JP2009245978A - Semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体製造装置に関し、詳しくは、加熱処理用のヒータを備えた半導体製造装置におけるヒータの断線予知に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a heater disconnection prediction in a semiconductor manufacturing apparatus provided with a heater for heat treatment.
半導体素子を製造するのにあたっては、たとえば加熱処理用のヒータを備えたCVD装置が用いられ、加熱炉内にシリコンウェハなどの半導体ウェハを収容して、炉内温度が所定値になるようにヒータの発熱量を制御しながら加熱炉内に反応ガスを供給し、半導体ウェハ上に薄膜を形成することが行われている。 In manufacturing a semiconductor element, for example, a CVD apparatus provided with a heater for heat treatment is used. A semiconductor wafer such as a silicon wafer is accommodated in a heating furnace so that the furnace temperature becomes a predetermined value. A reactive gas is supplied into a heating furnace while controlling the amount of heat generated, and a thin film is formed on a semiconductor wafer.
半導体ウェハ上に薄膜を形成するための加熱炉の内部温度は、数時間から10数時間の繰り返し周期で1300℃前後の高温まで高精度で制御され、半導体ウェハの入れ替え時間はあるものの、実質的に連続運転されている。 The internal temperature of the heating furnace for forming a thin film on a semiconductor wafer is controlled with high accuracy up to a high temperature of around 1300 ° C. with a repetition period of several hours to several tens of hours. Is continuously operated.
このように、半導体製造装置に設けられている加熱処理用のヒータは、過酷な条件で運転されることから、その寿命は1、2年と比較的短い。 As described above, the heater for heat treatment provided in the semiconductor manufacturing apparatus is operated under severe conditions, and thus has a relatively short life of 1 to 2 years.
半導体製造装置のユーザーは、加熱処理用のヒータを断線に至る寸前まで可能な限り長期間使用したいが、半導体ウェハ上に薄膜を形成している途中でヒータが断線すると薄膜形成途中の最大100枚を越える場合もある半導体ウェハが全部無駄になってヒータの交換コストを遥かに上回る多大の損失が発生してしまうことから、断線の予兆が現われているならば直ちにヒータを交換して薄膜形成途中におけるヒータ断線を回避したい。 A user of a semiconductor manufacturing apparatus wants to use a heater for heat treatment as long as possible until just before the wire breaks, but if the heater breaks in the middle of forming a thin film on a semiconductor wafer, a maximum of 100 sheets during the thin film formation The semiconductor wafer that may exceed the limit may be wasted, and a great loss exceeding the replacement cost of the heater may occur. I want to avoid the heater disconnection.
ところで、特許文献1には、半導体製造装置のヒータ異常検出方法について記載されている。
特許文献1に記載されている半導体製造装置のヒータ異常検出方法は、加熱炉内に半導体ウェハを収容する前のスタンバイ状態において、ヒータの異常を検出するためのヒータ異常検出ステップを実行するものである。具体的には、温度変動が所定値に達するまでの時間や、ヒータに流れる電流値に基づいて異常の有無が判断される。
The heater abnormality detection method for a semiconductor manufacturing apparatus described in
しかし、特許文献1に記載されている方法は、加熱炉内に半導体ウェハを収容する前のスタンバイ状態においてヒータの異常を検出するためのヒータ異常検出ステップが実行されるので、ヒータ異常検出は数時間から10数時間の繰り返し周期で運転される半導体製造プロセスのバッチ単位間に単発的に行われることになる。
However, in the method described in
すなわち、特許文献1に記載されている方法によれば、加熱炉内に半導体ウェハを収容した半導体製造プロセスの処理実行中はヒータの異常検出を行うことはできず、半導体製造プロセスの処理実行中におけるヒータ断線の予知情報を得て早めに適切な対策を講じることができない。
That is, according to the method described in
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、ヒータを通電加熱して半導体ウェハ上に薄膜を形成するなどの半導体製造プロセスの熱処理実行中に連続した状態でヒータ断線の予知情報を得て適切な対策を講じることができる半導体製造装置を実現することにある。 The present invention solves such a problem, and the object of the present invention is to break the heater in a continuous state during the heat treatment of the semiconductor manufacturing process such as energizing and heating the heater to form a thin film on the semiconductor wafer. An object of the present invention is to realize a semiconductor manufacturing apparatus capable of obtaining prediction information and taking appropriate measures.
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
加熱処理用のヒータを備えた半導体製造装置において、
前記ヒータの駆動電流波形をサンプリングする手段と、
このサンプリングデータに基づきヒータの抵抗値を求める手段と、
駆動電流に重畳するノイズ成分の振幅を求める手段と、
これらヒータ抵抗値とヒータ抵抗値の上昇の傾きとノイズ成分の振幅に基づきヒータ断線予知アラームを判定する手段、
を有することを特徴とする。
In order to achieve such a problem, the invention according to
In a semiconductor manufacturing apparatus equipped with a heater for heat treatment,
Means for sampling the heater drive current waveform;
Means for determining the resistance value of the heater based on the sampling data;
Means for determining the amplitude of the noise component superimposed on the drive current;
Means for determining a heater breakage prediction alarm based on the heater resistance value, the rising slope of the heater resistance value, and the amplitude of the noise component,
It is characterized by having.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の半導体製造装置において、
前記ヒータの駆動電流波形はクランププローブで検出されることを特徴とする。
The invention according to
The drive current waveform of the heater is detected by a clamp probe.
請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2記載の半導体製造装置において、
前記半導体製造装置は、横型炉として構成されたヒータチャンバーを有することを特徴とする。
The invention described in
The semiconductor manufacturing apparatus has a heater chamber configured as a horizontal furnace.
請求項4記載の発明は、請求項1または請求項2記載の半導体製造装置において、
前記半導体製造装置は、縦型炉として構成されたヒータチャンバーを有することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor manufacturing apparatus according to the first or second aspect,
The semiconductor manufacturing apparatus has a heater chamber configured as a vertical furnace.
請求項5記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体製造装置において、
前記ヒータは3相電力で駆動されることを特徴とする。
A fifth aspect of the present invention provides the semiconductor manufacturing apparatus according to any one of the first to fourth aspects,
The heater is driven by three-phase power.
本発明によれば、ヒータを通電加熱して半導体ウェハ上に薄膜を形成するなどの半導体製造プロセスの熱処理実行中に連続した状態でヒータ断線の予知情報を得ることができ、適切な対策を講じることができる。 According to the present invention, the heater breakage prediction information can be obtained in a continuous state during the heat treatment of a semiconductor manufacturing process such as forming a thin film on a semiconductor wafer by energizing and heating the heater, and appropriate measures are taken. be able to.
以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示すブロック図であって、横型炉として構成されたヒータチャンバーに適用する例を示している。ヒータ1には、長手方向に沿って3つのゾーンZ1〜Z3に分割するように4個の端子2〜5が設けられている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and shows an example applied to a heater chamber configured as a horizontal furnace. The
これらヒータ1の各ゾーンZ1〜Z3には、それぞれ2個のサイリスタが逆極性に並列接続されたサイリスタ回路6〜8を介して電力トランス9の2次巻線W21〜W23から駆動電力が印加されている。すなわち、端子2にはサイリスタ回路6を介して2次巻線W21のH側端が接続され、端子3には2次巻線W21のL側端が接続されるとともにサイリスタ回路7を介して2次巻線W22のL側端が接続され、端子4には2次巻線W22のH側端が接続されるとともにサイリスタ回路8を介して2次巻線W23のH側端が接続され、端子5には2次巻線W23のL側端が接続されている。
Driving power is applied to the zones Z1 to Z3 of the
電力トランス9の1次巻線W11〜W13には、ブレーカー10を介して商用周波数たとえば50Hzの3相電力の各相U,V,Wが入力されている。すなわち、ブレーカー10のU相出力端子には1次巻線W11のH側端が接続されるとともに1次巻線W12のL側端が接続され、V相出力端子には1次巻線W11のL側端が接続されるとともに1次巻線W13のH側端が接続され、W相出力端子には1次巻線W12のH側端が接続されるとともに1次巻線W13のL側端が接続されている。
The primary windings W11 to W13 of the
ここでヒータ1の各ゾーンZ1〜Z3に流れる駆動電流i1〜i3に着目すると、ゾーンZ1には端子2から端子3の方向に駆動電流i1が流れ、ゾーンZ2には端子4から端子3の方向に駆動電流i2が流れ、ゾーンZ3には端子4から端子5の方向に駆動電流i3が流れる。
Here, focusing on the drive currents i1 to i3 flowing in the zones Z1 to Z3 of the
これら駆動電流i1〜i3は、クランププローブ11〜13で該当するケーブルをクランプすることにより測定できる。すなわち、駆動電流i1の測定にあたっては端子2のケーブルをクランププローブ11でクランプし、駆動電流i2の測定にあたっては端子2と端子3のケーブルをクランププローブ12で同時にクランプし、駆動電流i3の測定にあたっては端子5のケーブルをクランププローブ13でクランプする。なお、駆動電流i2の測定にあたっては、端子2と端子3のケーブルをクランププローブ12で同時にクランプするのに代えて、端子4と端子5のケーブルをクランププローブ14で同時にクランプするようにしてもよい。
These drive currents i1 to i3 can be measured by clamping the corresponding cables with the clamp probes 11 to 13. That is, when measuring the driving current i1, the cable of the
これらクランププローブ11〜13により測定される駆動電流i1〜i3の測定信号はデータ収集装置15に入力され、たとえばサンプリング周期50μsのサンプリングクロックで高速サンプリングされて測定データとして格納される。
The measurement signals of the drive currents i1 to i3 measured by the clamp probes 11 to 13 are input to the
データ処理装置16は、データ収集装置15に格納された測定データに基づいてヒータ1の断線を予知するために、以下に説明するようなデータ処理を行う。
The
図2は、図1の主要部の外観概念構成図である。内壁面にヒータ1が巻き付けられているヒータチャンバー内は、拡散工程の場合、常圧で400〜1200℃に加熱しながらマスフローコントローラ17を介してプロセスガスが流し込まれる。ウェハ18が搭載されたボート19はチャンバーの一方の開口端部からチャンバー内に出し入れされ、ウェハ18に対するレシピに基づく所定の熱処理が行われる。これに対し、LP-CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)工程の場合には、真空中でプロセス処理が行われる。
FIG. 2 is an external conceptual configuration diagram of the main part of FIG. In the heater chamber in which the
図3は、データ処理装置16によるデータ処理の具体的な流れを説明するフローチャートである。
(1)はじめに、ヒータ1の各ゾーンZ1〜Z3に流れる最大100A前後の駆動電流i1〜i3の生電流波形を測定する。半導体製造装置の保守点検を行っている出願人らの知見によれば、ヒータ1の断線の一因として、端部が端子に固定されているヒータ素線が熱で膨張・収縮することにより熱ひずみによる応力が発生して素線にクラックが入り、そのクラック部分に大電流が流れることによりアークが発生してクラックが加速することが考えられる。クラックが入るまでの電流波形はノイズ成分が重畳していないが、断線直前にはかなり大きな振幅のノイズ成分が重畳していることが多い。
FIG. 3 is a flowchart for explaining a specific flow of data processing by the
(1) First, the raw current waveforms of the driving currents i1 to i3 of about 100 A at the maximum flowing through the zones Z1 to Z3 of the
そこで、図1に示すように、クランププローブ11〜14で該当するケーブルをクランプして各ゾーンZ1〜Z3に流れるこれら駆動電流i1〜i3の波形をピックアップし、データ収集装置15でこれらの出力信号を高速サンプリングして生電流波形データをデータ処理装置16に格納する。たとえば周期50μsのサンプリングクロックでサンプリングすることにより、重畳しているノイズ成分も波形データとして十分取り込むことができる。
Therefore, as shown in FIG. 1, the corresponding cables are clamped by the clamp probes 11 to 14, the waveforms of the drive currents i1 to i3 flowing through the zones Z1 to Z3 are picked up, and these output signals are picked up by the
(2)再び図3において、データ処理装置16は、ヒータ1の駆動電流値や抵抗値を算出するために、これら生電流波形データに対して移動平均処理を行い、ノイズ成分を除去する。
(3)続いて、ノイズ成分を除去した波形信号に対してRMS(Root Mean Square)演算処理を行い、ヒータ1の駆動電流値を算出する。
(4)この駆動電流値を用いて、ヒータ電圧/ヒータ電流に基づきヒータ抵抗値を算出する。
(2) In FIG. 3 again, in order to calculate the drive current value and resistance value of the
(3) Subsequently, RMS (Root Mean Square) calculation processing is performed on the waveform signal from which the noise component has been removed, and the drive current value of the
(4) Using this drive current value, a heater resistance value is calculated based on the heater voltage / heater current.
(5)算出したヒータ抵抗値を、データ処理装置16の所定の格納領域に格納する。
(6)ヒータ抵抗値について、今回の測定値と過去の測定値の差を求め、ヒータ抵抗値上昇の傾きを求める。
(5) The calculated heater resistance value is stored in a predetermined storage area of the
(6) For the heater resistance value, the difference between the current measured value and the past measured value is obtained, and the slope of the heater resistance value rise is obtained.
図4(A)はヒータ1の設定温度1200℃における制御出力の経時変化を示す実測例図であり、実線はゾーンZ1の推移を示し、一点鎖線はゾーンZ2の推移を示し、破線はゾーンZ3の推移を示している。これらの推移から、各ゾーンの制御出力は日付の経過とともに上昇傾向にあることが確認できる。したがって、図4(B)に示すように、ヒータ抵抗の経時変化に対して適切な閾値Rthを設定することにより、高精度は期待できないもののある程度の断線予知を行うことは可能と考えられる。
FIG. 4 (A) is an actual measurement diagram showing the change over time in the control output of the
(7)再び図3において、(1)の生電流波形と(2)のノイズ成分を除去した波形の差を演算してノイズ成分を算出する。
(8)算出したノイズ成分の最大値と最小値の差を演算してノイズ成分の振幅値を算出する。
(9)算出したノイズ成分の振幅値を、データ処理装置16に設けられている所定の格納領域に格納する。
(7) In FIG. 3 again, the noise component is calculated by calculating the difference between the raw current waveform of (1) and the waveform of (2) from which the noise component has been removed.
(8) The difference between the calculated maximum value and minimum value of the noise component is calculated to calculate the amplitude value of the noise component.
(9) The calculated amplitude value of the noise component is stored in a predetermined storage area provided in the
(10)ノイズ成分振幅値の今回の測定値と過去の測定値の差を求めてあらかじめ設定しているアラーム設定値と照合するとともに、(6)で求めたヒータ抵抗値上昇の傾きについても所定のアラーム設定値と照合し、ヒータ断線予知アラームについて判定する。
(11)そして、この判定結果をたとえば各ゾーンに対応して設けているランプの点灯色や点灯パターンなどで表示出力する。具体的には、たとえば正常な状態では状態表示ランプを緑色の連続点灯や完全消灯とし、断線の予兆と判定した場合には黄色の連続点灯や点滅点灯とし、断線を検出した場合には赤色の連続点灯や点滅点灯とする。
(10) The difference between the current measurement value and the past measurement value of the noise component amplitude value is obtained and collated with a preset alarm setting value, and the slope of the heater resistance value increase obtained in (6) is also predetermined. This is compared with the alarm set value and a heater breakage prediction alarm is determined.
(11) The determination result is displayed and output, for example, with the lighting color or lighting pattern of a lamp provided corresponding to each zone. Specifically, for example, in a normal state, the status display lamp is continuously lit green or completely turned off, and when it is determined as a sign of a disconnection, it is continuously lit yellow or blinking, and when a disconnection is detected, it is red. Continuous lighting or flashing.
このように構成することにより、ヒータ1を通電加熱して半導体ウェハ18上に薄膜を形成するなどの半導体製造プロセスの熱処理実行中に、定量化された測定データに基づくヒータ断線の予知情報を得ることができ、作業者はこのヒータ断線予知情報に基づきコストを抑制するために適切な対策を講じることができる。
With such a configuration, the heater disconnection prediction information based on the quantified measurement data is obtained during the heat treatment of the semiconductor manufacturing process such as forming the thin film on the
なお、上記実施例では横型炉の例について説明したが、本発明は縦型炉にも適用できるものである。 In the above embodiment, an example of a horizontal furnace has been described. However, the present invention can also be applied to a vertical furnace.
また、ヒータ1の素線にクラックが入る時やクラックが拡大する時には、振動や音波などの弾性波(AE:Acoustic Emission)を伴うことが知られている。必要に応じてこのAEも測定することにより、断線予知精度の向上が期待できる。
Further, it is known that when a crack occurs in the element wire of the
また、上記実施例ではヒータを3相電力で駆動する例について説明したが、本発明はヒータが単相電力で駆動される場合にも適用できるものである。 Moreover, although the example which drives a heater with 3 phase electric power was demonstrated in the said Example, this invention is applicable also when a heater is driven with single phase electric power.
以上説明したように、本発明によれば、半導体製造プロセスの熱処理実行中においても連続してヒータ断線の予知情報を得ることができ、低コストでの最適運転が行える半導体製造装置が実現できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain predictive information on heater disconnection continuously even during the heat treatment of the semiconductor manufacturing process, and to realize a semiconductor manufacturing apparatus that can perform optimum operation at low cost.
1 ヒータ
2〜5 端子
6〜8 サイリスタ回路
9 電力トランス
10 ブレーカー
11〜14 クランププローブ
15 データ収集装置
16 データ処理装置
17 マスフローコントローラ
18 ウェハ
19 ボート
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ヒータの駆動電流波形をサンプリングする手段と、
このサンプリングデータに基づきヒータの抵抗値を求める手段と、
駆動電流に重畳するノイズ成分の振幅を求める手段と、
これらヒータ抵抗値とヒータ抵抗値上昇の傾きとノイズ成分の振幅に基づきヒータ断線予知アラームを判定する手段、
を有することを特徴とする半導体製造装置。 In a semiconductor manufacturing apparatus equipped with a heater for heat treatment,
Means for sampling the heater drive current waveform;
Means for determining the resistance value of the heater based on the sampling data;
Means for determining the amplitude of the noise component superimposed on the drive current;
Means for determining a heater breakage prediction alarm based on the heater resistance value, the slope of the heater resistance value rise and the amplitude of the noise component,
A semiconductor manufacturing apparatus comprising:
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