TW556258B - Method for diagnosing lifetime of semiconductormanufacturing equipment - Google Patents

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556258 0) 玫、發明說明丨; (發明說明應敘明丨發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 發明的技術領域 本發明係關於·預測半導體製造裝置之壽命之研判方法 ’特別係關於預測使用於CVD裝置、乾式蝕刻裝置等之乾 栗之壽命之研判方法。 先前技藝 為有效進行半導體裝置之製造，半導體製造裝置之故障 研判已變得愈來愈重要。而且，近年來，在系統LSI(大型 積體電路）中，少量多種生產之傾向特別強烈，能靈活應 付此需求之有效的半導體裝置之製造方法已愈來愈需要 。在有效的半導體生產中，有使用小規模之生產線之方法 。但光只單純地將大規模生產線縮小時，因會發生製造裝 置之運轉率降低等問題，故有投資效率低落之問題。作為 此對策，雖有利用一個製造裝置執行多數製造工序之方法 ’但例如在排氣系統使用乾泵之LPCVD(減壓化學氣相沉 積）裝置中’由於處理之種類之不同，反應氣體及反應產 物會有差異，在泵内部之產物之產生狀況也會有差異，因 此，當處理之種類發生變化時，壽命就會發生變動。 在特定之製造處理中，泵的動作停止時，不僅製造中之 整批產品會變成瑕疵品，且在製造裝置之内部會產生微小 的塵屑，使得製造裝置需要施行多餘之維護，因而大幅降 低半導體裝置之製造效率。為防止在此處理中突然停止， 泵之維護時間估計得較充裕時，泵之維護頻度會增加，不 556258 (2) 僅增加維 轉率顯著 ，為了實： 有必要確 ，且必須 乾泵& ^例如，4 馬哈拉諾 MD之壽為 資料，僅 之特徵量 拉語畢斯 質性之特 諾畢斯空 集合可構 可利用由 哈拉諾畢 象之特徵 與作為評 度。馬哈 數值表示 概率較大 發明所欲 利用馬

護成本，且因泵的更換導致半導體製造裝置之運 降低’故半導體裝置之製造效率大幅降低。如此 現高效率之小規模生產線所必要之裝置共用化， 實研判乾泵之壽命，使用泵至其壽命之最大極限 施行壽命之預測。 壽命研判方法到現在為止，已有人提出若干方法 乍為可鬲靈敏度地研判故障發生之方法，有利用 畢斯距離MD之方法。在利用馬哈拉諾畢斯距離 r斫判方法中，係收集可期待均質性之特徵量之 由同一狀態形成辨識空間。即，在計測正常狀態 時’可期待該特徵量較具有均質性。在利用馬哈 距離MD之壽命研判方法中，收集此種可期待均 徵量之資料，作成壽命辨識用之空間之「馬哈拉 間（基準空間）」。由於正常狀態之特徵量資料之 成作為具有某種相關關係之評估基準之空間，故 資料之集合體導出之相關矩陣之逆矩陣，表現馬 斯空間。「馬哈拉諾畢斯距離MD」係表示評估對 量資料之異常程度，即表示所測定之特徵量資料 估基準（正常狀態）之特徵量資料相差多少之尺 拉譜畢斯距離MD可以取零至無限大之值。小的 屬於正常資料之範圍，大的數值表示發生異常之 ’可判斷壽命已接近結束。 解夹之問題 哈缸諾畢斯距離MD之壽命研判方法之關鍵點在 (3) 於特徵量之決定法與表示正常時之「馬哈拉諾畢斯空間（基 準空間）」之取法。在以往所提出之利用馬哈拉諾畢斯距 離MD之壽命研判方法中，由於僅取剛維護完畢後之資料 作為基準空間，無法除去壓力變動、氣體流量變動等半導 體製造處理中之變動、及電源變動之影響，故難以施行精 確度1¾之研判。 又，在乾泵中，有馬達電流等特徵量因裝置而異之儀器 誤差之問題。此儀器誤差也在精確度高之研判上構成障礙。 如上所述，在以往之乾泵之故障研判方法中，有容易受 半導體製造之處理條件之變動、電源變動及儀器誤差之影 響而難以施行精確度高之研判之問題。 本發明係為解決上述問題研發而成，其目的在於提供不 受半導體製造之處理條件之變動、電源變動及儀器誤差影 響之半導體製造裝置之壽命研判方法。 解決問題之手段 為達成上述目的，本發明之第一特徵係以提供下列半導 體製造裝置之壽命研判方法為其要旨··包含（A)基準時間 系列資料測定步驟，其係測定半導體製造裝置無劣化時之 特徵量之基準時間系列資料者；（B)基準自協方差函數求 出步驟’其係由基準時間系列資料求出基準自協方差函數 者’（C)基準變動週期求出步騾，其係由此基準自協方差 函數’抽出肇因於處理條件之變動及電源之基準變動，並 求出其基準變動週期者；（D)研判用時間系列資料測定步 驟’其係在構成半導體製造裝置之評估對象之順序中，測 (4) (4)556258 疋特徵量之研判用時間系列資料者；（E)研判用自協方差 函數求出步驟，其係由此研判用時間系列資料求出研判用 自協方差函數者；及（F)壽命決定步驟，其係利用比基準 變動週期短之週期之成分，由此研判用自協方差函數決定 半導體製造裝置之壽命者。 依據本發明之第一特徵，在半導體製造裝置之壽命研判 上可利用與處理條件之變動、電源變動之週期不同之週期 成分。利用自協方差函數研判半導體裝置之壽命時，由於 係分析相離之時間間隔之資料間之相互作用，不僅可顯現 出故障之預兆，且可顯示出週期性之處理條件之變動、電 源變動。半導體製造裝置之故障（異常停機）之發生係由於 半導體製造處理中在半導體製造裝置内部產生反應產物 所致’所以故障之預兆顯現於肇因於處理條件之變動、電 源變動之自協方差函數以外之部分。因此，如剛維護完畢 後之情形一般’如果事先由泵正常狀態（即無劣化時）之特 徵量之基準時間系列資料求得之自協方差函數資料確認 變動肇因於處理條件之變動、電源變動，則此變動以外之 部分即成為反應產物所引起之變動，即半導體製造裝置之 故障（異常停機）之預兆。例如，以LPCVD裝置所使用之乾 果之情形為例加以說明時，乾泵之故障（異常停機）會顯現 於反應產·物之沉積所引起之轉子與外殼之摩擦。轉子與外 设摩擦引起特徵量變化之週期會顯現於比處理條件之變 動、電源變動短之一側之部分。因此，在本發明之第一特 徵之半導體製造裝置之壽命研判方法中，利用比處理條件 -10- 556258

(5) 之變動、電源變動短之週期之成分來決定半導體製造裝置 之壽命。具體而言，係將比處理條件之變動、電源變動短 之週期之自協方差函數之絕對值超過預定之特定值（臨限 值）之情形定為故障之預兆，或可將自協方差函數第一次 為零之時間間隔超過特定值之情形定為故障之預兆。 在本發明之第一特徵中，作為使用於例系之泵研判之特 徵量’例如，可使用半導體製造裝置之馬達電流、馬達電 力、冢内部壓力、振動、氣體溫度所組成之群中至少一種。 个贫明之第二特〜.小…_ π「門干守·肢一〜> I〜％ 命研判方法為其要旨：包含（Α)基準時間系列資料測定步 驟’其係在開始測定半導體製造裝置之特徵量之研判用時 間系列資料之時刻之特定時間前，以與目的之研判同一處 理條件測定所對應之特徵量之基準時間系列資料者；（B) a疋步驟，其係由基準時間系列資料設定馬哈拉諾畢斯空 間者’（C)測足步冑，其係測定特徵量之研判用時間系列 資料者；（D)求出步驟， 鄉 其係利用研判用時間系列資料與 馬哈拉諾畢斯空間，屯 ’、 』不出研判用時間系列資料之馬哈拉諾 畢斯距離之時間變化去· u寄，（E)固定步驟，其係將馬哈拉諾 畢斯距離達到預定之臨， 、 值時之研判用時間系列資料構 成 < 空間固定為新馬也，^ ^ 傅 +撕廿 "拉祐畢斯空間者；及（F)哥命決定 步驟，其係利用對新馬也 疋 ;雜 "拉祐畢斯空間之新馬哈拉諾畢斯 距離與預定之臨限值 芈斯 命者。 < 比較，決定半導體製造裝置之壽 利用馬哈拉諾畢斯距離之壽命研判…由正常狀態 •11- 556258 画 在源斯 間兆動電畢 空預變、諾 準之源動拉 基障電變哈 C故、之馬 間{動件於 空常變條入 斯異之理趴 畢斷件處日一 諾判條除 Γ 拉動理排兆 哈變處可預 馬之含即之 算間包，障 計空得間故 } 量斯取空出 @ 徵畢先斯判 特諾事畢研 之拉如諾而 哈時拉響理 馬此哈影處 由。馬之之 用法之動間 利方内變空 條件之變動也有其界限。例如，如LPCVD處理之減壓順序 般，有急遽之壓力變動時，馬哈拉諾畢斯空間因含有大的 變動，故異常之檢出靈敏度會降低。因此，馬哈拉諾畢斯 空間有必要在不含減壓順序之壓力變動等大的變動之狀 態下測定。又，馬哈拉諾畢斯距離也不能取入超過取馬哈 拉諾畢斯空間之時間系列資料之測定時間以上之長週期 之處理條件之變動、電源變動，因此，例如，僅在剛維護 完畢後過取得馬哈拉諾畢斯空間，則不能除去長週期之處 理條件之變動、電源變動之影響。因此，在本發明之第二 特徵中，不以取馬哈拉諾畢斯空間之剛維護完畢後之特徵 量作為基準時間系列資料，而係在開始測定研判用時間系 列資料之時刻之特定時間前，利用與目的之研判同一處理 條件，測定基準時間系列資料。即，可以評估在較短時間 之馬哈拉諾畢斯距離之變化，故可除去長週期之處理條件 之變動、電源變動之影響。如此，評估馬哈拉諾畢斯距離 之演變情形後，馬哈拉諾畢斯距離超過臨限值時，即可判 斷為故障之預兆。此馬哈拉諾畢斯距離之臨限值雖然通常 為4，但依據本發明人探討之結果，由於有測定誤差及未 除去之微小變動之影響，故將構成故障之預兆之馬哈拉語 -12- (7) &離〈臨限值定為4時，獲得精 ^

% ^ 1于積確度會變差之實釦0J 命研判 。因此，在本發明之第二特徵 轟 f 于徵又+導體製、造裝置尤奸 方法中，馬哈拉諾畢斯距醢 > 故 ^ .1〇 之範圖 離〈臨限值最好使用卜1 趣為广直。由於係在馬哈拉諾畢斯距離超過臨限值’確 障又預兆後，評估半導體製造狀 沉 ^裝置疋剛停止則尤 ·、、、哈拉諾畢斯空間重新設定於超過臨限值時之值， 新馬哈拉諾畢斯空間評估新馬哈拉諾畢斯〆 值、广由於馬哈拉諾畢斯距離對變動遠比方差及彳均 查^變等通常之方法更為敏感，故在研判時，可透過調 化之較近之特定時間前所取得之馬哈拉諾畢斯空間之變 預兆Υ式，精確地掌握泵故障等半導體製造裝置之故障之 徵量發明之第二特徵中，作為使用於例示之泵研判之特 力、’例★’可使用半導體製造裝置之馬達電流、馬達電 系内部壓力、振動、氣體溫度所組成 種。 發明之實施形態 :次’參照圖式’說明本發明之第一〜第三實施形態。 在第 第三實施形態中，作為壽命研判對象之半導體製 造裝置之例，說明減壓CVD(LpcvD),尤其係說明研判使 用於此LPCVD之乾泵之壽命之情形。 因此，在說明本發明之第一〜第三實施形態之前，先利 用圖1說明作為壽命研判對象之LPCVD裝置之概略情形。 在圖1所示之LPCVD裝置中，CVE^ i連接氣體配管51、52 、53。在此氣體配管51、52、53分別連接質量流量控制器 -13· 556258 ⑻ 、42、43，用於控制導入㈣室以各種原料氣體（源氣） 及載氣…尤是說’流量被質量流量控制器41、42、43 控制之原料氣體等通過氣體配管51、52、53而被導入cvd 室卜⑽室i係構成可與外氣隔絕而保持氣體環境之密閉 構造。為了利用乾系3將CVI^i之部真空排氣，在cvd 室丨之排氣侧連接真空配管32,在此真空配管以之排氣側 連接門閥2。在門閥2之排氣侧連接另— 空配管33之排氣側連接乾…氣側。門問2:必要在時； 分離0乂〇室1與乾泵3,或調整排氣傳導力之閥。而，乾栗 3則用於排放導入於0乂0室1之未反應之原料氣體及反應 產物。 利用圖！所*之LPCVD裝置，例如形成珍氮化膜（_4膜） 時，在處於被減壓狀態之CVD室卜二氣矽烷（SiH2Cl2)氣經 質量流量控制器41被導入，氨（Nh3)氣經質量流量控制器 42被導入。而在€¥1)室1之内部，將矽（Si)基板加熱至約8〇〇力 程度’利用二氯矽烷（SiH^h)氣與氨（Nh3)氣之化學反應， 在珍基板上形成矽氮化膜。此化學反應可產生矽氮化物， 同時產生氣化按（NI^Cl)氣及氫（HO氣，以作為反應副產物 。氫屬於氣體，被乾泵3所排出。另一方面，氯化銨由於 在產生時，反應爐内處於800t程度之高溫下及數百Pa或 低於數百Pa以下之減壓下，故為氣體狀。在此雖省略圖示 ’但通常，在減壓CVD裝置中，在CVD室1與乾泵3間設置 收集固體之反應副產物之收集器。收集器因壓力較低，不 成冗全收集反應副產物。未能被完全收集反應副產物會到 -14· 556258

達乾泵3之位置。在乾泵3，因氣體之壓縮而使其壓力由0·1 Pa程度增加至大氣壓。反應副產物會依照狀態圖之昇華曲 線’在低壓下以氣體形態存在，但在壓力變得更高時，則 開始固化。在泵内部，由於氣體反覆在壓縮，壓力由數百 Pa之壓力變化至大氣壓力，故在排氣中之氣體狀之反應副 產物在壓力上升之同時，會在乾泵3内部開始固化。在乾 泵3之配管内開始固化時，排氣傳導力會降低，在反應副 產物之固化•吸著部分，壓力會更為增加，其結果，乾泵 3之溫度開始上升，使得乾泵3發生故障。在以下之第一〜 第三實施形態之說明中，說明使用於此種LPCvd裝置之乾 泵3之故障，或壽命研判方法之例。 (第一實施形態） 在本發明之第一實施形態之半導體製造裝置之壽命 判方法中，係使用分析由半導體製造裝置取得之馬達電流 、馬達電力、《内部壓力、振動、氣體溫度等之特徵量之 基準時間系列資料’以預測半導體製造裝置之未來之故障 之概率論的方法。例如，如能找到「在某-時刻，乾栗之 馬達電流變多，在特定之滞後幅度(資料間隔）r之後馬 達電流仍然增大」之關係，則有助於乾菜故障之研判。 首先’為分析由半導禮製造裝置取得之特徵量之基準時 間系列資料，需要有正常 又疋間早而1，所謂正常 性，係^在各時間★ g X丨，k l , ·門足時間系列資料可利用相同之梭率過程 加以實現’或概率假定之紡斗 疋炙統计的性質不隨時間而變化之音 〇要達到正常狀態有 〜、 要滿足期待值E[x⑴卜以對時間不變 -15 - 556258 (ίο) 、期待值E[x(t)2]=# 2對時間不變，也就是說，χ⑴之方差對 時間不變，甚至於對任意之t、r，期待值E[wt)x( r )]為t— r 之函數，也就是說，期待值E[x⑴x( r )]依存於時間之差之 條件。也就是說，期待值E[x⑴x(t+ r )]為滯後幅度Γ之函 數，期待值Ε[χ⑴]為一定。 因此’變數x(t)與滯後幅度r之後之變數x(t+ 〇相連動 之程度，即，X⑴與x(t+ 7：)之協方差： ·······(〇 ····· ..(3) c〇v(x(t)，X(t+ 7： ))=E[(X⑴一z〇(x(t+ r )— // )] 成為滯後幅度（資料間隔）r之函數。因為 E[(x(t)—以）(x(t+ r )— y )]=E[x(t)x(t+ r )]— // 此函數稱為自協方差函數c(7：)，其定義為 c( r )= Ε[(χ⑴—幻(x(t+ r )— # )] 另外，自相關函數p xx( r )之定義為·· Ρ χχ( τ )= C( r )/ C(0) 一 ..........·，·.(4) C( r )表示離開滯後幅度r之資料間之關係之強度。也就 疋說’此量向正方向增大時，變數x(t)與滯後幅度r之後 之變數x(t+ r )施行同樣傾向之動作；反之，此量向負方 向增大時’變數x(t)與變數x(t+ r )施行相反傾向之動作。 而此量為0時，變數x(t)與變數x(t+ r )顯然施行無互相關係 之動作。 另外 Ρ χχ( Γ )可利用C( r )除以通常之方差C(0)，而将其 值規格化成為： ' ~ ^ ^ xx(r 1 · f .......·、(5) 因為通常之方差c(〇)係表示與自己本身之關係之強户 -16-

，由於不會有超過自己本 I C(r ) I ^ | C(〇) | 以上之強烈相關，故： 結果，可以判斷此自相關 · ；"*；…(6) x⑴與變數x(t+ r )之關係兪、P r )愈接近於1，變數 之壽命。 強’故可預測半導體製造裝置 本發明之第一實施形態之 方法係依照圖2所亍之+ “導體製造裝置之壽命研判 叮不I步驟進行： (Α)首先’在步驟S 11，則& 間系列資料，以此作為乾菜無劣化時之特徵量之時 化ΒΦ -S ^ fflt 基準時間系列資料」。即，「矣劣 化時」，選擇剛維護後之時 、 .，、、劣 *》則定剛維護後之馬達雷、、云

日間之基準時間系列資料 m曼佼 籩H 八 、 基準時間系列資料係以每隔 分鐘I万式測定。 π h 1 (B)其次，在步驟si2中，丄 由此基準時間系列資料，取 自協方差函數C(r)，作A「甘， 于 w 基準自協方差函數C( τ )」。即 ’由無劣化之剛維護後之虱 馬達電流1曰間之基準時間系列 資料，取得在形成w * 风膜 <〉儿積順序之資訊之基準自協方 差函數C(r)。 (C)其次，在步驟S13中，由基準時間系列資料取得之基 準自協方差函數C(7T)，抽出被視為處理條件之變動或電源 變動之起因之變動成分，求出其變動週期。圖3係表示乾 果剛維護後之馬達電流之基準自協方差函數c(r)之例。圖 3之縱軸表示以C(0)(對應於通常之方差）規格化之自相關 函數Pxx(r);橫軸表示剛維護後之馬達電流測定之資料間 隔τ 。此時之單位為分鐘。由圖3可確認在此資料中’在 -17· 556258 (12) 10分鐘間隔以上之基準自協方差函數c(r)中含有被視為 處理條件之變動或電源變動之起因之變動成分。 (D)而在步驟514,在作為半導體製造裝置之評估對象之 順序中’測定特徵量之研判用時間系列資科。即以在沉積 順序之馬達電流之時間系列資料為r研判用時間系列資料 」’測定此研判用時間系列資料。 (E) 此後，在步驟s 1 5，由此研判用時間系列資料求出「 研判用自協方差函數C(r)」。 (F) 而在步驟S16,利用比基準變動週期短之週期之成分 ，由此研判用自協方差函數決定半導體製造裝置之壽命。 也就是說，利用10分鐘以下之週期成分評估研判用自協方 差函數C(r)之演變情形。圖4係表示顯現故障之預兆時之 自相關函數pxx(r)之變化。依據評估結果，累積膜厚約5 μιη 時，在10分鐘以下之部分有顯著增加之現象，確認泵接近 於故障，即已呈現故障之預兆。實際上，資料間隔7為5 分鐘時之自相關函數Pxx(r)之累積膜厚依存性係如圖5所 示，縱軸之自相關函數Pxx(r)顯然在累積膜厚約5㈣時， 有急遽地增加之現象。沉積過程更推 丄田* 狂文進一步繼續時，在累積 膜厚約5·5 μιη時，乾泵即停止不動。 圖6係表示在圖3中，自相關函數η ^ #致&χ(Γ)第一次為〇之資料 間隔r (滞後幅度）之累積膜厚依存 仔丨生。與圖5所示之資料 間隔τ接近於0時之自相關函數 π ~χ(τ)同樣地，滯後幅度Γ 之變化也在累積膜厚約5·5 μιη時，古& . 哥急遽地增加之現象， 顯然可檢知故障之預兆。 -18« (13) (13)556258 在本發明《第一實施开）態之半導體製造裝置之壽命研 判方法中，判斷故障之預Μ “預定臨限值，，只要在實際· 之應用中適當地加以設定即可。例如如果將由平常時之平 均值偏離標準偏差之1倍至3倍以上之情形設定為故障之 預兆時，即可高精確度地掌握到故障之預兆。在第一實施· 形態中，顯然可在乾泵停止運轉前之累積膜厚之約丨成前_ ’即可掌握到故障I預兆。當自協方差函數c(r)掌握到故 障之預兆之後’各參數僅會單調地增加，因此可在乾泵停 g 止之前’設定更換乾泵用之臨限值（表示乾泵即將停止之 值）^因此’可確保裝置製造之效率化^臨限值換算成累 積膜厚時，可設定於乾泵停止之〇·1 μιη前。由於通常LPCVD 處理所形成之Si;N4膜厚約在2〇咖至2〇〇 nm之程度，故採用 第一貫施形態之半導體製造裝置之壽命研判方法時’即可 判斷在其次之成膜過程中乾果是否會停止。 在第一實施形態中，係顯示利用自協方差函數c(r)刀析 馬達電流之情形之例。在乾菜中，為爭取排氣速度’有時 麵 會採用輔助泵、主泵之多段構成方式。例如，有時會組口 使用將機械升壓泵等輔助泵、乾泵等之主篆第〆段主栗 ， 第二段、主泵第三段、主泵第四段、主泵第五段互相_聯 · 連接之多段構成之真空排氣系。另外，有時也在則段之主 泵與後段之主泵之間插入氣體冷卻器。在此種多段構成4 真空排氣系之情形，只要以在泵内部可能顯著產生反應產 物之位置之泵為對象即可。具體而言，只要著眼於隨著多 段構成之真空排氣系之運轉，變動會變大之位置之泵即可 -19- 556258 (14) 。又，除了電流以外，在電力、壓力、振動、氣體 之特徵量也可獲得同樣之效果。又，時間系列資料 間隔只要依據處理條件加以決定即可。在半導體裝 之通常之LPCVD處理中，適切之時間系列資料之測 為0.5秒至1 0分鐘之間隔。 (第二實施形態） 其次，以在乾泵之故障研判上使用頻率分析之例 發明之第二實施形態之半導體製造裝置之壽命研 。即，採用分析乾泵之機殼振動之頻率分布之方式 分析第一實施形態之乾泵之故障研判上使用之馬 之自協方差函數C(r)之方式。 本發明之第二實施形態之半導體製造裝置之壽 方法係依照圖7所示之步驟進行： (A) 首先，在步驟S2卜測定作為半導體製造裝置 之特徵量（振動）之時間系列資料。振動之測定係採 1 0秒，以加速度檢測器測定機殼之加速度之方式造 次測定間隔0.5 msec，時間合計1秒鐘。 (B) 加速度檢測器所測定之機殼之加速度（時間 料）在計測後，在步驟S22被施行傅里葉變換，求出 分布。 (C) 而在步驟S23,在頻率分布中，著眼於特定之 分，利用此特定之頻率成分之特徵量之變化，決定 製造裝置（乾泵）之壽命。第二實施形態之乾泵之馬 為3000 rpm，轉子之葉片為3片，在第二實施形態中 溫度等 之測定 置製造 定間隔 說明本 判方法 ，取代 達電流 命研判 之乾泵 用每隔 行，每 系列資 其頻率 頻率成 半導體 達轉數 ，調查 -20- 556258 (15) 50 Hz、150 Hz、300 Hz、450 Hz之頻率分布與500 Hz以上之高 頻部分之演變情形。在lpcvd之沉積處理中，雖有減壓、 升溫、沉積、淨化、常壓復原、備用等各種順序，但在第 二實施形態中，僅調查對乾泵故障最有影響之沉積順序之 演變情形。 圖8係表示特定頻率之加速度之累積膜厚依存性。如圖8 所示’累積膜厚約4 μιη時，150 Hz〜450 Hz之部分有加速度 增加現象，累積膜厚-5.2 μιη時，800 Hz以上之高頻部分有 加速度增加現象，而在累積膜厚達到5.5 μιη時，乾泵即停 止運轉。如此，顯然特定頻率之加速度也可掌握故障之預 兆。 在本發明之第二實施形態之半導體製造裝置之壽命研 判方法中，判斷故障之預兆之“預定臨限值，’只要適當地 加以設定即可。例如，如果將由平常時之平均值偏離標準 偏差之1倍至3倍以上之情形設定為故障之預兆時，即可高 精確度地掌握到故障之預兆。在第二實施形態中，顯然可 在乾泵被迫停止運轉前之累積膜厚之約丨成前，掌握到故 障之預兆。當特定頻率之加速度掌握到故障之預兆之後， 各參數僅會單調地增加，因此可在乾泵停止之前，設定更 換乾泵用之臨限值。因此，可確保裝置製造之效率化。臨 限值換算成累積膜厚時，可設定於乾泵停止之〇· 1叫前。 在第二實施形態中，係將振動之測定位置設定於機殼， 但只要屬於可高靈敏度地檢知反應產物附著於軸承等轉 子而失去平衡之處即可。時間系列資料之測定間隔只要依 -21 - (16) (16)556258 據處理條件加以決 LPCVD處理中广口。在半導體裝置製造之通常之 (第三實抱形態)適切之測定間隔為。.5秒至㈣鐘 仙之例說:本乾二:故障研…用馬哈拉諾畢斯距離 壽命研判方法广形態之半導體製造裝置之 流、栗内壓力Γ在第三實施形態中，採用評估馬達電 諾畢斯=:::壁::動:特徵量所構成之馬哈拉 達電，，户、 》 代在第一實犯•形態中，評估馬 成< 自協方差函數C(r)之演變方式。

本發明之第=杳、A 一實她形惡之半導體製造裝置之壽命研判 万去係依照圖9所示之步驟進行： (A)首先，在步 徵量之研判用時：測定半導體製造裝置之特 目的之研判同料之時刻之特定時間前，利用與 間系^:… 處理條件測定所對應之特徵量之基準時 造裝置為將馬哈拉語畢斯距離_lj用於半導體製 之取去“命研判万法’基準空間(馬哈拉諾畢斯空間) 取:係重要關鍵。在本發明〆第三實施形態中， =僅利用與目的之研判同—處理條件之lpcvd處理 用，估Γ具禮而言，為排除處理條件之變動之影響，使 ’乾泵狀態之資料之例如3曰前之特徵量之資料，作 :力基準時間系列資料」…，係使用馬達電流、栗内 列資料Γ。之外壁之振動，作為特徵量之資料(基準時間系 (B)其次，在步㈣2,由此基準時間系列資料設定馬哈 •22· (17) (17)556258 拉語畢斯空間。即，求出由馬達電流、 采内壓力、泵之外 壁之振動之資料（基準時間系列資料 7〜杲合體導出之相 關矩陣之逆矩陣。此相關矩陣之逆矩陳 干 < 計算係利用連接 於半導體製造裝置之電腦之運算處理部 邵加以執行，所求得 之馬哈拉諾畢斯空間被儲存於電腦之記憬部 (C) 而後，在步驟S33，測定3日間 ， <特徵量之馬達電流 、泵内壓力、泵之外壁之振動之資料（ 行（研判用時間系列資 料）。 (D) 而後’在步驟S34，利用3日間之研全丨m 土 J <听判用時間系列資 料與馬哈拉諾畢斯空間，求出研判用日辛 %〜用時間系列資料之馬哈 拉諾畢斯距離之時間變化。馬哈拉諾畢斯距離之計算係利 用儲存於電腦之記憶部之馬哈拉諾畢斯空間之資料，在電 腦之運算處理部加以執行。如此，利' ^ 〜州汁估乾泵狀態之資 料之3日前之特徵量之資料，調杳在 碉兔在3日間足馬哈拉諾畢斯 距離MD之變化的演變，即可排除處理條件之變動之影響 。圖10係表示馬哈拉諾畢斯距離MD之累積膜厚依存性。 如圖1〇所$’累積膜厚4.5叫時，可知馬哈拉諾畢斯距離 MD超過5。—般，馬哈拉諾畢斯距離MD在4以上即判斷為 異常。但如前所述，在本發明中，依經驗法則，將馬哈拉 諾畢斯距離之臨限值設定為5〜1〇之範圍之值。在此，將馬 哈拉諾畢斯距離之臨限值 ”疋為5，而將馬哈拉諾畢斯距 離M D超過臨限值5時，判斯p f ^所已掌握故障之預兆。 (E) 其次，在步驟S35，槪、. 馬〇拉％畢斯距離達到預定臨 限值時之研判用時間系列資 " 以貧料所構成之空間固定作為新 -23 - 556258 (is) 馬哈拉諾畢斯空間（新基準空間），並將所固定之新馬哈拉 諾畢斯空間之資料儲存於電腦之記憶部。 (F)而後，在步驟S36，利用對新馬哈拉諾畢斯空間之新 馬哈拉諾畢斯距離與預定之臨限值之比較，決定半導體製 造裝置之壽命。新馬哈拉諾畢斯距離之計算係利用儲存於 電腦之記憶部之新馬哈拉諾畢斯空間之資料，在電腦之運 算處理部加以執行。也就是說，將基準空間之值固定為此 新馬哈拉諾畢斯空間（新基準空間）之值，進一步繼續評估 時，馬哈拉諾畢斯距離MD持續增加，累積膜厚約5 μιη時 ，馬哈拉諾畢斯距離MD急遽增加，而在累積膜厚5.5 μιη 時，乾泵停止運轉。 圖1 1係表示基準空間使用乾泵剛維護後之資料時之馬 哈拉諾畢斯距離MD之累積膜厚依存性與圖1 0作比較之情 形。在圖1 1中，累積膜厚約2 μιη時，馬哈拉語畢斯距離 MD超過5，顯示已由正常狀態開始變化。其後，馬哈拉諾 畢斯距離MD雖整體上有增加之傾向，但短期上顯示增加 後再減少之變化，結果，在累積膜厚5.5 μπι時，乾泵停止 運轉。在圖1 1所示之之馬哈拉諾畢斯距離MD之累積膜厚 依存性中，整體上，在累積膜厚增加之同時，顯示馬哈拉 諾畢斯距離MD有增加之傾向，但與圖1 0不同，並非單調 之變化，可知難以掌握故障之預兆。在圖1 1所示之馬哈拉 諾畢斯距離MD之累積膜厚依存性中，顯示短期上增加後 再減少之變化係由於有CVD中之處理條件之變動之影響 之故。又，表示由正常狀態轉移為異常狀態之馬哈拉諾畢 -24- (19) (19)556258 斯距離MD超過5時之累積膜厚為2μπ1，顯示與圖ι〇之情形 相比’在相當快之時期，即已轉移為異常狀態。此係：於 在圖11中’係在乾系剛維護後取得形成基準空間之特徵量 :資料’故連與故障無關之處理過程之變化也被判斷為: 吊〈故。如此’在圖i i所示之基準空間之形成方法中，難 以明確掌握故障之預兆，顯然 、 〜 機，必彡目取 仵較大之設定餘裕。即，如圖i i 之砝傲田少次刃用乾泵剛維護後 <特徵里之《料，構成基準空 移到乾泵之停機前之—：广…時間會被 蝇月…目s “《時間，顯然 製造之效率化。 運成裝置 、，在本發明之第三實施形態之半導體製造裝置之 判方法中，判斷故障之預兆之“ 可p 、 早 < 頂兆《預定臨限值，，只要在眘γ 之應用中適當地加以設定g <τ> 又疋即可。例如如果將由平常時之平 均值偏離標準偏差之1忤5 ^ 箱，土 又1倍至3倍以上之情形設定為故障之 預兆時，即可高精確度地堂 、 也旱握到故障〈預兆。但基準空間 之取法係關鍵所在，如圖Η — 圖1 1所不，利用乾泵剛維護後之資 料，構成基準空間時，在正當 止吊狀態足值《變動較大，難以 高精確度地掌握故障之預#。 4J. ^ ^ "凡因此，構成基準空間之特徵 量之資料如圖1〇所*，最好僅利用LPCVD之沉積順序之資 料。在第三實施形態之半導體製造裝置之壽命研判方法中 ’可在乾泵停止運轉前之累積膜厚之約1成前，掌握到故 障之預兆。當馬哈拉諾畢斯距離MD掌握到故障之預兆之 後，各參數僅會單調妯m ^ 増加，因此可在乾泵停止之前，設 疋更換乾泵用之匕p艮值。因A，可確保裝置製造之效率化 *25- 556258

。臨限值換算成累積膜厚時，設 ▲ 在第三實施形態中，馬哈拉諾畢斯距離Μη μΓη可。 利用馬達電流、泵内壓力、泵之、 < 计异係以 群之例加以說明，但也可依據 貝科 仟，使用包冬吳 恭 力、氣體溫度之最適當组合所 1馬“ 斯距離MD之計算所需要之時 畢 7J貝种之測疋間隔只要 依據處理條件加以決定即可。例如，在半導體裝置製造之 通常之LPCVD處理中，適切之測定間隔為〇 $秒至分鐘

之間隔。 I (其他實施形態） 如上所述，本發明已利用第一至第三實施形態加以說明 。但本發明不應受到構成在此所揭示之一部分之論述及圖 式之限定，本業業者可由在此所揭示之内容中，獲悉各種 代替性之實施形態、實施例及運用技術。 在已述之第一至第三實施形態之說明中，係例示性地針 對Si#4膜之LPCVD加以說明，但亦可同樣適用於其他材料 之薄膜之LPCVD。且雖係以沉積單一種類之薄膜之情形為 例加以說明，但利用同一 LPCVD裝置形成Si3N4膜、TEOS( 四乙烯基矽烷）氧化膜、多晶矽等多數種薄膜時，也可獲 得同樣之效果。 如此，本發明當然包含在此未記載之各種實施形態等。 因此，本發明之技術的範圍僅應由上述說明，依據妥當之 申請專利範圍之有關發明特定事項加以界定。 發明之功效 •26- ，以上所詳述’依據本發明，即使有處理停 :源變動，也可施行精確度高之乾栗之故障研變動、 導體裝置製造之效率化。 研判，達成半 “尤其，依據本發明，可容易達成在構築效率 模生產線上之關鍵點之裝置之共用化。 又小規 圖式之簡單說明 圖1係作為本發明之實施形態之半導體製造装 之LPCVD裝置之概念圖。 罝所例示 圖2係本發明之第一實施形態之半導體製造裝 研判方法之說明用之流程圖。 又壽命 圖3係表示乾泵維護後之馬達電流之自 之圖。 万差函數之例 圖4係表示故障之預兆時之自協方差函數之 之圖。 圖5係表示自協方差函數之累積膜厚依存性 乂^圖 。 圖6係表示滯後幅度之累積膜厚依存性之圖。 圖7係本發明之第二實施形態之半導體製造装 研判方法之說明用之流程圖。 命

圖8係表示特定頻率加速度之累積膜厚依存 圖9係本發明之第三實施形態之半導體製造裝置之|命 研判方法之說明用之流程圖。 圖1 〇係表示馬哈拉諾畢斯距離MD之累積膜厚依存性之 圖0 圖11係表示基準空間使用乾泵剛維護後之資料時之馬 哈拉諾畢斯距離MD之累積膜厚依存性之圖。 -27- 556258

(22) 圖式代表符號說明 1 CVD 室 2 門閥 3 乾泵 32、33真空配管 4 1、4 2、4 3 質量流量控制器 51、52、53 氣體配管

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Claims (1)

1. 556258 拾、申請專利範圍 1. 一種半導體製造裝置之壽命研判方法，其特徵在於包 含： 基準時間系列資料測定步驟，其係測定半導體製造 裝置無劣化時之特徵量之基準時間系列資料者； 基準自協方差函數求出步驟，其係由前述基準時間 系列資料求出基準自協方差函數者； 基準變動週期求出步驟，其係由該基準自協方差函 數，抽出肇因於處理條件之變動及電源之基準變動， 並求出其基準變動週期者； 研判用時間系列資料測定步驟，其係在構成半導體 製造裝置之評估對象之順序中，測定前述特徵量之研 判用時間系列資料者； 研判用自協方差函數求出步驟，其係由該研判用時 間系列資料求出研判用自協方差函數者；及 壽命決定步驟，其係利用比前述基準變動週期短之 週期之成分，由前述研判用自協方差函數決定前述半 導體製造裝置之壽命者。 2 . —種半導體製造裝置之壽命研判方法，其特徵在於包 含： 基準時間系列資料測定步驟，其係在開始測定半導 體製造裝置之特徵量之研判用時間系列資料之時刻之 特定時間前，以與前述研判同一處理條件測定前述特 556258

   徵量之基準時間系列資料者； 設定步騾，其係由前述基準時間系列資料設定馬哈 拉諾畢斯空間者； 測定步騾，其係測定前述研判用時間系列資料者； 求出步驟，其係利用前述研判用時間系列資料與前 述馬哈拉諾畢斯空間，求出前述研判用時間系列資料 之馬哈拉諾畢斯距離之時間變化者； 固定步驟，其係將前述馬哈拉諾畢斯距離達到預定 之臨限值時之前述研判用時間系列資料構成之空間固 定為新馬哈拉諾畢斯空間者；及 壽命決定步驟，其係利用對前述新馬哈拉諾畢斯空 間之新馬哈拉諾畢斯距離與前述臨限值之比較，決定 前述半導體製造裝置之壽命者。 3 .如申請專利範圍第1或2項之半導體製造裝置之壽命研 判方法，其中前述特徵量係使用前述半導體製造裝置之 馬達電流、馬達電力、壓力、振動、氣體溫度所組成之 群中至少一種者。