JP2008047690A - 半導体製造装置の不良回避方法とその装置および半導体製造装置の集中監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】加工処理中の装置の異常停止を回避し、製品不良を防ぐことができる半導体製造装置の不良回避方法を提供する。
【解決手段】通常の基板加工処理に実行される通常シーケンス、異常時に実行される非常シーケンスＣ、さらに異常時に即座に非常シーケンスに移行させないように働く回避シーケンスＢを有する。排気トラップ閉塞のように、決められた異常パターンのときに回避シーケンスへと移行し、バイパス部の経路を開放する。加工処理中の動作を中断させず、正常終了させようとする。そのため、装置が異常停止することを回避し、製品不良を回避することができる。処理終了後、装置のメンテナンスを行うことにより、メンテナンス時期を最延長でき、ダウンタイムも最小化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウエーハ、ガラス基板等の加工処理を行う半導体製造装置の製造方法に関し、特に排気系統をもつ半導体装置の製造方法で不良を回避する方法に関する。

通常、真空下でガスを用いて加工処理を行う半導体製造装置では、反応室から排気配管を介し真空ポンプにより反応室を真空にしたり、排ガスの排除を行う。そして真空ポンプの後段に設置された排ガス処理装置により、その排ガスを無害化して排出するという形態がとられている。こうした半導体製造装置では、加工処理により反応室から反応生成物が発生するため、長期にわたり使用していると配管や真空ポンプに反応生成物が付着、堆積し、ひいては閉塞を来たす。そのため、配管の途中にトラップを設け、生成物を意図的に捕捉するという手段がとられている。そして、このトラップを交換することにより、排気系の保守を行っている。

反応生成物の堆積は、このトラップにおいても同様で、交換時期を誤ると閉塞し加工処理が中断され、加工処理中のウエーハは不良となり大きな損失を招くと同時に、装置の正常復旧に多大な時間ロスを余儀なくされる。また、デリバリにも影響を及ぼす。近年のデバイスの微細化の進展、大口径化の進行に伴い、ウエーハ製造コストは増大するばかりである。特に複数枚を一度に加工するバッチ処理装置の場合、その損失コストの膨大さは計り知れない。そのため、トラップの異常を事前に予知し、装置の異常停止を防止する技術が開発されている。

また、この現象は真空ポンプの後段に対しても同様で、真空ポンプと排ガス処理装置の間にトラップを設置、反応生成物を捕捉するとともに、異常を事前に予知する提案がなされている。

これら２例のほか、排気系統の異常を予知する方法は多数紹介されている。
以下、図６、図７を参照しながら、従来の異常予知の考え方について説明する。
図６はトラップの異常予防例であるが、トラップ前段後段に圧力検知部を設け、その圧力差を常時取得している。実際、圧力差は処理時間とともに推移し、図７のような軌跡となる。つまり、異常兆候が出始めた状態Ａをあらかじめ知り、この時点を閾値として警報、表示を行い、保守を積極的に行うことで、装置の異常を予防することができる。
特開２００５−１０８９３２号公報 特開平５−３２１８３５号公報

しかしながら、従来の技術は装置のトラブルが発生する前に、兆候を捕らえ未然に対処する、いわゆる予防保全型のものである。予防保全は時期の見極めが最適でないと、保全機会が増し装置の稼働に影響を及ぼす場合がある。装置はできる限り長く稼働させたいものである。

また、いくら予知・予防を行っていても、予期せぬ時期にトラブルが発生することもある。いざトラブルが発生してしまうと、加工処理中のウエーハは不良となり大きな損失を招くと同時に、装置の正常復旧に多大な時間ロスを余儀なくされるものである。
したがって、装置稼働においては異常を発生させないことが大前提であるが、それを除けばできるだけ長く、かつ手間をかけずに本来の能力を発揮し続けてもらうことが最良なのである。従来技術だけでは、保全時期を最長化することは実現できない。

前記課題を鑑みて、本発明は加工処理中の不良回避方法を提供し、保全時期を最長化することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明の第１の発明の半導体製造装置の不良回避方法は、真空加工処理装置、真空配管、排気トラップ、真空ポンプ、後段排気トラップ、排ガス処理装置を備えた半導体製造装置において、通常の基板加工処理に実行される通常シーケンス、異常時に実行される非常シーケンス、さらに異常時に即座に非常シーケンスに移行させないように働く回避シーケンスを有し、装置異常に伴う製品不良を回避することを特徴とする。

この構成によると通常シーケンスからは非常シーケンスまたは回避シーケンスに移行するが、全ての異常の場合に回避シーケンス移行されるものではなく、あらかじめ決められた箇所で、異常パターンが合致したときに移行されるものである。第１の不良回避方法によると、装置異常時に非常シーケンスが実行される前に、回避シーケンスに移行するので、装置が異常停止することを回避し、製品不良を回避することができる。

本発明の第２の発明の半導体製造装置は、真空加工処理装置、真空配管、排気トラップ、真空ポンプ、後段排気トラップ、排ガス処理装置を備えた半導体製造装置において、真空配管上に設置された排気トラップに併設するバイパス経路、もしくは真空ポンプ後段に設置された排気トラップに併設するバイパス経路、もしくは排ガス処理装置に併設するバイパス経路のいずれか、またはそれらのいずれかを組み合わせてなることを特徴とする。

この構成によると、排気トラップ、後段排気トラップ、排ガス処理装置のいずれか、または複数の併設バイパス経路が設けられているので、閉塞などの構成機器異常の時に異常箇所を迂回した経路を通るので装置異常停止を免れることができる。

本発明の第３の発明の半導体製造装置は、第２の発明において、前記真空配管上に設置された排気トラップの異常を検知する監視手段と、併設するバイパス経路への切り替える切替弁とを有し、監視手段が前記排気トラップの異常を検出して回避シーケンスに切り替えるよう構成したことを特徴とする。

この構成によると、排気トラップに監視機能を設け、状態が監視されており、正常状態と異常状態の判定基準が設定されているので、閉塞などの構成機器異常を検知することができる。そして、第１の発明の回避シーケンスが実行される時に切替弁によりバイパス経路に切り替えられるので、必要時のみバイパス経路を使用する判別ができる。

本発明の第４の発明の半導体製造装置は、第２の発明において、前記真空ポンプ後段に設置された排気トラップの異常を検知する監視手段と、併設するバイパス経路への切り替える切替弁とを有し、監視手段が前記排気トラップの異常を検出して回避シーケンスに切り替えるよう構成したことを特徴とする。

この構成によると、後段排気トラップに監視機能を設け、状態が監視されており、正常状態と異常状態の判定基準が設定されているので、閉塞などの構成機器異常を検知することができる。そして、第１の発明の回避シーケンスが実行される時に切替弁によりバイパス経路に切り替えられるので、必要時のみバイパス経路を使用する判別ができる。

本発明の第５の発明の半導体製造装置は、第２の発明において、前記排ガス処理装置の異常を検知する監視手段と、前記排ガス処理装置と併設するバイパス経路への切り替えをする切替弁とを有し、監視手段が排ガス処理装置の異常を検出して前記切替弁回避シーケンスに切り替えるよう構成したことを特徴とする。

この構成によると、排ガス処理装置の制御機能で状態が監視されており、正常状態と異常状態の判定がなされ、その通信機能を利用し、圧力異常、温度異常などの機器異常を検知することができる。そして、回避シーケンスが実行される時に切替弁によりバイパス経路に切り替えられるので、必要時のみバイパス経路を使用する判別ができる。

本発明の第６の発明の集中監視システムは、異常回避機能を備えた複数の半導体製造装置より稼働状況、バイパス切り替わり状況の情報を収集し、一括表示することを特徴とする。
この構成によると、各設備が通常運転しているか回避シーケンスに移行しているかが一目で把握でき、処理中にメンテナンスの準備をすることができるので、処理終了後に素早くメンテナンスに入ることができる。

本発明に係る半導体製造装置の不良回避方法とその装置および半導体製造装置の集中監視システムによると、装置異常時に非常シーケンスが実行される前に、回避シーケンスに移行するので、従来技術ではやむをえなかった装置の異常停止を回避し、製品不良を未然に防ぐことができる。

また、予防保全ではなく、できるだけ長く装置を稼働させているので、メンテナンス時期を最延長できる。そして、事前にメンテナンスが必要となったことがわかるので、処理中にメンテナンスの準備をすることができ、処理終了と同時に素早くメンテナンスに入ることができる、ひいてはダウンタイムを最小化しうる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置の異常回避方法について、図面を参照しながら説明する。

図１は加工処理のフロー概念を、図２は第１のバッチ式半導体製造装置の概略を示す。
なお、ウエーハ２の搬入、搬出ならびに温度の調節は本題に大きくかかわらないので、説明を省略する。

反応室１は排気配管（この位置では真空配管と呼ぶことできる）４を経由して真空ポンプ１０に接続される。排気配管４の途中には圧力制御部５、圧力検知部６、トラップ７が接続されている。トラップ７の前段には切替弁９ａが設けられ、トラップ７の後段には切替弁９ｃが設けられている。トラップ７と並列にバイパス部８が設置されている。バイパス部８には、切替弁９ａと連動した切替弁９ｂと、切替弁９ｃと連動した切替弁９ｄが設けられている。なお、連動した切替弁９ａ，９ｂは、一方が「開」の場合には他方は「閉」である。連動した切替弁９ｃ，９ｄは、一方が「開」の場合には他方は「閉」である。
図中の切替弁９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの色は、白が「開」、黒が「閉」を表しており、通常はバイパス部８の経路は閉鎖されている。

また、反応室１の後段に圧力検知部６ａ、トラップ７の後段に圧力検知部６ｂを備えている。反応室１の所定位置にウエーハ２が運び込まれた後、図１の中央のフローに沿って処理が実行される。

まず、ステップＳ１では、反応室１は真空ポンプ１０により真空引きされた後、圧力制御部５のバルブ開度を調整することにより所定の圧力に保たれる。反応室１の圧力調整は圧力検知部６ａを基に行われる。

圧力調整が終了すると、ステップＳ２において、ガス導入部３より流量制御されたガスが導入され、ステップＳ３において加工処理が開始される。
反応室１より排出された未反応ガスおよび反応生成物は排気配管４を介して排除されるが、排気配管４は反応室１からトラップ７までの間が高温に保たれ、トラップ７で冷却することにより排ガスを結晶化し捕捉していく。その後、真空ポンプ１０より排出された排ガスは、排ガス処理装置１１により無害化され排出される。

さて、この実施形態において、トラップ７が閉塞して異常となった場合を説明する。
トラップの異常を検知する監視手段としての圧力検知部６は、トラップ７と圧力制御部５の間に設置され、トラップ７の捕捉進行による圧力の異常を検知するためのものである。捕捉が進行して圧力検知部６の値が変化してきても、反応室１は圧力制御部５によって一定圧力を維持する。すなわち、圧力制御部５は容量抵抗を下げようとし、バルブ開度を広げようとする。さらに捕捉が進行すると圧力制御部５のバルブは全開にも関わらず、真空度が悪化する事態に至る。

例えば、４０Ｐａで膜形成しようとした場合で、圧力検知部６の閾値を膜形成に影響を与える４０＋３Ｐａとしたなら、ステップＳ４の圧力判定では、４３Ｐａに達した時点で、かつ圧力６ａ＝圧力６＞圧力６ｂの関係が成り立つ時、トラップ７の異常とみなし、ステップＳ５〜ステップＳ７で構成される回避シーケンスＢへと移行する。

ここでステップＳ５では、切替弁９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを切り換えてトラップ７を閉じてバイパス部８を開く。すなわち、前記の圧力異常を検知すると切替弁９の開閉状態を反転させて、バイパス部８の経路を開放する。これら一連の動作は数百ｍｓｅｃの内に実行されるので反応室１の圧力状態には影響を与えることなく、処理が続行される。

ステップＳ６は、処理を続行する。ステップＳ７では、正常に処理を終了した後、装置のメンテナンスを行う。具体的には、処理の終了後にステップＳ４で検出した圧力異常のトラップ７を交換する。

もし、ステップＳ４において前記の関係式が成り立たなければトラップ７の閉塞ではなく、他要因の異常と想定できるので、回避シーケンＢには移行しない。この場合には、非常シーケンスＣに移行する。なぜなら、回避シーケンスＢに移行しても、異常は免れないからである。

そして、以上述べた圧力調整、ガス導入、圧力監視、バイパス切り替えの判断、各シーケンスの実行は制御装置１２により司られる。この回避シーケンスＢは、加工処理中の動作を中断させず、正常終了させようとするものである。従来なら、異常時に即座に非常シーケンスに移行していたので、製品不良となってしまっていたが、この回避シーケンスＢにより製品不良を回避することができる。

なお、本実施形態において、バイパス部８に捕捉機能を付加し、トラップ７を並列に配置することも可能であるが、製品不良を回避するという本質上の大意はなく、コスト、スペースを考慮して選択すればよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る半導体製造装置の異常回避方法について、図面を参照しながら説明する。第１の実施形態と重複するところは説明を省略する。

図３は真空ポンプ１０以降に後段排気トラップ１０７、それと並列にバイパス部１０８、監視手段として後段排気トラップ（以降では単にトラップと表記）１０７の温度を測定する温度検知部１０６を設けたものである。具体的には、トラップ１０７の前段には切替弁１０９ａが設けられ、トラップ１０７の後段には切替弁１０９ｃが設けられている。トラップ１０７と並列にバイパス部１０８が設置されている。バイパス部１０８には、切替弁１０９ａと連動した切替弁１０９ｂと、切替弁１０９ｃと連動した切替弁１０９ｄが設けられている。なお、連動した切替弁１０９ａ，１０９ｂは、一方が「開」の場合には他方は「閉」である。連動した切替弁１０９ｃ，１０９ｄは、一方が「開」の場合には他方は「閉」である。図中の切替弁１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄの色は、白が「開」、黒が「閉」を表しており、通常はバイパス部８の経路は閉鎖されている。

異常検知の方法は温度監視でなくても、第１の実施形態同様、圧力監視でも良いが、今回はなだらかな挙動を見ることができる温度監視を用いている。
第２の実施形態において、トラップ１０７が閉塞し異常となった場合を説明する。

トラップ１０７の捕捉進行に伴って、温度検知部１０６の温度が上昇していく。さらに捕捉が進行すると、温度の上昇は激しくなり、完全閉塞時には急上昇する。例えば、正常時１５０℃で排気していた場合で、温度検知部１０６の閾値を１５０＋１０℃としたなら、１６０℃に達した時点でトラップ１０７の異常とみなし、回避シーケンスへと移行する。

回避シーケンスは、前記の温度異常を検知すると切替弁１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄの開閉状態を反転させて、バイパス部１０８の経路を開放する。回避シーケンス実行中、温度検知部１０６の指示値は無視され、処理が続行される。そして、正常に処理を終了した後、装置のメンテナンスを行う。

以上述べた温度監視、バイパス切り替えの判断、各シーケンスの実行も制御装置１２により司られる。この回避シーケンスは、加工処理中の動作を中断させず、正常終了させようとするものであるから、真空ポンプ１０の停止前に実行されなければならない。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る半導体製造装置の異常回避方法について、図面を参照しながら説明する。第１，第２の実施形態と重複するところは説明を省略する。

図４では、反応室１と真空ポンプ１０と排ガス処理装置１１を有する第１の半導体製造装置と、反応室２０１と真空ポンプ２１０と排ガス処理装置２１１を有する第２の半導体製造装置を有している。真空ポンプ１０と排ガス処理装置１１の間には切替弁２０９ａが設けられている。第１の半導体製造装置の圧力調整、ガス導入、圧力監視、切替弁の切り替えの判断、各シーケンスの実行は制御装置１２により司られている。真空ポンプ２１０と排ガス処理装置２１１の間には切替弁２０９ｂが設けられている。第２の半導体製造装置の圧力調整、ガス導入、圧力監視、切替弁の切り替えの判断、各シーケンスの実行は制御装置２１２により司られている。

さらに、排ガス処理装置１１と並列にバイパス部２０８を設けたものである。バイパス部２０８には切替弁２０９ｃが設けられており、この切替弁２０９ｃは制御装置１２または制御装置２１２によって切り換えられる。

ここで、第１の半導体製造装置から見た場合、バイパス部２０８によるバイパスの行き先は、別装置としての第２の半導体製造装置で使用している排ガス処理装置２１１である。反応室２０１から真空ポンプ２１０によって真空引き、排気された排ガスは排ガス処理装置２１１で処理、無害化される。通常、排ガス処理装置１１および排ガス処理装置２１１はそれぞれ１台分の排ガスを処理しているが、２台分の処理能力を備えている。

この第３の実施形態では別途異常を検知するものは設けられていない。排ガス処理装置１１および２１１の圧力異常、温度異常など既設の重故障が異常の対象となる。例えば、排ガス処理装置１１で異常が発生し処理を継続できなくなった場合は、回避シーケンスが実行され、切替弁２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃの開閉状態を一部反転させて、バイパス部２０８の経路を開放する。回避シーケンス実行中は、排ガス処理装置２１１が２台分の排ガス処理を賄う。そして、正常に処理を終了した後、装置のメンテナンスを行う。以上述べた排ガス処理装置状況の監視、バイパス切り替えの判断、各シーケンスの実行も制御装置１２により司られる。

以上の３つの実施形態は不具合部分が特定できていて、その部分さえ回避できればウエーハ加工処理を継続できるという視点に基づいている。従来の発明とは異なり、最大限装置を稼働させようとするものである。

また、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態はそれぞれ単独で記述したが、いずれかを組み合わせて制御することも可能である。
（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る半導体製造装置の集中監視システムについて、図面を参照しながら説明する。

図５は反応室１、反応室２０１・・・を各々司る制御装置１２、制御装置２１２・・・から正常運転中か回避シーケンス実行中かの情報、例えば、各半導体製造装置の稼働状況、バイパス切り替わり状況などを収集し集中監視盤３１３に一括表示、通知するものである。

これにより管理者はメンテナンスの時期にきていることを確認できる。そして、処理中にメンテナンスの準備をすることができ、処理終了と同時に素早くメンテナンスに入ることができる、ひいてはダウンタイムを最小化しうる。

本発明に係る半導体製造装置の不良回避方法とその装置および半導体製造装置の集中監視システムは、製品不良を未然に防ぐことに有用である。ますます増大するウエーハ製造コストを少しでも抑制する効果が期待できる。また、メンテナンス時期を最延長すること、ダウンタイムを最小化することにもつながり、巨額な装置を存分に活用することができる。

本発明の半導体製造装置の加工処理のフロー概念図 本発明の第１の実施形態の半導体製造装置の異常回避方法を示す概略構成図 本発明の第２の実施形態の半導体製造装置の異常回避方法を示す概略構成図 本発明の第３の実施形態の半導体製造装置の異常回避方法を示す概略構成図 本発明の第４の実施形態の集中監視システムを示す概略図 従来の半導体製造装置の加工処理のフロー概念図 従来の閾値の設定概念図

符号の説明

１，２０１ 反応室
２ ウエーハ
３ ガス供給部
４，２０４ 排気配管
５ 圧力制御部
６，６ａ，６ｂ 圧力検知部（監視手段）
７，１０７ トラップ
８，１０８，２０８ バイパス部
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ 切替弁
１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ 切替弁
２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃ 切替弁
１０，２１０ 真空ポンプ
１１，２１１ 排ガス処理装置
１２，２１２ 制御装置
１３ 集中監視盤
１０６ 温度検知部（監視手段）

Claims (6)

1. 真空加工処理装置、真空配管、排気トラップ、真空ポンプ、後段排気トラップ、排ガス処理装置を備えた半導体製造装置において、
   通常の基板加工処理に実行される通常シーケンス、異常時に実行される非常シーケンス、さらに異常時に即座に非常シーケンスに移行させないように働く回避シーケンスを有し、装置異常に伴う製品不良を回避する
   半導体製造装置の不良回避方法。
2. 真空加工処理装置、真空配管、排気トラップ、真空ポンプ、後段排気トラップ、排ガス処理装置を備えた半導体製造装置において、
   真空配管上に設置された排気トラップに併設するバイパス経路、もしくは真空ポンプ後段に設置された排気トラップに併設するバイパス経路、もしくは排ガス処理装置に併設するバイパス経路のいずれか、またはそれらのいずれかを組み合わせてなる
   半導体製造装置。
3. 前記真空配管上に設置された排気トラップの異常を検知する監視手段と、
   併設するバイパス経路への切り替える切替弁と
   を有し、監視手段が前記排気トラップの異常を検出して回避シーケンスに切り替えるよう構成した
   請求項２記載の半導体製造装置。
4. 前記真空ポンプ後段に設置された排気トラップの異常を検知する監視手段と、
   併設するバイパス経路への切り替える切替弁と
   を有し、監視手段が前記排気トラップの異常を検出して回避シーケンスに切り替えるよう構成した
   請求項２記載の半導体製造装置。
5. 前記排ガス処理装置の異常を検知する監視手段と、
   前記排ガス処理装置と併設するバイパス経路への切り替えをする切替弁と
   を有し、監視手段が排ガス処理装置の異常を検出して前記切替弁回避シーケンスに切り替えるよう構成した
   請求項２記載の半導体製造装置。
6. 請求項３，請求項４，請求項５の何れかに記載の半導体製造装置を複数有し、各半導体製造装置の稼働状況、バイパス切り替わり状況収集して一括表示するよう構成した
   半導体製造装置の集中監視システム。

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