JP2001077033A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運用中に制御ネットワークを監視し異常時に
サブコントローラを安全に停止させる。 【解決手段】 バッチ式ＣＶＤ装置の制御システム１０
は、制御ネットワーク１６を通じサブコントローラ１２
〜１５を制御する制御部１１と、操作指令と状態表示を
行う操作部１７と、操作部１７と制御部１１を接続した
操作部・制御部間ネットワーク１８と、操作部１７を制
御ネットワーク１６に接続する操作部ネットワーク１９
とを有する。操作部１７は制御ネットワーク１６、制御
部１１の異常有無を監視し異常検知時に障害対応する監
視・障害対応部２０を有する。 【効果】 異常検知時に各サブコントローラを安全に停
止することで半導体製造装置の故障やウエハの全部不良
を防止できる。制御ネットワーク、制御部を常時監視す
ることで障害発生時の状況を把握し障害解析に役立てる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置、
特に、制御システムのネットワーク技術に関し、例え
ば、減圧ＣＶＤ装置や拡散装置に利用して有効なものに
関する。

【０００２】一般に、きわめて精密な制御が要求される
半導体製造装置の一例である減圧ＣＶＤ装置や拡散装置
における制御システムは、いずれもコンピュータによっ
て構築された制御部と操作部との二つの系統によって構
成されている。

【０００３】一方の系統である制御部には圧力制御サブ
コントローラや流量制御サブコントローラ、温度制御サ
ブコントローラ、機械制御サブコントローラ等の複数の
サブコントローラが制御ネットワークによって接続され
ており、制御部はこれらのサブコントローラに対して成
膜プロセスや拡散プロセスの制御シーケンスを時間軸で
示したレシピに基づき、圧力制御や流量制御、温度制御
および機械制御等を指令するように構成されている。

【０００４】他方の系統である操作部はグラフィカル・
ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）機能を備えており、
作業者の操作による指令を加えられてレシピの編集や自
動運転および現在の状態を適時に表示するように構成さ
れている。そして、操作部と制御部とは制御ネットワー
クから独立した操作部・制御部間ネットワークによって
接続されることにより、それぞれの処理が分散されるよ
うになっている。このように操作部の処理と制御部の処
理とが分散される理由は、操作部の処理の制御部へのリ
アルタイム制御の干渉を防止し、成膜プロセスや拡散プ
ロセスの品質を安定化させることにある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
制御システムにおいては操作部の処理と制御部の処理と
が分散されるため、次のような問題点がある。

【０００６】1) 制御部に異常が発生して制御不能にな
った時にはサブコントローラに対して制御コマンドを指
令することができなくなるため、サブコントローラが制
御不能になってしまう。

【０００７】2) サブコントローラが制御されなくなる
と、処理中の半導体ウエハ（以下、ウエハという。）が
全て不良になってしまう場合が発生する。バッチ式の半
導体製造装置においては一度に多数枚のウエハが一括処
理されるため、処理中のウエハが全て不良になると、き
わめて大きな損失になってしまう。

【０００８】3) 半導体製造装置の運用中における制御
ネットワークの状態を監視することは障害解析および性
能改善の統計を取得する上で重要であるが、制御ネット
ワークの監視機能および保守機能がサポートされていな
いため、特定のサブコントローラのノード通信量が高く
電文到達の遅延や再送が発生した場合に運用環境ではモ
ニタすることができず、障害の解析追求が難航してしま
う。

【０００９】本発明は前記問題点を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、運用中に制
御ネットワークを監視し制御部に異常が発生した際にサ
ブコントローラを安全に停止させることができる半導体
製造装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ための手段は、制御ネットワークを通じて複数のサブコ
ントローラを制御する制御部と、操作による指令および
状態表示を実行する操作部と、この操作部と前記制御部
とを接続した操作部・制御部間ネットワークとを備えて
おり、前記操作部が前記制御ネットワークに接続されて
おり、前記操作部は前記制御ネットワークまたは前記制
御部の異常の有無を監視し、前記制御部による前記サブ
コントローラの制御について異常を検知した時に障害対
応処理を実行するように構成されていることを特徴とす
る。

【００１１】前記した手段によれば、制御ネットワーク
または制御部の異常の有無を監視し異常が検知された時
には各サブコントローラを安全に停止することにより、
制御ネットワークまたは制御部の異常による半導体製造
装置の故障や損傷および事故を未然に防止することがで
き、また、処理中のウエハの全部不良を防止して半導体
ウエハの損失を回避することができる。一方、制御ネッ
トワークまたは制御部を常時監視することにより、障害
発生時の制御ネットワークおよび制御部の状況を把握す
ることができるため、障害解析に役立てることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に即して説明する。

【００１３】本実施形態において、本発明に係る半導体
製造装置は、図１に示されているバッチ式縦形ホットウ
オール形減圧ＣＶＤ装置（以下、バッチ式ＣＶＤ装置と
いう。）として構成されている。

【００１４】図１に示されているバッチ式ＣＶＤ装置は
ウエハが搬入されるインナチューブ２およびこのインナ
チューブ２を取り囲むアウタチューブ３から構成され縦
形に設置されたプロセスチューブ１と、インナチューブ
２内に原料ガスを供給する原料ガス供給装置４と、プロ
セスチューブ１内を真空排気する真空排気装置５と、プ
ロセスチューブ１外に敷設されてプロセスチューブ１内
を加熱するヒータ６と、ウエハ７を保持したボート８を
インナチューブ２に対して搬入搬出するエレベータ９と
を備えている。そして、成膜処理に際しては、複数枚の
ウエハ７がボート８によって長く整列されて保持された
状態でインナチューブ２内に下端の炉口からエレベータ
９によって搬入される。プロセスチューブ１内が真空排
気装置５によって所定の真空度に排気された後に、イン
ナチューブ２内に原料ガスが原料ガス供給装置４によっ
て導入されるとともに、ヒータ６によってプロセスチュ
ーブ１内が加熱されることにより、ウエハ７にＣＶＤ膜
がデポジションされる。

【００１５】バッチ式ＣＶＤ装置は、いずれもコンピュ
ータによって構築された制御部１１と操作部１７との二
つの系統によって構成されている制御システム１０を、
備えている。一方の系統である制御部１１にはヒータ６
を制御する温度制御サブコントローラ１２と、真空排気
装置５を制御する圧力制御サブコントローラ１３と、原
料ガス供給装置４を制御する流量制御サブコントローラ
１４と、エレベータ９等の機械を制御する機械制御サブ
コントローラ１５とが、制御ネットワーク１６によって
接続されており、制御部１１はこれらのサブコントロー
ラ１２〜１５に対して、成膜プロセスの制御シーケンス
を時間軸で示したレシピに基づく温度制御や圧力制御、
流量制御および機械制御を指令するように構成されてい
る。

【００１６】他方の系統である操作部１７はグラフィカ
ル・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）機能を備えてお
り、作業者の操作による指令を加えられてレシピの編集
や自動運転および現在の状態を適時に表示するように構
成されている。そして、操作部１７と制御部１１とは制
御ネットワーク１６から独立した操作部・制御部間ネッ
トワーク１８によって接続されることにより、それぞれ
の処理が分散されるようになっている。

【００１７】本実施形態においては、操作部１７は制御
ネットワーク１６に操作部ネットワーク１９によって接
続されており、操作部１７は操作部ネットワーク１９お
よび制御ネットワーク１６によって制御部１１および各
サブコントローラ１２〜１５とデータ通信することがで
きるようになっている。

【００１８】操作部１７には監視・障害対応部２０が構
築（プログラム）されており、監視・障害対応部２０は
制御ネットワーク１６および制御部１１の異常の有無を
後述する監視機能によって監視し、制御部１１によるサ
ブコントローラ１２〜１５の制御について異常を検知し
た時に後述する障害対応機能によって障害対応処理を実
行するように構成されている。

【００１９】なお、ネットワークは通信路（通信チャン
ネル）と所定の通信規約（プロトコル）等を実行するイ
ンタフェース（ハードウエアおよびソフトウエア）とを
備えているものとする。例えば、イーサネット（ethern
et。同軸ケーブルおよびツイストペアケーブル等を用い
たバス型ＬＡＮ）とＴＣＰ／ＩＰ（プロトコル）とによ
って構築したＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワー
ク）等を使用することができる。

【００２０】制御ネットワーク１６は制御部１１と各サ
ブコントローラ１２〜１５との間で温度制御、圧力制
御、流量制御および機械制御等の制御電文およびその制
御結果の電文がデータ通信されるネットワークであるた
め、省配線で小さいデータをリアルタイム性を持って伝
送する必要がある。すなわち、制御部１１のレシピステ
ップ制御および機械制御に従って各サブコントローラ１
２〜１５に制御指令が伝送される。したがって、アドレ
ス部には制御ネットワーク１６のノードＩＤや再送およ
び応答監視等のプロトコル情報が格納され、データ部に
は制御データおよび制御監視データが格納されている。

【００２１】操作部ネットワーク１９は制御ネットワー
ク１６の延長としても構成することができる。しかし、
操作部１７と制御部１１との分散の観点からは、操作部
ネットワーク１９は制御ネットワーク１６から独立させ
ることが望ましい。

【００２２】操作部・制御部間ネットワーク１８は操作
部１７から制御部１１へ作業者による指令を伝送された
り、制御部１１で集められた温度やガス流量、ウエハの
位置等の表示のためのデータが制御部１１から操作部１
７に伝送されるため、ネットワークとして大容量帯域が
要求されるが、反面、リアルタイム性の保証は制御ネッ
トワーク１６ほどは要求されない。

【００２３】次に、前記構成に係るバッチ式ＣＶＤ装置
の制御システム作用を説明する。まず、通常の運用時に
は、操作部１７と制御部１１とは操作部・制御部間ネッ
トワーク１８によって通信し、制御部１１と各サブコン
トローラ１２〜１５とは制御ネットワーク１６によって
通信する。したがって、通常の運用時には操作部１７と
制御部１１との分散処理の原則は確保されている。

【００２４】この際、操作部１７の監視・障害対応部２
０は操作部ネットワーク１９を通じて制御ネットワーク
１６を監視し、また、操作部・制御部間ネットワーク１
８を監視する。監視・障害対応部２０の制御ネットワー
ク１６および操作部・制御部間ネットワーク１８の監視
手段としては、次のようなものが考えられる。これらは
監視精度を高めるために併用してもよい。

【００２５】まず、制御ネットワーク１６および操作部
・制御部間ネットワーク１８におけるポーリングの途絶
えを監視する方法である。例えば、６０秒周期でのポー
リングを双方向に設定しておき、３００秒以上途絶えた
場合には異常と判定する。

【００２６】送受信ポートが壊れた場合には書き込みエ
ラーまたは読み込みエラーを検出することができるの
で、通常の送受信における書き込みエラーおよび読み込
みエラーを検出することにより、制御ネットワーク１６
および操作部・制御部間ネットワーク１８の異常を検知
（監視）することができる。

【００２７】監視・障害対応部２０に制御ネットワーク
１６および操作部・制御部間ネットワーク１８の利用率
やコリジョン発生率およびノード別トラヒック等のネッ
トワーク統計モニタ機能およびロギング機能を持たせ
る。例えば、ネットワーク統計モニタ機能を制御ネット
ワークのドライバに組み込み、送受信するデータの統計
を取ってデータ量やノード（サブコントローラ）別の通
信量等を単位時間当たり何バイト送受信しているかをロ
ギングする。ちなみに、統計モニタ機能において統計モ
ニタの閾値を越えた場合にアラームやアレート等によっ
て作業者に通知することにより、障害対応処理が実行さ
れることになる。

【００２８】制御部１１の電文が流れているか否かを検
出して表示する機能および各サブコントローラ１２〜１
５の生存確認応答を実行して表示する機能を監視・障害
対応部２０に持たせる。例えば、操作部１７の画面に制
御ネットワーク１６および操作部・制御部間ネットワー
ク１８の診断情報を表示する画面を設定し、その画面に
各ノード（各サブコントローラ１２〜１５および制御部
１１）のバインディング情報やＲＯＭやＥＥＰＲＯＭの
情報を表示させる。

【００２９】制御ネットワーク１６にはノードＩＤや物
理アドレスおよびルーティング情報等の設定情報がＲＯ
ＭまたはＥＥＰＲＯＭに格納されており、制御ネットワ
ーク１６および操作部・制御部間ネットワーク１８には
これらの情報を取得する手段が提供されているので、こ
の情報取得手段によって他のノード（各サブコントロー
ラ１２〜１５および制御部１１）の情報を取得し表示す
る機能を、監視・障害対応部２０に持たせる。

【００３０】以上のように監視・障害対応部２０によっ
て常に監視された状態において、操作部・制御部間ネッ
トワーク１８に異常が発生し操作部１７と制御部１１と
の通信が不能になったことが異常として検知されると、
操作部１７は制御部１１に対して制御部１１の状態の取
得を操作部ネットワーク１９および制御ネットワーク１
６を通じて要求する。制御部１１はその状態取得要求に
制御ネットワーク１６および操作部ネットワーク１９を
通じて応答して状態に関するデータを送信し、操作部１
７はその制御部１１の状態に関するデータを制御ネット
ワーク１６および操作部ネットワーク１９を通じて受信
する。

【００３１】制御部１１の状態に関するデータとして
は、メモリの使用率、ＣＰＵの利用率、実行プロセスの
稼動状況、デッドロックやメモリアクセスエラー等のエ
ラーロギング情報がある。

【００３２】検知した異常が操作部・制御部間ネットワ
ーク１８だけの異常であって各サブコントローラ１２〜
１５の制御が継続可能であると判定した場合には、操作
部１７は制御部１１に対して継続指令または縮退運用指
令を、操作部・制御部間ネットワーク１８の代わりに操
作部ネットワーク１９および制御ネットワーク１６を通
じて伝送する。そして、操作部１７は制御部１１および
各サブコントローラ１２〜１５を続行中の処理シーケン
スが終了した後に安全に停止させる。

【００３３】継続指令により、例えば、温度制御サブコ
ントローラ１２はヒータ６の設定温度を５００℃に下降
させ、流量制御サブコントローラ１４は原料ガス供給装
置４の開閉弁を閉じたりマスフローコントローラを絞っ
たりさせる。

【００３４】また、縮退運用指令により、各サブコント
ローラ１２〜１５は通常の制御から特定のものに絞った
制御に移行する。例えば、温度制御サブコントローラ１
２はヒータ６の設定温度を徐々に下降させて行き、圧力
制御サブコントローラ１３は真空排気装置５の真空度を
３００Ｔｏｒｒに設定する。このような縮退運用によっ
て、処理途中のウエハを最終的に再処理によって使用可
能な状態に維持させることができる。

【００３５】検知した異常が操作部・制御部間ネットワ
ーク１８だけの異常でなく各サブコントローラ１２〜１
５の制御が継続不可能の異常であると判定された場合に
は、操作部１７は制御部１１に対して制御停止指令を操
作部・制御部間ネットワーク１８の代わりに操作部ネッ
トワーク１９および制御ネットワーク１６を通じて送信
する。制御停止指令を受けた制御部１１は制御停止シー
ケンスを各サブコントローラ１２〜１５へ制御ネットワ
ーク１６を通じて送信する。各サブコントローラ１２〜
１５は受信した制御停止シーケンスに従ってヒータ６、
真空排気装置５、原料ガス供給装置４およびエレベータ
９等を安全に停止させる。

【００３６】各サブコントローラ１２〜１５の制御の継
続が不可能な場合としては、例えば、温度制御サブコン
トローラ１２に異常があり定格以上のパワーがヒータ６
に加わりヒータ断線を招く危惧がある場合や、圧力制御
サブコントローラ１３に異常があり真空排気装置５の損
傷を招く危惧がある場合がある。このようにいきなり制
御を停止することができない場合には、各サブコントロ
ーラ１２〜１５を段階的に停止して行くことにより、ヒ
ータ６や真空排気装置５を安全に停止することができ、
しいては作業者の安全を確保することができる。

【００３７】制御停止シーケンスとしては、原料ガス供
給装置４の開閉弁を閉じ、続いて、マス・フロー・コン
トローラの流量を段階的に零に設定する手順があり、こ
れにより、原料ガス供給装置４の障害の発生は防止する
ことができる。マス・フロー・コントローラを段階的に
零に設定する場合には、例えば、８０→４０→２０→０
と段階的に流量を設定して行き、最後に、マス・フロー
・コントローラにシャットダウンの命令を与える。

【００３８】圧力制御コントローラ（ＡＰＣ制御）の場
合には排気異常時にはフルクローズに設定し、排気正常
時にはフルオープンに設定することにより、真空排気装
置５およびＡＰＣの故障を防止することができる。ま
た、温度制御の場合には、温度を零に設定し、その後
に、温度制御サブコントローラ１２にシャットダウン命
令を与える。

【００３９】次に、監視・障害対応部２０によって常に
監視された状態において、制御部１１内の制御ネットワ
ーク通信制御部に重大な異常が発生したことが検知され
ると、制御部１１はその異常を操作部１７に対して操作
部・制御部間ネットワーク１８を通じて通知する。制御
部１１からの通知を受けた操作部１７は前述した制御停
止シーケンスを各サブコントローラ１２〜１５へ操作部
ネットワーク１９を通じて送信する。各サブコントロー
ラ１２〜１５は受信した制御停止シーケンスに従ってヒ
ータ６、真空排気装置５、原料ガス供給装置４およびエ
レベータ９等を安全に停止させる。

【００４０】なお、重大な異常とは制御部１１からの制
御ネットワーク１６への電文の送受信が不能になる異常
であり、次のような場合がある。

【００４１】フローコントロール異常すなわち送信バッ
ファまたは受信バッファのフル状態から空き状態に長時
間ならない場合。ドライバが制御ネットワークから割り
込みを長時間受けない場合。制御ネットワークから電文
を受けなくなった場合。受信電文の電文抜けが検知され
た場合。受信電文の二重電文が検知された場合。受信電
文に異常シーケンスが検知された場合。電文のフレーム
フォーマットに異常が検知された場合。制御ネットワー
クの制御チップのリセット異常が検知された場合。制御
ネットワークの物理的な接続異常が検知された場合。何
らかの要因でＯＳ（オペレーティング・システム）が通
信制御タスクを停止した場合。

【００４２】前記実施形態によれば、次の効果が得られ
る。

【００４３】1) 制御ネットワークおよび制御部の異常
の有無を監視し異常が検知された時には各サブコントロ
ーラを安全に停止することにより、制御ネットワークお
よび制御部の異常によるヒータや真空排気装置、原料ガ
ス供給装置およびエレベータ等の故障や損傷および事故
を未然に防止することができる。

【００４４】2) 処理中のウエハの全部不良を防止して
ウエハの損失を回避することができるため、バッチ式Ｃ
ＶＤ装置の平均故障間隔（ＭＴＢＦ）や、成膜処理のス
ループットを向上させることができる。

【００４５】3) 制御ネットワークおよび制御部を常時
監視することにより、障害発生時の制御ネットワークお
よび制御部の状況を把握することができるため、障害解
析に役立てることができる。その結果、半導体製造装置
の平均修理時間（ＭＴＴＲ）を小さく抑制して稼働率を
向上させることができ、半導体製造装置の稼働率の向上
により製造工程全体としてのスループットを向上させる
ことができる。

【００４６】4) 操作部を制御ネットワークに操作部・
制御部間ネットワークを迂回して接続することにより、
通常の運用時には操作部と制御部との分散処理を確保す
ることができるため、操作部の処理の制御部へのリアル
タイムの干渉を防止し、制御部の安定した制御を確保す
ることができる。

【００４７】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更
が可能であることはいうまでもない。

【００４８】例えば、操作部と制御部とは互いに独立し
たコンピュータによってそれぞれ構成するに限らず、リ
アルタイムの干渉を防止するネットワークによって接続
される構成であればよい。

【００４９】前記実施形態においてはバッチ式縦形ホッ
トウオール形減圧ＣＶＤ装置について説明したが、本発
明はこれに限らず、バッチ式横形ホットウオール形減圧
ＣＶＤ装置や枚葉式減圧ＣＶＤ装置、さらには、拡散処
理を実行する拡散装置等の半導体製造装置全般に適用す
ることができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、制御ネッ
トワークまたは制御部の異常の有無を監視し異常が検知
された時には各サブコントローラを安全に停止すること
により、制御ネットワークまたは制御部の異常による半
導体製造装置の故障や損傷および事故を未然に防止する
ことができ、また、処理中のウエハの全部不良を防止し
てウエハの損失を回避することができる。

【００５１】制御ネットワークまたは制御部を常時監視
することにより、障害発生時の制御ネットワークおよび
制御部の状況を把握することができるため、障害解析に
役立てることができる。その結果、半導体製造装置の平
均修理時間（ＭＴＴＲ）を小さく抑制して稼働率を向上
させることができ、半導体製造装置の稼働率の向上によ
り製造工程全体としてのスループットを向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるバッチ式ＣＶＤ装置
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…プロセスチューブ、２…インナチューブ、３…アウ
タチューブ、４…原料ガス供給装置、５…真空排気装
置、６…ヒータ、７…ウエハ、８…ボート、９…エレベ
ータ、１０…制御システム、１１…制御部、１２…温度
制御サブコントローラ、１３…圧力制御サブコントロー
ラ、１４…流量制御サブコントローラ、１５…機械制御
サブコントローラ、１６…制御ネットワーク、１７…操
作部、１８…操作部・制御部間ネットワーク、１９…操
作部ネットワーク、２０…監視・障害対応部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御ネットワークを通じて複数のサブコ
   ントローラを制御する制御部と、操作による指令および
   状態表示を実行する操作部と、この操作部と前記制御部
   とを接続した操作部・制御部間ネットワークとを備えて
   おり、前記操作部が前記制御ネットワークに接続されて
   おり、前記操作部は前記制御ネットワークまたは前記制
   御部の異常の有無を監視し、前記制御部による前記サブ
   コントローラの制御について異常を検知した時に障害対
   応処理を実行するように構成されていることを特徴とす
   る半導体製造装置。
2. 【請求項２】 前記操作部は、前記操作部・制御部間ネ
   ットワークの異常の有無を監視し異常を検知した時に前
   記制御ネットワークを通じて前記操作部と前記制御部と
   の間の通信を実行するように構成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 【請求項３】 前記障害対応処理は、続行中の処理シー
   ケンスの終了後に前記サブコントローラを停止させる処
   理であることを特徴とする請求項１または２に記載の半
   導体製造装置。