Ｋが良品規格値の範囲内に収まるように工程規格値を変更するフィードバック制御を行う。
【数１０】
2007059721.tif 000015
【００３２】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる半導体製造システム１では、相関分析演算装置７が、半導体特性値と製品特性値の相関分析用データを作成し、作成された相関分析用データを利用して相関分析を行うことにより工程規格値をフィードバック制御するので、従来までの半導体製造システムのように、工程規格値を最適化するためにプロセスパラメータとデバイス特性の相関関係を予めモデル化しておく必要がなく、製造プロセスの立ち上げ時において早急に高品質の半導体製品を歩留まりよく安定的に製造することができる。
【００３３】
なお、半導体特性値は、本ウエハからではなくダミーウエハから取得することが望ましい。ダミーウエハは実際に半導体素子になるものではないので、このような処理によれば、製造プロセスの状態を精度よく把握することができる。また、半導体特性値としては、複数のダミーウエハの厚さの値を外挿又は内挿することにより半導体素子の位置に対応するダミーウエハの位置の厚さを算出することが望ましい。
【００３４】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態となる半導体製造システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本ウエハと１枚のダミーウエハからなるロットの一例を示す模式図である。
【図３】本ウエハ上に設けられた検査用回路を示す模式図である。
【図４】ダミーウエハ上に設けられた半導体特性検査ポイントを示す模式図である。
【図５】本ウエハ上に設けられたｎ個の検査用回路を示す模式図である。
【図６】検査用回路周辺の半導体素子の製品特性値から検査用回路の位置における半導体素子の製品特性値を推定する方法を説明するための図である。
【図７】本ウエハと２枚のダミーウエハからなるロットの一例を示す模式図である。
【図８】ダミーウエハ上に設けられたｎ個の半導体特性検査ポイントを示す模式図である。
【図９】半導体特性値分布の算出方法を説明するための図である。
【図１０】半導体特性に対する製品特性の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１：半導体製造システム
２：半導体製造装置
３：半導体特性検査装置
４：近似補間演算装置
５：製品検査装置
６：特性値収集装置
７：相関分析演算装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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