JPS63272450A - 製造設備の診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、製造ラインを構成する複数の製造設備に対し
故障診断を行ない、故障と診断された場合にはその対策
が指示されるようにした製造設備の診断装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

製造設備の故障診断方法としては、これまでに、対象と
する設備について異常や故障に係ると考えられる量を測
定したうえ処理することで、異常や故障、劣化の指標と
なる量を得、これにもとづき現状を判定する方法があり
、設備の自己診断方式として広く普及している（計測と
制御ｊ　Ｖｏｌ、２４゜Ｎｏ、４　（昭和６０年４月）
における秋月影雄による“設備診断技術と安全”）。し
かしながら、この方法によると、個々の製造設備の各箇
所対応に測定装置や測定量処理装置を用意しなければな
らず、そのために要されるコストは設備自体のそれに比
しけして小さくないものとなっている。また、故障や製
品処理のトラブルを回避するための予防的対策の決定や
指示を行なうものではないものとなっている。このため
、複数の設備を用い連続的に製造を行なっている製造ラ
インにおいては、個々の設備の異常や故障がライン全体
の不稼動要因となることから、予防対策による製品の異
常処理と不稼動時間の低減を図ることが重要となってい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

複数の製造設備からなる製造ラインでは、設備の故障や
稼動状態の経時的な変化により設備を一旦停止し、修理
、調整しなければならない場合が多々発生する。例えば
半導体製造ラインのように、製品に対し加工を完了する
までに数十種類の設備を百数十回にも亘って繰り返し使
用する場合は、個々の設備の故障、調整に伴うわずかな
不稼動時間は製造ライン全体の大幅な生産性低下をきた
すばかりではなく、当該故障設備で加工された製品を再
生することが殆ど不可能に近く、不良多発の最大の要因
ともなっている。

このため、製造ラインでは、故障にいたる以前に設備を
保全すべく予防対策が採られているが、例えば極めて高
清浄な雰囲気と錯綜した要素装置での微妙な調整を必要
とする半導体製造設備の場合は、保全そのものに数時間
から十数時間が必要であり、一定単位の処理毎に点検、
確認を行なうのみで、一旦停止したうえで解体、再調整
するといった保全は設備の完全な故障の際でなければ行
なわれないのが実情である。

ところで、設備の故障や異常処理を未然に防止すること
を目的とした予防保全を適確に行なううえでの必要な情
報としては、以下のようなものが挙げられる。

（１）異常の要因や箇所を推定するために過去の故障や
対策事例に関する情報 （２）保全の方法や手順を計画するために詳細な設備の
構成、異常な状態とその原因に関する因果関係やその発
生頻度に関する情報 さて、熟練エンジニアは上記情報を過去の経験から専門
知識として記憶していることから、異常な状態や製品の
加工精度等の情報を手掛りに、記憶している因果関係に
もとづいて異常の原因やその箇所、対策等を決定し得る
が、予防保全上その知識が十分活かされていないのが実
情である。

よって、本発明の目的は、熟練エンジニアの知識を記憶
装置に蓄積しておき、これを、設備の異常状態や製品の
加工精度など、非熟練者でも容易に認識し得る情報を手
掛りとして活用することによって、設備の診断とその対
策の指示を行ない得る製造設備の診断装置を供するにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、製品の処理状態である処理条件や処理結果
を示す品質管理データおよび稼動分析結果や故障の現象
、原因、対策を示す設備稼動履歴データを更新可として
予め蓄積する記憶手段と、製品の処理状態に関するパラ
メータの推移をパターン化したうえ類似するパターンを
過去の設備稼動履歴データから検索し、検索されたパタ
ーン対応の保全履歴を参照することによって、関連する
−　へ　− 故障箇所を抽出する処理手段と、製造設備対応に設けら
れ、該設備の保全履歴である故障の現象。

原因、対策について記録の入力および処理装置により抽
出された故障箇所を要対策箇所として表示する入出力手
段と、上記処理手段と上記入出力手段、設備対応検査手
段および製造設備との間でデータを授受転送するデータ
転送手段とから構成することで達成される。

〔作　用〕

その時点で観測された製品について加工寸法や精度に関
する状態を入出力装置より入力すれば、その状態に適合
する総ての特徴パターンが記憶装置から処理装置に取り
出され、そのパターンに対応する設備状態が検索される
ことで、その状態が生じる要因となる要素装置の故障に
関する全ての基本事象のうち、影響度の大きい順に故障
箇所として入出力装置に表示されるようになっているも
のである。これにより設備の診断に関し経験的知識が不
十分な非熟練者であっても、設備状態の推定が迅速、且
つ的確に行ない得るだけでなく、過６一 去における保全履歴を参照することによっては、設備異
常を予知したうえその時点で保全内容を適用することも
可能となるものである。

〔実施例〕

以下、本発明を半導体製造設備にその例を採って第１図
から第７図により説明する。

先ず本発明の詳細な説明に入る前に、本発明の概要につ
いて説明すれば以下のようである。

既述の如く本発明では個々の製造設備に関連する故障と
その対策の事例や要素装置構成、故障の状態とその原因
に関する因果関係、故障の発生頻度といった熟練エンジ
ニアの経験にもとづく知識が構造化されたものとして記
憶装置に蓄積され、それが活用されるようになっている
。さて、要素装置の微妙な経時変化が製品の不良をきた
すような半導体製造ラインの場合、製品不良が多発する
が故に、いわゆる「調子が悪い」といった故障状態が頻
発するが、このように、故障のモードを特定しにくい状
態においては、個々の設備状態を監視していたのでは故
障箇所の発見は容易でないものとなっている。ところが
、熟練エンジニアによってはそのような故障状態は以下
のような方法で分析されるようになっている。

（１）　　製品の加工寸法や精度の経時的変化や傾向、
寸法精度のバラツキの大きさ、そのような不良が多発す
る装置名称といた製品の加工状態をいくつかの特徴的な
パターンに分けて想起する。

（２）次に、これら想起した全てのパターンを最もよく
説明できる故障状態とその要因（故障の因果関係）に関
する知識をもとにして、故障箇所を探索する。故障箇所
の探索にあたっては、その故障発生に最も大きく影響す
ると予測される要素装置から順に点検を行なう。

非熟練者によっても以上のような方法により故障の診断
を可能ならしめるためには、製品検査により観測可能な
これら製品状態をいくつかの特徴的なパターンに分け、
現に実測されたパターンの全てに最もよく合致する故障
の因果関係が探索される必要がある。

７一 本例での本発明による装置では、製品状態を特徴的に表
し得る基本事象の組が累積和法とＶ字状マスクを用いパ
ターン化され、現在の状態推移に最も類似するパターン
が過去の状態から探索されるようになっている。

さて、本発明を具体的に説明すれば、第１図は本発明に
よる製造設備の診断装置の一例での概要構成を製造ライ
ンとともに示したものである。図中Ａ’、−Ａアはそれ
ぞれ製造ラインを構成する製造設備であり、被加工素材
Ｂを製品にまでに加工するものとなっている。また、Ｃ
Ｉ〜Ｃ，、は製造設備Ａ、〜Ａ、ｌ対応に設けられ、そ
こでの加工が正常に行われたか否かを検査するための検
査装置であり、加工寸法や精度などが測定されるように
なっている。製造ラインはこれら製造設備Ａ１〜Ａ７．
検査装置Ｃ，−Ｃ，によって基本的に構成されているも
のである。

一方、本発明による装置は基本的には記憶装置り、処理
装置Ｆ、入出力装置Ｅｌ〜Ｅアおよびデータ転送手段よ
り構成されるようになっている。

記憶装置りには製造設備Ａ、〜Ａ７各々における過去の
故障箇所や故障の状態、原因、対策および故障状態で処
理された製品の加工寸法および精度の測定値などに関す
る履歴が蓄積されるようになっている。より具体的には
設備故障の現象や原因。

処置といった保全履歴は保全データベースに、加工寸法
や精度等の品質管理データおよび設備の条件設定値や処
理ウェハ枚数といった設備操作に関するデータは工程デ
ータベースに、といった具合にそれぞれ対応付けされて
蓄積されるようになっている。また、入出力装置Ｅ１〜
Ｅ７には記憶装置りに蓄積されている一連の因果関係を
取り出すべく故障の状態や考えられる故障の原因、およ
び製品の精度に関するキーワードが入力され、また、そ
のキーワードに関連する原因および対策が表示されるも
のとなっている。製造設備Ａ、−Ａｆｉについての保全
履歴もこの入出力装置Ｅ、〜Ｅ７から行なわれるように
なっている。更に処理装置Ｆでは入出力袋ＮＥ１〜Ｅ、
ｌから入力されたキーワードに最も合致する故障の因果
関係が１つ選択され、入出力装置Ｅ１〜Ｅ、、に表示し
保全を指示するとともに、その指示にもとづいて実際に
行なわれた保全の内容に関する履歴が一連の因果関係に
添えられて記憶装置りに蓄積されるものとなっている。

処理語ｆｉＦでの処理結果はまだ必要に応じプリンタＧ
にて記録表示されるようになっている。

更にまたデータ転送手段は製造設備ＡＩ　−Ａ、。

検査装置０１〜Ｃ７から被加工素材Ｂについての処理条
件や処理結果に関するデータをオンラインで収集するた
めのインターフェースＨ＋＋、Ｈ＋□〜Ｈ０〜ＨＢや、
ハードウェア相互に接続したネットワークの最下層部を
制御するノードＩＩＩ、　　ＩＩ□。

１１３〜ＩＩ、１．Ｉ＋、□＋ｌ１１３を含むローカル
エリアネットワークと、このネットワークと処理装置Ｆ
との間を接続し通信を制御するための終端制御装置Ｊお
よびモデムにとからなるものとなっている。

さて、第２図は診断対象例としての、半導体集積回路の
製造に用いられるプラズマエツチング装置の概念構成を
示したものである。プラズマエツチング装置はウェハ状
のＳ、単結晶表面を、ホトリソグラフィ技術で描画され
たレジストパターンに沿ってエツチングするものであり
、エツチングは高周波放電プラズマによって励起された
ラジカルがＳ、と化学反応することで行なわれるように
なっている。図中りは被加工素材としてのウェハ状Ｓｉ
単結晶を、ＭはＳｉと反応するラジカルのもとになるガ
スの格納ボンベを、Ｎはそのガスに高周波を印加しラジ
カルを発生させる電極を、０は高周波電圧発生装置を、
ＰはＳ！とラジカルとのガス状反応物をエツチングチャ
ンバ外に排気するための真空ポンプを、Ｑは反応物をチ
ャンバ外に排気する際それを捕獲するためのトラップを
それぞれ示す。

ところで、エツチングされる量はＳ□とラジカルとの反
応時間に比例するので、通常所要のエツチング寸法精度
を得るために一定時間だけ反応させる必要がある。しか
しながら、反応物がチャンバの内壁に付着したり、真空
度が低下したり、電極の劣化によるラジカルの密度が下
がる、といった具合に設備状態の経時的な変化により、
一定量をエツチングするための反応時間が変動し、最悪
の場合にはエツチングが全く進行しなく製品不良となる
場合がある。このような場合、エツチングの進行状態や
チャンバ内壁の汚染の程度を直接計測できないため、故
障の要因を発見する手掛りは製品の加工精度や電気特性
に依らざるを得ないものとなっている。加工精度や電気
特性の変化は設備状態の経時的な変化と予め対応付ける
ことが可能であり、これまでにあってもそのうよな方法
によって装置の保全や調整が行なわれていたものである
。

第３図は一定量のエツチングを行なうに要される時間が
真空度の調整やチャンバ内壁の汚染クリーニングによっ
て、如何に変化するかを示したものであり、設備のある
特定の状態の経時変化が製品の特定の状態変化に密接に
関連していることが判る。図中オイル交換とは真空ポン
プの潤滑油を交換することであり、真空度調整とは圧力
計の調整により真空度を再調整することであり、また、
全掃とはチャンバ内壁の清掃を行なうことを意味してい
る。これまでにあっては、設備状態の経時的な変化が複
合して生じた場合、製品状態のどのような変化を設備状
態のどのような経時的な変化に対応させればよいかを明
確化し得なかったが、本発明では実際のプロセスや製品
の状態推移に類似するパターンを過去の状態から探し出
し、その時点における設備の状態を参照することにより
上記不具合を解決しようというものである。

以下、第４図に示す例に従って本発明を説明すれば以下
のようである。

即ち、先ずプロセスおよび製品の状態を把握する方法と
しては、例えばエツチング工程においては完成寸法に達
するまでに要される時間の規定時間との偏差が求められ
、その偏差の累積和がプロットされる。本例ではプロセ
スや製品の状態の著しい変化を検出すべく一定の角度と
長さをもつＶ字状マスク（以下、■マスクと称す）が用
いられるようになっている。この■マスクはプロットさ
れた最新の点に対し先行距離ｄをもって第４図に示す如
く重ね合わされるが、その形状はプロセスや製品の種類
および測定値のサンプル数や必要な予測精度によって定
まり、角度θ、、θ２および先行距離ｄの標準は以下の
ように定められるようになっている。

θ、＝１□−１（□δ）　　　　−−−−−−−−・−
（１１θｚ　””　ｔａ、、”’　（δ）−・−−−−
−−−−−（２１ｄ−−２δ−”　７！ｏｇｅ　ａ　６
　　　−−−−−−−−−　＋３まただし、δはサンプ
ルの平均値の標準偏差、α。

は検定の危検率である。

■マスクの内側の角度θ１は、現時点から遡って過去の
各点を見た場合、平均水準の変化が標準偏差σ以下の範
囲を表し、外側の角度θ２は平均水準の変化が２σ以下
の範囲を表す。即ち、内側の角度θ、は平均水準が一定
であると考えられる領域をまた、外側の角度θ２は平均
水準がその偏差分だけ変動した場合に累積和が入る領域
を表しているものである。

さて、推移をパターン化する方法として、■マスクによ
って分けられた５つの領域に注目し、各点がどの領域を
経てその点にいたったかによって表す。更に、各領域に
＊、＋、○、−１＃といった文字を対応させることによ
って、推移のパターンを文字列として記憶させておく。

これによって、現時点にいたる推移と類似するパターン
を過去の状態から探し出す機能は、パターンを表す文字
列を比較し一致するものを取り出すことによって実現さ
れるものである。このようにして現時点でのものに類似
するパターンの探索ができれば、その時点における保全
履歴から現在での設備状態を推定することができるわけ
である。これによって、設備異常を予知したり、その時
点での保全内容を適用したりすることが可能となるもの
である。

具体例として、第４図に示すようにエツチング時間にお
いてプラズマエツチング装置のプロセス・パラメータの
１つであるエツチング時間を実際に観測し、本方法を適
用した場合について説明する。

エツチング時間は前に述べたように、シリコンをエツチ
ングする場合であればＳ、とＦ”ラジカルとの反応時間
であるが、所定のエツチング量を達成するための反応時
間は設備状態の変化により変動することになる。ここで
エツチング時間の偏差累積和Ｓｒは以下のように定義さ
れる。

ただし、１．はエツチング時間、ｔｏは標準値である。

エツチング時間の偏差累積和Ｓ、を示す曲線に対し標準
形状をもつ■マスクを適用した場合、現時点であるロッ
ト番号１３における推移のパターンを表す文字列を過去
における文字列と比較したところ、比較する一連の長さ
が４０ツトであるとして、ロフト番号５における推移の
パターンと、ｍ　　という文字列で一致した。次に、ロ
フト番号５の処理の直後で行われた保全を保全履歴から
検索することで、プロセスの異常としてオ−バーエツチ
、即ち、過剰エツチングが生じていることが判った。そ
こで、保全履歴の集計機能を用い、第７図に示すように
オーバーエッチの原因となる設備故障項目を発生頻度順
に表示させ、それら表示された設備故障項目について順
に点検を行なったところ、真空計から真空度の劣化が発
見された。これにより早期にプロセスの異常要因が摘出
されたため、事前に製品不良を回避できた。

このようにして、プロセスあるいは製品の状態の推移か
ら、故障と呼ばれるような極端な設備の異常を事前に防
止することができたものである。

最後に本発明に係る製造設備の診断装置の処理手順を第
５図により説明すれば、その処理はブロック　（Ｉ）〜
（■）よりなり、ブロック（■）。

（ＩＶ）についてはその詳細を第６図に示す。

処理の流れを第５図を中心にして説明すれば以下のよう
である。

（Ｉ）：先ず設備の状態変化をモニタするためのパラメ
ータが選択される。このパラメータは加工寸法や精度等
の品質管理データ、あるいは設備の条件設定値や処理ウ
ェハ枚数といった設備操作に関するデータであり、製造
設備あるいは検査装置からオンラインで収集されたうえ
記憶装置に蓄積されるようになっている。パラメータの
選択は診断対象としての設備毎に、入出力装置により行
なわれる。

（ＩＩ）　　：　’（Ｉ）において選択したパラメータ
の平均値の変動を観察するために、パラメータの標準値
からのずれ量が積分される。この量は偏差累積和Ｓｒと
称され、既述の式（４）によって求められるようになっ
ている。

（１）　　：　　（Ｉ［）において算出された偏差累積
和Ｓｒをグラフ上にプロットすることにより得られ累積
和曲線に対し、角度θ１．θ２および先行距離ｄをもつ
２重のＶマスクを適用する。この２重の■マスクにより
偏差累積和Ｓｒと管理限界値との比較やパターン化が第
６図に示すようにして行なわれるものである。パターン
化の対象とする連の長さをｌ　（Ｃンｉ≧２．Ｃ；定数
）として、診断の対象となる時点での偏差累積和曲線上
の各点に対し先行距離ｄをもってＶマスクが設定される
わけであるが、診断の対象となる時点から過去へ遡った
ｊ番目（ｊ＝２．３．・・・・。

ｉ）の点が２重のＶマスクによって区切られた５つの領
域の何れに属すかによって、各点に対しては記号が対応
付けされるものとなっている。

即ち、その対応付けは以下のような判定論理によってい
る。

ｉｆ　ＰＪ＞Ｐｏ＋ｊｄδｔｈｅｎ　ｃｈｒ（Ｐｊ）　
＝　＊ｅｌｓｅ　ｊｆ　Ｐ　１　＞　Ｐ　ｏ　＋　−Ｊ
ｄδｔｈｅｎ　ｃｈｒ（ＰＪ）　＝　十ｅｌｓｅ　ｉｆ
　Ｐ；＞Ｐｏ　−−ｊｄδｔｈｅｎ　ｃｈｒ（Ｐ４）　
＝　０ｅｌｓｅ　ｉｆ　Ｐｊ＞Ｐｏ　　３ｄ６　ｔｈｅ
ｎ　ｃｈｒ（ＰＪ）　＝−ｅｌｓｅ　　ｃｆｉｒ（Ｐ　
Ｊ）　−＃このようにして各点に対応付けされた記号を
＝１９− 順番に並べた（ｊ＝１．２．・・・・・・１１）文字列
はＳｔ、（０）と定義される。

（■）：次にその文字列ｓ　ｔｒ　（ｏ）は過去の長さ
ｉ５　の文字列５ｕｒ（ｋ）　　（ｋ≧２）と比較され
るようになっている。もしも、この比較で一致しなけれ
ば、パターン化の対象とする連の長さｉは小さくなるべ
く更新される。

１４−１−’１ （Ｖ）：文字列が一致すれば、その時点ｋにおける保全
に関する履歴を記録装置上の保全データベースより取り
出す。

（ＶＩ）　　：　　（Ｖ）において取り出した保全履歴
に設備の異常（例えば故障）があれば、その要因となる
設備の箇所、状態を処理装置において推定し、発生頻度
順に入出力装置に表示する。

（■）　　：　　（’ＶＩ）において表示された設備の
箇所を順に点検し、異常があれば処置を行なう。

（■）：（■）において行なった処置について効果の確
認を行ない、効果がなければ（１）に戻りバラメークの
選択を再検討する。効果があれ＝２０− ば処理を終了する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、製造ラインにおい
て製造設備の状態が製品処理の状態推移から推定、診断
され、更にそれに対する対策指示を行ない得ることから
、非専門家でも設備故障や製品処理のトラブルを未然に
防止し得、設備不稼動時間の低減化と製品の品質向上と
が図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による製造設備の診断装置の一例での
概要構成を製造ラインとともに示す図、第２図は、本発
明に係る診断対象例としてのプラズマエツチング装置の
概念構成を示す図、第３図は、一定量エツチングに要さ
れる時間が真空度などの調整によって如何に変化するか
を示す図、第４図は、偏差累積和法とＶ字マスクとによ
る状態推移類似パターン探索方法を説明するための図、
第５図、第６図は、本発明による診断装置での処理のフ
ローとその一部詳細なフローを示す図、第＝２２− ７図は、オーバーエッチ原因となる故障項目を発生穎度
順に表示した例を示す図である。 Ａ１〜Ａイ・・・製造設備、Ｂ・・・被加工素材、Ｃ１
〜Ｃ，・・・検査装置、Ｄ記憶装置、Ｅ、−Ｅｆｉ・・
・入出力装置、Ｆ・・・処理装置、ＨＩＩ＋　　Ｈ１□
〜Ｈｎ　Ｉ　＋　ＨＢ□・・・インターフェース、ＩＩ
ｌ、　　ＩＩ□、■１３〜Ｉ　ｌ’ｌｌ＋Ｉ　ｎＺ　Ｉ
　ｎ３・・・ローカルエリアネットワークの）ノード、
ｊ・・・終端制御装置、Ｋ・・・モデム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数の製造設備と、該設備対応の検査装置とからな
   る製造ラインにおける製造設備の診断装置であって、製
   品の処理状態である処理条件や処理結果を示す品質管理
   データおよび稼動分析結果や故障の現象、原因、対策を
   示す設備稼動履歴データを更新可として予め蓄積する記
   憶手段と、製品の処理状態に関するパラメータの推移を
   パターン化したうえ類似するパターンを過去の設備稼動
   履歴データから検索し、検索されたパターン対応の保全
   履歴を参照することによって、関連する故障箇所を抽出
   する処理手段と、製造設備対応に設けられ、該設備の保
   全履歴である故障の現象、原因、対策について記録の入
   力および処理装置により抽出された故障箇所を要対策箇
   所として表示する入出力手段と、上記処理手段と上記入
   出力手段、設備対応検査手段および製造設備との間でデ
   ータを授受転送するデータ転送手段とからなる構成を特
   徴とする製造設備の診断装置。