Wie ist denn PHP eingebunden? CGI oder FCGI? Nach Möglichkeit sollte das mit FCGI gemacht werden. Da müsste es dann glaube ich auch nochmal Logs geben. Erster Schritt wäre mal zu evaluieren, ob die Anfragen im Fehlerfall überhaupt bis zum a) IIS, b) CGI/FCGI Worker Process, c) PHP Interpreter kommen. Dann kannst du die Ursache leichter eingrenzen.
Was ich schon mal hatte ist, dass sich ein Application Pool bei zu vielen Fehlern automatisch abschaltet. Aber die werden ja
IMHO vom FCGI Gateway nicht benutzt. Außerdem würde dann was im Eventlog stehen.
Auf der IIS Webseite (iis.net, wenn ich nicht irre) gibt es auch ein Forum, dass recht gut betreut wird.