TWI284347B

TWI284347B - Apparatus for predicting life of rotary machine, equipment using the same, method for predicting life and determining repair timing of the same

Info

Publication number: TWI284347B
Application number: TW091105327A
Authority: TW
Inventors: Yukihiro Ushiku; Tsunetoshi Arikado; Shuichi Samata; Takashi Nakao; Yuichi Mikata
Original assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2007-07-21
Also published as: JP4138267B2; JP2002285974A; US20040143418A1; CN1377056A; CN1230869C; KR100458885B1; US20030009311A1; KR20020075299A; US6865513B2; US6944572B2

Description

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相關申請案交互參考申凊編號 ’其整個内此申請案係基於並主張先前日本專利 2001-085736之優先權，其於2〇〇1年3月23日立案容在此引用做為參考。發明背景 1·發明領域本發明關於一種旋轉機器壽命預期預測方法，其量旋轉機器的壽命預期，及一種旋轉機器維修時間決定方

法，其基於一旋轉機器的該壽命預期來決定其最 Z 維修時間。田的 2 ·相關技藝說明失效診斷由於有效率的半導體裝置製造之原因而曰漸重要。特別是當朝向系統LS][的大型項目/小量製造的趨勢日漸成長時，一有效率及高度可適應的半導體裝置製造方法已變為必要。其有可能使用一小型生產線來有效率地製造半導體裝置。但是，如果該生產線僅是減小，.製造設備的容量利用則會下降。因此，相較於大型生產線，其會存在例如投資效率降低的問題。為了修正此狀況，有一種方法是在一個半導體製造設備上執行複數個製程。舉例而言，在一低壓化學氣相沉積（LPCVD)系統中，引入的反應氣體及反應·產物根據該薄膜沉積的參2而不同。這些是在使用一真空泵來由該LPCVD室抽出。因此，該薄膜沉積需求不同，而在該真空泵内反應產物的形成狀況係根據該製程的形式而不同。因此，該真空泵的壽命預期即受到製程歷史 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1284347

的影響。、、通常’在運作期間監測電流及溫度等的感應器係附加到孩真空泵。藉此，一作業者可觀察到是否一真空泵有誤動作，其係直接觀察它們或利用繪製圖形的資訊。但是，因為根據不同的處理條件，該真空泵的電流及溫度會改變，其非常困難來由這些數值量測該真空泵的壽命預期，其會隨每個處ί里而改變。〃曰

如果真芝泵必須在LPCVD的薄膜沉積期間進行異常的關機，則正在處理的批量則成為有缺陷。再者，由於殘餘的反應氣體所造成的微小灰塵，使得額外地維護該LpcvD系，成為必要，其係使用於氣體引入或真空抽出的處理室及管路内。實施這種額外維護造成該半導體裝置的製大幅降低。手如果定期維護的排程具有一安全裕度，做為在該製程期間防止這種突然的異常關機的基準，維護該真线的頻率將會非常龐b此不僅會增加維護成本，其也會由於改變該真空泵而降低該LPCVD系統的容量利用率，而造成該二導體裝置的製造效率大幅降低。為了對於複數個處理來共同使用半導體製造設備，其需要一有效率的小型生產線，其有需要準確地診斷真空泵壽命預期，並在沒有浪時門之下來運作該真空泵。先前已經提出一些方法來診·斷真空泵壽命預期。在日本專利申請案公開文獻編號2000/283056中，其揭示了使用複數個物理量，例如電流量，溫度或該真空泵的振動來預^ -5 -

1284347 A7 B7 五、發明説明（3 ) 真二泵失效。此外，其已揭示出該半導體製造設備的運作 *、件例如運作時間相對於待機時間，其必須被考慮來預測真2系失效。但是，其不可能來包含真空泵壽命預期的歷史結果，其中對於複數個處理使用一共用的半導體製造 P又備。其可〉王意到，曰本專利申請公開文獻編號2000-283056 々在於觀祭一真空系的異常，而並非預測壽命預期。因此’有需要發展用來預測真空泵壽命預期的裝置及方法。發明概要一種用以預測旋轉機器之壽命預期之裝置，其包含：一配置以取得一旋轉機器的負載狀況之負載處方輸入模組；一配置以取得一旋轉機器的特性化特徵資料之特性化特徵輸入模組；及一用以計算該旋轉機器壽命預期的壽命預期預測模組，其符合於該負載狀況及該特性化特徵資料。一種使用一旋轉機器的製造設備，其包含：一配置於一製造處理的製程控制器；一配置於處理該製程的負載之旋轉機咨；及一配置以計算該旋轉機器的壽命預期之壽命預期預測控制器，其符合由該製程控制器所得到的該製程處才’及由該旋轉機器所得到的特性化特徵資料。其提供一種方法，其包含：讀取一旋轉機器的負載條件之負載處方；藉由比較該負載處方與該製程的既存負載處方來決足該負載條件是否有改雙；如果該負載條件沒有改變，則使用一既存的決定基準.，而如果該負載條件已經改變而非該既存的決定基準，則讀入並使用包含該製程條件的一決定基準；藉由讀入偵測該旋轉機器的特性化特徵資 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

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料來處理時間序列資料該旋轉機器的壽命預期定基準。其係對應於該決定基準；及計算其符合於該時間序列資料及該決、/、才疋供#方法’其包含：讀取_旋轉機器的負載條件之負載專方；ϋ由比較該負載處方與該製程的既存負載處万來決疋涊負載條件是否有改變；如果該負載條件沒有改變，則使用-既存的決定基準，而如果該負載條件已經改變而非：既存的決定基準，則讀入並使用包含該製程條件的、決疋基準，藉由讀入偵測該旋轉機器的偵測特性化特试二料來處理時間序列資料，其係對應於該決定基準；及计算孩旋轉機器的壽命預期，其符合於該時間序列資料及孩決定基準由一半導體製造模擬器來找出在一時段中孩製程的待機時間，直到到達該計算的壽命預期；並決定 -待機時間，從該找出的待機時間中，為最少影響該製程的-待機時間，或-包含該待機時間的時間來成為該旋轉機器的更換或維修時間。圖式簡單說明圖1所示為根據本發明該第一具體實施例的一半導體製造設備之結構的架構方塊圖；圖2所示為根據本發明該第一具體實施例之每個包含預測壽命預期之裝置.之控制器的區塊的結構之架構方塊圖；圖3所示為根據本發明該第一具體實施例，在製程運作期間一乾式泵的隨時間改變電流之一個範例；本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 1284347 A7 B7 五、發明説明（5 ) 圖4所7F為根據本發明該第一具體實施例，在製程運作期間一乾式栗的隨時間改變電流之另一個範例；圖5所示為根據本發明該第一具體實施例中，預測乾式泵壽命預期的方法之流程圖；圖6所示為根據本發明該第一具體實施例之修正的範例來預測壽命預期之裝置的結構之方塊圖；圖7所示為根據本發明該第二具體實施例之乾式泵直到失效的隨時間改變電流之範例；圖8所tf為圖6所示之隨時間改變電流之自動協方差分析；

圖9所示為根據本發明該第三具體實施例之預測乾式泵壽命預期之方法的流程圖；圖10所示為根據本發明該第四具體實施例之預測乾式泵壽命預期之方法的流程圖；圖11所示為根據本發明該第五具體實施例之決定乾式泵維修時間方法的一半導體製造系統之結構化範例之方塊圖；及圖12所7F為根據本發明該第五具體實施例之決定乾式泵維修時間方法的流程圖。發明詳細說明本發明的不同具體實施例將^ —幸所附圖面來說明。其要 >王意到’相同或類似的參考編號係應用到所有圖面中相同或類似部份及組件’而該相同或類似部份及組件的說明將會省难或簡化。 -8 - 本紙張尺度適財SS家標準(CNS) A4祕(2躺297公爱) 1284347 A7 ___B7___ 五、發明説明（6~) "" (第一具體實施例）如圖1所示，根據本發明使用一 LPCVD系統做為一半導體製造設備，其包含一處理室1，其具有一氣密結構而能夠抽真空，並在該處理室1的抽氣側上連接到一乾式泵5，其係做為一真空泵，藉由一真空管路4通過一門瓣2及一閘閥3。一泵控制器12藉由輸出泵控制信號23在該乾式泵5中控制該運作，圭取得該乾式泵5的泵運作資訊24。複數個氣體管路連接到該處理室1的上游側，且此氣體泵分別連接到大量流動控制器7，8及9。該大量流動控制器7，8及9係連接到一氣體供應系統6，其供應預定的氣體來引入到該處理室1。一製程控制器11執行例如該處理室丨内氣體流動的壓力，溫度及流量之控制及驗證，以符合製程控制信號2丨及製程資訊22。一壽命預期預測控制器13係連接到該製程控制器^ 及該泵控制器I2。該乾式泵5的壽命預期係由讀取該處理室 1的製程條件來預測，例如一製程處方25，其包含來自該製程控制器11的像是氣體種類，氣體流速，壓力及基板溫度之製程條件，及特性化特徵資料26，其包含例如該乾式泵5 的特性化特徵量，例如來在該泵控制器12的電流，溫度及振動。每個控制器包含如圖2所示的功能方塊。該製程控制器η 具有一氣體供應控制單元31 ’十$力控制單元32，一溫度控制單元33,而該泵控制器12具有一泵控制單元35, 一電流 /電壓監視器36, 一溫度監視器37’ 一振動監視器38和一壓：監視器39。該壽命預期預測控制器13具有_製程條件處方輸 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 1284347 A7 _____________ B7 五、發明説明（7 ) 入，、、且41 特性化特徵資料輸入模組42，一壽命預期預測模組43 , 一輸出模組44 ,及一儲存單元45。該壽命預期預測模組43執行該乾式泵5的壽命預測計算，其係藉由自該儲存單元45讀取對應於該製程處方25的一決定基準，並統計地處理該乾式泵5的該特性化特徵資料26。該製程處方25 及孩特性化特徵資料26係分別藉由該製程條件處方輸入模組41及該特性化特徵資料輸入模組42來讀取。該輸出模組44 藉由該壽命預期預測模組43輸出計算的泵壽命預期資訊28 到一词服器15。此外，如果其很明顯地該乾式泵5係在失效邊緣’該輸出模組警告並分別傳送緊急中斷信號29&及29b 到该製程控制器11及該泵控制器12。該儲存單元45儲存該製程處方25的製程資訊22，一相對應壽命預期決定基準，以及一計算的預期壽命預測。包含有這種LPCVD系統，不同的半導體製造設備係經由一區域網路（LAN) 14整合成一電腦整合製造系統（CIM)，並根據該CIM為主的伺服器（或主機電腦）15來管理。該壽命預測預期控制器13可經由該LAN 14傳送壽命預期結果到該CIM為主的伺服器15做為系壽命預期資訊28。此處，除了該乾式泵壽命預期資訊28，該伺服器15可由該製程控制器11讀入薄膜沉積製程條件做為批量處理資訊27。此外，該壽命預期預測控制器1_3可在該失效之前立即傳送該緊急中斷信號29a，29b到該·製程控制器11及該泵控制器 12 ° ' 該壽命預期預測控制器13，其回應於由該製程控制器11 -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1284347 A7 B7 五、發明説明（8 ) 所得到的該製程條件’其可驗證該乾式栗5的運作條件因此能夠在該製程運作期間執行計算來預測該乾式泵5的壽 »p預期。此外，累積在孩乾式栗5内部的沉激材料量可藉由參考該批量處理資訊27來估計，其係保存在該祠服器15 中，而該壽命預期決定基準數值可經由該製程歷史來更新。再者，該壽命預期預測也可用來積極地利用製程條件中的差異'，如下所述。使用圖i所示的LPCVD系統，其中沉積一氮化矽（si3N4) 膜一氯矽纟元（SlH2Ci2).氣體及氨氣（nh3)，其經由大量流動控制器7及8，在大致為數個100 Pa的低壓條件下，分別引入到該處理室1中。在該處理室丨中，一矽（Si)基板被加熱到大約650。(：，並透過該二氯矽烷及氨氣的化學反應，一氮化矽膜即沉積在該矽基板上。除了產生該氮化矽膜，此反應產生了氯化胺（NHKl)氣體及氫氣的副產品。一反應方程式可表不如下： 3 SiH2Cl2 + 10 NH3 = Si3H4 + 6NH4C1 + 6H2 (1) 因為氫氣為一氣體，其可輕易地由該乾式泵5排除。另一方面’因為在該處理室1内的該矽基板之溫度大約為65〇aC，且其在形成期間大約是在數個1〇〇 pa的低壓之下，該氯化胺也是為氣體相。一般而言，該LPCVD系統具有該門瓣2 用來收集置於該處理室1及該泵5之間的固體反應副產品材料。藉由此門瓣2，其不可能在低壓條件下完全收集來自該反應的副產品材料。因此-，未被收集到的由該門瓣2 逸出的反應副產品即會到達該乾式泵5。同時，該未反應的 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 1284347 A7 B7 五、發明説明（9 ) 氣體及該副產品材料即被冷卻。在該乾式泵5中的壓力由於該氣體的壓縮突然由該低壓狀況增加到正常大氣壓力。當該副產品氯化胺在高溫及低壓之下為一氣體時，在其冷卻及壓力增加時，即會固化。在該乾式泵5内，因為該抽出的氣體受到重複地壓縮，整個抽出氣體的冷卻氣態氯化胺開始固化，並在該乾式泵5内沉澱。有一些狀況中該沉澱的材料即黏結Ϊ1累積，且有一些狀況中該沉澱的材料在其已經沉澱某個量之後即會落下，其係根據在該乾式泵5内該氯化胺沉澱的地方。此外，在該泵内的沉澱，特別是在為一旋轉體的轉子與其外殼之間，造成空隙·減少及阻塞。在此例中，對於該乾式泵5的電流及功率量的增加，及該乾式泵5 的溫度上升，或一振動的發展即開始立刻發生。但是，因為該沉澱材料的平滑化及隔離係連續地發生，該電流位準或該功率位準及該溫度即快速地回到實質上正常的位準，而該振動降低。該乾式泵5重覆地具有如上述沉澱的該反應副產品材料，其最終會導致其失效。

圖3所示為當已經執行LPCVD的次數仍然為低時，在該乾式泵5之利用的早期階段中該正常電流位準之時間序列資料。由此可瞭解到，影響該乾式泵5的運作之沉澱不會發生另方面，^該乾式泵5就在失效之前發生磨損及撕裂，隆起5 1及突起52可代表在碜電流中異常的增加，其可在該電流位準時間記錄中看出_，如圖4所示。此可顯示出，該沉澱經常在該乾式泵5内的大-範圍中發生。這種在該電流中的異常增加，當在該乾式泵5内所累積的該沉澱材料H -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

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線 ^284347 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) 加時，即開始經常地發生。該沉殿材科持績地增加，並正在該乾式专$的、、在該電流位準或該功率位準，該溫度，兮^ 文之則’ 吻派動寺即會智咕地增加，其可由於該沉澱材料的累積而觀察到。舉例而1時在該乾式泵5中該電流的平均位準及該標準偏差，其係段時間來計算，其係根據沉輯料的增加而持續地辦加因此，藉由監測此位準做為一決定基準，壽命預心出該增加速率來預測。該乾式泵5的壽命預期決定基準係考失效資料來決定。但是，如此處所述，在應用單一體製造設備到不同的製程時，例如該電流的平均位準及標準差的該壽命預期的決定基準可隨每個製程條件而變化。取此外’該特性化特徵資料的增加速率，例如該電流的平均位，，該標準差等，其相關於該製程條件歷史。因此，在該第-具體實施例中，-個別決定基準位準係對於每個製程條件的該特性化特徵資料來設定，而壽命預期係在該製程期間經由該特性化特徵資料的增加速率來計算。再者，在當該特性化特徵資料的增加速率偶然改變時不僅是壽命預期要重新計算，但該壽命預期決定基準位準也會盥: 同時更m，該壽命預期制成為有可能來包^同的製程條件，並也考慮到該製程歷史。在當該乾式泵5中該電流的平^位準及標準差做為該乾式泵5的该特性化特徵資料26，.該壽命預期預測即參考圖2 及5來說明。该乾式泵壽命預期為決定基準及該預測的壽命預期值即對每個製私條件來儲存在該壽命預期預測控制器 • 13 - 本紙張尺度適财S S家標平(CNS) A樣格(210X297公董) 裝 '訂線 1284347 A7 _B7___ 五、發明説明（11 ) 13的該儲存單元45，如圖2所示。 (a) 在圖5的步驟S201中，在該壽命預期預測控制器13中的該製程條件處方輸入模組41由該製程控制器11讀入該製程處方25，並察覺出目前處理室1的製程條件，例如氣體的種類，氣體的流速，壓力及溫度。 (b) 在步驟S202中，其可決定在這些製程條件中相較於較早的製程彳条件是否有任何改變，且如果其可判斷出沒有改變，則目前的設定決定基準可在未經修正之下來使用。 (c) 當該製程條件中已有改變時，在步驟S203中，設定給每個製程條件的該壽命預期決定基準值係重新由該儲存單元45讀入。 (d) 在步驟S204中，該特性化特徵資料輸入模組42由該乾式泵5的該特性化特徵資料26讀入電流位準。 (e) 在步驟S205中，該壽命預期預測模組43計算在一預定時段中的該平均位準及該標準差，例如10秒，藉以平滑化突然的改變。 (f) 在步驟S206中，該壽命預期預測模組43計算符合於所得到的該電流之平均位準及標準差之增加的速率，並估計直到達到每個決定基準的時間長度。 (g) 在步驟S207中，其可決定該預測的壽命預期是否正常。 · (h) 當該預測的壽命預期為正常時，在步驟S208中可決定是否本製程已完成。如果其未完成，該程序即重複地回到步騾S204中。如果其已完成時，則該乾式泵5即成為待機狀 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1284347

態’直到下一個製程（步驟S211)。

七⑴當在步㈣〇7中已經察覺到該預測的壽命預期並不正乾式系5是在失效的邊、緣，在步㈣09中，該緊急 = W29a，29b即由該輸出模_傳送到該製程控制器 ^控制器12。該製程控制器u及該泵控制器Η已經要收到孩緊急中斷信號29a，29b ’執行該處理室1及該乾式泵5的關概序列。

⑴在步驟S210中，即執行維修$更換該乾式泵5。然後，孩乾j泵5將會在待機狀態，直到下_個製程（步驟⑵… 該壽命預期預測控制器13可轉換該預測的時間長度，直到到達該乾式豕5的決定基準，做為每個製程條件的录壽命預期資訊it過LAN 14到該伺服器15，於步驟S2〇6中。芙於該飼服器15中轉換的資料，該乾式系5的系壽命預期資^即更新；再者，如果該壽命預期決定基準係修正符合在該特性化特徵資料的增加速率中的改變，該更新的決定基準即回到該復原單元45。自然地，除了伺服器15，此資料的儲存及處理可在LAN 14上做為-資料庫的—獨立主機電腦上來執行。再者，當在一製程期間的該處理室丨中，該乾式泵5之電流的平均位準及標準差，會增加超過預期，其很明顯地該乾式泵5係在失效的·邊緣，該緊·急中斷信號2知及由該壽命預期預測控制器13傳送到該製.程控制器u。該製程控$ ^ 11 ’其已接收到該緊急中斷信號29a，即發出指人來p止供應反應耽體到該處理室1’並關閉該閘閥3，及中止兮製 -15 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) '一' __________ 1284347 A7 B7 五、發明説明（13 ) 此功能允許該處理室i來防止來自該乾式果5的一突然停機所造成的污染。根據該第一具體實施例，因為該乾式泵5的該特性化特徵資料26的決定基準係對每個製程條件來指定，整個該乾式录5的壽命預期的歷史可以分析，而回應於根據該製程條件歷史的決定基準中的改變即成為可能。此處可注意到，該壽命預期預測控制器13由該製程控制異j 1凟入該氣體種類，氣體流速等製程處方,並察覺到該製程條件，但是，此讀入亦有可能透過LAN 14而來自該伺服器15。另外，做為一資料庫的—主機電腦可用來取代遺伺服器15。此處，對於時間的該電流位準之平均值及該標準差係做為在該壽命預期預測控制器13中該壽命預期預測計算之統計方法；但是，除此之外，其可使用根據自動協方差分析的自動關聯係數，該自動關聯係數的遲滯寬度或類似者。此外，其可採用不僅是電流位準，也包含複數個特性化特徵資料的廣泛決定。在此例中，如果使用一 Mahalanobis-Taguchi (MT)距離，該預測可用甚至更高的準確性來達到。應用簡單回歸或多重回歸分析到該特性化特徵 S料的增加速率之方法可有益於增加該預測的效率。 (修正） * - — — •丨— 在該第一具體實施例中，所尹的該壽命預期預測控制器 13係做為一獨立裝置；但是，在另一個範例中，如圖6所示，一製程/胥命預期預測控制裝皇18共同包含一製程控制器 11a及一壽命預期預測控制器13a。除此之外，其類似於該 -16 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4^格(210 X 297公釐)

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線 1284347 A7 B7 五、發明説明（14 ) 第一具體實施例，因此可縮短該重覆的說明。、該氣耘控制器11a具有一氣體供應控制單元3la，一壓力，制單元32a ’ 一溫度控制單元33a。該壽命預期預測控制器13a具有一製程條件處方輸入模組41&，一特性化特徵資料輸入模組42a，一壽命預期預測模組43a，一輸出模組 44a ’及一餘存單元45a。該壽命預期預測模組“a執行該乾式泵5的筹命預期計算，其藉由自該儲存單元彳“讀取對應於該製程控制器11a中的製程處方的一決定基準，並統計地處理孩乾式系5的該特性化特徵資料26〇該製程處方及該特性化特徵資料26分別由該製程條件處方輸入模組41a及該特性化特徵資料輸入模組42a讀取。該壽命預期預測結果可由一輸出模組44a經由LAN 14與該製程條件共同傳送為批量處理資訊27a到一伺服器15。該儲存單元45a亦儲存該計算的壽命預期資料。製程控制信號21a包含來自該輸出模組 44a的一緊急中斷信號。回應於該製程條件，該製程/壽命預期預測控制裝置18，其係士裝在該製程控制器1 la及該壽命預期預測控制器，其可察覺該乾式泵5的該運作條件，且因此能夠在運作期間執行該乾式泵5的預測壽命預期之計算。此外，累積在該乾式录5内的沉澱材料量可藉由參考該批量處理資訊27a來估计’其係保留在該伺服器15中」：S該壽命預期決定基準值可更新整個製程歷史^ 根據該第一具體實施例的該·修正範例，因為該乾式泵5 的該特性化特徵資料26之決定基準係對於每個製程條件來 -17 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

1284347 A7 B7 五、發明説明（15 ) 指定’整個該乾式泵5的壽命預期之歷史可以分析，並有可能回應於符合該製程條件歷史的該決定基準之改變。在此修正的範例中，該壽命預期預測控制器13a係結合於該製程控制器1 la ;但是，一類似組合也自然地可能將該泵控制器12附加該乾式系5。 (第二具體實施例）在一範例中’其根據前述的本發明第二具體實施例而使用孩乾式系電流的自動協方差分析做為一半導體製造設備的預測壽命預期之方法。藉由根據本發明的該第二具體實施例的半導體製造設備筹命預期預測方法，其可分析由該乾式泵所得到的例如電流，功率，内部壓力，振動及溫度之特性化特徵資料的時間序列資料，而使用推測學技術來預測乾式泵失效。舉例而言’ ^果可發現一關係，例如“如果乾式泵電流在某些時間點為同，電流增加甚至在一預定遲滯寬度τ(資料區間）” 可被發現，其可用於乾式泵壽命預期預測。首先為了为析由该乾式泵所得到的該特性化特徵資料的時間序列資料，必須由假設恆定性開始。簡言之，恆定性代表在每個時間的時間序列資料可用相同的推測學處理來實施，或一推測學處理的統計特性並不隨時間改變。為 ^變’預期值E[X⑴= 不隨·時間改變的條件，或是簡而言之為X(t)在時間上的散佈必彡員不能改變，而再者，一任意的t，T之預期值E[x⑴χ(τ)]為僅根據該μ的函數，或換 -18 - I紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公董)-------- 1284347 A7 __B7 ____ 五、發明説明（16 ) 之，預期值Ε[χ(ί)χ(τ)]僅根據時間上的差異。也就是說，預期值Ε[χ⑴x(th)]成為遲滯寬度τ的函數，而預期值 Ε[χ“)]=μ成為固定。因此，變數x(t)及在遲滯寬度τ之後的變數χ(ί+τ)共同運算的程度，或x(t)及χ(ί+τ)的協方差為： cov (x(t)5 x(t+x)) = E[(x(t) -μ) (χ(ί+τ) -μ)] (2) 其僅為遲滯寬度（資料區間）τ的函數。此係因為 E[(x(t) — μ) (χ(ΐ+τ) — μ)] = E[x(t) χ(ΐ+τ) ] — μ2 (3) 此係稱之為自動協方差函數C(T)，其定義如下： C(t) — E[(x(t) —μ) (χ(ί+τ) —μ)] (4) 再者，自動關聯係數Ρχχ(τ)係定義為： Ρχχ(τ) = C(t) / C(0) (5) 代表由遲滯寬度τ所分隔的該資料之間的連接強度。換言之’當此量為較大的正值時，變數x(t)及在遲滯寬度 τ之後的S變數x(t+τ)會以相同的方式動作；另一方面，如果其為較大的負值時，其顯示出變數x(t)及變數χ(ί+τ)相會以相反的方式動作。同時，如果此量為〇，其可瞭解到變數 X(t)及變數X(t+T)彼此獨立地動作。進一步將<：(τ)除以c(0)，其為該正常散佈，ρχχ(τ)的數值可標準化為： -1 ^ Ρχχ(τ) < 1 了 : (6) 因為該C(0)的正常散佈代表與其本身的強度關係，其並不是比其本身要強的關聯性， - |C(x)| < |C(0)| (7) -19 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ297公釐) 裝 •訂

線 1284347 A7 B7 五、發明説明（17 最後，當此自動關聯係數Ρχχ(τ)接近於1時，其可決定在變數X(t)及變數χ(ί+τ)之間有一較強的關係，其允許來預測該半導體製造設備的壽命預期。更明確的說，該乾式栗的初始，未劣化狀態的之特性化特徵資料的時間序列資料即可量測及製成該基準時間序列資料。該基準自動協方差& & 可由此基準時間序列資料來得到。接下來，即量測在該| 程期間該乾式泵的該特性化特徵資料的該時間序列資料，並藉此可得到該製程期間的自動協方差函數。該自動_I 係數可由該製程及基準自動協方差函數來發現。如果該自動關聯係數接近於11|，不論是否該數·值為正或負，其可、决定在該乾式泵的該正常特性化特徵資料之間具有一很強的關係；如果其接近於〇，其可決定該關聯為弱，或接近於其哥命預期的結束。如圖7所示，由該乾式泵5之使用的前兩個月期間，在電流中有少數的暫時突波，但當該使用期間進展到超過兩個月’而直到其要失效之前，如上所述（請參考圖4)，其可看出電流中的大突波。另一方面，在該乾式泵5中的電流中的穩定改變太小，其幾乎不可能地人為偵測。基於此資料所執行的自動協方差分析可產生如圖8所示的結果。在該自動關聯係數中大量週期性的改變在當該乾式泵5處於正常工作順序時成為明顯，·但當使用聲期性變得較長時，乾式渠5 會穿破^這些週期性改變即成為較小，並接近於〇。因此，如果可追蹤這些週期性改變，該乾式泵5的條件即可診斷。孩壽命預期預測控制器13基於此信號對該乾式泵5執行診 -20 - 本紙張尺度適用中® S家標準(CNS) A4規格(210χ297公爱) 1284347 A7 B7 五、發明説明（18 ) '~ 斷，並計算該批量數目，其可在該乾式泵5的壽命期間來處理，並登錄此結，果在伺服器15中。在該第二具體實施例中，該電流位準可做為該乾式泵5 的特性化特徵資料；但是，也可使用其它物理性質，例如功率位準，溫度，振動或聲音頻譜。此外，其亦有效地預測該乾式泵5的壽命預期，其不僅使用電流位準的一個物理性質，而是廣泛地使用不同的物理性質做為該乾式泵5的決定基準。 (第三具體實施例）此說明係參考在該第一具體實施例.中所使用的該LpCVD 系統的範例，如圖2及9所示。在不僅只使用電流位,準的一個物理性質，而是廣泛地使用多種物理性質做為該乾式系5 的特性化特徵資料，該乾式泵5的壽命預期可使用一 Mahalanobis-Taguchi(MT)距離來有效地預測。其有需要在正常條件期間由該基準資料或一基準 Mahalanobis空間中得到一反矩陣，藉以找出與該壽命預期預測控制器13的一 MT距離。舉例而言，關於該電流，該溫渡的時間序列資料的該自動協方差的自動關聯係數，及該乾式泵5的振動可做於形成該基準空間的資料。然後即可發現由該電流，溫度及振動資料所取得的該關聯矩陣之反矩陣。由此關聯矩陣找出該反矩計算可在該壽命預期預測控制器13中執行；另外，其·可在該伺服器15或該CIM系、·’先中其&電腦來執行。此基準Mahalanobis空間可事先對每一個製程條件來設定；但是，其亦有機會來根據該不同製 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4祝格(21〇χ297公釐) 裝訂

線 1284347 A7 ___B7____ 五、發明説明（19 ) 程條件的歷史來改變。 (a) 在圖9的步驟S501中，在該壽命預期預測控制器13中的該製程條件處方輸入模組41由該製程控制器11讀入該製程處方25，並察覺到該處理室1的目前製程條件，例如氣體種類或氣體流速，壓力及溫度。 (b) 在步驟S502中，其可決定在該製程條件中是否已有改變。當在該製程條件中未發現有改變時，本基準 (Mahalanobis)空間的反矩陣可持續使用。 (c) 在步驟S503a中，當該製程條件中的改變已經由步驟 S502中的該製程處方25察覺到時，該乾式泵15的電流，溫度及振動資料即可對一預定的旋轉數目來得到，例如20 轉，並將其基準資料重新設定，以在步驟S503b中找出一新反矩陣。 (d) 然後在步驟S504中，該特性化特徵資料輸入模組42讀入該電流位準之特性化特徵資料26，該乾式泵5的溫度及振動，其係在製程期間對於一預定的旋轉數目來得到。 (e) 在步驟S505中，該壽命預期預測模組43由該電流位準的該特性化特徵資料26，該乾式泵5的溫度及振動來計算該反矩陣，其係設定為該驗證的Mahalanobis空間。然後該MT 距離即由此驗證的Mahalanobis空間及先前發現的該基準空間來發現，而該乾式泵5的壽命_賴期計算即可執行。 (f) 在步驟S506中，該壽命預期預測43執行該乾式泵5的該壽命預‘期預測。當該乾式泵5為正常時，該驗證的 Mahalanobis空間係類似於該基準空間，而該MT距離顯示約 -22 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1284347 A7 B7 五、發明説明（2Q ) 為1的數值。該MT距離的一較大數值顯示該驗證的空間及該基準空間已有變異，且通常一大約為1〇的MT距離即被决足為異常。因此，如果一為1〇的Μτ距離構成該乾式泵5的筹命預期決定基準，該乾式泵壽命預期可由在每個量測點所計算的該MT距離或在該MT距離中該速率的增加來預測0 該預測_的結果係由該輸出模組44儲存在該儲存單元45 中，同時透過LAN 14登錄為每一個製程條件的該泵壽命預期資訊28在該伺服器15中。根據該第三具體實施例，當預測該乾式泵5的壽命預期時’不同物理性質的關聯矩陣可由考慮該乾式泵5的條件來得到’而該MT㈣可用Μ定該乾式系5的壽命預期。 (第四具體實施例）㈡4钱苻性化行徵貧科的該平均值與該標準差，例如+ 功率’溫度，振動’及聲音改變，其可對應於不心 I程條件’而包含此仙方法已輯明於前料具體 =中。在根據第四具體實施例的該壽命預期預測方法;，其說明進一步簡化的方法。如果該4導體製造設備要大略區分的話，纟可狀態：即運作狀態，其係正在執行該製造處理，^ 其係在：出一批量及插石一批量之間。上=: 到第二具體實施例即為在該泮導體製造^ 、罘執行的該乾式泵5之壽命預期預測範例。在対=間所備的運作期間’該特性化特徵資料，例如電流位

1284347 A7 B7 五、發明説明（21 ) 在一活動處理期間採用，因為該未反應的氣體及該反應副產品即由該處理室1帶入到該乾式泵5。另一方面，在該待機狀態期間，因為該處理室1係由該不活動氣體來清洗，例如氮（NO氣體，該乾式泵5上的負載為低，而所附著的異常材料量較低，處理為相當地靜態。該第四具體實施例為該乾式泵5的壽命預期預測被執行的範例，其中該半導體製造設備處於#機狀態。在此說明中，使用圖1〇及2，該乾式泵 5的電流位準係做為該壽命預期決定基準的該特性化特徵資料。 (a) 在步驟S601中，在該壽命預期預測控制器13中的該製程條件處方輸入模組41由該製程控制器丨丨讀入該製程處方 25，並察覺出該處理室丨的目前製程條件，例如氣體種類，氣體流速，處理室溫度及壓力。 (b) 在步驟S602中，其察覺出該LPCVD系統是否處於運作狀態或一待機狀態。 (0當其察覺到該LPCVD系統處於待機狀態時，於步驟 S604中，泫特性化特徵資料輸入模組42由該乾式泵5的該特性化特徵資料20讀入該電流位準。 (d) 在步驟S605中，該等命預期預測模組43計算符合所得到的該電流之平均位準及標準差之增加的速率，並估計該時間長度，直到其達到由該儲單元45讀入的每個該壽命預期決定基準。 (e) 在步驟S606中，該壽命預期預測模組43由該計算的時間長度預測該壽命預期，直到其達到該乾式泵5的決定基準 -24 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 裝訂線 1284347

值。該預測的結果藉由該輸出模組44儲存在該儲存單元判中，同時透過LAN 14在該伺服器15中登錄為每個製程條件的該泵壽命預期資訊28。基於在該伺服器15中的轉換資料，該乾式泵5的泵壽命預期資訊28即更新，而再者，如果孩壽命預期決足基準係符合於該壽命預期的增加速率之改變來修正，m更新的壽命預期決定基準即回復到該壽命預期預測控制器13的該儲存單元45。即使該乾式泵5處於待機狀態，該乾式泵5的特性化特徵貝料26由於该内部沉澱材料的歷史結果而會對每一個製程來改變。即使是在待機，在該乾式泵5中該電流位準對每一個製程來增加以符合這些歷史結果，且其有可能來經由該特性化特徵資料26的增加速率之分析來量測該乾式系5的壽命預期。此處，該乾式泵5的待機壽命預期預測，除了以氮氣來固定，流動清洗之外，其亦有效於改變該氮氣流動速率。該氮氣流動速率被改變，且量測出對應於該氣體流動中的改，而在該乾式泵5中該電流之平均位準及標準差之改變量田幾乎在失效時，本作者已發現到該電流之平均位準及該標準差的改變相較於該氮氣流動速率的變化係要降 :氐因此其有可能由該電流之，均位準與標準差中的改較於^氮氣流動速率中的,化而來預測該乾式泵5的哥命預期。依此方式，其較容·易來準確決定該壽命預期，因為在待機期㈤的壽命預期預測測#可在運作自間不使用的條件之下來執行。 -25 -

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該壽命預期預測可藉由間叙性地引入不活動氣體，並田測該乾式泵5之負載特徵中的改變來執行。在此例中，其= 研究較簡易地平滑化及脫離所附著的材料。當該乾式泵$ 使用愈久時，能夠平滑化及脫離該附著材料的能力即下降^此*變化可由該乾式泵5的電流位準中的變化得知，其允許該壽命預期預測來對該乾式泵5進行。 ϋ 此外，一清洗氣體有時候用來在待機期間移除附著在該處理室1内的材料❶在此程序中該電流位準的改變也可用I 預測。再者，甚至更多的準確預測可由在引入該清洗氣體之後來間歇地引入並中止該不活動氣.體所得到，並量測在該乾式豕5的負載特徵中的改變。有效測試也可藉由引入反應氣體來執行，而非不活動氣體。一般而言，當引入不活動氣體時，在其負載的平均位準及該標準差中的變化變為困難來量測，因為該乾式泵5 的負載很小；在這樣的狀況下，使用一反應氣體即為有效。不像是在製程運作期間，相同的條件可用來在該壽命預期預測對於該乾式泵5來執行時可簡化該壽命預期預測，而該半導體製造設備處於待機狀態。此外，因為此待機係透過CIM來控制，執行壽命預期測試的序列可編譯成半導體製造設備的一運作程式，並被執行。 (第五具體實施例）· 了: 如圖11所示，一半導體製造系統包含一架構，其中複數個半導體製造設備71，72,…連接到一 LAN 14,其係連接到一伺服器15，而一半導體製造模擬器16進一步連接到該伺 -26 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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線 1284347 A7 B7 五、發明説明（24 ) 服器15 〇此處，假設一小型生產線，其大約每月生產1〇〇批量，其將約有50個半導體製造設備。該半導體製造模擬器“使用 ManSim設置一具有與此生產線相同設備架構及數量之虛擬工廠，其已為商用軟體。來自該製造設備的資料，其用於實際的生產工廠中，例如一設備效能，製程時間，及維修或品質控制（QC)所需要的頻率及時間即輸入到 ManSim，而條件係建構在該電腦之内，其係完全相同於實際工廠中的那些。此外，該半導體製造設備71，72，…具有類似於圖1所示的該半導體製造設備的個別架構。接下來，其提出說明一種根據本發明第五具體實施例之決定維修時間的方法，其使用圖12所示的流程圖，及圖2 中所示的該哥命預期預測控制器。 (a) 在圖12中的步驟S801中，在該壽命預期預測控制器13 中的該製程條件處方輸入模組41由該製程控制器丨丨讀入該製程處方25,並察覺到該處理室丨的目前製程條件，例如氣體種類，氣體流動速率，壓力及溫度。 (b) 在步驟S802中，其可決定出相較於較早的製程條件而在這些目前製程條件中是否有任何改變，而如果其判斷其並沒有改變，則可使用目前設定的決;定基準，而不需要修改。 - •了：夕 (c) 當在製程條件中已有改變時，在步驟s8〇3中，設定終每個製程條件的該壽命預期決定參考值即由該儲存單元二重新讀入。 -27 -

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線 1284347 A7 B7 五、發明説明（25 ) (d) 在步驟S804中，該特性化特徵資料輸入模組42由該乾式泵5的該特性化特徵資料26讀入電流位準。 (e) 在步驟S805中，該壽命預期預測模組43在一預定的時段中計算該平均位準及標準差，例如1〇秒，藉以平滑化突然的改變。 (f) 在步驟S806中，該舞命預期預測模組43計算符合於該電流的所得到的平均位準及標準差之增加速率，並估計直到達到每個決定基準之時間長度。該預期的結果即由該輸出模組44儲存在該儲存單元45中，同時，透過LAN 14在該伺服器15中對每個製程條件登錄為該.泵壽命預期資訊28。 (g) 在步驟S807中，其可決定是否該韩式泵5的壽命預期即預測為接近圖形。 (h) 當該預測的壽命預期為正常時，則該乾式泵5成為待機狀態，直到下一個製程（步驟S811)，如平常一樣。 ⑴基於該壽命預期預測，在步驟38〇7中，如果有一個乾式泵之筹命預期圖形為接近，例如該半導體製造設備7工者，該伺服器15造成該半導體製造模擬器16來運作並進行模擬。更特定而言，使用ManSim，即可發現直到失效的時段。然後該維修時段係具有在該時段期間對半導體製造為最少的影響，即可使用模擬來發現。對於該製造具有最少影響者代表當沒有批量輸入，兩必須處理到該半導體製造設備7i時，即執行更換系，或·換言之，即為當此設備處於待機狀態時。自然地，如所預期者，有些狀況中該待機時間長度比更換該泵所需要的時間較短。在這些情況下，如 -28 - 本紙張尺度適财a @家標準(CNS) A鐵格(2ι〇χ297公董)

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=系更換：在最長的待機時間中執行，其將對於製造具有取小的影響。 (=由該模擬結果中可清楚看出，在步，其在該半導體製造設備71中的乾式w失效之前為例_、 1 ’ 3小時’及5小時的待機時間。需要更換該乾式系5的時 =、’其包含使相半導體製造設備]的溫度下降，並在更換足後將孩溫度恢復，其需要大约6小時。㈨因此’標示出5小時長的待機時間，並在步驟s8i〇中，即執行該乾式系更換或維修。因此，該批量即可限制為1小時。裝訂根據該第五具體實施例，該半導體製造模擬器16經由模擬找出Μ半導體製造設備的待機時段m該待機時 !，或一包含此待機時間的時段，其為該半導體製造受到最】的gv # U其為該乾式系維修的時間；因此，梦 :半導體製造批量的時間長度可回復，其可最小化，而對：違半導體製造的影響保持在最小。 (其它具體實施例）線 —其可注意到，本發明並不限於上述具體實施例，其也可 ^施為其它不同的形式，而不背離其精神或基本特性，特木構力把，運作或結果中。，確的說，該壽命預期預測方法並秘於—乾式录，或異導體製造設備，但可廣泛應用到-旋轉機器，例如一-壓縮機，一馬達，或應用^ 使用這種旋轉機器的製造設備。再者，該乾式泵壽命預期預測方法並不限於一半導體製造設備的一乾式泵，但可廣 29 - 1284347 A7 B7 五、發明説明（27 ) 泛地應用到包含一乾式蝕刻系統及一噴濺系統之整個半導體製造設備。此外，該真空泵並不限於為一乾式泵，但也可包含任何種類的泵，例如一渦輪分子泵，一機械增壓器栗，或一旋轉系。本技藝專業人士在瞭解了本發明原理之後，有可能在不背離其範圍之下，進行不同的修正。因此，本發明自然地包含未在此處提到的不同具體實施例。因此，本發明的技術範圍僅限於由上述說明所合理推斷的申請專利範圍之内所提出的創新特徵。 -30 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims

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係使用千均值、標準差、自動關聯係數、一 α^^ ^ ^ f力關聯係數的遲滯寬度、及在該特性化特徵資料的時間序列資料中有限時段的一 Mahalanobis-Taguchi距離的績4 值中之任何一個。、’、叶$析 8·如申請專利範圍第6項之裝置，其中該壽命預期計由孩統計分析值的變化速率、一簡單回歸戈 /係析來得到。 @歸分其中該計算的壽命預期 9 ·如申請專利範圍第2項之裝置被輸入到一局部區域網路。 H).如申請專利範圍第2項之裝置’其中基於該計算… 預期，即提供該製程的一緊急中斷信號。可叩 11·一種半導體製造設備，其包含：一製程控制器，配置以基於複數個製程處方中之一標製程處方來控制一製造程序，該製程▲ 入：目體； G吕夕種.氣万疋锝機蒜，配置以處式入 — V π貝載；及一哥印預期預測控制器’配置以計算該旋轉命預期’其可符合對應於由該製程控: 製程處方之-決定基準，及由該旋轉機器所化特徵資料，該決定基準係藉由參考該資料來決定。付艰存的失y 12.如申請專利範圍㈣項之半導體製造設備足基準係被更新以符合該特性化特徵資料之一/、 13·如申請專利範圍第㈣之半導體製造設備；Ί 1284347 六、申請專利範圍處方定義-處理室的製程條件，其中引人氣體，並計半導體製造程序，而該旋轉機器為一真空泵。 14’如申請專利範圍第11項之半導體製造設備，其中該壽务預期預測控制器係提供複數個製程處方。、μ可叩申4專利範圍第13項之半導體製造設備，其中該製程 I件包含該氣體的種類及該氣體的流速。 16::螓專利範圍第13項之半導體製造設備，其中該特性彳政資料包含該真空泵的電壓、電流、功率、严振動、及聲音之一。 ’皿又、 I7.如申請專利範圍第13項之半導體製造設備，其中該壽命預期的計算使用該特性化特徵資料的時間序列資料可π 18^申請專利範圍第17項之半導體製造設備，其中該壽命 w的該計算係使用平均值、標準差、自動關聯係數、自動關聯係數的遲滞寬度、及在該特性化特 ^序列資料中-有限時段的—MahalanGbis_Taguci^ 離的統計分析值中之任何一個。 19·如申請專利範圍第17項之半導體製造設備，其中該壽务，期計算係由該統計分析值的變化速率、一簡單回：：夕重回知分析來得到。 2〇.如:請專利範圍第13項之半導體製造設備，其中該計算的壽命預期被輸入到一局部區域網路。 21卞：料利範圍第13項之半導體製造設備，其中基於該计异的壽命預期，即提供該製程的—緊急中斷信號。 22.如申請專利範圍第13項之半導體製造設備，其中該製程本紙』長尺度適用中g g豕標準(CNS) Μ規格(⑽X297公爱) 1284347 A8 B8 C8

1284347 六、申請專利範圍 28·如申請專利範圍第24項之方法，其中該壽命預期的計算使用該特性化特徵資料的時間序列資料。 29·如申請專利範圍第28項之方法’其中該壽命預期的計算係使用平均值、標準差、自動關聯係數、一自動關聯係數的遲滯寬度、及在該特性化特徵資料的時間序列資料中一有限時段的一 Mahalan〇biS-TagUchi距離的統計分析值中之任何一個。 30.如申請專利範圍第28項之方法，其中該壽命預期的計算係由該統計分析值的變化速率，一簡單回歸或多重回分析來得到。 •如申請專利範圍第24項之方法，其中該計算的壽命預期被輸入到一局部區域網路。命 32.如申請專利範圍第24項之方法，其中基於該計算的壽預期，即提供該製程的一緊急中斷信號。 33·—種決定旋轉機器維修時間的方法，其包含·· 讀取一旋轉機器的負載條件的一負載處方；方藉由比較該負載處方與一既存的該製程的負載處來決定該負載條件是否存在有改變；基如果該負載條件並無改變，即使用一既存的決定I 準，如果該負載條件已經改變，則讀入並使用包含該製程條件的一決定基準，而非該既存的決定基準；藉由讀入該旋轉機器的偵測特性化特徵資料來處理時間序列資料，其係對應於該決定基準；計算符合於該時間序列資料及該決定基準的該旋轉本紙張尺度適用中國國家^準 5- 、申請專利範園機器的壽命預期；藉由一半導體製造模产时十的待機時間，直到達到二…時段中該製程決定該找出的待機時;7异為的Λ;?塑期；及機時間，或一包本為取y矽曰孩製程的一待的更換或維修時;相時間的時間來成為該旋轉機器 34.:::::::::;二_載條件… 二製造程序，二:r=並執行-半導°體;ΐ:Γ為第室中進-步地執行。 +U “序在該處理 ::π專利範圍第34項之方法’其氣體的種類及該氣體的流速。仏件包含孩 37·如申請專利範圍第34 ::該真 38. 如申請專利範圍第34 係使用該特性化特徵資料的時間㈣7^Ρ。預期的計算 39. 如申請專利範圍第38项之方法，其中該壽命預期的計算 f使用平均值、標準差、自動關聯係數、-自動關聯係數的遲滯寬度、及在該特性化特徵資料的時間序列資料中有限時段的一 Mahalanobis-Taguchi距離的統計分析值中之任何一個。 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 8 8 8 8 ABCD 1284347 六、申請專利範圍 40.如申請專利範圍第38項之方法，其中該壽命預期的計算係由該統計分析值的變化速率、一簡單回歸或多重回歸分析來得到。本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）. 1284347 第091105327號專利申請案中文圖式替換頁(92年11投_)

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