(57)【要約】【課題】ヒータを通電加熱して半導体ウェハ上に薄膜を形成するなどの半導体製造プロセスの熱処理実行中に連続した状態でヒータ断線の予知情報を得て適切な対策を講じることができる半導体製造装置を実現すること。【解決手段】加熱処理用のヒータを備えた半導体製造装置において、前記ヒータの駆動電流波形をサンプリングする手段と、このサンプリングデータに基づきヒータの抵抗値を求める手段と、駆動電流に重畳するノイズ成分の振幅を求める手段と、これらヒータ抵抗値とヒータ抵抗値上昇の傾きとノイズ成分の振幅に基づきヒータ断線予知アラームを判定する手段、を有することを特徴とするもの。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱処理用のヒータを備えた半導体製造装置において、
前記ヒータの駆動電流波形をサンプリングする手段と、
このサンプリングデータに基づきヒータの抵抗値を求める手段と、
駆動電流に重畳するノイズ成分の振幅を求める手段と、
これらヒータ抵抗値とヒータ抵抗値上昇の傾きとノイズ成分の振幅に基づきヒータ断線予知アラームを判定する手段、
を有することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記ヒータの駆動電流波形はクランププローブで検出されることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記半導体製造装置は、横型炉として構成されたヒータチャンバーを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記半導体製造装置は、縦型炉として構成されたヒータチャンバーを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記ヒータは３相電力で駆動されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に関し、詳しくは、加熱処理用のヒータを備えた半導体製造装置におけるヒータの断線予知に関するものである。
【０００２】
半導体素子を製造するのにあたっては、たとえば加熱処理用のヒータを備えたＣＶＤ装置が用いられ、加熱炉内にシリコンウェハなどの半導体ウェハを収容して、炉内温度が所定値になるようにヒータの発熱量を制御しながら加熱炉内に反応ガスを供給し、半導体ウェハ上に薄膜を形成することが行われている。
【０００３】
半導体ウェハ上に薄膜を形成するための加熱炉の内部温度は、数時間から１０数時間の繰り返し周期で１３００℃前後の高温まで高精度で制御され、半導体ウェハの入れ替え時間はあるものの、実質的に連続運転されている。
【０００４】
このように、半導体製造装置に設けられている加熱処理用のヒータは、過酷な条件で運転されることから、その寿命は１、２年と比較的短い。
【０００５】
半導体製造装置のユーザーは、加熱処理用のヒータを断線に至る寸前まで可能な限り長期間使用したいが、半導体ウェハ上に薄膜を形成している途中でヒータが断線すると薄膜形成途中の最大１００枚を越える場合もある半導体ウェハが全部無駄になってヒータの交換コストを遥かに上回る多大の損失が発生してしまうことから、断線の予兆が現われているならば直ちにヒータを交換して薄膜形成途中におけるヒータ断線を回避したい。
【０００６】
ところで、特許文献１には、半導体製造装置のヒータ異常検出方法について記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２２３４２７号公報
【０００７】
特許文献１に記載されている半導体製造装置のヒータ異常検出方法は、加熱炉内に半導体ウェハを収容する前のスタンバイ状態において、ヒータの異常を検出するためのヒータ異常検出ステップを実行するものである。具体的には、温度変動が所定値に達するまでの時間や、ヒータに流れる電流値に基づいて異常の有無が判断される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載されている方法は、加熱炉内に半導体ウェハを収容する前のスタンバイ状態においてヒータの異常を検出するためのヒータ異常検出ステップが実行されるので、ヒータ異常検出は数時間から１０数時間の繰り返し周期で運転される半導体製造プロセスのバッチ単位間に単発的に行われることになる。
【０００９】
すなわち、特許文献１に記載されている方法によれば、加熱炉内に半導体ウェハを収容した半導体製造プロセスの処理実行中はヒータの異常検出を行うことはできず、半導体製造プロセスの処理実行中におけるヒータ断線の予知情報を得て早めに適切な対策を講じることができない。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、ヒータを通電加熱して半導体ウェハ上に薄膜を形成するなどの半導体製造プロセスの熱処理実行中に連続した状態でヒータ断線の予知情報を得て適切な対策を講じることができる半導体製造装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
加熱処理用のヒータを備えた半導体製造装置において、
前記ヒータの駆動電流波形をサンプリングする手段と、
このサンプリングデータに基づきヒータの抵抗値を求める手段と、
駆動電流に重畳するノイズ成分の振幅を求める手段と、
これらヒータ抵抗値とヒータ抵抗値の上昇の傾きとノイズ成分の振幅に基づきヒータ断線予知アラームを判定する手段、
を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体製造装置において、
前記ヒータの駆動電流波形はクランププローブで検出されることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の半導体製造装置において、
前記半導体製造装置は、横型炉として構成されたヒータチャンバーを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２記載の半導体製造装置において、
前記半導体製造装置は、縦型炉として構成されたヒータチャンバーを有することを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体製造装置において、
前記ヒータは３相電力で駆動されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ヒータを通電加熱して半導体ウェハ上に薄膜を形成するなどの半導体製造プロセスの熱処理実行中に連続した状態でヒータ断線の予知情報を得ることができ、適切な対策を講じることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であって、横型炉として構成されたヒータチャンバーに適用する例を示している。ヒータ１には、長手方向に沿って３つのゾーンＺ１〜Ｚ３に分割するように４個の端子２〜５が設けられている。
【００１８】
これらヒータ１の各ゾーンＺ１〜Ｚ３には、それぞれ２個のサイリスタが逆極性に並列接続されたサイリスタ回路６〜８を介して電力トランス９の２次巻線Ｗ２１〜Ｗ２３から駆動電力が印加されている。すなわち、端子２にはサイリスタ回路６を介して２次巻線Ｗ２１のＨ側端が接続され、端子３には２次巻線Ｗ２１のＬ側端が接続されるとともにサイリスタ回路７を介して２次巻線Ｗ２２のＬ側端が接続され、端子４には２次巻線Ｗ２２のＨ側端が接続されるとともにサイリスタ回路８を介して２次巻線Ｗ２３のＨ側端が接続され、端子５には２次巻線Ｗ２３のＬ側端が接続されている。
【００１９】
電力トランス９の１次巻線Ｗ１１〜Ｗ１３には、ブレーカー１０を介して商用周波数たとえば５０Ｈｚの３相電力の各相Ｕ，Ｖ，Ｗが入力されている。すなわち、ブレーカー１０のＵ相出力端子には１次巻線Ｗ１１のＨ側端が接続されるとともに１次巻線Ｗ１２のＬ側端が接続され、Ｖ相出力端子には１次巻線Ｗ１１のＬ側端が接続されるとともに１次巻線Ｗ１３のＨ側端が接続され、Ｗ相出力端子には１次巻線Ｗ１２のＨ側端が接続されるとともに１次巻線Ｗ１３のＬ側端が接続されている。
【００２０】
ここでヒータ１の各ゾーンＺ１〜Ｚ３に流れる駆動電流ｉ１〜ｉ３に着目すると、ゾーンＺ１には端子２から端子３の方向に駆動電流ｉ１が流れ、ゾーンＺ２には端子４から端子３の方向に駆動電流ｉ２が流れ、ゾーンＺ３には端子４から端子５の方向に駆動電流ｉ３が流れる。
【００２１】
これら駆動電流ｉ１〜ｉ３は、クランププローブ１１〜１３で該当するケーブルをクランプすることにより測定できる。すなわち、駆動電流ｉ１の測定にあたっては端子２のケーブルをクランププローブ１１でクランプし、駆動電流ｉ２の測定にあたっては端子２と端子３のケーブルをクランププローブ１２で同時にクランプし、駆動電流ｉ３の測定にあたっては端子５のケーブルをクランププローブ１３でクランプする。なお、駆動電流ｉ２の測定にあたっては、端子２と端子３のケーブルをクランププローブ１２で同時にクランプするのに代えて、端子４と端子５のケーブルをクランププローブ１４で同時にクランプするようにしてもよい。
【００２２】
これらクランププローブ１１〜１３により測定される駆動電流ｉ１〜ｉ３の測定信号はデータ収集装置１５に入力され、たとえばサンプリング周期５０μｓのサンプリングクロックで高速サンプリングされて測定データとして格納される。
【００２３】
データ処理装置１６は、データ収集装置１５に格納された測定データに基づいてヒータ１の断線を予知するために、以下に説明するようなデータ処理を行う。
【００２４】
図２は、図１の主要部の外観概念構成図である。内壁面にヒータ１が巻き付けられているヒータチャンバー内は、拡散工程の場合、常圧で４００〜１２００℃に加熱しながらマスフローコントローラ１７を介してプロセスガスが流し込まれる。ウェハ１８が搭載されたボート１９はチャンバーの一方の開口端部からチャンバー内に出し入れされ、ウェハ１８に対するレシピに基づく所定の熱処理が行われる。これに対し、ＬＰ-ＣＶＤ(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)工程の場合には、真空中でプロセス処理が行われる。
【００２５】
図３は、データ処理装置１６によるデータ処理の具体的な流れを説明するフローチャートである。
（１）はじめに、ヒータ１の各ゾーンＺ１〜Ｚ３に流れる最大１００Ａ前後の駆動電流ｉ１〜ｉ３の生電流波形を測定する。半導体製造装置の保守点検を行っている出願人らの知見によれば、ヒータ１の断線の一因として、端部が端子に固定されているヒータ素線が熱で膨張・収縮することにより熱ひずみによる応力が発生して素線にクラックが入り、そのクラック部分に大電流が流れることによりアークが発生してクラックが加速することが考えられる。クラックが入るまでの電流波形はノイズ成分が重畳していないが、断線直前にはかなり大きな振幅のノイズ成分が重畳していることが多い。
【００２６】
そこで、図１に示すように、クランププローブ１１〜１４で該当するケーブルをクランプして各ゾーンＺ１〜Ｚ３に流れるこれら駆動電流ｉ１〜ｉ３の波形をピックアップし、データ収集装置１５でこれらの出力信号を高速サンプリングして生電流波形データをデータ処理装置１６に格納する。たとえば周期５０μｓのサンプリングクロックでサンプリングすることにより、重畳しているノイズ成分も波形データとして十分取り込むことができる。
【００２７】
（２）再び図３において、データ処理装置１６は、ヒータ１の駆動電流値や抵抗値を算出するために、これら生電流波形データに対して移動平均処理を行い、ノイズ成分を除去する。
（３）続いて、ノイズ成分を除去した波形信号に対してＲＭＳ（Root Mean Square）演算処理を行い、ヒータ１の駆動電流値を算出する。
（４）この駆動電流値を用いて、ヒータ電圧／ヒータ電流に基づきヒータ抵抗値を算出する。
【００２８】
（５）算出したヒータ抵抗値を、データ処理装置１６の所定の格納領域に格納する。
（６）ヒータ抵抗値について、今回の測定値と過去の測定値の差を求め、ヒータ抵抗値上昇の傾きを求める。
【００２９】
図４（Ａ）はヒータ１の設定温度１２００℃における制御出力の経時変化を示す実測例図であり、実線はゾーンＺ１の推移を示し、一点鎖線はゾーンＺ２の推移を示し、破線はゾーンＺ３の推移を示している。これらの推移から、各ゾーンの制御出力は日付の経過とともに上昇傾向にあることが確認できる。したがって、図４（Ｂ）に示すように、ヒータ抵抗の経時変化に対して適切な閾値Ｒｔｈを設定することにより、高精度は期待できないもののある程度の断線予知を行うことは可能と考えられる。
【００３０】
（７）再び図３において、（１）の生電流波形と（２）のノイズ成分を除去した波形の差を演算してノイズ成分を算出する。
（８）算出したノイズ成分の最大値と最小値の差を演算してノイズ成分の振幅値を算出する。
（９）算出したノイズ成分の振幅値を、データ処理装置１６に設けられている所定の格納領域に格納する。
【００３１】
（１０）ノイズ成分振幅値の今回の測定値と過去の測定値の差を求めてあらかじめ設定しているアラーム設定値と照合するとともに、（６）で求めたヒータ抵抗値上昇の傾きについても所定のアラーム設定値と照合し、ヒータ断線予知アラームについて判定する。
（１１）そして、この判定結果をたとえば各ゾーンに対応して設けているランプの点灯色や点灯パターンなどで表示出力する。具体的には、たとえば正常な状態では状態表示ランプを緑色の連続点灯や完全消灯とし、断線の予兆と判定した場合には黄色の連続点灯や点滅点灯とし、断線を検出した場合には赤色の連続点灯や点滅点灯とする。
【００３２】
このように構成することにより、ヒータ１を通電加熱して半導体ウェハ１８上に薄膜を形成するなどの半導体製造プロセスの熱処理実行中に、定量化された測定データに基づくヒータ断線の予知情報を得ることができ、作業者はこのヒータ断線予知情報に基づきコストを抑制するために適切な対策を講じることができる。
【００３３】
なお、上記実施例では横型炉の例について説明したが、本発明は縦型炉にも適用できるものである。
【００３４】
また、ヒータ１の素線にクラックが入る時やクラックが拡大する時には、振動や音波などの弾性波(ＡＥ：Acoustic Emission)を伴うことが知られている。必要に応じてこのＡＥも測定することにより、断線予知精度の向上が期待できる。
【００３５】
また、上記実施例ではヒータを３相電力で駆動する例について説明したが、本発明はヒータが単相電力で駆動される場合にも適用できるものである。
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、半導体製造プロセスの熱処理実行中においても連続してヒータ断線の予知情報を得ることができ、低コストでの最適運転が行える半導体製造装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の主要部の外観概念構成図である。
【図３】データ処理装置１６によるデータ処理の具体的な流れを説明するフローチャートである。
【図４】ヒータ制御出力の経時変化例図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ヒータ
２〜５  端子
６〜８  サイリスタ回路
９  電力トランス
１０  ブレーカー
１１〜１４  クランププローブ
１５  データ収集装置
１６  データ処理装置
１７  マスフローコントローラ
１８  ウェハ
１９  ボート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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