JP4051332B2

JP4051332B2 - 検査データ解析システム

Info

Publication number: JP4051332B2
Application number: JP2003377735A
Authority: JP
Inventors: 眞小野; 潤子小西
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: JP2005142384A; US20050114058A1

Description

本発明は、半導体ウェハの集積回路、液晶ディスプレイモジュール及び磁気記録装置用の薄膜磁気ヘッドに代表される薄膜デバイスの検査データを情報処理装置で解析する検査データ解析システムに関する。

薄膜デバイスの代表として、集積回路を例に以下説明する。

集積回路の製造工程は、一般にシリコンウエハ上にチップ（ダイ）で構成される回路を作り込む前工程と、個々のチップを切り出して製品を仕上げる後工程とからなっている。一般に、前工程の最後にテスタを用いて行われる電気特性検査で、個々のチップの良否を判定し、良品と判定されたチップだけが後工程へ送られる。

前工程の最終に行われる電気特性検査は、上述した個々のチップの良否を判定するＢＩＮ検査だけではなく、前工程での薄膜プロセスの良否を判定するＴＥＧ検査も行われることが一般的である。

ＢＩＮ検査は、チップ自体の動作周波数や消費電力を測定できるが、個々のトランジスタの動作がどのようなものかまでは測定できない。

そこで、ＴＥＧ検査を行い、トランジスタを正しく形成できる薄膜プロセスであるかどうかなどをモニタする。

ＴＥＧ検査とは、チップ自体ではなく、チップとチップの間などの隙間に様々な特性測定専用回路、すなわちＴＥＧ（Test Element Group）を形成し、そのデバイス特性を測定するものである。例えば、ＴＥＧとして単純な配線だけの回路パターンを形成し、その抵抗値を測定することで、正しい線幅の回路パターンを形成できているかどうかを把握できる。また、ＴＥＧとしてトランジスタを形成し、トランジスタが正しく動作する電流値や電圧値を測定する。ＴＥＧ検査は、一般に数十から数百におよぶ特性項目を測定する。また、同じ測定項目をウエハ面内の数箇所で測定し、その平均値をウエハの代表値とする。

このようなＴＥＧ検査の結果は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、非特許文献１、非特許文献２などに記載があるように、ＢＩＮ検査で得られる歩留りとＴＥＧ検査の各測定項目の検査データを対応づけて、相関解析などで不具合のある測定項目を絞り込み、歩留り改善の手がかりとするものである。

特開2002-24204号公報

特開2002-124445号公報特開2000-223538号公報著者Allan Y. Wong、論文名"Statistical Micro Yield Modeling"、 Semiconductor International、 pp.139-148、 1996. 著者Nemoto他、論文名"A Statistical Method for Reducing Systematic Defects in the Initial Stages of Production"、Proceedings of IEEE/SEMI Advanced Semiconductor Manufacturing Conference and Workshop、 pp.77-81、 2002.

確かに上述した方法は、集積度の低い薄膜デバイスにとっては有効ではある。

しかし、近年、集積回路の複雑化に伴い、ＢＩＮ検査が必ずしも信用できる検査とは言えない状況になっている。集積回路のあらゆる状態をくまなく検査すると、長大な時間を要し、検査コストが倍増する。限られた時間の中で行ったＢＩＮ検査では確実に不良を見つけることができず、顧客に不良品が出荷されてしまうことがある。

このような問題を解決するためには、ＴＥＧ検査の検査データと歩留りとの相関を解析するだけではなく、ＴＥＧ検査データのばらつきを管理し、ばらつきを低減する仕組みが必要である。

また、他の検査データのばらつきも同様に問題である。

本発明の目的は、検査データのばらつきを定量化し、ばらつきがひどい検査項目を自動的に絞り込む技術を提供することにある。

本発明は、薄膜デバイスが形成された複数のウエハ、又はモジュール上の複数箇所に、前記薄膜デバイスと重ならない位置に形成されたＴＥＧに対して、電気特性検査を行ったデータを解析して、面内ばらつきが大きい電気特性パラメータを検出する検査データ解析システムであって、識別データにより管理された前記ウエハ、又はモジュールを、検査工程において、前記ＴＥＧに対して複数種の測定項目の電気特性検査を実行して得られた検査データを、ネットワークを介して収集して、記録するデータベースと、解析時に、対象のウエハ、又はモジュールを複数指定する識別データの入力に従って、前記データベースに記録された検査データを検索して、読み出す検索手段と、前記読み出した検査データより、測定項目別に同一測定箇所毎の全てのＴＥＧの検査データをグループに分けて、各グループに属する検査データのヒストグラムを作成し、測定項目別に、測定箇所毎のヒストグラムを比較し、ヒストグラム間の統計的な違いを有意確率Ｐ値として算出し、前記算出した測定項目別の有意確率Ｐ値を、小さい方から順に整列するデータ解析演算手段と、前記整列した最も小さい有意確率Ｐ値となる測定項目の検査データより優先順序を付けて、および測定箇所毎の有意差を明度や彩度の変化を付けて、または箱ひげ図による表示態様で、検査データをユーザへ提示する表示手段と、を備えた検査データ解析システムを提供する。

さらに、本発明は、薄膜デバイスが形成された複数のウエハ、又はモジュール上の複数箇所に、前記薄膜デバイスと重ならない位置に形成されたＴＥＧに対して、電気特性検査を行ったデータを解析して、面内ばらつきが所定値より大きくなった電気特性パラメータを検出して、ユーザに通知する検査データ解析システムであって、製造工程中のロット単位の前記ウエハ、又はモジュールを、検査工程において、前記ＴＥＧに対して複数種の測定項目の電気特性検査を実行して得られたロット単位の検査データを、ネットワークを介して収集して、記録するデータベースと、前記ロット単位の検査データを前記データベースより読み出し、測定項目別に同一測定箇所毎の全てのＴＥＧの検査データをグループに分けて、各グループに属する検査データのヒストグラムを作成し、測定項目別に、測定箇所毎のヒストグラムを比較し、ヒストグラム間の統計的な違いを有意確率Ｐ値として算出し、前記算出した有意確率Ｐ値を前記測定項目ごとに設定されたしきい値と比較判定をするデータ解析演算手段と、前記比較判定処理において、前記算出した有意確率Ｐ値が設定されているしきい値より小さい値となった時点で、該当するロット、および測定項目をユーザへ通知する表示手段と、を備えた検査データ解析システムを提供する。

本発明によれば、薄膜デバイスの不良品を低減するために行うデータ解析を迅速かつ効率的に実行することができる。これにより、歩留りが向上するとともに、顧客へ不良品を出荷してしまうことも低減できる。

以下、薄膜デバイスの一例として、半導体ウェハに対して行ったテスタによるＴＥＧ検査の検査データを解析した例を用いて説明する。

なお、本発明は他の検査装置の検査データに対しても適用可能であり、以下の実施例に限定されるものではない。

以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。

図２に、本発明のプログラムを実行するハードウェア構成の一例を示す。

テスタ（電気特性検査装置）３１、３２、３３、３４、データベースユニット４０、データ解析ユニット５０が、ローカルエリアネットワーク３５を介して、接続され、データ伝送が行われる。

データベースユニット４０は、ネットワークインタフェース４１を介して、ローカルエリアネットワーク３５に接続され、主記憶装置４２、制御・演算部４３、入力部４４、出力部４５、２次記憶装置４６を有するコンピュータである。

２次記憶装置４６には、データベース管理プログラムや、テスタ３１、３２、３３、３４から収集したＴＥＧ検査のデータやＢＩＮ検査のデータが格納されている。

データ解析ユニット５０は、ネットワークインタフェース５１を介して、ローカルエリアネットワーク３５に接続され、情報処理装置（主記憶装置５２、制御・演算部５３）、入力部（キーボードやマウス）５４、出力部（表示装置）５５、２次記憶装置５６を有するコンピュータである。

２次記憶装置５６には、データベースユニット４０へ解析対象のＴＥＧ検査のデータを検索し、収集するために実行するデータ検索プログラムと、検査データ解析プログラムが格納されている。

また、検査データ解析プログラムが実行されると、データベースユニット４０に格納されたＴＥＧ検査のデータが、ローカルエリアネットワーク３５を介して、２次記憶装置５６に収集され、格納される。

ところで、本例では、テスタを４台図示したが、特に４台に限ったものではない。また、本例では、データベースユニット４０とデータ解析ユニット５０を異なるコンピュータで説明したが、同一のコンピュータに双方の機能を備えさせてよい。

図１は、本発明のプログラムの処理手順を示す一例である。

まず、ステップ１１で、対象のウエハを複数指定する。指定方法は、ウエハが検査工程を通過した日時を指定する方法や、ロットＩＤやウエハＩＤを指定する方法があるが、複数のウェハの検査データを特定できる情報を入力することにより指定する。

次に、ステップ１２では、ステップ１１で指定したウエハのＴＥＧ検査の検査データを読み込む。本例では、本プログラムから２次記憶装置５６に予め格納されているデータ検索プログラムを起動し、データベースユニット４０から対象の検査データを検索し、収集する。図３は、ある１枚のウエハの検査データの一例である。１ウエハに対して、この例では、トランジスタのｎチャネルの閾値電圧ＮＶｔｈ１、トランジスタのｎチャネルの閾値電圧ＰＶｔｈ１、トランジスタのｎチャネルの閾値電圧ＮＶｔｈ２を含む多数の測定項目を、測定点ＡからＥまで５箇所で測定したデータである。また、図示しないが、この検査データのテーブルには、ステップ１１の指定で用いたデータが付記されており、データ検索プログラムはそのデータをキーに検索している。測定項目や測定点は、半導体メーカ、工場、品種などの違いで様々であり、本例のように５点や測定項目の例に限ったものではない。本例では、図４に示すような測定点を含んでいる。円６０はウエハを表し、多数の白抜きの四角は個々のチップを表す。５つ黒丸の打点が、ＴＥＧ検査での測定点である。

次に、ステップ１３では、有意差の検定を繰り返すかどうか判定するための準備として、読み込んだ検査データに含まれる測定項目数をＮと定義し、検定残回数をＫと定義するとともに、その初期値をＮと設定する。

次に、ステップ１４で条件分岐する。検定残回数Ｋ＝０なら検定を繰り返さずにステップ１９へ進み、Ｋ≠０であるなら、検定を繰り返し行うためステップ１５へ進む。

ステップ１５へ進んだ場合には、ステップ１５からステップ１７を順次実行する。ステップ１５からステップ１７の処理は、それぞれ測定項目に対する処理を実行する。例えば、Ｋ＝１なら図３のＮＶｔｈ１の項目についての処理、Ｋ＝２なら図３のＰＶｔｈ１についての処理、Ｋ＝３なら図３のＮＶｔｈ２についての処理を行うようにする。

ステップ１５では、検査データの測定点別グルーピングを行う。測定点別グルーピングとは、図３で示したウエハごとの検査データの測定項目のデータを、測定点ＡからＥで分類し、対象の全ウエハのデータを１グループとする。

すなわち、各グループには、ステップ１１で指定したウエハの枚数のデータが存在する。また、本例では測定点が５箇所であるため、グループはＡからＥまでの５つである。

ステップ１６では、グループ間の検査データ比較を行う。このとき、統計的な検定を行い、有意確率Ｐ値を算出する。有意確率Ｐ値は、測定項目ごとに異なる単位に関わらず、測定項目間で比較をできる。統計的な検定とは、分散分析でＦ値を求め、Ｆ分布に従い、Ｐ値を算出したり、ｔ検定を行い、Ｐ値を算出したりする方法などがある。本発明では、いずれの方法を適用してもよい。

ステップ１７では、ステップ１６で求めたＰ値を配列Ｐ(Ｋ)に代入する。

ステップ１８では、変数Ｋの値を１減らして、ステップ１４に戻る。

図５は、ステップ１４からステップ１８の処理を図示した一例である。測定項目ごとに測定点別のヒストグラムを比較し、ヒストグラム間の統計的な違いがＰ値として算出され、Ｐ値を配列に代入する。

ステップ１４の条件分岐で、ステップ１９に進むときには、配列Ｐ(１)から配列Ｐ(Ｎ)までにそれぞれの測定項目のＰ値が代入されていることになる。

次に、ステップ１９では、これらの配列の内容を小さい方から順に整列する。

最後に、ステップ２０で、結果を出力する。

図６は、結果の出力画面の一例である。この画面は、出力部５５に出力するＧＵＩ(Graphical User Interface)の一例である。プルダウン７１で出力方法を選択する。本例は、“Wafer Map”を選択した例を示す。７２では、ステップ１５でグルーピングした検査データの平均値“Ave.”を出力するのか、標準偏差“S.D.”を出力するのかを選択する。本例は平均値を選択した例である。７３では、画面の表示方法を選択する。本例は、画面を４分割して、４つの測定項目を１度に画面に表示した例である。７５が結果の表示例である。本例は、Ｐ値がもっとも小さい測定項目として、“NVth2”が自動的に検出されたものである。また、２番目にＰ値が小さい測定項目が、“NVth3”、３番目が“R-FG”である。７５は、ウエハ状に測定点ごとの検査データの平均値を濃淡で表示している。すなわち、測定項目“NVth2”では、ウエハの中央の濃淡が濃く表示されている。これは、ウエハの中央のＴＥＧで測定された検査データの平均値が、他の測定点より大きいことを意味している。

このように、測定項目別に、各測定箇所におけるばらつき具合を表示させる場合に、検査データの有意差である有意確率を基に測定項目を有意確率の小さい順に選択し、さらにその順版で並べて表示させているので、操作者（解析担当者）にどの検査項目にどのようなばらつきが発生しているのかをわかりやすく把握できるようになっている。

また、測定箇所毎の有意差を視覚的に識別できる表示様式、つまり、明度や彩度の変化（濃淡付けや色分け）や下記する箱ひげ図のような図示できる表示態様で検査データを表示装置に表示させているので、操作者（解析担当者）にどの測定箇所に大きなばらつきが発生しているのかをわかりやすく把握できるようになっている。

図７は、結果の出力画面の別の一例である。プルダウン８１で箱ひげ図“Box Plot”を選択した例を示す。８２が結果の表示例である。８２は、横軸に測定点、縦軸に測定項目をとった箱ひげ図である。本例では、図６の表示方法だけを換えたものであるため、Ｐ値がもっとも小さい測定項目、２番目の項目等は図６と同じである。図６と同様に、測定点Ｃの値が、他の測定点に比べて検査データの値が大きいことがわかる。

以上のように、本発明のプログラムで、解析担当者である本システムの操作者は特性不良の原因と関係の深い測定項目や測定箇所を絞り込むことができる。

すなわち、図６、図７の例では、もっとも特性不良の原因と関係の深い項目は、“NVth2”であり、２番目が、“NVth3”であるとわかる。その結果、これを見た解析担当者は、「測定項目“NVth2”の検査データは、なぜウエハの測定点間で違いがあるのか」を分析するというアクションを開始できる。

なお、測定項目毎に該項目に影響のある製造工程や製造装置を対応づけたテーブルを用意しておけば、検査データの有意差が大きかった測定項目をキー、不良原因となる製造工程や製造装置を特定できるようにもできる。

実施例１で示した実施形態は、ある程度のウェハ枚数のＴＥＧ検査のデータが蓄積されているときに、定期的に行う例であった。一方、本発明のプログラムを常時ロットごとに実行して、異常ロットを監視することにも活用できる。

図８は、測定項目ごと、かつロットごとに測定点間のＰ値を算出し、その推移を示した一例である。予め設定したしきい値より小さいＰ値が算出されたら、異常のロットおよび測定項目を担当者に通知する。これにより、ＢＩＮ検査だけではなく、ＴＥＧ検査を用いて、顧客へ不良品を流してしまう可能性を低減できる。

なお、これまでの実施例ではテスタで測定した電気特性の検査データに対して説明したが、本解析を測長ＳＥＭ等の他の検査装置の検査データに対して適用しても有効である。

本発明の特性データ解析処理フローの一例であるハードウェアの構成を示すブロック図の一例である検査データの一例である測定点をウエハ状に図示した一例である測定項目別のＰ値算出の概念図の一例である出力画面の一例である出力画面の一例である異常通知の概念図の一例である

符号の説明

１１…対象ウエハの選択処理、１２…選択ウエハの検査データ読込み処理、１３…測定項目数の変数代入処理、１４…ループ終了の条件分岐処理、１５…測定点別グルーピング処理、１６…グループ間の検査データ比較と有意確率Ｐ値の計算処理、１７…配列Ｐ（Ｋ）への代入処理、１８…変数Ｋの値を１減算処理、１９…配列の整列処理、２０…結果出力処理、３１から３４…テスタ、４０…データベースユニット、５０…データ解析ユニット、４１と５１…ネットワークインターフェイス、４２と５２…主記憶装置、４３と５３…制御・演算部、４４と５４…入力部、４５と５５…出力部、４６と５６…２次記憶装置、６０…ウエハ、７１と８１…画面表示方法の選択、７２…画面表示値の選択、７３…画面分割の選択、７４…ウエハ状の結果表示、８２…箱ひげ図での結果表示

Claims

薄膜デバイスが形成された複数のウエハ、又はモジュール上の複数箇所に、前記薄膜デバイスと重ならない位置に形成されたＴＥＧに対して、電気特性検査を行ったデータを解析して、面内ばらつきが大きい電気特性パラメータを検出する検査データ解析システムであって、
識別データにより管理された前記ウエハ、又はモジュールを、検査工程において、前記ＴＥＧに対して複数種の測定項目の電気特性検査を実行して得られた検査データを、ネットワークを介して収集して、記録するデータベースと、
解析時に、対象のウエハ、又はモジュールを複数指定する識別データの入力に従って、前記データベースに記録された検査データを検索して、読み出す検索手段と、
前記読み出した検査データより、測定項目別に同一測定箇所毎の全てのＴＥＧの検査データをグループに分けて、各グループに属する検査データのヒストグラムを作成し、測定項目別に、測定箇所毎のヒストグラムを比較し、ヒストグラム間の統計的な違いを有意確率Ｐ値として算出し、前記算出した測定項目別の有意確率Ｐ値を、小さい方から順に整列するデータ解析演算手段と、
前記整列した最も小さい有意確率Ｐ値となる測定項目の検査データより優先順序を付けて、および測定箇所毎の有意差を明度や彩度の変化を付けて、または箱ひげ図による表示態様で、検査データをユーザへ提示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする検査データ解析システム。
薄膜デバイスが形成された複数のウエハ、又はモジュール上の複数箇所に、前記薄膜デバイスと重ならない位置に形成されたＴＥＧに対して、電気特性検査を行ったデータを解析して、面内ばらつきが所定値より大きくなった電気特性パラメータを検出して、ユーザに通知する検査データ解析システムであって、
製造工程中のロット単位の前記ウエハ、又はモジュールを、検査工程において、前記ＴＥＧに対して複数種の測定項目の電気特性検査を実行して得られたロット単位の検査データを、ネットワークを介して収集して、記録するデータベースと、
前記ロット単位の検査データを前記データベースより読み出し、測定項目別に同一測定箇所毎の全てのＴＥＧの検査データをグループに分けて、各グループに属する検査データのヒストグラムを作成し、測定項目別に、測定箇所毎のヒストグラムを比較し、ヒストグラム間の統計的な違いを有意確率Ｐ値として算出し、前記算出した有意確率Ｐ値を前記測定項目ごとに設定されたしきい値と比較判定をするデータ解析演算手段と、
前記比較判定処理において、前記算出した有意確率Ｐ値が設定されているしきい値より小さい値となった時点で、該当するロット、および測定項目をユーザへ通知する表示手段と、
を備えたことを特徴とする検査データ解析システム。