JPH11193464A - 排気系の圧力異常検出装置とその検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の半導体製造装置の排気管内に堆積した生
成物による実行排気速度の低下に対するメインテナンス
時期は、基板の処理枚数や到達真空度まで達する時間な
ど経験的に実施時期を決めていたが、必ずしも適正なタ
イミングとは限らず、インターロックが作動して稼働が
停止する場合もあった。 【解決手段】本発明は、半導体製造装置の排気管内に堆
積した生成物による実行排気速度の低下をバルブの開口
度により関知し、その開口度の所定範囲内で警告を行
い、適正なタイミングでメインテナンスを実施可能な排
気系の圧力異常検出装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
おける排気管内への生成物の堆積よる排気速度の低下を
検知し、適正な時期にメインテナンスを実施する排気系
の圧力異常検出装置とその検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体素子を製造する製造装置
として、排気系やガス導入系を備え、プロセスガスを用
いて、半導体基板等の基板上に薄膜を形成するＣＶＤ装
置等や、放電によりエッチングを行うドライエッチング
装置等が知られている。

【０００３】これらの半導体製造装置のガス導入系及び
ガス排気系の一構成例としては、図５に示すように、基
板上に成膜やエッチングを行うためのチャンバー１と、
チャンバー１内にプロセスガスを含む複数のガスを混合
若しくは単独で導入するためのガス導入系２と、チャン
バー１内からガス等を排気する排気系３と、チャンバー
１と排気系３との間に設けられ、排気速度を制御してチ
ャンバー内を任意の圧力値にするバタフライバルブ等の
圧力制御用バルブ４と、その圧力制御用バルブ４の開閉
を駆動するバルブ駆動部５と、バルブ駆動部５若しくは
圧力制御用バルブ４からの信号により、バルブ開口度を
検出するバルブ開口度検出部７と、チャンバー１内の圧
力を検出する圧力計６と、圧力計６が検出した検出値に
基づき、バルブ駆動部５を制御するＡＰＣ制御部（ＡＰ
Ｃ：Automatic Pressure Controller）８と、圧力計６
で検出された圧力値を表示するモニタ９と、ＡＰＣ制御
部７に任意の圧力値を設定するための圧力値設定部１０
とで構成される。モニタ９及び圧力値設定部１０にはパ
ーソナルコンピュータを用いてもよい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した図５に示した
ような半導体製造装置は、チャンバー１内で発生したプ
ロセスガスによる反応生成物やエッチングで発生したエ
ッチング生成物が排気系に引き込まれ、配管内部に堆積
する。特に、排気速度が変化する圧力制御用バルブ４の
手前や排気用ポンプの吸気口の手前に堆積することが多
い。

【０００５】この堆積物は、チャンバー内にパーティク
ルを発生させるだけでなく、排気管の内径を次第に狭
め、実行排気速度を低下させる。この実行排気速度が低
下すると、排気系に負荷を与えるだけでなく、強いては
プロセス全体に影響を及ぼすこととなる。そこで、処理
量や稼働日数に応じてメインテナンスを実施し、堆積し
た生成物を取り除かなければならない。

【０００６】従来では、処理を行った基板の枚数や、チ
ャンバー内が所定の到達真空度まで達する時間など経験
的に目安を付けてメインテナンスを実施する時期を決め
ていたが必ずしも適正なタイミングで行われていたとは
限らない。

【０００７】つまり、従来の装置構成では、排気管に取
り付けれた圧力制御用バルブ４は、ＡＰＣ制御部８によ
り開口度が制御されているが、あくまでもチャンバー１
内に取り付けられた圧力計６が検出した圧力値を基準と
して、設定された圧力値を得るまでバルブを開口するよ
うに制御しているため、既にバルブが全開近くになって
いるにも関わらず、設定圧力値になっていれば、メイン
テナンス時期を誤る場合もある。

【０００８】その時に新たなロットの製品の処理を開始
し、そのロットの処理中で設定圧力に達しないとインタ
ーロックが作動して稼働が停止する。そこで急きょ、そ
の製造装置を停止して、メインテナンスを行わなければ
ならなくなる。

【０００９】このように製造ラインの一部が停止したこ
とで、全体的な製造日程に影響を与えるだけでなく、メ
インテナンス前とメインテナンス後では製造装置のプロ
セス環境が異なってしまう場合もあり、ロット内で製品
にばらつきを発生させる原因にもなる。

【００１０】また、例えば、特開昭６３−７３６２９号
公報には、ＣＶＤ装置に搭載する堆積膜厚積算計が提案
されており、推測された膜堆積量によりメンテナンス時
期を決定する技術がある。

【００１１】この堆積膜厚積算計は、予めチャンバー内
の温度、ガス流量、圧力エネルギー等に基づく膜堆積速
度をプログラム化して記憶しておき、実際の製造の際
に、ＣＶＤ装置の温度制御装置、ガス流量計制御装置及
び、圧力制御装置により得られた情報をプログラムに当
て填め、膜堆積速度を求め、処理した堆積時間から堆積
されたと想定される膜厚を算出するものである。この堆
積膜厚積算計が算出した、総堆積膜厚によりメンテナン
ス周期の管理を行っている。

【００１２】しかし、この技術は、予め設定された成膜
条件により、同じ仕様の成膜を大量生産する装置のチャ
ンバー内のメンテナンスには適しているが、この技術を
そのまま用いて排気管に付着する生成物の膜厚を推測す
ることはできない。

【００１３】周知なように、排気管に付着する生成物の
堆積速度は、管の温度と管径と管内のその箇所を通過す
る排気の速度とが大きく影響している。一般的に、装置
チャンバから排気ポンプまでの排気管の径は一律ではな
いうえ屈曲した箇所もあり排気速度はそれぞれに異な
り、また繋ぎ目等でも排気速度は異なっている。

【００１４】さらに当業者で有れば周知なように、排気
管を外側からヒータ等で暖め、生成物が付着しづらくし
て、メンテナンス時期を長くしたりする手法があるよう
に、排気管の温度によっても生成物の付着速度は異なっ
てくる。

【００１５】従って、排気管内へ生成物が付着する速度
は、チャンバー内に堆積する膜とは、本質的に異なって
いるため、このような堆積膜厚積算計を用いて推測する
ことはできない。

【００１６】そこで本発明は、半導体製造装置の適正な
メインテナンス時期を予測して、排気系に余計な負荷が
加わることを防止し、予めメンテナンス時期を予測する
ことにより、製造日程を計画的に実施でき、メンテナン
スに要する時間を抑制する排気系の圧力異常検出装置と
その検出方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、ガス導入系によりプロセスガスをチャンバ
ー内に導入し、該チャンバー内で成膜若しくはエッチン
グを行う製造装置の排気系において、前記チャンバー内
に導入された前記プロセスガスを排気する際に、前記チ
ャンバー内が所望する圧力になるように圧力制御を行う
バルブ手段と、圧力に伴って変化する前記バルブ手段の
開口度を検出するバルブ開口度検出手段と、前記開口度
に基づく警告条件やメインテナンス条件を設定する設定
手段と、前記バルブ開口度検出手段により検出されたバ
ルブ開口度が予め定めた開口度になった際に、メインテ
ナンスを実施するように判定する判定手段と、前回まで
に判定されたメインテナンス実施に関する情報を記憶す
るデータ記憶手段と、メンテナンス実施の指示回数が設
定回数若しくは、開口度が予め定めた設定値以上になっ
た時に、強制的にメンテナンス実施状態に移行させる処
理手段と備える排気系の圧力異常検出装置を提供する。

【００１８】さらに、ガス導入系によりプロセスガスを
チャンバー内に導入し、該チャンバー内で成膜若しくは
エッチングを行う製造装置の排気系の圧力異常検出方法
において、予測的に行うメインテナンス（ＣＢＭ：Cond
ition Bassed Maintenance）の条件やメンテナンス実施
を示唆するアラーム条件及び、少なくとも２回の警告時
間を設定する工程と、稼働時間が設定された警告時間経
過した際に、メンテナンス実施を促す指示を発し、稼働
を継続するか否か判定する工程と、さらに継続された稼
働の時間の累計が予め設定された最終の警告時間に達し
た際に、直ちに製造装置をメインテナンス可能な状態に
移行させる工程とからなる排気系の圧力異常検出方法を
提供する。

【００１９】以上のような構成の排気系の圧力異常検出
装置及びその方法は、半導体製造装置の排気管内に堆積
した生成物による実行排気速度の低下をバルブの開口度
により関知し、その開口度の所定範囲内で複数の警告を
行が行われ、最終に設定された警告条件を越えた際に
は、メインテナンスを強制的に実施させる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。

【００２１】通常、半導体製造装置のメインテナンスと
しては、前述したような圧力異常によるインターロック
が作動して装置が停止してしまい、メインテナンスを行
うブレークダウンメインテナンス（ＢＭ：Breakdown Ma
intenance）に対して、予め予測的に行うメインテナン
ス（ＣＢＭ）がある。

【００２２】本実施形態では、ＣＢＭとしてメインテナ
ンスを実施するタイミングは、排気系の実行排気速度の
低下に基づく。

【００２３】この実行排気速度の低下は、生成物等の付
着による排気管のコンダクタンスの変化として捉えるこ
ともできる。つまり、実効速度の変化とコンダクタンス
の変化は、次式で与えられる。

【００２４】 １／Ｓ1 ＝１／Ｃ0 ＝１／Ｓ0 …（１） ここで、Ｓ1 ：有効排気速度、Ｓ0：実行排気速度、Ｃ1
：コンダクタンスとする。この時、コンダクタンス
は、長い円筒管の粘性流（プロセス圧力 ４５０mmtor
r）とすると、

【数１】 となる。ここで、円筒管の両端部の圧力をＰ1，Ｐ2 （m
mtorr）、円筒管の直径をφｄ（ｍ）、管長をＬ（ｍ）
とする。このように、管内に付着した生成物によるバル
ブの開口度（開口率）は、４乗倍で変化することにな
る。

【００２５】従ってバルブの開口度で円筒管のコンダク
タンスの変化、すなわち、実行排気速度の低下を検知の
手段として利用する事ができる。

【００２６】例えば、図３には、製造装置の稼働時間
（プロセス時間）と後述する製造装置の圧力制御用バル
ブ及び判定値（メンテナンス時期）との関係を示す。

【００２７】図３中のＡ，Ｂ，Ｃをメンテナンスを実施
する時期を判定するための判定値として用いて、装置の
稼働状況や仕掛かりロット数（処理枚数）等に応じて、
メンテナンスのタイミングを製造上最も影響の少ないと
ころに設定することができる。

【００２８】図１には、本発明による半導体製造装置に
おける排気系の圧力異常検出装置の一実施形態の概略的
な構成例を示し説明する。

【００２９】本実施形態は、ガス導入系及びガス排気系
を含む構成例として示しており、図１に示すように、半
導体基板等の基板を装填し、その基板上に成膜やエッチ
ングを行うためのチャンバー１１と、チャンバー１１内
にプロセスガスを含む複数のガスを混合若しくは単独で
導入するためのガス導入系１２と、チャンバー１１内か
らガス等を排気する排気系１３と、チャンバー１１と排
気系１３との間に設けられ、排気速度を制御してチャン
バー１１内を任意の圧力値にするバタフライバルブ等か
らなる圧力制御用バルブ１４と、この圧力制御用バルブ
１４の開閉を圧力設定角度信号により駆動するバルブ駆
動部１５と、チャンバー１１内の圧力を検出し、モニタ
圧力信号として後述するＡＰＣ制御部１７に出力する圧
力計１６と、圧力計１６が検出したモニタ圧力信号に基
づき、バルブ駆動部１５を制御するＡＰＣ部１７と、圧
力計１６で検出された圧力値等を表示するモニタ１８
と、ＡＰＣ部１７に任意の圧力値を設定するための圧力
値設定部１９と、圧力制御用バルブ１４の開口度を検出
するバルブ開口度検出部２０と、バルブ開口部検出２０
により検出されたバルブ開口度に関する検出データを処
理する検出データ処理部２１と、警告すべき開口度やメ
インテナンス条件等を設定する設定部２２と、以前に検
出されたデータやメインテナンス条件（ＣＢＭ）等の設
定条件を記憶するデータバッファ部２３と、検出データ
処理部２１による処理結果に基づき、ある設定値以上に
開口度が開いたときに、メインテナンスを実施するよう
に判定する判定部２４と、メインテナンス実施を音や光
により操作者に促す警告部２５とで構成される。

【００３０】バルブ開口度検出部２０による開口度の検
出は、バルブの軸にセンサを設けても良いし、バルブを
開閉させるステップモータのステップ数を数えてもよ
い。その他、自明な方法により検出してもよい。

【００３１】またモニタ１８には、圧力値に関する情
報、バルブの開口度に関する情報及び、メインテナンス
に関する情報等が表示される。圧力値設定部１９や設定
部２２は、同一のものを兼用してもよく、キーボードや
タッチパネル等からなる。

【００３２】このように構成された圧力異常検出装置の
動作について、図２のフローチャートを参照して説明す
る。

【００３３】まず、ＣＢＭ等のメインテナンス条件やア
ラーム条件を設定部２２により設定する（ステップＳ
１）。本実施形態では一例として、３段階のアラームと
し、それぞれに条件設定する。この条件設定には、前述
した図３に示すような実験等により得られた、半導体装
置を製造した稼働時間とバルブ開口度の関係を利用して
求めた設定値を用いる。この関係は、管内に生成物が付
着しない場合には、稼働時間が積算されていってもバル
ブの開口度は変化しないが、実際には、排気管内に生成
物が付着し堆積するため、バルブの開口度が最初は緩や
かに上昇するが途中から放物線状に急に上昇する。従っ
て、Ｂ点からＣ点までの範囲内にメインテナンスを実施
する必要がある。

【００３４】本実施形態では、３段階のアラームとして
いるため、この範囲の内に任意の３点を設定している。

【００３５】次に半導体装置を製造するための稼働を行
う（ステップＳ２）。そして第１のバルブ開口度が第１
の警告条件となったか否か判定し（ステップＳ３）、警
告条件となった場合には（ＹＥＳ）、モニタ１８への表
示や警告部２５による音若しくは光によるアラーム告知
を行う（ステップＳ４）。

【００３６】次にメインテナンスを行うか否か判定する
（ステップＳ５）。この判定でメインテナンスを行うと
判定をした場合には（ＹＥＳ）、メインテナンスを実施
し（ステップＳ６）、行わない場合には（ＮＯ）、製造
装置の稼働を継続する（ステップＳ７）。

【００３７】次に第２の警告条件となったか否か判定し
（ステップＳ８）、警告となった場合には（ＹＥＳ）、
この旨をモニタ１８や警告部２５でアラーム告知する
（ステップＳ９）。

【００３８】次に、メインテナンスを行うか否か判定す
る（ステップＳ１０）。この判定でメインテナンスを行
うと判定をした場合には（ＹＥＳ）、メインテナンスを
実施し（ステップＳ６）、行わない場合には（ＮＯ）、
稼働を継続する（ステップＳ１１）。

【００３９】さらに稼働を継続し、最終の第３の警告と
なった場合（ステップＳ１２）には、前回までのような
メインテナンス実施の有無の問い合わせはせずに、製造
装置を強制的に直ちにメインテナンス可能な状態にして
（ステップＳ１３）、メンテナンスを実施する（ステッ
プＳ６）。

【００４０】前記メンテナンス可能な状態とは、現在処
理しているものの処理は完了させ、新たなロットの仕掛
かりを中止することである。但し、新たなロットがメン
テナンス前に処理可能な範囲であれば、それらを処理し
た後、メンテナンスを実行するように設定する。

【００４１】以上説明したように、本実施形態の排気系
の圧力異常検出装置は、排気管内に堆積した生成物によ
る実行排気速度の低下を圧力制御用バルブの開口度によ
り関知し、適正なメインテナンス時期を予測して実施
し、製造日程の計画性に影響を与えない。

【００４２】また、検出データ処理部２１、設定部２
２、データバッファ２３、判定部２４の構成部位は、そ
れぞれ別個で構築しても良いが、パーソナルコンピュー
タにソフトウエアとして構築し、実施することも容易に
可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
導体製造装置の適正なメインテナンス時期を予測して、
排気系に余計な負荷が加わることを防止し、予めメンテ
ナンス時期を予測することにより、製造日程を計画的に
実施でき、メンテナンスに要する時間を抑制する排気系
の圧力異常検出装置とその検出方法を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排気系の圧力異常検出装置の構成
例を示す図である。

【図２】本実施形態の動作を説明するためのフローチャ
ートである。

【図３】半導体製造装置の稼働時間と、製造装置の圧力
制御用バルブ及び判定値（メンテナンス時期）との関係
を示す図である。

【図４】バルブの開口度と半導体装置製造の稼働時間と
の関係からメインテナンス時期を求めるための図であ
る。

【図５】従来の半導体製造装置のガス導入系及び排気系
を含む概略的な構成を示す図である。

【符号の説明】

１１…チャンバー １２…ガス導入系 １３…排気系 １４…バルブ １５…自動圧力制御（ＡＰＣ）駆動部 １６…圧力計 １７…ＡＰＣ制御部 １８…モニタ １９…圧力値設定部 ２０…バルブ開口度検出部 ２１…検出データ処理部 ２２…設定部 ２３…データバッファ部 ２４…判定部 ２５…警告部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス導入系によりプロセスガスをチャン
   バー内に導入し、該チャンバー内で成膜若しくはエッチ
   ングを行う製造装置の排気系において、 前記チャンバー内に導入された前記プロセスガスを排気
   する際に、前記チャンバー内が所望する圧力になるよう
   に圧力制御を行うバルブ手段と、 圧力に伴って変化する前記バルブ手段の開口度を検出す
   るバルブ開口度検出手段と、 前記開口度に基づく警告条件やメインテナンス条件を設
   定する設定手段と、 前記バルブ開口度検出手段により検出されたバルブ開口
   度が予め定めた開口度になった際に、メインテナンスを
   実施するように判定する判定手段と前回までに判定され
   たメインテナンス実施に関する情報を記憶するデータ記
   憶手段と、 メンテナンス実施の判定回数が設定回数に達し若しく
   は、開口度が予め定めた設定値以上になった時に、強制
   的にメンテナンス実施状態に移行させる処理手段と、を
   具備することを特徴とする排気系の圧力異常検出装置。
2. 【請求項２】 ガス導入系によりプロセスガスをチャン
   バー内に導入し、該チャンバー内で成膜若しくはエッチ
   ングを行う製造装置の排気系の圧力異常検出方法におい
   て、 予測的に行うメインテナンス（ＣＢＭ：Condition Bass
   ed Maintenance）の条件やメンテナンス実施を示唆する
   アラーム条件及び、少なくとも２回の警告時間を設定す
   る工程と、 稼働時間が設定された警告時間経過した際に、メンテナ
   ンス実施を促す指示を発し、稼働を継続するか否か判定
   する工程と、 さらに継続された稼働の時間の累計が予め設定された最
   終の警告時間に達した際に、直ちに製造装置をメインテ
   ナンス可能な状態に移行させる工程と、を具備すること
   を特徴とする排気系の圧力異常検出方法。