JP2021060322A - リーク測定システム、半導体製造システム及びリーク測定方法 - Google Patents

リーク測定システム、半導体製造システム及びリーク測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体製造装置のリークをより簡易的に測定できる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様によるリーク測定システムは、半導体製造装置のリークを測定するリーク測定システムであって、前記半導体製造装置に接触又は接続される振動センサと、前記振動センサが検出する振動データに基づいて振動波形画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部が生成する前記振動波形画像に基づいて前記半導体製造装置のリークを解析する解析部と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、リーク測定システム、半導体製造システム及びリーク測定方法に関する。
半導体製造装置のリーク（漏れ）を確認するリークテストの方法として、ヘリウムリーク試験法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−１６４４６２号公報
本開示は、半導体製造装置のリークをより簡易的に測定できる技術を提供する。
本開示の一態様によるリーク測定システムは、半導体製造装置のリークを測定するリーク測定システムであって、前記半導体製造装置に接触又は接続される振動センサと、前記振動センサが検出する振動データに基づいて振動波形画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部が生成する前記振動波形画像に基づいて前記半導体製造装置のリークを解析する解析部と、を有する。
本開示によれば、半導体製造装置のリークをより簡易的に測定できる。
一実施形態の半導体製造システムの一例を示す図 振動波形画像の一例を示す図 差分画像の一例を示す図 一実施形態の半導体製造システムの別の例を示す図 一実施形態のリーク測定方法を示すフローチャート 画像解析処理の一例を示すフローチャート
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔半導体製造システム〕
図１は、一実施形態の半導体製造システムの一例を示す図である。図１に示されるように、半導体製造システム１は、半導体製造装置１０と、半導体製造装置１０のリークを測定するリーク測定システム２０と、有する。
半導体製造装置１０は、半導体ウエハ、ＦＰＤ用基板等の基板に対し、成膜処理、エッチング処理等の所定の処理を行う装置である。半導体製造装置１０は、基板を１枚ずつ処理する枚葉式の装置であってもよく、複数の基板を一度に処理するバッチ式の装置であってもよい。半導体製造装置１０は、処理ガス供給部１１、不活性ガス供給部１２、ガス供給管１３、処理容器１４、ガス排気管１５、排気部１６等を有する。また、半導体製造装置１０は、図示しない加熱機構、冷却機構等を有していてもよい。
処理ガス供給部１１は、ガス供給管１３を介して処理容器１４と接続されており、ガス供給管１３を介して処理容器１４内に処理ガスを供給する。処理ガス供給部１１は、例えば処理容器１４内に収容された基板に所定の処理を行う際にガス供給管１３を介して処理容器１４内に処理ガスを供給する。処理ガスは、所定の処理に応じて選択される。例えば、所定の処理がシリコン酸化膜を形成する処理である場合、処理ガスとしては、例えばジクロロシラン（ＤＣＳ）ガス等のシリコン含有ガスと、オゾン（Ｏ３）ガス等の酸化ガスを利用できる。
不活性ガス供給部１２は、ガス供給管１３を介して処理容器１４と接続されており、ガス供給管１３を介して処理容器１４内に不活性ガスを供給する。不活性ガス供給部１２は、例えば処理容器１４内に残存する処理ガスを置換して除去するパージ処理を行う際にガス供給管１３を介して処理容器１４内に不活性ガスを供給する。また、不活性ガス供給部１２は、リーク測定システム２０により半導体製造装置１０の各部（例えば、ガス供給管１３、処理容器１４、ガス排気管１５）のリークの有無を判定する際にガス供給管１３を介して処理容器１４内に不活性ガスを供給する。不活性ガスは、例えば窒素（Ｎ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスであってよい。
ガス供給管１３は、処理ガス供給部１１及び不活性ガス供給部１２と処理容器１４とを接続する。ガス供給管１３の一端は、例えば継手により処理ガス供給部１１及び不活性ガス供給部１２のガス配管と接続される。ガス供給管１３の他端は、例えば継手により処理容器１４内に処理ガス及び不活性ガスを供給するためのガスノズル（インジェクタ）と接続される。ガス供給管１３には、バルブ、流量制御器（例えば、マスフローコントローラ）、圧力制御器（例えば、レギュレータ）等が継手を用いて介設されている。継手は、例えばガスケット継手であってよい。
処理容器１４は、内部を減圧可能な容器である。処理容器１４は、内部に１又は複数の基板を収容する。処理容器１４内では、処理ガス供給部１１からの処理ガスが供給されることで、基板に対して所定の処理が行われる。
ガス排気管１５は、処理容器１４と排気部１６とを接続する。ガス排気管１５の一端は、例えば継手により処理容器１４の排気ポートと接続される。ガス排気管１５の他端は、例えば継手により排気部１６と接続される。ガス排気管１５には、バルブ（例えば、バタフライ弁）等が継手を用いて介設されている。
排気部１６は、ガス排気管１５を介して処理容器１４と接続されており、ガス排気管１５を介して処理容器１４内を排気することにより処理容器１４内を減圧する。排気部１６は、例えば真空ポンプを含む。
リーク測定システム２０は、半導体製造装置１０のリークを測定する。リーク測定システム２０は、振動センサ２１、画像生成部２２、解析部２３、記憶部２７、表示部２８を有する。画像生成部２２、解析部２３、記憶部２７及び表示部２８は、例えばコンピュータにおいて実現される。
振動センサ２１は、ガス供給管１３の継手に着脱自在に取り付けられ（以下「接触」ともいう。）、又はガス供給管１３の継手に固定されており（以下「接続」ともいう。）、ガス供給管１３を流れるガスの振動を検出する。振動センサ２１の種類は特に限定されないが、例えば圧電型センサを利用できる。振動センサ２１の測定周波数領域は、例えば１００ｋＨｚ〜９５０Ｈｚであってよい。振動センサ２１には、検出した振動（以下「振動データ」という。）を増幅する増幅器（図示せず）が取り付けられていてもよい。増幅器の利得は、例えば２０ｄＢ〜６０ｄＢであってよい。
画像生成部２２は、振動センサ２１が検出する振動データに基づいて振動波形画像を生成する。画像生成部２２は、例えば振動データを高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）解析することにより振動波形画像を生成する。なお、振動データがアナログ値である場合には、計測部（図示せず）が振動データを離散化しデジタルデータとして加工した後、画像生成部２２はデジタルデータに加工された振動データに基づいて振動波形画像を生成する。
図２は、振動波形画像の一例を示す図であり、ガス供給管１３に不活性ガスを供給してガス供給管１３内を加圧した状態で振動センサ２１が検出した振動データに基づいて生成された振動波形画像の一例である。
図２（ａ）は、リークしていない状態で振動センサ２１が検出する振動データに基づいて生成される振動波形画像の一例を示す図である。図２（ａ）には、振動波形画像として、ガス供給管１３の継手を手締めにより締め込んだ後に６０度だけ締め付けた状態で検出した振動データをＦＦＴ解析した振動波形画像を示す。ただし、リークしていない状態で振動センサ２１が検出する振動データに基づいて生成される振動波形画像は、例えばガス供給管１３に不活性ガスを供給しない状態で振動センサ２１が検出した振動データに基づいて生成される画像であってもよい。
図２（ｂ）は、リークを測定したい状態で振動センサ２１が検出する振動データに基づいて生成される振動波形画像の一例を示す図である。図２（ｂ）には、振動波形画像として、ガス供給管１３の継手を手締めにより締め込んだ後に１０度だけ締め付けた状態で検出した振動データをＦＦＴ解析した振動波形画像を示す。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、横軸は周波数（Frequency）［ｋＨｚ］を示し、縦軸はパワースペクトル密度（ＰＳＤ：Power Spectral Density）を示す。
解析部２３は、画像生成部２２が生成する振動波形画像に基づいてガス供給管１３のリークを解析する。解析部２３は、画像処理部２４、算出部２５、判定部２６を有する。
画像処理部２４は、画像生成部２２が生成する２つの振動波形画像の差分画像を生成する。２つの振動波形画像の一方は、例えばリークしていない状態で振動センサ２１が検出した振動データに基づいて生成される画像である。２つの振動波形画像の他方は、例えばリークを測定したい状態で振動センサ２１が検出した振動データに基づいて生成される画像である。画像処理部２４は、例えば２つの振動波形画像の一方を記憶部２７から取得すると共に、２つの振動波形画像の他方を画像生成部２２から取得し、取得した２つの振動波形画像に基づいて差分画像を生成する。
図３は、差分画像の一例を示す図である。図３に示されるように、差分画像は２つの振動波形画像における一致する領域が黒色で表され、一致しない領域が白色で表されている。
また、画像処理部２４は、振動波形画像がカラー画像である場合には、グレースケール化処理によりカラー画像をグレースケール画像に変換し、二値化処理によりグレースケール画像を二値画像に変換した後に、二値画像に基づいて差分画像を生成する。また、画像処理部２４は、振動波形画像がグレースケール画像である場合には、二値化処理によりグレースケール画像を二値画像に変換した後に、二値画像に基づいて差分画像を生成する。
算出部２５は、画像処理部２４が生成する差分画像に基づいて差分割合を算出する。算出部２５は、例えば画像処理部２４が生成する差分画像の全領域（図３の領域Ａ）に対する白色領域の割合を差分割合として算出する。ただし、算出部２５は、例えば画像処理部２４が生成する差分画像の一部の領域（図３の領域Ｂ）を抽出して該一部の領域Ｂに対する該一部の領域Ｂに含まれる白色領域の割合を差分割合として算出してもよい。
判定部２６は、算出部２５が算出する差分割合に基づいてガス供給管１３のリークの有無を判定する。判定部２６は、例えば算出部２５が算出する差分割合と予め定めた閾値とを比較することによりリークの有無を判定する。具体的には、判定部２６は、算出部２５が算出する差分割合が閾値以下である場合に「リークなし」と判定し、算出部２５が算出した差分割合が閾値よりも大きい場合に「リークあり」と判定する。閾値は、例えば予備実験により定められる値であってよい。
記憶部２７は、振動センサ２１が検出する振動データ、画像生成部２２が生成する振動波形画像、解析部２３が解析するリークの解析結果等を記憶する。
表示部２８は、振動センサ２１が検出する振動データ、画像生成部２２が生成する振動波形画像、解析部２３が解析するリークの解析結果等を表示する。表示部２８は、振動データ、振動波形画像及びリークの解析結果の全てを表示してもよく、一部のみを表示してもよい。
なお、図１の例では、振動センサ２１がガス供給管１３の継手に接触又は接続されている場合を示したが、振動センサ２１が接触又は接続される位置はこれに限定されない。例えば、図４に示されるように、振動センサ２１はガス排気管１５に接触又は接続されていてもよい。ただし、リークの有無の判定精度を高めるという観点から、振動センサ２１は、半導体製造装置１０におけるリーク（漏れ）の有無を判定したい位置又はその近傍に接触又は接続されていることが好ましい。
〔リーク測定方法〕
一実施形態のリーク測定方法について説明する。一実施形態のリーク測定方法は、半導体製造装置１０を新たに導入する場合や、半導体製造装置１０のメンテナンス後に、ガス供給管１３、処理容器１４、ガス排気管１５等のリークを測定する方法である。一実施形態のリーク測定方法は、例えば振動センサ２１を半導体製造装置１０におけるリークを測定したい位置又はその近傍に接触又は接続した状態かつ不活性ガス供給部１２からガス供給管１３に不活性ガスを供給してガス供給管１３内を加圧した状態で行われる。不活性ガス供給部１２からガス供給管１３への不活性ガスの供給は、操作者が手動で行ってもよく、リーク測定システム２０が処理ガス供給部１１を制御して自動で行ってもよい。
以下では、図５を参照し、半導体製造装置１０におけるガス供給管１３のリークを測定する場合を例に挙げて説明する。図５は、一実施形態のリーク測定方法を示すフローチャートである。
まず、振動センサ２１がガス供給管１３に接触又は接続された状態で、操作者によりリーク測定を実行する操作が行われると、リーク測定システム２０は、不活性ガス供給部１２を制御して、不活性ガス供給部１２からガス供給管１３に不活性ガスを供給する。これにより、ガス供給管１３内が加圧される。続いて、以下のステップＳ１〜Ｓ５を実行する。
ステップＳ１では、振動センサ２１は、ガス供給管１３を流れるガスの振動を検出する。振動センサ２１が検出したガスの振動は、振動データとして記憶部２７に記憶される。
ステップＳ２では、画像生成部２２は、ステップＳ１で検出された振動データに基づいて振動波形画像を生成する。画像生成部２２が生成した振動波形画像は、記憶部２７に記憶される。
ステップＳ３では、画像処理部２４及び算出部２５は、ステップＳ２で生成された振動波形画像を用いて画像解析処理を行う。画像解析処理による解析結果は、記憶部２７に記憶される。なお、画像解析処理については後述する。
ステップＳ４では、判定部２６は、ステップＳ３の画像解析処理により得られた解析結果に基づいてガス供給管１３のリークの有無を判定する。一実施形態では、判定部２６は、算出部２５が算出した差分割合に基づいてガス供給管１３のリークの有無を判定する。判定部２６は、例えば算出部２５が算出した差分割合と予め定めた閾値とを比較することによりリークの有無を判定する。
ステップＳ５では、表示部２８は、ステップＳ４において判定部２６が判定した判定結果であるガス供給管１３のリークの有無に関する情報を表示する。また、表示部２８は、リークの有無に関する情報に加えて、ステップＳ１で記憶部２７に記憶された振動データ、ステップＳ２で記憶部２７に記憶された振動波形画像及びステップＳ３で記憶部２７に記憶された解析結果の少なくともいずれかを表示してもよい。
〔画像解析処理〕
一実施形態のリーク測定方法において実行される画像解析処理の一例について説明する。図６は、画像解析処理の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ３１では、画像処理部２４は、ステップＳ２で生成された振動波形画像に対して、グレースケール化処理によりカラー画像をグレースケール画像に変換し、二値化処理によりグレースケール画像を二値画像に変換する。ただし、振動波形画像がグレースケール画像である場合には、二値化処理のみを行えばよく、グレースケール化処理を省略できる。また、振動波形画像が二値画像である場合には、ステップＳ３１（グレースケール化処理及び二値化処理）を省略できる。
ステップＳ３２では、画像処理部２４は、リーク測定方法を実行するに先立って記憶部２７に記憶された二値化した振動波形画像（二値画像）と、ステップＳ３１で二値化した振動波形画像（二値画像）と、に基づいて差分画像を生成する。リーク測定方法を実行するに先立って記憶部２７に記憶された二値画像は、比較対象となるリファレンス画像であり、例えばリークしていない状態で振動センサ２１が検出した振動データに基づいて生成された振動波形画像であってよい。画像処理部２４が生成した差分画像は、記憶部２７に記憶される。
ステップＳ３３では、算出部２５は、ステップＳ３２において画像処理部２４が生成した差分画像に基づいて差分割合を算出する。算出部２５が算出した差分割合は、記憶部２７に記憶される。
〔実施例〕
一実施形態のリーク測定方法によりガス供給管１３のリークの有無の判定を行った実施例について説明する。実施例では、ガス供給管１３におけるガス配管の接続部であるガスケット継手の締め付け量を変化させたときのリークの有無の判定を行った。具体的には、ガスケット継手を手締めにより締め込んだ後、所定の角度（１０度、２０度、３０度、４０度、５０度）だけ締め付けたときのそれぞれについて、前述のリーク測定方法によりリーク測定を行った。なお、実施例では、振動センサ２１をガスケット継手に接触させた状態でガス供給管１３内のガスの振動を検出した。また、ガス供給管１３にＮ２ガスを供給してガス供給管１３内を加圧した状態で振動センサ２１が検出した振動データに基づいて生成される振動波形画像に基づいて差分割合を算出した。
また、比較のために、ガスケット継手を手締めにより締め込んだ後、所定の角度（１０度、２０度、３０度、４０度、５０度）だけ締め付けたときのそれぞれについて、ヘリウムリーク試験法によりリークレートを測定した。
一実施形態のリーク測定方法により算出した差分割合［％］及びヘリウムリーク試験法により算出したリークレート［Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ］を以下の表１に示す。
Figure 2021060322
表１に示されるように、ガスケット継手の締付角度を４０度以上にすることで、３０度以下の場合と比較して一実施形態のリーク測定方法により算出される差分割合が大きく低下している。また、ガスケット継手の締付角度を４０度以上にすることで、ヘリウムリークディテクタのリークレートが検知限界以下となっている、すなわち、リークが生じていない。これらの結果から、一実施形態のリーク測定方法において、差分割合の閾値を例えば２０％とすることにより、ガス供給管１３のリークの有無の判定を、ヘリウムリーク試験法と同等の精度で行うことができると言える。
以上に説明したように、一実施形態では、半導体製造装置１０に接触又は接続した振動センサ２１が検出する振動データに基づいて振動波形画像を生成し、振動波形画像に基づいて半導体製造装置１０のリークを解析する。振動センサは小型であることから、例えばヘリウムリーク試験法における検出器（ヘリウムリークディテクタ）を使用するよりも大幅にコンパクトなリーク測定システムを構築できる。すなわち、半導体製造装置１０のリークをより簡易的に測定できる。例えば、手持ちでリーク測定できる大きさにし、利便性を高めることができる。
また、一実施形態では、不活性ガスを供給して加圧した状態で振動センサ２１がガス供給管１３内のガスの振動を検出する。これにより、ガス供給管１３内を減圧（真空引き）する必要がないので、リーク測定に要する時間を短縮できる。これに対し、ヘリウムリーク試験法等の減圧リーク測定法では、真空引きや検出器の準備に要する時間が長いため、リーク測定に要する時間が長くなる。
また、一実施形態では、２つの振動波形画像に基づいて生成される差分画像を用いてリークの有無の判定を行うので、振動波形画像にノイズが含まれる場合であっても、差分画像を生成する際にノイズが除去される。ノイズは、リークの有無によらずに同じ周波数帯域に出現するためである。このように、２つの振動波形画像に基づいて生成される差分画像を用いてリークの有無の判定を行うことで、複雑な統計処理手法やフィルタ処理を行うことなくノイズを除去できるため、リークの有無の判定結果が得られるまでの計算工数を削減できる。
また、一実施形態では、リークの有無の判定結果が表示部２８に表示されるので、操作者は表示部２８を確認することでリークの有無を容易に認識できる。例えば、操作者は表示部２８を確認することでリークがあることを認識し、ガス供給管１３の継手の増し締め等を行う。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１ 半導体製造システム
１０ 半導体製造装置
２０ リーク測定システム
２１ 振動センサ
２２ 画像生成部
２３ 解析部
２４ 画像処理部
２５ 算出部
２６ 判定部
２７ 記憶部
２８ 表示部

Claims (12)

  1. 半導体製造装置のリークを測定するリーク測定システムであって、
    前記半導体製造装置に接触又は接続される振動センサと、
    前記振動センサが検出する振動データに基づいて振動波形画像を生成する画像生成部と、
    前記画像生成部が生成する前記振動波形画像に基づいて前記半導体製造装置のリークを解析する解析部と、
    を有する、リーク測定システム。
  2. 前記解析部は、
    前記画像生成部が生成する２つの振動波形画像の差分画像を生成する画像処理部と、
    前記画像処理部が生成する前記差分画像に基づいて差分割合を算出する算出部と、
    前記算出部が算出した前記差分割合に基づいて前記半導体製造装置のリークの有無を判定する判定部と、
    を有する請求項１に記載のリーク測定システム。
  3. 前記２つの振動波形画像の一方は、前記半導体製造装置がリークしていない状態で前記振動センサが検出する前記振動データに基づいて生成される画像である、
    請求項２に記載のリーク測定システム。
  4. 前記２つの振動波形画像の一方は、前記半導体製造装置に不活性ガスを供給しない状態で前記振動センサが検出する前記振動データに基づいて生成される、
    請求項２又は３に記載のリーク測定システム。
  5. 前記２つの振動波形画像の他方は、前記半導体製造装置のリークを測定したい状態で前記振動センサが検出する前記振動データに基づいて生成される画像である、
    請求項２乃至４のいずれか一項に記載のリーク測定システム。
  6. 前記２つの振動波形画像の他方は、前記半導体製造装置に不活性ガスを供給して前記半導体製造装置内を加圧した状態で前記振動センサが検出する前記振動データに基づいて生成される画像である、
    請求項２乃至５のいずれか一項に記載のリーク測定システム。
  7. 前記判定部は、前記算出部が算出した前記差分割合と予め定めた閾値とを比較することにより前記リークの有無を判定する、
    請求項２乃至６のいずれか一項に記載のリーク測定システム。
  8. 前記画像生成部は、前記振動データをＦＦＴ解析することにより前記振動波形画像を生成する、
    請求項１乃至７のいずれか一項に記載のリーク測定システム。
  9. 前記解析部が解析した前記リークの解析結果を表示する表示部を更に有する、
    請求項１乃至８のいずれか一項に記載のリーク測定システム。
  10. 前記振動センサが検出した前記振動データ、前記画像生成部が生成した前記振動波形画像及び前記解析部が解析した前記リークの解析結果を記憶する記憶部を更に有する、
    請求項１乃至８のいずれか一項に記載のリーク測定システム。
  11. 半導体製造装置と、
    前記半導体製造装置に接触又は接続される振動センサと、
    前記振動センサが検出する振動データに基づいて振動波形画像を生成する画像生成部と、
    前記画像生成部が生成する前記振動波形画像に基づいて前記半導体製造装置のリークを解析する解析部と、
    を有する、半導体製造システム。
  12. 半導体製造装置のリークを測定するリーク測定方法であって、
    前記半導体製造装置に接触又は接続された振動センサが検出する振動データに基づいて振動波形画像を生成するステップと、
    前記振動波形画像を生成するステップで生成された前記振動波形画像に基づいて前記半導体製造装置のリークを解析するステップと、
    を有する、リーク測定方法。
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