JPS6332650A - 製造設備の故障診断装置 - 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〕 本発明は製造設備の故障診断装置に係シ、特に複数の製
造設備を保有する製造ラインに設置するのに好適な故障
診断装置に関する。

〔従来の技術〕

製造設備の故障診断方法として、「計測と制御」誌、Ｖ
ｏｌ、　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“と題する
論文に記載されている方法が広く普及している。この方
法では、対象とする設備について異常＋故障にかかわる
と考えられる量を測定し、その測定量を処理し、異常・
故障・劣化の指標となる量を得て現状を判定している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、個々の製造設備の各箇所に対して、
測定装置や測定量の処理装置を個別に用意しなければな
らず、そのために要するコストは設備そのものに要する
コストに比べ小さくなるとは限らない。また、事後対策
の決定・指示を行うものではない。

特に、複数の設備を用いて連続して製造を行っているラ
イン生産においては、不稼動設備がライン全体をストッ
プさせるため、事後対策時間の短縮による不稼動時間の
低減を行うことが重要である。

複数の製造設備を保有する製造ラインでは、設備の故障
や稼動状態の経時的な変化によシ設備を修理、調整しな
ければならない場合が発生する。

半導体装置製造ラインのように、製品の加工を完了する
までに数十種類の設備を百数十回も繰返して使用する場
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もたらす。

しかも、当該故障設備で加工した製品の再生はほとんど
不可能に近い為、不良品が多数発生してしまう。

このため、製造ラインでは、故障に到る以前に設備を保
全する予防保全が行われているが、極めて高清浄な雰囲
気と錯綜した要素装置の微妙な調整を必要とする半導体
装置製造設備の場合は保全そのものに数時間から十数時
間が必要であシ、一定単位の処理ごとに点検、確認を行
うのみで、ライン全体を一担停止し解体、再調整すると
いう保全は設備の完全な故障の際でなければ行わないの
が実情である。

このように、故障の発生時点から修理を開始するという
事後保全を行なう場合、これを迅速に行なうには次の情
報が必要となる。

（１）設備全体が錯綜して要素装置から成るため、故障
要因や故障箇所を特定するための過去の故障や対策事例
に関する情報。

（２）修理方法や修理手順を計画するため、詳細な設備
の構成、故障の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。

熟練したエンジニアは、上のような情報を過去の経験か
ら専門知識として記憶している為、故障の状態や製品の
加工精度等の情報を手掛シに、記憶している因果関係に
基づいて故障の原因や箇所、対策等を決定することがで
きる。しかし、非熟練者は経験が不足しているので、迅
速な対応ができないという問題がある。

本発明の目的は、熟練者、非熟練者を問わず、誰れも故
障に対して迅速な対応を可能とする製造設備の故障診断
装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

要素装置の微妙な経時変化が製品の不良を来す薫゛うな
半導体装置製造設備の場合、製品不良が多発するために
、「調子が悪い」と呼ばれるあいまいな故障状態が頻発
する。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、設備そのものを監視していたのでは、故障の
箇所を発見しにくいといった問題がある。

熟練したエンジニアは、このような故障状態を次のよう
な方法で発見している。

（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
置名称といった製品の加工状態を幾つかの特徴的な／母
ターンに分けて想起する。

（２）次Ｋ、これら想起した総ての・譬ターンを最も良
く説明できる故障状態とその要因（故障の因果関係）Ｋ
関する知識をもとにして、故障箇所を探索する。故障箇
所の探索にあたりては、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う。

非熟練者でも、このような方法にょシ故障の診断が行え
るためには、製品検査にょシ観測可能なこれら製品状態
を幾つかの特徴的な・母ターンに分け、その・ぐターン
の総てに最も良く合致する故障の因果関係を探索できる
ようにすることが必要である。

そこで、本発明では、上記目的を達成するため、複数の
製造設備を保有する製造ラインにおいて、製造設備の故
障箇所、故障モード、故障原因およびその故障の対策履
歴を蓄積する記憶装置と、作業者が認識した故障の状態
や考えられる故障の要因を入力することによシ前記記憶
装置に蓄積した故障のモード、原因、対策の因果を関連
付けて故障の箇所とその故障の対策を出力画面によシ指
示するとともに該指示に従って作業者が対策した故障の
箇所およびモード、要因、対策に関する履歴を前記記憶
装置に蓄積する処理装置とで製造設備の故障診断装置を
構成する。

〔作用〕

本装置では、ある時点で観測された製品の加工寸法や精
度に関する異常な状態を入力することにより、その状態
に適合する総ての特徴パターンを記憶装置から取り出す
とともに、この・ぐターンに対応する設備故障状態を探
索し、その故障状態が生じるために必要な要素装置の故
障に関する総ての基本事象を影響度の大きい項に故障箇
所として示す。これにより、故障の診断に関する経験的
知識が不充分な非熟練者でも故障箇所の特定が迅速的確
に行えるだけでなく、過去における故障箇所とその故障
対策履歴を参照することによシ修理計画の立案と実施が
可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る故障診断装置の構成図
である。故障診断装置は、中央処理装置（ＣＰＵ）１と
、保全ｒ−タペース２と、入出力装置３からなる。この
中央処理装置１には工程データベース４も接続されてお
シ、各製造設備Ａと中央処理装置１とはオンライン制御
装置５を介して情報データの送受を行なうようになって
いる。

斯かる故障診断装置は、第２図に例示するような、複数
の製造設備ＡＩ、・・・、　Ａｎを保有する製造ライン
に設けられる。この製造ラインでは、素材Ｂを製造設備
Ａで加工し、この加工が正常に行なわれたか否かを検査
装置Ｃで検査し、加工寸法や精度等の工程データがオン
ライン制御装置５（第１図）を介して中央処理装置１に
送られる。

第１図に示す保全データベース２は、製造設備Ａ１〜Ａ
ｎにおける過去の故障箇所、故障の状態、原因、その故
障の修理対策、故障状態で加工された製品の加工寸法お
よび精度の測定値に関する履歴を、故障箇所、故障状態
、原因および故障状態における加工精度、対策すべき修
理内容の因果関係を付けて蓄積しておく記憶装置である
。

中央処理装置１は、故障状態を発見した作業者が、記憶
装置２に蓄積しである一連の因果関係を取り出すためＫ
、故障の状態や考えられる故障の原因、および加工製品
の精度に関するキーワードを入出力装置３から入力した
とき、該キーワードに最も合致する故障の因果関係の一
つを記憶装置２内のデータから選択して入出力装＃３に
表示し故障の対策を指示するとともに、その指示に基づ
いて作業者が実際に行った修理の箇所や修理の内容に関
する履歴を、一連の因果関係に添えて記憶装置２に蓄積
する。

第３図は故障診断の対象とする製造設備の一例で、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
の概念図である。

プラズマエツチング装置は、ウェノ１状のＳｔ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・や
ターンに沿ってエツチングするものである。エツチング
は、高周波放電グラズマによって励起されたラジカルが
ｓｉと化学反応することにより行われる。

１１は加工素材であるウェハ状のｓｉ単結晶、１２はＳ
ｔと反応するラジカルのもとになるガスの格納ゲンペ、
１３はこのガスに高周波を印加しラジカルを発生させる
電極、１４は高周波電源発生装置、１５はＳｌとラジカ
ルのガス状の反応物をエクチングチャンパ外に排気する
ための真空ポンプ、１６は反応物をチャンバ外に排気す
る際これ全捕獲するためのトラップである。

エツチングされる量は、Ｓｌとラジカルとの反応時間に
比例するので、所要のエツチング寸法精度を得るために
一定の時間だけ反応させる。ところが、反応物がチャン
バの内壁に付着したり、真空度が低下したシ、電極の劣
化によジラジカルの密度が下るといった設備状態の経時
的な変化により、一定量をエツチングするための反応時
間が変動する。最悪の場合は、エツチングが進行しない
ため製品不良となる場合がある。

この場合、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
。

このような製品の加工精度や電気特性の変化は、前述し
た設備状態の経時的な変化と対応付けることが可能であ
り、従来はこのような方法によって装置の保全や調整を
行っていた。

第４図は、一定量のエツチングを行うまでの時間が真空
度の調整やチャンバ内壁の汚染クリ一二ングによって、
どのように変化するかを示したものである。第４図にお
いて、オイル交換とは真空ポン７’１５の潤滑油を交換
することであシ、真空度調整とは圧力計の調整により真
空度を調整することであシ、全掃とはチャンバ内壁を清
掃することをいう。第４図に示すように、オイル交換、
真空度調整、全帰を行なうことによシ、エツチング時間
累積和が減少することが分かる。しかし、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
たら良いかが不明確である。

加工精度のバラツキや表面抵抗値といった製品状態のど
れか一つの変化を、複合的に生じた設備状態の経時的な
変化に対応付けることは困難である。しかし、複数の製
品状態の変化の組を複合的に生じた装置状態の経時的な
変化に対応付けることは、例えば以下のような方法によ
って可能である。まず、検査装置により測定できる総て
の製品状態の時系列的変化を、累積和法に従って使用設
備別にプロットする。累積和法は、製品状態を表す測定
値と一定値（参照値）との間の差の累積和を時刻に対し
てプロットするものであり、この累積和法によって例え
ば第５図に示すようなグラフが得られる。

プロットした点を結んだ曲線に対し、一定の角度と長さ
を有する７字状のマスクを重ね合わせたとき、それらが
交差した時刻において、設備の異常な状態変化が生じた
と解釈できる。Ｖ字状マスクは、プロットした各点に対
して先行距離ｄをもって重ね合わせる。ここで、Ｖ字状
マスクの形状は、測定値のサングル数や必要な予測精度
によって定まるが、角度θおよび先行距ｆｉｄの標準を
次の様に定める。

θ＝　Ｔａｎ−１（＋δ） ｄ＝−２δ″″”Ｌｏｇｅα。

ただし、δはサンプルの平均値の標準偏差、α。は検定
の危険率である。

製造現場ではこれら設備の重大な異常が発生する都度、
当該設備を停止して事後的な保全を行う。

保全の効果は、逆に、累積和法に従った測定値のプロッ
ト曲線が７字マスク内に入ってくることによりて確認で
きる。この際、保全の内容や保全の対象となった要素装
置について、その履歴を記録しておく。

次に、この記録と先の累積和法による測定値のプロット
曲線の時刻を合せ重ね合わせる。これにより、プロット
曲線と７字マスクの交点が表れた時刻以降において施さ
れた保全の対策のうちで、製品状態を表わす測定値のプ
ロット曲線が７字マスク内に入ることに効果のあった対
策を摘出できる。

個々の対策は、要素装置の異常な状態と一対一に対応付
けられることから、複数の製品状態の異常な蕎化とその
変化の要因となる装置状態の組を対応付けることができ
る。

このようにして、幾つかの製品状態の変化に影響する要
素装置の状態変化すなわち故障状態が把掴できる。更に
、要素装置のそのような故障状態を生じさせる基本事象
の組がわかれば、故障の箇所を特定できることになる。

このような故障の状態と、それを生じさせる基本事象の
関連を解析する手法として、フォールトッリー解析法が
ある。

第６図は、前述のエツチング装置の要素装置である真空
ポンプのフォールトフリーの例である。

エツチング量が不足でｒ−ト酸化膜厚が厚くなるといっ
た製品状態の異常な変化の原因として、真空度の低下と
ラジカル濃度の減少状態が考えられる。このとき真空度
の低下は、真空Ｉ７ｆ系のロータネ良、リーク弁不良な
どのような基本事象が発生していると考えられ、しかも
、そｎぞれの故障確率は異なる。中央処理装置は、保全
ｒ−タベースに格納されているフォールトッリーに基づ
き、かつその故障確率の大きな順に点検を指示する表示
を入出力装置に出力する。

また、この故一対策の都度その対策履歴をもとに確率の
計算を行って、値盆更新する。

以上述べたように、本実施例では、製品状態を特徴的に
表わす基本事象の組を累積和法により・ぐターン化する
とともしで、設備状態の基本事象と故障の因果関係を故
障要因予測法の一つであるフォールトッリー解析法に＝
シ、それぞれ統計処理して蓄積する。従って、非熟練者
でも容易かつ迅速に故障に対処できる指示を出力でさる
。

〔発明の効果〕

本発明によｎば、製造ラインにおいて製造設備の故障が
発生した場合、各製造設備の非専門家でも、認識した設
備状態や考えられる故障の要因を入力することにより、
故障の箇所や対策を知ることができるので、事後対策の
省力化および故障による不稼動時間の低減を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る故障診断装置の構成図
、第２図は製造設備を複数保有する製造ラインの概念図
、第３図は製造設備の一例でおるプラズマエツチング装
置の概略構成図、第４図は保全作業とエツチング時間の
相関図、第５図は７字マスクを用いた累積和管理の説明
図、第６図は真空ポンプのフォールトッリー図である。 Ａ１〜Ａｎ　・・製造設備、ｌ・・・中央処理装置ｉ、
２・・保全データベース、３・・入出力装）度。 代理人　弁理士　秋　本　正　実 第２図 第３図 第　４　図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数の製造設備を保有する製造ラインに備える故障
   診断装置において、少なくとも製造設備の過去の故障箇
   所、故障モード、故障原因、故障対策履歴を表わすデー
   タを蓄積する記憶装置と、作業者が認識した故障状態等
   を入力する入出力装置と、該入出力装置からの入力デー
   タにより前記記憶装置内の各データ間の因果を関連付け
   て故障箇所、故障対策を決定し前記入出力装置に指示を
   出力する処理装置を備えることを特徴とする製造設備の
   故障診断装置。