(57)【要約】【課題】Φ200mm以下の装置では装置駆動部の状態を自動で管理できるようなシステムはない為、代替手法として人の目視で動作の時間測定等を行うことで各パーツの劣化具合を判断し部品交換、オーバーホール等を実施している。【解決手段】この問題を解決するために、装置の駆動部の位置検出センサにデジタル信号取り出し機構を付け、センサのON/OFFすなわち、動作状態の推移をモニタする。このON/OFF信号の動作切り替え時間を抽出し一定の時間内で動作しているかどうかを判別する。【選択図】図４
2009111008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含む半導体装置の製造方法：
（ａ）ウエハを第１の処理装置の処理室に導入する工程；
（ｂ）前記処理室内において、前記ウエハに対して第１の処理を実行する工程；
（ｃ）前記第１の処理が完了した前記ウエハを前記処理室から排出する工程、
ここで、前記ウエハは直径がほぼ２００mmか又はそれ以下であって、前記工程（ａ）から（ｃ）の各工程は、前記第１の処理装置の第１の駆動系の動作状態の推移をモニタしながら実行される。
【請求項２】
前記１項の半導体装置の製造方法において、前記第１の処理装置はスパッタリング装置である。
【請求項３】
前記２項の半導体装置の製造方法において、前記第１の処理はメタル膜の形成処理である。
【請求項４】
前記３項の半導体装置の製造方法において、前記第１の駆動系はシャッターの駆動系である。
【請求項５】
前記３項の半導体装置の製造方法において、前記第１の駆動系は真空ポンプである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置（または半導体集積回路装置）の製造方法における装置異常検出技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２００５／０４５９０７号パンフレット（特許文献１）には、半導体装置の製造装置等から装置ログ・データを読み出して、それを分析することにより、装置異常を早期に発見する異常検知システムが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００５／０４５９０７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、半導体製造に使用している製造装置では、部品の経年劣化や突発不良による装置トラブルが少なからず発生し、このようなトラブルが発生した場合は製品不良となるケースが散見されている。近年では製品の品質安定化及び装置トラブルによる製品不良発生を抑制する為、製造装置の動作状態を逐一記録し、管理するシステムを導入することで装置トラブルが発生する前に異常の兆候を検知し、事前に装置をメンテナンスするようなシステムの開発が行われている。しかしながらこのようなシステムの殆どは最先端の半導体製造装置に搭載されるにとどまり、従来から使用しているウエハ径200mm（すなわちΦ200mm）以下用の半導体製造装置には搭載されていない。一部では従来の半導体製造装置に対して装置でモニタしている処理中のプロセスデータを記録、管理することで製品の品質管理を行っているが、装置の駆動部分の状態管理までは実施できていない状況である。現在の対策としては、過去の経験から劣化しやすいパーツ等を抽出し定期の部品交換を実施したり、定期的に実施する装置の動作チェック等にて劣化の状況を把握して部品交換等を実施している。これらの処置では調査に人手がかかることと、トラブル未然防止のためには過剰にパーツ交換を実施する等の無駄が発生し、尚且つチェックで漏れがあったパーツの劣化によるトラブルの検出はできない。特に近年需要が急増しているパワーデバイス製品の電極で使われるアルミスパッタや高融点金属スパッタ装置では、膜厚、膜質の制御が重要課題であるが前述の装置劣化トラブルによりバラツキが大きくなり、製品不良となるケースが散見される。
【０００５】
そこで、本願発明者等は、特別な動作モニタ機能を有さない半導体製造装置でも駆動系等の状態管理を自動で行い、劣化の状況をモニタして、膜厚制御等の異常が発生する前に警告を発生させることの出来るシステムを検討した。
【０００６】
Φ300mmウエハ用装置では半導体製造装置の制御ソフト上にて装置の駆動状態等をモニタする機能を有し、モニタしたデータをホストPCへ転送して解析するシステムを持つ物もある。Φ200mm以下の装置では装置駆動部の状態を自動で管理できるようなシステムはない為、代替手法として人の目視で動作の時間測定等を行うことで各パーツの劣化具合を判断し部品交換、オーバーホール等を実施している。
【０００７】
これまでの装置状態を監視するシステムは装置側のソフトでデータ収集を行い、別途設けた解析用のPCにてデータの分析を行う為、装置開発時点でソフト上にモニタシステムを組み込む必要があることと、データ解析システム等を含めた開発、製造費は装置メーカ、仕様毎で異なる為、多額の開発、製作費用が必要であった。通常はこれらのシステムが構築されていないこ装置が殆どであり、従来の装置では例えばスパッタ装置のシャッター開閉時間の変動による膜厚異常やドライポンプ、クライオポンプの排気性能劣化による膜質異常等を事前に検知することは不可能である。
【０００８】
本発明の目的は、半導体装置の製造装置の異常検知を比較的簡単なやり方で実施可能とすることにある。
【０００９】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【００１１】
すなわち、本願発明は装置の駆動部の位置検出センサにデジタル信号取り出し機構を付け、センサのON/OFFをモニタする。このON/OFF信号の動作切り替え時間を抽出し一定の時間内で動作しているかどうかを判別する。また、真空ポンプ、モータドライバ、ヒータ電源等から電圧、電流出力を取り出し、これらの負荷状態の記録を行う。これらは動作検知システムにてデータの監視を行い、あらかじめ決めておいた閾値を外れた際は、装置の動作に異常が生じたものとし、警報を発したり装置を停止させるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
【００１３】
すなわち、装置の駆動部や電気的な負荷をモニタ・システムで監視することにより、装置の劣化状態を自動で検知し、重大なトラブルとなる前に装置停止処置を行うことで装置異常による半導体製品の膜厚不良や膜質異常による製品不良発生を抑制する。また、装置の劣化状態を正しく監視することで不要な装置オーバーホール等を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
【００１５】
１．以下の工程を含む半導体装置の製造方法：
（ａ）ウエハを第１の処理装置の処理室に導入する工程；
（ｂ）前記処理室内において、前記ウエハに対して第１の処理を実行する工程；
（ｃ）前記第１の処理が完了した前記ウエハを前記処理室から排出する工程、
ここで、前記ウエハは直径がほぼ２００mmか又はそれ以下であって、前記工程（ａ）から（ｃ）の各工程は、前記第１の処理装置の第１の駆動系の動作状態の推移をモニタしながら実行される。
【００１６】
２．前記１項の半導体装置の製造方法において、前記第１の処理装置はスパッタリング装置である。
【００１７】
３．前記１または２項の半導体装置の製造方法において、前記第１の処理はメタル膜の形成処理である。
【００１８】
４．前記１から３項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記第１の駆動系はシャッターの駆動系である。
【００１９】
５．前記１から３項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記第１の駆動系は真空ポンプである。
【００２０】
６．前記１から５項のいずれか一つの半導体装置の製造方法において、前記第１の駆動系には、動作状態を検出するための信号取り出し機構が設けられている。
【００２１】
７．前記６項の半導体装置の製造方法において、前記信号取り出し機構はデジタル信号を取り出すためのものである。
【００２２】
８．前記６項の半導体装置の製造方法において、前記信号取り出し機構はアナログ信号を取り出すためのものである。
【００２３】
〔本願における記載形式・基本的用語・用法の説明〕
１．本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
【００２４】
２．同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「ＡからなるＸ」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、Ａ以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Ａを主要な成分として含むＸ」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。また、たとえばチタン膜等（金、ニッケル、アルミニウム膜等も同じ）と言っても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、純粋なチタンだけでなく、チタンを主要な成分とするものを含むものとする。
【００２５】
同様に、「酸化シリコン膜」と言っても、比較的純粋な非ドープ酸化シリコン(Undoped Silicon Dioxide)だけでなく、FSG（Fluorosilicate Glass）、TEOSベース酸化シリコン(TEOS-based silicon oxide)、SiOC(Silicon Oxicarbide)またはカーボンドープ酸化シリコン(Carbon-doped Silicon oxide)またはOSG(Organosilicate glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)等の熱酸化膜、CVD酸化膜、SOG(Spin ON Glass)、ナノ・クラスタリング・シリカ（Nano-Clustering Silica:NSC）等の塗布系酸化シリコン、これらと同様な部材に空孔を導入したシリカ系Low-k絶縁膜（ポーラス系絶縁膜）、およびこれらを主要な構成要素とする他のシリコン系絶縁膜との複合膜等を含むことは言うまでもない。
【００２６】
３．同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００２７】
４．さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
【００２８】
５．「ウエハ」というときは、通常は半導体装置（半導体集積回路装置、電子装置も同じ）をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。
【００２９】
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
【００３０】
１．本願発明の一実施の形態の半導体装置（半導体集積回路装置）の製造方法による半導体装置の一例等の説明（主に図１）
図１は本願発明の一実施の形態の半導体装置（半導体集積回路装置）の製造方法による半導体装置の一例であるパワーＭＯＳＦＥＴの素子断面図（ウエハ工程完成状態）である。図１に基づいてパワーＭＯＳＦＥＴの素子構造の概要を説明する。図１に示すように、たとえばドレイン領域として働くn型半導体基板１（ウエハ）の第１の主面側（表面）にp型チャネル領域６があり、その中にn+ソース領域７が設けられている。ウエハ１の第１の主面上には絶縁膜３（ゲート絶縁膜、キャップ膜、サイドウォールを含む）を介して多結晶シリコン・ゲート電極４が設けられている。その上にはたとえばチタン等の高融点金属膜（下層）とアルミニウム膜（上層）を含むソース電極２がスパッタリングにより、形成されている。最上部には絶縁性の保護膜５が形成されている。
【００３１】
一方、ウエハ１の第２の主面（裏面）には、たとえばニッケル膜（内側）と金膜（外側）を含むドレイン電極８がスパッタリングにより、形成されている。
【００３２】
以下では、ソース電極２またはドレイン電極８のメタル膜形成の際のスパッタリングに関して、装置の異常をモニタする点について説明する。
【００３３】
２．本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるスパッタリング装置のシャッターの駆動系の動作状態の推移モニタの説明（主に図２から７）
図２は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するスパッタリング装置の平面図（ａ）およびスパッタリング室の斜視図（ｂ）である。図２に基づいてスパッタリング装置の構造を説明する。図２(a)に示すように、真空搬送室２３の周りに、複数のスパッタリング室２５a，２５b，２５c，２５dおよびロードロック室２４が設けられている。また、図２(b)に示すように、ウエハ・ステージ２１とターゲット４３の間に挿入されるシャッター２２がシャッター駆動機構２７により、駆動されるようになっている。
【００３４】
図３は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する動作異常モニタ・システムの全体装置構成図である。図3のようにスパッタ装置３１と動作モニタシステム３２を装置の駆動系デジタル信号やアナログ信号を取り込めるよう接続する。
【００３５】
図４は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する動作異常モニタ・システムの全体ブロック図である。図４に基づいて動作モニタシステム３２の信号演算系統の基本構成を説明する。図４に示すように、半導体装置の製造装置３１（たとえばスパッタリング装置）の駆動系の動作状態を表す信号の内、デジタル信号は動作モニタシステム３２のデジタル信号入力部３５に取り込まれ、アナログ信号は動作モニタシステム３２のアナログ信号入力部３６に取り込まれる。すなわち、駆動部の位置検出センサ等にデジタル信号取り出し機構（信号取り出し機構）を設けるのである。その後、両信号は信号演算部３７で処理されて、データサーバ３８に送られる。ここで、従来のデータや設定された閾値と比較処理３９されて、異常があれば、ディスプレイ３３に表示され、また、必要があれば、エンジニアの端末３４にメールを送信する。
【００３６】
図５は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するスパッタリング装置のスパッタリング室の模式断面図である。図５に基づいてスパッタリング室２５の構造を説明する。図５に示すように、スパッタリング室２５内には、ゲート４５を通して、ウエハ１が導入され、ウエハ・ステージ２１上に置かれる。ウエハ１に対向してターゲット４３が設置されており、それらの間にアルゴンプラズマ４４等を立てることにより、ウエハ1上にターゲット４３のスパッタリングによるディポジション（成膜）を実行する（第１の処理）。このスパッタリングによるディポジションの時間を正確に制御するために、ウエハ1とターゲット４３の間にシャッター２２が挿入、または、これらの間から排除される。ウエハ１のディポジション処理が完了するとゲート４５を通して、ウエハ１がスパッタリング室２５の外部へ排出される。
【００３７】
図６は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるスパッタリング装置のシャッターの駆動系の動作状態をモニタした様子を示すモニタ状態説明図である。また、図７は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるスパッタリング装置３１のシャッター２２の駆動系の動作状態の推移を記録したデータ・プロット図である。これらに基づいて、シャッター２２の動作およびそのモニタについて説明する。パワーデバイス用のスパッタ装置ではＡｌ膜、高融点金属膜の膜厚制御として図2、図5に示すようなシャッター機構が多く用いられており、このシャッター機構の開閉時間は膜厚の制御に大きく関係する。
【００３８】
図6で示すように、シャッター駆動部２７の上限位置検出センサ５１、下限位置検出センサ５２の出力信号を装置動作モニタ・システム３２に接続する。この場合、シャッター２２が下限位置から上限位置に移動する場合、動作モニタシステム３２では、図6のように下限センサ５２がOFFのタイミングから上限センサ５１がONとなるまでの時間を計測する。尚、位置検出センサ５１，５２からのデジタル信号はノイズ影響等でないよう、装置の制御系と分離して接続する方法として、信号ラインへフォトカプラを接続するか、ホール素子等を用いて信号ラインの電流を検知させる。シャッタが動作するたびに動作に要した時間を動作モニタ・システム３２内にロギングし、動作時間の推移を分析する。図7に示すように、通常動作時間は安定しているが、駆動系に何らかの異常が発生した場合、動作時間が変化する（矢印で示す）。動作時間には予め閾値を設定しておき、一定の動作時間範囲を超えた場合、異常警報を発し（画面表示、個別端末へのメール等による通報）、装置を停止できるものとする。以上は以下に説明するその他の例においても同じである。
【００３９】
このように、スパッタ装置のシャッター動作時間を動作の度に自動的に記録、分析することにより、駆動部の劣化を予知することがことができ、シャッターの故障により製品膜厚不良が発生する前に装置のメンテナンス等実施するタイミングを図ることができる。また、これにより装置のメンテナンス等による費用、時間を最適化し総合的には削減することができる。
【００４０】
３．本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるスパッタリング装置の真空ポンプの動作状態の推移モニタの説明（主に図８および９）
図８は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するスパッタリング装置の真空排気系を説明する装置構成図である。図８に基づいてスパッタリング装置３１の真空排気系の構造を説明する。図８に示すように、スパッタリング処理室２５、真空搬送室２３、およびロードロック室２４にはそれぞれ２系統の真空ポンプが接続されている。一つはクライオ・ポンプ６１a，６１b，６１cであり、他の一つは共通のドライポンプ６３である。
【００４１】
図９は本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるスパッタリング装置の真空ポンプの駆動系の動作状態をモニタした様子を示すモニタ状態説明図である。図８および図９に基づいて、真空ポンプの駆動系の動作状態モニタについて説明する。パワーデバイスにおけるスパッタ装置のトラブル例として真空ポンプの劣化によるがある。この抑制として本システムで真空ポンプを監視する。図８および図９に示すように、アナログ信号として真空ポンプ６２（クライオポンプ、ドライポンプ）の電力ケーブルからクランプ電流計７２にて負荷電流を取り出し、本システム３２で分析する。すなわち、駆動部にアナログ信号取り出し機構（信号取り出し機構）を設けるのである。
【００４２】
データ取り出しのタイミングは例えば図9のように任意の電圧でトリガを掛ける方法等を用いる。
【００４３】
真空ポンプが劣化するとモータ負荷が増大し、負荷電流値は増加する。システムで取り込んだ値に閾値を設けることで、真空ポンプ６２の劣化時期を判別することができる。
【００４４】
このように、真空ポンプ、DC電源等の直接電力を消費する機器の負荷状況を記録、分析することでポンプの劣化状況を推定し、スパッタリング中及び真空搬送中の圧力変動を予知することができ、ポンプ劣化での圧力上昇による製品の膜質不良抑制及び、事前に検知することでメンテナンスにかかる費用、時間を削減できる。
【００４５】
４．サマリ
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００４６】
前記実施形態においては装置の駆動系について具体的に説明したが、本願発明は装置の駆動系に限定されず、その他の制御系にも適用できることは言うまでもない。
【００４７】
また、前記実施形態においては主にパワー系のデバイスの製造に適用する点について説明したが、本願発明はその他の単体デバイス、集積回路装置等の製造にも同様に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本願発明の一実施の形態の半導体装置（半導体集積回路装置）の製造方法による半導体装置の一例であるパワーＭＯＳＦＥＴの素子断面図である。
【図２】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するスパッタリング装置の平面図（ａ）およびスパッタリング室の斜視図（ｂ）である。
【図３】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する動作異常モニタ・システムの全体装置構成図である。
【図４】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用する動作異常モニタ・システムの全体ブロック図である。
【図５】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するスパッタリング装置のスパッタリング室の模式断面図である。
【図６】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるスパッタリング装置のシャッターの駆動系の動作状態をモニタした様子を示すモニタ状態説明図である。
【図７】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるスパッタリング装置のシャッターの駆動系の動作状態の推移を記録したデータ・プロット図である。
【図８】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法に使用するスパッタリング装置の真空排気系を説明する装置構成図である。
【図９】本願発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるスパッタリング装置の真空ポンプの駆動系の動作状態をモニタした様子を示すモニタ状態説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ウエハ
２５  処理室
２７  第１の駆動系
３１  第１の処理装置
【図１】
2009111008.tif 000003
【図２】
2009111008.tif 000004
【図３】
2009111008.tif 000005
【図４】
2009111008.tif 000006
【図５】
2009111008.tif 000007
【図６】
2009111008.tif 000008
【図７】
2009111008.tif 000009
【図８】
2009111008.tif 000010
【図９】
2009111008.tif 000011