JP3725799B2 - 故障箇所判定方法および故障箇所判定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板処理装置など複数の回転部材を備えた装置の故障箇所を判定するための方法、および、そのような装置の故障箇所を判定するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、半導体ウェハや液晶表示装置用ガラス基板などの各種の被処理基板に対して、処理液を用いた処理を施すための基板処理装置において、様々な回転部材が用いられている。一例をあげると、基板を水平保持して回転駆動するスピンチャック、スピンチャックの上方に配置され基板に処理液が再付着するのを防止する遮断板、スピンチャックの開閉を行うアーム、基板の側方で処理液が外部に飛散することを防止するスプラッシュガードなどである。これらは、回転駆動したり、円弧を描いて回動したり、回転駆動するウォームによって上下動されたりする。
【０００３】
これらは直接モータなどの動力源に接続されて駆動する場合と、動力源からベルトやギアなどの伝達部材を介して従動する場合とがある。
装置の運転中には、たとえば、異常な振動音などにより、複数の回転部材（動力源を含む。）のいずれかに故障が起こったことを知ることができる。故障は、取付時のバランスが悪かった回転部材の偏心の増大、ベアリングの故障、シール部に異物が入ることなどの原因により生じる。その場合、まずどの回転部材が故障しているのかを知り、原因に応じた修理を行わなければならない。
【０００４】
従来、故障している回転部材を修理するにあたり、必ずしも事前にどの回転部材が故障しているのかを知ることができず、装置を分解してすべての回転部材を調べるなどの作業が行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような作業はかなりの工数を要し、作業に時間がかかった。
また、故障している回転部材が特定できないと、故障の原因を究明することも困難となる。
そこで、この発明の目的は、互いに異なる回転速度で回転する複数の回転部材を有する装置において、故障している回転部材を判定することができる故障箇所判定方法を提供することである。
【０００６】
この発明の他の目的は、互いに異なる回転速度で回転する複数の回転部材を有する装置の故障している回転部材を判定することができる故障箇所判定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、通常運転時に実質的に同一の回転速度で回転される複数の回転部材（３，３Ｓ，３Ｍ，４，４Ｓ，７Ｓ，７Ｍ，５，５Ｓ，９Ｓ，９Ｍ，６Ｓ，６Ｍ，２１，２２）を有する装置（１）における故障箇所判定方法であって、上記複数の回転部材を、故障箇所の判定に際して、互いに異なる回転速度で回転させるステップと、上記装置に生じる振動の周波数を測定するステップと、測定された振動の周波数に基づいて、上記複数の回転部材のうちどの回転部材が故障しているかを判定するステップとを含むことを特徴とする故障箇所判定方法である。
請求項２記載の発明は、上記複数の回転部材の互いに異なる回転速度は、整数倍の関係にないことを特徴とする請求項１記載の故障箇所判定方法である。
請求項３記載の発明は、通常運転時に実質的に整数倍の関係の回転速度で回転される複数の回転部材（３，３Ｓ，３Ｍ，４，４Ｓ，７Ｓ，７Ｍ，５，５Ｓ，９Ｓ，９Ｍ，６Ｓ，６Ｍ，２１，２２）を有する装置（１）における故障箇所判定方法であって、上記複数の回転部材を、故障箇所の判定に際して、整数倍の関係にない互いに異なる回転速度で回転させるステップと、上記装置に生じる振動の周波数を測定するステップと、測定された振動の周波数に基づいて、上記複数の回転部材のうちどの回転部材が故障しているかを判定するステップとを含むことを特徴とする故障箇所判定方法である。
【０００８】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じである。
上記の装置において、それぞれの回転部材は、その回転速度に対応した周波数の振動を生じ、その振動は装置に伝わる。したがって、複数の回転部材が互いに異なる回転速度で回転すると、装置には、それらの回転速度に対応した互いに異なる周波数の振動が重なり合って生じる。
【０００９】
故障している回転部材は、正常動作時と比べて大きな振幅で振動する。したがって、装置に生じている振動の周波数成分を調べ、通常時よりも大きな振幅の周波数成分を知ることにより、どの回転部材が故障しているかを知ることができる。振幅の大きさを調べるにあたって、すべての回転部材が正常であるときの周波数と振幅との関係を予め測定しておき、故障が発生したときの周波数と振幅との関係と比較することとしてもよい。
【００１０】
故障箇所がある程度限定できるのであれば、必ずしもすべての回転部材の回転速度が異なるようにして振動の周波数を測定する必要はない。
装置の振動の周波数は、常時測定するようにしてもよく、故障が発生したと思われたときだけ測定するようにしてもよい。すなわち、周波数を測定する手段は、装置に常設していてもよく、故障が発生したと思われたときだけ装置に付設してもよい。
【００１１】
装置の構成上または機能上、２つ以上の回転部材の回転速度を同一にせざるを得ない場合、請求項１記載の発明のように、故障箇所判定時のみ、回転部材を互いに異なる回転速度で回転させるようにしてもよい。たとえば、複数の回転部材がそれぞれ独立した複数の動力源により駆動される場合、各々の動力源の回転速度を制御することにより、これらの回転部材の回転速度を互いに異なるようにすることができる。
請求項４記載の発明は、上記故障している回転部材を判定するステップは、上記測定した周波数のうち、最大振幅の周波数に基づいて行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の故障箇所判定方法である。
故障している回転部材による振動の振幅は、故障していない回転部材による振動の振幅よりも大きい場合が多い。したがって、最大振幅の周波数に対応する回転速度で回転している回転部材が故障しているものと判定することができる。
【００１２】
請求項５記載の発明は、上記故障している回転部材を判定するステップは、上記最大振幅の周波数を回転速度に単位変換し、この回転速度近傍の回転速度で回転する回転部材が故障していると判定することを特徴とする請求項４記載の故障箇所判定方法である。
回転部材が１回転すると、装置には対応する１周期の振動が生じる。モータなどの動力源やそれに従動されて駆動する回転部材の回転速度は、たとえばｒｐｍなどの単位で表され、振動計などにより測定された装置の振動の周波数は、たとえばＨｚなどの単位で表される。これらは単位変換して換算することが可能である。
【００１３】
請求項６記載のように、上記装置に生じる振動は、振動加速度センサまたは振動速度センサにより測定されてもよく、上記最大振幅の周波数に基づく判定は、上記振動加速度センサまたは上記振動速度センサによって得られる加速度または速度から、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により導出される振動スペクトルに基づいて行われてもよい。
【００１５】
２つの回転部材が伝達部材を介して駆動される場合、これら２つの回転部材の回転速度は、１：２や１：３など整数倍の関係になるよう設計されていることが多い。したがって、このような場合、これらの回転部材により生じる振動の周波数も整数倍の関係になる。一方、１つの回転部材が生じる振動は、その回転速度に対応する周波数のもの以外に、その２倍や３倍などの整数倍の周波数の成分も含んでいる。
【００１６】
このような場合、たとえば、故障している回転部材の回転速度に対応した周波数と、故障していない回転部材の回転速度に対応した周波数の整数倍とが一致することがある。したがって、大きな振幅で振動する周波数が認められても、その周波数の振動が、どの回転部材に起因したものであるのかを、必ずしも判別することができない。
２つの回転部材が、独立した複数の動力源により駆動している場合でも、それらの回転速度が整数倍の関係にあるときは同様の問題があった。回転部材の数が３つ以上の場合も同様である。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、複数の回転部材の回転速度は、故障箇所の判定に際して、整数倍の関係にないので、故障している回転部材の回転速度に対応した振動の周波数は、他の回転部材の回転速度に対応した周波数およびその整数倍の周波数と重なることはない。したがって、このような故障箇所判定方法によれば、故障している回転部材を確実に判定できる。複数の回転部材が、１つの動力源に従動されて駆動するものである場合、プーリの直径比やギア比など伝達部材の構成により、各々の回転部材の回転速度の比が整数倍の関係にないように構成することができる。複数の回転部材が、複数の動力源により駆動される場合、それぞれの動力源の回転速度を適当に設定することにより、各々の回転部材の回転速度が整数倍の関係にないように構成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下では、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る故障箇所判定方法により故障箇所を判定する基板処理装置、および本発明の一実施形態に係る故障箇所判定装置を示す図解的な部分透視斜視図である。
【００２１】
この基板処理装置１は、被処理基板の一例である半導体ウェハＷに処理液を供給して処理を施すためのものである。ほぼ直方体の筐体２の内部には、半導体ウェハＷを水平に保持して回転駆動するスピンチャック３、スピンチャック３の上方に配置され基板Ｗに処理液が再付着するのを防止する遮断板４、スピンチャック３の開閉を行うアーム５、半導体ウェハＷの側方で処理液が外部に飛散することを防止するスプラッシュガード６が備えられている。
【００２２】
スピンチャック３の下方には、鉛直方向にのびるシャフト３Ｓを備えたモータ３Ｍが配置されており、スピンチャック３は、シャフト３Ｓに軸支されている。スピンチャック３は、モータ３Ｍにより直接回転駆動される。
遮断板４は、スピンチャック３の直上にスピンチャック３と平行に配置されている。遮断板４の上方には鉛直方向にのびるシャフト４Ｓが備えられており、シャフト４Ｓの側方には、鉛直方向にのびるシャフト７Ｓを備えたモータ７Ｍが配置されている。シャフト４Ｓおよびシャフト７Ｓには、それぞれプーリが嵌合されており、これらのプーリ間にベルト８が張設されている。遮断板４はモータ７Ｍに従動されて回転駆動される。プーリの直径の違いにより、シャフト４Ｓの回転速度はシャフト７Ｓの回転速度に比して低く、これらの回転速度は整数倍の関係にならないように構成されている。また、通常運転時には、スピンチャック３と遮断板４との間の空間における気流を安定させるために、スピンチャック３の回転速度と遮断板４の回転速度とは同じにされる。すなわち、シャフト３Ｓの回転速度とシャフト４Ｓの回転速度とは同じにされる。
【００２３】
アーム５の一方端には、鉛直方向にのびるシャフト５Ｓが設けられており、シャフト５Ｓの側方には、鉛直方向にのびるシャフト９Ｓを備えたモータ９Ｍが配置されている。シャフト５Ｓおよびシャフト９Ｓにはそれぞれプーリが嵌合されており、これらのプーリ間にベルト１０が張設されている。アーム５は、モータ９Ｍに従動されて円弧を描くように回動される。プーリの直径の違いにより、シャフト５Ｓの回転速度は、シャフト９Ｓの回転速度に比して低く、これらの回転速度は整数倍の関係にならないように構成されている。
【００２４】
スプラッシュガード６は、円筒状の形状をしており（図１では一部のみを示す。）、スピンチャック３を囲むように配置されている。スプラッシュガード６は、接続部材１１に接続している。接続部材１１の下方には、鉛直方向にのびるシャフト６Ｓを備えたモータ６Ｍが配置されている。シャフト６Ｓはボルトとなっており、接続部材１１はナットを有してシャフト６Ｓに螺合している。モータ６Ｍ（シャフト６Ｓ）が回転することにより、スプラッシュガード６は上下動する。通常運転時において、モータ６Ｍの回転速度とモータ９Ｍの回転速度とは同じである。
【００２５】
装置の運転時に、それぞれの回転部材３，３Ｓ，３Ｍ，４，４Ｓ，７Ｓ，７Ｍ，５，５Ｓ，９Ｓ，９Ｍ，６Ｓ，６Ｍは、その回転速度に対応した周波数の振動を生じ、その振動は筐体２に伝わる。
筐体２の一側面の角部近傍には、振動計１５が取り付けられている。振動計１５は、振動加速度センサまたは振動速度センサを含んでいる。これにより、これらのセンサの取付位置における筐体２の振動の加速度または速度を測定することができる。振動計１５は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アナライザを備えており、測定された加速度または速度をもとに変位を求め、その波形からＦＦＴにより各周波数ごとの振幅、すなわち振動スペクトルを求めることができる。振動計１５は、パーソナルコンピュータ（図示せず。）などに接続されており、振動計１５により得られた振動スペクトルのデータは、このパーソナルコンピュータなどに表示させることができる。したがって、基板処理装置１の運転時に、常に振動計１５による測定結果を表示させておくことができる。
【００２６】
振動計１５を、常時筐体２に取り付けて振動の測定を行う代わりに、回転部材が故障していると思われるときだけ、携帯型の振動計１６を付設して振動の測定を行うこととしてもよい。携帯型の振動計１６は、振動を測定するピックアップ１７と、ピックアップ１７で測定された情報をもとに演算処理や測定結果の表示を行う本体１８とを備えている。
ピックアップ１７は、振動加速度センサまたは振動速度センサを備えている。本体１８は、ＦＦＴアナライザを備えており、測定された加速度または速度をもとに変位を求め、その波形からＦＦＴにより振動スペクトルを求めることができる。ピックアップ１７は、マグネットを備えており、鉄などの磁性体に強固に吸着することが可能である。本体１８は、表示器を備えており、表示器に振動スペクトルを表示させることができる。
【００２７】
以下、モータ３Ｍが故障しているとして、故障箇所判定方法を説明する。説明にあたって、各回転部材３，３Ｓ，３Ｍ，４，４Ｓ，７Ｓ，７Ｍ，５，５Ｓ，９Ｓ，９Ｍ，６Ｓ，６Ｍは、シャフト３Ｓ，４Ｓ，７Ｓ，５Ｓ，９Ｓ，６Ｓで代表させる。
基板処理装置１の運転中に、たとえば、異常音が発生すると、いずれかの回転部材に故障が生じた可能性があることがわかる。このような場合、故障箇所を特定して修理しなければならない。通常、故障しているシャフトは、故障していないシャフトと比べて大きな振幅の振動を生じる。したがって、最も大きな振幅の振動を生じているシャフトを特定できれば、いずれのシャフトが故障しているのかを知ることができる。
【００２８】
そこで、各々のシャフト３Ｓ，４Ｓ，７Ｓ，５Ｓ，９Ｓ，６Ｓによる振動の振幅を相対的に比較するため、すべてのシャフト３Ｓ，４Ｓ，７Ｓ，５Ｓ，９Ｓ，６Ｓを同時に回転させる。すると、基板処理装置１の筐体２には、シャフト３Ｓ，７Ｓ，４Ｓ，５Ｓ，９Ｓ，６Ｓそれぞれの回転速度に対応する周波数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの振動が重なって生じる。この振動を、振動計１５または携帯型の振動計１６で測定し、振動スペクトルを得る。
【００２９】
図２は、通常運転時の基板処理装置１の振動スペクトルを示す特性図である。
スピンチャック３（シャフト３Ｓ）の回転速度および遮断板４（シャフト４Ｓ）の回転速度は等しいので、周波数Ａと周波数Ｃとは等しい。モータ９Ｍ（シャフト９Ｓ）の回転速度とモータ６Ｍ（シャフト６Ｓ）の回転速度は等しいので、周波数Ｅと周波数Ｆとは等しい。したがって、図２に示すように、筐体２の振動スペクトルは４つのピークを示す。
【００３０】
回転部材が１回転すると、装置には対応する１周期の振動が生じる。したがって、振動スペクトルのピークの周波数は、各回転部材の回転速度を単位変換したものとなる。モータなどの動力源やそれに従動されて駆動する回転部材の回転速度は、慣例的に、たとえばｒｐｍなどの単位で表される。振動計などにより測定された装置の振動の周波数は、慣例的に、たとえばＨｚなどの単位で表される。これらは単位変換して換算することが可能である。
【００３１】
モータ３Ｍが故障している場合、周波数Ａのピークが大きくなる。図２に示す振動スペクトルからは、周波数Ａ，Ｃのピークが高いことから、シャフト３Ｓまたはシャフト４Ｓに関連した故障が生じているを知ることができる。
さらに、シャフト３Ｓおよびシャフト４Ｓのいずれが故障しているかを特定するために、シャフト３Ｓ，４Ｓの回転速度が異なるように、モータ３Ｍ，７Ｍの回転速度を調整する。この場合、モータ７Ｍは、通常運転時の回転速度のままとし、モータ３Ｍの回転速度だけを通常運転時の回転速度からずらすようにしてもよい。
【００３２】
図３は、故障箇所の判定が可能なように回転部材の回転速度を調整したときの基板処理装置１の振動スペクトルを示す特性図である。
このような状態では、シャフト３Ｓ，４Ｓの回転速度に対応する周波数が異なっているので、それらのピークは分離している。そして、周波数Ａの振動が大きな振幅を有することから、シャフト３Ｓに関連した故障が生じていると判定できる。
【００３３】
また、故障時の振動スペクトルを正常時の振動スペクトルと比較することによっても、どのシャフトに関連した故障が生じているのかを知ることができる。すなわち、シャフト３Ｓ，４Ｓ，７Ｓ，５Ｓ，９Ｓ，６Ｓのいずれにも故障が生じていないときに、これらの回転速度がすべて異なるように調整して、筐体２の振動スペクトルを測定する。そして、故障時には同様の条件で振動スペクトルを測定し、正常時の振動スペクトルと比較する。正常時と比べて、振幅が大きくなっている周波数に対応するシャフトに関連して故障が生じていることがわかる。この方法によれば、故障しているシャフトによる振動の振幅が最も大きくない場合でも、故障しているシャフトを特定することができる。
【００３４】
可能であれば、通常運転状態のときに、すべての回転部材が異なる回転速度で回転するように構成してもよい。
次に、振動スペクトルのさらに詳細な部分を考慮して、故障箇所を判定する方法について説明する。
図４は、ベルトを介して連結された２つのシャフトを示す図解図である。
シャフト２１，２２には、それぞれプーリ２３，２４が嵌合されており、プーリ２３，２４間にはベルト２５が張設されている。このとき、シャフト２１の回転速度とシャフト２２の回転速度との比は、プーリ２４の直径とプーリ２３の直径との比に等しい。一般に、このような構成の２つのシャフトにおいて、それらの回転速度の比は整数倍の関係になるように構成されることが多い。
【００３５】
図５は、２つのシャフト２１，２２の回転速度の比が１：３である場合の振動スペクトルの詳細を示す特性図である。
一般に、あるシャフトの回転による振幅のピークは、そのシャフトの回転速度に対応する周波数以外に、その整数倍の周波数においても現れる。図５において、シャフト２１の回転による主たるピークは、シャフト２１の回転速度に対応する周波数Ｇに現れているが、それ以外にその整数倍の周波数２Ｇや３Ｇにもピークが現れている。一方、シャフト２２の回転による主たるピークは、シャフト２２の回転速度がシャフト２１の回転速度の３倍であることから、周波数３Ｇに現れる。
【００３６】
すなわち、周波数３Ｇに現れるピークは、シャフト２１に起因するものとシャフト２２に起因するものとがある。したがって、これらのシャフト２１，２２の一方が故障し、故障による振幅の増大が顕著でない場合など、必ずしも故障しているシャフトを特定することができない。
図６は、２つのシャフト２１，２２の回転速度の比が１：２と１：３との間にある場合の振動スペクトルの詳細を示す特性図である。
【００３７】
この場合、シャフト２２の回転による主たるピークは、周波数が２Ｇと３Ｇとの間に現れる。したがって、各々のピークはシャフト２１，２２のいずれか一方のみに起因したものであるので、シャフト２１，２２のいずれか一方が故障している場合、どちらが故障しているのかを容易に判定できる。図１においては、シャフト７Ｓとシャフト４Ｓとの関係、およびシャフト９Ｓとシャフト５Ｓとの関係は、このように回転速度が整数倍の関係にないようになっている。
【００３８】
２つのシャフト２１，２２の回転速度の比が、通常の使用時において整数倍の関係にする必要がある場合、故障箇所判定時のみ、たとえばプーリの交換などにより、整数倍の関係から外すこととしてもよい。
以上の実施形態では、伝達部材はベルトとしているが、伝達部材はギアであってもよい。また、以上の実施形態では、故障箇所の判定はすべての回転部材を対象としているが、異常音などにより故障箇所が限定できれば、一部の回転部材のみを対象として判定を行ってもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る故障箇所判定方法により故障箇所を判定する基板処理装置、および本発明の一実施形態に係る故障箇所判定装置を示す図解的な部分透視斜視図である。
【図２】通常運転時の基板処理装置の振動スペクトルを示す特性図である。
【図３】故障箇所の判定が可能なように回転部材の回転速度を調整したときの基板処理装置の振動スペクトルを示す特性図である。
【図４】ベルトを介して連結された２つのシャフトを示す図解図である。
【図５】２つのシャフトの回転速度の比が１：３である場合の振動スペクトルの詳細を示す特性図である。
【図６】２つのシャフトの回転速度の比が１：２と１：３との間にある場合の振動スペクトルの詳細を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 基板処理装置
３ スピンチャック
４ 遮断板
５ アーム
６ スプラッシュガード
７Ｍ，９Ｍ モータ
３Ｓ，４Ｓ，５Ｓ，６Ｓ，７Ｓ，９Ｓ，２１，２２ シャフト
１５ 振動計
１６ 携帯型の振動計

Claims (6)

1. 通常運転時に実質的に同一の回転速度で回転される複数の回転部材を有する装置における故障箇所判定方法であって、
   上記複数の回転部材を、故障箇所の判定に際して、互いに異なる回転速度で回転させるステップと、
   上記装置に生じる振動の周波数を測定するステップと、
   測定された振動の周波数に基づいて、上記複数の回転部材のうちどの回転部材が故障しているかを判定するステップとを含むことを特徴とする故障箇所判定方法。
2. 上記複数の回転部材の互いに異なる回転速度は、整数倍の関係にないことを特徴とする請求項１記載の故障箇所判定方法。
3. 通常運転時に実質的に整数倍の関係の回転速度で回転される複数の回転部材を有する装置における故障箇所判定方法であって、
   上記複数の回転部材を、故障箇所の判定に際して、整数倍の関係にない互いに異なる回転速度で回転させるステップと、
   上記装置に生じる振動の周波数を測定するステップと、
   測定された振動の周波数に基づいて、上記複数の回転部材のうちどの回転部材が故障しているかを判定するステップとを含むことを特徴とする故障箇所判定方法。
4. 上記故障している回転部材を判定するステップは、上記測定した周波数のうち、最大振幅の周波数に基づいて行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の故障箇所判定方法。
5. 上記故障している回転部材を判定するステップは、上記最大振幅の周波数を回転速度に単位変換し、この回転速度近傍の回転速度で回転する回転部材が故障していると判定することを特徴とする請求項４記載の故障箇所判定方法。
6. 上記装置に生じる振動の周波数は、振動加速度センサまたは振動速度センサにより測定され、
   上記最大振幅の周波数に基づく判定は、上記振動加速度センサまたは上記振動速度センサによって得られる加速度または速度から、高速フーリエ変換により導出される振動スペクトルに基づいて行われることを特徴とする請求項４または５記載の故障箇所判定方法。

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