JP2004165282A - 製造プロセスにおける装置状態判別システム及び製造プロセス安定化システム - Google Patents
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Abstract
【課題】製造プロセスにおいて、複数の処理装置からなる重要工程で発生する異常を早期に発見して装置起因の要因を取り除く。
【解決手段】同一工程に複数の処理装置を配備した製造プロセスの装置状態判別システムであって、各処理装置１，２，３から出力される観測信号１１，２１，３１同士の差分情報を生成する比較器４１，４２，４３からなる差分情報生成手段４と、この差分情報生成手段４で生成された複数の差分情報を総合的に判断することにより各処理装置１，２，３の状態を判別する論理回路５１，５２，５３からなる状態判別手段５とを備えることにより、異常な装置を早期に正確に特定する。
【選択図】 図１
【解決手段】同一工程に複数の処理装置を配備した製造プロセスの装置状態判別システムであって、各処理装置１，２，３から出力される観測信号１１，２１，３１同士の差分情報を生成する比較器４１，４２，４３からなる差分情報生成手段４と、この差分情報生成手段４で生成された複数の差分情報を総合的に判断することにより各処理装置１，２，３の状態を判別する論理回路５１，５２，５３からなる状態判別手段５とを備えることにより、異常な装置を早期に正確に特定する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体などのデバイス製造工場における生産システムに係り、特に製造設備から収集した設備モニター信号や、検査装置から収集された計測データから装置変動やプロセス変動を常時監視し、変動が認められた際に装置やプロセスの状態を修正することで、高品質の生産を実現するための製造プロセスにおける装置状態判別システム及び製造プロセス安定化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスは、多くの製造装置、工程が関わっており、製造プロセスの安定稼働は重要な課題である。
【０００３】
ところが、製造中に、製造設備や検査装置の劣化や異常、プロセスのゆらぎ、ごみなどの異物に起因した不良などが発生すると、製品の歩留まり低下を招くことになる。これらの不具合を取り除くため、製造プロセスにおいては、工程の各所に装置の状態を監視・制御する設備を設けたり、異物検査機で異物の有無を検査する検査工程を配したりすることで、不良デバイスを後続の工程に流さないようにしている。
【０００４】
例えば、製造ラインから収集した製品検査データや設備作業データの傾向変動を常時監視し、それらの異常の有無について評価し、警告または対策を施して、品質ばらつきの縮小と大量不良の発生を防止して製品の歩留まり向上を図る生産管理計算システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、製造装置からの実績データと、検査装置からの検査結果との因果関係を求めてプロセスパラメータを調整することでばらつきを圧縮し、所望の目標値を達成する半導体製造プロセス安定化支援システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−５０９４９号公報
【特許文献２】
特開２０００−２５２１７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
装置の出力をモニターする信号の正常範囲は、上限管理水準（Ｕｐｐｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｉｍｉｔ ）と下限管理水準（Ｌｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｉｍｉｔ ）の間で管理される。
【０００８】
しかしながら、生産システムが通常の管理範囲を超えた出力を観測し、異常の警告信号を出した場合においても、警告信号を１００％信用して装置を停止することは希であり、装置担当者が装置の状態をチェックして詳しく異常の有無を点検し、異常であれば一時停止、正常であれば継続運転の判断を下す場合が多い。
【０００９】
なぜならば、装置本体に異常がなくても、センサーの故障やノイズ混入の影響などの異常で誤報を出す場合があるからである。
【００１０】
異常を放置して不良を多発するリスクと誤報を信用して生産ラインを停止した場合のリスクは背中合わせであり、このような判断は作業員の負担が大きい。この負担は、装置の数が増えるほど増加していく。
【００１１】
また、生産装置の出力信号が正常範囲内にあっても、プロセスの状態変化やゆらぎにより、その出力が傾向を持って推移したり、ある周期で変動する場合が生じる。この場合、製造されたデバイスの特性はかかるプロセスの変化の影響を受け、ばらつくことになる。
【００１２】
したがって、同一環境、同一条件で処理される同一ロットのデバイスであっても、複数の処理装置で処理されたデバイスの場合、同じ処理条件にもかかわらず特性がばらつく結果となる。この場合、工程の上流でプロセスの異常に対して対処できなかった場合は、最終的に下流の工程の検査で良品／不良品が判定され、その時点で異常が判明することとなる。
【００１３】
例えば、不良が多発するデバイスが、どの工程のどの装置を経たのかの履歴情報を集め、号機別、ロット別の推移情報に編集して、どの工程のどの装置に特異な問題があるかを判断する。そして、実際に異常の有無を確認した上で、問題がある工程、装置を一時停止する措置をとることになる。しかし、下流の工程に行くほど、上流工程のゆらぎが重畳された複合情報を含むため、データベースの検索や抽出、統計的に因果関係を推定する計算手法や分析技術などをもってしても、これらのデータから、問題となっているゆらぎの要因を断定的に特定することは困難である。
【００１４】
装置異常に起因する大量の不良は大きな損失を招くため、できるだけ上流の工程で正確に異常を検出する必要がある。特に、タクトのかかる工程は、複数の装置を利用して時間短縮を図るボトルネック工程と言えるが、この重要工程で発生する異常を早期に発見して装置起因の要因を取り除くことは、ボトルネック工程のダウンによる稼働率の低下を防ぐと同時に、ボトルネック工程以外の要因で特性ばらつきが生じている場合の原因工程を突き止める精度を向上させる。
【００１５】
本発明は、複数の処理装置を用いた製造プロセスにおいて、複数であるが故に増大する制御の困難性を、複数であるが故に構成できる手段を活用して解決することができる点に着目したものであり、その第１の目的は、同種の複数の信号で相互監視系を構成することにより、異常な装置を正確に特定することのできる装置状態判別システムを提供することにある。また、第２の目的は、製造工程全体の不良解析を行うデータ相関演算システムと装置状態判別システムとを同期連携させることにより、設備起因の要因を除外した情報で製造プロセスの問題抽出を精度良く実行させることのできる製造プロセス安定化システムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の装置状態判別システムは、同一工程に複数の処理装置を配備した製造プロセスに適用される。すなわち、各処理装置から出力される観測信号同士の差分情報を生成する差分情報生成手段と、この差分情報生成手段で生成された複数の差分情報を総合的に判断することにより各処理装置の状態を判別する状態判別手段とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
このように、同種の複数の観測信号で相互監視系を構成することにより、１つの処理装置の状態の判別（具体的には、異常の判断）を、複数の観測信号を利用して判別できるので、ノイズに強い判別が可能となる。具体的には、例えばノイズなどの外部要因により、処理装置２が正常な出力をしているにも係わらず、状態判別手段で処理装置１と処理装置２との差分情報に誤りが発生した場合でも、処理装置２と処理装置３との差分情報が正常であれば、処理装置２を正常とみなすことができる。従って、ノイズに強く信頼性の高い状態判別が可能になるとともに、異常な装置を早期に正確に特定することが可能となる。情報理論的な見地から見れば、冗長な情報を利用することで誤り訂正の機能を備えることができる。これにより、工程の上流段階で装置起因の不良を防止することができるとともに、作業員が装置を監視する際の負担を軽減することができる。
【００１８】
また、前記観測信号が直接制御したい物理情報である場合、ノイズ成分が含まれている可能性があるため、本発明では、差分をとる前に観測信号からノイズ成分を取り除いておくものとする。
【００１９】
また、前記観測信号が直接制御したい情報とは異なるが、制御対象と関連性のある１つ以上の観測情報である場合には、前記処理装置から出力されるこれら複数の観測情報と制御したい情報との相関分析を行う相関演算手段をさらに備えた構成としてもよい。そして、この相関演算手段から総合的に推定される情報を、制御対象の状態を表す観測信号とみなして前記差分情報生成手段に出力する。このように、観測信号が直接計測できない物理量であっても、計測できる複数の観測情報を関係付けることにより、その状態を推定することが可能となる。
【００２０】
また、前記観測情報または前記相関演算手段で相関分析した後の推定情報に対してフィルタ処理を施すフィルタ演算手段をさらに備えた構成としてもよい。そして、このフィルタ演算手段にてフィルタ処理された推定情報を前記差分情報生成手段に出力する。このように、フィルタ演算手段にてフィルタ処理を行うことにより、ノイズやゆらきの影響を抑えた信号抽出が可能となる。
【００２１】
また、本発明の装置状態判別システムは、同一工程に複数の処理装置を配備した製造プロセスにおいて、 各処理装置から出力される観測信号同士の差分情報及び前記観測信号と基準信号との差分情報を生成する差分情報生成手段と、この差分情報生成手段で生成された双方の差分情報を組み合わせて総合的に判断することにより各処理装置の状態を判別する状態判別手段とを備えたことを特徴としている。
【００２２】
このように、観測信号同士の差分情報と、観測信号と基準信号との差分情報との双方の差分情報を組み合わせて利用することにより、ノイズに強く、精度の高い判別が可能になるとともに、異常な装置を早期に正確に特定することが可能となる。情報理論的な見地から見れば、冗長な情報を利用することで誤り訂正の機能を備えることができる。これにより、工程の上流段階で装置起因の不良を防止することができるとともに、作業員が装置を監視する際の負担を軽減することができる。
【００２３】
この場合、前記状態判別手段は、論理和回路、論理積回路、否定回路などの複数のロジックの組み合わせにより各処理装置の状態を判別することを特徴としている。具体的には、前記処理装置の点検期間が短い場合には、最終段のロジックを論理積回路で結合し、前記処理装置の点検期間が長い場合には、最終段のロジックを論理和回路で結合する。すなわち、処理装置の点検期間が短い場合には、点検によって異常を発見できる可能性が高いため、論理積をとることで、誤動作による警告誤りの防止に重点を置いた状態判別が可能となる。また、処理装置の点検期間が長い場合には、点検と点検との合間に異常が発生するリスクが増加するため、論理和をとることで、異常を見逃すリスクを減らすことに重点を置いた状態判別が可能となる。
【００２４】
また、本発明の製造プロセス安定化システムは、複数の処理装置や検査装置で処理され、最終的に払い出し工程へと送られる製造プロセスに適用されるものであって、上記各構成の装置状態判別システムと、前記複数の処理装置の製造条件を収集管理している製造条件管理データ、前記検査装置から取得した検査データ及び製造工程下流の特性検査で計測された特性データなどのデータを管理している工程情報管理システムと、前記工程情報管理システムで管理されている各種データに基づいて相関を分析し、製造プロセスに異常が発生した場合にその要因を抽出するデータ相関演算システムとを備えている。そして、前記データ相関演算システムは、前記装置状態判別システムで判別された装置異常情報を取得して、複数の異常要因を含んだ下流の工程情報から装置に起因する要因を除くことを特徴としている。
【００２５】
このように、製造工程全体の不良解析を行うデータ相関演算システムと装置状態判別システムとを同期連携させ、設備起因の要因を除外した情報で製造プロセスの問題抽出を精度良く実行することができるので、製造プロセスの安定化が実現でき、装置の安定稼動と製造した製品の歩留り向上を達成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態１に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図である。本実施の形態１では、この装置状態判別システムを、ある工程に３台の処理装置１，２，３が設置されている製造プロセスに適用した場合について説明する。
【００２８】
すなわち、この装置状態判別システムは、各処理装置１，２，３から出力される観測信号１１，２１，３１同士の差分情報を生成する比較器４１，４２，４３からなる差分情報生成手段４と、この差分情報生成手段４で生成された複数の差分情報を総合的に判断することにより各処理装置１，２，３の状態を判別する論理積回路（以下、「ＡＮＤ回路」という。）５１，５２，５３からなる状態判別手段５とを備えている。
【００２９】
比較器４１，４２，４３は、任意の２つの観測信号を相互比較し、その偏差が予め設定された値ε１，ε２，ε３に達すると信号を出力する。具体的には、比較器４１は、処理装置１の観測信号１１と処理装置２の観測信号２１とを相互比較しており、そのいずれかの観測信号１１または２１に変化が生じた場合に信号を出力する。同様に、比較器４２は、処理装置２の観測信号２１と処理装置３の観測信号３１のどちらかに変化が生じた場合に信号を出力し、比較器４３は、処理装置１の観測信号１１と処理装置３の観測信号３１のどちらかに変化が生じた場合に信号を出力する。
【００３０】
ＡＮＤ回路５１，５２，５３は、比較器４１，４２，４３からの任意の２つの信号を入力として論理積をとり、その結果を異常信号として出力する。具体的には、ＡＮＤ回路５１は、比較器４１の信号出力と比較器４２の信号出力との論理積をとり、その結果を処理装置２の異常として出力する。また、ＡＮＤ回路５２は、比較器４２の信号出力と比較器４３の信号出力との論理積をとり、その結果を処理装置３の異常として出力する。また、また、ＡＮＤ回路５３は、比較器４１の信号出力と比較器４３の信号出力との論理積をとり、その結果を処理装置１の異常として出力する。
【００３１】
例えば、比較器１と比較器２の信号が共に出力された場合を考えると、ＡＮＤ回路５１から処理装置２の異常が出力されるので、処理装置２の観測信号２１に異常が発生したものと特定できる。
【００３２】
また、処理装置２が正常な観測信号２１を出力をしているにも係わらず、例えばノイズなどの外部要因により、比較器４１で処理装置１と処理装置２との差分情報がε１を超えて信号が出力された場合でも、処理装置２と処理装置３との差分情報が正常（ε２以下）であれば、比較器４２からは信号が出力されず、従ってＡＮＤ回路５１の出力もＬレベルのままとなる。よって、この場合には処理装置２を正常とみなすことができる。
【００３３】
図２は、処理装置１，２，３から各々出力される観測信号１１，２１，３１の経時変化の一例を示したものである。各処理装置１，２，３は、単独装置としては±３σの管理範囲で管理され、３σを超えると警告を出すように設定されているものとする。
【００３４】
図２より、単独の状態では全て正常範囲といえるが、情報信号２１のみ、出力低下の傾向が見える。この状態で、製造されたデバイスの特性を調べた場合、処理装置の機差として特性ばらつきを生む要因となる。
【００３５】
一方、図１に示した装置状態判別システムによれば、観測信号１１，２１，３１間で相互監視系を組んでいるため、そのうちの１つのみが異な挙動を示した場合に、容易に発見することができる。
【００３６】
図２に示す観測信号１１，２１，３１に適用して説明すると、出力偏差の許容値ε１，ε２，ε３がいずれも３σのとき、時刻１５以降は、
｜１１−２１｜≧３σ、かつ｜２１−３１｜≧３σ
がともに観測されるから、処理装置２の異常を早期に発見することができる。
【００３７】
なお、図１で示した複数の処理装置１，２，３は、加工機などの生産設備でもよいし、被加工物の状態を検査する検査機であってもよい。また、処理装置から出力される情報は、物理的なアナログ信号であってもよいし、任意のサンプリング周期で取得された離散的なデータであってもよい。さらに、差分信号を生成する手段として、図１に示すような比較器なるハードウェアを用いることもできるが、アナログ情報をＡ／Ｄ変換してコンピュータに数値情報として取り込み、コンピュータの演算で差分情報を作成してもよい。
【００３８】
上記したように、複数の観測信号の相互監視系を構成することで、処理装置の異常状態を早期に発見することができるが、観測信号にノイズやゆらぎなどの誤差が重畳されている場合、これらの信号を直接利用すると、実際は異常でないのに警告を発する恐れがある。そこで、観測した信号成分のうち、高周波の成分を除去したり、移動平均をとったり、スムージング処理を施すなどのノイズ除去を施した上で差分信号をとれば、異常診断の信頼度はさらに向上する。
【００３９】
次に、ノイズ除去のフィルタリング手段について説明する。
【００４０】
プロセスを表す変数をｘ、ノイズ成分をｗとしたとき、観測される信号ｙは、ｙ＝ｃｘ＋ｗで表される。ここで、ｃは、プロセスの物理量ｘから測定量ｙへの変換係数である。ｙに離散ＦＦＴを施して周波数領域で信号成分とノイズ成分とを分離し、逆ＦＦＴ変換を施すことで、ノイズ成分をカットした信号を得ることができる。
【００４１】
ノイズ成分が周波数としての特徴を含まずランダムな場合は、カルマンフィルターに代表される統計的フィルタリング手法により、実時間領域で観測値と実測値の誤差の２乗を最小にすることで、観測ノイズｗとプロセスｘ自体のゆらぎの影響を除いた信号を抽出すればよい。ノイズを含んだ観測値ｙからカルマンフィルターを用いてプロセス状態ｘを推定した例を、図３に示す。
【００４２】
ところで、制御対象としたいプロセス情報を直接計測できない場合、関連すると思われる１つ以上の複数の２次情報を用いてプロセスの状態を推定した情報を作り、推定した信号同士の差分情報を用いて処理装置の異常状態を判別することが可能である。
【００４３】
図４は、ｘ０からｘ４までの５つの計測可能な信号と、処理後の特性値ｙとの相関を調べた例である。図４では、ｙとｘ０，ｙとｘ１，ｙとｘ２，ｙとｘ３，ｙとｘ４の個々の相関を、図５では、ｙとｘ０，ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４とを、
ｙ＝ａ０・ｘ０＋ａ１・ｘ１＋ａ２・ｘ２＋ａ３・ｘ３＋ａ４・ｘ４＋ｗ
のように線形多重回帰式で結びつけた場合を比較して示している。
【００４４】
このように、直接計測できない物理量であっても、計測できる複数の情報と関係付けることにより、その状態を推定することが可能となる。
【００４５】
また、複数の観測信号の場合も、ｘ０，ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４に個々に含まれるゆらぎと、観測ノイズｗの影響を受けて、推定値の精度が悪化する恐れがある。この場合、多重回帰で得られた偏回帰係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を逐次補正し、特性値ｙと予測値ａ０・ｘ０＋ａ１・ｘ１＋ａ２・ｘ２＋ａ３・ｘ３＋ａ４・ｘ４＋ｗとの誤差の２乗が最小となるような統計的フィルタリングにより、ノイズやゆらぎの影響を抑えた信号抽出が可能となる。
【００４６】
すなわち、図６に示すように、図示しない３台の処理装置からそれぞれ５種類の観測信号ｘａ０〜ｘａ４、ｘｂ０〜ｘｂ４、ｘｃ０〜ｘｃ４が観測され、相関分析を行う相関演算手段Ａ，Ｂ，Ｃにより特性値ｙと関係付けられて偏回帰係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４が求められる。この偏回帰係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４は、新たなサンプリングデータが取得される毎にフィルター演算部Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃで計算され、図７に示すように、時間とともに修正させる。このように、動的に予測モデルを修正することで、直接計測できないプロセスの変動を抑えることができ、より信頼性の高い異常判別が可能となる。この後、各フィルター演算部Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃから出力される信号ｙａ′，ｙｂ′，ｙｃ′を差分情報生成手段４′の各比較器４１′，４２′，４３′に入力して各信号ｙａ′，ｙｂ′，ｙｃ′同士の差分情報を生成し、状態判別手段５の各ＡＮＤ回路５１，５２，５３に入力して、装置の異常を判別する。
【００４７】
図８は、本発明の実施の形態２に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図であり、図９及び図１０は、本発明の実施の形態３に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図である。
【００４８】
本実施の形態２及び実施の形態３の装置状態判別システムは、２台の処理装置１ａ，２ａの情報信号１１ａ，２１ａと、この２台の処理装置１ａ，２ａが共通に参照する基準信号３１ａとを組み合わせているが、ここでは、図８に示す実施の形態２の装置状態判別システムを参照して、情報信号１１ａ，２１ａと基準信号３１ａとの組み合わせを説明する。この組み合わせは、図９及び図１０に示す実施の形態３の装置状態判別システムも同じである。
【００４９】
すなわち、差分情報生成手段４Ａを構成する比較器４１Ａは、処理装置１ａの観測信号１１ａと基準信号３１ａとを相互比較しており、観測信号１１ａに変化が生じた場合に信号を出力する。また、差分情報生成手段４Ａを構成する比較器４２Ａは、処理装置１ａの観測信号１１ａと処理装置２ａの観測信号２１ａとを相互比較しており、そのいずれかの観測信号１１ａまたは２１ａに変化が生じた場合に信号を出力する。また、差分情報生成手段４Ａを構成する比較器４３Ａは、処理装置２ａの観測信号２１ａと基準信号３１ａとを相互比較しており、観測信号２１ａに変化が生じた場合に信号を出力する。
【００５０】
また、状態判別手段５Ａを構成する２つのＡＮＤ回路５１Ａ，５２Ａは、比較器４１Ａ，４２Ａ，４３Ａからの任意の２つの信号を入力として論理積をとり、その結果を異常信号として出力する。具体的には、ＡＮＤ回路５１Ａは、比較器４１Ａの信号出力と比較器４２Ａの信号出力との論理積をとり、その結果を処理装置１ａの異常として出力する。また、ＡＮＤ回路５２Ａは、比較器４２Ａの信号出力と比較器４３Ａの信号出力との論理積をとり、その結果を処理装置２Ａの異常として出力する。
【００５１】
一方、図９及び図１０に示す実施の形態２の装置状態判別システムでは、状態判別手段５Ｂ〜５Ｅを、ＡＮＤ回路や論理和回路（以下「ＯＲ回路」という。）や否定回路（以下「ＮＯＴ回路」という。）などの複数のロジックを組み合せた構成としている。ただし、どのようなロジックを組み合わせるかは、処理装置１ａ，２ａや比較器４Ｂ〜４Ｅの故障率や、処理装置１ａ，２ａの定期点検の間隔などの条件によって政策的に決めることができる。
【００５２】
例えば、処理装置１ａ，２ａの定期点検の間隔が短い場合には、点検によって異常を発見できる可能性が高いため、誤動作による警告誤りを防ぐべきである。従って、処理装置１ａの異常判別論理としては、図９（ａ），（ｂ）に示すように、状態判別手段５Ｂ，５Ｃの最終段のロジックをＡＮＤ回路で結合することで、誤動作による警告誤りの防止に重点を置いた状態判別が可能となる。一方、処理装置１ａ，２ａの定期点検が長い場合には、点検と点検との合間に異常が発生するリスクが増加するため、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、最終段のロジックをＯＲ回路で結合することで、より感度の高い判定となり、異常を見逃すリスクを減らすことができる。
【００５３】
以上説明したように、本発明の装置状態判別システムは、同種の複数の観測信号で相互監視系を構成する点に特徴を有しているが、このように相互監視系を構成することの利点について、ここで簡単に説明しておく。
【００５４】
処理装置個々に異常判定を行う場合、判定の感度を上げるには基準値からの許容偏差εを小さくすればよいが、許容偏差εを小さくすると、ますますノイズに敏感になり、警告を多発するという問題が発生する。これに対し、本発明のように同種の複数の観測信号で相互監視系を構成すると、相互監視により他の処理装置との傾向の差を検出できるため、いたずらに許容偏差を小さくしなくても、異常な傾向を早期に発見できることになる。
【００５５】
例えば、図２に示す例で説明すると、従来のように処理装置個々に異常判定を行った場合、時間と共に上昇傾向にある情報信号１１，３１と、下降傾向にある情報信号２１とを判別することができないが、本発明によればこのような傾向の違いも判別可能であり、処理装置の機差による特性の違いを予測できることになる。これにより、単に異常な処理装置を停止するに留まらず、傾向の異なる処理装置で処理された基板に対して、以降の工程で特性の相殺ないしは修正を行うような機会を与えることもできる。
【００５６】
すなわち、本発明の装置状態判別システムによれば、ノイズに強く、感度の高い判別が可能となり、以降の工程におけるリカバリの機会を与えることも可能となるといった利点がある。
【００５７】
次に、上記構成の装置状態判別システムを利用した製造プロセス安定化システムについて説明する。
【００５８】
図１１は、工程Ａで３台の処理装置Ａ１，Ａ２，Ａ３を用い、工程Ｂで２台の処理装置Ｂ１，Ｂ２を用い、検査工程Ｋで３台の検査装置Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を用いる製造プロセスを示している。
【００５９】
このような製造プロセスにおいて、Ｗ１１〜Ｗ１２までの被処理物が時刻ｔ１に処理装置Ａ１，Ａ２，Ａ３に送られて処理され、その後時刻ｔ２に処理装置Ｂ１，Ｂ２に送られて処理され、時刻ｔ３以降に検査装置Ｋ１〜Ｋ３で並列に処理されるものとする。また、図示しない工程検査システムは、図１２に示すような検査結果を、図示しないＣＩＭや各検査装置Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３から取得して格納している。
【００６０】
ここで、仮に本発明の装置状態判別システムがない場合、最終工程の払い出し検査で、特性値ＹＬ１−５、ＹＬ１−６に不良が観測された場合、それまでの装置の使用履歴パターンを調べ、その結果、処理装置Ａ２と処理装置Ｂ１を経た場合に異常が生じていると認められた段階で、処理装置Ａ２とＢ１の状態を調べ、これらの装置の使用を一時的に使用不可とするとともに、この装置で処理したウェハーの出荷を中止するなどの措置を講じることになる。
【００６１】
図１３は、本発明の製造プロセス安定化システムの構成を示すブロック図である。
【００６２】
本発明の製造プロセス安定化システムは、大別すると、上記構成の装置状態判別システム１０１、工程情報管理システム１０２、データ相関演算システム１０３から構成されている。
【００６３】
装置状態判別システム１０１は、上記したように、複数の処理装置Ａ１，Ａ２，Ａ３からの観測信号（または、観測信号と基準信号）に基づいて処理装置Ａ１，Ａ２，Ａ３の異常状態を判別するシステムである。
【００６４】
工程情報管理システム１０２は、各処理装置Ａ１，Ａ２，Ａ３の製造条件を収集管理している製造条件管理データＭと、検査装置Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３から取得した検査データＸと、製造工程下流の特性検査で計測された特性データＹなどのデータを管理しているシステムである。
【００６５】
データ相関演算システム１０３は、工程情報管理システム１０２からの情報をもとに、特性データＹと製造条件Ｍ及び検査データＸとの相関を分析し、製造プロセスに異常が発生した場合に、その要因を抽出するシステムである。ここに、製造条件管理データＭとは、各処理装置Ａ１，Ａ２，Ａ３のレシピ情報や、製造ロットや基板がどの装置を経たのかの履歴情報を含んでいる。
【００６６】
上記構成において、本発明では、装置状態判別システム１０１の情報を、データ相関演算システム１０３に送ることにより、工程の早い段階で装置起因の異常を取り除くことができ、装置異常以外の要因で発生する工程不良や特性ばらつきに対して、精度の良い原因同定が可能となる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の処理装置を用いた製造プロセスにおいて、同種の複数の信号で相互監視系を構成することにより、異常な装置を早期に正確に特定することが可能となる。これにより、工程の上流段階で装置起因の不良を防止することができるとともに、作業員が装置を監視する際の負担を軽減することができる。また、製造工程全体の不良解析を行うデータ相関演算システムと装置状態判別システムとを同期連携させることにより、設備に起因する要因を除外した情報で製造プロセスの問題抽出を精度良く実行することができるので、製造プロセスの安定化が実現でき、装置の安定稼動と製造した製品の歩留り向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図である。
【図２】処理装置から観測される情報の時系列変化を示すグラフである。
【図３】ノイズを含んだ時系列観測情報と、ノイズを取り除いた時系列情報とを対比して示すグラフである。
【図４】複数の観測情報に対して、特性値との相関と時間的推移を調べたグラフである。
【図５】複数の観測情報に対して、多重回帰で特性値ｙと関係付けた相関グラフ、及び当該多重回帰モデルを用い、特性値ｙの時間的推移を実測値との比較で表したグラフである。
【図６】処理装置と差分情報生成手段との間に相関演算手段とフィルター演算部とを設けた論理構成を示すブロック図である。
【図７】回帰モデルの偏回帰係数を時間とともに動的に変更した場合を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図であり、ＡＮＤ回路やＯＲ回路やＮＯＴ回路といった複数のロジックを組み合わせた一例を示している。
【図１０】本発明の実施の形態３に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図であり、ＡＮＤ回路やＯＲ回路やＮＯＴ回路といった複数のロジックを組み合わせた他の例を示している。
【図１１】複数の処理装置や検査装置からなる製造プロセスの流れを示す説明図である。
【図１２】工程情報管理システムで管理しているデータの一例を示す説明図である。
【図１３】装置状態判別システムと工程情報管理システムとを組み合わせた製造プロセス安定化システムの構成図である。
【符号の説明】
１，２，３，１ａ，２ａ，３ａ 処理装置
１１，２１，３１，１１ａ，２１ａ，３２ａ 情報信号
４，４′，４Ａ〜４Ｅ 差分情報生成手段
４１，４２，４３，４１′，４２′，４３′ 比較器
４１Ａ〜４１Ｅ，４２Ａ〜４２Ｅ，４３Ａ〜４３Ｅ 比較器
５ 状態判別手段
５１，５２，５３ 論理回路
１０１ 装置状態判別システム
１０２ 工程情報管理システム
１０３ データ相関演算システム
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体などのデバイス製造工場における生産システムに係り、特に製造設備から収集した設備モニター信号や、検査装置から収集された計測データから装置変動やプロセス変動を常時監視し、変動が認められた際に装置やプロセスの状態を修正することで、高品質の生産を実現するための製造プロセスにおける装置状態判別システム及び製造プロセス安定化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスは、多くの製造装置、工程が関わっており、製造プロセスの安定稼働は重要な課題である。
【０００３】
ところが、製造中に、製造設備や検査装置の劣化や異常、プロセスのゆらぎ、ごみなどの異物に起因した不良などが発生すると、製品の歩留まり低下を招くことになる。これらの不具合を取り除くため、製造プロセスにおいては、工程の各所に装置の状態を監視・制御する設備を設けたり、異物検査機で異物の有無を検査する検査工程を配したりすることで、不良デバイスを後続の工程に流さないようにしている。
【０００４】
例えば、製造ラインから収集した製品検査データや設備作業データの傾向変動を常時監視し、それらの異常の有無について評価し、警告または対策を施して、品質ばらつきの縮小と大量不良の発生を防止して製品の歩留まり向上を図る生産管理計算システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、製造装置からの実績データと、検査装置からの検査結果との因果関係を求めてプロセスパラメータを調整することでばらつきを圧縮し、所望の目標値を達成する半導体製造プロセス安定化支援システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−５０９４９号公報
【特許文献２】
特開２０００−２５２１７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
装置の出力をモニターする信号の正常範囲は、上限管理水準（Ｕｐｐｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｉｍｉｔ ）と下限管理水準（Ｌｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｉｍｉｔ ）の間で管理される。
【０００８】
しかしながら、生産システムが通常の管理範囲を超えた出力を観測し、異常の警告信号を出した場合においても、警告信号を１００％信用して装置を停止することは希であり、装置担当者が装置の状態をチェックして詳しく異常の有無を点検し、異常であれば一時停止、正常であれば継続運転の判断を下す場合が多い。
【０００９】
なぜならば、装置本体に異常がなくても、センサーの故障やノイズ混入の影響などの異常で誤報を出す場合があるからである。
【００１０】
異常を放置して不良を多発するリスクと誤報を信用して生産ラインを停止した場合のリスクは背中合わせであり、このような判断は作業員の負担が大きい。この負担は、装置の数が増えるほど増加していく。
【００１１】
また、生産装置の出力信号が正常範囲内にあっても、プロセスの状態変化やゆらぎにより、その出力が傾向を持って推移したり、ある周期で変動する場合が生じる。この場合、製造されたデバイスの特性はかかるプロセスの変化の影響を受け、ばらつくことになる。
【００１２】
したがって、同一環境、同一条件で処理される同一ロットのデバイスであっても、複数の処理装置で処理されたデバイスの場合、同じ処理条件にもかかわらず特性がばらつく結果となる。この場合、工程の上流でプロセスの異常に対して対処できなかった場合は、最終的に下流の工程の検査で良品／不良品が判定され、その時点で異常が判明することとなる。
【００１３】
例えば、不良が多発するデバイスが、どの工程のどの装置を経たのかの履歴情報を集め、号機別、ロット別の推移情報に編集して、どの工程のどの装置に特異な問題があるかを判断する。そして、実際に異常の有無を確認した上で、問題がある工程、装置を一時停止する措置をとることになる。しかし、下流の工程に行くほど、上流工程のゆらぎが重畳された複合情報を含むため、データベースの検索や抽出、統計的に因果関係を推定する計算手法や分析技術などをもってしても、これらのデータから、問題となっているゆらぎの要因を断定的に特定することは困難である。
【００１４】
装置異常に起因する大量の不良は大きな損失を招くため、できるだけ上流の工程で正確に異常を検出する必要がある。特に、タクトのかかる工程は、複数の装置を利用して時間短縮を図るボトルネック工程と言えるが、この重要工程で発生する異常を早期に発見して装置起因の要因を取り除くことは、ボトルネック工程のダウンによる稼働率の低下を防ぐと同時に、ボトルネック工程以外の要因で特性ばらつきが生じている場合の原因工程を突き止める精度を向上させる。
【００１５】
本発明は、複数の処理装置を用いた製造プロセスにおいて、複数であるが故に増大する制御の困難性を、複数であるが故に構成できる手段を活用して解決することができる点に着目したものであり、その第１の目的は、同種の複数の信号で相互監視系を構成することにより、異常な装置を正確に特定することのできる装置状態判別システムを提供することにある。また、第２の目的は、製造工程全体の不良解析を行うデータ相関演算システムと装置状態判別システムとを同期連携させることにより、設備起因の要因を除外した情報で製造プロセスの問題抽出を精度良く実行させることのできる製造プロセス安定化システムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の装置状態判別システムは、同一工程に複数の処理装置を配備した製造プロセスに適用される。すなわち、各処理装置から出力される観測信号同士の差分情報を生成する差分情報生成手段と、この差分情報生成手段で生成された複数の差分情報を総合的に判断することにより各処理装置の状態を判別する状態判別手段とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
このように、同種の複数の観測信号で相互監視系を構成することにより、１つの処理装置の状態の判別（具体的には、異常の判断）を、複数の観測信号を利用して判別できるので、ノイズに強い判別が可能となる。具体的には、例えばノイズなどの外部要因により、処理装置２が正常な出力をしているにも係わらず、状態判別手段で処理装置１と処理装置２との差分情報に誤りが発生した場合でも、処理装置２と処理装置３との差分情報が正常であれば、処理装置２を正常とみなすことができる。従って、ノイズに強く信頼性の高い状態判別が可能になるとともに、異常な装置を早期に正確に特定することが可能となる。情報理論的な見地から見れば、冗長な情報を利用することで誤り訂正の機能を備えることができる。これにより、工程の上流段階で装置起因の不良を防止することができるとともに、作業員が装置を監視する際の負担を軽減することができる。
【００１８】
また、前記観測信号が直接制御したい物理情報である場合、ノイズ成分が含まれている可能性があるため、本発明では、差分をとる前に観測信号からノイズ成分を取り除いておくものとする。
【００１９】
また、前記観測信号が直接制御したい情報とは異なるが、制御対象と関連性のある１つ以上の観測情報である場合には、前記処理装置から出力されるこれら複数の観測情報と制御したい情報との相関分析を行う相関演算手段をさらに備えた構成としてもよい。そして、この相関演算手段から総合的に推定される情報を、制御対象の状態を表す観測信号とみなして前記差分情報生成手段に出力する。このように、観測信号が直接計測できない物理量であっても、計測できる複数の観測情報を関係付けることにより、その状態を推定することが可能となる。
【００２０】
また、前記観測情報または前記相関演算手段で相関分析した後の推定情報に対してフィルタ処理を施すフィルタ演算手段をさらに備えた構成としてもよい。そして、このフィルタ演算手段にてフィルタ処理された推定情報を前記差分情報生成手段に出力する。このように、フィルタ演算手段にてフィルタ処理を行うことにより、ノイズやゆらきの影響を抑えた信号抽出が可能となる。
【００２１】
また、本発明の装置状態判別システムは、同一工程に複数の処理装置を配備した製造プロセスにおいて、 各処理装置から出力される観測信号同士の差分情報及び前記観測信号と基準信号との差分情報を生成する差分情報生成手段と、この差分情報生成手段で生成された双方の差分情報を組み合わせて総合的に判断することにより各処理装置の状態を判別する状態判別手段とを備えたことを特徴としている。
【００２２】
このように、観測信号同士の差分情報と、観測信号と基準信号との差分情報との双方の差分情報を組み合わせて利用することにより、ノイズに強く、精度の高い判別が可能になるとともに、異常な装置を早期に正確に特定することが可能となる。情報理論的な見地から見れば、冗長な情報を利用することで誤り訂正の機能を備えることができる。これにより、工程の上流段階で装置起因の不良を防止することができるとともに、作業員が装置を監視する際の負担を軽減することができる。
【００２３】
この場合、前記状態判別手段は、論理和回路、論理積回路、否定回路などの複数のロジックの組み合わせにより各処理装置の状態を判別することを特徴としている。具体的には、前記処理装置の点検期間が短い場合には、最終段のロジックを論理積回路で結合し、前記処理装置の点検期間が長い場合には、最終段のロジックを論理和回路で結合する。すなわち、処理装置の点検期間が短い場合には、点検によって異常を発見できる可能性が高いため、論理積をとることで、誤動作による警告誤りの防止に重点を置いた状態判別が可能となる。また、処理装置の点検期間が長い場合には、点検と点検との合間に異常が発生するリスクが増加するため、論理和をとることで、異常を見逃すリスクを減らすことに重点を置いた状態判別が可能となる。
【００２４】
また、本発明の製造プロセス安定化システムは、複数の処理装置や検査装置で処理され、最終的に払い出し工程へと送られる製造プロセスに適用されるものであって、上記各構成の装置状態判別システムと、前記複数の処理装置の製造条件を収集管理している製造条件管理データ、前記検査装置から取得した検査データ及び製造工程下流の特性検査で計測された特性データなどのデータを管理している工程情報管理システムと、前記工程情報管理システムで管理されている各種データに基づいて相関を分析し、製造プロセスに異常が発生した場合にその要因を抽出するデータ相関演算システムとを備えている。そして、前記データ相関演算システムは、前記装置状態判別システムで判別された装置異常情報を取得して、複数の異常要因を含んだ下流の工程情報から装置に起因する要因を除くことを特徴としている。
【００２５】
このように、製造工程全体の不良解析を行うデータ相関演算システムと装置状態判別システムとを同期連携させ、設備起因の要因を除外した情報で製造プロセスの問題抽出を精度良く実行することができるので、製造プロセスの安定化が実現でき、装置の安定稼動と製造した製品の歩留り向上を達成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態１に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図である。本実施の形態１では、この装置状態判別システムを、ある工程に３台の処理装置１，２，３が設置されている製造プロセスに適用した場合について説明する。
【００２８】
すなわち、この装置状態判別システムは、各処理装置１，２，３から出力される観測信号１１，２１，３１同士の差分情報を生成する比較器４１，４２，４３からなる差分情報生成手段４と、この差分情報生成手段４で生成された複数の差分情報を総合的に判断することにより各処理装置１，２，３の状態を判別する論理積回路（以下、「ＡＮＤ回路」という。）５１，５２，５３からなる状態判別手段５とを備えている。
【００２９】
比較器４１，４２，４３は、任意の２つの観測信号を相互比較し、その偏差が予め設定された値ε１，ε２，ε３に達すると信号を出力する。具体的には、比較器４１は、処理装置１の観測信号１１と処理装置２の観測信号２１とを相互比較しており、そのいずれかの観測信号１１または２１に変化が生じた場合に信号を出力する。同様に、比較器４２は、処理装置２の観測信号２１と処理装置３の観測信号３１のどちらかに変化が生じた場合に信号を出力し、比較器４３は、処理装置１の観測信号１１と処理装置３の観測信号３１のどちらかに変化が生じた場合に信号を出力する。
【００３０】
ＡＮＤ回路５１，５２，５３は、比較器４１，４２，４３からの任意の２つの信号を入力として論理積をとり、その結果を異常信号として出力する。具体的には、ＡＮＤ回路５１は、比較器４１の信号出力と比較器４２の信号出力との論理積をとり、その結果を処理装置２の異常として出力する。また、ＡＮＤ回路５２は、比較器４２の信号出力と比較器４３の信号出力との論理積をとり、その結果を処理装置３の異常として出力する。また、また、ＡＮＤ回路５３は、比較器４１の信号出力と比較器４３の信号出力との論理積をとり、その結果を処理装置１の異常として出力する。
【００３１】
例えば、比較器１と比較器２の信号が共に出力された場合を考えると、ＡＮＤ回路５１から処理装置２の異常が出力されるので、処理装置２の観測信号２１に異常が発生したものと特定できる。
【００３２】
また、処理装置２が正常な観測信号２１を出力をしているにも係わらず、例えばノイズなどの外部要因により、比較器４１で処理装置１と処理装置２との差分情報がε１を超えて信号が出力された場合でも、処理装置２と処理装置３との差分情報が正常（ε２以下）であれば、比較器４２からは信号が出力されず、従ってＡＮＤ回路５１の出力もＬレベルのままとなる。よって、この場合には処理装置２を正常とみなすことができる。
【００３３】
図２は、処理装置１，２，３から各々出力される観測信号１１，２１，３１の経時変化の一例を示したものである。各処理装置１，２，３は、単独装置としては±３σの管理範囲で管理され、３σを超えると警告を出すように設定されているものとする。
【００３４】
図２より、単独の状態では全て正常範囲といえるが、情報信号２１のみ、出力低下の傾向が見える。この状態で、製造されたデバイスの特性を調べた場合、処理装置の機差として特性ばらつきを生む要因となる。
【００３５】
一方、図１に示した装置状態判別システムによれば、観測信号１１，２１，３１間で相互監視系を組んでいるため、そのうちの１つのみが異な挙動を示した場合に、容易に発見することができる。
【００３６】
図２に示す観測信号１１，２１，３１に適用して説明すると、出力偏差の許容値ε１，ε２，ε３がいずれも３σのとき、時刻１５以降は、
｜１１−２１｜≧３σ、かつ｜２１−３１｜≧３σ
がともに観測されるから、処理装置２の異常を早期に発見することができる。
【００３７】
なお、図１で示した複数の処理装置１，２，３は、加工機などの生産設備でもよいし、被加工物の状態を検査する検査機であってもよい。また、処理装置から出力される情報は、物理的なアナログ信号であってもよいし、任意のサンプリング周期で取得された離散的なデータであってもよい。さらに、差分信号を生成する手段として、図１に示すような比較器なるハードウェアを用いることもできるが、アナログ情報をＡ／Ｄ変換してコンピュータに数値情報として取り込み、コンピュータの演算で差分情報を作成してもよい。
【００３８】
上記したように、複数の観測信号の相互監視系を構成することで、処理装置の異常状態を早期に発見することができるが、観測信号にノイズやゆらぎなどの誤差が重畳されている場合、これらの信号を直接利用すると、実際は異常でないのに警告を発する恐れがある。そこで、観測した信号成分のうち、高周波の成分を除去したり、移動平均をとったり、スムージング処理を施すなどのノイズ除去を施した上で差分信号をとれば、異常診断の信頼度はさらに向上する。
【００３９】
次に、ノイズ除去のフィルタリング手段について説明する。
【００４０】
プロセスを表す変数をｘ、ノイズ成分をｗとしたとき、観測される信号ｙは、ｙ＝ｃｘ＋ｗで表される。ここで、ｃは、プロセスの物理量ｘから測定量ｙへの変換係数である。ｙに離散ＦＦＴを施して周波数領域で信号成分とノイズ成分とを分離し、逆ＦＦＴ変換を施すことで、ノイズ成分をカットした信号を得ることができる。
【００４１】
ノイズ成分が周波数としての特徴を含まずランダムな場合は、カルマンフィルターに代表される統計的フィルタリング手法により、実時間領域で観測値と実測値の誤差の２乗を最小にすることで、観測ノイズｗとプロセスｘ自体のゆらぎの影響を除いた信号を抽出すればよい。ノイズを含んだ観測値ｙからカルマンフィルターを用いてプロセス状態ｘを推定した例を、図３に示す。
【００４２】
ところで、制御対象としたいプロセス情報を直接計測できない場合、関連すると思われる１つ以上の複数の２次情報を用いてプロセスの状態を推定した情報を作り、推定した信号同士の差分情報を用いて処理装置の異常状態を判別することが可能である。
【００４３】
図４は、ｘ０からｘ４までの５つの計測可能な信号と、処理後の特性値ｙとの相関を調べた例である。図４では、ｙとｘ０，ｙとｘ１，ｙとｘ２，ｙとｘ３，ｙとｘ４の個々の相関を、図５では、ｙとｘ０，ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４とを、
ｙ＝ａ０・ｘ０＋ａ１・ｘ１＋ａ２・ｘ２＋ａ３・ｘ３＋ａ４・ｘ４＋ｗ
のように線形多重回帰式で結びつけた場合を比較して示している。
【００４４】
このように、直接計測できない物理量であっても、計測できる複数の情報と関係付けることにより、その状態を推定することが可能となる。
【００４５】
また、複数の観測信号の場合も、ｘ０，ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４に個々に含まれるゆらぎと、観測ノイズｗの影響を受けて、推定値の精度が悪化する恐れがある。この場合、多重回帰で得られた偏回帰係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を逐次補正し、特性値ｙと予測値ａ０・ｘ０＋ａ１・ｘ１＋ａ２・ｘ２＋ａ３・ｘ３＋ａ４・ｘ４＋ｗとの誤差の２乗が最小となるような統計的フィルタリングにより、ノイズやゆらぎの影響を抑えた信号抽出が可能となる。
【００４６】
すなわち、図６に示すように、図示しない３台の処理装置からそれぞれ５種類の観測信号ｘａ０〜ｘａ４、ｘｂ０〜ｘｂ４、ｘｃ０〜ｘｃ４が観測され、相関分析を行う相関演算手段Ａ，Ｂ，Ｃにより特性値ｙと関係付けられて偏回帰係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４が求められる。この偏回帰係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４は、新たなサンプリングデータが取得される毎にフィルター演算部Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃで計算され、図７に示すように、時間とともに修正させる。このように、動的に予測モデルを修正することで、直接計測できないプロセスの変動を抑えることができ、より信頼性の高い異常判別が可能となる。この後、各フィルター演算部Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃから出力される信号ｙａ′，ｙｂ′，ｙｃ′を差分情報生成手段４′の各比較器４１′，４２′，４３′に入力して各信号ｙａ′，ｙｂ′，ｙｃ′同士の差分情報を生成し、状態判別手段５の各ＡＮＤ回路５１，５２，５３に入力して、装置の異常を判別する。
【００４７】
図８は、本発明の実施の形態２に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図であり、図９及び図１０は、本発明の実施の形態３に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図である。
【００４８】
本実施の形態２及び実施の形態３の装置状態判別システムは、２台の処理装置１ａ，２ａの情報信号１１ａ，２１ａと、この２台の処理装置１ａ，２ａが共通に参照する基準信号３１ａとを組み合わせているが、ここでは、図８に示す実施の形態２の装置状態判別システムを参照して、情報信号１１ａ，２１ａと基準信号３１ａとの組み合わせを説明する。この組み合わせは、図９及び図１０に示す実施の形態３の装置状態判別システムも同じである。
【００４９】
すなわち、差分情報生成手段４Ａを構成する比較器４１Ａは、処理装置１ａの観測信号１１ａと基準信号３１ａとを相互比較しており、観測信号１１ａに変化が生じた場合に信号を出力する。また、差分情報生成手段４Ａを構成する比較器４２Ａは、処理装置１ａの観測信号１１ａと処理装置２ａの観測信号２１ａとを相互比較しており、そのいずれかの観測信号１１ａまたは２１ａに変化が生じた場合に信号を出力する。また、差分情報生成手段４Ａを構成する比較器４３Ａは、処理装置２ａの観測信号２１ａと基準信号３１ａとを相互比較しており、観測信号２１ａに変化が生じた場合に信号を出力する。
【００５０】
また、状態判別手段５Ａを構成する２つのＡＮＤ回路５１Ａ，５２Ａは、比較器４１Ａ，４２Ａ，４３Ａからの任意の２つの信号を入力として論理積をとり、その結果を異常信号として出力する。具体的には、ＡＮＤ回路５１Ａは、比較器４１Ａの信号出力と比較器４２Ａの信号出力との論理積をとり、その結果を処理装置１ａの異常として出力する。また、ＡＮＤ回路５２Ａは、比較器４２Ａの信号出力と比較器４３Ａの信号出力との論理積をとり、その結果を処理装置２Ａの異常として出力する。
【００５１】
一方、図９及び図１０に示す実施の形態２の装置状態判別システムでは、状態判別手段５Ｂ〜５Ｅを、ＡＮＤ回路や論理和回路（以下「ＯＲ回路」という。）や否定回路（以下「ＮＯＴ回路」という。）などの複数のロジックを組み合せた構成としている。ただし、どのようなロジックを組み合わせるかは、処理装置１ａ，２ａや比較器４Ｂ〜４Ｅの故障率や、処理装置１ａ，２ａの定期点検の間隔などの条件によって政策的に決めることができる。
【００５２】
例えば、処理装置１ａ，２ａの定期点検の間隔が短い場合には、点検によって異常を発見できる可能性が高いため、誤動作による警告誤りを防ぐべきである。従って、処理装置１ａの異常判別論理としては、図９（ａ），（ｂ）に示すように、状態判別手段５Ｂ，５Ｃの最終段のロジックをＡＮＤ回路で結合することで、誤動作による警告誤りの防止に重点を置いた状態判別が可能となる。一方、処理装置１ａ，２ａの定期点検が長い場合には、点検と点検との合間に異常が発生するリスクが増加するため、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、最終段のロジックをＯＲ回路で結合することで、より感度の高い判定となり、異常を見逃すリスクを減らすことができる。
【００５３】
以上説明したように、本発明の装置状態判別システムは、同種の複数の観測信号で相互監視系を構成する点に特徴を有しているが、このように相互監視系を構成することの利点について、ここで簡単に説明しておく。
【００５４】
処理装置個々に異常判定を行う場合、判定の感度を上げるには基準値からの許容偏差εを小さくすればよいが、許容偏差εを小さくすると、ますますノイズに敏感になり、警告を多発するという問題が発生する。これに対し、本発明のように同種の複数の観測信号で相互監視系を構成すると、相互監視により他の処理装置との傾向の差を検出できるため、いたずらに許容偏差を小さくしなくても、異常な傾向を早期に発見できることになる。
【００５５】
例えば、図２に示す例で説明すると、従来のように処理装置個々に異常判定を行った場合、時間と共に上昇傾向にある情報信号１１，３１と、下降傾向にある情報信号２１とを判別することができないが、本発明によればこのような傾向の違いも判別可能であり、処理装置の機差による特性の違いを予測できることになる。これにより、単に異常な処理装置を停止するに留まらず、傾向の異なる処理装置で処理された基板に対して、以降の工程で特性の相殺ないしは修正を行うような機会を与えることもできる。
【００５６】
すなわち、本発明の装置状態判別システムによれば、ノイズに強く、感度の高い判別が可能となり、以降の工程におけるリカバリの機会を与えることも可能となるといった利点がある。
【００５７】
次に、上記構成の装置状態判別システムを利用した製造プロセス安定化システムについて説明する。
【００５８】
図１１は、工程Ａで３台の処理装置Ａ１，Ａ２，Ａ３を用い、工程Ｂで２台の処理装置Ｂ１，Ｂ２を用い、検査工程Ｋで３台の検査装置Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を用いる製造プロセスを示している。
【００５９】
このような製造プロセスにおいて、Ｗ１１〜Ｗ１２までの被処理物が時刻ｔ１に処理装置Ａ１，Ａ２，Ａ３に送られて処理され、その後時刻ｔ２に処理装置Ｂ１，Ｂ２に送られて処理され、時刻ｔ３以降に検査装置Ｋ１〜Ｋ３で並列に処理されるものとする。また、図示しない工程検査システムは、図１２に示すような検査結果を、図示しないＣＩＭや各検査装置Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３から取得して格納している。
【００６０】
ここで、仮に本発明の装置状態判別システムがない場合、最終工程の払い出し検査で、特性値ＹＬ１−５、ＹＬ１−６に不良が観測された場合、それまでの装置の使用履歴パターンを調べ、その結果、処理装置Ａ２と処理装置Ｂ１を経た場合に異常が生じていると認められた段階で、処理装置Ａ２とＢ１の状態を調べ、これらの装置の使用を一時的に使用不可とするとともに、この装置で処理したウェハーの出荷を中止するなどの措置を講じることになる。
【００６１】
図１３は、本発明の製造プロセス安定化システムの構成を示すブロック図である。
【００６２】
本発明の製造プロセス安定化システムは、大別すると、上記構成の装置状態判別システム１０１、工程情報管理システム１０２、データ相関演算システム１０３から構成されている。
【００６３】
装置状態判別システム１０１は、上記したように、複数の処理装置Ａ１，Ａ２，Ａ３からの観測信号（または、観測信号と基準信号）に基づいて処理装置Ａ１，Ａ２，Ａ３の異常状態を判別するシステムである。
【００６４】
工程情報管理システム１０２は、各処理装置Ａ１，Ａ２，Ａ３の製造条件を収集管理している製造条件管理データＭと、検査装置Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３から取得した検査データＸと、製造工程下流の特性検査で計測された特性データＹなどのデータを管理しているシステムである。
【００６５】
データ相関演算システム１０３は、工程情報管理システム１０２からの情報をもとに、特性データＹと製造条件Ｍ及び検査データＸとの相関を分析し、製造プロセスに異常が発生した場合に、その要因を抽出するシステムである。ここに、製造条件管理データＭとは、各処理装置Ａ１，Ａ２，Ａ３のレシピ情報や、製造ロットや基板がどの装置を経たのかの履歴情報を含んでいる。
【００６６】
上記構成において、本発明では、装置状態判別システム１０１の情報を、データ相関演算システム１０３に送ることにより、工程の早い段階で装置起因の異常を取り除くことができ、装置異常以外の要因で発生する工程不良や特性ばらつきに対して、精度の良い原因同定が可能となる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の処理装置を用いた製造プロセスにおいて、同種の複数の信号で相互監視系を構成することにより、異常な装置を早期に正確に特定することが可能となる。これにより、工程の上流段階で装置起因の不良を防止することができるとともに、作業員が装置を監視する際の負担を軽減することができる。また、製造工程全体の不良解析を行うデータ相関演算システムと装置状態判別システムとを同期連携させることにより、設備に起因する要因を除外した情報で製造プロセスの問題抽出を精度良く実行することができるので、製造プロセスの安定化が実現でき、装置の安定稼動と製造した製品の歩留り向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図である。
【図２】処理装置から観測される情報の時系列変化を示すグラフである。
【図３】ノイズを含んだ時系列観測情報と、ノイズを取り除いた時系列情報とを対比して示すグラフである。
【図４】複数の観測情報に対して、特性値との相関と時間的推移を調べたグラフである。
【図５】複数の観測情報に対して、多重回帰で特性値ｙと関係付けた相関グラフ、及び当該多重回帰モデルを用い、特性値ｙの時間的推移を実測値との比較で表したグラフである。
【図６】処理装置と差分情報生成手段との間に相関演算手段とフィルター演算部とを設けた論理構成を示すブロック図である。
【図７】回帰モデルの偏回帰係数を時間とともに動的に変更した場合を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図であり、ＡＮＤ回路やＯＲ回路やＮＯＴ回路といった複数のロジックを組み合わせた一例を示している。
【図１０】本発明の実施の形態３に係わる装置状態判別システムの論理構成を示すブロック図であり、ＡＮＤ回路やＯＲ回路やＮＯＴ回路といった複数のロジックを組み合わせた他の例を示している。
【図１１】複数の処理装置や検査装置からなる製造プロセスの流れを示す説明図である。
【図１２】工程情報管理システムで管理しているデータの一例を示す説明図である。
【図１３】装置状態判別システムと工程情報管理システムとを組み合わせた製造プロセス安定化システムの構成図である。
【符号の説明】
１，２，３，１ａ，２ａ，３ａ 処理装置
１１，２１，３１，１１ａ，２１ａ，３２ａ 情報信号
４，４′，４Ａ〜４Ｅ 差分情報生成手段
４１，４２，４３，４１′，４２′，４３′ 比較器
４１Ａ〜４１Ｅ，４２Ａ〜４２Ｅ，４３Ａ〜４３Ｅ 比較器
５ 状態判別手段
５１，５２，５３ 論理回路
１０１ 装置状態判別システム
１０２ 工程情報管理システム
１０３ データ相関演算システム
Claims (8)
- 同一工程に複数の処理装置を配備した製造プロセスの装置状態判別システムであって、
各処理装置から出力される観測信号同士の差分情報を生成する差分情報生成手段と、
この差分情報生成手段で生成された複数の差分情報を総合的に判断することにより各処理装置の状態を判別する状態判別手段とを備えたことを特徴とする装置状態判別システム。 - 前記観測信号は、直接制御したい物理情報であって、差分をとる前にノイズ成分を取り除いた信号であることを特徴とする請求項１に記載の装置状態判別システム。
- 前記観測信号は、直接制御したい情報とは異なるが、制御対象と関連性のある１つ以上の観測情報であり、
前記処理装置から出力されるこれら複数の観測情報と制御したい情報との相関分析を行う相関演算手段をさらに備え、
この相関演算手段から総合的に推定される情報を、制御対象の状態を表す観測信号とみなして前記差分情報生成手段に出力することを特徴とする請求項１に記載の装置状態判別システム。 - 前記観測情報は、観測ノイズを含んだ離散的な逐次サンプリング情報であり、
この観測情報または前記相関演算手段で相関分析した後の推定情報に対してフィルタ処理を施すフィルタ演算手段をさらに備え、
このフィルタ演算手段にてフィルタ処理された推定情報を前記差分情報生成手段に出力することを特徴とする請求項３に記載の装置状態判別システム。 - 同一工程に複数の処理装置を配備した製造プロセスの装置状態判別システムであって、
各処理装置から出力される観測信号同士の差分情報及び前記観測信号と基準信号との差分情報を生成する差分情報生成手段と、
この差分情報生成手段で生成された双方の差分情報を組み合わせて総合的に判断することにより各処理装置の状態を判別する状態判別手段とを備えたことを特徴とする装置状態判別システム。 - 前記状態判別手段は、論理和回路、論理積回路、否定回路などの複数のロジックの組み合わせにより各処理装置の状態を判別することを特徴とする請求項５に記載の装置状態判別システム。
- 前記状態判別手段は、前記処理装置の点検期間が短い場合には、最終段のロジックを論理積回路で結合し、前記処理装置の点検期間が長い場合には、最終段のロジックを論理和回路で結合することを特徴とする請求項６に記載の装置状態判別システム。
- 複数の処理装置や検査装置で処理され、最終的に払い出し工程へと送られる製造プロセスの安定化システムであって、
前記請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の装置状態判別システムと、
前記複数の処理装置の製造条件を収集管理している製造条件管理データ、前記検査装置から取得した検査データ及び製造工程下流の特性検査で計測された特性データなどのデータを管理している工程情報管理システムと、
前記工程情報管理システムで管理されている各種データに基づいて相関を分析し、製造プロセスに異常が発生した場合にその要因を抽出するデータ相関演算システムとを備え、
前記データ相関演算システムは、前記装置状態判別システムで判別された装置異常情報を取得して、複数の異常要因を含んだ下流の工程情報から装置に起因する要因を除くことを特徴とする製造プロセス安定化システム。
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