KR100765335B1 - Study on vacuum pump monitoring using mpca statistical method - Google Patents

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KR100765335B1
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vacuum pump
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정완섭
임종연
신용현
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한국표준과학연구원
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Abstract

A method for monitoring a vacuum pump state is provided to obtain an exact state from a vacuum pump by checking main factors as references using an MPCA(Multiway Principal Component Analysis) statistical method. A first T^2 value is calculated from a normal state signal of a vacuum pump by using an MPCA based statistical method, wherein the normal state signal of the vacuum pump is obtained from a plurality of sensors. The first T^2 value is set as an UCL(Upper Control Limit), wherein the UCL is used as a reference for determining an abnormal state of the vacuum pump. A second T^2 value is calculated from an abnormal state signal of the vacuum pump by using the MPCA based statistical method. The UCL and the second T^2 value are compared with each other in order to check an exact state of the vacuum pump.

Description

다중주성분분석 기반의 통계기법을 이용한 진공펌프 상태 진단방법{Study on vacuum pump monitoring using MPCA statistical method}Study on vacuum pump monitoring using MPCA statistical method

도1은 동작중인 진공펌프 상태를 분석하여 이상징후를 알려주기 위한 시스템 구성도이다.1 is a system configuration for informing the abnormal symptoms by analyzing the operating vacuum pump state.

도2는 동작중인 진공펌프 상태를 분석하여 이상징후를 알려주는 과정을 보인 흐름도이다.2 is a flowchart showing a process of informing an abnormal symptom by analyzing a state of a working vacuum pump.

도3은 배치길이 조절을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the arrangement length adjustment.

도4는 최적 경로(Optomal Path)를 산출한 결과를 보여주는 그래프이다. 4 is a graph showing a result of calculating an optimal path.

도5는 사전 데이터 처리과정을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a prior data processing process.

도6은 다중주성분 분석과정을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram illustrating a multi-principal component analysis process.

도7은 Kernel Smoothing 기법에 의해 분포를 추정하는 과정을 보인 도면이다.7 is a diagram illustrating a process of estimating a distribution by Kernel Smoothing.

도8은 이상점 제거 과정을 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining an abnormal point removal process.

도9는 HDS 기간 분석과정을 설명하기 위한 그래프이다.9 is a graph for explaining an HDS period analysis process.

도10은 진공펌프 교체 후 진공펌프의 운전에 따른 T2 선도의 거동을 보인 그래프이다. 10 is T 2 according to the operation of the vacuum pump after replacing the vacuum pump This graph shows the behavior of the diagram.

도11은 정상동작중인 진공펌프로부터 얻어지는 데이터를 보인 그래프이다.11 is a graph showing data obtained from a vacuum pump in normal operation.

도12는 UCL 인자 선정을 설명하기 위한 그래프들이다.12 are graphs for explaining UCL factor selection.

본 발명은 다중주성분분석 기반의 통계기법을 이용한 진공펌프 상태 진단방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 진공펌프의 운전상태를 올바르게 모니터링하여 가혹한 운전조건과 비선형적인 특성을 갖는 반도체 공정에 사용되는 진공펌프의 고장시점을 정확하게 예측하여 알려줄 수 있도록 하는 다중주성분분석 기반의 통계기법을 이용한 진공펌프 상태 진단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for diagnosing a vacuum pump state using a statistical technique based on multi-principal component analysis. In particular, the present invention is a vacuum using a multi-principal component analysis-based statistical technique to accurately monitor the operating state of the vacuum pump to accurately predict the failure time of the vacuum pump used in the semiconductor process having harsh operating conditions and non-linear characteristics The present invention relates to a method for diagnosing a pump condition.

반도체 공정 등에 사용되는 각종 진공펌프(vacuum pump)는 가혹한 운전조건과 비선형적 특성으로 인하여 고장 시점을 정확하게 예측하기 어려워, 이로 인해 불량품이 양산되거나 불필요한 재원이 낭비되는 등의 문제가 발생하게 된다.Various vacuum pumps used in semiconductor processes, etc., are difficult to accurately predict a failure point due to harsh operating conditions and nonlinear characteristics, resulting in problems such as mass production of defective products or unnecessary waste of resources.

따라서 진공펌프의 운전상태를 올바르게 모니터링(monitering)하고 고장 시점을 정확히 인지해 적절한 진공펌프 교체시점을 알려주는 진공펌프 상태진단 방법(모델)의 개발이 매우 시급하고도 중대한 문제로 대두되고 있다.Therefore, the development of a vacuum pump state diagnosis method (model) that accurately monitors the operation state of the vacuum pump and accurately recognizes the time of failure and informs the time of replacement of the vacuum pump is emerging as an urgent and serious problem.

여기서 진공펌프의 상태진단 방법을 개발한다는 것은 곧 진공펌프 성능을 대변할 수 있는 주요 인자를 찾아내어 시스템의 오작동 여부를 판별하는 진공펌프 상태 진단시스템을 구축하는 것을 의미한다.Developing a method for diagnosing the state of the vacuum pump means establishing a vacuum pump state diagnosis system that identifies major factors that can represent the performance of the vacuum pump and determines whether the system is malfunctioning.

즉, 진공펌프 상태 진단시스템이 완성되면 진공펌프의 운전상태가 정상적인 범위를 벗어났을 때 진공펌프의 이상징후가 자동 감지되어 경고가 발동되도록 함으로써 작업자는 이에 반응하여 진공펌프의 동작을 멈추거나 기타 다른 조치를 취할 수 있다.That is, when the vacuum pump condition diagnosis system is completed, when the operating condition of the vacuum pump is out of the normal range, an abnormal symptom of the vacuum pump is automatically detected and a warning is triggered so that the operator can react to this to stop the operation of the vacuum pump or other You can take action.

그러나 상기한 바와 같은 진공펌프 상태진단 시스템을 구축하기 위해서는 진공펌프의 이상징후 여부를 판단하기 위한 기준이 되는 주요 인자를 찾아내야 하며, 이를 통해 진공펌프의 정상동작범위와 이상동작범위의 경계구간을 설정해야 한다.However, in order to construct a vacuum pump condition diagnosis system as described above, it is necessary to find a main factor that is a criterion for judging whether the vacuum pump has an abnormal symptom. Must be set

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 발명은 진공펌프의 이상징후 여부를 판단하기 위한 기준이 되는 주요 인자를 찾아내고, 이를 통해 진공펌프의 정상동작범위와 이상동작범위의 경계구간을 설정한 후 진공펌프의 상태를 정확하게 진단하여 진공펌프의 이상 여부를 표시할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention finds a main factor that serves as a criterion for determining whether the vacuum pump has an abnormal symptom, and sets a boundary between the normal operation range and the abnormal operation range of the vacuum pump. The purpose of this is to accurately diagnose the state of the vacuum pump and to indicate whether the vacuum pump is abnormal.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다중주성분분석 기반의 통계기법을 이용한 진공펌프 상태 진단방법은, 다수의 센서로부터 정상동작범위에 있는 진공펌프의 상태에 대한 신호를 받아 다중주성분분석(Multiway Principal Component Analysis) 기반의 다변량 통계기법을 이용하여 T2값을 계산하고, 이 T2값을 진공펌프의 이상징후를 판단하기 위한 기준이 되는 UCL로 선정하는 제1단계; 상기 다수의 센서로부터 정상동작범위 이후에 있는 진공펌프의 상태에 대한 신호를 받아 다중주성분분석(Multiway Principal Component Analysis) 기반의 다변량 통계 기법을 이용하여 T2값을 계산하는 제2단계; 및 상기 제1단계에서 기준으로 선정된 UCL과 제2단계에서 얻어진 T2값을 대비하여 진공펌프의 이상징후 여부를 알려주는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Vacuum pump state diagnosis method using a multi-principal component analysis-based statistical technique according to the present invention for achieving the above object, multi-component analysis by receiving a signal for the state of the vacuum pump in the normal operating range from a plurality of sensors a first step of calculating a value of T 2 by using a multivariate statistical technique based (Multiway Principal Component Analysis), and the selection of the T 2 value to the UCL as a reference for determining abnormality of the vacuum pump; A second step of receiving a signal of a state of a vacuum pump after a normal operating range from the plurality of sensors and calculating a T 2 value using a multivariate statistical technique based on multi-way principal component analysis; And a third step of notifying whether the vacuum pump has an abnormal symptom by comparing the UCL selected as the reference in the first step and the T 2 value obtained in the second step.

또한 본 발명에 있어서, 상기 다수의 센서는 흡기 압력센서, 가압펌프 가속도 센서, 3개의 건식 펌프 가속도 센서, 음향센서, 배기 압력센서, 가압펌프 전류센서 건식펌프 전류센서를 포함하는 것이 바람직하다.Also, in the present invention, the plurality of sensors preferably include an intake air pressure sensor, a pressure pump acceleration sensor, three dry pump acceleration sensors, an acoustic sensor, an exhaust pressure sensor, a pressure pump current sensor, and a dry pump current sensor.

또한 본 발명에 있어서, 상기 T2값은, 상기 다수의 센서에 의해 얻어지는 진공펌프 상태에 대한 신호들 중 실제로 반도체 제조공정이 진행되는 구간에서 얻어지는 신호들을 추출하여 배치 데이터(batch date)로 저장하는 배치 생성과정; 상기 배치 데이터를 동적시간 왜곡 알고리즘(Dynamic Time Warping Algorithm) 기법을 이용하여 동일한 길이로 조절하는 동적시간 왜곡 알고리즘(Dynamic Time Warping Algorithm) 과정; 상기 배치 데이터에서 배치 데이터의 평균값을 빼주는 형식으로 평균지점을 일괄적으로 맞춰주는 센터링 과정과 배치 데이터를 표준편차로 나눠주는 스케일링 과정을 통해 배치 데이터의 조건을 동일하게 맞춘 후 상기 배치 데이터로부터 주성분(tscore)과 주 좌표 벡터(Ploading) 및 T2을 구하는 다중주성분분석(Multiway Principal Component Analysis) 과정; 및 Smoothing Technique 기법에 의해 배치 데이터 중 다수의 추세를 벗어나 특이한 경향을 보이는 배치 데이터를 제거하는 이상점 제거(Purging Outliers) 과정;을 통해 얻어지는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, the T 2 value, from the signals for the vacuum pump state obtained by the plurality of sensors to extract the signals obtained in the section in which the semiconductor manufacturing process actually proceeds to store as batch data (batch date) Batch creation process; A Dynamic Time Warping Algorithm process of adjusting the batch data to the same length using a Dynamic Time Warping Algorithm technique; The batch data is equally matched through a centering process for aligning the average points in a form of subtracting the average value of the batch data from the batch data and a scaling process for dividing the batch data by the standard deviation, and then the main component ( Multi-Principal Component Analysis (T score ), P coordinate loading and T 2 ; And a purging outliers process of removing batch data showing a unique trend out of a plurality of trends among batch data by a smoothing technique technique.

또한 본 발명에 있어서, 상기 배치 길이의 조절은, 축적 거리를 구하고 나서 로컬-글로벌 제약에 따라 최적경로(Optimal Path)를 선정하고 이를 기반한 평균화과정을 통해 배치 길이를 동일하게 조절하는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, the adjustment of the batch length, after obtaining the accumulation distance, it is preferable to select the optimal path (Optimal Path) according to the local-global constraint and to adjust the batch length equally through the averaging process based on this.

또한 본 발명에 있어서, 상기 제1단계에서 진공펌프의 이상징후를 확인하기 위한 기준이 되는 UCL을 선정하기 위한 T2값은 진공펌프가 교체될 때마다 계산되는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, the T 2 value for selecting the UCL as a reference for identifying the abnormal symptoms of the vacuum pump in the first step is preferably calculated every time the vacuum pump is replaced.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 진공펌프 상태 진단시스템(모듈)은 도1에 도시한 바와 같이 진공펌프에 설치된 9개의 센서로부터 흡기압력, 가압펌프 가속도, 건식펌프 가속도X, 건식펌프 가속도Y, 건식펌프 가속도Z, 음향, 배기압력, 가압펌프 전류 및 건식펌프 전류 등에 대한 신호를 받아 진공펌프 상태 분석을 위한 기본자료로 사용하는데, 각 센서에 의해 얻어지는 신호가 상호 독립적이지 못하고 어느 정도의 상관성을 지닌다는 사실에 근거하여 각 신호를 독립적으로 분석하기보다 전반적인 추세를 반영할 수 있는 다변량 통계기법을 이용하여 분석한다.As shown in FIG. 1, the vacuum pump state diagnosis system (module) of the present invention includes intake pressure, pressurized pump acceleration, dry pump acceleration X, dry pump acceleration Y, dry pump acceleration Z, and acoustic from nine sensors installed in the vacuum pump. It receives signals about exhaust pressure, pressurized pump current and dry pump current and uses them as basic data for vacuum pump status analysis. Based on the fact that the signals obtained by each sensor are not independent of each other and have some correlation. Rather than analyzing each signal independently, we use multivariate statistical techniques to reflect the overall trend.

즉, MD(Mahalanobis's Distance) 또는 Hotelling's T2(이하, 'T2'이라 한다)이라고 하는 통계적 거리(Statistical Distance) 기법을 사용하여 9개의 센서에 의해 얻어지는 신호변수를 동시에 고려하여 T2이라는 하나의 통계량으로 정보(데이터)를 축약한다. T2은 개별변수들의 이상거동뿐만 아니라 변수들간의 함수관계에 대한 고 려도 포함하므로 개별신호들만의 관측으로는 얻을 수 없는 변수 간의 정보까지 포함하는 통계량이다.In other words, using a statistical distance technique called Mahalanobis's Distance (MD) or Hotelling's T 2 (hereinafter referred to as 'T 2 '), a single signal called T 2 is considered. Summarize information (data) with statistics. Since T 2 includes not only the abnormal behavior of individual variables, but also considerations of the functional relationships among the variables, it is a statistic that includes information between variables that cannot be obtained only by observation of individual signals.

결국, T2을 이용하여 구현하게 되는 최종적인 진공펌프 상태 진단방법(모델)은 T2값이 어느 한도를 벗어나면 진공펌프 상태 진단시스템이 이상징후를 보이는 것으로 간주하게 되며, 이때의 한계지점인 UCL(Upper Control Limit)을 어떠한 방식으로 설정할 것인가가 주요기술이다.In the end, the final vacuum pump state diagnosis method (model) is implemented using a T 2 is if the T 2 value beyond a certain limit will be considered to exhibit a vacuum pump condition monitoring system abnormalities, wherein the limit point of the How to set the UCL (Upper Control Limit) is the main technology.

상태 진단을 위한 대상인 되는 진공펌프는 가압펌프(Booster Pump)와 건식 펌프(Dry Pump)로 구성되는데, 이 진공펌프에는 2개의 압력센서와 4개의 가속도 센서, 1개의 음향센서 및 2개의 전류센서가 부착되어 있다.The target vacuum pump consists of a booster pump and a dry pump. The vacuum pump has two pressure sensors, four acceleration sensors, one acoustic sensor, and two current sensors. Attached.

즉, 4종류의 센서들을 진공펌프에 부착하는 것은 진공펌프에 전류가 가해짐에 따라 진공상태를 만들기 위해 압력이 형성되고 이러한 과정에서 진동과 음향이 수반되므로 적절하다.That is, attaching the four types of sensors to the vacuum pump is appropriate because pressure is generated to create a vacuum state as current is applied to the vacuum pump, and vibration and sound are involved in this process.

물론, 이외에도 진공펌프의 특성에 영향을 미치는 인자들이 많지만 일단 모니터링 분석기법이 확립되면 이후에 변수를 추가하는 문제는 쉽게 구현될 수 있다.Of course, there are many other factors that affect the characteristics of the vacuum pump, but once the monitoring analysis method is established, the problem of adding variables later can be easily implemented.

도2는 진공펌프의 동작상태를 모니터링하여 진공펌프의 상태를 진단하는 과정을 보인 것으로서 두 단계로 나눌 수 있는데, 처음 단계에서는 진공펌프를 교체 설치한 후 일정기간 동안을 정상동작범위로 가정하고 이를 기반으로 기준으로 사용할 T2의 값을 계산하게 된다.Figure 2 shows the process of diagnosing the state of the vacuum pump by monitoring the operating state of the vacuum pump, which can be divided into two stages. Based on this, the value of T 2 to be used as a reference is calculated.

진공펌프는 작동을 시작한 이후로 지속적으로 성능이 저하되므로 초기구간을 정상동작범위로 설정하는데, 이는 실제 많은 모니터링기법에서 사용되는 방식이다. 이때 정상동작범위에서 얻어진 데이터를 HDS(Historical Data Set)라 한다.Since the vacuum pump is continuously deteriorated since the start of operation, the initial section is set to a normal operating range, which is actually used in many monitoring techniques. At this time, the data obtained in the normal operation range is called HDS (Historical Data Set).

다음 단계에서는 전 단계 이후 얻어지는 T2와 상기한 전 단계에서 얻어진 기준이 되는 T2와의 비교를 통해 진공펌프의 실질적인 모니터링을 수행하게 되는데, 이때 얻어지는 데이터를 ODS(Observed Data Set)라 한다.In the next step, the actual monitoring of the vacuum pump is performed by comparing the T 2 obtained after the previous step with the T 2 obtained as the reference obtained in the previous step. The obtained data is called an ODS (Observed Data Set).

이하에서, 배치생성과 동적시간 왜곡 알고리즘, MPCA, 이상점 제거 등에 대한 세부적인 사항을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the details of batch generation, dynamic time distortion algorithm, MPCA, and outlier elimination will be described in detail.

- 배치생성(Batch Generation)Batch Generation

도1과 같은 센서들에 의해 얻어진 신호들은 반도체 제작 공정이 수행되지 않는 구간들의 정보도 함께 포함하고 있으므로 실질적으로 공정이 진행되는 구간들만을 별도로 추출하여 배치 데이터로 저장한다.Since signals obtained by the sensors as shown in FIG. 1 also include information on sections in which the semiconductor fabrication process is not performed, only the sections in which the process is actually performed are separately extracted and stored as batch data.

즉, 배치(Batch)란 하나의 공정단위를 의미한다. 공정이 진행되는 동안에는 흡기 압력(Inlet Pressure)이 높은 값을 유지하다가 공정을 마치고 다음 공정이 시작되기까지는 흡기 압력이 거의 0에 가까운 값으로 떨어지게 되므로 흡기압력 센서의 신호 파형을 관측하면 공정의 진행여부를 판별할 수 있으며, 나머지 변수들도 동일한 구간에서 공정과정의 데이터만을 선별하여 배치 데이터로 저장한다.In other words, a batch means one process unit. During the process, the inlet pressure is maintained at a high value, but until the end of the process and the next process starts, the inlet pressure drops to almost zero, so if the signal waveform of the intake pressure sensor is observed, the process progresses. It is possible to determine, and the remaining variables are also selected as the data of the process in the same section and stored as batch data.

- 동적시간 왜곡 알고리즘(Dynamic Time Warping Algorithm)Dynamic Time Warping Algorithm

반도체 공정의 소요시간은 상황에 따라 달라지므로 배치 길이는 저마다 달라지게 된다. 이를 그대로 방치한 상태로 분석을 수행하게 되면 이후에 공분산행렬을 구하는 과정에서 역행렬이 발산할 우려가 있으므로 배치 길이를 사전에 동일하게 맞춰주어야 한다. 이때 배치 길이를 조절하는 과정에서 초기입력 추세를 그대로 보존하는 것이 중요한데 이를 위해 DTW(Dynamic Time Warping) 기법이 사용한다.The duration of the semiconductor process varies depending on the situation, so the batch length will vary from one person to another. If the analysis is performed as it is, the inverse matrix may diverge in the process of obtaining the covariance matrix, so the batch length should be set in advance. In this case, it is important to keep the initial input trend as it is in the process of adjusting the length of the batch.

위에서와 같이 배치 길이 조절을 위해 사용되는 DTW 기법은 음성인식 분야에서 널리 사용되고 있는 기법으로서 Kassidas et al.이 이를 배치 프로세서(Batch Process)에 적용한 바 있다.As described above, the DTW technique used to adjust the batch length is widely used in the speech recognition field, and Kassidas et al. Has applied it to the batch process.

도3에서와 같이, 샘플 배치(Sample Batch)의 길이를 기준 배치(Reference Batch)의 길이와 동일하게 조정하기 위해, 정해진 규제조건과 알고리즘에 따라 다음에서와 같이 최적경로(Optimal Path)를 선정한다.As shown in Figure 3, in order to adjust the length of the sample batch (Reference Batch) equal to the length of the reference batch (Reference Batch), the optimal path (Optimal Path) is selected as follows in accordance with the specified regulatory conditions and algorithms. .

Figure 112006095932378-pat00001
Figure 112006095932378-pat00001

Figure 112006095932378-pat00002
Figure 112006095932378-pat00002

Figure 112006095932378-pat00003
Figure 112006095932378-pat00003

상기한 수학식1, 2, 3과 같이 로컬 거리(Local Distance)

Figure 112006095932378-pat00004
와 축적 거리(Accumulated Distance)
Figure 112006095932378-pat00005
를 구하는 것이 주된 알고리즘인데 이때 가가중치(Weighting) W가 수렴할 때까지 반복수행한다. 10번 정도의 반복수행으로 W가 수렴하는 것을 확인할 수 있다.Local distance as shown in Equations 1, 2, and 3 above
Figure 112006095932378-pat00004
And Accumulated Distance
Figure 112006095932378-pat00005
The main algorithm is to find the algorithm and iterate until the weighting W converges. You can see that W converges in about 10 iterations.

Figure 112006095932378-pat00006
가 구해지고 나면 로컬-글로벌 제약(Local-global Constraint)에 따라 최적경로(Optimal Path)를 선정하고 이를 기반한 평균화과정을 통해 배치 길이를 동일하게 맞춘다.
Figure 112006095932378-pat00006
Once found, the optimal paths are selected according to local-global constraints and the batch lengths are equalized through averaging.

도4는 위에서와 같이

Figure 112006095932378-pat00007
를 구한 후 최적경로(Optimal Path)를 산출한 결과를 보인 것이다.4 is as above
Figure 112006095932378-pat00007
After finding, we calculate the Optimal Path.

- 다중주성분분석(Multiway Principal Component Analysis)Multiway Principal Component Analysis

위의 동적시간 왜곡 알고리즘 단계에서 배치 길이를 일정하게 조절함으로써 다중주성분 분석(MPCA)을 수행할 수 있는 기본적인 조건이 만족되었지만 본격적인 분석에 앞서 센터링(Centering)과 스케일링(Scaling)의 사전작업을 수행하여야 한다.In the above dynamic time distortion algorithm step, the basic condition for performing multi-principal component analysis (MPCA) was satisfied by adjusting the batch length uniformly, but the preliminary work of centering and scaling should be performed before the full-scale analysis. do.

상기한 다중주성분분석(MPCA)은 대표적인 배치의 거동특성을 파악하기 위한 것이므로 각 배치들은 동일한 조건에서 그 특성이 비교되어야 한다. 각 배치들은 저마다 다른 평균값을 갖게 되는데 데이터에서 평균값을 빼 주는 형식으로 평균지점을 일괄적으로 0으로 맞춰주는 센터링을 수행하면 이러한 문제가 해결된다.Since the multi principal component analysis (MPCA) is intended to identify the behavior characteristics of a representative batch, each batch should be compared under the same conditions. Each batch will have a different average value. This problem is solved by centering the average points to zero in a batch that subtracts the average value from the data.

또한 9개의 변수들은 저마다의 단위체계를 가지고 있으므로 이에 대한 고려가 필요하다. 같은 값이라 하더라도 어떠한 단위를 쓰는가에 따라 그 비중이 달라지게 되므로 이를 보정하지 않을 경우 특정 변수의 데이터에 과도한 가중치가 부여되어 전체적인 분석에 있어 오류를 범할 수 있기 때문이다. 이는 각 데이터를 표준편차로 나눠주는 스케일링 과정을 통해 해결할 수 있다.In addition, nine variables have their own system of units, which needs to be considered. Even if the value is the same, the weight varies depending on which unit is used. If this value is not corrected, excessive weight is given to the data of a specific variable, which may cause an error in the overall analysis. This can be solved by a scaling process that divides each data by its standard deviation.

도5와 같이 기존의 3차원 행렬을 2차원으로 전개한 후 평균과 표준편차를 구해 각 데이터에서 센터링과 스케일링 과정을 수행하면 된다.As shown in FIG. 5, the existing three-dimensional matrix is developed in two dimensions, and then the average and standard deviation are obtained to perform the centering and scaling process on each data.

위와 같은 사전작업(Data Preprocessing)이 끝나면 다중 주성분 분석을 수행할 수 있는 모든 조건이 만족되게 된다.After the above data preprocessing, all conditions for performing multiple principal components analysis are satisfied.

다중 주성분 분석에 적합한 형태로 행렬을 재배열하면 도6에 도시한 바와 같다.Rearranging the matrix in a form suitable for multiple principal component analysis is as shown in FIG.

상기 주성분분석은 좌표축을 회전시켜 기여도가 큰 데이터 성분을 추출하는 기법이다. 이때 고유벡터가 변환된 주 좌표로 사용되며 고유근은 각 주 좌표 방향으로의 데이터 분산을 의미하게 되므로 결국 고유벡터와 고유근을 결정하는 것이 중요한 문제가 된다. 이는 Matlab(Matrix Laboratory) 내부함수에서 SVD(Singular Value Decomposition) 기법을 이용해 간단히 구현된다. 이후 기존 데이터들을 각 고유벡터에 정사영시키면 주성분들을 얻을 수 있고, 이때 각 주성분들은 고유근에 해당하는 분산을 가지게 된다. 그런데 만약 기존 데이터 내에 과잉정보(redundant information)가 포함되어 있을 경우 고유근이 매우 작은 주성분들이 나타나게 되는데 이를 그대로 방치하면 이후의 T2 계산시에 값이 이상증대하는 오류가 발생하게 된다. 주성분을 tscore라 하고, 주 좌표 벡터를 Ploading으로 명명하면 T2은 아래의 수학식4와 같이 계산된다.The principal component analysis is a technique of extracting data components having a high contribution by rotating a coordinate axis. In this case, the eigenvector is used as the transformed main coordinate, and the eigenroot means data distribution in each main coordinate direction. This is simply implemented using the SVD (Singular Value Decomposition) technique in Matlab (Matrix Laboratory) internal functions. Then, if the orthogonal data is orthogonal to each eigenvector, the principal components can be obtained, and each principal component has a variance corresponding to the eigen root. However, if the redundant data is included in the existing data, the principal components with very small roots appear. If left unchanged, an error that an abnormal value increases in the subsequent T 2 calculation occurs. If the principal component is called t score and the principal coordinate vector is named P loading , T 2 is calculated as shown in Equation 4 below.

Figure 112006095932378-pat00008
Figure 112006095932378-pat00008

이때 공분산행렬 SD는 좌표변환 후 고유근을 대각요소로 갖는 대각행렬이 되므로 결국 T2은 고유근의 역수로 가중치가 부여된 tscore의 제곱합이 된다. 따라서 고유근이 0에 가까운 작은 값을 갖게 되면 T2값이 크게 증가하게 되는데 실제로 별 비중이 없는 성분이 T2값을 크게 만드는 상황이므로 이는 본래의 추세를 제대로 반영했다고 보기 어렵다.In this case, the covariance matrix S D becomes a diagonal matrix having the unique root as a diagonal element after the coordinate transformation, so T 2 is the sum of squares of t scores weighted by the inverse of the natural roots. Therefore, when the high root has a small value close to 0, the value of T 2 is greatly increased. In fact, a component having no specific gravity increases the value of T 2 , which is difficult to reflect the original trend.

이러한 이유로 주성분은 차원을 축소해야 하며 이는 고유근의 관찰을 통해 이루어진다.For this reason, the principal component should be reduced in dimension, which is achieved through observation of the high root.

Figure 112006095932378-pat00009
Figure 112006095932378-pat00009

즉, 위의 수학식5를 이용하여 누적분산을 구해나가다가 값이 95%를 넘어서기 전까지의 변수의 개수를 축소된 차원으로 정의한다.In other words, the cumulative variance is calculated using Equation 5 above, and the number of variables until the value exceeds 95% is defined as a reduced dimension.

이상의 주성분분석과정을 HDS에 적용하면 tscore, Ploading, T2이 구해지고 이후 ODS에서는 다시 Ploading을 구하지 않고 이미 구해진 Ploading에 데이터를 정사영시켜 tscore,를 구하고 고유근과의 조합을 통해 T2을 구하게 된다.Applying the principal component analysis process to HDS, t score , P loading , and T 2 are obtained, and afterwards, ODS does not calculate P loading , but instead calculates the t score , by orthogonally plotting the data on P loading which is already obtained. T 2 is obtained.

- 이상점 제거(Purging Outliers)-Purging Outliers

이상점(Outlier)은 데이터 중 대다수의 추세를 벗어나 특이한 경향을 보이는 몇몇 데이터를 일컫는 용어인데 이를 그대로 방치하게 되면 전체의 추세를 추정함에 있어 심한 왜곡이 발생할 수 있으므로 이를 적절히 제거하여 시스템 본래의 추세를 올바르게 보존하여야 한다.Outlier is a term used to refer to some data that shows unusual trends out of the trend of the majority of data. If left unchecked, severe distortion may occur in estimating the overall trend. It must be preserved correctly.

이상점 제거는 우선 데이터의 분포곡선을 추정하여 가장 끝단의 일부 데이터를 제거한 후 재구성된 데이터의 분포곡선을 다시 추정하는 방식을 반복하면서 추 정된 분포가 안정화될 때까지 반복(Iteration)을 수행하는 방식으로 이루어진다.Outlier elimination first estimates the distribution curve of the data, removes some data at the end, and then iterates the distribution curve of the reconstructed data again and performs iteration until the estimated distribution is stabilized. Is done.

분포를 추정하는 방식은 아래의 수학식6과 같이 kernel Smoothing Technique을 사용한다.The method of estimating the distribution uses the kernel smoothing technique as shown in Equation 6 below.

Figure 112006095932378-pat00010
Figure 112006095932378-pat00010

이때 ø는 평균 0, 분산 1의 정규분포함수이고 T2값의 분포로부터 확률분포의 합이 1이라는 제약조건을 이용해 각 정규함수의 h값을 결정하면 정규함수의 파형이 결정되고 이들의 선형조합으로 최종분포가 결정된다.Here, ø is the normal distribution function of mean 0, variance 1, and when the h value of each normal function is determined using the constraint that the sum of probability distributions is 1 from the distribution of T 2 values, the waveform of the normal function is determined and their linear combination The final distribution is determined.

도7과 같이 일단 분포가 결정되면 오른쪽 꼬리부분에서 α(%)에 해당하는 비율의 T2지점을 찾아 UCL로 선정한 후 이값을 넘어서는 T2값을 데이터에서 제외시킨다. 만약, 이상점의 비율이 그리 높지 않다면 이러한 작업을 한 번만 수행하여도 분포가 안정화되지만 이상점이 많을 경우 이상점 제거 작업을 반복하여 추정되는 분포가 더 이상 변화하지 않고 수렴될 때까지 작업을 계속하여야 한다.Once the distribution is determined, as shown in FIG. 7, the T 2 point of the ratio corresponding to α (%) is found in the right tail portion and selected as UCL, and the T 2 value exceeding this value is excluded from the data. If the ratio of outliers is not very high, the distribution is stabilized even if only one of these operations is performed, but if there are many outliers, the removal of the outliers should be repeated and the work continued until the estimated distribution no longer changes and converges. do.

도8에서는 실제 이상점 제거 과정을 보여주고 있는데 각 단계에서의 UCL과 제거되는 이상점의 개수를 나타내고 있다.In FIG. 8, the actual abnormal point removal process is shown, and the UCL and the number of abnormal points removed at each step are shown.

위에서 언급한 HDS(Historical Data Set)는 정상동작범위의 데이터로서 이후의 ODS(Oserved Data Set)을 모니터링 하기 위한 기준을 제공한다. HDS는 정상동작의 양상을 대표할 만큼의 충분한 길이를 확보해야 하지만 무작정 길게 선정하게 되 면 그만큼 실제 모니터링을 수행할 수 있는 기간이 짧아지기 때문에 적정한 수준의 타협점을 찾아야 한다.The above-mentioned historical data set (HDS) is a data of a normal operating range, and provides a reference for monitoring the subsequent ODS (Oserved Data Set). HDS should have enough length to represent the behavior of normal operation, but if it is chosen too long, the period for actual monitoring can be shortened, so an appropriate level of compromise must be found.

도9는 진공펌프 운전 데이터를 이용해 HDS기간을 1~8일 구간에서 바꿔가면서 데이터를 분석한 결과이다. 가로축 번호(No.)는 배치들을 일렬로 모아 놓은 것으로 공정의 시간순서이다.9 is a result of analyzing the data while changing the HDS period from 1 to 8 days using the vacuum pump operation data. The abscissa number (No.) is a batch of batches and is the time sequence of the process.

이 결과에서 알 수 있듯이 HDS가 너무 작으면 대표성이 결여되어 T2값이 쉽게 발산한다는 것을 알 수 있으며, HDS가 늘어날수록 T2분포는 점차 안정화되어 일정 수준에서 수렴하는 것을 관측할 수 있다. 즉, 도9에서 보면 HDS-5 이후로는 어느 정도 추세가 수렴하는 것을 알 수 있으며, 총 6개의 사례에 대해 조사해본 결과 모두 같은 현상이 관측되었으므로 HDS는 5일 정도가 적절할 것으로 판단된다.As can be seen from this result, if the HDS is too small, it can be seen that the T 2 value easily diverges due to lack of representativeness. As the HDS increases, the T 2 distribution gradually stabilizes and converges at a certain level. In other words, it can be seen from FIG. 9 that the trend has converged to some extent since HDS-5. As a result of investigating all six cases, the same phenomenon was observed, it is considered that 5 days is appropriate for HDS.

HDS는 정상동작범위의 기준이 되는 데이터로서 진공펌프 교체 후 초기 5일간의 자료로 구성된다. 그런데 만약 모든 펌프가 정상동작시 동일한 성능을 나타낸다고 가정하면 펌프가 교체되더라도 기존의 HDS를 그대로 사용할 수 있는 상황을 생각해 볼 수 있다. HDS에서 기준 데이터를 추출하는 작업은 그 자체로 많은 시간이 소요되므로 만약 HDS를 한 번만 설정해 사용하는 것이 가능하다면 연산속도 향상에도 도움을 줄 수 있다. 이런 상황이 가능한지 직접 데이터 분석을 통해 확인할 수 있다.HDS is the standard of normal operating range and consists of data for the first 5 days after vacuum pump replacement. However, if all pumps assume the same performance under normal operation, we can think of the situation where the existing HDS can be used even if the pump is replaced. Extracting the reference data from the HDS takes a lot of time by itself, so if it is possible to set up and use the HDS only once, it can help speed up the computation. This situation can be confirmed by direct data analysis.

도10은 진공펌프 운전에 따른 T2선도인데 진공펌프는 종반부에 교체된다. 진공펌프가 교체되었으나, 기존의 진공펌프와의 특성을 비교하기 위해 교체된 진공펌프 의 초기자료를 HDS로 재설정하지 않고 의도적으로 ODS로 사용하고 있다. 도면에서 알 수 있듯이 진공펌프가 교체된 직후에 T2값은 급격하게 증가하게 된다. 만약, 교체된 진공펌프와 기존의 진공펌프의 정상동작 성능이 동일하다면 진공펌프가 교체된 후의 T2값은 도10의 초반부의 T2분포와 비슷한 양상을 보일 것이다.10 is a T 2 diagram according to the vacuum pump operation, in which the vacuum pump is replaced at the end. Although the vacuum pump was replaced, in order to compare the characteristics with the existing vacuum pump, the initial data of the replaced vacuum pump was intentionally used as ODS without resetting to HDS. As can be seen from the figure, immediately after the vacuum pump is replaced, the T 2 value increases rapidly. If the normal operation performance of the replaced vacuum pump and the conventional vacuum pump are the same, the T 2 value after the vacuum pump is replaced will be similar to the distribution of T 2 in the beginning of FIG.

현재, 6가지 경우(case)의 진공펌프 데이터를 보유하고 있는데 나머지 5개의 경우에 대해서도 결과를 분석한 결과 진공펌프가 교체된 후 T2값이 증가하는 현상이 모든 경우에서 항상 관찰되어 진공펌프의 정상동작 특성은 제각기 다르므로 진공펌프가 교체되면 반드시 HDS를 재설정해 주어야 한다.Currently, we have six cases of vacuum pump data. In the other five cases, the result of analyzing the results shows that the T 2 value increases after the vacuum pump is replaced. Normal operation characteristics are different so HDS should be reset when vacuum pump is replaced.

이렇게 HDS에 대한 특성(정의)을 확인한 후 UCL(Upper Control Limit)을 선정하는데, UCL은 정상동작범위의 한계선이기 때문에 그 근거를 HDS에서 찾을 수 있다. 즉, HDS의 T2분포로부터 UCL이 결정되는 것이다. UCL을 결정짓는 방식은 기법에 따라 차이가 있는데 본 발명에서는 HDS T2의 평균과 표준편차를 이용하는 기법(수학식7)을 선택한다.After checking the characteristics (definition) of the HDS, the UCL (Upper Control Limit) is selected. Since the UCL is the limit line of the normal operating range, the basis can be found in the HDS. That is, the UCL is determined from the T 2 distribution of the HDS. The method of determining the UCL varies depending on the technique. In the present invention, the technique using the mean and standard deviation of HDS T 2 is selected (Equation 7).

Figure 112006095932378-pat00011
Figure 112006095932378-pat00011

흔히, 3-sigma, 6-sigma 등의 용어로 명명되어 사용되지만 이를 단순히 무조건적으로 사용할 수는 없고 실질적인 분석을 통해서 인자(Factor)를 구해내야 한다.It is commonly used in terms of 3-sigma, 6-sigma, etc., but it cannot simply be used unconditionally, but a factor must be obtained through practical analysis.

본 발명에서 사용한 진공펌프 데이터를 총 6구간의 자료이고, 그 중 하나는 정상동작만으로 이루어진 데이터이다. 즉, 진공펌프가 설치되어 작동하다가 작업을 중지하고 새로운 진공펌프로 대체한 경우의 다수의 센서로부터 얻어지는 데이터를 6구간에 대해 보유하고 있다. 따라서, 정상동작만으로 이루어진 자료로부터 우선적으로 대략적인 인자를 감지해내고 이후에 나머지 5가지 자료로부터 구체적인 수치를 규정지을 수 있다.The vacuum pump data used in the present invention is data of a total of six sections, one of which is data consisting of only normal operation. That is, it holds data for six sections obtained from a plurality of sensors when the vacuum pump is installed and operated, the operation is stopped, and the new vacuum pump is replaced. Therefore, the approximate factor can be detected first from the data consisting of normal operation only, and then the specific values can be defined from the remaining five data.

우선, 정상동작만으로 이루어진 진공펌프의 자료를 살펴보는데, 이때 추세의 명확성을 나타내기 위해 HDS뿐만 아니라 ODS에서도 이상점을 제거하고 이후로 논의되는 모든 경우에 대해서도 동일한 작업을 수행한다.First of all, we look at the data of vacuum pump which is composed only of normal operation. At this time, in order to show the clarity of the trend, the abnormalities are removed from ODS as well as HDS, and the same work is performed in all cases discussed later.

도11은 정상동작 중인 진공펌프로부터 얻어진 데이터를 보인 것으로서 인자가 각각 5, 10, 20인 UCL이 나타나 있고, HDS는 감시번호(Observation Number) 7691까지이다. 정상동작임에도 불구하고 잘못된 경고를 보내지 않도록 하기 위해 UCL은 T2데이터 윗부분에 존재하여야 한다. 이로부터 UCL은 대략적으로 인자 10~20 사이에서 결정될 것으로 생각할 수 있다.Fig. 11 shows data obtained from a vacuum pump in normal operation, and UCLs with factors of 5, 10, and 20 are shown, and HDS is up to Observation Number 7691. The UCL should be located above the T 2 data to avoid sending false alarms despite normal operation. From this it can be thought that UCL will be determined approximately between factors 10-20.

이하, 나머지 5가지 경우를 기반으로 UCL 인자를 결정하는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of determining the UCL factor based on the remaining five cases will be described.

도12의 여러 그래프에서 아래의 수평선은 인자=10, 위 수평선은 인자=20인 UCL 지점을 나타낸다. 또한 각 그래프의 초반부 5일은 HDS로 사용되고 진공펌프는 종반부에 교체된다.In the various graphs of Figure 12, the lower horizontal line represents the UCL point with factor = 10 and the upper horizontal line with factor = 20. In addition, the first 5 days of each graph are used as HDS and the vacuum pump is replaced at the end.

도12에 의하면 T2값의 변화양상이 크게 두 가지 경우로 나뉘어짐을 알 수 있 다.12, it can be seen that the change pattern of the T 2 value is divided into two cases.

즉, 경우1, 3, 5에서는 진공펌프의 교체시점 이전에 이미 T2값이 크게 상승한 상태인데, 반해 경우2, 4에는 T2값이 상대적으로 작은 값을 유지하다가 진공펌프가 교체되고 나서야 큰 값으로 상승하고 있다.That is, in cases 1, 3, and 5, the value of T 2 has already increased significantly before the replacement of the vacuum pump, whereas in cases 2 and 4, the value of T 2 remains relatively small and only after the vacuum pump is replaced It is rising to a value.

현재 반도체 생산 현장에서는 나름의 평가기준을 가지고 진공펌프의 교체시점을 결정하고 있는데 이는 단순히 외부로 드러나는 몇 가지 현상만을 관찰하는 방식으로 이루어지기 때문에 진공펌프를 포함하는 시스템의 전반적인 특성을 포괄적으로 고려한 것으로 볼 수 없으므로 진공펌프 교체시점 또한 절대적인 것으로 간주할 수 없다.Currently, the semiconductor production site decides when to replace the vacuum pump with its own evaluation criteria. This is done by observing only a few external phenomena, which is a comprehensive consideration of the overall characteristics of the system including the vacuum pump. Since it is not possible to see the replacement point of the vacuum pump, it cannot be considered absolute.

이런 의미에서 본다면 경우1, 3, 5에서는 진공펌프의 교체시기가 최적 시점보다 늦어졌다고 생각할 수 있으며, 경우2, 4에서는 너무 성급하게 진공펌프를 교체한 것으로 볼 수 있다. 이 경우 진공펌프를 교체하지 않고 계속 작동시키면 경우1, 3, 5와 같이 T2값이 증가하는 현상이 일어난다.In this sense, in case 1, 3 and 5, the replacement timing of the vacuum pump can be considered to be later than the optimum time. In case 2 and 4, the vacuum pump is too prematurely replaced. In this case, if the vacuum pump is continuously replaced without replacing the T 2 value increases as in Cases 1, 3, and 5.

따라서 경우2, 4에서는 모두 정상동작을 한다고는 단정할 수 없지만 적어도 T2값이 UCL을 크게 벗어나지 않았을 것이라 생각할 수 있으며 이는 UCL ㅇ이인자 결정에 대한 단서를 제공하게 된다. 즉, UCL 인자는 10~20 사이에서 결정되어야 한다는 이전 결과와 함께 경우2, 4의 T2분포를 고려하면 UCL 인자는 20으로 선정할 수 있다.Therefore, in cases 2 and 4, it can not be assumed that the normal operation is performed, but at least the value of T 2 may not be considerably out of the UCL, which provides a clue to the UCL factor determination. In other words, considering the T 2 distribution of cases 2 and 4 together with the previous result that the UCL factor should be determined between 10 and 20, the UCL factor may be selected as 20.

이렇게 UCL 인자가 20으로 확정되었으므로 이를 기반으로 도12의 각 그래프를 분석해 본다.Since the UCL factor is set to 20, the graphs of FIG. 12 are analyzed based on the UCL factor.

경우2, 4의 경우에는 진공펌프가 교체되기 이전에 잠시 국부적으로 T2값이 UCL을 넘어서는 구간이 있지만 그 추세는 오래 지속되지 않고 곧 정상범위로 회복이 되므로 이러한 경우에는 정상동작으로 간주한다. UCL이라고 하는 것은 고장의 가능성을 제시하는 하나의 지표일 뿐 그 자체로 절대적인 수치가 아니므로 국부적인 T2의 변화에 주목하기보다는 전체적인 T2의 추세가 UCL을 기준으로 어떻게 변모하는가에 초점을 맞추어야 한다.In cases 2 and 4, there is a section where the T 2 value exceeds UCL for a while before the vacuum pump is replaced, but the trend does not last long and is restored to the normal range. It is called the UCL should focus on how you transformed the basis of the absolute value is not in itself just one indicator rather than to pay attention to changes in the local T 2 of the overall T 2 trend UCL, which suggested the possibility of failure do.

한편 경우1, 경우3, 경우5에서는 진공펌프의 교체시기 이전부터 이미 고장의 징후가 나타나는데, 특히 경우1과 경우5에 주목할 필요가 있다. 경우1에서는 T2값이 어느 시점부터 UCL을 넘어 점진적으로 증가하는 형태를 띠고 있고 있는 반면에 경우5에서는 T2값이 어느 순간 급작스럽게 증가하여 계속 유지되는 현상을 보여주고 있다. 다시 말해, 경우1에서는 진공펌프가 완전히 고장이 나서 작업에 지장을 초래하기 이전에 점진적으로 운전상태가 나빠지는 징후를 포착하기 용이한 반면에, 경우5에서는 한순간에 고장이 나기 때문에 사전에 고장징후를 파악할만한 겨를이 없는 상황이 된다. 경우3에서는 이 두 가지의 상황이 복합적으로 나타나고 있다.On the other hand, in case 1, case 3 and case 5, signs of failure have already appeared before the replacement time of the vacuum pump. In particular, it is necessary to pay attention to cases 1 and 5. In Case 1, the value of T 2 gradually increases beyond the UCL at some point, while in Case 5, the value of T 2 increases abruptly and keeps increasing. In other words, in case 1, it is easy to catch the signs of gradual deterioration before the vacuum pump is completely out of order, which causes trouble in the operation, while in case 5, the failure occurs in a moment. There is no time to grasp. In Case 3, these two situations are compounded.

이를 진공펌프의 고장 요인과 종합하여 생각해보면 두 가지 패턴이 극명하게 드러난다. 즉, 진공펌프의 성능이 점차적으로 저하되는 고장요인과 한 순간에 급격 히 성능이 떨어지는 고장요인이 있을 것이다. 전자는 사전예측이 용이한 반면 후자는 사전감지가 어렵다.When combined with the failure factors of the vacuum pump, two patterns are clearly revealed. That is, there will be a failure factor that gradually degrades the performance of the vacuum pump and a failure factor that rapidly drops in performance at a moment. The former is easy to predict, while the latter is difficult to detect.

따라서 본 발명은 다변량 통계기법인 MPCA기법을 이용하여 진공펌프의 상태를 진단하여 이상징후 여부를 표시할 때 전체적인 시스템의 특징을 T2이라는 하나의 대표적 인자로 표현하고 UCL을 선정하여 정상동작 판단의 기준으로 선정함으로써 반도체 제조공정 등에서 진공펌프의 이상징후를 적시에 알아내서 대처할 수 있는 것이다.Therefore, the present invention uses the MPCA technique, which is a multivariate statistical technique, to diagnose the state of the vacuum pump and to indicate whether there is an abnormal symptom by expressing the characteristics of the entire system as one representative factor of T 2 and selecting UCL to determine normal operation. By selecting as a reference, abnormal symptoms of the vacuum pump in the semiconductor manufacturing process and the like can be detected and coped with in a timely manner.

즉, 흡기압력 변수를 기준으로 배치 데이터를 선별해내는 알고리즘을 개발하고 이상점 제거 기법을 HDS 뿐만 아니라 ODS에도 적용함으로써 T2의 분포 추세를 명확하게 판별해 낼 수 있다.In other words, by developing an algorithm that selects batch data based on the intake pressure variable and applies outlier elimination to ODS as well as HDS, it is possible to clearly determine the distribution trend of T 2 .

또한 대략 5일 동안 진공펌프로부터 얻어진 데이터 셋으로부터 최적화된 길이의 HDS를 얻을 수 있고, 진공펌프를 교체한 이후로 T2값이 급격히 상승하는 것을 확인함으로써 각 진공펌프는 서로 특성이 명확히 다르고 매 진공펌프를 교체할 때마다 HDS를 재설정해야 한다는 것을 알 수 있다.In addition, the optimized length of HDS can be obtained from the data set obtained from the vacuum pump for about 5 days, and each vacuum pump is clearly different from each other and every vacuum is confirmed by rapidly increasing the T 2 value after replacing the vacuum pump. You will find that you need to reset the HDS every time you replace the pump.

또한 T2이 UCL을 순간적으로 벗어나더라도 곧 정상범위로 추세가 돌아오면 진공펌프의 이상징후로 판단하지 않고 UCL의 기준은 HDS T2의 평균과 표준편차로부터 얻을 수 있다.Also, even if T 2 temporarily leaves the UCL, if the trend returns to the normal range, the UCL criterion can be obtained from the mean and standard deviation of HDS T 2 .

따라서 본 발명에 의하면, 다수의 센서에 의해 진공펌프로부터 얻어진 신호들의 상관관계에 기반을 둔 다변량 통계분석기법의 활용을 바탕으로 가혹한 운전조건하에서 작동하는 반도체 공정용 진공펌프의 상태진단 방법을 제시하고, 실질적으로 진공펌프에서 얻어진 신호를 바탕으로 진공펌프의 상태 이상 징후를 예측할 수 있다. 이를 바탕으로 반도체 제조공정 등과 같은 현장에서 많은 데이터를 축적하고 실질적인 물리적 인자나 고장요인 등과의 접목을 시도한다면 보다 실제적이며 정교한 상태 진단방법을 제공할 수 있다.Therefore, according to the present invention, a method for diagnosing a state of a vacuum pump for a semiconductor process operating under harsh operating conditions based on the use of multivariate statistical analysis techniques based on the correlation of signals obtained from a vacuum pump by a plurality of sensors is proposed. By using the signals obtained from the vacuum pump, it is possible to predict the abnormal condition of the vacuum pump. Based on this, if a lot of data is accumulated in the field such as semiconductor manufacturing process and attempted to be combined with actual physical factors or failure factors, more practical and sophisticated condition diagnosis method can be provided.

Claims (5)

다수의 센서로부터 정상동작범위에 있는 진공펌프의 상태에 대한 신호를 받아 다중주성분분석(Multiway Principal Component Analysis) 기반의 다변량 통계기법을 이용하여 T2값을 계산하고, 이 T2값을 진공펌프의 이상징후를 판단하기 위한 기준이 되는 UCL로 선정하는 제1단계;The T 2 value calculating T 2 values, and using a multivariate statistical technique based on multi-component analysis (Multiway Principal Component Analysis) receives a signal about the condition of the vacuum pump in a normal operating range from a plurality of sensors of the vacuum pump A first step of selecting UCL as a standard for determining abnormal symptoms; 상기 다수의 센서로부터 정상동작범위 이후에 있는 진공펌프의 상태에 대한 신호를 받아 다중주성분분석(Multiway Principal Component Analysis) 기반의 다변량 통계기법을 이용하여 T2값을 계산하는 제2단계; 및A second step of receiving a signal of a state of a vacuum pump after a normal operating range from the plurality of sensors and calculating a T 2 value using a multivariate statistical technique based on multi-way principal component analysis; And 상기 제1단계에서 기준으로 선정된 UCL과 제2단계에서 얻어진 T2값을 대비하여 진공펌프의 이상징후 여부를 알려주는 제3단계;A third step of notifying whether the vacuum pump has an abnormal symptom by comparing the UCL selected as the reference in the first step and the T 2 value obtained in the second step; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중주성분분석 기반의 통계기법을 이용한 진공펌프 상태 진단방법.Vacuum pump state diagnostic method using a multi-principal component analysis-based statistical technique comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다수의 센서는 흡기 압력센서, 가압펌프 가속도 센서, 3개의 건식 펌프 가속도 센서, 음향센서, 배기 압력센서, 가압펌프 전류센서 건식펌프 전류센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중주성분분석 기반의 통계기법을 이용한 진공펌프 상태 진단방법.The plurality of sensors include an intake pressure sensor, a pressure pump acceleration sensor, three dry pump acceleration sensors, an acoustic sensor, an exhaust pressure sensor, a pressure pump current sensor, and a dry pump current sensor. Vacuum pump condition diagnosis method using. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 T2값은, 상기 다수의 센서에 의해 얻어지는 진공펌프 상태에 대한 신호들 중 실제로 반도체 제조공정이 진행되는 구간에서 얻어지는 신호들을 추출하여 배치 데이터(batch date)로 저장하는 배치 생성과정;The T 2 value may include: a batch generation process of extracting signals obtained in a section in which a semiconductor manufacturing process is actually performed among signals for a vacuum pump state obtained by the plurality of sensors and storing the extracted signals as batch data; 상기 배치 데이터를 동적시간 왜곡 알고리즘(Dynamic Time Warping Algorithm) 기법을 이용하여 동일한 길이로 조절하는 동적시간 왜곡 알고리즘(Dynamic Time Warping Algorithm) 과정;A Dynamic Time Warping Algorithm process of adjusting the batch data to the same length using a Dynamic Time Warping Algorithm technique; 상기 배치 데이터에서 배치 데이터의 평균값을 빼주는 형식으로 평균지점을 일괄적으로 맞춰주는 센터링 과정과 배치 데이터를 표준편차로 나눠주는 스케일링 과정을 통해 배치 데이터의 조건을 동일하게 맞춘 후 상기 배치 데이터로부터 주성분(tscore)과 주 좌표 벡터(Ploading) 및 T2을 구하는 다중주성분분석(Multiway Principal Component Analysis) 과정; 및 The batch data is equally matched through a centering process for aligning the average points in a form of subtracting the average value of the batch data from the batch data and a scaling process for dividing the batch data by the standard deviation, and then the main component ( Multi-Principal Component Analysis (T score ), P coordinate loading and T 2 ; And Smoothing Technique 기법에 의해 배치 데이터 중 다수의 추세를 벗어나 특이한 경향을 보이는 배치 데이터를 제거하는 이상점 제거(Purging Outliers) 과정;Purging Outliers process of removing batch data showing unusual trends out of many trends among batch data by a Smoothing Technique technique; 을 통해 얻어지는 것을 특징으로 하는 다중주성분분석 기반의 통계기법을 이용한 진공펌프 상태 진단방법.Vacuum pump status diagnosis method using a multi-principal component analysis-based statistical technique, characterized in that obtained through. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 배치 길이의 조절은, 축적 거리를 구하고 나서 로컬-글로벌 제약에 따라 최적경로(Optimal Path)를 선정하고 이를 기반한 평균화과정을 통해 배치 길이를 동일하게 조절하는 것을 특징으로 하는 다중주성분분석 기반의 통계기법을 이용한 진공펌프 상태 진단방법.The control of the batch length, after obtaining the accumulation distance, selects the optimal path (Optimal Path) according to the local-global constraints and based on the averaging process based on the multi-component analysis based statistics, characterized in that Vacuum Pump Condition Diagnosis Method. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1단계에서 진공펌프의 이상징후를 확인하기 위한 기준이 되는 UCL을 선정하기 위한 T2값은 진공펌프가 교체될 때마다 계산되는 것을 특징으로 하는 다중주성분분석 기반의 통계기법을 이용한 진공펌프 상태 진단방법.In the first step, the T 2 value for selecting the UCL, which is a reference for identifying the abnormal symptom of the vacuum pump, is calculated every time the vacuum pump is replaced. How to diagnose the condition.
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JP2004124869A (en) 2002-10-04 2004-04-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Operational status inspection device of pumping system and equipment with built-in pump having the pumping system

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