TWI234610B - Manufacturing apparatus and method for predicting lifetime of rotary machine used in the same - Google Patents

Description

1234610 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於製造裝置用旋轉機之壽 ，特别/έ μ 7貝/則•移辦技術 '】係關於真空栗等之旋轉機之壽 紋轉機之製造裝置。 /套及具有此 【先前技術】 =:執行半導體裝置之製造，半導體製造 ΓΓ已變得愈來愈重要。又，近年來，在以⑶中，少 生產之傾向特㈣烈’已經開始需要使用可應付 此而未而可小幅變化之有效的半導體裝置之製造方法。為 ::成有效率之半導體生產’有時需使用小規模之生產線 … 光/、、、、但t大規杈生產線時，會發生製造裝置之運轉 率降低等之問豸，故有降低投資效率之問題。作為其對策 ，雖有利用—種製造裝置執行多種製造卫序之方法，作例 如在排氣系統使用乾式泵之㈣化學氣相沉積（LPCVD)裝 置中’因製程種類之不同而使反應氣體及反應生產物產生 差異’乾式泵内部之生產物之產生狀況也有所不同。因此 ，製程種類有變化時，壽命就會發生變動。 製程中乾式泵停止時，不僅製造中之整批製品會有瑕疵 ’製造裝置内部也會產生微小塵屑。因此，有必要對製造 衣置轭以多餘之維護，使得半導體裝置之製造效率大幅下 p牛為防止此製程中之突然停機，若預留泵之維護時間之 餘格時，泵之維護頻度會變得相當龐大。另外，不僅維護 成本增加，更換泵所引起之半導體製造裝置之運轉率之降 88164 1234610 低更為顯著’因此’半導體裝置之製造效率大幅下降。為 實現：率良好之小規模生產線所需之裝置之共用化有必 要確貫診斷乾式泵之壽命，將今 * ^ 將果使用至舞命之極限，因此 ’南精度之壽命預測乃必要之條件。 乾式栗之壽命診斷方法到現在為止，有若干種方法被人 :出。基本上’一向採行以馬達電流、振動、溫度掌握乾 式泵之狀態，由此等狀態量之蠻 . ' 里心又化預測其筹命之方法（例如 芬戶、?、專和文獻1) 0尤其，作為 _ 讣马乾式泵之哥命診斷方法，有 人提出利用類神經網路分析盥冬 τ丨一夕數狀悲置之基準值之差異 之方法（例如參照專利文獻2)。 【專利文獻1】 特開2000-283056號公報（第3-5頁、第1圖） 【專利文獻2】 特開2000-64964號公報（第3_4頁、第1圖） 欲利用乾式泵之馬達電流之演變施行壽命預測時，由於 會受到氣流量等之處理條件或電源電壓變動之影響，故有 難以施行感度及精度良好之爭轉^ > 士人 月又R灯炙更％定之哥命預測之問題。 如此，在利用馬達電流之以往之乾式泵之壽命預測方法 中，在精度及穩定性上有問冑，因此，期望能確立更高感 度而穩定之高精度之壽命預測方法。 本發明之目的在於解決士話 ^ 丹此種問碭，提供高感度而穩定之 高精度之旋轉機之壽侖#、、目，f tΏ p i π卩預別方法及具有此旋轉機之製造裝 置。 【發明内容】 88164 1234610 士 _、c式泵3之命命之哥命預測系統3 9。 :命預測系統39係具有測定各種乾式泵3之特徵量之列 料㈣評估用診斷資 、、c式泵3之#命之資料處理單元7等。 ^卜，測定單元6係具有測定乾式泵3之馬達電流、馬達 、i馬達電力之電流計61、電料62及電力計〇、安穿 於乾式果3之機殼而測定振動之振動㈣與測定溫度之= X十6$纟本發明之實施形態中’主要係測定乾式果3之 馬達電流之演變而診斷並制乾式泵3之壽命。電流計61所 測定之馬達電流在測定單元6被變換成弱電訊號，輸出至次 料處理早tl7。在貧料處理單元7，將弱電訊號施行μ變換 二製成馬達電流之特徵量之時間序列資料作為評估用診斷 資料，以施行壽命之診斷。 LPCVD裝置之cvDy連接著氣體配管5ι ϋ。此广 體配管5卜52、53分別連接著控制導入於⑽^之各種2 料氣體及運載氣體用之質量流量控制器4i、42、U。也就 是說’其質量被質量流量控制器41、42、43控制之原料^ 體等係經由氣體配管51、52、53而被導人—定之減屋化I C VD室1 ° C VD至1係構成可阻斷外氣與保持環境氣气 閉構造。為利用|乞式泵3將CVD^内部真空排氣，心; 室1之排氣側連接著真空配f32，在此真空配f 32之排氣側 連接著閘形閥2。閘形閥2之排氣側更連接著另一真空配管 33。真空配管33之排氣側更連接著乾式聚3之吸氣側。^ 88164 -10- 1234610 閥2可依妝而要將CVD室1與乾式泵3分離或調整排氣傳導 率而，乾式泵3係用來排出導入於CVD室1之未反應之原 料氣體及反應副產物。 利用圖1所不之LPCVD裝置例如形成矽氮化膜（Si3N4膜） 時，經由質量流量控制器41將六氣化二矽（si2Cl6)氣導入減 壓狀態之CVD室1，經由質量流量控制器42氨（1^^)氣導入 減壓狀態之CVD室1。而在（：¥]〇室丨之内部，將矽（Si)基板加 熱，利用/、氣化一矽氣與氨氣之化學反應，在石夕基板上形 成膜。此化學反應可產生叫乂膜，並產生氯化銨 (NHfl)氣及氫（仏）氣作為反應副產物。氫是氣體，可利用 乾式泵3排出。氣化銨在產生時，因反應爐處在65〇。〇程度 之高溫下及數百Pa或低於數百Pa以下之減壓下，呈現氣體 狀。在此雖省略圖示，但在LPCvd裝置中，通常在CVD室1 與乾式泵3之間设置有捕集固體之反應副產物之收集器。收 集器因壓力較低’故不可能做到反應副產物之完全收集。 未被收集之反應副產物會到達乾式泵3。在乾式泵3中，利 用氣體之壓縮使壓力由0.1Pa程度增加至大氣壓。反應副產 物依照狀態途中之昇華曲線，在低壓下雖以氣體形態存在 ’但在更高壓化時，則開始固化。在泵内部，重複地施行 氣體之壓縮，使壓力由數百Pa之壓力變化至大氣壓，故在 排氣中之反應副產物會隨著壓力之上升而在乾式泵3内部 開始固化。當在乾式泵3之配管内開始固化時，即使是微量 之沉積物也可能使旋轉軸變形，其結果，就會導致乾式泵 之故障。 88164 -11 - !234610 如圖2所示，第1實施形態之半導體製造裝置（LpC 裝置 )所使用之乾式泵3係構成分別利用旋轉軸丨丨a、丨丨^轉動附有 3片葉片之2個旋轉葉片l〇a、l〇b之構造。乾式泵3係具有殼 體13、設於殼體13之吸氣側之吸氣凸緣14、及設於殼體13 之排氣側之排氣凸緣15。由CVD室1經由閘形閥2傳送來之 氣流係由吸氣凸緣14進入乾式泵3。進入乾式泵3内之氣體 係被利用旋轉軸11a、lib轉動2個旋轉葉片1〇a、1〇b之動作 所壓縮，。被壓縮後之氣體由排氣凸緣丨5被排出。 旋轉葉·片10a、l〇b使馬達轉動。在乾式泵3内部產生反應 副產物之狀態使用時，在反應副產物之蓄積量超過界限日^ ’在旋轉葉片10a、10b間或旋轉葉片1〇a、1〇b與殼體13内 壁間，反應副產物會互相摩擦，最後導致旋轉葉片1〇&、丨扑 停止轉動。旋轉葉片10a、1〇b愈常發生停止轉動，反應副 產物之蓄積量變得愈多日夺，馬達之負載會增加，故馬達電 流會增加。反應副產物愈增加，馬達電流之增加量會變得 愈大。如圖3所示，除了在成膜步驟之馬達電流之增加外， 大小之電流峰值之增加也可由反應副產物之蓄積後之馬達 電流之演變觀察出來。尤其’馬達電流之大蜂值會在果停 機前急遽增加。反應副產物之蓄積量增加時，會發生大塊 的部分在旋轉葉片1〇a、10b與殼體13内壁間等被磨碎之現 象，故短時間馬達電流會增加而可看到電流峰值。針對焉 達電流增加及電流峰值數等之特徵量，將乾式泵3停機起二 定時間前之狀態定為異常狀態’應用統計的方法求出愈正 常狀態之境界’以作為壽命判斷之臨限值。如此，即可預 88164 1234610 測反應副產物之阻塞所引起之乾式泵3壽命。 在成膜步驟之馬達電流之增加係依存於氣體種類、氣流 量或溫度等之成膜條件而在一定時間後發生。例如，在六 氯化 '一'碎氧i . 50sccm、蠢裔· 1 a^λ 。 m虱乳· iOOOsccm、成膜溫度· 65〇 °C之成膜條件下’敎乾式栗3之馬達電流之演變之处果， 如圖4所示，確認在反應氣流入CVD^後約1〇分鐘後，乾 式泵3之:馬達電流即會增加。在此例中，乾式泵3内部已婉 蓄積有數_以上之反應副產物。例如，如圖5所示’在成 膜步驟開-始後短時間可完成成膜之成膜條件之情形，則觀 察不出馬達電流之增加。因此，使用馬達電流之增加作為 哥命診斷資料時，有必要在牲中 罟在特疋時間以上之成膜步驟測定 馬達電流資料。 可使用於壽命預測之馬達電流之特徵量有在成膜步驟之 電流最大值、電朗域（増加部分之合計）、及電流峰值數 寺。電流峰值之產生數因峰值而異，故有必要分為大於一 =之「大峰值」與小於一定值之「小峰值」而用於診斷 ^。又’因馬達電流受電源變動之影響，故有必要除去 電源變動之影響。因此，蔣民、去 、 將馬達電壓及馬達電力與馬達電 同日守利用電壓計62及雷六斗μ 4 、 及冤力计63加以測定，除去電壓變動 或與電壓變動同步之電流變動 交動以作為電源變動之影響。 在乾式泵3之壽命診斷中，作為判斷基準之臨限值之 方法相當重要。通常使用馬達電流值之變動變大之時畔之 值。在圖4所示之資料中，在乾式泵3停機2日前起，電流最 大值之增加速度會上弁。m ,, 因此’例如將乾式泵3停機3曰前 88164 -13 - 1234610 之電流最大值設定為臨限值。在確認有馬達電流之增加之 成板㈣1G分以上之成膜步驟中，測定乾式幻之電流最大 序列資料直到乾式泵3停機為止。其結果獲悉有時 臨:::停機1週以上前’特徵量之電流最大值便會超過 臨限值除了上述由電流值變動決定之方法外，也有將反 應副產物之阻塞引起乾式i 么 ’ 二广“，將其以前之狀態列為正常狀態，藉以設定 =之，方法：以統計的方法求出在異常狀態與正常狀態 ::之特徵里之值之精度較高。例如’在成膜步驟之馬 之特徵量在乾式栗3停機前發生大變化時，若將此變 化後之狀態列為異常狀態， 爭妲古*丨,± ，六疋正书狀怨之境界，則可 二:度°例如利用馬哈拉諾比斯距離等統計的方法 =在異吊狀態與正常狀態之境界之特徵量之臨限值即可 是個2用馬哈拉諾比斯距離，馬哈拉諾比斯空間之取法 ΐ之料:在本發明之實施形態中’作為咖叩之成膜步 =，，馬哈拉諾比斯空間不僅使用馬達電流變動， 時間心用馬達電壓、馬達電力、乾式泵3之振動及溫度之 曰例如，使用評估乾式泵3之狀態之資料之3 」利=/^㈣㈣㈣為「基準用時間序列資料 i膜=之馬哈拉諾比斯距離之變化，即可排除 成膜條件之變動之影響。 拉諾比斯距離’求出在成膜步驟之馬達電流之 大值之臨限值X1。在此，將乾式果3之異常狀態與正 88164 14- 1234610 常狀態之境界設定為馬達電流之增加顯著之乾式泵3停機 之2日前。同樣地利用在成膜步驟之馬達電流之小峰值數及 大峰值數方面’也利用馬哈拉諾比斯距離，求出臨限值γ 1 及Z 1。在圖6〜圖8中，係利用箱形示意圖表示正常狀態及異 常狀態之電流最大值、小峰值數及大峰值數之分布。可知 電流最大值、小峰值數及大峰值數之分布之中央值在正常 狀態下均在臨限值以下，在異常狀態下均超過臨限值。如 此’利馬以馬哈拉諾比斯距離所設定臨限值，可執行乾式 泵3之壽命之診斷獲預測。在電流最大值及小峰值數中，如 圖6及圖7.所示，正常狀態之第3四分位數超過臨限值χι及 γ 1 ’異常狀態之第1四分位數在臨限值χ丨及γ 1以下。實際 上，電流最大值及小峰值數在乾式泵3停機之4日前及丨週前 即已確認超過判定異常狀態之臨限值χι及γι。另一方面， 大峰值如圖8所示，顯然在正常狀態幾乎不會產生，而在變 成異常狀態才急遽增加。大峰值數在乾式泵3停機之2曰内 就會超過臨限值Z1。 乾式泵3内部之反應副產物之蓄積並非均勻地增加，而會 隨著電流最大值、小峰值數及大峰值數而發生變動，因此 ，預測精度會因臨限值之設定方法及作為分析對象之特徵 里而出現差異。例如在圖7之小峰值數中，異常狀態與正常 狀態之境界並不明確，檢定中之第丨種錯誤之危險率“危 險率）在5%以上，第2種錯誤之危險率（点危險率）在⑺％以 上。因此’在正常狀態、T，評估用診斷資料會超過臨限值 ’故破决判為異常之可能性相當高。因此，在小峰值數中 88164 -15- 1234610 ’監視乾式系3内部之反應副產物之蓄積狀況已掌握p 之預兆，利用境界明確之牲外旦 ”韦 之特被里’例如大峰值數來判斷妄 印時’哥命預測之精度即可更為提高。在本發明之可 態中，利用在成膜步驟之馬達電流 β 灵匕形 <私冤流取大值、小 數及大峰值數之3種特徵量之評估用診斷資料，由^ 比斯距離求判斷異常之臨限值，可執行1週前至2曰；之： 式泵3之:壽命預測。 乙 其次：利用圖9所示之流程說明本發明之實施形態 裝置用之，旋轉機之壽命預測方法。〜 /、體上係預測使用於 形成Si#4溥膜之LPCVD裝置之旋轉機3之壽命。 ⑷首先，在步驟8101中，設定使用於LPCVD裝置之旋轉 機3之壽命預測之騎異常之臨限值。臨限值之算出使^ 視器用之乾式泵(監視器用旋轉機)3所測定之馬達電流之： 間序列資料。例如’由馬哈拉諾比斯距離求出在成膜㈣ 之電流最大值、小峰值數及大峰值數之異常崎之臨限值。 (B)其次’在步驟漏，利用電流計61抽樣敎診斷對象 之乾式泵（監視H用旋轉機）3在成膜步驟之馬達電流之時間 2列資料。例如，抽樣敎間隔為1#、。在測定單元_ ^ ""Ui所敎之馬達t流變換成弱電訊號，輸出至資 理單元7。 、 (c)在步驟S103 ’在資料處理單元7，將弱電訊號AD變換 ’而製f特徵量之時間序列資料’以作為評估用診斷資料 特诚里例如為電流最大值、小峰值數及大峰值數。 (D)其後，在步驟31〇4,利用資料處理單元7將評估用診 88164 16- 1234610 斷資料與臨限值作比較，以判斷乾式泵3之壽命。評估用診 斷資料全部在臨限值以下時，繼續重複作測定。又，小峰 值數與電流最大值之—古+被+ i 取值之方或雙方超過臨限值時，視為異常 之預兆’繼續重複作測定。 (E)而，在小峰值數與、電流最大值及大峰值數之評估用 診斷資料均超過各臨限值時，在步驟_，壽命預測李統 ”在附隨於LPCVD裝置之顯示裝置、顯示面板或顯示燈施 行乾式泵即將停機前（壽命）之顯示。 依據本·發明之實施形態之半導體製造裝置之壽命預測方 法，可高感度而穩定且高精度地掌握異常之預兆及壽命。 (其他實施形態） 如上所述，本發明雖係利用實施形態加以記載，但本發 明不應受到構成此揭示之一部分之論述及圖式所限定。同 業業者顯然將可由此揭示中獲得各種代替之實施形態、實 施例及運用技術。 在本發明之實施形態中，雖係利用馬哈拉諾比斯距離決 定異常狀態與正常狀態之境界，但此外，例如使用t檢定或 f檢定等統計的方法時，也可獲得同樣之效果。 又’預測乾式泵3之壽命之分析在本發明之實施形態中， 雖係利用附隨於LPCVD裝置之壽命預測系統39之資料處理 ασ 一 早凡7加以實施，但壽命判定分析也可利用lPcvd裝置之其 他電腦加以執行。例如，也可内建於乾式泵3之控制裝置（ 未圖示）。又，如圖1 〇所示，本發明之另一實施形態之半導 體生產系統係將半導體製造裝置70、電腦77、電腦統合生 88164 -17- 1234610 產系統（CIM)72等連接於區域網路（LAN)71。CIM72連接著 伺服器73、資料處理系統74或外部記憶裝置75等。也可將 所測疋之日守間序列資料經由L AN 7 1傳送，並利用CIM72上之 資料處理系統74貫施哥命判定分析。又，也可利用[αν7 1 上之電腦77或CIM72上之伺服器73或其他電腦實施壽命判 定分析。另外，也可將壽命判定分析用之特徵量之時間序 列資料儲存於CIM72上之外部記憶裝置75。 又，在上述中，係舉例說明利用六氯化二矽氣與氨氣之 反應形成-石夕氮化膜之情形，但原料當然並非限定於六氯化 二：氣與氨氣。例如’也可利用二氯矽烷(“HA)氣等取 代六氣化二石夕氣。另夕卜並非限定於以九膜之LpcvD，也 :樣可適用於其他材料之薄膜之LpcvD。又，雖說明生長 早-種薄膜之情形之例’但在利用同一 Lpcvr^置形成 ㈣4膜、TEOS (四乙稀基石夕烧）氧化膜、多晶石夕等多種薄膜 時，也可獲得同樣之效果。、 又，在本發明之實施形態中，雖係使用羅茨型之乾式泵3 作為旋轉機之例，但確認使㈣旋型之乾式泵，也可獲得 :樣,效果。&，旋轉機並非僅可使用乾式泵，渦輪分子 泵、機器升壓泵或螺旋泵等任何一種泵均可作為其對象。 二在本發明之實施形態中’列舉說⑽⑽製程之例 (录=日!發明在旋轉機内部沉積反應副產物導致旋轉機

製；/ / 獲得同樣之效果，可適用於全般之CVD 氣及乾式钱刻製程等。 如此，本發明當然也包含在此未及記載之各種實施例等 88164 -18- 1234610 。因此，本發明之實施形態之技術範圍應由上述之說明， 僅依據妥當之申請專利範圍之發明特定事項予以界定。 士依據本發明，可提供高感度而穩定之高精度之旋轉機之 壽命預測方法及具有此旋轉機之半導體製造裝置。 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明之實施形態半導體製造裝置之概略圖。 圖2係:表示圖i所示之旋轉機（乾式泵）之内部構造之剖面 圖0

I 圖3係表示馬達電流之時間經過之變化之一例曲線圖。 圖4係表示在成膜步驟之馬達電流之時間經過之變化之 一例曲線圖。 圖5係表示在成膜步驟之馬達電流之時間經過之變化之 另一例曲線圖。 圖6係馬達電流之電流最大值之正常狀態及異常狀態之 箱形示意圖。 圖7係馬達電流之小峰值數之正常狀態及異常狀態之箱 形示意圖。 圖8係馬達電流之大峰值數之正常狀態及異常狀態之箱 形示意圖。 圖9係表示本發明之實施形態之半導體製造裝置用旋轉 機之壽命預測方法之說明用之流程圖。 圖1 〇係表示執行本發明之另一實施形態之半導體製造裝 置用旋轉機之壽命預測之半導體生產系統之構成例之區塊 圖。 88164 -19- 1234610 【圖式代表符號說明 1 CVD室 2 閘形閥 3 乾式泵（旋轉機） 6 測定單元 7 資料處理單元 10a 、 10b 旋轉葉片 11a、ll,b 旋轉軸 13 殼體 14 吸氣凸緣 15 排氣凸緣 32、33 真空配管 39 壽命預測系統 41 、 42 > 43 質量流量控制器 51 ^ 52 - 53 氣體配管 61 電流計 62 電壓計 63 電力計 64 振動計 65 溫度計 70 半導體製造裝置 71 LAN 72 CIM 73 伺服器 88164 -20- 1234610 74 貢料處理糸統 75 外部記憶裝置 77 電腦 88164 - 21 -

Claims (1)

123 46祕am號專利申請案 ή 中文申請專利範園替換^(^年〗月） Οί 拾、申請專利範圍·· % _ 1· -種旋轉機之壽命預測方法，其特徵在於包含. 器用製造工序中所用之監視器 卽脾铲卩‘ 判疋别述監視器用旋轉機 卩將如止别之異常狀態之開棧 前述監視器時間序列資料 用、I十的方法解析 t間序列貝枓’以求出前述 常狀態之開始時刻之值作A里A ± 之别述異 在f造工… 常判斷之臨限值之步驟； 旦t 中斷對象旋轉機之馬達電流之特徵 里之時間序列資料之步驟； ' 依據前述製造卫庠Φ舒、+、- 資料心、特徵量變動之前述時間序列 科’製成評估用診斷資料之步驟；及 將前述評估时㈣料超過前述臨限值之時刻， 為别述診斷對象旋轉機之壽命之步驟者。 2. ^請專利範圍第i項之旋轉機之壽命預測方法，其中前 =值係依據馬哈拉諾比斯鄉一is 一) 3. 申請專利範圍第1項之旋轉機之壽命預測方法，盆中前 =達電流之特徵量包含前述製〇序中產生之電流峰 4. 如申請專利範圍第i項之旋轉機之壽命預測方法，置中前 料估用診斷資料係由在成為前述異常狀態前之正常狀 悲下超過前述臨限值而被誤診斷為異常之錯誤之危險率 不同之多數前述特徵量所作成。 5·如申請專利範圍第1項之旋轉機之壽命預測方法，其中前 1234610 %ή . ------ 述馬達電流之電源引起之變動係監視前述診斷對象旋轉 機之馬達電壓及馬達電力中至少一方而分選。 疋 6. 一種製造裝置，其特徵在於具備： 診斷對象旋轉機，其係執行製造工序者； 測定單元，其係在前述製造工序中測定前述診 旋轉機之馬達電壓之特徵量之時間序列資料者；及 資料處理單元，其係依據在前述製造卫 f變動之前述時間序列資料，作成評估用診斷資 則述砰估用診斷資料超過依據監視器用旋轉機 之監視器時間序列資料用統計的方 二： 時刻，判定為前述診斷對象旋轉機之壽命者。之⑽值之 7.如申請專利範圍第6項之製造裝置，其 備測定前述吟齢料$ #絲<〜疋早7L具 月』U斷對象旋轉機之馬達電壓及馬達電力” 壓計及電力計中至少一方。 W電力之電 8. 如申請專利範圍第6項之製造裝置， 9. 轉機係半導體製造裝置用之乾式栗者，“斷對象旋 ===6項之製造裝置，其中前述資料處理單 局°卩區域網路上之電腦。 ίο.如申請專利範圍第6項之製造裝置，― 元設置於電腦人^ /、中刖述資料處理單 電月旬合併生產系統上之資料處理系統。早 88164-940119.doc