JP2003232705A

JP2003232705A - 寿命診断システム及び寿命診断方法

Info

Publication number: JP2003232705A
Application number: JP2002032945A
Authority: JP
Inventors: Takeo Furuhata; 武夫古畑; Shuichi Samata; 秀一佐俣; Yukihiro Ushiku; 幸広牛久; Takashi Nakao; 隆中尾
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高感度で安定した回転機の寿命診断システム
及び寿命診断方法を提供する。【解決手段】回転機３と、回転機の振動を測定する加
速度計３６と、周波数解析装置３７と解析周波数決定手
段４とで構成される解析周波数データ抽出回路（３７、
４）と、加速度の時間変化量を求めこの時間変化量と閾
値とを比較することにより寿命を判断する寿命判定手段
６とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転機の寿命を診断
する寿命診断システム、及び回転機の寿命を診断する寿
命診断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスを効率よく製造す
るためには半導体製造装置の故障診断技術が重要になっ
てきている。又、システムＬＳＩでは特に少量多品種生
産の傾向が強まり、これに対応した小回りの利く効率的
な半導体デバイスの製造方法が必要になって来ている。

【０００３】効率的な半導体デバイスの生産には小規模
の生産ラインを複数用いる方法がある。しかし、大規模
生産ラインを単に小さくしただけでは半導体製造装置の
稼働率が低下する。更には、そのために投資効率が低下
する問題も生じる。対策としては複数の製造工程を一つ
の半導体製造装置で行う方法がある。減圧ＣＶＤ（ＬＰ
ＣＶＤ）装置では成膜の対象となる材料によりＬＰＣＶ
Ｄチャンバに導入する反応ガス（原料ガス）やＬＰＣＶ
Ｄチャンバで生成された反応生成物が異なる。ＬＰＣＶ
Ｄチャンバを排気する排気ポンプ内には、これらの原料
ガスや反応生成物が導入される。従って対象とする成膜
物質が異なれば、排気ポンプ内部での反応生成物の発生
状況が異なり、排気ポンプの寿命が変動する。ＬＰＣＶ
Ｄ成長中に排気ポンプが停止すると製造中のロットが不
良になってしまう。更に、ＬＰＣＶＤチャンバの内部等
に微小ダストが発生するため製造装置に余分なメンテナ
ンスが必要になる。余分なメンテナンスを実施すれば、
半導体デバイスの製造効率が大幅に低下してしまう。一
方、ＬＰＣＶＤ成長中の突然の停止を防止するために、
排気ポンプのメンテナンス時間に余裕をみると、排気ポ
ンプのメンテナンス頻度が膨大になる。これにより、メ
ンテナンスコストの増加だけでなくポンプ交換によるＬ
ＰＣＶＤ装置の稼働率低下が顕著となる。この結果、半
導体デバイスの製造効率が大幅に低下してしまう欠点が
あった。

【０００４】多くのＬＰＣＶＤ装置の排気ポンプとし
て、ドライポンプが使用されている。クリーンで大容量
の排気速度が実現できるからである。ドライポンプの寿
命診断方法は現在までにいくつかの方法が提案されてい
る。基本的にはドライポンプの状態をモータ電流、振
動、温度で把握し、これらの状態量の変化から寿命を予
測するという方法がとられてきた。特に、ドライポンプ
の寿命診断方法として、ポンプの状態をロータ回転に起
因する振動で把握する方法が主にとられてきた。その理
由として振動で診断するには加速度計をポンプ側面に取
り付けるだけで測定できるため、簡便な寿命診断方法と
して注目されているからである。又、測定した振動デー
タから寿命を予測する方法としては３００ｋＨｚ付近の
高周波数成分の基準値からのずれをニューラルネットワ
ークを用いて解析する方法が提案されている（特開２０
００−６４９６４号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開２０００−６４９
６４号公報に記載された技術の場合、対象周波数が高い
ためポンプの稼働に伴う変化（通常は反応生成物の詰ま
り）がブロードになり感度が低いことが問題であった。

【０００６】前述したように、効率よい小規模生産ライ
ンに必要な装置の共有化を実現するためには、ドライポ
ンプの寿命を的確に診断し、寿命ぎりぎりまでポンプを
使用することが必要である。そのために精度の高い寿命
診断が必須である。しかし、従来の加速度計をドライポ
ンプに取り付ける場合、その取り付け位置や取り付け方
法により感度が変化し、好感度で安定的な振動データを
取得することが困難であった。これらの問題はドライポ
ンプ以外のターボ分子ポンプ、メカニカルブースターポ
ンプや油回転ポンプ等の真空ポンプ、或いは液体用の軸
流ポンプ、更には回転機一般にも通じるところである。

【０００７】これらの課題に鑑み、本発明は、回転機の
振動を測定する加速度計と、加速度計が出力するデータ
のうちから特定の解析周波数のデータを抽出する解析周
波数データ抽出回路と、解析周波数のデータの時間変化
量を求め、該時間変化量と閾値とを比較することにより
寿命を判断する寿命判定手段を含むことにより高感度で
安定した寿命診断が可能な回転機の寿命を診断する寿命
診断システム、及び回転機の寿命診断方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴は、
（イ）回転機；（ロ）この回転機の振動を測定する加速
度計；（ハ）この加速度計が出力するデータのうちから
特定の解析周波数のデータを抽出する解析周波数データ
抽出回路；（ニ）抽出した解析周波数のデータの時間変
化量を求め、時間変化量と閾値とを比較することにより
寿命を判断する寿命判定手段とを含むことを要旨とす
る。ここで、回転機は回転により振動を発生させるもの
すべてを含む。回転機には、モータ、真空ポンプ、コン
プレッサ、タービン等がある。特に本発明は、反応性の
ガスを真空排気するＬＰＣＶＤ装置やドライエッチング
装置、イオン注入装置等の半導体製造装置に用いられる
真空ポンプに好適である。データの時間変化量は、加速
度の時間変化を示すデータにおいて、任意の２点間を直
線で結びその傾きを用いてもよいし、時間微分によりそ
の微分係数を用いてもよい。

【０００９】第1の特徴によれば、回転機の歪み、損傷
等に起因する加速度の時間変化量を観察することによ
り、高感度で安定した回転機の寿命診断が可能となる。

【００１０】本発明の第２の特徴は、（イ）回転機の振
動に対応した加速度のデータを取得するステップ；
（ロ）このデータから特定の解析周波数のデータを抽出
するステップ；（ハ）このデータの時間変化量を求め、
時間変化量と閾値を比較することにより寿命を判断する
ステップとを含むことを要旨とする。ここで、周波数解
析は、単一の解析周波数を解析してもよいし、フーリエ
変換等を用いて複数の解析周波数を同時に解析してもよ
い。

【００１１】第２の特徴によれば、回転機の歪み、損傷
等に起因する加速度の時間変化量を観察することによ
り、高感度で安定した回転機の寿命診断が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
第1及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載
において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号
を付している。但し、図面は模式的なものであることに
留意すべきである。

【００１３】（第1の実施の形態）本発明の第1の実施の
形態に係る回転機寿命診断システムは、図１に示すよう
なとＬＰＣＶＤ装置に適用されている。図1に示すよう
に、このＬＰＣＶＤ装置は、真空排気可能な密閉構造を
したチャンバ1を有し、ＬＰＣＶＤチャンバ1の排気側に
は真空配管３２が接続され、真空配管３２の排気側にゲ
ートバルブ２が接続されている。そして、このゲートバ
ルブ２の排気側に真空配管３３が接続され、真空配管３
３の排気側にＬＰＣＶＤチャンバ1の内部を排気するた
めのルーツ型のドライポンプ（回転機）３が接続されて
いる。ゲートバルブ２は必要に応じてＬＰＣＶＤチャン
バ1とドライポンプ３を分離し、コンダクタンスを調整
する。一方、ＬＰＣＶＤチャンバ1には、複数のガス配
管５１，５２，５３，・・・・・が接続され、このガス配管
５１，５２，５３，・・・・・は、それぞれマスフローコン
トローラ４１，４２，４３に接続されている。ＬＰＣＶ
Ｄチャンバ1に導入される種々の原料ガス（ソースガ
ス）及びキャリアガスはマスフローコントローラ４１，
４２，４３によって、その流量が制御される。制御され
た原料ガス等はガス配管５１，５２，５３，・・・・・を通
って一定の減圧化のＬＰＣＶＤチャンバ1に導入され
る。そして、ドライポンプ３はＬＰＣＶＤチャンバ1に
導入された未反応の原料ガス及び反応生成物を排気す
る。図1に示すＬＰＣＶＤ装置を用いて、例えば、シリ
コン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）の成膜する場合は、ドライ
ポンプ３により減圧状態にされたＬＰＣＶＤチャンバ1
に、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガスをマスフロ
ーコントローラ４１を介して導入し、アンモニア（ＮＨ
_３）ガスをマスフローコントローラ４２を介して導入す
る。そして、ＬＰＣＶＤチャンバ1の内部でシリコン
（Ｓｉ）基板を約８００℃程度にまで加熱し、ＳｉＨ_２
Ｃｌ_２ガスとＮＨ_３ガスとの化学反応により、シリコン
基板上にシリコン窒化膜を生成する。この化学反応は、
シリコン窒化膜を生成するとともに、反応副生成物とし
て塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）ガス及び水素
（Ｈ_２）ガスを発生する。水素は気体であるので、ドラ
イポンプ３によって排気される。一方、塩化アンモニウ
ムは、生成時においては、反応炉内が８００℃程度の高
温下及び数１００Pa以下の減圧下であるために、気体状
である。図示を省略しているが、通常、ＬＰＣＶＤ装置
には、固体の反応副生成物を捕集するトラップがＬＰＣ
ＶＤチャンバ1とドライポンプ３との間に設置されてい
る。トラップは、圧力が低いため、反応副生成物の完全
な捕集は不可能である。このため、捕集しきれない反応
副生成物は、ドライポンプ３まで到達する。ドライポン
プ３では、気体の圧縮によって０．1Pa程度から大気圧
まで圧力が増加する。反応副生成物は、低圧では気体と
して存在するが、より高圧下では固化を始める。ドライ
ポンプ３の内部では、ガスの圧縮が繰り返され、数１０
０Paの圧力から大気圧まで圧力が変化していくために、
排気ガス中のガス状反応副生成物は、圧力上昇とともに
ドライポンプ３の内部で固化し始める。ドライポンプ３
の配管内で固化し始めると、わずかであるが堆積物が回
転軸を弾性変形させる。そして、このような堆積物が蓄
積された結果として急激な摩擦力の増大等が発生し、最
終的にはドライポンプが故障（停止）することとなる。

【００１４】ドライポンプ３は、図1に示すように、ギ
ヤボックス３５を有し、このギヤボックス３５付近に振
動を検知する加速度計３６が備え付けられている。加速
度計３６は、ドライポンプ３のギヤボックス３５の上
面、このギヤボックス３５の側面、又はギヤボックス３
５の底面の何れかに配置すればよい。或いは、このギヤ
ボックス３５から２０ｃｍ以内のケーシング（図示省
略）の上面、このケーシングの側面、又はケーシングの
底面の何れかに配置すればよい。但し、加速度計３６の
配置は、加速度の時間変化量を感度よく検出できる場所
であればよい。加速度計３６を取り付ける方法としては
磁力、接着剤、ねじ止め、埋め込みでよい。特にねじ止
めや埋め込みのように固定が強固になると共振周波数が
高くなり、より高い周波数まで測定可能になる。しか
し、本発明では対象周波数を回転機の基準振動周波数の
整数倍とし、1ｋＨｚ以下で寿命診断可能にしたため磁
石や接着剤での固定でも用いることができ、簡便な取り
付けが可能である。尚、非接触の加速度計を用いること
もできる。

【００１５】加速度計３６の出力側には、周波数解析装
置３７が接続されている。例えば、周波数解析装置３７
は、プレアンプ３７１、サンプリング回路３７２、Ａ／
Ｄコンバータ３７３、フーリエ変換分析装置３７４を備
えている。サンプリング回路３７２により、加速度計３
６で測定したドライポンプ３の振動（加速度）を表すア
ナログ信号を所定のサンプリング周波数で時系列データ
（デジタル信号）へ変換し、更にＡ／Ｄ変換した後フー
リエ変換分析装置３７４によりフーリエ変換し周波数成
分に分解する。加速度計３６が増幅器を備えていれば、
プレアンプ３７１は省略してもよい。このため、周波数
解析装置３７に加速度計３６で測定されたデータを電送
するために配線３８aが設けられている。周波数解析装
置（フーリエ変換分析装置）３７によって振動（加速
度）の時系列データが周波数領域のデータに変換され
る。この周波数スペクトルのデータは、配線３８ｂを介
して、ＣＰＵ３９に電送される。

【００１６】ＣＰＵ３９には解析周波数決定手段４、加
速度推移記録手段５、寿命判定手段６が内蔵されてい
る。解析周波数決定手段４は、ＣＰＵ３９に電送された
周波数スペクトルのデータを分析し、複数のピークの位
置として示されるそれぞれの周波数から特定の解析周波
数を決定する。そして、解析周波数データ抽出回路によ
り解析周波数を抽出する。解析周波数データ抽出回路
は、周波数解析装置３７と解析周波数決定手段４とで構
成される。加速度推移記録手段５は、抽出された解析周
波数の加速度の推移を示すデータを加速度データ記憶装
置７に記録する。加速度データ記憶装置７はＣＰＵ３９
の主記憶装置若しくは図示を省略した外部記憶装置を用
いればよい。寿命判定手段６では、加速度推移記録手段
５が加速度データ記憶装置７に記録した加速度の推移を
示すデータ群を読み出し、演算することにより、ドライ
ポンプ３の寿命判定を行う。

【００１７】具体的には、第1の実施の形態に係る寿命
診断システムの寿命判定手段６は、時間変化量算出手段
６１、閾値比較手段６２及び警告／警報駆動手段６３を
内蔵している。時間変化量算出手段６１は、ＬＰＣＶＤ
成長中（成膜ステップ）での解析周波数のデータの時間
変化量を算出するモジュールである。時間変化量の算出
は、図７に示すように成膜ステップ開始点Ｓから一定時
間経過後、データが１０〜５０％変化した点Ｐ₁におけ
る加速度の値を始点データとする。更に、ばらつき補正
により求めた時間変化量が０となる直前の点Ｐ_２におけ
る加速度の値を終点データとする。そして、始点データ
と終点データの差を始点と終点の時刻の差で除した値、
即ち、傾きを時間変化量とする。又、図８に示すように
区間（Ｐ ₁、Ｐ_２）においてばらつき補正をし、ばらつ
き補正後の曲線によって加速度αを時間ｔで微分し、そ
の微分係数ｄα/ｄｔを時間変化量としてもよい。尚、
ばらつき補正には例えば最小二乗法を用いればよい。

【００１８】閾値比較手段６２は、算出したデータの時
間変化量と閾値とを比較することによりドライポンプ３
の寿命を判定するモジュールである。警告／警報駆動手
段６３は、算出したデータの時間変化量が閾値を超える
と、ポンプ停止直前（寿命）を警告するために警告／警
報装置１７を駆動するモジュールである。警告／警報装
置１７には、例えば警告パネル、警告ランプ等の視覚的
表示装置、或いは警報ブザー等の音響的表示装置があ
る。

【００１９】図２に示すように、第1の実施の形態に係
るドライポンプ３は、３枚の羽根がついた２つのロータ
１０a、１０ｂがそれぞれ回転軸１１a、１１ｂで回転す
る構造である。ドライポンプ３はボディ１３とボディ１
３の吸気側に設けられた吸気フランジ１４、ボディ１３
の排気側に設けられた排気フランジ１５を有している。
図1に示したギヤボックス３５は図２ではその図示を省
略しているが、２つのロータ１０a、１０ｂを駆動する
モータの出力を変換し、２つのロータ１０a、１０ｂの
回転を制御する。図1に示す加速度計３６は、例えば、
ギヤボックス３５の上部の平面部分に磁石で取り付けて
いる。図1においてギヤボックス３５に接着剤等の化学
的手段、或いは、ねじ止め、埋め込み等の機械的手段で
固定してもよい。図1に示すＬＰＣＶＤチャンバ1からゲ
ートバルブ２を通ってきたガス流は、吸気フランジ１４
よりドライポンプ３内に入る。ドライポンプ３内に入っ
たガスは２つのロータ１０a、１０ｂが回転軸１１a、１
１ｂで回転することにより圧縮される。圧縮されたガス
は排気フランジ１５より排気される。

【００２０】排気ガス中のガス状反応副生成物が圧力上
昇とともにドライポンプ３の内部で固化し始めると、ロ
ータ１０a、１０ｂの表面に固化した反応副生成物が原
因となってロータ１０aとロータ１０ｂの接触部１２aに
おいて摩擦係数が増大する。この結果、ロータ１０aと
ロータ１０ｂの摩擦により生じる振動周波数の加速度に
影響を与えることになる。又、わずかであっても堆積物
が回転軸１１a、１１ｂを弾性変形させると、回転軸１
１a、１１ｂにより生じる振動周波数の加速度に影響を
与えることになる。更に、反応副生成物の固化、若しく
は回転軸１１a、１１ｂの弾性変形が原因となってロー
タ１０a、１０ｂとボディ１３の接触部１２ｂにおいて
摩擦係数が増大する。この結果、ロータ１０a、１０ｂ
とボディ１３の摩擦により生じる振動周波数の加速度に
影響を与えることになる。

【００２１】図２に示したドライポンプ３の回転軸１
１a、１１ｂは基準振動周波数５０Ｈｚで回転するた
め、図４に示すように５０Ｈｚの整数倍の振動周波数が
現れる。ここで、基準振動周波数とは回転軸に起因する
振動、即ち回転軸の回転周波数をいう。例えばドライポ
ンプ３では５０Ｈｚとなる。特にドライポンプ３ではロ
ータ１０a、１０ｂの羽根が３枚あるので、回転軸１１
a、１１ｂが1回転につき羽根が６回通過する。このた
め、図４に示すように、基準振動周波数の６倍に当たる
３００Ｈｚ付近にピークが顕著に現れる。これはロータ
１０aとロータ１０ｂの摩擦により生じる振動周波数の
加速度であるため、３００Ｈｚ付近の加速度の変化を観
察すればロータ１０a、１０ｂの寿命を予測できる。

【００２２】図５に示すようにドライポンプ３の交換直
後では、成膜ステップにおいて加速度はおよそ一定の値
で推移している。一方、図６に示すようにチャンバに反
応ガスを相当回数導入しドライポンプを相当回数使用し
た後では成膜ステップにおいて加速度に顕著な変化がみ
られる。よって、成膜ステップにおいて加速度の変化を
観察すればドライポンプ３の寿命を予測できる。

【００２３】次に、第1の実施の形態に係る寿命診断方
法を図1を参照しながら図３に示すフローチャートを用
いて説明する。ここで回転機として、Ｓｉ_３Ｎ_４薄膜を
形成するＬＰＣＶＤ装置に用いられるドライポンプ３に
注目し、その寿命を予測する。

【００２４】（イ）加速度計３６をギヤボックスに配置
し、ステップＳ２０１において、加速度計３６でドライ
ポンプ３の加速度を測定する。更に、サンプリング回路
３７２を用いてドライポンプ３の振動に対応した加速度
のデータを得る。サンプリング回路３７２で、例えば０.
５ｍｓｅｃ間隔でサンプリングし合計２秒行う。但し、
ノイズを除去できる程度に測定間隔、測定時間、各測定
点のサンプリング間隔は適宜定めればよい。第1の実施
の形態に係る寿命診断方法では、加速度のサンプリング
間隔を最大の解析周波数の1／２周期以下、サンプリン
グ数を最大の解析周波数の４倍以上とすることが好まし
い。例えば、最大の解析周波数を４５０Ｈｚとすれば、
サンプリング数は、４×４５０＝１８００個以上にする
ことが好ましい。各測定点の間隔はプロセス条件に従っ
てって適宜決めればよいが、半導体デバイス製造に係る
通常のＬＰＣＶＤプロセスでは４〜６０秒間隔での測定
間隔が適切である。

【００２５】（ロ）ステップＳ２０２において、サンプ
リング回路３７２が出力するドライポンプ３の加速度
（時系列データ）をＡ／Ｄコンバータ３７３によりアナ
ログ信号からデジタル信号へ変換した後、更にデジタル
信号をフーリエ変換分析装置３７４によりフーリエ変換
し、周波数解析を行う。

【００２６】（ハ）ステップＳ２０３において、解析周
波数決定手段４により、周波数分布のうち特定の周波数
成分を解析対象とし、この解析周波数のデータを抽出す
る。第1の実施の形態に係る寿命診断方法では、図４を
考慮して、ピークが顕著に現れる３００Ｈｚ付近の加速
度を解析周波数として用いる。

【００２７】（ニ）ステップＳ２０４において、抽出さ
れた解析周波数のデータを加速度データ記憶装置７に記
録する。ＬＰＣＶＤによる成長プロセスには減圧、昇
温、成膜、パージ、常圧復帰、スタンバイ等、種々のス
テップがあるが、第1の実施の形態ではドライポンプの
故障に最も影響する成膜ステップでの推移を測定する。

【００２８】（ホ）ステップＳ２０５において、加速度
データ記憶装置７から加速度の推移を読み出し、加速度
の時間変化量を時間変化量算出手段６１により算出す
る。時間変化量の算出は、図７に示すように成膜ステッ
プ開始点Ｓから一定時間経過後、データが１０〜５０％
変化した点Ｐ₁における加速度の値を始点データとす
る。更に、ばらつき補正により求めた時間変化量が０と
なる直前の点Ｐ_２における加速度の値を終点データとす
る。そして、始点データと終点データの差を始点と終点
の時刻の差で除した値、即ち、傾きを時間変化量とす
る。又、図８に示すように区間（Ｐ₁、Ｐ_２）において
ばらつき補正をし、ばらつき補正後の曲線によって加速
度αを時間ｔで微分し、その微分係数ｄα/ｄｔを時間
変化量としてもよい。尚、ばらつき補正には例えば最小
二乗法を用いればよい。

【００２９】（ヘ）ステップＳ２０６において、データ
の時間変化量と閾値を閾値比較手段６２により比較す
る。図９は、累積膜厚の増加とともに成膜ステップにお
ける加速度の時間変化量の絶対値が増加し、相関関係が
あることを示す。そして、経験則から加速度の時間変化
量の絶対値がどの程度の値になるとドライポンプが停止
するかを決定し、それを閾値とすればよい。図９の場合
は０.７２Ｇ/ｍｉｎを閾値とする。従って、予め閾値を
定めておけば特定の周波数の加速度の時間変化量によ
り、故障の予兆を捕らえられることがわかる。閾値は、
導入するガスの種類、濃度、故障個所及び特定周波数等
を考慮して適宜設定すればよい。

【００３０】（ト）データの時間変化量の絶対値が閾値
に到達した場合に、ステップＳ２０７において警告／警
報駆動手段６３により警告／警報装置１７を駆動させ、
警告パネル、警告ランプ、ブザー等によりポンプ停止直
前（寿命）を警告／警報する。

【００３１】（第２の実施の形態）第1の実施の形態の
説明では、図1に示すように、時系列データをフーリエ
変換した周波数スペクトルのピークの位置の周波数から
解析周波数を決定する解析周波数決定手段４を用いた
が、第２の実施の形態では、図１０に示すように、所定
の振動周波数を抽出する解析周波数データ抽出回路９を
備えている。解析周波数データ抽出回路９は、プレアン
プ３７１、バンドパスフィルタ９４、狭帯域増幅器９
５、波形成形回路９６、Ａ／Ｄコンバータ９７等を備
え、加速度計３６が測定した評価用アナログデータの特
定の振動周波数成分を解析周波数データとして抽出し、
その後Ａ／Ｄ変換する。バンドパスフィルタは、例えば
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２及びハイパスフィルタ
（ＨＰＦ）９３から構成すればよい。この抽出された解
析周波数データをＡ／Ｄ変換した後、加速度推移記録手
段５により加速度データ記憶装置８に記録する。更に、
寿命判定手段６は加速度データ記憶装置８から記録した
加速度の推移を示すデータ群を読み出し演算すること
で、ドライポンプ３の寿命判定を行う。この第２の実施
の形態において、他の構成は上記した第1の実施の形態
に係る寿命診断システムとほぼ同様である。

【００３２】次に、第２の実施の形態に係る寿命診断方
法を図１０を参照しながら図１１に示すフローチャート
を用いて説明する：（イ）加速度計３６をギヤボックスに配置し、ステップ
Ｓ３０１においてドライポンプ３の加速度（振動）を測
定する。

【００３３】（ロ）ステップＳ３０２において、解析周
波数データ抽出回路９でプレアンプ９１、バンドパスフ
ィルタ９４、狭帯域増幅器９５等によりドライポンプ３
の加速度アナログ信号のデータのうちから解析周波数デ
ータとして特定の振動周波数成分を解析周波数とし、こ
の解析周波数のデータを抽出する。そして、Ａ／Ｄコン
バータ９７によりこのデータをデジタル信号に変換す
る。

【００３４】（ハ）ステップＳ３０３において、固定し
た振動の加速度の推移を示すデジタルデータ（加速度推
移）を加速度推移記録手段５により加速度データ記憶装
置８に記録する。

【００３５】（ニ）ステップＳ３０４において、加速度
推移を加速度データ記憶装置８から読み出し、加速度の
時間変化量を時間変化量算出手段６１により算出する。

【００３６】（ホ）ステップＳ３０５において、加速度
の時間変化量の絶対値と閾値を閾値比較手段６２により
比較する。

【００３７】（ヘ）加速度の時間変化量の絶対値が閾値
に到達した場合に、ステップＳ３０６において警告／警
報駆動手段６３により警告／警報装置１７を駆動させ、
警告パネル、警告ランプ、ブザー等によりポンプ停止直
前（寿命）を警告／警報する。

【００３８】（その他の実施の形態）本発明は上記の実
施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論
述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべ
きではない。この開示から当業者には様々な代替実施の
形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【００３９】第1の実施の形態の説明においては、ＬＰ
ＣＶＤプロセスの成膜ステップにおける例を示したが、
ドライポンプの内部に反応生成物が堆積しドライポンプ
が停止する場合には同様の効果が確認されている。従っ
て、本発明はＬＰＣＶＤプロセス全般、ドライエッチン
グプロセス等のガス導入プロセスにおいて適用できる。
更には、イオン注入装置等の他の半導体製造装置でもか
まわない。更に、既に述べた実施の形態の説明において
は、ルーツ型のドライポンプを対象としたが、スクリュ
ー型のドライポンプ、メカニカルブースタポンプ、油回
転ポンプ等の真空ポンプでもよい。本発明は振動周波数
の加速度の時間変化量を製造装置の寿命診断に用いるた
め、振動を発生させる回転機であれば本発明を適用する
ことができるからである。

【００４０】上記の実施の形態の説明において、ＳｉＨ
_２Ｃｌ_２ガスとＮＨ_３ガスとの反応で、Ｓｉ_３Ｎ_４膜を
成膜する場合を例示したが、原料ガスは、ＳｉＨ_２Ｃｌ
_２ガスやＮＨ_３ガスに限定されないことは勿論である。
更に、Ｓｉ_３Ｎ_４膜のＬＰＣＶＤの例に限られず、他の
材料の薄膜を成長するＬＰＣＶＤでも同様に適用でき
る。又、単一の種類の薄膜を成長する場合の例を示した
が、Ｓｉ_３Ｎ_４膜、ＴＥＯＳ酸化膜、多結晶シリコン等
の複数種類の薄膜を同一のＬＰＣＶＤ装置で形成する場
合でも同様の効果が得られる。

【００４１】第1及び第２の実施の形態の説明では、３
００Ｈｚにおける加速度を用いたが、基準振動周波数の
整数倍の振動周波数における加速度を用いることもでき
る。図４には２５０Ｈｚ、３００Ｈｚのサブピークが２
５０Ｈｚ、３００Ｈｚのピークの高周波数側、低周波数
側にそれぞれ１０Ｈｚシフトした位置にみられる。これ
らのサブピークを解析周波数として使用しても寿命の判
断はできる。更に、３００Ｈｚは、ロータ１０a、１０
ｂの接触により発生する振動周波数であるため、３００
Ｈｚ付近の加速度を用いれば、特にロータの故障の予兆
を捕らえられることができる。他の振動周波数の加速度
を用いれば、他の部分（例えばベアリング部）の故障の
予兆を捕らえることができる。同時に複数のデータ測定
を行えば、同時に複数の部分の故障の予兆を捕らえるこ
とができる。この場合のデータ測定条件は最大周波数に
あわせる必要がある。

【００４２】第1の実施の形態の説明ではステップＳ２
０５において加速度の時間変化量を算出する区間
（Ｐ₁、Ｐ_２）を定め、第２の実施の形態でも同様にス
テップＳ３０４において加速度の時間変化量を算出する
区間を定めるが、図１２に示すように成膜ステップの途
中でピークＱが現れることがある。しかし、このピーク
はドライポンプ（回転機）の個体差が影響を及ぼすピー
クである。よって、この場合は、ピークＱが現れる直前
Ｐ_３を終点データとする。ばらつき補正により求めた加
速度の時間変化量が０となる直前の点をＰ_３とすればよ
い。又、振動周波数によっては図１３のように加速度が
成膜ステップｔ_１ｔ_２間で増加する場合もあるが、加速
度の時間変化量と閾値の比較では加速度の時間変化量の
絶対値を用いるため、ステップＳ２０５又はステップＳ
３０５と同様に加速度の時間変化量を算出すればよい。

【００４３】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従っ
て、本発明の実施の形態に係る技術的範囲は上記の説明
から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によって
のみ定められるものである。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、回転機の歪み、損傷等
に起因する加速度の時間変化量を観察することにより、
高感度で安定した回転機の寿命診断が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第1の実施の形態に係る寿命診断シス
テムの概略を示す図である。

【図２】図1のシステムに用いるドライポンプ（回転
機）の内部構造を示す断面図である。

【図３】本発明の第1の実施の形態に係る寿命診断方法
を説明するためのフローチャートである。

【図４】測定された加速度の周波数スペクトルである。

【図５】ドライポンプ交換直後の３００Ｈｚにおける加
速度の時間変化を示すデータである。

【図６】チャンバに反応ガスを相当回数導入しドライポ
ンプを相当回数使用した後の３００Ｈｚにおける加速度
の時間変化を示すデータである。

【図７】始点データと終点データの差を始点と終点の時
刻の差で除した値を時間変化量とする図である。

【図８】時間変化量の算出において、ばらつき補正をし
た後、加速度を時間微分し、その微分係数を時間変化量
とする図である。

【図９】加速度の時間変化量の絶対値と累積膜厚の関係
を示した図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る寿命診断シ
ステムの概略を示す図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る寿命診断方
法を説明するためのフローチャートである。

【図１２】成膜ステップの途中でドライポンプ（回転
機）の個体差が影響を及ぼすピークＱが現れることを示
す加速度の時系列データである。

【図１３】加速度が成膜ステップで増加することを示す
図である。

【符号の説明】１ＬＰＣＶＤチャンバ２ゲートバルブ３ドライポンプ（回転機）４解析周波数決定手段５加速度推移記録手段６寿命判定手段７、８加速度データ記憶装置９解析周波数データ抽出回路１０a、１０ｂロータ１１a、１１ｂ回転軸１２a、１２ｂロータ接触部１３ボディ１４吸気フランジ１５排気フランジ１７警告／警報装置３２，３３真空配管３５ギヤボックス３６加速度計３７周波数解析装置３８a，３８ｂ配線３９ＣＰＵ４１，４２，４３マスフローコントローラ５１，５２，５３ガス配管６１時間変化量算出手段６２閾値比較手段６３警告／警報駆動手段９１，３７１プレアンプ９２ローパスフィルタ（ＬＰＦ）９３ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９４バンドパスフィルタ９５狭帯域増幅器９６波形成形回路９７，３７３Ａ／Ｄコンバータ３７２サンプリング回路３７４フーリエ変換分析装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者牛久幸広神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者中尾隆神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 2G024 AD18 BA12 CA13 DA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転機と、前記回転機の振動を測定する加速度計と、前記加速度計が出力するデータのうちから特定の解析周
波数のデータを抽出する解析周波数データ抽出回路と、前記解析周波数のデータの時間変化量を求め、該時間変
化量と閾値とを比較することにより寿命を判断する寿命
判定手段とを含むことを特徴とする寿命診断システム。
【請求項２】前記寿命判定手段は、前記時間変化量を算出する時間変化量算出手段と、前記時間変化量と前記閾値とを比較する閾値比較手段
と、前記時間変化量の絶対値が前記閾値を超える場合に警告
／警報駆動信号を出力する警告／警報駆動手段とを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の寿命診断システム。
【請求項３】前記時間変化量算出手段は、第１時刻に
おける前記データを始点データ、第２時刻における前記
データを終点データと定めて前記始点データと終点デー
タの差を前記第１時刻と第２時刻の差で除した値を前記
時間変化量とすることを特徴とする請求項１又は２に記
載の寿命診断システム。
【請求項４】前記回転機は、チャンバ内の圧力制御を
行う真空ポンプであり、前記時間変化量算出手段は、前
記チャンバ内への反応ガス導入開始の前記データが１０
〜５０％変化した値を前記始点データとし、ばらつき補
正により求めた前記時間変化量が０となる直前の値を前
記終点データとすることを特徴とする請求項３に記載の
寿命診断システム。
【請求項５】前記時間変化量算出手段は、前記データ
のばらつき補正をした後、前記データを時間微分し、そ
の微分係数を前記時間変化量とすることを特徴とする請
求項１又は２に記載の寿命診断システム。
【請求項６】前記解析周波数データ抽出回路は、前記
回転機の回転周波数の整数倍の周波数を前記解析周波数
とすることを特徴とする請求項1〜５の何れか１項に記
載の寿命診断システム。
【請求項７】前記解析周波数データ抽出回路は、前記
回転周波数の整数倍の振動周波数の前後１０Ｈｚ以内に
現れるサブピークの振動周波数を前記解析周波数とする
ことを特徴とする請求項1〜５の何れか１項に記載の寿
命診断システム。
【請求項８】回転機の振動に対応した加速度のデータ
を取得するステップと、前記データから特定の解析周波数のデータを抽出するス
テップと、前記データの時間変化量を求め、該時間変化量と閾値を
比較することにより寿命を判断するステップとを含むこ
とを特徴とする寿命診断方法。
【請求項９】前記回転機はチャンバ内の圧力制御を行
う真空ポンプであり、前記寿命を判断するステップは前
記チャンバ内への反応ガス導入プロセスで前記時間変化
量と前記閾値を比較することにより寿命を判断すること
を特徴とする請求項８に記載の寿命診断方法。
【請求項１０】前記時間変化量は、第1時刻における
前記データを始点データ、第２時刻における前記データ
を終点データと定めて前記始点データと終点データの差
を前記第１時刻と第２時刻の差で除した値であることを
特長とする請求項８又は９に記載の寿命診断方法。
【請求項１１】前記回転機はチャンバ内の圧力制御を
行う真空ポンプであり、前記チャンバ内への反応ガス導
入開始後、前記データの値が１０〜５０％変化した点を
前記始点データとし、前記反応ガス導入ステップにおい
て、ばらつき補正により求めた前記時間変化量が０とな
る直前を前記終点データとすることを特徴とする請求項
１０に記載の寿命診断方法。
【請求項１２】前記時間変化量は、前記データのばら
つき補正をした後、前記データを時間微分し、その微分
係数を用いることを特徴とする請求項８又は９に記載の
寿命診断方法。
【請求項１３】前記解析周波数は、前記回転機の回転
周波数の整数倍の周波数であることを特徴とする請求項
８〜１２の何れか1項に記載の寿命診断方法。
【請求項１４】前記解析周波数は、前記回転周波数の
整数倍の周波数の前後１０Ｈｚ以内に現れるサブピーク
の周波数とすることを特徴とする請求項８〜１２の何れ
か1項に記載の寿命診断方法。