(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体装置の製造工程におけるデバイス特性のばらつきに影響を与える原因工程を特定することができ、デバイス特性のばらつき歩留りを抑え、歩留りを向上させることが可能な半導体装置の製造システム及び製造方法を提供する。【解決手段】複数の加工工程においてそれぞれ異なる角度に設定されたノッチ角度でウエハを加工処理する複数の加工装置と、加工特性を測定する加工特性測定ユニットと、デバイス特性を測定するデバイス特性測定ユニットと、制御サーバーと、ウエハの面内位置に対応するデバイス特性とを含む位置・特性データを記憶するデータベースを有するデータサーバーと、位置・特性データに基づき、各加工工程におけるウエハの面内位置に対応する加工特性とデバイス特性との相関を求め、各加工工程の相関に基づいてウエハの面内におけるデバイス特性のばらつきの原因となる原因工程を特定する解析サーバーと、を備える。【選択図】図７
2012164812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加工工程において各加工工程でそれぞれ異なる角度に設定されたノッチ角度でウエハを加工処理する複数の加工装置と、
前記各加工工程において加工処理された前記ウエハの面内位置に対応する加工特性を測定する加工特性測定ユニットと、
前記ウエハの面内位置に対応するデバイス特性を測定するデバイス特性測定ユニットと、
前記複数の加工装置、前記加工特性測定ユニット、及び前記デバイス特性測定ユニットの制御を行う制御サーバーと、
前記各加工工程における前記ウエハの面内位置に対応する加工特性及び前記ノッチ角度と、前記ウエハの面内位置に対応するデバイス特性と、を含む位置・特性データを記憶するデータベースを有するデータサーバーと、
前記位置・特性データに基づき、前記各加工工程における前記ウエハの面内位置に対応する前記加工特性と前記デバイス特性との相関を求め、前記各加工工程の前記相関に基づいて前記ウエハの面内における前記デバイス特性のばらつきの原因となる原因工程を特定する解析サーバーと、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造システム。
【請求項２】
前記ノッチ角度は、０−３６０の乱数を発生させることによりランダムに設定されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造システム。
【請求項３】
前記解析サーバーは前記加工特性と前記デバイス特性との相関から相関順位を見積もり、前記原因工程を特定することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造システム。
【請求項４】
前記ノッチ角度は、前記加工工程における処理ロット内のウエハごとに異なる角度となるように設定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造システム。
【請求項５】
ノッチ角度を、複数の加工工程において各加工工程でそれぞれ異なる角度に設定し、
設定された前記ノッチ角度を記憶し、
前記各加工工程において、設定された前記ノッチ角度で加工処理を行った後、前記ウエハの面内位置に対応する加工特性を測定し、
前記ウエハの面内位置に対応するデバイス特性を測定し、
前記各加工工程における前記ウエハの面内位置に対応する加工特性及び前記ノッチ角度と、前記ウエハの面内位置に対応するデバイス特性と、を含む位置・特性データ基づき、前記各加工工程における前記ウエハの面内位置に対応する前記加工特性と前記デバイス特性との相関を求め、
前記各加工工程の前記相関に基づいて、前記ウエハの面内における前記デバイス特性のばらつきの原因となる原因工程を特定する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造システム及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のデバイス特性は、半導体装置の製造工程における成膜処理、エッチング処理といった加工工程における膜厚、寸法形状などの加工特性の変動に影響される。従って、ウエハ面内で加工特性のばらつきがあると、これに起因して、面内のチップ間でデバイス特性がばらついてしまう。そして、特性のばらつきが、歩留りの低下を引き起こすことから、その改善が求められている。
【０００３】
しかしながら、近年、半導体装置の製造工程は、数百から千近くに達しており、その中からデバイス特性のばらつきに影響を与える工程を特定することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３６１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、半導体装置の製造工程におけるデバイス特性のばらつきに影響を与える工程を特定することができ、デバイス特性のばらつきを抑え、歩留りを向上させることが可能な半導体装置の製造システム及び製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、半導体装置の製造システムが提供される。この半導体装置の製造システムにおいては、複数の加工工程において各加工工程でそれぞれ異なる角度に設定されたノッチ角度でウエハを加工処理する複数の加工装置と、前記各加工工程において加工処理された前記ウエハの面内位置に対応する加工特性を測定する加工特性測定ユニットと、前記ウエハの面内位置に対応するデバイス特性を測定するデバイス特性測定ユニットと、前記複数の加工装置、前記加工特性測定ユニット、及び前記デバイス特性測定ユニットの制御を行う制御サーバーと、前記各加工工程における前記ウエハの面内位置に対応する加工特性及び前記ノッチ角度と、前記ウエハの面内位置に対応するデバイス特性と、を含む位置・特性データを記憶するデータベースを有するデータサーバーと、前記位置・特性データに基づき、前記各加工工程における前記ウエハの面内位置に対応する前記加工特性と前記デバイス特性との相関を求め、前記各加工工程の前記相関に基づいて前記ウエハの面内における前記デバイス特性のばらつきの原因となる原因工程を特定する解析サーバーと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の実施形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。この半導体装置の製造方法においては、ノッチ角度を、複数の加工工程において各加工工程でそれぞれ異なる角度に設定し、設定された前記ノッチ角度を記憶し、前記各加工工程において、設定された前記ノッチ角度で加工処理を行った後、前記ウエハの面内位置に対応する加工特性を測定し、前記ウエハの面内位置に対応するデバイス特性を測定し、前記各加工工程における前記ウエハの面内位置に対応する加工特性及び前記ノッチ角度と、前記ウエハの面内位置に対応するデバイス特性と、を含む位置・特性データ基づき、前記各加工工程における前記ウエハの面内位置に対応する前記加工特性と前記デバイス特性との相関を求め、
前記各加工工程の前記相関に基づいて、前記ウエハの面内における前記デバイス特性のばらつきの原因となる原因工程を特定する、ことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係る半導体装置の製造システムのブロック図。
【図２】実施形態１に係る閾値電圧のウエハ面内分布を示す図。
【図３】実施形態１に係る加工特性のウエハ面内分布を示す図。
【図４】実施形態１に係るフローチャート。
【図５】実施形態１に係る各加工工程におけるノッチ角度を示す図。
【図６】実施形態１に係る加工特性のウエハ面内分布を示す図。
【図７】実施形態２に係る半導体装置の製造システムのブロック図。
【図８】実施形態２に係るフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態の半導体装置の製造システム及び製造方法について、図面を参照して説明する。
【００１０】
（実施形態１）
図１に、本実施形態の半導体装置の製造システムのブロック図を示す。本システムにおいて、ウエハに、成膜処理、熱処理、エッチング処理などの加工処理を行う加工装置１１と、各加工工程で加工処理されたウエハの面内位置ごとの膜厚、抵抗、寸法形状などの加工特性をそれぞれ測定する装置から構成される加工特性測定ユニット１２、デバイス形成後のウエハの面内位置（チップ）ごとの閾値電圧、歩留りなどのデバイス特性を測定する装置から構成されるデバイス特性測定ユニット１３と、が設けられている。そして、ウエハをソートし、ノッチ角度を設定された角度とするためのウエハ移載装置１４が配置されている。
【００１１】
そして、これら加工装置１１、加工特性測定ユニット１２、デバイス特性測定ユニット１３、ウエハ移載装置１４などを制御する制御サーバー１５と、加工特性測定ユニット１２及びデバイス特性測定ユニット１３からの測定結果、ノッチ角度などの位置・特性データや、通常のロット番号、ウエハ番号などの情報を記憶するデータベースを有するデータサーバー１６が設けられている。これら制御サーバー１５とデータサーバー１６より、ＣＩＭ（Computer Integrated Manufacturing）システムが構成されている。
【００１２】
このようなシステムを用いて、以下のようにして半導体装置の製造工程における、デバイス特性のばらつきの原因となる原因工程が特定される。
【００１３】
ここで、先行ロットにおいて、図２に示すような閾値電圧のウエハ面内分布を有し、図３に示すような加工特性のウエハ面内分布（ノッチ角度はランダム）を有する加工工程Ａ〜Ｈが選択され、これらのいずれかが、閾値電圧に影響を与える可能性のある、と考えられる場合を例に挙げて説明する。
【００１４】
図４に、フローチャートを示す。先ず、加工工程Ａ〜Ｈの各加工工程で異なる角度となるように、制御サーバー１５において、加工装置に対するノッチ角度を任意に設定する（Ａｃｔ １−１）。例えば、図５に示すように、加工工程Ａ〜Ｈでノッチ角度の差がそれぞれ４５度となるように０〜３１５度で変動させる。
【００１５】
次いで、設定された加工工程Ａ〜Ｈにおけるノッチ角度を、データサーバー１６においてデータベースに記憶する（Ａｃｔ １−２）。
【００１６】
そして、先ずＦＯＵＰ中に収納された１ロットのウエハが、ウエハ移載装置１４において、加工工程Ａのノッチ角度である０度となるようにアライメント処理した後、ＦＯＵＰ内に収納される。次いで、加工工程Ａにおいて用いられる加工装置１１Ａに、ノッチ角度０度となるようにウエハを搬入し、加工処理ａを行う（Ａｃｔ １−３）。そして、加工処理ａが行われたウエハについて、加工特性測定ユニット１２において、ウエハの面内位置に対応する加工特性ａを測定する（Ａｃｔ １−４）。そして、測定結果をデータサーバー１６においてデータベースに記憶する（Ａｃｔ １−５）。
【００１７】
加工工程Ｂ〜Ｈについても、同様に、それぞれウエハが設定されたノッチ角度となるようにアライメント処理した後、加工装置に搬入し、加工処理ｂ〜ｈを行い（Ａｃｔ １−３）、加工特性測定ユニット１２において、ウエハの面内位置に対応する加工特性ｂ〜ｈを測定する（Ａｃｔ １−４）。そして、測定結果をデータサーバー１６においてデータベースに記憶する（Ａｃｔ １−５）。
【００１８】
このとき、あらかじめ、似たようなデバイス特性ばらつきもつことが予想される工程間では、それぞれの設定角度の差が大きくなるように設定する。このように設定することで、原因工程の特定をより容易に行うことができる。
【００１９】
そして、全ての加工工程が完了し、形成されたチップについて、デバイス特性測定ユニット１３において、ウエハの面内位置に対応する閾値電圧を測定する（Ａｃｔ １−６）。そして、ウエハの面内位置に対応する閾値電圧を、加工工程Ａ〜Ｈにおいて設定されたノッチ角度及びウエハの面内位置に対応する加工特性ａ〜ｈとともに、位置・特性データとしてデータサーバー１６においてデータベースに記憶する（Ａｃｔ １−７）。
【００２０】
次いで、このように記憶された位置・特性データに基づき、加工工程Ａ〜Ｈにおける加工特性ａ〜ｈの分布と閾値電圧の分布との相関を求める（Ａｃｔ １−８）。加工工程Ａ〜Ｈにおける加工特性のウエハ面内分布は、ノッチ位置を合せると、図６に示すようになる。これを図２に示す閾値電圧の面内分布と比較すると、加工工程Ｃの加工特性分布との相関が高いことがわかる。
【００２１】
閾値電圧の面内分布の相関が高い工程が、ばらつきの原因となる原因工程であるといえ、閾値電圧のばらつきの原因工程は、加工工程Ｃであると特定される（Ａｃｔ １−９）。
【００２２】
加工特性のばらつきは、その加工工程に用いられる加工装置固有の特徴的な分布を持つことが多い。そのため、原因工程であると特定された加工工程Ｃにおいて、ウエハ面内の加工特性のばらつきを抑えるように、加工装置の改善を行う（Ａｃｔ １−１０）。或いは、加工レシピの改善を行うことによっても、ウエハ面内の加工特性のばらつきの抑制は可能である。
【００２３】
また、このとき、別途原因工程の加工特性分布と相補的分布を有する加工工程を、必要に応じて複数抽出し（Ａｃｔ １−１１ａ）、加工特性のばらつきをキャンセルするように加工工程間のノッチ角度差を調整する（Ａｃｔ １−１１ｂ）ことにより、デバイス特性のばらつきを小さくすることも可能である。
【００２４】
このようにして、原因工程におけるウエハ面内の加工特性のばらつきに起因する閾値電圧のばらつきを抑えることができる。
【００２５】
なお、本実施形態において、加工特性と相関を有するデバイス特性として、閾値電圧を例に挙げたが、このようなデバイス特性は閾値電圧に限定されるものではなく、例えば、ゲートリーク電流、ドレイン電流、ゲート絶縁膜容量、抵抗等を挙げることができる。
【００２６】
本実施形態によれば、半導体装置の製造工程において、各加工工程で異なるノッチ角度として、これを記憶し、ノッチ位置を合わせた上で、加工特性とデバイス特性の面内分布の相関を取ることにより、デバイス特性のばらつきの原因工程を特定することができる。そして、原因工程における加工特性のばらつきによる影響を抑えることにより、デバイス特性のばらつきを抑え、歩留りを向上させることが可能となる。
【００２７】
（実施形態２）
本実施形態においては、実施形態１と同様の構成であるが、ノッチ角度の設定方法と、加工特性とデバイス特性の面内分布の相関を、サーバーにおいて相関係数を用いて解析する点で異なっている。
【００２８】
図７に本実施形態の半導体装置の製造システムのブロック図を示す。本システムにおいて、実施形態１と同様に、加工処理を行う加工装置２１と、加工特性測定ユニット２２、デバイス特性測定ユニット２３と、が設けられている。そして、ウエハ移載装置２４が配置されている。
【００２９】
そして、これら加工装置２１、加工特性測定ユニット２２、デバイス特性測定ユニット２３、ウエハ移載装置２４を制御するとともに、各加工工程におけるノッチ角度を生成する制御サーバー２５と、位置・特性データを記憶するデータベースを有するデータサーバー２６が設けられ、ＣＩＭシステムが構成されている。さらに、位置・特性データに基づき解析を行う解析サーバー２７が設けられている。
【００３０】
このようなシステムを用いて、以下のようにして半導体装置の製造工程における、デバイス特性のばらつきの原因となる原因工程が特定される。
【００３１】
図８に、フローチャートを示す。先ず、ＣＩＭシステム上で、各加工工程で異なる角度となるように、制御サーバー２５において、自動的に発生させた０〜３６０の乱数を用いてノッチ角度を設定し（Ａｃｔ ２−１）、データサーバー２６においてデータベースに記憶する（Ａｃｔ ２−２）。
【００３２】
なお、ノッチ角度を、各加工工程において、加工装置２１内や、ウエハ移載装置２４内で自動的に発生させた乱数を用いて設定してもよい。この場合、各加工工程で設定したノッチ角度を、その都度ＣＩＭシステム上のデータサーバー２６において、データベースに記憶する。
【００３３】
そして、実施形態１と同様に、加工工程毎に設定されたノッチ角度となるように、アライメント処理した後、各加工装置２１で各加工処理を行い（Ａｃｔ ２−３）、加工特性測定ユニット２２において、ウエハの面内位置に対応する各加工特性を測定し（Ａｃｔ ２−４）、その結果をＣＩＭシステム上のデータサーバー２６においてデータベースに記憶する（Ａｃｔ ２−５）。
【００３４】
さらに、全ての加工工程が完了し、形成されたチップについて、デバイス特性測定ユニット２３において、ウエハの面内位置に対応する閾値電圧を測定する（Ａｃｔ ２−６）。そして、ウエハの面内位置に対応する閾値電圧を、各加工工程において設定されたノッチ角度及び各ウエハの面内位置に対応する加工特性とともに、位置・特性データとしてＣＩＭシステム上のデータサーバー２６においてデータベースに記憶する（Ａｃｔ ２−７）。
【００３５】
次いで、このように記憶された位置・特性データに基づき、解析サーバー２７において、先ず各加工工程のウエハの面内位置について、各ノッチ角度に基づき、ノッチ位置を基準とした座標に変換し（Ａｃｔ ２−８ａ）、各加工工程における加工特性の分布と閾値電圧の分布との相関係数を求める（Ａｃｔ ２−８ｂ）。そして、相関係数の順位より、原因工程を特定する（Ａｃｔ ２−９）。図６を用いて、具体的に説明すると、各加工工程の相関係数の順位は、上からＣ、（Ｅ、Ｈ）、（Ａ、Ｆ）、（Ｂ、Ｄ、Ｇ）となり、原因工程は工程Ｃとなる。
【００３６】
そして、原因工程の加工装置、或いは加工レシピの改善や、加工工程間のノッチ角度差の調整などを行い（Ａｃｔ ２−１０）、原因工程における加工特性のばらつきに起因するデバイス特性のばらつきを抑えて歩留りを向上させることが可能となる。
【００３７】
本実施形態によれば、デバイス特性のばらつきの原因である可能性がある加工工程について、自動的にノッチ角度を設定するとともに、自動的に加工特性とデバイス特性の相関を求めることが可能である。そして、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
なお、これら実施形態において、加工工程ごとに異なるノッチ角度を設定しているが、さらに、処理ロット内のウエハごとに異なるノッチ角度を設定することもできる。このように、加工工程のみならず、ウエハごとにも異なるノッチ角度を設定することにより、デバイス特性のばらつきの原因となる可能性がある加工工程が多数の場合であっても、原因工程の特定精度を向上させることが可能となる。
【００３９】
また、これら実施形態において、特定の加工工程を抽出した後、その中から原因工程を特定しているが、予め可能性のある加工工程を抽出することにより、原因工程の特定の速度及び精度を向上させることが可能となる。しかしながら、必ずしも加工工程の抽出を行う必要はなく、全工程より原因工程を特定することも可能である。
【００４０】
以上述べた少なくとも一つの実施形態の半導体装置の製造システム及び製造方法によれば、半導体装置の製造工程におけるデバイス特性のばらつきに影響を与える工程を特定することができ、デバイス特性のばらつき歩留りを抑え、歩留りを向上させることが可能となる。
【００４１】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
【００４２】
これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【００４３】
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４４】
１１、２１…加工装置、１２、２２…加工特性測定ユニット、１３、２３…デバイス特性測定ユニット、１４、２４…ウエハ移載装置、１５、２５…制御サーバー、１６、２６…データサーバー、２７…解析サーバー。
【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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