JP2017177298A - 基板処理装置の異常検出システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理装置を構成する各構成部品に異常が発生した頻度を視覚的に表示するようにする。【解決手段】基板処理装置を構成する構成要素の出力データを検出する検出部と、当該構成要素が正常に動作している場合の出力データの範囲を正常数値範囲として記憶する記憶部と、構成要素からの出力データが正常数値範囲から逸脱したか否かを判定し、正常数値範囲から逸脱した異常頻度の情報を所定時間毎に記憶部に記憶させる異常判定部と、構成要素における異常頻度を所定時間毎に区分けして表示する表示部とを備える。異常頻度の情報は、例えば基板処理装置の研磨ユニットを駆動するモータ毎にヒストグラム形式で表示することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板を研磨処理する基板処理装置の異常を検出するためのシステム及び方法に関する。

半導体ウェハ等の基板を研磨処理する基板処理装置では、装置を構成する各装置モジュール（例えば、研磨ユニットや洗浄ユニット）の稼働状態に関する装置データを収集し、当該装置データに基づいて基板処理装置に故障が発生したかどうかを判定している。そして、ある構成部分に故障であると判定された場合には、電子メールやアラームにより装置のオペレータにその旨が通知され、あるいは、故障と判定された装置モジュールを切り離して残りの部分で基板処理を続行する（縮退運転）ようにしている。

さらに、特許文献１に記載の基板処理システムでは、装置故障を予知するための数値範囲を設定しておき、ある装置モジュールからの装置データ（バルブ開度）が当該数値範囲を逸脱した場合には、故障の発生が予想される装置異常であると判定して、当該装置モジュールを切り離して縮退運転するように構成されている。これにより、故障発生が予想されるモジュールにより処理される基板に不具合が生じることを抑制することができる。

特開２０１４−１１６３４１号公報

ある装置モジュールからの装置データが所定の数値範囲を逸脱する要因としては、当該装置モジュールの構成部品に異常が発生した場合のほか、装置全体の振動、装置データの測定誤差等といった、構成部品の異常に起因しない場合も考えられ、これらを一律に装置異常であると判定して縮退運転を行うのは効率的ではなく、装置のメンテナンスを行うかどうかの指標として用いることが好ましいといえる。

また、装置のメンテナンスを行うにあたっては、通常、装置のオペレータが冊子形式もしくは電子ファイルの手順書を参照して行われる。ここで、基板研磨装置等の半導体処理装置は多くの部品から構成されており、手順書の分量が膨大であることから、オペレータが該当箇所を探し出すのに手間がかかってしまい、メンテナンスの長時間化の一因となっていた。

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、基板処理装置のメンテナンスを効率的に行うことを可能とする異常検出システム及び方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、基板を処理するための基板処理装置の異常を検出するための異常検出システムであって、前記基板処理装置を構成する構成要素の出力データを検出する検出部と、前記構成要素が正常に動作している場合の前記出力データの範囲を正常数値範囲として記憶する記憶部と、前記構成要素からの出力データが前記正常数値範囲から逸脱したか否かを判定し、前記正常数値範囲から逸脱した異常頻度の情報を所定時間毎に前記記憶部に記憶させる異常判定部と、前記構成要素における前記異常頻度を前記所定時間毎に区分けして表示する表示部とを備えたことを特徴とする。

この構成により、基板処理装置を構成する各構成部品に異常が発生した頻度を視覚的に表示することができ、当該構成部品のメンテナンスが必要であるか否かを容易に認識することができる。

前記基板処理装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨パッドに押し付けるための保持部と、前記研磨パッドの表面を洗浄処理する洗浄部と、前記基板を搬送する搬送機構を備えた基板研磨装置であり、前記構成要素は、前記研磨テーブル、前記保持部、前記洗浄部及び前記搬送機構を駆動するモータであることが好ましい。

本発明の一態様は、前記異常検出システム及びこれと無線通信可能な携帯端末とを唱えたメンテナンスシステムであって、前記携帯端末は、前記異常検出システムから前記構成要素における前記異常頻度の情報を取得可能な無線通信部と、前記基板研磨装置の構成要素に関する情報を取得する情報取得部と、前記基板研磨装置の構成要素に関するメンテナンス資料を記憶する記憶部とを備えており、前記情報取得部において取得された構成要素の情報に対応するメンテナンス資料及び／又は前記異常頻度の情報を抽出して、前記表示部に表示することを特徴とする。この構成により、メンテナンスに必要な資料を効率よく抽出することができ、基板処理装置のメンテナンスを効率的に行うことができる。

上記のメンテナンスシステムにおいて、前記情報取得部は、前記基板研磨装置を撮像する撮像部と、前記撮像部で得られた画像に基づき構成要素のタイプを認識する画像認識部とを備えることが好ましい。あるいは、前記基板研磨装置の構成要素に対応して設けられた識別コードを読み取るコード読取部と、前記識別コードに対応する構成要素を判定する判定部とを備えることが好ましい。

本発明によれば、基板処理装置を構成する構成要素からの出力データが正常数値範囲から逸脱した異常頻度の情報を所定時間毎に記憶しておき、構成要素における異常頻度を所定時間毎に区分けして表示するようにしたから、基板処理装置を構成する各構成部品に異常が発生した頻度を視覚的に表示することができる。

基板研磨装置の一実施形態を示す平面図である。 基板研磨ユニットの一例を示す斜視図である。 基板研磨装置の制御装置の構成を示すブロック図である。 基板研磨装置を構成するモータ出力の一例を示すグラフである。 モータを動作制御する個々のドライバから出力された異常データの一例を示すヒストグラムである。 基板研磨装置の制御装置の別の構成を示すブロック図である。 基板研磨装置のメンテナンス画面の一例である。

以下、本発明に係る基板処理装置のメンテナンスシステムの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、基板処理装置の全体構成を示す平面図であり、基板処理装置１０は、ロード／アンロード部１２、研磨部１３と、洗浄部１４とに区画されており、これらは矩形状のハウジング１１の内部に設けられている。また、基板処理装置は、基板処理の動作制御を行う制御装置１５を有している。

ロード／アンロード部１２は、複数のフロントロード部２０と、走行機構２１と、２台の搬送ロボット２２を備えている。フロントロード部２０には、多数のウェハ（基板）をストックするウェハカセットが載置される。搬送ロボット２２は、上下に２つのハンドを備えており、走行機構２１上を移動することで、フロントロード部２０内のウェハカセットからウェハＷを取り出して研磨部１３へ送るとともに、洗浄部１４から送られる処理済みのウェハをウェハカセットに戻す動作を行う。

研磨部１３は、ウェハの研磨（平坦化処理）を行う領域であり、複数の（図１では４つの）研磨ユニット１３Ａ〜１３Ｄが設けられ、基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。ウェハＷは、これら研磨ユニット１３Ａ〜１３Ｄのいずれかで研磨されても良く、または予め選択された複数の研磨ユニットで連続的に研磨されても良い。

個々の研磨ユニットは、研磨面を有する研磨パッドが取り付けられた研磨テーブル３０と、研磨テーブル３０上のウェハを研磨パッドに押圧しながら研磨するためのトップリング３１と、研磨パッドに研磨液やドレッシング液を供給する研磨液供給ノズル３２と、研磨パッドの研磨面のドレッシングを行うドレッサ３３と、液体と気体の混合流体または霧状の液体を研磨面に噴射して研磨面に残留する研磨屑や砥粒を洗い流すアトマイザ３４を備えている。

また、各研磨ユニットには、図示しないセンサ（例えば、光学センサ、渦電流センサ）が設けられ、制御装置１５は、このセンサから信号からモニタリング信号を生成し、研磨中のウェハＷの研磨状況を監視する。

研磨部１３と洗浄部１４との間には、ウェハＷを搬送する搬送機構として、第１，第２リニアトランスポータ１６，１７が設けられている。第１リニアトランスポータ１６は、ロード／アンロード部１２からウェハＷを受け取る第１位置、研磨ユニット１３Ａ，１３Ｂとの間でウェハＷの受け渡しを行う第２，第３位置、第２リニアトランスポータ１７へウェハＷを受け渡すための第４位置との間で移動自在とされている。

第２リニアトランスポータ１７は、第１リニアトランスポータ１６からウェハＷを受け取るための第５位置、研磨ユニット１３Ｃ，１３Ｄとの間でウェハＷの受け渡しを行う第６，第７位置との間で移動自在とされている。これらトランスポータ１６，１７の間には、ウェハＷを洗浄部へ送るためのスイングトランスポータ３５が備えられている。

洗浄部１４は、一次洗浄モジュール４０、二次洗浄モジュール４１、乾燥モジュール４２と、これらモジュールの間でウェハの受け渡しを行うための搬送ロボット４３，４４を備えており、複数のウェハＷに対して同時に、洗浄及び乾燥工程を行うことができる。

図２は、研磨ユニット１３Ａの構成を示す斜視図である。研磨ユニット１３Ａは、上面を研磨面５０ａとした研磨パッド５０と、研磨パッド５０を取り付けた研磨テーブル３０と、被研磨物であるウェハ等の基板を保持して研磨面５０ａに摺接させて研磨するトップリング３１を有するトップリングヘッド５１と、研磨面５０ａの目立て（ドレッシング）を行うドレッサ３３を有するドレッサヘッド５３を備えている。研磨ユニット１３Ａを構成するトップリング３１、研磨液供給ノズル３２、ドレッサ３３、アトマイザ３４等の構成部品は、後述するモータドライバを介して対応するモータにより駆動され、制御装置１５によってその動作が制御される。なお、他の研磨ユニット１３Ｂ〜１３Ｄについては、その構成が前述の研磨ユニット１３Ａと同一であるから、詳細な説明は省略する。

トップリングヘッド５１は、回転自在に設けられた揺動軸５４の上端に連結されており、トップリング３１を駆動する駆動機構を覆うヘッドカバーを備えている。トップリング３１は、トップリングヘッド５１から下方に突出する駆動軸５５の下端に連結されており、その底面は真空吸着等により基板を保持する基板保持面を構成する。また、トップリング３１は、揺動軸５４の回転に伴うトップリングヘッド５１の揺動により、研磨テーブル３０の上方に位置する研磨位置と、研磨テーブル３０の側方の基板受渡位置との間で移動可能とされている。

ドレッサヘッド５３は、回転自在に設けられた揺動軸５６の上端に連結されており、ドレッサ３３を駆動する駆動機構を覆う３つのドレッサヘッドカバー５３ａ〜５３ｃを備えている。ドレッサ３３は、第２ドレッサヘッドカバー５３ｂの底面から下方に突出する駆動軸の下端に連結されている。ドレッサ３３は、揺動軸の回転に伴うドレッサヘッド５３の揺動により、研磨テーブル３０の上方に位置する研磨位置と、研磨テーブル３０の側方の退避位置との間で移動可能とされている。

研磨テーブル３０に隣接して、研磨パッド５０の研磨面５０ａに研磨液（スラリー）を供給する研磨液供給ノズル３２が配置されている。研磨液供給ノズル３２は、図示しない駆動機構により、先端の供給口が研磨テーブル３０の上方に位置する供給位置と、研磨テーブル３０の側方の退避位置（図示せず）との間で移動可能とされている。

研磨テーブル３０に隣接して、研磨パッド５０の研磨面５０ａに洗浄流体を霧状に噴霧して研磨処理後の研磨面５０ａを洗浄するためのアトマイザ３４が配置されている。洗浄流体は、例えば、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）を用いることができる。アトマイザ３４は、その上面を覆うアトマイザカバーを備え、その下面には、洗浄流体を下方に噴霧する複数の噴出口（図示せず）が所定間隔で配置されている。アトマイザ３４は、揺動軸５７の回転に伴い、研磨テーブル３０の上方に位置する洗浄位置（図示せず）と、研磨テーブル３０の側方の退避位置との間で移動可能とされている。

図３は、制御装置１５の構成を示すブロック図である。制御装置１５は、制御部６０、入力部６１，表示部６２、記憶部６３、異常診断部６４を備えている。制御部６０は、基板処理装置の各部の動作を制御するものであり、モータドライバ６６を介して基板処理装置を構成する複数のモータ６７に接続されている。

入力部６１は、キーボードやマウスから構成され、基板処理装置の各部の制御データ、研磨される基板の膜厚データ、研磨ユニットを駆動するモータ６７の動作が正常であるか否かを判定するための数値範囲（正常動作範囲）といった各種情報を設定入力するために用いられる。また、表示部６２は、基板処理装置の動作状況やメンテナンス状況を表示出力する。なお、表示部６２をタッチパネルで構成し、入力部６１を省略しても良い。

記憶部６３は、基板処理装置の制御プログラム、基板処理装置を構成する各部の設定データのほか、モータの各種出力が正常であるとされる数値範囲の情報が保存されており、制御部６０によって適宜読み出されて使用される。

異常診断部６４は、モータドライバ６６より対応するモータ６７に関する各種出力データを受信して、記憶部６３に保存されている正常動作範囲のデータと比較して、対応するモータ６７に動作異常が発生したかどうかを検出する。

モータドライバ６６は、研磨ユニットを構成する各部を駆動するモータ６７（例えば、トップリング３１を回転させるモータ、トップリングの揺動軸５４を回転させるモータ、ドレッサ３３を回転させるモータ等）のそれぞれに対応して設けられ、対応するモータ６７の動作制御を行う。さらに、モータドライバ６６は、対応するモータ６７からの各種出力（例えば、回転速度、振動、出力電圧、出力電流）を検知して制御部６０に送り、異常診断部６４において当該モータ６７に異常が発生しているか否かを検出する。

図４は、あるモータ６７からの出力値の一例を示したグラフである。同図において縦軸はモータからの出力値（例えば出力電流）であり、横軸は時間である。また、同図においてＰ１及びＰ４は、当該モータが故障であると判定されるときの出力値の下限値と上限値であり、モータ出力がこれら下限値及び上限値を超えた場合、当該モータに故障が発生したと判定され、研磨ユニットの動作が一時的に停止する。なお、これらＰ１及びＰ４の値は、オペレータにより予め設定しても良く、あるいは過去に研磨ユニットが故障したときの出力データに基づき自動的に設定しても良い。

図４においてＰ２とＰ３は、モータが正常に動作している場合の出力値の下限値及び上限値であり、モータの出力がこれら下限値及び上限値を超えた場合、故障には至ってはいないものの、動作異常であると判定される。これらＰ２及びＰ３で規定される範囲が、前述の正常動作範囲に相当する。これらＰ２及びＰ３の値は、入力部６１を介してオペレータにより予め設定しても良く、あるいは故障と判定される値（Ｐ１及びＰ４）の値に基づき装置が自動的に設定しても良い。

図４において、符番６８で示した線は、稼働中のモータ６７の出力値（出力電流の値）であり、時間Ｔ１までの間はＰ２とＰ３とで規定される数値範囲内（正常範囲内）で動作している。そして、何らかの原因により時間Ｔ１において、モータ６７の出力値がＰ２を下回ると、異常検出部６４はモータ６７に異常が発生したと検出するが、当該モータ６７の駆動は停止せず、引き続き研磨ユニットによる基板研磨処理が続行される。

異常検出部６４は、基板研磨ユニットを構成する個々のモータ６７について異常が検出されるごとに、異常が検出されたモータ６７と異常が検出された日時とを対応づけて、記憶部６３に記憶する。

このようにして得られたモータの異常動作に関するデータは、異常診断部６４においてデータ処理され、その結果が表示部６２に表示される。図５は、表示部６２での表示画面の一例であり、個々のモータ（モータＡ〜モータＨ）における動作異常の頻度を、３ヶ月単位でヒストグラム形式にて示したものである。これにより、どのモータにおいて動作異常が頻繁に発生しているか（ひいては、部品の交換が必要であるか）を視覚的にオペレータに認識させることができる。なお、データ処理結果の表示画面は、入力部６１を介したオペレータによる操作により、例えば装置のメンテナンス時に表示することができる。

上記の実施形態では、装置を構成するモータ毎に動作異常の頻度を表示するようにしているが、特定のユニット（例えばトップリング、ドレッサ、アトマイザ）に用いられる複数のモータ毎に、動作異常の頻度を表示するようにしても良い。また、上記の実施形態では、３ヶ月単位での動作異常の頻度を表示しているが、期間には特に限定はなく、例えば１日単位、１週間単位、１月単位あるいは１年単位で表示するようにしても良く、もしくはこれらを切り替えて表示するようにしても良い。さらに、表示されるヒストグラムの中で、動作異常の原因（例えば、出力電流、回転数、振動）ごとに色分け表示しても良い。

上記の実施形態では、動作異常の頻度が表示されるモータの順番に特に限定はなされていないが、例えば動作異常の合計数が多い順番に並べて表示しても良く、あるいは、所定期間における動作異常の頻度が多い順番に並べて表示するようにしても良い。

上記の実施形態は、動作異常の頻度を視覚化してメンテナンスを行うかどうかの判断に供するものであるが、メンテナンスを行う際に必要となるドキュメントを携帯端末に表示させるようにしてもよい。

図６は、携帯端末７０の構成を示すブロック図であり、制御部７１、入力表示部７２、記憶部７３、撮像部７４、画像認識部７５及び無線通信部７６を備えている。入力表示部７２は、例えばタッチパネルで構成されており、後述するメンテナンス画面が表示される。

記憶部７３は、携帯端末７０の制御プログラム、基板処理装置１０の各構成部材（トップリング、ドレッサ等）に関する画像の特徴データ、構成部材に対応するメンテナンス用マニュアル等の文書データ等の各種データが保存されている。撮像部７４は、例えばＣＭＯＳカメラであり、基板処理装置１０の構成部品を撮影してその画像データを取得する。

画像認識部７５は、撮像部７４で得られた撮影画像から特徴データを抽出するとともに、公知の画像マッチング技術を用いて、記憶部７３に保存されている特徴データと比較して、マッチングする可能性が高い構成部材の情報を抽出する。無線通信部７６は、周知の無線通信規格に準拠した無線通信手段を備えており、基板処理装置１０との間でデータの送受信を行うことができる。

図７は、携帯端末７０の入力表示部７２に表示される表示画面の一例（選択画面）を示したものであり、画面の左部８１には撮像手段により撮像された画像が表示され、右上部８２には、前述したマッチングにより画像認識部７５で抽出された（左部分の画像に対応する）構成部材の候補の一覧が表示される。また、画面の右下部８３には、右上部８２から選択された構成部材に対応するメンテナンス用マニュアルの内容が表示される。

装置のメンテナンスを行うオペレータは、入力表示部７２に表示される画面を参照して、メンテナンスを行うべき構成部材を選択する。すると、携帯端末７０は、選択された構成部材に対応するメンテナンスマニュアルが読み出され、右下部８３にその内容が表示される。これにより、オペレータにおいてメンテナンス用のマニュアルを探す手間が省略され、メンテナンスを効率的に行うことが可能となる。

なお、メンテナンス用のマニュアルのデータを、基板処理装置１０の記憶部に保存しておき、無線通信部７６を介して該当するマニュアルのデータを、基板処理装置１０から携帯端末７０に送信するようにしても良い。また、研磨ユニットを構成する個々のモータにおける動作異常の頻度を示すデータを、基板処理装置１０から携帯端末７０に送信し、携帯端末７０において図５で示したヒストグラムを表示するようにしても良い。

上記実施形態では、基板処理装置を構成する各部品を、撮影画像に基づき検索するようにしているが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、基板処理装置を構成する各部品の近傍にＱＲコード（登録商標）等の識別コードを付与しておき、携帯端末７２にインストールされたコードリーダによって当該識別コードを読み取ることにより、対応する操作マニュアルを抽出するようにしても良い。また、検索された構成部品に対応するメンテナンスマニュアル以外にも、取扱説明書、部品表、電気回路等の他の資料を抽出するようにしても良い。

上記実施形態では、トップリングが旋回するタイプの基板研磨装置を例にして説明しているが、本発明はこれに限られることはなく、例えば基板を保持する複数のキャリアヘッドと、当該キャリアヘッドを保持するカルーセルがチャンバ内に備えられ、カルーセルを回転させることで基板を移動させるタイプの基板研磨装置に対しても、等しく適用することができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１０ 基板処理装置
１３Ａ〜１３Ｄ 研磨ユニット
１５ 制御装置
３０ 研磨テーブル
３１ トップリング
３２ 研磨液供給ノズル
３３ ドレッサ
３４ アトマイザ
６０ 制御部
６１ 入力部
６２ 表示部
６３ 記憶部
６４ 異常診断部
６６ モータドライバ
６７ モータ
７０ 携帯端末
７５ 画像認識部

Claims (6)

1. 基板を処理するための基板処理装置の異常を検出するための異常検出システムであって、
   前記基板処理装置を構成する構成要素の出力データを検出する検出部と、
   前記構成要素が正常に動作している場合の前記出力データの範囲を正常数値範囲として記憶する記憶部と、
   前記構成要素からの出力データが前記正常数値範囲から逸脱したか否かを判定し、前記正常数値範囲から逸脱した異常頻度の情報を所定時間毎に前記記憶部に記憶させる異常判定部と、
   前記構成要素における前記異常頻度を、前記所定時間毎に区分けして表示する表示部と、
   を備えたことを特徴とする異常検出システム。
2. 前記基板処理装置は、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨パッドに押し付けるための保持部と、前記研磨パッドの表面を洗浄処理する洗浄部と、前記基板を搬送する搬送機構を備えた基板研磨装置であり、前記構成要素は、前記研磨テーブル、前記保持部、前記洗浄部及び前記搬送機構を駆動するモータであることを特徴とする、請求項１記載の異常検出システム。
3. 請求項１又は２に記載の異常検出システムと、前記異常検出システムと無線通信可能な携帯端末とを備えたメンテナンスシステムであって、
   前記携帯端末は、
   前記異常検出システムから前記構成要素における前記異常頻度の情報を取得可能な無線通信部と、
   前記基板研磨装置の構成要素に関する情報を取得する情報取得部と、
   前記基板研磨装置の構成要素に関するメンテナンス資料を記憶する記憶部とを備えており、
   前記情報取得部において取得された構成要素の情報に対応するメンテナンス資料及び／又は前記異常頻度の情報を抽出して、前記表示部に表示することを特徴とするメンテナンスシステム。
4. 前記情報取得部は、前記基板研磨装置を撮像する撮像部と、前記撮像部で得られた画像に基づき構成要素のタイプを認識する画像認識部とを備えたことを特徴とする、請求項３に記載のメンテナンスシステム。
5. 前記情報取得部は、前記基板研磨装置の構成要素に対応して設けられた識別コードを読み取るコード読取部と、前記識別コードに対応する構成要素を判定する判定部とを備えたことを特徴とする、請求項３に記載のメンテナンスシステム。
6. 基板を処理するための基板処理装置の異常を検出するための異常検出方法であって、
   前記基板処理装置を構成する構成要素の出力データを検出する検出ステップと、
   前記構成要素からの出力データが、前記構成要素が正常に動作している場合の前記出力データの範囲である正常数値範囲から逸脱したか否かを判定する異常判定ステップと、
   前記正常数値範囲から逸脱した異常頻度の情報を所定時間毎に記憶する記憶ステップと、
   前記構成要素における前記異常頻度を、前記所定時間毎に区分けして表示する表示ステップと、
   を備えたことを特徴とする異常検出方法。