KR20040028541A

KR20040028541A - 회전기의 수명 예측 방법 및 회전기를 갖는 제조 장치

Info

Publication number: KR20040028541A
Application number: KR1020030067227A
Authority: KR
Inventors: 사마따슈우이찌; 우시꾸유끼히로; 나까오다까시; 후루하따다께오
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2004-04-03
Also published as: JP2004124765A; US20040064212A1; KR100557376B1; JP3967245B2; TW200407504A; CN1497181A; TWI234610B; CN1276177C

Abstract

본 발명의 과제는 고감도로 안정된 고정밀도 회전기의 수명 예측 방법을 제공하는 것이다.

모니터용 제조 공정에 이용한 모니터용 회전기의 특징량의 모니터 시계열 데이터로부터 모니터용 회전기가 정지하기 직전의 이상 상태의 개시 시각을 판정하고, 모니터 시계열 데이터를 통계적으로 해석하여 특징량 이상 상태의 개시 시각에서의 값을 이상 판단의 역치로서 구하는 스텝과, 진단 대상 회전기의 모터 전류의 특징량의 시계열 데이터를 제조 공정 중에 측정하는 스텝과, 제조 공정 중에 특징량이 변동하는 시계열 데이터로부터 평가용 진단 데이터를 작성하는 스텝과, 평가용 진단 데이터가 역치를 초과한 시각을 진단 대상 회전기의 수명이라 판정하는 스텝을 포함한다.

Description

회전기의 수명 예측 방법 및 회전기를 갖는 제조 장치{METHOD FOR PREDICTING LIFETIME OF A ROTARY MACHINE AND MANUFACTURING APPARATUS HAVING A ROTARY MACHINE}

본 발명은 제조 장치용 회전기의 수명의 예측 및 진단 기술에 관한 것으로, 특히 진공 펌프 등의 회전기 수명의 예측 방법 및 이 회전기를 갖는 제조 장치에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조를 효율적으로 행하기 위해 반도체 제조 장치의 고장 진단이 중요해지고 있다. 또한, 최근, 시스템 LSI에서는 특히 소량 다품종 생산의 경향이 강해져 이에 대응한 상황에 재빠르게 대처할 수 있는 효율적인 반도체 장치의 제조 방법이 필요해졌다. 효율적인 반도체 생산에는 소규모의 생산 라인을 이용하는 경우가 있다. 그러나, 대규모 생산 라인을 단순히 작게 하는 것만으로는 제조 장치의 가동율 저하 등의 문제가 발생하므로 투자 효율이 저하하게 되는 문제가 있다. 이 대책으로서는 복수의 제조 공정을 하나의 제조 장치로 행하는 방법이있지만, 예를 들어 드라이 펌프를 배기계에 이용하고 있는 감압 화학 기상 성장(LPCVD) 장치에서는 프로세스 종류의 차이에 따라서 반응 가스나 반응 생성물이 달라 드라이 펌프 내부에서의 생성물의 발생 상황이 다르다. 이로 인해, 프로세스의 종류가 변하면 수명이 변동되어 버린다.

제조 프로세스 중에 드라이 펌프가 정지하면, 제조 중인 로트가 불량이 되어 버릴 뿐만 아니라 제조 장치 내부에 미소 더스트가 발생한다. 그로 인해, 제조 장치에 여분의 보수가 필요해져 반도체 장치의 제조 효율이 대폭으로 저하된다. 이 프로세스 중의 돌연 정지를 방지하기 위해, 펌프의 보수 시간에 여유를 두면 펌프의 보수 빈도가 방대해진다. 또한, 보수 비용 증가뿐만 아니라 펌프 교환에 의한 반도체 제조 장치의 가동율 저하가 현저해지므로, 반도체 장치의 제조 효율이 대폭으로 저하되어 버린다. 효율적으로 소규모 생산 라인에 필요한 장치의 공용화를 실현하기 위해서는, 드라이 펌프의 수명을 정확하게 진단하여 수명이 다 될 때까지 펌프를 사용하는 것이 필요하다. 따라서 고정밀도의 수명 예측이 필수가 된다.

드라이 펌프의 수명 진단 방법은 현재까지 몇 가지의 방법이 제안되어 있다. 기본적으로는 드라이 펌프의 상태를 모터 전류, 진동, 온도로 파악하여 이들 상태량의 변화로부터 수명을 예측한다는 방법이 취해져 왔다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 특히, 드라이 펌프의 수명 진단 방법으로서, 복수의 상태량의 기준치로부터의 어긋남을 뉴럴 네트워크를 이용하여 해석하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).

[특허문헌 1]

일본 특허 공개 2000-283056호 공보(제3 내지 5 페이지, 도1)

[특허문헌 2]

일본 특허 공개 2000-64964호 공보(제3 내지 4 페이지, 도1)

드라이 펌프의 모터 전류 추이에 의해 수명 예측을 행하는 경우, 가스 유량 등의 프로세스 조건, 혹은 전원 전압 변동의 영향을 받으므로 감도나 정밀도가 좋은 안정된 수명 예측이 곤란하게 되는 문제가 있었다.

이와 같이, 모터 전류를 이용하는 종래의 드라이 펌프의 수명 예측 방법에서는 정밀도나 안정성에 문제가 있어, 보다 고감도로 안정된 고정밀도의 수명 예측 방법의 확립이 요구되고 있었다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하여 고감도로 안정된 고정밀도 회전기의 수명 예측 방법 및 이 회전기를 갖는 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 반도체 제조 장치의 개략을 도시하는 도면.

도2는 도1에 도시한 회전기(드라이 펌프)의 내부 구조를 도시하는 단면도.

도3은 모터 전류의 경시 변화의 일예를 나타내는 그래프.

도4는 성막 스텝에서의 모터 전류의 경시 변화의 일예를 나타내는 그래프.

도5는 성막 스텝에서의 모터 전류의 경시 변화의 다른 예를 나타내는 그래프.

도6은 모터 전류의 전류 최대치의 정상 상태 및 이상 상태에서의 개념도.

도7은 모터 전류의 소피크수의 정상 상태 및 이상 상태에서의 개념도.

도8은 모터 전류의 대피크수의 정상 상태 및 이상 상태에서의 개념도.

도9는 본 발명의 실시 형태에 관한 반도체 제조 장치용 회전기의 수명 예측 방법을 설명하기 위한 흐름도.

도10은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 반도체 제조 장치용 회전기의 수명 예측을 행하는 반도체 생산 시스템의 구성예를 나타낸 블럭도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : CVD 챔버

2 : 게이트 밸브

3 : 드라이 펌프(회전기)

6 : 측정 유닛

7 : 데이터 처리 유닛

10a, 10b : 회전자

11a, 11b : 회전축

13 : 본체

14 : 흡기 플랜지

15 : 배기 플랜지

32, 33 : 진공 배관

39 : 수명 예측 시스템

41, 42, 43 : 매스플로우 제어기

51, 52, 53 : 가스 배관

61 : 전류계

62 : 전압계

63 : 전력계

64 : 진동계

65 : 온도계

70 : 반도체 제조 장치

71 : LAN

72 : CIM

73 : 서버

74 : 데이터 처리 시스템

75 : 외부 기억 장치

77 : 컴퓨터

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제1 특징은, (가) 모니터용 제조 공정에 이용한 모니터용 회전기의 특징량의 모니터 시계열 데이터로부터 모니터용 회전기가 정지하기 직전의 이상 상태의 개시 시각을 판정하여 모니터 시계열 데이터를 통계적으로 해석하여 특징량의 이상 상태의 개시 시각에서의 값을 이상 판단의 역치로서 구하는 스텝과, (나) 진단 대상 회전기의 모터 전류 특징량의 시계열 데이터를 제조 공정 중에 측정하는 스텝과, (다) 제조 공정 중에 특징량이 변동하는 시계열 데이터로부터 평가용 진단 데이터를 작성하는 스텝과, (라) 평가용 진단 데이터가 역치를 초과한 시각을 진단 대상 회전기의 수명이라 판정하는 스텝을 포함하는 회전기의 수명 예측 방법인 것을 요지로 한다.

본 발명의 제1 특징에 따르면, 고감도로 안정된 고정밀도 회전기의 수명 예측 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 제1 특징에 있어서, 역치가 마하라노비스 거리로부터 결정되는 것이 바람직하다. 또한, 모터 전류의 특징량이 제조 공정 중에 발생하는 전류 피크수를 포함하는 것이 바람직하다. 전류 피크는 진단 대상 회전기의 정지 직전이 되어 발생하므로 고감도로 수명을 진단할 수 있다. 또한, 평가용 진단 데이터가 이상 상태가 되기 전의 정상 상태에 있어서 역치를 초과하여 이상이라 오진단되는 과오의 위험율이 상이한 복수의 특징량으로부터 작성되는 것이 바람직하다. 과오의 위험율이 높은 특징량에 의해 회전기 정지의 예조를 진단하고, 과오의 위험율이 낮은 특징량에 의해 회전기의 수명을 예측하면 된다. 또한, 모터 전류의 전원에 의한 변동이 진단 대상 회전기의 모터 전압 및 모터 전력 중 적어도 하나를 모니터하여 선별되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 특징은, (가) 제조 공정을 행하는 진단 대상 회전기와, (나) 진단 대상 회전기의 모터 전류의 특징량의 시계열 데이터를 제조 공정 중에 측정하는 측정 유닛과, (다) 제조 공정 중에 특징량이 변동하는 시계열 전류 데이터로부터 평가용 진단 데이터를 작성하고, 평가용 진단 데이터가 모니터용 회전기의 특징량의 모니터 시계열 데이터로부터 통계적으로 구해진 역치를 초과한 시각을 진단 대상 회전기의 수명이라 판정하는 데이터 처리 유닛을 구비하는 제조 장치인 것을요지로 한다.

본 발명의 제2 특징에 따르면, 고감도로 안정된 고정밀도의 수명 예측을 할 수 있는 회전기를 갖는 제조 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 제2 특징에 있어서, 측정 유닛이 진단 대상 회전기의 모터 전압 및 모터 전력을 측정하는 전압계 및 전력계 중 적어도 하나를 구비하는 것이 바람직하다. 모터 전압 및 모터 전력으로부터 전원 변동을 선별할 수 있다. 또한, 진단 대상 회전기가 반도체 제조 장치용 드라이 펌프인 것이 바람직하다. 또한, 데이터 처리 유닛이 로컬 영역 네트워크 상의 컴퓨터에 구비되는 것도 좋다. 혹은, 데이터 처리 유닛이 컴퓨터 종합 생산 시스템 상의 데이터 처리 시스템에 구비되어도 좋다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호가 붙여져 있다. 단, 도면은 모식적인 것이고, 두께와 평면 치수와의 관계, 각 층의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 다른 것에 유의해야 한다. 따라서, 구체적인 두께나 치수는 이하의 설명을 참작하여 판단해야 할 것이다. 또한 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.

본 발명의 실시 형태에 관한 반도체 제조 장치로서의 LPCVD 장치는, 도1에 도시한 바와 같이 CVD 챔버(1)를 진공 배기하는 드라이 펌프(3)(회전기)와, 드라이 펌프(3)의 수명을 예측하는 수명 예측 시스템(39)을 구비하고 있다.

수명 예측 시스템(39)은 각종 드라이 펌프(3)의 특징량을 측정하는 측정 유닛(7)과, 특징량의 시계열 데이터를 평가용 진단 데이터로서 작성하여 드라이 펌프(3)의 수명을 예측하는 데이터 처리 유닛(7) 등을 구비하고 있다.

또한, 측정 유닛(6)은 드라이 펌프(3)의 모터 전류, 모터 전압 및 모터 전력을 측정하는 전류계(61), 전압계(62) 및 전력계(63)와, 드라이 펌프(3)의 본체에 부착되어 진동을 측정하는 진동계(64)와 온도를 측정하는 온도계(65) 등을 구비하고 있다. 본 발명의 실시 형태에 있어서는 주로 드라이 펌프(3)의 모터 전류 추이를 측정하여 드라이 펌프(3)의 수명을 진단하여 예측한다. 전류계(61)에서 측정된 모터 전류는 측정 유닛(6)에 있어서 약전 신호로 변환되어 데이터 처리 유닛(7)으로 출력된다. 데이터 처리 유닛(7)에서는 약전 신호를 AD 변환하여 모터 전류의 특징량의 시계열 데이터를 평가용 진단 데이터로서 작성하여 수명의 진단을 행한다.

LPCVD 장치의 CVD 챔버(1)에는 가스 배관(51, 52, 53)이 접속되어 있다. 이 가스 배관(51, 52, 53)에는 CVD 챔버(1)로 도입되는 다양한 원료 가스 및 캐리어 가스를 제어하기 위한 매스플로우 제어기(41, 42, 43)가 각각 접속되어 있다. 즉, 매스플로우 제어기(41, 42, 43)에 의해 그 유량이 제어된 원료 가스 등은 가스 배관(51, 52, 53)을 통해 일정한 감압화의 CVD 챔버(1)로 도입된다. CVD 챔버(1)는 외기 차단과 분위기를 유지하는 것이 가능한 밀폐 구조를 이루고 있다. CVD 챔버(1)의 내부를 드라이 펌프(3)로 진공 배기하기 위해 CVD 챔버(1)의 배기측에는 진공 배관(32)이 접속되고, 이 진공 배관(32)의 배기측에 게이트 밸브(2)가 접속되어 있다. 게이트 밸브(2)의 배기측에는 또 다른 진공 배관(33)이 접속되어 있다.진공 배관(33)의 배기측에 드라이 펌프(3)의 흡기측이 접속되어 있다. 게이트 밸브(2)는 필요에 따라서 CVD 챔버(1)와 드라이 펌프(3)를 분리하거나, 혹은 배기 컨덕턴스를 조정한다. 그리고, 드라이 펌프(3)는 CVD 챔버(1)로 도입된 미반응의 원료 가스 및 반응 부생성물을 배기하기 위해 이용되고 있다.

도1에 도시하는 LPCVD 장치를 이용하여, 예를 들어 실리콘 질화막(Si₃N₄막)을 성막하는 경우에는 감압 상태가 된 CVD 챔버(1)에 6염화2규소(Si₂Cl₆) 가스를 매스플로우 제어기(41)를 거쳐서 도입하고, 암모니아(NH₃) 가스를 매스플로우 제어기(42)를 거쳐서 도입한다. 그리고, CVD 챔버(1)의 내부에서 실리콘(Si) 기판을 가열하고, 6염화2규소 가스와 암모니아 가스와의 화학 반응에 의해 실리콘 기판 상에 Si₃N₄막을 성막한다. 이 화학 반응은 Si₃N₄막을 생성하는 동시에, 반응 부생성물로서 염화암모늄(NH₄Cl) 가스 및 수소(H₂) 가스를 발생한다. 수소는 기체이고, 드라이 펌프(3)에 의해 배기된다. 염화암모늄은, 생성시에 있어서는 반응로 내가 650 ℃ 정도의 고온 하 및 수백 Pa 혹은 서브 수백 Pa 이하의 감압 하이므로 기체형이다. 도시를 생략하고 있지만, 통상, LPCVD 장치에는 고체의 반응 부생성물을 포집하는 트랩이 CVD 챔버(1)와 드라이 펌프(3) 사이에 설치되어 있다. 트랩은 압력이 낮으므로, 반응 부생성물의 완전한 포집은 불가능하다. 완전히 포집할 수 없는 반응 부생성물은 드라이 펌프(3)까지 도달한다. 드라이 펌프(3)에서는 기체의 압축에 의해 0.1 Pa 정도부터 대기압까지 압력이 증가한다. 반응 부생성물은 상태도에 있어서의 승화 곡선에 따라서, 저압 하에서는 기체로서 존재하지만, 보다 고압화에서 고화를 시작한다. 펌프 내부에서는 가스의 압축이 반복되어 수백 Pa의 압력으로부터 대기압까지 압력이 변화해 가므로, 배기 가스 중의 가스형 반응 부생성물은 압력 상승과 함께 드라이 펌프(3)의 내부에서 고화되기 시작한다. 드라이 펌프(3)의 배관 내에서 고화되기 시작하면, 근소하지만 퇴적물이 회전축을 탄성 변형시킨다. 그 결과로서, 드라이 펌프가 고장으로 이어진다.

도2에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 관한 반도체 제조 장치(LPCVD 장치)에 이용하는 드라이 펌프(3)는 3매의 블레이드가 부착된 2개의 회전자(10a, 10b)가 각각 회전축(11a, 11b)에서 회전하는 구조이다. 드라이 펌프(3)는 본체(13), 본체(13)의 흡기측에 설치된 흡기 플랜지(14) 및 본체(13)의 배기측에 설치된 배기 플랜지(15)를 갖고 있다. CVD 챔버(1)로부터 게이트 밸브(2)를 통과해 온 가스 흐름은 흡기 플랜지(14)로부터 드라이 펌프(3) 내로 들어간다. 드라이 펌프(3) 내로 들어간 가스는 2개의 회전자(10a, 10b)가 회전축(11a, 11b)에서 회전함으로써 압축된다. 압축된 가스는 배기 플랜지(15)로부터 배기된다.

회전자(10a, 10b)는 모터로 회전시킨다. 반응 부생성물이 드라이 펌프(3) 내부에 발생하는 상황에서 사용하는 경우, 반응 부생성물의 축적량이 한계를 초과하면 회전자(10a, 10b) 사이, 혹은 회전자(10a, 10b)와 본체(13) 내벽 사이에서 반응 부생성물이 마찰되어 최후에는 회전자(10a, 10b)가 정지한다. 회전자가 정지할 정도로 반응 부생성물의 축적량이 많지 않은 경우에는 모터 부하가 증가하므로 모터 전류가 증가한다. 모터 전류 증가는 드라이 펌프(3) 내부의 반응 부생성물의축적량이 증가할수록 커진다. 반응 부생성물의 축적 후의 모터 전류 추이에서는, 도3에 도시한 바와 같이 성막 스텝에서의 모터 전류 증가에다가 대소의 전류 피크의 증가가 관찰된다. 특히, 모터 전류의 대피크는 펌프 정지 직전이 되어 급증한다. 반응 부생성물의 축적량이 증가하면 큰 덩어리가 회전자(10a, 10b)와 본체(13) 내벽 사이 등에서 으깨어지는 현상이 일어나므로 단시간에 모터 전류가 증가하여 전류 피크가 나타나게 된다. 모터 전류 증가나 전류 피크수 등의 특징량에 대해 드라이 펌프(3) 정지로부터 일정 시간 전을 이상 상태로 하고, 정상 상태와의 경계를 통계적 수법을 적용하여 구해 수명 판단의 역치로 한다. 이와 같이 하여 반응 부생성물의 막힘에 기인하는 드라이 펌프(3)의 수명이 예측 가능해진다.

성막 스텝에서의 모터 전류의 증가는 가스류, 가스 유량, 혹은 온도 등의 성막 조건에 의존하여 일정 시간 후에 일어난다. 예를 들어, 6염화2규소 가스 50 sccm, 암모니아 가스 1000 sccm, 성막 온도 650 ℃의 성막 조건으로 드라이 펌프(3)의 모터 전류의 추이를 측정한 결과, 도4에 도시한 바와 같이 반응 가스를 CVD 챔버(1)로 유입한 후 약 10분 후에 드라이 펌프(3)의 모터 전류 증가가 확인되었다. 본 예에서는 드라이 펌프(3) 내부에는 이미 반응 부생성물이 수 ㎛ 이상 축적되어 있다. 예를 들어, 도5에 도시한 바와 같이 성막 스텝 개시 후, 단시간에 성막이 종료되는 성막 조건에서는, 모터 전류의 증가는 관찰되지 않는다. 따라서, 모터 전류의 증가를 수명 진단 데이터로서 이용하는 경우에는 소정 시간 이상의 성막 스텝에서 모터 전류 데이터를 측정할 필요가 있다.

수명 예측에 이용할 수 있는 모터 전류의 특징량에는 성막 스텝에서의 전류최대치, 전류 증가치(증가 부분의 합계) 및 전류 피크수 등이 있다. 전류 피크는 피크치에 의해 발생수 추이가 다르기 때문에 일정치보다 큰「대피크」와 작은「소피크」로 나누어 수명의 진단에 이용하는 것이 필요하다. 또한, 모터 전류는 전원 변동의 영향을 받으므로 전원 변동의 영향을 제거할 필요가 있다. 그로 인해, 모터 전압 및 모터 전력을 모터 전류와 동시에 전압계(62) 및 전력계(63)에서 측정하고, 전압 변동 혹은 전력 변동과 동기한 전류 변동을 전원 변동의 영향으로서 제거한다.

드라이 펌프(3)의 수명 진단에서는 판정 기준이 되는 역치를 정하는 방법이 중요하다. 통상은 모터 전류치의 변동이 커지는 시점에서의 값을 이용하고 있다. 도4에 도시한 데이터에서는 드라이 펌프(3) 정지 2일 전으로부터 전류 최대치의 증가 속도가 상승하고 있다. 그래서, 예를 들어, 드라이 펌프(3) 정지의 3일 전의 전류 최대치를 역치라 한다. 모터 전류의 증가가 인정되는 성막 시간 10분 이상의 성막 스텝에 있어서, 드라이 펌프(3)의 전류 최대치의 시계열 데이터를 드라이 펌프(3)가 정지할 때까지 측정하였다. 그 결과, 드라이 펌프(3) 정지의 일주일 이상 전에 특징량의 전류 최대치가 역치를 초과하는 경우가 있는 것을 알 수 있었다.

역치는 상기한 전류치 변동으로부터 정하는 방법 외에 반응 부생성물의 막힘에 의한 드라이 펌프(3) 정지로부터 일정 시간 전의 동안을 이상 상태, 그 이전을 정상 상태로 하여 역치를 설정하는 방법이 있다. 이상 상태와 정상 상태의 경계에서의 특징량의 값을 통계적 수법으로 구하는 것이 정밀도가 높다. 예를 들어, 성막 스텝에서의 모터 전류의 특징량이 드라이 펌프(3) 정지 전에 크게 변화하는 경우에는 이 변화 후를 이상 상태로 하여 정상 상태와의 경계를 정하면 한층 정밀도가 향상된다. 정상 상태와 이상 상태의 경계의 특징량의 역치를, 예를 들어 마하라노비스(Mahalanobis) 거리 등의 통계적 수법으로 구하면 된다. 마하라노비스 거리를 이용하기 위해서는 마하라노비스 공간을 취하는 쪽이 키가 된다. 본 발명의 실시 형태에서는, 마하라노비스 공간은 LPCVD의 성막 스텝의 특징량으로서 모터 전류 변동뿐만 아니라 모터 전압, 모터 전력, 드라이 펌프(3)의 진동 및 온도 등의 시계열 데이터가 이용된다. 예를 들어, 드라이 펌프(3)의 상태를 평가하는 데이터의 3일 전의 특징량의 시계열 데이터를「기준용 시계열 진동 데이터」로서 이용하여 3일 동안의 마하라노비스 거리 변화의 추이를 조사함으로써 성막 조건 변동의 영향을 제외할 수 있다.

마하라노비스 거리를 이용하여 성막 스텝에서의 모터 전류의 전류 최대치의 역치(X1)를 구하고 있다. 여기서, 드라이 펌프(3)의 정상 상태와 이상 상태의 경계를 모터 전류의 증가가 현저해지는 드라이 펌프(3) 정지의 2일 전으로 하고 있다. 마찬가지로 하여 성막 스텝에서의 모터 전류의 소피크수 및 대피크수에 대해서도 마하라노비스 거리를 이용하여 역치(Y1 및 Z1)를 구하고 있다. 도6 내지 도8에는 정상 상태 및 이상 상태에 있어서의 전류 최대치, 소피크수 및 대피크수의 분포가 개념도를 이용하여 도시되어 있다. 전류 최대치, 소피크수 및 대피크수 분포의 중앙치는 모두 정상 상태에서는 역치 이하에서, 이상 상태에서 역치를 초과하고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 마하라노비스 거리를 이용하여 설정된 역치를 이용하여 드라이 펌프(3) 수명의 진단 혹은 예측이 가능하다. 전류 최대치 및 소피크수에서는, 도6 및 도7에 도시되어 있는 바와 같이 정상 상태의 제3 사분위수가 역치(X1 및 Y1)를 초과하고, 또한 이상 상태의 제1 사분위수가 역치(X1 및 Y1) 이하로 되어 있다. 실제, 전류 최대치 및 소피크수는 드라이 펌프(3) 정지의 4일 전 및 일주일 전에 이상 상태 판정의 역치(X1 및 Y1)를 초과하게 되는 것이 확인되어 있다. 한편, 대피크는, 도8에 도시되어 있는 바와 같이 정상 상태에서는 거의 발생하지 않고, 이상 상태가 되어 급격히 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 대피크수는 드라이 펌프(3) 정지의 2일 이내에서 역치(Z1)를 초과하게 된다.

드라이 펌프(3) 내부의 반응 부생성물의 축적이 균일하게 증가하는 것은 아니기 때문에, 모터 전류의 전류 최대치나 소피크수, 대피크수에 변동이 발생한다. 그로 인해, 역치의 설정 방법이나 해석 대상으로 하는 특징량에 따라서는 예측 정밀도에 차이가 생기게 된다. 예를 들어, 도7의 소피크수에서는 이상 상태와 정상 상태의 경계가 명확하지 않고, 검정에 있어서의 제1 종류의 과오의 위험율(α 리스크)이 5 ％ 이상, 제2 종류의 과오의 위험율(β 리스크)이 10 ％ 이상으로 되어 있다. 그로 인해, 정상 상태에 있어서 평가용 진단 데이터가 역치를 초과해 버려 이상이라 오판단할 가능성이 높다. 따라서, 소피크수에서는 드라이 펌프(3) 내부의 반응 부생성물의 축적 상황을 모니터하여 이상의 예조를 포착하고, 경계가 명확한 특징량, 예를 들어 대피크수로 수명을 판단하면 수명 예측의 정밀도가 한층 높아진다. 본 발명의 실시 형태에 있어서, 성막 스텝에서의 모터 전류의 전류 최대치, 소피크수 및 대피크수의 3종류의 특징량 평가용 진단 데이터를 이용하여 이상 판단의 역치를 마하라노비스 거리로부터 구함으로써 1주일 전 내지 2일 전까지의 드라이 펌프(3)의 수명 예측이 가능해진다.

다음에, 도9에 도시하는 흐름도를 이용하여 본 발명의 실시 형태에 관한 제조 장치용 회전기의 수명 예측 방법을 설명한다. 구체적으로는, Si₃N₄박막을 형성하는 LPCVD 장치에 이용되는 드라이 펌프(3)의 수명을 예측한다.

(가) 우선, 스텝 S101에서는 LPCVD 장치의 드라이 펌프(3)의 수명 예측에 이용하는 이상 판단의 역치를 설정한다. 역치의 산출에는 모니터용 드라이 펌프(모니터용 회전기)(3)에서 측정된 모터 전류의 시계열 데이터를 이용한다. 예를 들어, 성막 스텝에서의 전류 최대치, 소피크수 및 대피크수 등의 이상 판단의 역치를 마하라노비스 거리로부터 구한다.

(나) 다음에 스텝 S102에 있어서, 전류계(61)에 의해 진단 대상이 되는 드라이 펌프(진단 대상 회전기)(3)의 성막 스텝에서의 모터 전류의 시계열 데이터를 샘플링 측정한다. 예를 들어, 샘플링 측정 간격은 1초이다. 전류계(61)에서 측정된 모터 전류를 측정 유닛(6)에 있어서 약전 신호로 변환하여 데이터 처리 유닛(7)으로 출력한다.

(다) 스텝 S103에 있어서, 데이터 처리 유닛(7)에서는 약전 신호를 AD 변환하여 특징량의 시계열 데이터를 평가용 진단 데이터로서 작성한다. 특징량은, 예를 들어 전류 최대치, 소피크수 및 대피크수이다.

(라) 그 후, 스텝 S104에 있어서, 데이터 처리 유닛(7)에 의해 평가용 진단 데이터를 역치와 비교하여 드라이 펌프(3)의 수명이 판단된다. 평가용 진단 데이터가 전부 역치 이하이면, 계속해서 측정을 반복한다. 또한, 소피크수와 전류 최대치의 한 쪽 또는 양 쪽만이 역치를 초과하고 있는 경우에는 이상의 예조로 하여 계속해서 측정을 반복한다.

(마) 그리고, 소피크수, 전류 최대치 및 대피크수의 평가용 진단 데이터가 모두 각각의 역치를 초과하고 있는 경우에는, 스텝 S105에서 수명 예측 시스템(39)은 LPCVD 장치에 딸린 표시 장치, 표시 패널, 혹은 표시 램프에 펌프 정지 직전(수명)의 표시를 행한다.

본 발명의 실시 형태에 관한 반도체 제조 장치의 수명 예측 방법에 따르면, 고감도로 안정되고 정밀도 좋게 이상의 예조 및 수명을 포착할 수 있다.

(그 밖의 실시 형태)

상기와 같이, 본 발명은 실시 형태에 의해 기재하였지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라 이해하면 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명백해질 것이다.

본 발명의 실시 형태에서는 이상 상태, 정상 상태의 경계를 결정하는 데 마하라노비스 거리를 이용하였지만, 그 밖에도, 예를 들어 t 검정이나 ²검정 등의 통계적 방법이면 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 드라이 펌프(3)의 수명을 예측하는 해석은, 본 발명의 실시 형태에서는 LPCVD 장치에 딸린 수명 예측 시스템(39)의 데이터 처리 유닛(7)에서 실시하였지만, 수명 판정 해석은 LPCVD 장치의 다른 컴퓨터에서 행해도 좋다. 예를 들어,드라이 펌프(3)의 제어 장치(도시 생략)에 내장해도 좋다. 또한, 도10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 반도체 생산 시스템은 로컬 영역 네트워크(LAN)(71)에 반도체 제조 장치(70), 컴퓨터(77), 컴퓨터 종합 생산 시스템(CIM)(72) 등이 접속되어 있다. CIM(72)은 서버(73), 데이터 처리 시스템(74) 혹은 외부 기억 장치(75) 등이 접속되어 있다. 측정된 시계열 가속도 데이터를 LAN(71)을 거쳐서 전송하여 CIM(72) 상의 데이터 처리 시스템(74)에서 수명 판정 해석을 실시해도 좋다. 또한, LAN(71) 상의 컴퓨터(77)나, CIM(72) 상의 서버(73) 혹은 다른 컴퓨터에서 수명 판정 해석을 실시해도 좋다. 또한, 수명 판정 해석용 특징량의 시계열 데이터를 CIM(72) 상의 외부 기억 장치(75)에 저장해도 좋다.

또한, 상기에 있어서, 6염화2규소 가스와 암모니아 가스와의 반응으로 실리콘 질화막을 성막하는 경우를 예시하였지만, 원료 가스는 6염화2규소나 암모니아 가스에 한정되지 않는 것은 물론이다. 예를 들어, 6염화2규소 가스로 바꾸어 디클로로실란(SiH₂Cl₂) 가스 등을 이용해도 좋다. 또한, Si₃N₄막의 LPCVD의 예에 한정되지 않고, 다른 재료의 박막의 LPCVD라도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, 단일 종류의 박막을 성장하는 경우의 예를 나타내었지만, Si₃N₄막, TEOS 산화막, 다결정 실리콘 등의 복수 종류의 박막을 동일한 LPCVD 장치에서 형성하는 경우라도 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에서는 회전기로서 루트형의 드라이 펌프(3)를 이용한 예를 서술하였지만, 스크류형의 드라이 펌프에서도 같은 효과를 얻을 수 있는 것을 확인하고 있다. 또한, 회전기는 드라이 펌프뿐만 아니라, 터보 분자 펌프, 기계적 부스터 펌프 혹은 로터리 펌프 등 어떠한 펌프도 대상으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에서는 LPCVD 프로세스의 예를 나타내었지만, 본 발명은 회전기의 내부에 반응 생성물이 퇴적하여 회전기(펌프)가 정지하는 경우에는 같은 효과가 확인되고 있고, CVD 프로세스 전반, 드라이 에칭 프로세스 등에 적용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 여기서는 기재하고 있지 않은 다양한 실시예 등을 포함하는 것은 물론이다. 따라서, 본 발명의 실시 형태에 관한 기술적 범위는 상기한 설명으로부터 타당한 특허청구의 범위에 관한 발명 특정 사항에 의해서만 정해지는 것이다.

본 발명에 따르면, 고감도로 안정된 고정밀도 회전기의 수명 예측 방법 및 이 회전기를 구비한 제조 장치를 제공할 수 있다.

Claims

모니터용 제조 공정에 이용한 모니터용 회전기의 특징량의 모니터 시계열 데이터로부터 상기 모니터용 회전기가 정지하기 직전의 이상 상태의 개시 시각을 판정하고, 상기 모니터 시계열 데이터를 통계적으로 해석하여 상기 특징량의 상기 이상 상태의 개시 시각에서의 값을 이상 판단의 역치로서 구하는 스텝과,

진단 대상 회전기의 모터 전류의 특징량의 시계열 데이터를 제조 공정 중에 측정하는 스텝과,

상기 제조 공정 중에 상기 특징량이 변동하는 상기 시계열 데이터로부터 평가용 진단 데이터를 작성하는 스텝과,

상기 평가용 진단 데이터가 상기 역치를 초과한 시각을, 상기 진단 대상 회전기의 수명을 판정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전기의 수명 예측 방법.
제1항에 있어서, 상기 역치가 마하라노비스(Mahalanobis) 거리로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 회전기의 수명 예측 방법.
제1항에 있어서, 상기 모터 전류의 특징량이 상기 제조 공정 중에 발생하는 전류 피크수를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전기의 수명 예측 방법
제1항에 있어서, 상기 평가용 진단 데이터가 상기 이상 상태가 되기 전의 정상 상태에 있어서 상기 역치를 초과하여 이상이라 오진단되는 과오의 위험율이 상이한 복수의 상기 특징량으로부터 작성되는 것을 특징으로 하는 회전기의 수명 예측 방법.
제1항에 있어서, 상기 모터 전류의 전원에 의한 변동이 상기 진단 대상 회전기의 모터 전압 및 모터 전력 중 적어도 하나를 모니터하여 선별되는 것을 특징으로 하는 회전기의 수명 예측 방법.
제조 공정을 행하는 진단 대상 회전기와,

상기 진단 대상 회전기의 모터 전류의 특징량의 시계열 데이터를 상기 제조 공정 중에 측정하는 측정 유닛과,

상기 제조 공정 중에 상기 특징량이 변동하는 상기 시계열 데이터로부터 평가용 진단 데이터를 작성하여 상기 평가용 진단 데이터가 모니터용 회전기의 특징량의 모니터 시계열 데이터로부터 통계적으로 구해진 역치를 초과한 시각을 상기 진단 대상 회전기의 수명이라 판정하는 데이터 처리 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
제6항에 있어서, 상기 측정 유닛이 상기 진단 대상 회전기의 모터 전압 및 모터 전력을 측정하는 전압계 및 전력계 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로하는 제조 장치.
제6항에 있어서, 상기 진단 대상 회전기가 반도체 제조 장치용 드라이 펌프인 것을 특징으로 하는 제조 장치.
제6항에 있어서, 상기 데이터 처리 유닛이 로컬 영역 네트워크 상의 컴퓨터에 구비되는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
제6항에 있어서, 상기 데이터 처리 유닛이 컴퓨터 종합 생산 시스템 상의 데이터 처리 시스템에 구비되는 것을 특징으로 하는 제조 장치.