CN100380103C - 制造装置及旋转机的寿命预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种具有能够进行高灵敏度且稳定的高精度的寿命预测的旋转机的制造装置。在旋转机(3)中，在旋转机的振动的变动不同的位置配置有测定时间序列振动数据的加速度计(36a、36b)。借助频率解析装置(37)，对由加速度计(36a、36b)所测定的时间序列振动数据进行频率解析。在时间序列数据记录部(5)中，根据经频率解析的时间序列振动数据，将与解析对象频率对应的特征量的变动制作成评价用诊断数据，并记录评价用诊断数据。用寿命判定单元(6)，利用评价用诊断数据预测旋转机(3)的寿命。

Description

制造装置及旋转机的寿命预测方法
技术领域
本发明涉及制造装置用旋转机的寿命的预测、诊断技术，特别是涉及预测真空泵等旋转机的寿命的诊断方法、以及具备该旋转机的制造装置。
背景技术
为了有效地进行半导体器件的制造，半导体制造装置的故障诊断变得重要起来。另外，近年来，在系统LSI中，特别是少量、多品种的生产倾向增强，与此相应的灵活高效的半导体器件的制造方法也变得必要起来。高效的半导体生产中有采用小规模的生产线的方法。但是，如果只是单纯地使大规模生产线减小则会产生制造装置的运转率降低等问题，因此存在着投资效率下降的问题。作为其对策，有用一个制造装置进行多个制造工序的方法，但是，例如，在将干式泵用于排气系统的减压化学气相生长(LPCVD)装置中，伴随工艺的种类的不同，反应气体、反应生成物不同，泵内部的生成物的发生状况也不相同。由此，如果工艺的种类变化，则寿命也发生改变。
如果在特定的制造工艺中泵停止，则不仅会导致制造中的一批产品不良，而且由于在制造装置内部产生微小灰尘，所以必须对制造装置进行额外的维护，使半导体器件的制造效率大幅度地下降。如果为了防止该工艺中的突然的停机而使泵的维护时间预留有裕度，则泵的维护频率大大增加，这不仅使维护成本增加，而且会因为由泵更换造成的半导体制造装置的运转率的明显下降，导致半导体器件的制造效率大幅度降低。这样，为了在高效率的小规模生产线中实现必要的装置的共用化，有必要准确地对干式泵的寿命进行诊断，极尽其寿命地使用泵，因此必须进行寿命预测。
迄今为止，人们提出了几种干式泵的寿命诊断方法。基本上是采取通过马达电流、振动、温度掌握干式泵的状态，根据这些状态量的变化预测寿命的方法。特别是，作为干式泵的寿命诊断方法，通过由转子旋转引起的振动来掌握泵的状态的方法渐成主流。其原因在于，在借助振动进行诊断时，只要在泵侧面上安装加速度计即可进行测定，因此其作为简单的寿命预测方法备受关注。另外，作为根据所测定的振动数据预测寿命的方法，人们提出了利用神经网络对300Hz附近的高频成分的距基准值的偏差进行解析的方法(例如，参照专利文献1)。
专利文献1特开2000-64964号公报(第3～4页，第1图)
在专利文献1中所记载的技术的情况下，因为对象频率较高，所以存在有由伴随干式泵的运转的反应生成物的堵塞造成的变化变宽、灵敏度低的问题。
另外，在以往的振动测定方法中，在将加速度计安装在干式泵上的情况下，灵敏度会因其安装位置、安装方法而变化，要以高灵敏度稳定地获得高精度的振动数据是困难的。特别是，加速度计容易受到例如半导体制造装置附近的工程的振动、泵内的压力变动等噪音的影响。因此，必须辨别所观测的振动的变动是否是由噪音引起的。
如上所述，利用振动的以往的干式泵的寿命预测方法中，存在有灵敏度、稳定性的问题，因此期望提供一种更高灵敏度且稳定的高精度的寿命预测方法。
发明内容
本发明的目的在于解决这种问题，提供一种高灵敏度且稳定的高精度的旋转机的寿命预测方法、以及具有该旋转机的制造装置。
为了解决上述问题，本发明的第1特征方案的要点涉及一种半导体制造装置，该半导体制造装置包括：(a)旋转机；(b)被设置在旋转机的本体侧面上振动变动不同的位置上，测定时间序列振动数据的多个加速度计；(c)对由多个加速度计所测定的时间序列振动数据进行频率解析的频率解析装置；(d)由经频率解析的时间序列振动数据，将与解析对象频率对应的振动的特征量的变动制作成评价用诊断数据，记录上述评价用诊断数据的时间序列数据记录部；(e)利用上述评价用诊断数据，预测旋转机的寿命的寿命判定单元。
根据本发明的第1特征方案，可提供一种具有能够高灵敏度且稳定地进行高精度的寿命预测的旋转机的半导体制造装置。
在本发明的第1特征方案中，多个加速度计被配置在旋转机的本体的一个侧面及与该一个侧面相对的另一侧面上。另外，多个加速度计也可配置在旋转机的振动具有相位差的本体位置上。此外，多个加速度计还可配置在旋转机的本体的中间部和端部。另外，旋转机优选为罗茨(Roots)型或螺旋型干式泵。再有，解析对象频率优选为旋转机的固有的基准振动频率的整倍数。另外，如果利用由包含上述旋转机的转子的叶片扇数的公式、和上述旋转机固有的基准振动频率的乘积所表示的频率，则能够以更高的灵敏度进行寿命预测。包含上述旋转机的转子的叶片扇数的公式由(n+l/m)表示，其中m表示叶片扇数，n和l为任意的整数。此外，寿命判定单元优选包括将评价用诊断数据的特征量定为峰值加速度的加速度推移判定部；将评价用诊断数据的特征量定为在解析对象频率范围内对峰值加速度进行积分所得的合计加速度的合计加速度推移判定部；将评价用诊断数据的特征量定为由多个加速度计所测定的振动的相位差的振动相位差推移判定部；以及在比测定时间序列振动数据的时刻提前按照经验法则确定的时间的时刻、通过根据在与时间序列振动数据相同的工艺条件下测定的基准用时间序列振动数据所得的基准用诊断数据、制作马氏(Mahalanobis)空间、利用根据马氏空间由评价用诊断数据计算出的马氏(Mahalanobis)距离进行寿命预测的马氏距离判定部。
本发明的第2特征方案的要点涉及一种半导体制造装置用旋转机的寿命预测方法，该方法包括下述步骤：(a)在旋转机的振动的变动成为逆相的旋转机的多个位置，测定时间序列振动数据；(b)对上述时间序列振动数据进行频率解析，将与解析对象频率对应的振动的特征量的变动制作成评价用诊断数据；(c)利用上述评价用诊断数据，判定上述旋转机的寿命。
按照本发明的第2特征方案，可提供高灵敏度且稳定的高精度的半导体制造装置用旋转机的寿命预测方法。
本发明的第3特征方案的要点涉及一种半导体制造装置用旋转机的寿命预测方法，该方法包括下述步骤：(a)在旋转机的振动的变动成为逆相的旋转机的多个位置，测定基准用时间序列振动数据；(b)对基准用时间序列振动数据进行频率解析，将与解析对象频率对应的特征量的变动制作成基准用诊断数据，通过上述基准用诊断数据设定基准马氏空间；(c)在旋转机的多个位置，测定评价用时间序列振动数据；(d)对评价用时间序列振动数据进行频率解析，将与解析对象频率对应的特征量的变动制作成评价用诊断数据，根据马氏空间计算出评价用诊断数据的马氏距离；(e)利用马氏距离判定旋转机的寿命。
按照本发明的第3特征方案，可提供高灵敏度且稳定的高精度的半导体制造装置用旋转机的寿命预测方法。
在本发明的第3特征方案中，基准用时间序列数据优选为在比测定评价用时间序列振动数据的时刻提前按照经验法则确定的时间的时刻、在与时间序列振动数据相同的工艺条件下进行测定。
在本发明的第2和第3特征方案中，旋转机优选为干式泵。另外，特征量优选为振动的峰值加速度。此外，特征量也可为在解析对象频率范围内对振动的峰值加速度进行积分所得的合计加速度。此外，特征量还可为旋转机的由多个加速度计所测定的振动的相位差。另外，解析对象频率优选为旋转机的固有的基准振动频率的整数倍。另外，如果将由包含上述旋转机的转子的叶片扇数的公式、和上述旋转机固有的基准振动频率的乘积表示的频率作为解析对象，则能够以更高的灵敏度预测寿命。包含上述旋转机的转子的叶片扇数的公式由(n+l/m)表示，其中m表示叶片扇数，n和l为任意的整数。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的半导体制造装置的概要的图；
图2是表示图1所示的旋转机(干式泵)的内部结构的剖面图；
图3是成膜步骤中的峰值加速度经时变化的曲线图；
图4是成膜步骤中的峰值加速度减少率的经时变化的曲线图；
图5是表示本发明的实施例的干式泵的加速度计的配置的概要图；
图6是用于说明本发明的第1实施例的半导体制造装置用旋转机的寿命预测方法的流程图；
图7是泵更换后的成膜步骤中的峰值加速度的频谱的曲线图；
图8是泵即将停止前的成膜步骤中的峰值加速度的频谱的曲线图；
图9是成膜步骤中的基准振动与次峰值的峰值加速度的经时变化的曲线图；
图10是成膜步骤中的合计加速度的经时变化的曲线图；
图11是成膜步骤中的振动相位差的经时变化的曲线图；
图12是用于说明本发明的第2实施例的半导体制造装置用旋转机的寿命预测方法的流程图；
图13是利用成膜步骤中的振动数据的马氏距离MD的经时变化的曲线图；
图14是用于说明本发明的第3实施例的半导体制造装置用旋转机的寿命预测方法的流程图；
图15是表示本发明的其他实施例的进行半导体制造装置用旋转机的寿命预测的半导体生产系统的构成实例的方框图。
标号说明
1           CVD室                2         闸阀
3           干式泵(旋转机)       4         频率确定部
5           时间序列数据记录部   6         寿命判定单元
10a、10b    转子                 11a、11b  旋转轴
13          泵本体               14        吸气法兰盘
15          排气法兰盘           32、33    真空配管
36a～36d    加速度计
37          频率解析装置(傅立叶变换分析装置)
38a～38c    配线                     39          CPU
41、42、43  质量流量控制器           51、52、53  气体配管
61          加速度推移判定部
62          合计加速度推移判定部
63          振动相位差推移判定部
64          马氏距离判定部            66          系统信息存储装置
70          半导体制造装置            71          LAN
72          CIM                       73          服务器
74          数据处理系统              75          外部存储装置
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的实施例进行描述。在下面的附图的描述中，相同或类似的部分采用相同或类似的标号。但应注意的是附图是示意性的，厚度与平面尺寸之间的关系、各层的厚度的比例等与实际情况是不同的。因此，具体的厚度、尺寸应当参照下面的描述而判断。另外，显然，即使在附图相互之间，也含有彼此尺寸的关系、比例不同的部分。
第1实施例
作为本发明的第1实施例的半导体制造装置的LPCVD装置，如图1所示，具有：对CVD室1进行真空排气的干式泵3(旋转机)；被配置在干式泵3的本体侧面中振动变动不同的位置上、对时间序列振动数据进行测定的多个加速度计36a及36b；对由加速度计36a、36b所测定的时间序列振动数据进行频率解析的频率解析装置37；及根据经频率解析装置37频率解析的时间序列振动数据预测干式泵3的寿命的CPU39。
另外，CPU39具备：由经频率解析的时间序列振动数据，将与解析对象频率对应的振动的特征量的变动制作成评价用诊断数据，记录评价用诊断数据的时间序列数据记录部5；以及利用评价用诊断数据预测旋转机的寿命的寿命判定单元6。
在LPCVD装置的CVD室1上连接有气体配管51、52、53。在气体配管51、52、53上，分别连接有用于对导入CVD室1的各种原料气体及载体气体进行控制的质量流量控制器41、42、43。即，借助该质量流量控制器41、42、43，流量经过控制的原料气体等，通过气体配管51、52、53导入到经过一定减压化的CVD室1中。CVD室1形成为可与外部气体隔绝、保持其氛围的密封构造。为了用干式泵3对该CVD室1的内部进行真空排气，在CVD室1的排气侧连接有真空配管32，在该真空配管32的排气侧连接有闸阀2。在闸阀2的排气侧进一步连接有另一真空配管33。干式泵3的吸气侧与真空配管33的排气侧连接。闸阀2可根据需要将CVD室1和干式泵3分离，或对排气传导性进行调整。这样，上述干式泵3被用于对导入CVD室1中的未反应的原料气体和反应生成物进行排气。
在利用图1所示的LPCVD装置，例如，对氮化硅膜(Si3N4膜)成膜的情况下，通过质量流量控制器41将二氯甲硅烷(SiH2Cl2)气体导入被设成减压状态的CVD室1中，通过质量流量控制器42将氨气(NH3)导入被设成减压状态的CVD室1中。并且，在CVD室1的内部将硅(Si)基板加热到约800℃左右，通过二氯甲硅烷气体与氨气的化学反应，在硅基板上形成氮化硅膜。该化学反应在生成氮化硅膜的同时，作为反应副产物产生氯化铵(NH4CL)气体及氢气(H2)。氢为气体，通过干式泵3排出。由于在生成时，反应炉内处于800℃左右的高温及数百Pa或数百Pa以下的减压状态下，所以氯化铵也为气态。虽然省略图示，但通常在LPCVD装置中，在CVD室1和干式泵3之间设置有捕集固体的反应副产物的捕集器。由于压力较低，故捕集器不可能将反应副产物完全捕集。未被彻底捕集的反应副产物到达干式泵3。在该干式泵3中，通过气体的压缩，使压力从0.1Pa增加到大气压。反应副产物按照状态图中的升华曲线，在低压下作为气体而存在，但在进一步高压化时开始固化。因为在泵内部，气体被反复进行压缩，压力从数百Pa的压力变化到大气压，故排气过程中的气体状态反应副产物伴随压力的上升在干式泵3的内部开始固化。如果在该干式泵3的配管内开始固化，即使微量的堆积物，也会使旋转轴弹性变形。其结果会导致干式泵发生故障。
在本发明的第1实施例的半导体制造装置(LPCVD装置)用的罗茨(Roots)型的干式泵(旋转机)3中，如图1所示，具备有检测振动的加速度计36a、36b。在图1中，加速度计36a及36b被对向地配置在干式泵3的前面和背面。或者，加速度计36a和36b的安装位置也可位于干式泵3的顶面和底面。另外，在加速度计36a、36b的输出侧连接有傅立叶变换分析装置等的频率解析装置37。频率解析装置37对由加速度36a、36b采样测定的干式泵3的振动、即加速度进行傅立叶变换，分解成频率成分。因此，为了将由加速度计36a、36b所测定的数据传送给频率解析装置37而设置有配线38a、38b。通过频率解析装置37将加速度的时间序列数据分解成频率成分后的频谱的数据，经由配线38c传送给CPU39。
在CPU39内置有频率确定部4、时间序列数据记录部5、寿命判定单元6。该频率确定部4对被传送到CPU39中的频谱的数据进行分析，根据频谱的峰值位置的频率确定解析对象频率。时间序列数据记录部5将被采样测定的加速度的解析对象频率成分，记录到系统信息存储装置66、或CPU39的主存储装置的文件中。即，根据频率解析装置37的频率解析的结果，由基准用时间序列数据将与解析对象频率对应的加速度的峰值的变动制作成基准用诊断数据，由评价用时间序列数据将峰值的变动制作成评价用诊断数据。将这些基准用诊断数据及评价用诊断数据记录到系统信息存储装置66、或CPU39的主存储装置中。
在寿命判定单元6中，通过将时间序列数据记录部5记录的数据组读出、进行运算，进行干式泵3的寿命判定。具体来说，第1实施例的半导体制造装置的寿命判定单元6内置有加速度推移判定部61、合计加速度推移判定部62、振动相位差推移判定部63、马氏距离判定部64这4个模块。上述加速度推移判定部61根据成膜步骤中的峰值加速度的变动来判定干式泵3的寿命。上述合计加速度推移判定部62在解析对象频率范围内计算出成膜步骤中的合计加速度，判定干式泵3的寿命。振动相位差推移判定部63计算出成膜步骤中的振动数据的相位差，判定干式泵3的寿命。马氏距离判定部64根据规定日前的同一工艺条件下的数据组作成基准空间(以下称为“马氏空间”)，利用该马氏空间计算出马氏距离，根据马氏距离的变动，判定干式泵3的寿命。
图2所示，第1实施例的半导体制造装置(LPCVD装置)中使用的干式泵3的结构是带有2扇叶片的2个转子10a、10b分别由旋转轴11a、11b带动旋转。干式泵3具有泵本体13、设置于该泵本体13的吸气侧的吸气法兰盘14、以及设置于泵本体13的排气侧的排气法兰盘15。自CVD室1通过闸阀2的气流，由吸气法兰盘14进入干式泵3内。进入到干式泵3内的气体通过用旋转轴11a、11b带动2个转子10a、10b旋转而被压缩。经压缩的气体由排气法兰盘15排出。由于转子10a、10b以50Hz旋转，故由加速度计36a、36b所观测到的基准振动的频率为50Hz。
图3表示由分别安装在干式泵3的前面和背面的加速度计36a和36b在成膜步骤中所测定的基准振动50Hz的加速度推移。峰值A表示成膜步骤中的加速度的变化。由该图可知，安装在干式泵3的前面的加速度计36a的加速度减少，安装在干式泵3的背面的加速度计36b的加速度增加。另外，在非成膜步骤时，例如，在峰值B只有加速度计36b加速度增加，在峰值C加速度计36a、36b加速度均减少。这样，在仅有一方的加速度计36a或36b出现加速度的峰值，或由两方的加速度计36a及36b检测到同一方向的峰值的情况下，表示的是由干式泵3附近的工程的振动、干式泵3内部的压力变动等引起的噪音，与干式泵3内部的反应生成物造成的堵塞没有关系。因此，通过对由加速度计36a和36b获得的加速度的变动的方向进行比较，可以辨别加速度变动是由泵内部的堵塞造成的，还是由噪音造成的。如此，能够稳定且高精度地检测出由干式泵3的反应生成物的堵塞引起的峰值加速度。
图4表示调查从干式泵3更换之后到内部堆积生成物停止期间的基准振动50Hz的峰值加速度推移的结果。由该图可知，在干式泵3即将停止之前峰值加速度急剧增加，干式泵3的异常、即泵即将停止之前的预兆是可以检测到的。通过使用与该解析对象频率对应的峰值加速度的值，能够高灵敏度地预测作为对象的干式泵3的寿命。
在本发明的第1实施例的干式泵3的寿命预测中，利用了因转子旋转引起的基准振动的加速度变动。由于干式泵3的转子10a、10b被机械式地安装在外壳内，故外壳与转子10a、10b之间、转子10a与10b之间的间隙并不是严格地相同，具有非对称性。因此，反应生成物沉积在干式泵3内部时，外壳与转子10a、10b之间、转子10a与10b之间的摩擦会产生不均匀性。在沉积了反应生成物的情况下，由于干式泵3上的加速度计36a、36b的安装位置的不同，会产生振动的加速度变动增加的情况和减小的情况。该振动的加速度变动成为逆相的加速度计36a、36b的安装位置，如图1所示，例如位于干式泵3的前面和背面。或者，即使如图5所示的将加速度计36c和36d分别安装在干式泵3的中间附近和端部上，也可以证实振动的加速度变动成为逆相。
接着，利用图6所示的流程图，对本发明的第1实施例的半导体制造装置用旋转机的寿命预测方法进行说明。具体来说，对在形成Si3N4薄膜的LPCVD装置中所使用的干式泵3的寿命进行预测。
(a)首先，在步骤S101中，通过设置在LPCVD装置的干式泵3的前面及背面的加速度计36a、36b，对干式泵3的振动(加速度)的时间序列振动数据(推移)进行采样测定。具体来说，例如，以1ms间隔采样测定加速度4096个点。
(b)接着，在步骤S102中，通过频率解析装置37将在步骤S101中获得的时间序列振动数据分解为频率成分，获得加速度的频谱。
(c)在步骤S103中，利用CPU39的频率确定部4，参照加速度的频谱，确定用于寿命判定的解析对象频率。在第1实施例中，解析对象频率为基准振动的50Hz。
(d)然后，在步骤S104中，利用时间序列数据记录部5，将由峰值加速度的解析对象频率成分构成的评价用诊断数据记录在系统信息存储装置66的文件中。
(e)在步骤S105中，读出在步骤S104中记录的解析对象频率成分的峰值加速度的评价用诊断数据，由加速度推移判定部61与设定值进行比较，判断干式泵3的寿命，如果评价用诊断数据在设定值或以下，则继续反复测定。
(f)并且，如果评价用诊断数据超过设定值，则在步骤S106中，加速度推移判定部61在LPCVD装置上所附带的显示装置、显示面板、或显示灯中，进行泵即将停止(寿命)的显示。
在本发明的第1实施例的半导体制造装置的寿命诊断方法中，判断故障的预兆的“设定值”可针对实际的应用情况适当地设定，例如，可将偏离正常时平均值的1倍至3倍或以上的情况作为故障的预兆。
在本发明的第1实施例的半导体制造装置的寿命诊断方法中，对干式泵3的故障诊断，利用基准振动作为解析对象进行了说明，但是，即使通过其它的频率，也可观测干式泵3的振动变动，用于寿命诊断。
在干式泵3中，以使带有多扇叶片的多个转子的间隙一定的方式由各自的旋转轴带动旋转，产生气流。由此，产生由转子旋转引起的基准振动和基准振动的整数倍频率的振动。例如，如图7所示，不仅是基准振动的50Hz，而且以基准振动的2倍的频率100Hz为首，在基准振动的整数倍频率中也观测到了加速度的峰值。如此，在干式泵3的寿命预测中，可以利用由转子旋转引起的基准振动的整数倍的频率的加速度变动。
另外，由于干式泵3的转子10a、10b被机械式地安装在外壳内，所以外壳与转子10a、10b之间、转子10a与10b之间的间隙并不严格相同，具有非对称性。因此，当反应生成物在干式泵3内部沉积时，外壳与转子10a、10b之间、转子10a与10b之间的摩擦会产生不均匀性。其结果是，在沉积了反应生成物的情况下，在由加速度计36a、36b所测定的加速度的频率成分中，观测到了由转子旋转引起的基准振动及基准振动的整数倍的频率之外的振动频率的次峰值。例如，如图8所示，当反应生成物沉积在干式泵3内部，处于即将停止之前的状态时，在基准振动的1.5倍的频率75Hz处出现了次峰值。另一方面，如图7所示，在正常状态，基准振动的整数倍的峰值很明显，次峰值不明显。可以证实，如图8中所看到的在泵即将停止前出现的次峰值，对泵内部的反应生成物的沉积非常敏感。根据经验，对于干式泵3内部的反应生成物的堵塞的监视有效的主要的次峰值，在将转子10a、10b的叶片扇数设为m时，在基准振动的(n+l/m)倍处出现。n、l为任意的正的整数，但是，因为在n较大的情况下灵敏度降低，故有必要要求n≤m×旋转轴个数+1。例如，图8所示的频率75Hz的次峰值，相当于n＝1，l＝1，m＝2的情况。
如图9所示，可知频率为50Hz的基准振动和频率为75Hz的次峰值的峰值加速度均在泵即将停止之前增加。且可知，特别是因为在75Hz的次峰值的中峰值加速度的变化率较大，所以能够比基准振动高灵敏度地检测出由反应生成物造成的干式泵3的堵塞。可以证实，在利用75Hz的次峰值，以峰值加速度变成泵更换后正常值的4倍以上的值为异常的情况下，可至少在泵停机的前一天检测到异常。可知，在本发明的第1实施例中，即使通过利用次峰值的峰值加速度变动，也能够高灵敏度地检测到异常(寿命)。
此外，虽然在调查频率分布的推移时时间非常短，但是，出现了在从0Hz到较宽的范围-例如在基准振动的10倍的500Hz范围内加速度增加的现象。例如，如果比较图8和图7，可知在图8中加速度遍及0～500Hz的整个频率区域地增加。如图10所示，由于对从0Hz到相当于基准振动的10倍的500Hz之间的加速度进行积分所得的合计加速度也在泵停止前增加，因此可根据合计加速度进行泵即将停止的判断。这种情况下，在图6所示的步骤S104中，将从0Hz到500Hz之间的加速度的积分值作为评价用诊断数据而记录。然后，通过合计加速度推移判定部62，读出合计加速度，与设定值进行比较，判断干式泵3的寿命。在成膜步骤的合计加速度增加率变为例如平时的200％或以上的时，判断为泵即将停止，即干式泵3的寿命。
第2实施例
本发明的第2实施例的半导体制造装置的寿命诊断方法，对在干式泵3的故障诊断中使用振动的相位差的例子进行说明。即，第2实施例的寿命诊断方法中，代替第1实施例的干式泵3的故障诊断中使用的振动的峰值加速度变动，对由分别设置在干式泵3的泵本体13中间部分的侧面和端部的侧面的加速度计36c、36d所测定的振动的相位差进行解析。因为对时间序列振动数据进行频率解析的频率解析装置37、根据经该频率解析装置37频率解析后的时间序列振动时间预测干式泵3的寿命的CPU39与第1实施例相同，所以在此省略说明。
在将多个加速度计安装在干式泵3上测定振动的情况下，如果反应生成物被沉积下来，则会产生干式泵内部的外壳与转子10a、10b之间、或转子10a与转子10b之间的间隙的非对称性。由于外壳与转子10a、10b之间、或转子10a与转子10b之间的摩擦的不均匀性，使由各自的加速度计观测到的振动的相位产生变动。例如，在由分别安装在图5所示的干式泵3的中间部分的侧面和端部的侧面的加速度计36c、36d所测定的成膜步骤中的基准振动期间，在更换干式泵3后，具有基本一定的180度的相位差。如果反应生成物沉积在干式泵3内部达到泵即将停止之前的状态，如图11所示，由加速度计36c、36d测定的成膜步骤中的基准振动期间的相位差的变动增加。因为相位差的变动的增加如果沉积在干式泵3内部的反应生成物不多就无法观测到，所以可以高效、高精度地进行泵即将停止之前的预测。
在第2实施例中，将加速度传感器的安装位置设在了外壳中间部分的侧面和外壳端部的侧面，但显然只要是振动具有相位差的部分即可。另外，也可使加速度计并非安装在2个部位，而安装在3个或以上的部位，使用多个振动的相位的变动。
本发明的第2实施例的半导体制造装置的寿命诊断方法按照图12所示的顺序进行。
(a)首先，在步骤S201中，用分别安装在图1所示的LPCVD装置的干式泵3的中间部分的侧面和端部的侧面的加速度计36c、36d，对干式泵3的时间序列振动数据进行采样测定。例如，以1ms间隔采样测定加速度4096个点。
(b)接着，在步骤S202中，通过频率解析装置37将在步骤S201中所获得的时间序列振动数据分解为频率成分，获得加速度的频谱。
(c)在步骤S203中，CPU39中的频率确定部4将解析对象频率定为基准振动50Hz。
(d)然后，在步骤S204中，利用时间序列时间记录部5，将对由加速度计36c和36d所测定的基准振动的相位差进行计算所得的评价用诊断数据记录到系统信息存储装置66的文件中。
(e)在步骤S205中，读出在步骤S204中记录的评价用诊断数据。接着，通过振动相位差推移判定部63，计算评价用诊断数据的标准偏差，与设定值进行比较，由此判断干式泵3的寿命。如果评价用诊断数据在设定值或以下，则继续反复进行测定。
(f)接着，如果评价用诊断数据超过设定值，则在步骤S206中，振动相位差推移判定部63在LPCVD装置上所附带的显示装置、显示面板、或显示灯中进行泵即将停止(寿命)的显示。
在本发明的第2实施例的半导体制造装置的寿命诊断方法中，例如，如果将故障的预兆的设定值设定为正常时的相位差的标准偏差增加1倍至3倍或以上的值，则可以高精度地进行寿命判定。
第3实施例
对于本发明的第3实施例的半导体制造装置的寿命诊断方法，对在干式泵3的故障诊断中使用马氏距离MD的实例进行说明。即，在第3实施例中，使用由在第1和第2实施例中用于寿命诊断的基准振动50Hz与次峰值75Hz的峰值加速度、合计加速度和振动的相位差变动等的多个振动的特征量的时间序列数据形成的马氏距离MD。在半导体制造装置的寿命诊断方法中使用马氏距离MD时，关键的是马氏空间的取得方式。在本发明的第3实施例中，马氏空间，使用了构成“与诊断相同的工艺条件”的LPCVD的成膜步骤的特征量的时间序列数据。具体来说，例如，将评价干式泵3的状态的数据的3天前的特征量的时间序列数据用作“基准用时间序列振动数据”，调查在3天期间内的马氏距离MD的变化的推移，由此，可去除工艺条件的变动的影响。如图13所示，可知在泵即将停止之前，马氏距离MD会超过5。一般地，将马氏距离MD在4或以上的情况判定为异常，但如前所述，在本发明中，根据经验法则，马氏距离的寿命判定的设定值设为5～10的范围内的值。在这里，马氏距离的设定值为5。另外，若马氏距离MD超过设定值5，则判断俘获到故障的预兆。
另外，除了上述特征量以外，显然也可以添加干式泵3的马达电流、功率、干式泵3内的压力或干式泵3的温度等的特征量的时间序列数据作为马氏空间的构成要素。
本发明的第3实施例的半导体制造装置的寿命诊断方法按照图14所示的顺序进行。
(a)首先，在步骤S301中，在开始LPCVD装置的干式泵3的特征量的诊断用时间序列振动数据的测定的时刻的规定时间之前，在与作为目的诊断相同的工艺条件下对所对应的特征量的基准用时间序列振动数据进行测定。
(b)接着，在步骤S302中，由该基准用时间序列振动数据设定马氏空间。即，求出从基准振动50Hz与次峰值75Hz的峰值加速度、合计加速度及振动的相位差变动等基准用时间序列振动数据的集合体导出的相关矩阵的逆矩阵。该相关矩阵的逆矩阵的计算，由图1所示的CPU39的马氏距离判定部64进行。将所求得的马氏空间存储在系统信息存储装置66中。
(c)然后，在步骤S303中，测定3天期间的，作为特征量的基准振动50Hz与次峰值75Hz的峰值加速度、合计加速度及振动的相位差变动等诊断用时间序列振动数据。
(d)接着，在步骤S304中，利用3天期间的诊断用时间序列振动数据与马氏空间，求出诊断用时间序列振动数据的马氏距离MD的时间变化。该马氏距离MD的计算，使用被存储在系统信息存储装置66中的马氏空间的数据，用马氏距离判定部64进行。
(e)接着，在步骤S305中，用马氏距离判定部64，将所计算出的马氏距离MD与设定值进行比较。如果计算出的马氏距离MD在设定值或以下，则测定诊断用时间序列振动数据，重新计算出马氏距离。
(f)接着，在步骤S306中，在计算出的马氏距离MD超过设定值的情况下，马氏距离判定部64判定为干式泵3到了寿命，在LPCVD装置上所附带的显示装置、显示面板、或显示灯中进行泵即将停止(寿命)的显示。
按照本发明的第3实施例的半导体制造装置的寿命诊断方法，能够以较高的灵敏度稳定且高精度地俘获故障的预兆。
其它的实施例
如上所述，本发明通过第1～第3实施例进行了描述，但构成该公开的一部分的论述及附图不应理解为对本发明的限定。显然，对于本领域的普通技术人员来说，根据该公开的内容，各种替代的实施方式、实施例和运用技术是不言自明的。
在本发明的第1实施例中，将加速度计36a、36a的安装位置设定在干式泵3的外壳中间部分的前面和背面，但是，也可以是外壳端部，另外，还可是图示省略的干式泵3的齿轮箱的顶部、侧面、或底面。但是，为了确保测定加速度的稳定性，有必要使干式泵3的安装部位形成为与加速度计的安装面有相同程度的加工精度的平面。
另外，在本发明的实施例中，对采用罗茨(Roots)型的干式泵3的实例进行了描述，但是，可以证实，即使是螺旋型的干式泵也能取得同样的效果。在使用基准振动的(n+l/m)倍的次峰值的情况下，对于螺旋型的干式泵的叶片的个数m可为1。
此外，在本发明的实施例中，预测干式泵3的寿命的解析，由在LPCVD装置中附带的CPU39的寿命判定单元6实施，但是，寿命判定解析也可用LPCVD装置中的其他的计算机进行。例如，也可内置于干式泵3的控制装置(图示省略)中。另外，如图15所示，本发明的另一实施例的半导体生产系统，在局域网(LAN)71上链接有半导体制造装置70、计算机综合生产系统(CIM)72等。在CIM72中，链接有服务器73、数据处理系统74、或外部存储装置75等。也可通过LAN71传输所测定的时间序列振动数据，用CIM72上的数据处理系统74进行寿命判定解析。另外，还可用服务器73、或CIM72上的其他计算机来实施寿命判定分析。进而，也可将寿命判定解析用的特征量的时间序列数据存储在CIM72上的外部存储装置75中。
另外，在上述中，列举了通过二氯甲硅烷气体与氨气的反应，形成氮化硅膜实例，但是，显然原料气体并不限于二氯甲硅烷气体、氨气。另外，不限于Si3N4膜的LPCVD的实例，即使对于其它材料的薄膜的LPCVD也同样可适用。此外，给出了生长单一种类的薄膜的情况的实例，但即使在将Si3N4膜、TEOS氧化膜、多晶体硅等的多种薄膜用同一LPCVD装置形成的情况下，也能获得同样的效果。
再有，在本发明的第1～第3实施例中，给出了LPCVD工艺的实例，但是对于本发明，在反应生成物沉积于干式泵的内部、旋转机(泵)停止的情况下，可以证实具有同样的效果，可适合用于所有的CVD工艺，干式蚀刻工艺等。
如此，显然本发明包括在这里未作描述的各种实施例。因此，本发明的实施例的技术范围仅根据上面的描述，通过适当的权利要求请求范围中的发明特定项来确定。
按照本发明，可提供一种以较高灵敏度、稳定的高精度的旋转机的寿命预测方法、以及具有该旋转机的制造装置。

Claims (16)

1.一种制造装置，其特征在于具备：
旋转机；
被配置在上述旋转机的振动变动不同的位置，测定时间序列振动数据的多个加速度计；
对由上述多个加速度计所测定的时间序列振动数据进行频率解析的频率解析装置；
由经频率解析的时间序列振动数据，以由包含上述旋转机的转子的叶片扇数的倒数的公式、和上述旋转机固有的基准振动频率的乘积表示的频率为解析对象频率，将与上述解析对象频率对应的振动的特征量的变动制作成评价用诊断数据，记录上述评价用诊断数据的时间序列数据记录部，其中所述的包含叶片扇数的倒数的公式由n+(l/m)表示，其中m表示叶片的数量，n和l为任意的正的整数；以及
利用上述评价用诊断数据，预测上述旋转机的寿命的寿命判定单元。
2.如权利要求1所述的制造装置，其特征在于上述多个加速度计被配置在与上述旋转机的本体的一侧面及与该一侧面对向的另一侧面上。
3.如权利要求1所述的制造装置，其特征在于上述多个加速度计被配置在上述旋转机的振动具有相位差的位置。
4.如权利要求3所述的制造装置，其特征在于上述多个加速度计被配置在上述旋转机的本体的侧面的中间部和端部。
5.如权利要求1所述的制造装置，其特征在于上述解析对象频率为上述旋转机固有的基准振动频率的整数倍。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的制造装置，其特征在于上述寿命判定单元包括将上述评价用诊断数据的特征量定为峰值加速度的加速度推移判定部。
7.如权利要求1～5中任意一项所述的制造装置，其特征在于上述寿命判定单元包括将上述评价用诊断数据的特征量定为在上述解析对象频率范围内对峰值加速度进行积分所得的合计加速度的合计加速度推移判定部。
8.如权利要求1～5中任意一项所述的制造装置，其特征在于上述寿命判定单元包括将上述评价用诊断数据的特征量定为由上述多个加速度计所测定的上述振动的相位差的振动相位差推移判定部。
9.如权利要求1～5中任意一项所述的制造装置，其特征在于上述寿命判定单元包括在比测定上述时间序列振动数据的时刻提前按照经验法则确定的时间的时刻、通过根据在与上述时间序列振动数据相同的工艺条件下测定的基准用时间序列振动数据所得的基准用诊断数据、制作成马氏空间、利用根据上述马氏空间由上述评价用诊断数据计算出的马氏距离来预测寿命的马氏距离判定部。
10.一种旋转机的寿命预测方法，其特征在于该方法包括下述步骤：
在振动的相位不同的多个位置，用加速度计测定旋转机的时间序列振动数据；
对上述时间序列振动数据进行频率解析，由经上述频率解析后的上述时间序列振动数据，以由包含上述旋转机的转子的叶片扇数的倒数的公式、和上述旋转机固有的基准振动频率的乘积表示的频率为解析对象频率，将与该解析对象频率对应的振动的特征量的变动制作成评价用诊断数据，其中所述的包含叶片扇数的倒数的公式由n+(l/m)表示，其中m表示叶片扇数，n和l为任意的正的整数；
利用上述评价用诊断数据，判定上述旋转机的寿命。
11.如权利要求10所述的旋转机的寿命预测方法，其特征在于上述解析对象频率为上述旋转机的固有的基准振动频率的整数倍。
12.如权利要求10所述的旋转机的寿命预测方法，其特征在于上述特征量为上述振动的峰值加速度。
13.如权利要求10所述的旋转机的寿命预测方法，其特征在于上述特征量为在上述解析对象频率范围内对上述振动的峰值加速度进行积分所得的合计加速度。
14.如权利要求10所述的旋转机的寿命预测方法，其特征在于上述特征量为上述旋转机中的由多个加速度计所测定的上述振动的相位差。
15.如权利要求10～14中任意一项所述的旋转机的寿命预测方法，其特征在于该方法还进一步包括下述步骤：
测定基准用时间序列振动数据；
对上述基准用时间序列振动数据进行频率解析，将与解析对象频率对应的特征量的变动制作成基准用诊断数据，通过上述基准用诊断数据，设定基准马氏空间；
利用根据上述基准马氏空间、由上述评价诊断用数据计算出的马氏距离预测寿命。
16.如权利要求15所述的旋转机的寿命预测方法，其特征在于上述基准用时间序列振动数据在比测定上述评价用时间序列振动数据的时刻提前按照经验法则确定的时间的时刻、在与上述评价用时间序列振动数据相同的工艺条件下测定。
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