(57)【要約】【課題】  半導体製造ラインの稼働率を正確に評価することができ、高稼働率の半導体製造ラインを設計する。【解決手段】  処理に応じて１台又は複数台の装置を有する装置群が時系的に直列接続されると仮想される半導体製造ラインの稼働率を求める稼働率評価システムであって、ラインを構成する各装置の稼働と停止の各組み合わせのうち、少なくともライン製造能力がゼロでない全ての組み合わせｋに対し、稼働の確率と停止の確率を当てはめると共に、全ての装置の確率の積を求めることにより組み合わせの出現確率Ｘｉ（ｉ＝１〜ｋ）を算出し（Ｓ４）、組み合わせの出現確率Ｘｉとその組み合わせの製造能力Ｙｉとの積を確率換算製造能力とし、各々の組み合わせの確率換算製造能力の総和を１００％稼働時の製造能力Ｆで除した値Ｑ＝Σ(i=1〜k) Ｘｉ×Ｙｉ／Ｆをライン稼働率として算出する（Ｓ６）。【選択図】      図４
2005108883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理に応じて１台又は複数台の装置を有する装置群が時系的に直列接続されると仮想される半導体製造ラインの稼働率を求めるための稼働率評価システムであって、
半導体製造ラインを構成する各装置の稼働と停止の各組み合わせのうち、少なくともライン製造能力がゼロでない全ての組み合わせｋに対し、稼働の確率と停止の確率を当てはめると共に、全ての装置の確率の積を求めることにより組み合わせの出現確率Ｘｉ（ｉ＝１〜ｋ）を算出する手段と、
各々の組み合わせに対して、組み合わせの出現確率Ｘｉとその組み合わせの製造能力Ｙｉとの積を確率換算製造能力とし、各々の組み合わせの確率換算製造能力の総和を１００％稼働時の製造能力Ｆで除した値
Ｑ＝Σ(i=1〜k) Ｘｉ×Ｙｉ／Ｆ
をライン稼働率として算出する手段と、
を具備してなることを特徴とする半導体製造ラインの稼働率評価システム。
【請求項２】
同一処理に対して複数台の装置を有する複数台装置群に対しては、稼働している装置の製造能力の総和を該装置群の製造能力とし、全ての装置群の中で最も低い製造能力を、前記組み合わせの製造能力としたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造ラインの稼働率評価システム。
【請求項３】
処理に応じて１台又は複数台の装置を有する装置群が時系的に直列接続されると仮想される装置構成の半導体製造ラインを設計するための半導体製造ライン設計システムであって、
半導体製造ラインを構成する各装置の稼働と停止の各組み合わせのうち、少なくともライン製造能力がゼロでない全ての組み合わせｋに対し、稼働の確率と停止の確率を当てはめると共に、全ての装置の確率の積を求めることにより組み合わせの出現確率Ｘｉ（ｉ＝１〜ｋ）を算出する第１の手段と、
各々の組み合わせに対して、組み合わせの出現確率Ｘｉとその組み合わせの製造能力Ｙｉとの積を確率換算製造能力とし、各々の組み合わせの確率換算製造能力の総和を１００％稼働時の製造能力Ｆで除した値
Ｑ＝Σ(i=1〜k) Ｘｉ×Ｙｉ／Ｆ
をライン稼働率として算出する第２の手段と、
ライン稼働率Ｑが８０％に満たない場合は、前記装置構成を再構築して第１及び第２の手段による前記算出を繰り返させる第３の手段と、
ライン稼働率Ｑが８０％以上となった場合に、このときの装置構成を適正システム構成として出力する第４の手段と、
を具備してなることを特徴とする半導体製造ライン設計システム。
【請求項４】
同一処理に対して複数台の装置を有する複数台装置群に対しては、稼働している装置の製造能力の総和を該装置群の製造能力とし、全ての装置群の中で最も低い製造能力を、前記組み合わせの製造能力としたことを特徴とする請求項３記載の半導体製造ライン設計システム。
【請求項５】
処理に応じて１台又は複数台の装置を有する装置群が時系的に直列接続されると仮想される半導体製造ラインの稼働率を求めるための稼働率評価システムであって、
半導体製造ラインを構成する各装置の合計台数をｍ、各装置の故障間の時間をＭＴＢＦ、故障による停止時間をＭＴＴＲと定義し、各装置の停止時間が重ならないと仮定し、Ｒｎをｎ台装置群の１台が停止したときのラインの製造能力低下度を示す係数と定義し、ライン稼働率Ｑを
Ｑ＝１−Σ(i=1〜m) Ｒｎ×ＭＴＴＲｉ／ＭＴＢＦｉ
として算出することを特徴とする半導体製造ラインの稼働率評価システム。
【請求項６】
処理に応じて１台又は複数台の装置を有する装置群が時系的に直列接続されると仮想される装置構成の半導体製造ラインを設計するための半導体製造ライン設計システムであって、
半導体製造ラインを構成する各装置の合計台数をｍ、各装置の故障間の時間をＭＴＢＦ、故障による停止時間をＭＴＴＲと定義し、各装置の停止時間が重ならないと仮定し、Ｒｎをｎ台装置群の１台が停止したときのラインの製造能力低下度を示す係数と定義し、ライン稼働率Ｑを
Ｑ＝Σ(i=1〜m) Ｒｎ×ＭＴＴＲｉ／ＭＴＢＦｉ
として算出する手段と、
ライン稼働率Ｑが８０％に満たない場合は、前記装置構成を再構築して前記算出を繰り返させる手段と、
ライン稼働率Ｑが８０％以上となった場合に、このときの装置構成を適正システム構成として出力する手段と、
を具備してなることを特徴とする半導体製造ライン設計システム。
【請求項７】
前記装置構成の再構築は、同一処理に対して１台の装置が配置された１台装置群に着目し、１台装置群に該当する装置を追加することにより、１台装置群を同一処理に対して２台以上の装置が配置されたｎ台（ｎ≧２）装置群に変更するものであることを特徴とする請求項３又は６記載の半導体製造ライン設計システム。
【請求項８】
前記装置構成の再構築は、同一処理に対して１台の装置が配置された１台装置群に着目し、異なる処理を同一装置で行う共用化手法に基づき、１台装置群の複数群を異なる処理に対して配置された１台装置群の１群に変更するものであることを特徴とする請求項３又は６記載の半導体製造ライン設計システム。
【請求項９】
前記各装置の中で洗浄装置を共用化するために、１槽で薬液を流しながら洗浄を行い、薬液を洗浄毎に切り替えるワンバス方式に構成したことを特徴とする請求項８記載の半導体製造ライン設計システム。
【請求項１０】
前記各装置の中でＲＩＥ装置，ＣＶＤ装置，酸化・拡散装置の少なくとも何れかを共用化するために、異なる処理毎に装置内の付着物のクリーニングを行う構成としたことを特徴とする請求項８記載の半導体製造ライン設計システム。
【請求項１１】
前記各装置の中でＣＭＰ装置を共用化するために、研磨用のパッドを分割し、該パッドをターンテーブル上に真空吸着により取り付け可能な構成としたことを特徴とする請求項８記載の半導体製造ライン設計システム。
【請求項１２】
前記各装置の中でイオン注入装置を共用化するために、イオン注入装置の中にステンシルマスクを入れ、このステンシルマスクを通して所望の部分にイオン注入を行う構成としたことを特徴とする請求項８記載の半導体製造ライン設計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体製造装置からなる半導体製造ラインの稼働率を評価するための稼働率評価システムと、高稼働率の半導体製造ラインを設計するための半導体製造ライン設計システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ等の半導体素子を製造するためには、半導体基板上に様々な処理を加えて微小なトランジスタを形成し、更に配線を形成する必要がある。処理の種類は数１０種類に及び、数１００回の処理を行うことにより半導体素子ができあがる。処理の種類は、工程毎に分かれており、各工程に対し専用の装置がある。半導体製造ラインを構築するには、まず製造の手順（プロセスフロー）を設計により定め、これを実現するために必要な製造装置の種類と台数を決定し、クリーンルームの中に配置し、用力を接続する。そして、処理の条件を確立することによって半導体素子の製造が可能となる。
【０００３】
従来の半導体製造装置においては、ウェーハ２５枚（１ロット）を処理するのに要する時間はおおよそ１時間ぐらいであり、１ヶ月に処理できるウェーハ枚数は７２０時間×２５枚／時間＝１８，０００枚（７２０ロット）と大きな処理能力を持っている。通常、同一の装置で１から数工程を処理するため、１台での処理能力は数千枚／月（数百ロット／月）となる。２５，０００枚／月の生産規模では数１００工程の半導体製造プロセスが必要となり、装置の総台数は、２５，０００枚／月×数１００工程÷１８，０００枚／月・装置＝数１００台となる。２，５００枚／月の生産規模では数１０台の総台数となる。
【０００４】
従来の半導体製造ラインの構築では、このような試算のもとにラインに装置を導入し、製造装置を実際に稼働させてラインの製造能力を最終的に計り、目標に到達しない場合はネックとなる装置の台数を追加して所定の生産能力を得ていた（例えば、非特許文献１参照）。２５，０００枚／月の製造ラインでは同一の装置は数から数十台あり、かつ特定の工程を処理する専用装置となっている。このラインにおいては、１台の装置が停止しても、同じ処理が可能な他の装置が動いており、ラインの製造能力に対する停止の影響は小さかった。
【０００５】
しかしながら、同一の装置が１台しかない処理も台数は少ないながら存在し、このような１台装置が停止するとラインの製造能力に与える影響は大きい。さらに、２台装置，３台装置などがラインの製造能力に与える影響も無視できないものである。このように、１台しかない装置、２台装置、３台装置等では停止時のライン製造能力への影響を考慮しなければいけないが、従来は簡単に影響を評価できる手法がなかった。
【０００６】
これに対し、２，５００枚／月のラインにおいては１台の装置があれば処理対象となる工程の処理を必要量行うことが可能である場合が多く、各工程毎に１台の装置しかない状態が多くなる。このようなラインでは、１台しかない装置が停止するとウェーハの流動が停止してしまう。従って、ラインの製造能力が１台装置の稼働に大きく依存するが、ラインを構築し、実際のラインの製造能力を検証してから、問題となる工程の装置に対して対策を行っていた。端的には、問題となる工程の装置台数を増やし、１台装置で無くしているが、１台装置を無くそうとすると装置を増やさなければならず、ラインの総装置台数は増加するため、投資の増大、ランニングコストの増大、クリーンルームスペースの増大を招いていた。
【非特許文献１】Y.Mikata et al; Proceedings of ISSM2001,p7
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように従来、半導体製造ラインには多種の製造装置があり、処理に対して１台しかない装置、２台装置、３台装置等があり、これらの停止時のライン製造能力への影響を考慮してラインの稼働率を評価するのは極めて困難であった。また、小規模の半導体製造ラインでは１台装置が多いため、１台装置の故障による稼働率の低下が大きな問題となっていた。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、半導体製造ラインの稼働率を正確に評価することのできる稼働率評価システムを提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、高稼働率の半導体製造ラインを設計することのできる半導体製造ライン設計システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、処理に応じて１台又は複数台の装置を有する装置群が時系的に直列接続されると仮想される半導体製造ラインの稼働率を求めるための稼働率評価システムであって、半導体製造ラインを構成する各装置の稼働と停止の各組み合わせのうち、少なくともライン製造能力がゼロでない全ての組み合わせｋに対し、稼働の確率と停止の確率を当てはめると共に、全ての装置の確率の積を求めることにより組み合わせの出現確率Ｘｉ（ｉ＝１〜ｋ）を算出する手段と、各々の組み合わせに対して、組み合わせの出現確率Ｘｉとその組み合わせの製造能力Ｙｉとの積を確率換算製造能力とし、各々の組み合わせの確率換算製造能力の総和を１００％稼働時の製造能力Ｆで除した値であるＱ＝Σ(i=1〜k) Ｘｉ×Ｙｉ／Ｆをライン稼働率として算出する手段と、を具備してなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の態様は、処理に応じて１台又は複数台の装置を有する装置群が時系的に直列接続されると仮想される装置構成の半導体製造ラインを設計するための半導体製造ライン設計システムであって、半導体製造ラインを構成する各装置の稼働と停止の各組み合わせのうち、少なくともライン製造能力がゼロでない全ての組み合わせｋに対し、稼働の確率と停止の確率を当てはめると共に、全ての装置の確率の積を求めることにより組み合わせの出現確率Ｘｉ（ｉ＝１〜ｋ）を算出する第１の手段と、各々の組み合わせに対して、組み合わせの出現確率Ｘｉとその組み合わせの製造能力Ｙｉとの積を確率換算製造能力とし、各々の組み合わせの確率換算製造能力の総和を１００％稼働時の製造能力Ｆで除した値であるＱ＝Σ(i=1〜k) Ｘｉ×Ｙｉ／Ｆをライン稼働率として算出する第２の手段と、ライン稼働率Ｑが８０％に満たない場合は、前記装置構成を再構築して第１及び第２の手段による前記算出を繰り返させる第３の手段と、ライン稼働率Ｑが８０％以上となった場合に、このときの装置構成を適正システム構成として出力する第４の手段と、を具備してなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の別の態様は、処理に応じて１台又は複数台の装置を有する装置群が時系的に直列接続されると仮想される半導体製造ラインの稼働率を求めるための稼働率評価システムであって、半導体製造ラインを構成する各装置の合計台数をｍ、各装置の故障間の時間をＭＴＢＦ、故障による停止時間をＭＴＴＲと定義し、各装置の停止時間が重ならないと仮定し、Ｒｎをｎ台装置群の１台が停止したときのラインの製造能力低下度を示す係数と定義し、ライン稼働率ＱをＱ＝１−Σ(i=1〜m) Ｒｎ×ＭＴＴＲｉ／ＭＴＢＦｉとして算出することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の更に別の態様は、処理に応じて１台又は複数台の装置を有する装置群が時系的に直列接続されると仮想される装置構成の半導体製造ラインを設計するための半導体製造ライン設計システムであって、半導体製造ラインを構成する各装置の合計台数をｍ、各装置の故障間の時間をＭＴＢＦ、故障による停止時間をＭＴＴＲと定義し、各装置の停止時間が重ならないと仮定し、Ｒｎをｎ台装置群の１台が停止したときのラインの製造能力低下度を示す係数と定義し、ライン稼働率ＱをＱ＝Σ(i=1〜m) Ｒｎ×ＭＴＴＲｉ／ＭＴＢＦｉとして算出する手段と、ライン稼働率Ｑが８０％に満たない場合は、前記装置構成を再構築して前記算出を繰り返させる手段と、ライン稼働率Ｑが８０％以上となった場合に、このときの装置構成を適正システム構成として出力する手段と、を具備してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体製造ラインの稼働率を比較的簡単に、且つ正確に評価することができる。そして、半導体製造ラインの稼働率を正確に評価できることから、半導体製造ラインの稼働率を上げるための装置構成の予測が可能となり、共用化をどの装置でやったら良いのか、装置の信頼性がいくらでなければならないかの方針の決定ができるため、短い製造工期でかつ確実な生産量を計画段階で予測できる。
【００１５】
また、確実性が上がるためクリーンルーム、用力の余分なマージンが必要なくなり、投資額を削減できる。さらには、今後ラインの稼働率を上げるために、装置の信頼性のターゲットが明確となるため、改善の施策が打ちやすくなる等の利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
半導体製造ラインにおいては、処理の種類は図１に示すような工程に大きく分かれており、各工程に対して専用の装置がある。即ち、リソグラフィ工程に対しては塗布装置，現像装置，露光装置等があり、酸化・高温ＣＶＤ膜形成及びアニール工程に対しては熱処理炉装置，ランプアニール装置などがあり、洗浄工程に対しては洗浄装置があり、ドーピング工程に対してはイオン注入装置があり、エッチング工程に対してはＲＩＥ装置があり、薄膜形成工程に対してはＰ−ＣＶＤ装置，エピタキシャル装置などがあり、配線（メタル形成）工程に対してはスパッタ装置，メッキ装置などがあり、配線（層間膜形成）工程に対してはＣＶＤ装置，塗布装置などがあり、ＣＭＰ工程に対してはＣＭＰ装置がある。
【００１８】
本実施形態では、２，５００枚／月の比較的小規模のラインを想定し、各工程に対する装置及び台数は下記の（表１）に示すようなものとする。
【表１】
2005108883.tif 000003
【００１９】
ここで、各工程に対して１台しかない装置を１台装置群と呼び、２台の装置があるのを２台装置群と呼び、３台の装置があるのを３台装置群と呼ぶことにする。１台装置群は４１種類必要であり、２台装置群は８種類、３台装置群は２種類となり、総台数は６３台となる。即ち、大部分の工程が１台の装置しかないことになる。
【００２０】
製造ラインの各種装置が故障，メンテナンス，装置状態のチェック等で停止すると、ラインの生産能力が変動する。近年、製造の工期（ＴＡＴ：Turn Around Time）をできるだけ短くし、顧客からの要求に早く対応し、機会損失を少なくすることが必要となってきている。これを実現するためには、製造ライン内の仕掛かり品をできるだけ少なくし、処理を待っている製品を少なくすることで理論工期に近づけることが要求されている。例えば、ＷＩＰ（Wafer In Process：仕掛かり量）と生産量（Output）とX-factor（実工期を理論工期で割った値）の間には、図２に示す関係があり（参考文献：Y.Mikata et al;Proceedings of ISSM2001,p7）、ＷＩＰを調整することにより最大生産量で理論工期に近い工期が得られることが分かる。この場合、ライン内で処理を待っている製品は少ない。
【００２１】
このような状態で生産を行っている場合にラインの工程内のある装置が停止すると、その後の工程に製品が供給されなくなり、特に稼働率が高いボトルネック装置に製品が来なくなると、ラインの生産量が減ってしまう。通常、工程数はＬＳＩの場合数１００工程あり、ボトルネック装置は工程内に散らばっているため、どの工程の装置が停止してもボトルネック装置に影響して生産量が落ちてしまう。
【００２２】
生産量をラインの稼働率として考え、図３に示すような模式図で考えると、装置が停止したとき、１台装置群ではラインの製造が停止、２台以上の装置群では１台の装置が停止したときは残りの稼働している装置群の処理能力の総和でラインの製造能力が決まると考えられる。ライン全体の稼働率は装置停止の組み合わせの起こる割合を出し、その組み合わせでのラインの製造能力を計算し、それらの総和によってラインの平均的な稼働率が分かる。
【００２３】
図４は、本発明の第１の実施形態に係わる半導体製造ラインの設計システムを説明するためのフローチャートである。この動作は、全てコンピュータ処理により行うものであってもよいし、専用の回路を設けて行ってもよい。
【００２４】
まず、装置構成の初期条件を設定する（ステップＳ１）。即ち、１台装置群，２台装置群，３台装置群のそれぞれの数を基に、これらを図５に示すように直列的に接続した装置構成を初期条件として設定する。
【００２５】
次いで、各装置の稼働率をｐ＝１−ＭＴＴＲ／ＭＴＢＦと定義する（ステップＳ２）。即ち、図５に示す装置構成において、各装置の故障間の時間をＭＴＢＦ（Mean Time Between Failure）、故障による停止時間をＭＴＴＲ（Mean Time To Repair）とすると、各装置の停止率はＭＴＴＲ／ＭＴＢＦで表される。ここで、単純化するため各装置の停止率はどの装置も同じとする。また、各装置の稼働率ｐは全体から装置の停止率を引いたものであるから、
ｐ＝１−停止率＝１−ＭＴＴＲ／ＭＴＢＦ  …（１）
となる。装置停止の原因は故障だけではなく、メンテナンスや装置の状態チェック等の場合もある。ここでのＭＴＢＦ，ＭＴＴＲはこれらも含めた広義の装置停止間隔，停止時間と考える。
【００２６】
図５に示す装置構成全体の稼働割合は、以下の手順で計算される。
【００２７】
(1) 図５に示す装置構成に対し、図６に示すようなある稼働と停止の組み合わせを考える（ステップＳ３）。このとき、各装置群の中で全ての装置が停止している場合はラインの製造能力はゼロになるので考えない。なお、プログラム的にはライン製造能力ゼロを含めて計算しても結果は変わらないので、ゼロの場合を含む全ての組み合わせを計算してもよい。
【００２８】
(2) 稼働と停止の組み合わせに対し、図７に示すような稼働の確率と停止の確率（＝１−稼働の確率）を当てはめ、全ての装置の確率の積を求め、その組み合わせの出現確率を求める（ステップＳ４）。組み合わせの出現確率Ｘｉは、次の式で表される。
【００２９】
Ｘｉ＝Πｐj（装置）  …（２）
ここで、Πは全ての装置のｐj の積（総積）を表している。
【００３０】
(3) 各組み合わせの製造能力は、複数台装置群においては稼動している装置の製造能力の総和とし、全装置群（装置種１〜ｌ＋ｎ＋ｍ）の中で一番小さい装置群の製造能力がその組み合わせの製造能力Ｙｉと定義する（ステップＳ５）。
【００３１】
(4) 組み合わせの出現確率Ｘｉとその組み合わせの製造能力Ｙｉの積がその組み合わせの確率換算製造能力であるとする。このように、各々の組み合わせに対して、組み合わせの出現確率Ｘｉとその組み合わせの製造能力Ｙｉとの積を確率換算製造能力Ｘｉ×Ｙｉとした上で、各々の組み合わせの確率換算製造能力Ｘｉ×Ｙｉの総和を１００％稼働時の製造能力Ｆで除した値をライン稼働率Ｑとして算出する（ステップＳ６）。
【００３２】
Ｑ＝Σ(i=1〜k) Ｘｉ×Ｙｉ／Ｆ  …（３）
次に、上記のようにして算出されたライン稼働率Ｑが８０％以上であるか否かを判定する（ステップＳ７）。稼働率Ｑが８０％以上の場合は、現在の装置構成を適正システム構成として出力する（ステップＳ８）。この出力としては、例えば外部記憶装置に装置構成のデータを書き込んでも良いし、装置構成のシステムをプリンタでプリントするようにしても良い。
【００３３】
稼働率Ｑが８０％に満たない場合は、後述する手法により１台装置群を減らすことにより装置構成を再構築する（ステップＳ９）。そして、ステップＳ３に戻り稼働と停止の組み合わせを再度考える。そして、ライン稼働率Ｑが８０％以上になるまで、ステップＳ３からＳ６を繰り返すことにより、ライン稼働率Ｑが８０％以上になる装置構成が得られることになる。
【００３４】
次に、同一種の装置が２台ある場合について具体的な稼働率の計算手法を述べる。全ての組み合わせについて計算を行うには、２台装置群が少ない場合には容易に計算ができるが、群の数が多くなると場合の数が増え、例えば２台装置群が２０群ある場合には、場合の数は４０台の装置の組み合わせについてそれぞれ上記(4) の計算を行わなければならない。即ち、例えば２台装置群が３群ある場合には、図８に示すような組み合わせを考えなければならない。ここで、ラインの稼働が止まる場合は除外している。
【００３５】
２台装置群が１群の場合は、組み合わせの数は３通り、２群の場合は９通り、３群の場合は２７通りとなり２０群の場合は３20＝3,486,784,401 通りとなり、さらに群数が多い場合は短時間で計算ができないような場合の数となる。従って、２台以上の装置群が数百台ある場合は１０100以上の場合の数となり確率の計算は容易ではない。さらに、３台装置群の場合には、図９に示すような組み合わせとなる。３台装置群が１群では７通りであるが、２群では４９通り、３群では３４３通りとなり、１０群では７10＝７．９７９×１０16 通りとなり、容易には計算ができない。
【００３６】
これに対し、１００Ｌ（ロット）／月程度の小規模のラインでは装置台数はせいぜい５０台未満であり、１台装置も多いため、場合の数としては計算できる範囲である。実際に従来の専用装置の場合のライン稼働率を求めた計算例を次に示す。
【００３７】
装置構成は前記（表１）に示すように１台装置群が４１群、２台装置群が８群、３台装置群が２群となる。
【００３８】
この場合、１台装置群はそれぞれの装置の稼働率の積、つまり稼働率の４１乗となる。一方、２台装置群と３台装置群のそれぞれの組み合わせの確率，製造能力を計算すると、２台装置８群に対しては３8 ＝６５６１通り、図９に示す３台装置２群の場合は７×７＝４９通り、計６５６１×４９＝３２１４８９通りについて出現確率の計算を行い、それぞれの場合について製造能力を掛け合わせ、それらの総和を求めることでラインの稼働率が求まる。ここでは、それぞれの場合の製造能力は、設定ライン生産能力を１台の処理能力で割った商の小数部が０．５として計算を行った。これは、後述するように多数台の装置を設定した場合の平均的な値が０．５であるからである。
【００３９】
ライン稼働率とＭＴＴＲ，ＭＴＢＦの間の関係は従来の専用装置の場合は、図１０に示す結果が得られる。この図から現状の平均的なＭＴＴＲが６Ｈであるため、ＭＴＴＲ＝６Ｈの場合を考える。ライン稼働率を８０％以上にするためには、ＭＴＢＦは１４７０Ｈ以上でなければならない。現状の半導体製造装置のＭＴＢＦは１０００Ｈ以下であるため、専用装置を用いたラインではラインの稼働率が８０％以上では使えないことが分かる。
【００４０】
装置のＭＴＢＦを長くすることは、装置の設計から見直す必要があるため、直ぐには改良は難しい。装置のＭＴＢＦが現状のままで、同じ製造プロセスで製造を行う場合、ラインの装置構成を変えることによりラインの稼働率を上げることができる。ラインの稼働率に対し影響の大きな装置は１台装置群であり、従って１台装置群の台数を減らすことが重要となる。
【００４１】
このためには、同一装置を複数の処理に使う、いわゆる共用化を行うことが効果的である。前記（表１）から分かるように、１台しかない装置はＷｅｔ（洗浄）装置，ＲＩＥ装置，ＬＰ−ＣＶＤ装置，ＤＩＦＦ（酸化・拡散）装置の台数が４台以上となっており、これらの装置台数を減らすことが重要となる。
【００４２】
Ｗｅｔ装置においては、これまでは様々な薬液の洗浄に対して、洗浄槽を固定し、薬液を溜めてその中でウェーハの洗浄を行い、洗浄条件毎に装置を分けていた。また、溜め込み式であるため、汚染物のクロスコンタミネーションを懸念し、工程毎に装置を分けていた。これに対し、図１１に示すように、１槽で薬液を流しながら洗浄を行い、薬液を洗浄毎に切り替える、いわゆるワンバス方式では、溜め込み式ではないためクロスコンタミネーションの心配がない。これにより、１台の装置で行える洗浄工程数が１種類から数種類に多くなり装置台数を１／４にすることが可能である。
【００４３】
なお、図１１（ａ）はＷｅｔ装置の全体構成を示し、図１１（ｂ）はワンバス洗浄槽部の構成を示している。さらに、図中の１１はワンバス洗浄槽、１２はウェーハ、１３は薬液、１４はＯ3 水製造装置、１５は流量調整部を示している。
【００４４】
また、ＲＩＥ装置においては、エッチングを行う膜種，構造に応じて、ガス種，流量，圧力，高周波電力を変えてエッチングを行っている。このため、ＲＩＥ装置のチャンバー壁に付着するフロロカーボン膜の厚み，組成等はエッチング条件毎に違い、異種の条件のエッチングを同一のチャンバーで行うと、壁の膜が剥がれてパーティクルを発生したり、壁の膜からガスを放出し、又は吸着してエッチング条件が変化し、所望のエッチング形状，選択比が得られない状況が生じる。従って、同一チャンバーでは同一条件でのエッチングしか行わない、いわゆる専用装置として用いていた。
【００４５】
これに対し、壁に付いたフロロカーボン膜を酸素プラズマにより反応させ、ガス化して除去を行う、いわゆるチャンバークリーニングを行うと、次のエッチング条件を変更しても、チャンバー壁に前のエッチングで付いたフロロカーボン膜がないためにパーティクルの発生や、エッチング特性の変化が起こらない。そのため、異種のエッチング条件を同一チャンバーで使えるようになる。実際にウェーハ２５枚（１ロット）毎にチャンバークリーニングを行い、それを繰り返した場合のパーティクルの推移を図１２に示し、エッチングレートの推移を図１３に示す。パーティクルの発生はプラズマを発生させている時間（RF TIME）が１２０Ｈになるまで増えておらず、問題が無い。また、エッチングレートに関しても、従来の変動より少ない結果が得られている。
【００４６】
次に、ＬＰ−ＣＶＤ装置においても、成膜種毎に装置を専用化している。これもＬＰ−ＣＶＤ炉内の石英反応管内に堆積した膜が異種の膜である場合には、膜間の応力によって膜が剥がれたりすることによりパーティクルが大量に発生することが問題となっていた。パーティクルを発生させないようにするには、堆積した膜を除去すればよく、成膜毎に膜のエッチングを行うことにより、異種の成膜が可能となる。実際に、ハロゲン系のガスを用いて、ポリＳｉとＳｉＮの２種の成膜種を交代で同一炉内で成膜した場合のパーティクルのデータを図１４に示し、成膜速度のデータを図１５に示す。多数回の異種の成膜を行っても、パーティクルはスペック以下であり、成膜速度の再現性，安定性も良好である。
【００４７】
ＤＩＦＦ（酸化・拡散）装置も同様に毎回クリーニングを行うことにより、異種条件での処理が可能となる。
【００４８】
最後にＣＭＰ装置は、異種膜の研磨を行うためには、研磨パッド，スラリーを取り替えなければならなかった。取り替えるには、交換し、コンディショニングを行うために、数時間かける必要があり、装置の処理能力を落とすため、従来は専用装置化していた。これを解決するため、図１６に示すように研磨パッド３１及びカートリッジプレート３２を分割し、ターンテーブル３０上に真空吸着を行うことにより、容易にパッドを交換できるようになり、交換時間は２０分以下でできるようになった。これによって、異種の膜をポリッシュする場合でも同一の装置で処理能力を大幅に落とすことなく処理が可能となった。なお、図中の３３，３４はターンテーブル３０を構成する定盤であり、３３は下定盤、３４は上定盤を示し、さらに図中の３５は真空吸着のための吸引孔を示している。
【００４９】
これ以外にイオン注入工程においても、従来はリソグラフィを行って、レジストのパターンを形成し、レジストをマスクにしてウェーハにイオン注入を行っているが、図１７に示すようなＩＭＰＬＡ（イオン注入）装置の中にステンシルマスクを入れて、それを通して所望の部分にイオン注入を行い、ウェーハ上をステップ＆リピートしてウェーハ全面にイオン注入を行うステンシルマスクイオン注入を用いることにより、リソグラフィの装置台数を削減でき、かつＩＭＰＬＡ装置も一部共用化することができた。
【００５０】
なお、図１７（ａ）はステンシルマスクを用いたイオン注入装置の斜視図、（ｂ）は断面図であり、５１はステンシルマスク、５２はＳｉ基板、５３はＸＹＺステージ、５５はイオンビーム、５６は基準プレートを示している。また、図１７（ｃ）は従来方法との比較図であり、ステンシルマスクを用いることにより、レジスト塗布，露光，現像等の工程が省略でき、処理時間が短くなることを示している。
【００５１】
以上の施策で同一の装置で異種の工程が処理できるようになり、共用化ができたため、装置台数を削減することができ、下記の（表２）に示すように、Pure Logic、６層多層配線の素子を１００Ｌ／月製造するために、１台装置群が２１群、２台装置群が１２群、となり１台装置群を約１／２とすることができた。
【表２】
2005108883.tif 000004
【００５２】
この場合のライン稼働率を前述した方法で計算を行い、その結果を図１８に示す。前述した専用装置の場合と同じように考え、ＭＴＴＲ＝６Ｈの場合のライン稼働率が８０％になるＭＴＢＦを求めると、６７０Ｈになる。この値は現状のＭＴＢＦの平均とほぼ同じであり、現状の装置のＭＴＢＦ，ＭＴＴＲであっても、１台装置を約１／２にしたことによりラインの稼働率が上がり、実用的なラインとすることができる。
【００５３】
さらに、今後の開発により、Ｗｅｔ装置の機種統一、拡散（ＤＩＦＦ）装置のクリーニング強化、ＲＴＰ装置の２チャンバー、２搬送系化、ＲＩＥ装置の１機種化、イオン注入装置のイオン源の高電流化を行うことにより、下記の（表３）の設備台数に削減が可能であることが予測される。
【００５４】
この場合、１台装置群は５台となり、ライン稼働率が更に上がることが予測される。実際に計算を行ってみた結果を、図１９に示す。ＭＴＴＲ＝６Ｈ、ライン稼働率８０％の場合にはＭＴＢＦは２７４Ｈとなり、現状の装置でも十分に８０％のライン稼働率を達成できることが予測できる。また、ライン稼働率が９０％であってもＭＴＢＦは６００Ｈであり、現状の装置の信頼性であってもライン稼働率を９０％以上にできることが予測される。
【表３】
2005108883.tif 000005
【００５５】
以上の３つのケースについて、１台装置群の数とＭＴＢＦとライン稼働率（Ｆａｖ）についてまとめ直した結果を、図２０に示す。この図から分かるように、ＭＴＢＦは１台装置群の数に比例し、またライン稼働率が高いほど、必要なＭＴＢＦは大きくなることが分かる。
【００５６】
従って、１００Ｌ／月程度の小規模なラインにおける設備構成が現状の装置信頼性ではどのようにあるべきかが明確となり、装置構成を決めて、設備を設置するクリーンルームの設計や、必要人員等の計画ができるようになり、投資額の削減，計画の設定が容易となる。
【００５７】
なお、共用化手法を利用した場合、例えば１台の装置で２種の処理を行えるようにした場合、この装置はプロセス処理上は２回使用されることになる。しかし、このような装置も装置数は１個と見なし、計算上はΠｐの計算時に１回計算されるのみである。即ち、１台の共用化装置が２台以上の装置として出現確率が計算されることはなく、現実の装置台数を基に計算が行われる。
【００５８】
このように本実施形態によれば、高稼働率な半導体製造ラインを構築するために、予めラインの稼働率をモデルにより計算し、計画された装置，設備構成が目標とする生産量を実現できるかを検証し、装置，設備構成を再計画するループにより最適化をはかることができる。しかも、共用化により１台装置の台数を減らすと共にトータル台数も減らすことができ、投資の増大、ランニングコストの増大、クリーンルームスペースの増大を招くこともない。これは特に、処理に対して１台しかない装置を有する小規模の半導体製造ラインに対して有効である。
【００５９】
（第２の実施形態）
第１の実施形態ではラインを構成する各装置の稼働，停止の全ての組み合わせを調べ、稼働と停止の確率を組み合わせに入れ込み、各々の組み合わせの出現確率を求め、その組み合わせの時の生産能力を掛け合わせ、全ての組み合わせの総和を求めることでラインの稼働率を求めた。この方法は厳密ではあるが、全ての組み合わせを求める場合、場合の数が多いと計算に時間がかかり問題となる。
【００６０】
例えば、１０００Ｌ／月の生産能力を持つラインでは設備台数は数百台となり、同一の工程に対し十台以上の装置が必要になる。この場合、組み合わせの数は２の装置台数乗考えられ、例えば３００台の装置があると、２300 の場合が考えられる。この全ての場合に各々の場合の生産能力を掛け合わせ、総和を取ることは、実質的に不可能である。そこで、前記図３において、各装置の停止時間が重ならないと仮定して、平均稼働率を求める。この場合、計算式は以下のとおりとなる。
【００６１】
ライン稼働率Ｑ＝１−Σ(i=1〜m) Ｒｎ×ＭＴＴＲｉ／ＭＴＢＦｉ…（４）
ここで、Ｒｎはｎ台装置の１台の装置が停止したときのラインの製造能力低下度を示す係数であり、
Ｒｎ＝１−（ｎ−１）×１台の処理能力／設定ライン生産能力…（５）
と定義される。
【００６２】
また、式（５）のｎ台は設定ライン生産能力を１台の処理能力で割った商の小数部を切り上げた数値に基づき定められた台数である。つまり、
設定ライン生産能力／１台の処理能力＝ｎ−１＋α（０＜α＜１）…（６）
と表される。ここで、αは商の小数部である。このαを使うと式（５）は
Ｒｎ＝α／（ｎ−１＋α）  …（７）
とも表される。通常αは平均的には０．５程度になる。以下の計算ではα＝０．５として計算を行っている。
【００６３】
式（４）は装置１種に対し３台以上の装置がある場合でも計算は容易にできる。しかし、装置の停止時間が重なるような状態、つまり平均稼働率が低い状態になると、全ての場合を計算した第１の実施形態の場合に比べ稼働率が低くなる。これは、停止時間が重なった場合、稼働できる時間が増えるためである。
【００６４】
図２１、図２２、図２３に第１の実施形態の各場合に対応する計算結果を示すが、平均稼働率が８０％以上では差は２％以下であり厳密な計算と殆ど一致するが、平均稼働率が７０％以下では差は４％以上となり確度が低い。しかしながら、通常ラインの稼働率は８０％以上に高くすることが必要とされており、前記式（４）の近似式によって計算を行うことは有効である。さらに、前述したように装置台数が増え、特に装置１種で３台以上の装置群が多くなると、この式を使わなければ実際上計算が不可能である。
【００６５】
装置台数が多い場合として、１０００Ｌ／月の生産を行うラインについて考えてみる。この場合、下記の（表４）に示すような装置種台数となっている。この場合について、前記式（４）の近似式を用いて計算を行った結果を、図２４に示す。この場合も、ライン平均稼働率が８０％以上では近似値としては確度が高いと思われる。実際、装置のＭＴＴＨは平均６Ｈ程度であり、ライン稼働率８０％ではＭＴＢＦは８００Ｈより小さくなり、現状のＭＴＢＦと同等となるため、現状の１０００Ｌ／月規模の生産ラインの実績と一致する。
【表４】
2005108883.tif 000006
【００６６】
この近似式を用いて計算を行うことにより、装置台数、装置の信頼性（ＭＴＢＦ，ＭＴＴＲ）がどのようになればラインの平均稼働率を上げられるかということが、判断できる。
【００６７】
実際の例として、１００Ｌ／月規模のライン（ミニファブ）と１０００Ｌ／月規模のライン（メガファブ）において、ライン稼働率８０％以上を得るために必要な１台装置（装置１種に対し１台の装置を用いる）の台数とＭＴＢＦの関係を計算した結果が、図２５に示すようになる。この結果からは、１００Ｌ／月規模であっても１０００Ｌ／月規模であっても、１台装置の台数に比例して装置に必要なＭＴＢＦは増加することが分かる。
【００６８】
また、１０００Ｌ／月規模は１００Ｌ／月規模よりも全体として大きいＭＴＢＦが必要であることが分かる。しかしながら、１０００Ｌ／月規模では１台装置は殆どの場合存在しないのに対し、１００Ｌ／月では１台装置は２０台以上であり、求められるＭＴＢＦは１００Ｌ／月規模のラインの方が同等かそれ以上となる。
【００６９】
このように本実施形態によれば、半導体製造ラインを構成する各装置の停止時間が重ならないと仮定し、各装置の合計台数ｍ、ＭＴＢＦ、ＭＴＴＲ、ｎ台装置群の１台が停止したときのラインの製造能力低下度を示す係数Ｒｎを基に、ライン稼働率Ｑを前記式（４）で算出することにより、大規模の半導体製造ラインであっても十分実現可能な範囲の計算処理で、半導体製造ラインの稼働率を正確に評価することができる。そして、この評価を基に装置構成を再構築することにより、稼働率の高い半導体製造ラインを設計することが可能となる。
【００７０】
（第３の実施形態）
第１の実施形態においては、装置の共用化により１台装置群を減らして、ライン稼働率を向上させる例について述べた。１台装置群を減らす方法として、余分な同一種装置をもう１台導入してラインの稼働率を上げる方法がある。これにより、１台の装置が停止してももう１台で生産が続けられる。この方法は全く同じ装置を購入するだけなので、簡便であるがコストが増大するという欠点がある。しかし、ラインの稼働率が上がればその分生産量が増加し、また工期も短縮するので価値がある。
【００７１】
第１の実施形態で述べた共用化装置を用いて、１台装置群が２１群、２台装置群が６群のラインについて同一種装置を余分に導入した際のライン稼働率を計算した結果を図２６に示す。計算は、２１群ある１台装置群に対し、同一機種を１台増やした場合、つまり２台装置群が１群増え、１台装置群が１群減った状態（図中で２０−７と記載）から６台増やした場合（図中では１５−１２と記載）までについて行った。
【００７２】
１台装置群をもう１台導入すると、２台装置群が１群増える。この場合、この２台装置群は１台が停止してももう１台で十分な能力を持つため、ラインの稼働率には大きな影響を与えない。しかし、２台とも停止した場合にはライン稼働率を低下させる。このことを考慮して第１の実施形態と同様に全ての装置の、稼動，停止の組み合わせの場合について確率を求め、その場合のラインの能力を掛け合わせて、全ての総和を求めることでラインの稼働率の向上が分かる。図２６はＭＴＢＦ＝５００Ｈの場合について、ライン稼働率のＭＴＴＲ依存性を表している。１台装置群が２１群、２台装置群が６群の状態から、１台装置群を１群ずつ減らし、２台装置群を１群ずつ増やすと、ライン稼働率が向上することが分かる。
【００７３】
例えば、ＭＴＴＲが６Ｈのところを見ると、１台装置群が２１群の場合にはライン稼働率は７４％であるが１台装置群を１５群に減らし、２台装置群を１２群にすると、ライン稼働率は約８０％まで向上する。従って、目的のライン稼働率を達成するために、１台装置群に該当する装置を何台追加すれば良いかが分かる。この手法を用いることで容易に、またどの装置を追加したら良いかが判定可能となり、ラインの設計の効率化が計れる。即ち、装置の台数増加を極力抑えながら稼働率の向上をはかることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、第１の実施形態に記載した全ての場合について計算を行う方法を用いたが、第２の実施形態の簡易的な計算手法を用いても同様に計算が可能である。但し、ライン稼働率が８０％以上の条件で使わないと誤差が大きくなるが、特に装置台数が多い場合に有効である。
【００７５】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。半導体製造ラインを構成する各種装置の例は実施形態で示したものに何ら限定されるものではなく、半導体装置の製造に用いるあらゆる装置に適用できるものである。また、本発明を実施するためのシステム構成は、専用のコンピュータにより処理するようにしても良いし、専用の回路を設けるようにしても良い。さらに、本発明のシステム構成をコンピュータで実現するためのプログラムを用意し、汎用のコンピュータに実施させるようにしても良い。また、各種装置の共用化は、実施形態に示した以外に各種の方法が適用可能であるのは勿論のことである。
【００７６】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】ＬＳＩを製造するために必要な処理，工程，装置の種類を表す図。
【図２】ＷＩＰ，Ｏｕｔｐｕｔ，Ｘ−ｆａｃｔｏｒの間の関係を示す図
【図３】ラインの稼働率を求める場合のＭＴＢＦ，ＭＴＴＲの関係を示す模式図。
【図４】半導体製造ラインの設計システムを説明するためのフローチャート。
【図５】ライン稼働率を計算するための模式的な回路図。
【図６】模式回路に各装置の稼働，停止のある場合を割り当てた図。
【図７】模式回路に各装置のある場合の稼働の確率を割り当てた図。
【図８】２台装置の群数が１から３の時の稼働，停止の組み合わせの場合を示す図。
【図９】３台装置１群の稼働，停止の組み合わせの場合を示す図。
【図１０】従来の専用装置を用いた、（表１）に示す装置構成のラインの稼働率の計算結果を示す図。
【図１１】ワンバス方式を用いた洗浄装置を示す模式図。
【図１２】ＲＩＥ装置において異種プロセス共用化を行った場合のパーティクルの推移を示す図。
【図１３】ＲＩＥ装置において異種プロセス共用化を行った場合のエッチングレートの推移を示す図。
【図１４】ＬＰ−ＣＶＤ装置において異種プロセス共用化を行った場合のパーティクル推移を示す図。
【図１５】ＬＰ−ＣＶＤ装置において異種プロセス共用化を行った場合の成膜速度の推移を示す図。
【図１６】パッドを分割し、真空吸着によりパッドを交換しやすくしたＣＭＰ装置を示す図。
【図１７】イオン注入装置においてステンシルマスクを用いる装置の模式的構成を示す図。
【図１８】（表２）に示す装置構成のラインの稼働率の計算を行った結果を示す図。
【図１９】（表３）で示す装置構成の場合のライン稼働率の計算結果を示す図。
【図２０】ＭＴＴＲが６Ｈの場合、７０％，８０％，９０％のライン稼働率を得るために必要なＭＴＢＦと１台装置数の関係を示す図。
【図２１】装置停止が重ならないと仮定した簡易計算式で（表１）の装置構成のライン稼働率を計算した結果を示す図。
【図２２】装置停止が重ならないと仮定した簡易計算式で（表２）の装置構成のライン稼働率を計算した結果を示す図。
【図２３】装置停止が重ならないと仮定した簡易計算式で（表３）の装置構成のライン稼働率を計算した結果を示す図。
【図２４】（表４）の装置構成のラインの稼働率を簡易計算式で計算した結果を示す図。
【図２５】ライン稼働率８０％を得るために必要なＭＴＢＦと１台装置の台数の関係をミニファブ（１００Ｌ／月）とメガファブ（１０００Ｌ／月）について計算した結果を示す図。
【図２６】１台装置と同一装置を付加した場合のライン稼働率の計算結果を示す図。
【符号の説明】
【００７８】
１１…ワンバス洗浄槽
１２…ウェーハ
１３…薬液
１４…Ｏ3 水製造装置
１５…流量調整部
３０…ターンテーブル
３１…研磨パッド
３２…カートリッジプレート
３３…下定盤
３４…上定盤
３５…吸引孔
５１…ステンシルマスク
５２…Ｓｉ基板
５３…ＸＹＺステージ
５５…イオンビーム
５６…基準プレート
【図１】
2005108883.tif 000007
【図２】
2005108883.tif 000008
【図３】
2005108883.tif 000009
【図４】
2005108883.tif 000010
【図５】
2005108883.tif 000011
【図６】
2005108883.tif 000012
【図７】
2005108883.tif 000013
【図８】
2005108883.tif 000014
【図９】
2005108883.tif 000015
【図１０】
2005108883.tif 000016
【図１１】
2005108883.tif 000017
【図１２】
2005108883.tif 000018
【図１３】
2005108883.tif 000019
【図１４】
2005108883.tif 000020
【図１５】
2005108883.tif 000021
【図１６】
2005108883.tif 000022
【図１７】
2005108883.tif 000023
【図１８】
2005108883.tif 000024
【図１９】
2005108883.tif 000025
【図２０】
2005108883.tif 000026
【図２１】
2005108883.tif 000027
【図２２】
2005108883.tif 000028
【図２３】
2005108883.tif 000029
【図２４】
2005108883.tif 000030
【図２５】
2005108883.tif 000031
【図２６】
2005108883.tif 000032