(57)【要約】【課題】製造工程の監視システム及び監視方法を提供する。【解決手段】製造工程の監視システム及び監視方法が提供される。ウェハが提供され、ウェハが製造装置で処理される場合、製造装置のプロセスパラメータは、現場測定され、記録される。ウェハが処理された後、ウェハのウェハ測定値が測定される。プロセスパラメータはプロセス合計値に転換される。ウェハ測定値を示す第一軸と、プロセス合計値を示す第二軸を有する二次元直交チャートが提供される。二次元直交チャートは、閉ループ管理限界を有する。ウェハ測定値及びプロセス合計値を示す可視化点は二次元直交チャート上に表示される。【選択図】図３
2009188384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造工程を監視するシステムであって、
ウェハ測定値を示す第一軸及び製造装置の製造工程のプロセス合計値を示す第二軸を有し、閉ループ管理限界を含む二次元直交チャートと、
前記二次元直交チャート上に表示され、前記ウェハ測定値及び前記プロセス合計値を示す可視化点と
からなることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記ウェハ測定値及び前記プロセス合計値を決定する方法は、
ウェハを提供し、前記ウェハが前記製造装置で処理される場合、前記製造装置のプロセスパラメータを、現場測定し、記録する工程と、
前記ウェハが前記製造装置で処理された後、前記ウェハ測定値を測定する工程と、
前記プロセスパラメータを、前記プロセス合計値に転換する工程と
からなることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記製造装置の処理品質は、前記二次元直交チャート上の前記可視化点の位置に従って決定されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
製造工程を監視する方法であって、
ウェハを提供する工程と、
前記ウェハが製造装置で処理される場合、前記製造装置のプロセスパラメータを現場測定し、記録する工程と、
前記ウェハが処理された後、前記ウェハのウェハ測定値を測定する工程と、
前記プロセスパラメータをプロセス合計値に転換する工程と、
前記ウェハ測定値を示す第一軸及び前記プロセス合計値を示す第二軸を有し、閉ループ管理限界を含む二次元直交チャートを提供する工程と、
前記二次元直交チャート上で、前記ウェハ測定値及び前記プロセス合計値を示す可視化点を表示する工程と
からなることを特徴とする方法。
【請求項５】
製造工程を監視する方法であって、
ウェハを提供する工程と、
前記ウェハが製造装置で処理される場合、製造装置のプロセスパラメータを現場測定し、記録する工程と、
前記ウェハが処理された後、前記ウェハのウェハ測定値を測定する工程と、
前記プロセスパラメータをプロセス合計値に転換する工程と、
前記ウェハ測定値を示す第一軸及び前記プロセス合計値を示す第二軸を有し、前記製造装置の以前の製造工程から得られた前記最適なウェハ測定値及びプロセス合計値の統計値から決定される楕円形管理限界を含む二次元直交チャートを提供する工程と、
前記二次元直交チャート上に、前記ウェハ測定値及び前記プロセス合計値を示す可視化点を表示する工程と
からなることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造工程の監視システム及び監視方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程の継続した発展に伴い、半導体デバイスは、高いレベルの工程制御技術により製造され、精密パターン及び／又は高集積度を有するものとなってきている。しかし、製造装置によって処理されたウェハの加工寸法の変動が避けられない。ウェハの加工寸法の変動は、人、機械、材料、方法、及び、環境等の変動等の要因により影響されるが、ある種の変動は許容できる。例えば、反応溶液の濃度の希釈によるわずかな加工寸法の変動（段階的な変動）、製造装置の定期的なメンテナンスでの新しい部品への交換による加工寸法の大きな変動（激しい変動）等が挙げられる。これらの変動は予期し得るものであり、製品の品質に対する影響は小さく、技術上、除去しにくいもので、経済的にも除去するに値しない。しかし、ある種の異常な変動は許容することができない。このような異常変動は、通常、システム（異常要素）が原因で生じるものである。この場合、製品の品質に対する影響が大きいため、その異常変動を排除すべきである。上記のようなことを原因として、製造プロセスの間、エンジニアは、加工寸法の変動のために、製造装置、プロセス及び製品を監視しなければならない。加工寸法の変動が確認されると、エンジニアは、効率的にその変動の原因を探求し、製品の歩留まりに悪影響を与えないように、必要な調整をしたり、必要な手段を実行したりしなければならない。製造装置及び／又は工程の状態を監視することによって、効果的な確認、原因及び対抗策が達成される。
【０００３】
製造工程の状態の監視は、現在、多くが統計的工程管理（statistical process control, ＳＰＣ）法を使用し、ウェハが製造装置により処理された後、ウェハは、膜厚、深さ、エッチング速度等、ウェハ測定値が測定される。測定値は、ランチャート（run chart）中に入力され、一定期間中での製造工程状態を観察、分析するために用いられる。一般に、製造装置の状態を監視するために、障害検出・分類（fault detection and classification, ＦＤＣ）法が用いられ、製造装置の工程パラメータのセットデータ及び実用データを収集する。
【０００４】
しかし、これらの方法にもかかわらず、両方法は、相互に無関係に用いられるため、製造工程中における工程と製造装置との間の関係は、適切に対処又は監視されない。例えば、物理理論は、処理されたウェハの測定値が、製造装置の製造工程と特定の関係を有することを決定づけ、例えば、質量とエネルギーの保存である。特に、化学気相蒸着により蒸着されるウェハ薄膜の厚さは、大抵、製造工程の設定温度及び安定した高温工程の時間に依存する。しかし、安定した高温工程に変化が見られず、ウェハが製造装置で処理された後、ウェハの測定値が正常であったとしても、製品の最終電気試験では、異常状態の結果、変化や失効が見られる。異常状態は、工程と製造装置との間の関係によって生じ、監視されず、温度の異常及び温度上昇工程又は温度下降工程の時間の異常により、測定値がシフトする。このように、製造工程、工程と製造装置との間の関係、及びＳＰＣ法とＦＤＣ法とを監視する重要性が強調される。
【０００５】
その結果、工程と製造装置との間の関係を監視するために、ＳＰＣ法とＦＤＣ法を同時に用いることで、製造工程を監視するシステムと方法を提供し、製造歩留まりを増加する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、製造工程の監視システム及び監視方法を提供し、上述の問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、製造工程を監視するシステムを提供する。ウェハの測定値を示す第一軸及び製造装置の製造工程のプロセス合計値を示す第二軸を有する二次元直交チャートが提供される。二次元直交チャートは閉ループ管理限界を含む。可視化点は、二次元の直交チャート上に表示され、ウェハ測定値及びプロセス合計値を示す。
【０００８】
また、本発明は、製造工程を監視する方法も提供する。ウェハが提供され、ウェハが製造装置で処理される場合、製造装置のプロセスパラメータは、現場測定され、記録される。ウェハが処理された後、ウェハの測定値が測定される。プロセスパラメータは、プロセス合計値に転換される。ウェハ測定値を示す第一軸及びプロセス合計値を示す第二軸を有する二次元直交チャートが提供される。二次元直交チャートは閉ループ管理制限を含む。ウェハ測定値及びプロセス合計値を示す可視化点は、二次元直交チャート上に表示される。
【０００９】
もう一つの具体例による製造工程を監視する方法が提供される。ウェハが提供され、ウェハが製造装置で処理される場合、製造装置のプロセスパラメータが、現場測定され、記録される。ウェハが処理された後、ウェハのウェハ測定値が測定される。プロセスパラメータは、プロセス合計値に転換される。ウェハ測定値を示す第一軸及びプロセス合計値を示す第二軸を有する二次元直交チャートが提供される。二次元直交チャートは、製造装置の前の製造工程から得られる最適なウェハ測定値及びプロセス合計値から決定される楕円形の管理限界を含む。ウェハ測定値とプロセス合計値を示す可視化点は、二次元の直交チャート上に表示される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の監視システム及び監視方法は、ウェハ測定値及びプロセスパラメータにより、製造工程を同時に監視するために提供されるので、工程と製造装置との間の関係が監視され、製造歩留まりが増加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の製造工程の監視方法の好ましい実施形態を示すフローチャートである。まず、工程１０１で、ウェハが製造装置で処理される間、製造装置のプロセスパラメータが、現場測定され、記録される。プロセスパラメータは、温度、圧力、流速、リーク速度、濃度、時間等を含み、一定の時間間隔で記録される。
【００１２】
図１を参照すると、ウェハが製造装置で処理された後（ステップ１０１）、ウェハの測定値がステップ１０３で測定される。一の実施形態において、単一ウェハが製造装置で処理された後、ウェハ測定値が測定される。他の実施形態において、一又は複数のウェハロットが製造装置で処理された後、ウェハロットからランダムに選択された、又は製造装置の特定位置に従って、特別に選択されたウェハの測定値が測定される。その他の実施形態において、ウェハが、製造装置で、一期間又は何度か処理された後、ウェハ測定値が測定される。ウェハ測定値は、粒子数、電気特性、平坦度、エッチング速度、厚さ、投与量等を含む。
【００１３】
図１を参照すると、ステップ１０１が実行され、プロセスパラメータが得られた後、ステップ１０２で、プロセスパラメータは、プロセス合計値に転換される。好ましい実施形態において、プロセスパラメータが、参考プロセスパラメータにより転換されて、プロセスパラメータに対応するプロセス合計値を得る。一の実施形態において、プロセスパラメータは、温度、圧力、流速、リーク速度、濃度、時間、その他のパラメータ値を含み、特定の工程又は時間間隔等の同一条件下で、測定し、記録される。例えば、プロセスパラメータは、製造装置の圧力が、大気圧から真空に減少する（同一条件）のにかかる時間（製造工程パラメータ値）を含む。また、プロセスパラメータは、ウェハをエッチングするのに用いられるエッチャントの最大濃度又は最低濃度である（同一条件）。プロセスパラメータは、他の製造工程中に測定し、記録してもよい。プロセスパラメータは、特定の工程又は時間間隔に基づいて選択される。例えば、化学気相蒸着によりウェハ上に形成された膜の厚さ及びその測定値は、特に、安定した高温加熱工程の時間と温度に影響される。参考プロセスパラメータは、プロセスパラメータのヒストリカルデータに基づいて計算されたプロセスパラメータの目標値、平均値又は最適値である。
【００１４】
好ましい実施形態において、転換ステップ１０２が、１又は２以上のウェハと関連するマトリックスを用いて実行され、プロセスパラメータがそれぞれのウェハに対応する。図２は、本発明の実施形態のウェハ及びウェハに対応するプロセスパラメータの関係を示す図である。この実施形態において、プロセスパラメータ１はチャンバ加熱温度（℃）、プロセスパラメータ２は気体（酸素ガス等）流量（sccm）、プロセスパラメータ３はポンプ圧（torr）、プロセスパラメータ４は壁加熱温度（℃）、プロセスパラメータ５は気体（窒素ガス等）流量（sccm）である。この実施形態において、変換ステップ１０２は、ウェハに関連する１０×５マトリックス又は５×１０マトリックス、及びウェハに関連するプロセスパラメータを用いて実行される。一実施形態において、プロセス合計値Ｚは、下記式により算出される。
【００１５】
【数１】
2009188384.tif 000003
式中、αはプロセスパラメータに関連するマトリックス、
2009188384.tif 000004
は参考プロセスパラメータに関連するマトリックス、Ｓ-1はマトリックスの逆相関関係である。
【００１６】
他の実施形態において、プロセス合計値Ｚは、以下の公式により計算される。
【００１７】
【数２】
2009188384.tif 000005
式中、σは参考プロセスパラメータに基づいて計算された標準偏差である。
【００１８】
上述の式に加え、プロセス合計値Ｚは、他の適切な式を用いて算出されるものであってもよい。
【００１９】
図３は、本発明の実施形態による工程管理チャートを示す図である。工程管理チャートは、第一軸（Ｘ軸）及びそれに垂直な第二軸（Ｙ軸）を有する二次元直交チャートである。第一軸（Ｘ軸）はウェハ測定値に関連し、第二軸（Ｙ軸）はプロセス合計値に関連する。可視化点が、工程管理チャート上に表示される。可視化点は、第一軸（Ｘ軸）との対応関係により、ウェハ測定値を表示し、第二軸（Ｙ軸）との対応関係により、プロセス合計値を表示する。他の実施形態において、第二軸（Ｙ軸）がウェハ測定値に関連し、第一軸（Ｘ軸）がプロセス合計値に関連する。可視化点は、第二軸（Ｙ軸）との対応関係により、ウェハ測定値を表示し、第一軸（Ｘ軸）との対応関係によりプロセス合計値を表示する。
【００２０】
好ましい実施形態において、工程管理チャートは、図３に示すように、楕円形管理限界Ｃを有する。楕円形管理限界Ｃは、製造装置による以前の（又はヒストリカルな）製造工程から得られた以前の（又はヒストリカルな）ウェハ測定値及びプロセス合計値の統計値から決定される。また、楕円形管理限界Ｃは、製造装置による以前の（又はヒストリカルな）最適な製造工程から得られた以前の（又はヒストリカルな）最適ウェハ測定値及びプロセス合計値の統計値から決定されてもよい。楕円形管理限界Ｃは楕円形に限定されず、他の実施形態では、他の適当な閉ループ形状でもよい。目標位置Ａは、楕円形管理限界Ｃの中央に位置する。図３に示すように、目標位置Ａは、第一軸（Ｘ軸）の目標（最適）ウェハ測定値及び第二軸（Ｙ軸）の目標（最適）プロセス合計値を示す。別の実施形態において、目標位置Ａは、第一軸（Ｘ軸）の目標（最適）プロセス合計値及び第二軸（Ｙ軸）の目標（最適）ウェハ測定値を示す。一実施形態で、目標位置Ａは、管理限界Ｃ又はその他の適当な位置の内側に位置してもよく、管理限界Ｃの中央に限定されない。
【００２１】
製造装置の処理品質は、工程管理チャート上の可視化点Ｋの位置に従って決定される。可視化点Ｋが目標位置Ａに近接する場合、処理品質はよいと判断される。一方、可視化点Ｋが目標位置Ａから遠い場合、処理品質は悪いと判断される。つまり、可視化点Ｋが管理限界Ｃ内にある場合、製造工程は制御管理下（under control）にあるとみなされ、可視化点Ｋが管理限界Ｃ外にある場合、製造工程は制御不能（out of control）であるとみなされる。一実施形態において、可視化点Ｋが目標位置Ａから移動する場合、最適なプロセスパラメータが製造装置にフィードバックされ、ウェハ測定値又はプロセス合計値に従って、制御システムがプロセスを制御することができる。一実施形態において、可視化点Ｋが管理限界Ｃ外にある場合、システムが警告動作を実行する。警告動作は、警告信号、警告音声及び製造装置のシャットダウンを含む。一実施形態において、工程管理チャート上の、特定方向又は位置に分布する可視化点Ｋは、ほとんど同一又は同様のプロセスパラメータ変動の結果を示すと思われる。よって、工程管理チャートは、同時にウェハ測定値及びプロセスパラメータを監視するのに用いられる。特に、システムと方法は、ウェハ測定値及びプロセスパラメータを用いて、製造工程を同時に監視するために提供され、プロセスと製造装置との間の関係を監視することができ、製造歩留まりを増加させることができる。
【００２２】
可視化点Ｋは、工程管理チャートで、任意の形状及び色で表示される。一実施形態において、管理限界Ｃ内及び管理限界Ｃ外に位置する可視化点Ｋは、図３に示すように、異なる形状で表示される。他の実施形態において、管理限界Ｃ内及び管理限界Ｃ外に位置する可視化点Ｋは、異なる色で表示される（図示しない）。可視化点Ｋにより表示されるウェハ測定値及びプロセス合計値は、可視化点Ｋの横で示される。製造装置の最後の工程又は最近の工程の安定度を表示し、緑、オレンジ、赤又はその他の色で示される通知信号は、工程管理チャート上に表示される。管理限界Ｃ外に位置する可視化点Ｋは、可視化点Ｋの横で示されるウェハの番号によって示される。工程制御は、製造工程を監視するのに便利な他の適当な機能を有する。
【００２３】
図４は、本発明の実施形態による管理チャートである。図３と相同の内容はここに記述しない。工程管理チャートは、算出された統計値により得られる１シグマ標準偏差の管理限界Ｃ１、２シグマ標準偏差の管理限界Ｃ２、３シグマ標準偏差の管理限界Ｃ３を有する。可視化点Ｋが３シグマ標準偏差の管理限界Ｃ３外にある場合、製造工程は制御不能であるとみなされる。可視化点Ｋが３シグマ標準偏差の管理限界Ｃ３内にある場合、製造工程は制御管理下にあるとみなされる。制御管理下の可視化点Ｋ中で、１シグマ標準偏差の管理限界Ｃ１内で示される可視化点Ｋは、良好な製造工程であることを示す。１シグマ標準偏差の管理限界Ｃ１と３シグマ標準偏差の管理限界Ｃ３間で示される可視化点Ｋは、製造工程が僅かなプロセスパラメータ変動を有することを示す。その結果、僅かなプロセスパラメータ変動が特定され、測定が、工程が制御不能になる前に直ちに行われる。
【００２４】
本発明の実施形態の長所は、以下のようである。ウェハが製造装置で処理される間、プロセスパラメータが、現場測定され、記録され、プロセス合計値に転換される。ウェハが製造装置で処理された後、ウェハは、ウェハ測定値が測定される。ウェハ測定値及びプロセス合計値は、工程管理チャート上で示される可視化点として表示され、工程管理チャートは、楕円形管理限界を有し、かつ、管理限界内に目標位置を含み、第一軸（Ｘ軸）の目標（又は最適）ウェハ測定値及び第二軸（Ｙ軸）の目標（又は最適）プロセス合計値に対応する。製造装置の処理品質は、可視化点と工程管理チャート上の目標点との位置関係に従って決定される。よって、システム及び方法は、同時にウェハ測定値及びプロセスパラメータを監視するのに用いられる。特に、システム及び方法は、ウェハ測定値及びプロセスパラメータにより、製造工程を同時に監視するために提供され、プロセスと製造装置との間の関係を監視することができ、製造歩留まりを増加させることができる。また、プロセスパラメータは非常に多く、通常、監視には手作業を必要とするが、本発明による製造工程の監視システム及び監視方法は、手作業の時間を省き、より効率的である。その結果、僅かなプロセスパラメータ変動がすぐに特定され、工程が製造歩留まりに悪影響を及ぼす前に、予防策を採ることができる。また、本発明の製造工程の監視システム及び監視方法により、予防的な機械メンテナンスが実行されて、製品の不具合、予定外の機械シャットダウン、不良品の廃棄率を減少させることができる。このように、製造装置のプロセスパラメータが変動することによる悪影響を受けることなく、製造装置による最終製品の品質が改善される。
【００２５】
本発明では好ましい実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態による製造工程監視方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態によるウェハとウェハに対応するプロセスパラメータとの関係図である。
【図３】本発明の実施形態による工程管理チャートである。
【図４】本発明の実施形態による工程管理チャートである。
【符号の説明】
【００２７】
Ａ…目標位置
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…管理限界
Ｋ…可視化点
【図１】
2009188384.tif 000006
【図２】
2009188384.tif 000007
【図３】
2009188384.tif 000008
【図４】
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