JP2006252229A - 異常検出システムおよび異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の異常検出システムにおいては、実際には異常が生じていないにも関わらず、異常と判定されてしまう。
【解決手段】 異常検出システム１は、測定部１０、判定部２０、報知部３０、および記憶部４０，５０を備えており、同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出するものである。判定部２０は、記憶部４０に記憶された膜厚を入力し、その値に基づいて異常の有無を判定する判定手段である。具体的には、判定部２０は、製造される順番が連続するｍ（ｍは自然数）個の上記半導体製品について、当該各半導体製品の膜厚がその直前に製造される半導体製品の膜厚に対して増加し、且つ当該ｍ個の半導体製品の膜厚のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある場合に、異常を判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出する異常検出システムおよび異常検出方法に関する。

従来の異常検出システムとしては、例えば特許文献１に記載されたものがある。同文献の異常検出システムにおいては、図９に示すように、管理図管理と規格管理とが併用され、管理図管理におけるＬＣＬ（下方管理限界線）と規格管理における規格下限との間、およびＵＣＬ（上方管理限界線）と規格上限との間が警戒領域に設定されている。そして、管理特性値（同図においては膜厚）が警戒領域に入った場合には、管理対象製品の監視を強めるための特別な管理を促すべく、警報が鳴らされることが開示されている。

半導体製造ラインにおける工程管理では、管理特性値が製品規格から外れる前に異常を発見することを目的に、傾向判定が用いられることがある。傾向判定の一種である「連続上昇」と呼ばれる方法においては、管理特性値が何点か連続して上昇した場合には、異常検出システムにより異常と判定され、アラーム（警報）が鳴らされる。その点数は、例えばＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｚ９０２１）では６点と定められている。その場合、図１０に示すように、<６>（図中では丸囲み数字、以下同様）の管理特性値が警報の対象となる。この警報は、管理者が工程や製品等の調査を行い、異常の有無を調査、確認する契機となる。
特開２００１−６７１０９号公報

ところで、半導体の製造ラインにおいて用いられる製造装置の中には、ＣＶＤ装置、スパッタ装置あるいはドライエッチ装置等のように、ウエハの加工処理に伴って反応室内に副生成物が堆積するために、徐々に加工状態が変化するものもある。かかる装置の場合、正常な状態であっても、管理特性値が徐々に上昇する。それゆえ、上述の連続上昇の判定法を適用した場合、実際には異常が生じていないにも関わらず、異常と判定されてしまう。例えば、図１１の管理図に対して、連続で６点上昇したときに警報が鳴る異常検出システムを適用した場合、図中の<６>〜<１０>の全ての管理特性値に対して警報が鳴ることになる。しかしながら、この場合、実際には異常は発生していないため、不要な異常判定が行われたことになる。

また、装置や管理特性値によっては、正常な状態において、管理特性値が連続して徐々に下降する場合もある。この場合、連続下降の判定方法を用いると、上記同様、不要な異常判定が行われてしまう。

これに対して、不要な異常判定が行われるのを防ぐために、連続上昇（または連続下降）の判定を適用しない態様も考えられる。しかしながら、その場合、実際の異常に起因して連続上昇等が起こっている場合にも異常判定がなされないため、異常の発見が遅れてしまう。それでは、管理特性値がＵＣＬや規格上限を越えるのを効果的に予防することができない。例えば、図１２においては、<７>および<８>の管理特性値がＵＣＬを越えており、<９>および<１０>の管理特性値が規格上限を越えている。

本発明による異常検出システムは、同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出するシステムであって、上記製品について測定された上記管理特性値を記憶する記憶手段と、上記管理特性値を上記記憶手段から取得し、下記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるかどうかを判断し、
（ｉ）製造される順番が連続するｍ（ｍは自然数）個の上記製品について、当該各製品の上記管理特性値がその直前に製造される上記製品の上記管理特性値に対して増加している
（ｉｉ）当該ｍ個の製品の上記管理特性値のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある
上記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるとき、上記管理特性値が異常であると判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。また、条件（ｉ）は、言い換えると、ｍ個の製品の管理特性値が連続的に増加している場合が該当する。

また、本発明による異常検出方法は、同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出する方法であって、上記製品について測定された上記管理特性値を記憶手段に記憶する記憶ステップと、上記管理特性値を上記記憶手段から取得し、下記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるかどうかを判断し、
（ｉ）製造される順番が連続するｍ（ｍは自然数）個の上記製品について、当該各製品の上記管理特性値がその直前に製造される上記製品の上記管理特性値に対して増加している
（ｉｉ）当該ｍ個の製品の上記管理特性値のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある
上記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるとき、上記管理特性値が異常であると判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする。また、条件（ｉ）は、言い換えると、ｍ個の製品の管理特性値が連続的に増加している場合が該当する。

これらの異常検出システムおよび方法においては、管理特性値について無判定領域が設けられている。そして、ｍ点連続で管理特性値が上昇し、且つそのうち少なくとも１個の管理特性値が上記無判定領域から外れている場合にのみ異常と判定される。したがって、ｍ点連続で管理特性値の上昇があった場合であっても、そのうち少なくとも１個の管理特性値が上記無判定領域から外れていない限りは、異常判定がなされないこととなる。このため、無判定領域を設けない場合に比して、不要な異常判定の回数を減らすことが可能となる。

なお、上記条件（ｉ）の代わりに、下記条件（iii）を採用してもよい。
（iii）製造される順番が連続するｍ（ｍは自然数）個の上記製品について、当該各製品の上記管理特性値がその直前に製造される上記製品の上記管理特性値に対して減少している
このとき、上記条件（ｉｉ）および（iii）が満たされるときに、上記管理特性値が異常であると判定される。また、上記条件（ｉ）および（iii）を共に採用してもよい。このとき、上記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるとき、または上記条件（ｉｉ）および（iii）が満たされるときに、上記管理特性値が異常であると判定される。

上記無判定領域の上限値は、管理特性値の許容範囲の中心値よりも大きく、且つその許容範囲の上限値よりも小さな値に設定されてもよい。また、上記無判定領域の下限値は、上記中心値以下で、且つ上記許容範囲の下限値よりも大きな値に設定されてもよい。

本発明によれば、管理特性値が許容範囲から外れるのを予防しつつ、不要な異常判定の回数を減らすことが可能な異常判定システムおよび異常判定方法が実現される。

以下、図面を参照しつつ、本発明による異常検出システムおよび異常検出方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明による異常検出システムの一実施形態を示すブロック図である。異常検出システム１は、測定部１０、判定部２０、報知部３０、および記憶部４０，５０を備えており、同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出するものである。本実施形態においては、当該製品として半導体製品を例にとって説明する。ここで言う半導体製品は、素子を作り込む過程にあるウエハを指している。また、管理特性値は、成膜装置によってウエハ上に成膜された膜厚であるとする。なお、ウエハ上の膜厚とは、製品上の膜厚の場合と、膜厚を測定するために製品と同時に加工されるモニター用ウエハ上の膜厚の場合と、があるが、いずれも製品の膜厚として説明する。

測定部１０は、各半導体製品の膜厚を測定する測定手段である。測定部１０は、製造ラインを流れる複数の半導体製品について、順次、膜厚を測定する。このとき、製造ラインを流れる半導体製品の全てを測定対象としてもよいし、一部を測定対象としてもよい。後者の場合、例えば、製造される順番で数個おきに測定対象とすることが考えられる。測定部１０としては、例えば分光エリプソメータを用いることができる。

記憶部４０は、測定部１０により測定された膜厚を記憶する管理特性値記憶手段である。測定部１０により測定された膜厚の情報は、測定部１０から直接に記憶部４０に入力されてもよいし、後述する判定部２０を介して記憶部４０に入力されてもよい。また、判定部２０または記憶部４０への膜厚の入力は、自動的に行われてもよいし、手動で行われてもよい。記憶部４０としては、例えばＲＡＭやＲＯＭ等を用いることができる。

判定部２０は、記憶部４０に記憶された膜厚を入力し、その値に基づいて異常の有無を判定する判定手段である。具体的には、判定部２０は、製造される順番が連続するｍ（ｍは自然数）個の上記半導体製品について、当該各半導体製品の膜厚がその直前に製造される半導体製品の膜厚に対して増加し、且つ当該ｍ個の半導体製品の膜厚のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある場合に、異常を判定する。なお、「製造される順番が連続する」とは、膜厚の測定対象となる半導体製品のみに着目したときに連続するという意味である。例えば、製造ラインを流れる半導体製品のうちｋ（ｋは自然数）個おきに測定対象とする場合、測定対象となるある半導体製品にとっては、製造ライン上の（ｋ＋１）個前および（ｋ＋１）個後の半導体製品が「製造される順番が連続する」半導体製品ということになる。また、このとき、（ｋ＋１）個前の半導体製品が「直前に製造される」半導体製品である。

上記無判定領域の上限値は、膜厚の許容範囲の中心値よりも大きく、且つその許容範囲の上限値よりも小さな値に設定される。また、上記無判定領域の下限値は、上記中心値以下で、且つ上記許容範囲の下限値よりも大きな値に設定される。ここで、許容範囲とは、管理図管理においてはＵＣＬおよびＬＣＬによって規定される範囲であり、規格管理においては規格上限および規格下限によって規定される範囲である。すなわち、前者の場合であれば、上記許容範囲の上限値および下限値は、それぞれＵＣＬおよびＬＣＬに相当する。また、許容範囲の中心値は、管理図のＣＬ（中心線）に相当する。一方、後者の場合であれば、上記許容範囲の上限値および下限値は、それぞれ規格上限および規格下限に相当する。

報知部３０は、判定部２０により異常判定がなされた場合に、その旨を報知する報知手段である。判定部２０により異常判定がなされた場合には、その旨の情報が判定部２０から報知部３０に伝えられる。報知部３０は、その情報を受け取ると、異常を報知する。報知部３０による異常報知の手段としては、例えば、警報を鳴らす等の聴覚的な手段、あるいは、ＬＥＤを点灯させるまたはＬＣＤに異常が発生した旨を表示する等の視覚的な手段などが挙げられる。

記憶部５０は、判定部２０における異常判定の条件に関する情報を格納する判定条件格納手段である。かかる判定条件は、例えば、ｍの値、ならびに無判定領域の上限値および下限値等である。上述の判定部２０は、この記憶部５０に記憶された判定条件を参照して、異常の有無を判定する。判定条件は、適宜の入力手段により、記憶部５０に入力することができる。記憶部５０としては、記憶部４０と同様、例えばＲＡＭやＲＯＭ等を用いることができる。なお、記憶部５０は、記憶部４０と別個に設ける必要はなく、記憶部４０と一体に設けてもよい。例えば、記憶部４０，５０の機能を１つのＲＡＭに持たせる構成としてもよい。

次に、図２および図３を参照しつつ、異常検出システム１の動作の一例と併せて、本発明による異常検出方法の一実施形態を説明する。本例においては、管理図管理が用いられており、上述の無判定領域は、ＣＬからＵＣＬまでの幅（上方管理幅）の１／３の範囲、およびＣＬからＬＣＬまでの幅（下方管理幅）の１／３の範囲に設定されている。また、ｍ＝５としている。

異常検出システム１においては、測定対象となる半導体製品の膜厚が測定部１０により測定される（測定ステップ）。測定部１０により測定された膜厚は、記憶部４０に記憶される（記憶ステップ）。判定部２０は、記憶部４０に記憶された膜厚を入力するとともに、記憶部５０に記憶された判定条件を参照しつつ、その膜厚の値の傾向に基づいて異常の有無を判定する（判定ステップ）。

例えば、図２においては、<１>〜<６>について、連続６点上昇が生じている。すなわち、<２>〜<６>の５点について見ると、これらは製造される順番が連続する５個の半導体製品の膜厚であり、各半導体製品の膜厚はその直前に製造される半導体製品の膜厚に対して増加している。したがって、従来の連続上昇の判定法によれば、異常判定がなされるところである。しかし、判定部２０においては、上述のとおり、<２>〜<６>のうち少なくとも１点が無判定領域から外れていない限り、異常判定がなされない。それゆえ、図２の場合、<２>〜<６>の５点全てが無判定領域内にあるため、異常判定はなされない。

一方、図３の場合、<６>が無判定領域から外れているため、判定部２０による異常判定がなされる。したがって、この場合、異常判定された旨の情報が判定部２０から報知部３０に伝えられ、報知部３０によって異常が報知される（報知ステップ）。

続いて、本実施形態の効果を説明する。本実施形態においては、膜厚（管理特性値）について無判定領域が設けられている。そして、ｍ点連続で管理特性値が上昇し、且つそのうち少なくとも１個の管理特性値が上記無判定領域から外れている場合にのみ異常と判定される。したがって、ｍ点連続で管理特性値の上昇があった場合であっても、そのうち少なくとも１個の管理特性値が上記無判定領域から外れていない限りは、異常判定がなされないこととなる。これにより、製造装置（本実施形態の場合、成膜装置）が正常で、且つ工程調整（膜厚のセンタリング）が充分に行われているような場合に、不要な異常判定がなされるのを抑制することができる。このため、無判定領域を設けない場合に比して、不要な異常判定の回数を減らすことが可能となる。

このように、本実施形態においては、連続上昇の判定を適用しつつ、無判定領域を設けることにより不要な異常判定の回数低減を図っている。したがって、管理特性値が許容範囲から外れるのを予防しつつ、不要な異常判定の回数を減らすことが可能な異常判定システムおよび異常判定方法が実現されている。また、不要な異常判定の回数が減ることは、調査工数の削減および稼働率の向上に貢献する。

無判定領域の上限値は、前記管理特性値の許容範囲の中心値よりも大きく、且つ上記許容範囲の上限値よりも小さな値に設定されている。また、無判定領域の下限値は、上記中心値以下で、且つ上記許容範囲の下限値よりも大きな値に設定されている。これにより、不要な異常判定が行われるのを効果的に抑制することができる。

本実施形態においては、上記ｍ（＝５）点中少なくとも１点が無判定領域外にあれば異常判定の対象となる例を示したが、一般に、直前の値に対して増加する連続なｍ点中のｎ点（ｎ≦ｍ）が無判定領域外にある場合を異常判定の対象とすることができる。すなわち、上記例はｎ＝１の場合である。このｎの値も判定条件として、記憶部５０に記憶される。例えば、ｎ＝ｍ（＝５）の場合であれば、図４に示すように、ｍ点の全てが無判定領域から外れていない限り、異常判定がなされない。また、ｎ＝２の場合であれば、図５に示すように、<５>および<６>の２点が無判定領域から外れていない限り、異常判定がなされない。なお、ｍの値は、５には限られず、任意の自然数とすることができる。

また、本実施形態においては、連続上昇の判定法を適用する例を示したが、連続下降の判定法を適用してもよい。すなわち、判定部２０は、製造される順番が連続するｍ個の半導体製品について、当該各半導体製品の膜厚がその直前に製造される半導体製品の膜厚に対して減少し、且つ当該ｍ個の半導体製品の膜厚のうち少なくとも１個が無判定領域の外にある場合に、異常を判定するものであってもよい。さらに、連続上昇および連続下降の判定法うち何れか一方のみを適用してもよいし、双方を同時に適用してもよい。

ここで、連続下降の判定法を適用する場合、無判定領域の上限値は、管理特性値の許容範囲の中心値以上で、且つ許容範囲の上限値よりも小さな値に設定される。また、無判定領域の下限値は、上記中心値よりも小さく、且つ許容範囲の下限値よりも大きな値に設定される。

なお、異常検出システム１において、測定部１０を設けることは必須ではない。例えば、異常検出システム１の外部で測定された管理特性値が記憶部４０に記憶されるように構成してもよい。また、報知部３０を設けることも必須ではない。例えば、判定部２０において異常判定がされた場合、その旨の情報を異常検出システム１の外部に送り、そこで異常が報知される構成としてもよい。

本発明による異常判定システムおよび異常判定方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。上記実施形態においては、管理図法ではＵＣＬ／ＬＣＬとして３σ（σ：標準偏差）を用いる場合が多いことに鑑み、無判定領域がその１／３である１σの場合を例示したが、無判定領域は１／３（１σ）には限られない。

上記実施形態においては無判定領域をＣＬに対して両側に設ける例を示したが、無判定領域は、図６に示すようにＣＬの上側にのみ設けてもよいし、図７に示すようにＣＬの下側にのみ設けてもよい。さらに、無判定領域を両側に設ける場合において、無判定領域の幅を上側と下側とで相異なる値に設定してもよい。例えば、製造装置・工程や管理特性値によっては、正常な状態で管理特性値が徐々に上昇する一方で、管理特性値の下降が明らかな異常を示しているものもある。かかる場合、図８に示すように、上側の無判定領域幅よりも下側の無判定領域幅を狭くすることにより、不要な異常判定を抑制しつつ、異常の発見を早めることが可能となる。

上記実施形態においては管理図管理の場合を例示したが、本発明は規格管理に適用されてもよい。また、本発明は、成膜装置に限らず、ＣＶＤ装置、スパッタ装置またはドライエッチ装置等に対しても好適に適用することができる。

本発明による異常検出システムの一実施形態を示すブロック図である。 本発明による異常検出方法の一実施形態を説明するためのグラフである。 本発明による異常検出方法の一実施形態を説明するためのグラフである。 実施形態の変形例を説明するためのグラフである。 実施形態の変形例を説明するためのグラフである。 実施形態の変形例を説明するためのグラフである。 実施形態の変形例を説明するためのグラフである。 実施形態の変形例を説明するためのグラフである。 特許文献１に記載の異常検出システムを説明するためのグラフである。 従来の異常検出システムの動作の一例を説明するためのグラフである。 従来の異常検出システムの問題点を説明するためのグラフである。 従来の異常検出システムの問題点を説明するためのグラフである。

符号の説明

１ 異常検出システム
１０ 測定部
２０ 判定部
３０ 報知部
４０，５０ 記憶部

Claims (6)

1. 同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出するシステムであって、
   前記製品について測定された前記管理特性値を記憶する記憶手段と、
   前記管理特性値を前記記憶手段から取得し、下記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるかどうかを判断し、
   （ｉ）製造される順番が連続するｍ（ｍは自然数）個の前記製品について、当該各製品の前記管理特性値がその直前に製造される前記製品の前記管理特性値に対して増加している
   （ｉｉ）当該ｍ個の製品の前記管理特性値のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある
   前記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるとき、前記管理特性値が異常であると判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする異常検出システム。
2. 請求項１に記載の異常検出システムにおいて、
   前記無判定領域の上限値は、前記管理特性値の許容範囲の中心値よりも大きく、且つ前記許容範囲の上限値よりも小さな値であり、
   前記無判定領域の下限値は、前記中心値以下で、且つ前記許容範囲の下限値よりも大きな値である異常検出システム。
3. 同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出するシステムであって、
   前記製品について測定された前記管理特性値を記憶する記憶手段と、
   前記管理特性値を前記記憶手段から取得し、下記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるかどうかを判断し、
   （ｉ）製造される順番が連続するｍ（ｍは自然数）個の前記製品について、当該各製品の前記管理特性値がその直前に製造される前記製品の前記管理特性値に対して減少している
   （ｉｉ）当該ｍ個の製品の前記管理特性値のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある
   前記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるとき、前記管理特性値が異常であると判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする異常検出システム。
4. 請求項３に記載の異常検出システムにおいて、
   前記無判定領域の上限値は、前記管理特性値の許容範囲の中心値以上で、且つ前記許容範囲の上限値よりも小さな値であり、
   前記無判定領域の下限値は、前記中心値よりも小さく、且つ前記許容範囲の下限値よりも大きな値である異常検出システム。
5. 同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出する方法であって、
   前記製品について測定された前記管理特性値を記憶手段に記憶する記憶ステップと、
   前記管理特性値を前記記憶手段から取得し、下記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるかどうかを判断し、
   （ｉ）製造される順番が連続するｍ（ｍは自然数）個の前記製品について、当該各製品の前記管理特性値がその直前に製造される前記製品の前記管理特性値に対して増加している
   （ｉｉ）当該ｍ個の製品の前記管理特性値のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある
   前記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるとき、前記管理特性値が異常であると判定する判定ステップと、
   を備えることを特徴とする異常検出方法。
6. 同一の製造ラインにおいて複数製造される製品の管理特性値の異常を検出する方法であって、
   前記製品について測定された前記管理特性値を記憶手段に記憶する記憶ステップと、
   前記管理特性値を前記記憶手段から取得し、下記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるかどうかを判断し、
   （ｉ）製造される順番が連続するｍ（ｍは自然数）個の前記製品について、当該各製品の前記管理特性値がその直前に製造される前記製品の前記管理特性値に対して減少している
   （ｉｉ）当該ｍ個の製品の前記管理特性値のうち少なくとも１個が所定の無判定領域の外にある
   前記条件（ｉ）および（ｉｉ）が満たされるとき、前記管理特性値が異常であると判定する判定ステップと、
   を備えることを特徴とする異常検出方法。

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