(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの製造工程中の各工程における異物に関するデータを集中的に管理するための一括管理手段と、
前記一括管理手段によるデータに基づいて、前記各工程における異物に関するデータと、前記各工程を経て製造される半導体ウェハの最終的製品の歩留データとを対比し、各工程での異物の発生と製造される半導体ウェハの歩留率との相関関係を分析し、その結果に基づいてクリーニングすべき工程を判別するための判別手段とを備えた、半導体装置の製造システム。
【請求項２】
前記各工程に対応する製造装置および検査装置を含み、前記異物に関するデータは前記製造装置および検査装置から前記一括管理手段にオンラインで伝送される、請求項１に記載の半導体装置の製造システム。
【請求項３】
前記各工程に対応する製造装置を含み、前記製造装置は前記製造装置内の異物を検出する手段を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造システム。
【請求項４】
前記各工程に対応する製造装置を含み、前記製造装置は前記製造装置の内部をクリーニングするためのクリーニング手段を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造システム。
【請求項５】
前記クリーニング手段は、前記判別手段によってクリーニングが必要と判断された場合に前記クリーニングが必要と判断された工程に対応する製造装置のクリーニングを行なう、請求項４に記載の半導体装置の製造システム。
【請求項６】
半導体ウェハの製造工程中の各工程における異物に関するデータを一括管理するステップと、前記一括管理しているデータに基づいて、前記各工程における異物に関するデータと、前記各工程を経て製造される半導体ウェハの最終的製品の歩留データとを対比し、前記各工程での異物の発生と製造される半導体ウェハの歩留率との相関関係を分析し、その結果に基づいてクリーニングすべき工程を判別するステップとを備えた、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造システムおよびそれを用いた半導体装置の製造方法に関し、より特定的には、半導体ウェハの製造工程中の異物を検出する半導体装置の製造システムおよびそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、従来の半導体ウェハの製造装置の１つであるエッチング装置を示した概略図である。図１５を参照して、従来のエッチング装置１００は、エッチング処理を行なう真空チャンバー１０１と、ウェハ１０４および１０５の搬入および搬出時に使用するロードロック室１０２とを備えている。真空チャンバー１０１内には互いに対向する１対の電極１０７および１０８が設置されている。電極１０７は接地されており、電極１０８には高周波電源１０３が接続されている。また真空チャンバー１０１にはエッチングガスを供給するためのエッチングガス供給装置１０６が接続されている。
【０００３】
半導体ウェハ１０４および１０５を製造する方法においてエッチング工程は不可欠である。エッチング装置１００を使用する場合には、半導体材料ガス（エッチングガス）を真空チャンバー１０１内に導入する。そして、高周波電源１０３により高周波出力を電極１０８および１０７間に印加することによってプラズマ放電を起こさせてガスプラズマを形成する。このガスプラズマによってエッチングが行なわれる。
【０００４】
最近では微細パターン化が進行しており、従来のドライエッチング技術のみでは加工が不可能になりつつある。そこで、従来、エッチングガスとして、エッチングするためだけのガスからエッチング側壁を保護するデポ性（堆積性）のガスを用いることが提案されている。このようなデポ性のガスをガスプラズマ化することによって、被エッチング物の側壁を保護しながらエッチングすることが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなデポ性のガスをエッチングガスとして用いる方法では、被エッチング物である半導体ウェハにエッチング中のデポ性ガスの堆積物が蓄積されて異物となり、この異物がウェハ製造中の歩留（良品率）を低下させるという不都合が生じていた。従来ではこのような不都合を解消するために、図１５に示したように、実際にエッチングを行なった製造工程中の半導体ウェハ１０５を一旦エッチング装置１００外へ搬出して異物検査を行なっていた。そしてその異物検査の結果に基づき、異物数に応じて、エッチングチャンバー１０１をクリーニングしたり、その他の部分をクリーニングしたり、あるいは電極１０７および１０８を交換するなどの方法によって処理していた。しかしながら、異物数がどの程度の場合にクリーニングを行なうかおよび異物数がどの程度の場合に真空チャンバー１０１のクリーニングまたは電極１０７および１０８の交換などを行なうかの基準は、すべて経験的に判断しており、必ずしも適切なクリーニングを行なうことは困難であった。つまり、従来では、どの程度の異物数でクリーニングすべきかという基準が曖昧であり、かつ、どの程度の異物数でどこをどうクリーニングすべきかまたどれくらいクリーニングすればよいかの基準も曖昧であったため、適切なクリーニングを行なうのは困難であった。その結果、不必要にクリーニングを実施することもあり、その場合には装置の稼働率が低下するという問題点があった。また、本来のクリーニングが必要な装置にクリーニングが行なわれないというような不都合も生じており、この場合にはデバイス完成品の不良率が増加し、歩留を向上することが困難であった。なお、エッチング工程以外の工程でも異物は発生していたが、この場合も上記と同様基準があいまいであるという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、装置の稼働率を落とすことなく歩留（良品率）を向上することが可能な半導体装置の製造システムおよびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００７】
この発明のもう１つの目的は、各製造工程に対応する製造装置の適切なクリーニングを行なうことが可能な半導体装置の製造システムおよびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１における半導体装置の製造システムは、一括管理手段と判別手段とを備えている。一括管理手段は、半導体ウェハの製造工程中の各工程における異物に関するデータを集中的に管理するためのものである。判別手段は、一括管理手段によるデータに基づいてクリーニングすべき工程を判別するためのものである。このような一括管理手段および判別手段は、たとえばホスト計算機によって構成する。このように半導体ウェハの製造中の異物に関するデータを集中的に管理することによって、各工程における異物に関するデータと製品不良率との関係を容易に分析することができ、その結果不良率に重大に影響する工程を把握することができる。それにより、その工程における異物数を重点的に管理してクリーニングを行なうことによって、不良率をより有効に低減することもできる。また、不良率にあまり影響しない工程ではクリーニング回数を減少させることができ、その結果稼働率を落とすことなく歩留を向上させることができる。
【０００９】
請求項２の半導体装置の製造システムでは、上記請求項１の構成に加えて、各工程に対応する製造装置および検査装置を含み、異物に関するデータを一括管理手段に上記製造装置および検査装置からオンラインで伝送するよう構成する。
【００１０】
請求項３における半導体装置の製造システムでは、上記請求項１の構成において、さらに、各工程に対応する製造装置を含むように構成するとともに、その製造装置が製造装置内の異物を検出する手段を含むように構成する。
【００１１】
請求項４における半導体装置の製造システムでは、上記請求項１の構成において、さらに各工程に対応する製造装置を含むように構成し、その製造装置が製造装置の内部をクリーニングするためのクリーニング手段を含むように構成する。
【００１２】
請求項５に記載の半導体装置の製造システムでは、上記請求項４の構成においてクリーニング手段が、判別手段によってクリーニングが必要と判断された場合に上記クリーニングが必要と判断された工程に対応する製造装置のクリーニングを行なうように構成する。
【００１３】
請求項６における半導体装置の製造方法では、一括管理するステップと判別するステップとを備えている。一括管理するステップでは、半導体ウェハの製造中の各工程における異物に関するデータを一括管理する。判別するステップでは、上記一括管理しているデータに基づいてクリーニングすべき工程を判別する。これにより上記請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
まず、半導体装置の製造プロセスについて図１を参照して説明する。半導体装置の製造プロセスでは、たとえばスパッタ法やＣＶＤ法などを用いて膜を形成する工程（Ｓ１）と、所望のパターンを焼付ける写真製版工程（Ｐ１）と、そのパターンに応じてパターン加工を行なうエッチング工程（Ｅ１）とから構成されている。これらの各工程が実際異物の発生源となっている。したがって、本実施の形態では、各工程ごとに異物数を検出し、それらを一括管理する。それにより異物が多く発生している工程および装置が明確になり、その結果異物を低減するための的確なクリーニング処置が可能となり、稼働率および歩留向上に繋がる。
【００１６】
このように各製造工程に対応する異物数を一括管理するためには、たとえば図２に示すような構成が考えられる。図２では、エッチング装置（Ｅ１）、スパッタ装置（Ｓ１）、ＣＶＤ装置（Ｃ１）および他のエッチング装置（Ｅ２）などの各工程に対応した製造装置と、異物解析装置（Ｉ１）および異物検査機（Ｉ２）などの検査装置とをともにホスト計算機（ホストコンピュータ）５に接続する。そして、エッチング装置（Ｅ１）などからの異物データをホスト計算機５によって集中的に管理する。その場合、エッチング装置（Ｅ１）などによって検出された異物数は各ウェハの処理ごとにファイル管理され、ホスト計算機５にオンラインで伝送される。各プロセスのデータがすべてオンラインにてホスト計算機５に伝送され、データの蓄積および統計処理がなされ、各ファイルごとにトレンド管理（傾向管理）がなされる。
【００１７】
図２に示したような構成を達成するためには、製造装置側にも従来と異なる構成が必要である。図３には、図２に示した構成を達成するためのエッチング装置（Ｅ１）の具体的構造が示されている。図３を参照して、このエッチング装置では、真空チャンバー２内に真空チャンバー２内の異物を検出するためのセンサ１０ａおよび１０ｂが設けられている。そしてセンサ１０ｂからの信号を受取るとともにホスト計算機５との信号のやり取りを行なうＣＰＵ４もエッチング装置（Ｅ１）に設けられている。
【００１８】
また、クリーニングが必要と判断された場合に真空チャンバー２内にクリーニングガスを供給するためのクリーニングガス供給装置８も設けられている。クリーニングガス供給装置８と真空チャンバー２との間にはバルブ９が設けられている。また同様にエッチングガス供給装置６とバルブ７も設けられている。このようにエッチング装置（Ｅ１）を構成することによって、図２で示されたような異物数データの一括管理を達成することが可能となる。具体的には、エッチング処理中の異物数をセンサ１０ａおよび１０ｂによって検出し、その検出信号をＣＰＵ４に送り、ＣＰＵ４からホスト計算機５に向かってデータをオンラインで伝送する。
【００１９】
図２に示したスパッタ装置（Ｓ１）やＣＶＤ装置（Ｃ１）なども図３に示したエッチング装置Ｅ１と同様に構成することによって、図２に示したシステムを達成することができる。さらに、図２に示したように、異物解析装置（Ｉ２）（たとえばＫＬＡ社の異物解析装置やフェイルビットマップ機能付プリテスタなど）のデータもホスト計算機５に伝送してデータの蓄積および統計処理などを行なう。
【００２０】
ここで、ＫＬＡデータとはＫＬＡ社の異物解析装置により検出したデータであり、具体的にはプロセス中のウェハ上の異物についてその場所、数および異物内容を検出して分析したデータである。また、フェイルビットマップとは電気特性を最終ウェハプロセス工程にて測定する際に不良となったチップのウェハ上の位置、そのチップ内の不良となった位置、不良数および不良内容を検出し分析したデータである。図２に示したシステムにおける統計処理方法としては、▲１▼各プロセスごとの統計処理、トレンド（傾向）管理、▲２▼各プロセス間、各プロセスの組合せによる統計処理、トレンド管理、▲３▼歩留データと各プロセスとの相関関係統計処理、▲４▼異物検査機や異物解析装置間の相関関係統計処理、▲５▼異物解析装置データによる異物発生分析処理を行なう。
【００２１】
上記▲１▼の各プロセスごとの統計処理およびトレンド管理については、図４〜図６に例が示されている。図４は図１のスパッタ膜形成工程のスパッタ装置（Ｓ１）の異物数測定データの２つの例（（ａ），（ｂ））を示しており、図５はエッチング工程におけるエッチング装置（Ｅ１）の異物数測定データの２つの例（（ａ），（ｂ））を示している。また、図６は異物解析工程における異物解析装置（Ｉ１）の処理ウェハごとの異物数測定データである。図４を参照して、（ａ）の場合には異物数が予め設定された基準値よりも常に小さいことがわかる。しかし、（ｂ）の場合では所定の時間における異物数が基準値を超えていることがわかる。同様に、図５では、（ａ）では異物数は基準値を超えていないが（ｂ）では基準値を超えていることがわかる。また、図６に示すように、異物解析装置による異物数データでも基準値を超えている処理ウェハがあることがわかる。
【００２２】
上記▲２▼の各プロセス間における統計処理や各プロセスの組合せによる統計処理の一例を図７および図８に示している。具体的には、図７には、異物解析装置（Ｉ１）の異物数データとエッチング装置（Ｅ１）との関係が示されており、図８には異物解析装置（Ｉ１）の異物数データとスパッタ装置（Ｓ１）の異物数データとの関係が示されている。図７および図８を参照して、Ｉ１の異物数とＥ１の異物数との間には相関関係があるが、Ｉ１の異物数とＳ１の異物数との間にはあまり相関関係がないことがわかる。
【００２３】
上記した▲３▼の歩留データと各プロセスとの相関関係の例として図９および図１０が示される。図９はエッチング装置（Ｅ１）の異物数データとデバイス歩留との関係を示したものであり、図１０はスパッタ装置（Ｓ１）の異物数データとデバイス歩留との関係を示したものである。図９および図１０を参照して、デバイス歩留とエッチング装置（Ｅ１）の異物数とは相関関係があるが、デバイス歩留とスパッタ装置の異物数データとはあまり相関関係がないことがわかる。
【００２４】
図７〜図１０の統計処理結果に基づけばスパッタ装置の異物数とデバイス歩留とはあまり相関関係がないので、図４に示したスパッタ装置の（ｂ）の場合のように異物数の多い場合でも、必ずしもクリーニングを行なう必要のないことがわかる。図４および図５に示した（ａ）および（ｂ）の例を組合せた４つのケースの場合を図１１に示している。図１１を参照して、ケース３の場合のようにエッチング装置（Ｅ１）の異物数が基準値よりも低い場合（ａ）には、たとえスパッタ装置（Ｓ１）の異物数が基準値を超えていても（ｂ）、クリーニングは必ずしも行なう必要はない。従来ではこのケース３のような場合にはスパッタ装置のクリーニングを行なっていたのに対し、本実施形態ではそのクリーニングを省略することができ、装置の稼働率を落とすことなく歩留を向上させることができる。
【００２５】
また、上記▲４▼の異物解析装置間の相関関係統計処理については、図示はしていないが、たとえばＫＬＡ装置での異物データ（各プロセスでの異物数）とプリテスタでのフェイルビットデータ（チップが電気特性としてＮＧになる確率）との相関を取る。これにより、真に歩留に関与しているプロセスを見出すとともに相関データよりその異物の低減および管理強化を行なっていく。また、上記▲５▼の異物解析装置データによる異物発生分析処理については、ＫＬＡデータ（各プロセスでの異物の場所）とフェイルビットマップデータ（チップが電気特性としてＮＧになる場所）を重畳させることによって異物発生源の分析を行なう。図１２および図１３を用いてその具体例を説明する。図１２は、フェイルビットマップデータ（チップが電気特性としてＮＧになる場所）を×印で示している。また、図１３は各プロセスでの異物の場所をＫＬＡ社の異物解析装置（Ｉ１）により分析したものである。○印が異物の場所を示している。図１２に示した×印と図１３に示した○印とが一致する場所に対応する図１２の×印のところに○印を付している。この図１２に示された×および○印の両方を有する位置では異物に起因してチップの不良が発生しているということがわかる。
【００２６】
上記した▲１▼〜▲５▼の統計処理によって、どの工程の異物が製品の歩留に影響しているのかを分析することができ、デバイスの特性に影響を及ぼす工程を重点的に管理することができるという利点がある。
【００２７】
なお、装置構成の変化、装置自身の変更、プロセスの変更および作製品種の変更によって上記したような各相関関係が変化する。したがって、ホストコンピュータ５による統計処理の結果に基づき処置方法（クリーニング方法）を決定する必要がある。
【００２８】
本実施の形態では、上記のようにホスト計算機５を用いて各工程における異物数を一括管理するとともに、そのデータと最終的な製品の歩留率との相関関係などを分析することによって、どのタイミングでどの工程の製造装置をクリーニングすべきかを容易に判別することができる。そして、さらにホスト計算機５で判明したクリーニングすべき装置については、信号を各プロセス装置に送りクリーニングの指示を出す。これにより、各装置のＣＰＵ内で信号が処理され、たとえば図３に示したエッチング装置では、エッチング処理を中断しセルフクリーニングのシーケンスに変更される。これにより、エッチングガス供給装置６からのエッチングガスの供給がバルブ７によって自動的に停止され、この後バルブ９の操作によってクリーニングガスがクリーニングガス供給装置８から自動的に真空チャンバー２内に供給され、クリーニングが行なわれる。他の装置の場合も同様の動作が行なわれる。
【００２９】
上述したホスト計算機によるクリーニング動作の概略的なフローが図１４に示されている。図１４を参照して、この処理は全てオンラインで行われる。また、異物解析装置では異物の種類（ゴミかまたは金属などか）についても分析可能であり、フェイルビット付プリテスタではどの工程で不良となったのかを分析することができる。
【００３０】
なお、上記実施の形態では、エッチング装置およびスパッタ装置の組合せについて述べたが、本発明はこれに限らず、他の工程間の装置の組合せでも同様に適用可能である。また、異物分析データと各工程の異物数データとの組合せに基づいてクリーニングの是非の判断を行なう場合について述べたが、各工程の異物数データのみに基づいて行なってもよく、これらのデータが統計処理可能であれば同様の効果を奏する。また、異物分析データ間のみの組合せに基づいてどの工程でクリーニングすべきかの判断を行なってもよい。さらに、本実施の形態では、装置の内部の異物データを検出してオンラインでホスト計算機に伝送する方法を述べたが、本発明はこれに限らず、異物モニタウェハを用いてその異物モニタウェハ自体の異物数データを検出する方法であってもよい。また、図２に示した６つの装置以上の装置を含む半導体製造システムにおいても各装置ごとに異物数検出手段を設けてオンライン化するようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜５に記載の半導体装置の製造システムによれば、各工程の製造装置の適切なクリーニングを行なうことによって、装置の稼働率を低下させることなく歩留（良品率）を向上させることができる。
【００３２】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法によれば、余分なクリーニングを省略することができるので、装置の稼働率を落とすことなく歩留を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態による半導体装置の製造プロセスの一例を示した図である。
【図２】  本発明の一実施の形態による半導体装置の製造システムの構成を示した概略図である。
【図３】  図２に示したホスト計算機とエッチング装置の詳細を示した構成図である。
【図４】  図１に示したスパッタ膜形成工程における時間と異物数データとの関係を示した相関図である。
【図５】  図１に示したエッチング工程における時間と異物数データとの関係を示した相関図である。
【図６】  図１に示した異物解析工程の異物解析装置における各処理ウェハごとの異物数データを示した図である。
【図７】  異物解析装置（Ｉ１）の異物数とエッチング装置（Ｅ１）の異物数との関係を示した相関図である。
【図８】  図１に示した異物解析工程の異物解析装置（Ｉ１）とスパッタ装置（Ｓ１）の異物数との関係を示した相関図である。
【図９】  デバイスの歩留とエッチング装置（Ｅ１）の異物数との関係を示した相関図である。
【図１０】  デバイス歩留とスパッタ装置（Ｓ１）の異物数との関係を示した相関図である。
【図１１】  図４および図５に示した（ａ）および（ｂ）の場合の組合せの処置方法を示した図である。
【図１２】  半導体ウェハ上の不良チップの位置を示した平面図である。
【図１３】  異物解析装置による半導体ウェハ上の異物の位置を示した図である。
【図１４】本発明のホスト計算機によるクリーニング動作の概略的なフローを示した図である。
【図１５】  従来のエッチング装置の構成と異物検査・処理工程を説明するための概略図である。
【符号の説明】
２  真空チャンバー、４  ＣＰＵ、５  ホスト計算機、８  クリーニングガス供給装置、９  バルブ、１０ａ，１０ｂ  センサ。
【図１】
0003862322.tif 000002
【図２】
0003862322.tif 000003
【図３】
0003862322.tif 000004
【図４】
0003862322.tif 000005
【図５】
0003862322.tif 000006
【図６】
0003862322.tif 000007
【図７】
0003862322.tif 000008
【図８】
0003862322.tif 000009
【図９】
0003862322.tif 000010
【図１０】
0003862322.tif 000011
【図１１】
0003862322.tif 000012
【図１２】
0003862322.tif 000013
【図１３】
0003862322.tif 000014
【図１４】
0003862322.tif 000015
【図１５】
0003862322.tif 000016