(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機と、
前記回転機の振動の変動が相違する位置に配置され、時系列振動データを測定する複数の加速度計と、
前記複数の加速度計で測定された時系列振動データを周波数解析する周波数解析装置と、
前記周波数解析された前記時系列振動データから、前記回転機のロータの羽根枚数の逆数を含む式と、前記回転機に固有の基準振動周波数との積で表わされる解析対象周波数に対応した振動の特徴量の変動を評価用診断データとして作成し、前記評価用診断データを記録する時系列データ記録部と、
前記評価用診断データを用いて、前記回転機の寿命を予測する寿命判定ユニット
とを備えることを特徴とする製造装置。
【請求項２】
前記複数の加速度計が前記回転機のボディの一側面及び前記一側面に対向する他側面とに配置されることを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
【請求項３】
前記複数の加速度計が前記回転機の振動に位相差がある位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
【請求項４】
振動の位相が相違する複数の位置で回転機の時系列振動データを測定するステップと、
前記時系列振動データを周波数解析し、前記回転機のロータの羽根枚数の逆数を含む式と、前記回転機に固有の基準振動周波数との積で表わされる解析対象周波数に対応した振動の特徴量の変動を評価用診断データとして作成するステップと、
前記評価用診断データを用いて、前記回転機の寿命を判定するステップ
とを含むことを特徴とする回転機の寿命予測方法。
【請求項５】
基準用時系列振動データを測定するステップと、
前記基準用時系列振動データを周波数解析し、前記解析対象周波数に対応した特徴量の変動を基準用診断データとして作成して、前記基準用診断データにより基準マハラノビス空間を設定するステップと、
前記基準マハラノビス空間に基づき前記評価用診断データから算出されるマハラノビス距離を用いて寿命を予測するステップ
とを、更に含むことを特徴とする請求項４に記載の回転機の寿命予測方法。
【請求項６】
振動の位相が相違する複数の位置で回転機の時系列振動データを測定するステップと、
前記時系列振動データを周波数解析し、前記複数の位置で測定され、解析対象周波数に対応した複数の振動の間の位相差の特徴量の変動を評価用診断データとして作成するステップと、
前記評価用診断データを用いて、前記回転機の寿命を判定するステップ
とを含むことを特徴とする回転機の寿命予測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は製造装置用回転機の寿命の予測・診断技術に係り、特に真空ポンプ等の回転機の寿命を予測する診断方法、及びこの回転機を備えた製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造を効率的に行うために半導体製造装置の故障診断が重要になって来ている。また、近年、システムＬＳＩでは特に少量多品種生産の傾向が強まり、これに対応した小回りの利く効率的な半導体デバイスの製造方法が必要になって来た。効率的な半導体生産には小規模の生産ラインを用いることがある。しかし、大規模生産ラインを単に小さくしただけでは製造装置の稼働率低下等の問題が発生するため投資効率が低下する問題がある。この対策としては複数の製造工程を一つの製造装置で行う方法があるが、例えばドライポンプを排気系に用いている減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）装置ではプロセスの種類の相違により反応ガスや反応生成物が異なり、ポンプ内部での生成物の発生状況が異なる。このため、プロセスの種類が変わると、寿命が変動してしまう。
【０００３】
特定の製造プロセス中にポンプが停止すると、製造中のロットが不良になってしまうだけでなく、製造装置内部に微小ダストが発生するため製造装置に余分なメンテナンスが必要になり半導体デバイスの製造効率が大幅に低下する。このプロセス中の突然の停止を防止するためにポンプのメンテナンス時間に余裕を見るとポンプのメンテナンス頻度が膨大になり、メンテナンスコストの増加だけでなくポンプ交換による半導体製造装置の稼働率低下が顕著になるため、半導体デバイスの製造効率が大幅に低下してしまう。このように、効率良い小規模生産ラインに必要な装置の共用化を実現するためにはドライポンプの寿命を的確に診断し、寿命ぎりぎりまでポンプを使用することが必要であり寿命予測が必須である。
【０００４】
ドライポンプの寿命診断方法は現在までにいくつかの方法が提案されている。基本的にはドライポンプの状態をモータ電流、振動、温度で把握し、これらの状態量の変化から寿命を予測するという方法がとられてきた。特に、ドライポンプの寿命診断方法として、ポンプの状態をロータ回転に起因する振動で把握する方法が主にとられてきた。その理由として振動で診断するには加速度計をポンプ側面に取り付けるだけで測定できるため、簡便な寿命予測方法として注目されているからである。また測定された振動データから寿命を予測する方法としては３００ｋＨｚ付近の高周波数成分の基準値からのずれをニューラルネットワークを用いて解析する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−６４９６４号公報（第３−４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載された技術の場合、対象周波数が高いためドライポンプの稼働に伴う反応生成物の詰まりによる変化がブロードになり感度が低いことが問題であった。
【０００７】
更に、従来の振動測定方法においては、加速度計をドライポンプに取り付ける場合、その取り付け位置や取り付け方法により感度が変化し、高感度で安定に高精度の振動データを取得することが困難であった。特に、加速度計は、例えば、半導体製造装置付近の工事の振動や、ポンプ内圧力変動などのノイズを受けやすい。したがって、観測される振動の変動が、ノイズによるものか否かを区別する必要があった。
【０００８】
上述のように、振動を用いる従来のドライポンプの寿命予測方法では感度や安定性に問題があり、より高感度で安定した高精度の寿命予測方法の確立が望まれていた。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決し、高感度で安定した高精度の回転機の寿命予測方法、及びこの回転機を備えた製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴は、(イ)回転機と、（ロ）回転機のボディ測面において振動の変動が相違する位置に配置され、時系列振動データを測定する複数の加速度計と、（ハ）複数の加速度計で測定された時系列振動データを周波数解析する周波数解析装置と、（ニ）周波数解析された時系列振動データから解析対称周波数に対応した振動の特徴量の変動を評価用診断データとして作成し、評価用診断データを記録する時系列データ記録部と、（ホ）評価用診断データを用いて、回転機の寿命を予測する寿命判定ユニットとを備える半導体製造装置であることを要旨とする。
【００１１】
本発明の第１の特徴によれば、高感度で安定して高精度の寿命予測ができる回転機を備えた半導体製造装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の第１の特徴において、複数の加速度計は、回転機のボディの一側面及び一側面に対向する他側面とに配置される。また、複数の加速度計が回転機の振動に位相差があるボディ位置に配置されてもよい。また、複数の加速度計が回転機のボディの中央部及び端部に配置されてもよい。また、回転機は、ルーツ型あるいはスクリュー型ドライポンプであることが好ましい。また、解析対象周波数が、回転機に固有の基準振動周波数の整数倍であることが好ましい。また、回転機のロータの羽根枚数を含む式と、回転機に固有の基準振動周波数との積で表わされる周波数を用いると更に高感度で寿命予測が可能となる。回転機のロータの羽根枚数を含む式は、羽根枚数をｍとし、任意の整数ｎ及びｌを用いて、（ｎ＋ｌ／ｍ）で表わされる。また、寿命判定ユニットは、評価用診断データの特徴量をピーク加速度とする加速度推移判定部；評価用診断データの特徴量を解析対象周波数範囲でピーク加速度を積分した合計加速度とする合計加速度推移判定部；評価用診断データの特徴量を複数の加速度計で測定された振動の位相差とする振動位相差推移判定部；及び、時系列振動データを測定する時刻より、経験則で決まる時間だけ先行した時刻において、時系列振動データと同一プロセス条件のもとで測定される基準用時系列振動データから得られる基準用診断データによりマハラノビス空間を作成し、マハラノビス空間に基づき評価用診断データから算出されるマハラノビス距離を用いて寿命を予測するマハラノビス距離判定部を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明の第２の特徴は、（イ）回転機の振動の変動が逆相になる回転機の複数の位置で時系列振動データを測定するステップと、（ロ）時系列振動データを周波数解析し、解析対象周波数に対応した振動の特徴量の変動を評価用診断データとして作成するステップと、（ハ）評価用診断データを用いて、回転機の寿命を判定するステップとを含む半導体製造装置用回転機の寿命予測方法であることを要旨とする。
【００１４】
本発明の第２の特徴によれば、高感度で安定した高精度の半導体製造装置用回転機の寿命予測方法を提供することができる。
【００１５】
本発明の第３の特徴は、（イ）回転機の振動の変動が逆相になる回転機の複数の位置で、基準用時系列振動データを測定するステップと、（ロ）基準用時系列振動データを周波数解析し、解析対象周波数に対応した特徴量の変動を基準用診断データとして作成して、基準用診断データにより基準マハラノビス空間を設定するステップと、（ハ）回転機の複数の位置で、評価用時系列振動データを測定するステップと、（ニ）評価用時系列振動データを周波数解析し、解析対象周波数に対応した特徴量の変動を評価用診断データとして作成して、マハラノビス空間に基づき評価用診断データのマハラノビス距離を算出するステップと、（ホ）マハラノビス距離を用いて、回転機の寿命を判定するステップとを含む半導体製造装置用回転機の寿命予測方法であることを要旨とする。
【００１６】
本発明の第３の特徴によれば、高感度で安定した高精度の半導体製造装置用回転機の寿命予測方法を提供することができる。
【００１７】
本発明の第３の特徴において、基準用事系列データは、評価用時系列データを測定する時刻より、経験則で決まる時間だけ先行した時刻において、評価用時系列データと同一プロセス条件のもとで測定されることが好ましい。
【００１８】
本発明の第２及び第３の特徴において、回転機は、ドライポンプであることが好ましい。また、特徴量が、振動のピーク加速度であることが好ましい。また、特徴量が、解析対象周波数範囲で振動のピーク加速度を積分した合計加速度であってもよい。また、特徴量が、回転機の複数の加速度計で測定された振動の位相差であってもよい。また、解析対象周波数が、回転機に固有の基準振動周波数の整数倍であることが好ましい。また、回転機のロータの羽根枚数を含む式と、回転機に固有の基準振動周波数との積で表わされる周波数を解析対象とすると、更に感度よく寿命予測が可能となる。回転機のロータの羽根枚数を含む式は、羽根枚数をｍとし、任意の整数ｎ及びｌを用いて、（ｎ＋ｌ／ｍ）で表わされる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置としてのＬＰＣＶＤ装置は、図１に示すように、ＣＶＤチャンバ１を真空排気するドライポンプ３（回転機）と、ドライポンプ３のボディ測面において振動の変動が相違する位置に配置され、時系列振動データを測定する複数の加速度計３６ａ及び３６ｂと、複数の加速度計３６ａ、３６ｂで測定された時系列振動データを周波数解析する周波数解析装置３７と、周波数解析装置３７により周波数解析された時系列振動データをもとにドライポンプ３の寿命を予測するＣＰＵ３９を備えている。
【００２１】
更に、ＣＰＵ３９は、周波数解析された時系列振動データから解析対称周波数に対応した振動の特徴量の変動を評価用診断データとして作成し、評価用診断データを記録する時系列データ記録部５と、評価用診断データを用いて、回転機の寿命を予測する寿命判定ユニット６とを備える。
【００２２】
ＬＰＣＶＤ装置のＣＶＤチャンバ１にはガス配管５１、５２、５３が接続されている。このガス配管５１、５２、５３には、ＣＶＤチャンバ１に導入される種々の原料ガス及びキャリアガスを制御するためのマスフローコントローラ４１、４２、４３がそれぞれ接続されている。つまり、マスフローコントローラ４１、４２、４３によって、その流量が制御された原料ガス等は、ガス配管５１、５２、５３を通って一定の減圧化のＣＶＤチャンバ１に導入される。ＣＶＤチャンバ１は外気遮断と雰囲気を保持することが可能なような密閉構造をしている。ＣＶＤチャンバ１の内部をドライポンプ３で真空排気するために、ＣＶＤチャンバ１の排気側には真空配管３２が接続され、この真空配管３２の排気側にゲートバルブ２が接続されている。ゲートバルブ２の排気側には更に他の真空配管３３が接続されている。真空配管３３の排気側にドライポンプ３の吸気側が接続されている。ゲートバルブ２は必要に応じてＣＶＤチャンバ１とドライポンプ３を分離し、或いは排気コンダクタンスを調整する。そして、ドライポンプ３はＣＶＤチャンバ１に導入された未反応の原料ガス及び反応生成物を排気するために用いられている。
【００２３】
図１に示すＬＰＣＶＤ装置を用いて、例えば、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を成膜する場合は、減圧状態にされたＣＶＤチャンバ１に、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスをマスフローコントローラ４１を介して導入し、アンモニア（ＮＨ３）ガスをマスフローコントローラ４２を介して導入する。そして、ＣＶＤチャンバ１の内部でシリコン（Ｓｉ）基板を約８００℃程度にまで加熱し、ジクロロシランガスとアンモニアガスとの化学反応により、シリコン基板上にシリコン窒化膜を成膜する。この化学反応は、シリコン窒化膜を生成するとともに、反応副生成物として塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）ガス及び水素（Ｈ２）ガスを発生する。水素は気体であり、ドライポンプ３によって排気される。塩化アンモニウムは、生成時においては、反応炉内が８００℃程度の高温下及び数１００Ｐａ若しくはサブ数１００Ｐａ以下の減圧下であるために、気体状である。図示を省略しているが、通常，ＬＰＣＶＤ装置には、固体の反応副生成物を捕集するトラップがＣＶＤチャンバ１とドライポンプ３との間に設置されている。トラップは、圧力が低いため、反応副生成物の完全な捕集は不可能である。捕集しきれない反応副生成物は、ドライポンプ３まで到達する。ドライポンプ３では、気体の圧縮によって０．１Ｐａ程度から大気圧まで圧力が増加する。反応副生成物は、状態図における昇華曲線に従って、低圧下では気体として存在するが、より高圧化で固化を始める。ポンプ内部では、ガスの圧縮が繰り返され，数１００Ｐａの圧力から大気圧まで圧力が変化していくために、排気ガス中のガス状反応副生成物は、圧力上昇とともにドライポンプ３の内部で固化し始める。ドライポンプ３の配管内で固化し始めると、わずかであるが堆積物が回転軸を弾性変形させる。その結果として、ドライポンプが故障することにつながる。
【００２４】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置（ＬＰＣＶＤ装置）用のルーツ型のドライポンプ（回転機）３は、図１に示すように、振動を検知する加速度計３６ａ、３６ｂが備え付けられている。図１では、加速度計３６ａ及び３６ｂはドライポンプ３の前面及び背面に対向するように配置されている。或いは、加速度計３６ａ及び３６ｂの取り付け位置は、ドライポンプ３の上面及び底面であっても良い。さらに、加速度計３６ａ、３６ｂの出力側には、フーリエ変換分析装置等の周波数解析装置３７が接続されている。周波数解析装置３７は、加速度計３６ａ、３６ｂでサンプリング測定したドライポンプ３の振動、即ち加速度をフーリエ変換し周波数成分に分解する。このため、フーリエ変換装置３７に加速度計３６ａ、３６ｂで測定されたデータを伝送するために配線３８ａ、３８ｂが設けられている。周波数解析装置３７によって加速度の時系列データが周波数成分に分解された周波数スペクトルのデータは、配線３８ｃを介して、ＣＰＵ３９に伝送される。
【００２５】
ＣＰＵ３９には周波数決定部４、時系列データ記録部５、寿命判定ユニット６が内蔵されている。周波数決定部４は、ＣＰＵ３９に伝送された周波数スペクトルのデータを分析し、スペクトルのピークの位置の周波数から解析対象周波数を決定する。時系列データ記録部５は、サンプリング測定された加速度の解析対象周波数成分を、システム情報記憶装置６６若しくは、ＣＰＵ３９の主記憶装置のファイルに記録する。即ち、フーリエ変換装置３７の周波数解析の結果により、基準用時系列データから解析対象周波数に対応した加速度のピーク値の変動を基準用診断データとして作成し、評価用時系列データからピーク値の変動を評価用診断データとして作成する。これらの基準用診断データ及び評価用診断データをシステム情報記憶装置６６若しくは、ＣＰＵ３９の主記憶装置に記録する。
【００２６】
寿命判定ユニット６では、時系列データ記録部５が記録したデータ群を読み出し、演算することにより、ドライポンプ３の寿命判定を行う。具体的には、第１の実施の形態に係る半導体製造装置の寿命判定ユニット６は、加速度推移判定部６１、合計加速度推移判定部６２、振動位相差推移判定部６３、マハラノビス距離判定部６４の４つのモジュールを内蔵している。加速度推移判定部６１は、成膜ステップでのピーク加速度の変動よりドライポンプ３の寿命を判定する。合計加速度推移判定部６２は、解析対象周波数範囲内で成膜ステップでの合計加速度を算出し、ドライポンプ３の寿命を判定する。振動位相差推移判定部６３は、成膜ステップの振動データの位相差を算出し、ドライポンプ３の寿命を判定する。マハラノビス距離判定部６４は、所定日前の同一プロセス条件でのデータ群から基準空間（以下、「マハラノビス空間」と呼ぶ。）を作成し、このマハラノビス空間を用いてマハラノビス距離を算出し、マハラノビス距離の変動によりドライポンプ３の寿命を判定する。
【００２７】
図２に示すように、第１の実施の形態に係る半導体製造装置（ＬＰＣＶＤ装置）に用いるドライポンプ３は、２枚の羽根がついた２つのロータ１０ａ、１０ｂがそれぞれ回転軸１１ａ、１１ｂで回転する構造である。ドライポンプ３は、ボディ１３、ボディ１３の吸気側に設けられた吸気フランジ１４、及び、ボディ１３の排気側に設けられた排気フランジ１５を有している。ＣＶＤチャンバ１からゲートバルブ２を通ってきたガス流は、吸気フランジ１４よりドライポンプ３内に入る。ドライポンプ３内に入ったガスは２つのロータ１０ａ、１０ｂが回転軸１１ａ、１１ｂで回転することにより圧縮される。圧縮されたガスは排気フランジ１５より排気される。ロータ１０ａ、１０ｂは５０Ｈｚで回転させるため、加速度計３６ａ、３６ｂで観測される基準振動の周波数は５０Ｈｚである。
【００２８】
図３に、ドライポンプ３の前面と背面にそれぞれ取り付けた加速度計３６ａ及び３６ｂで成膜ステップにおいて測定された基準振動５０Ｈｚの加速度推移を示す。ピークＡは成膜ステップでの加速度の変化である。ドライポンプ３前面に取り付けた加速度計３６ａの加速度は減少し、ドライポンプ３背面に取り付けた加速度計３６ｂの加速度は増加することがわかる。また、成膜ステップではないところで、例えば、ピークＢでは加速度計３６ｂのみ加速度が増加し、ピークＣでは、加速度計３６ａ、３６ｂともに減少している。このように、一方の加速度計３６ａ又は３６ｂだけに加速度のピークが見られたり、両方の加速度計３６ａ及び３６ｂで同一方向のピークが検出される場合は、ドライポンプ３付近の工事の振動や、ドライポンプ３内の圧力変動などに起因するノイズであり、ドライポンプ３内部の反応生成物による詰まりとは関係ない。したがって、加速度計３６ａ及び３６ｂで得られる加速度の変動の方向を比較することにより、加速度変動がポンプ内部の詰りによるものか、ノイズによるものかを区別することができる。このように、ドライポンプ３の反応生成物のつまりに起因するピーク加速度を、安定に精度よく検出することができる。
【００２９】
図４に、ドライポンプ３の交換直後から内部に生成物が堆積し停止するまでの基準振動５０Ｈｚのピーク加速度推移を調べた結果を示す。ドライポンプ３の停止直前でピーク加速度が急激に増加しており、ドライポンプ３の異常、即ちポンプ停止直前の予兆が検出できることが分かる。この解析対象周波数に対応したピーク加速度の値を用いることにより、感度良く対象とするドライポンプ３の寿命が予測できる。
【００３０】
本発明の第１の実施の形態のドライポンプ３の寿命予測では、ロータ回転に起因する基準振動の加速度変動が利用される。ドライポンプ３のロータ１０ａ、１０ｂは機械的にケーシング内に取り付けられているため、ケーシングとロータ１０ａ、１０ｂ間やロータ１０ａと１０ｂ間のクリアランスは厳密には同一ではなく非対称性を持つ。このため、ドライポンプ３内部に反応生成物が蓄積すると、ケーシングとロータ１０ａ、１０ｂ間やロータ１０ａと１０ｂ間の擦れには不均一性が生じる。反応生成物が蓄積された場合に、ドライポンプ３への加速度計３６ａ、３６ｂの取り付け位置によって、振動の加速度変動が上がる場合と下がる場合が生じる。この振動の加速度変動が逆相になるような加速度計３６ａ、３６ｂの取り付け位置は、図１に示すように、例えば、ドライポンプ３の前面と背面である。あるいは、図５に示すようなドライポンプ３の中央付近と端部にそれぞれ加速度計３６ｃ及び３６ｄを取り付けても、振動の加速度変動が逆相になることを確認している。
【００３１】
次に、図６に示すフローチャートを用いて、本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置用回転機の寿命予測方法を説明する。具体的には、Ｓｉ３Ｎ４薄膜を形成するＬＰＣＶＤ装置に用いられるドライポンプ３の寿命を予測する。
【００３２】
（イ）まず、ステップＳ１０１では、ＬＰＣＶＤ装置のドライポンプ３の前面及び背面に配置された加速度計３６ａ、３６ｂで、ドライポンプ３の振動（加速度）の時系列振動データ（推移）がサンプリング測定される。具体的には、例えば、１ｍｓ間隔で４０９６点の加速度をサンプリング測定する。
【００３３】
（ロ）次にステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で得られた時系列振動データを周波数解析装置３７によって周波数成分に分解して、加速度の周波数スペクトルが得られる。
【００３４】
（ハ）ステップＳ１０３において、ＣＰＵ３９の周波数決定部４を用いて、加速度の周波数スペクトルを参酌して、寿命判定に用いる解析対象周波数が決定される。第１の実施の形態では、解析対象周波数は基準振動の５０Ｈｚである。
【００３５】
（ニ）その後、ステップＳ１０４において、時系列データ記録部５を用いて、ピーク加速度の解析対象周波数成分からなる評価用診断データが、システム情報記憶装置６６のファイルに記録される。
【００３６】
（ホ）ステップＳ１０５においては、ステップＳ１０４で記録した解析対象周波数成分のピーク加速度の評価用診断データが読み出され、加速度推移判定部６１により、設定値と比較してドライポンプ３の寿命が判断される。評価用診断データが設定値以下であれば、引き続き測定を繰り返す。
【００３７】
（ヘ）そして、評価用診断データが設定値を越えていれば、ステップＳ１０６で、加速度推移判定部６１は、ＬＰＣＶＤ装置に付随する表示装置、表示パネル、若しくは表示ランプにポンプ停止直前（寿命）の表示を行う。
【００３８】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置の寿命診断方法において、故障の予兆を判断する「設定値」は実際の適用において適宜設定すれば良く、例えば、正常時の平均値の１倍から３倍以上ずれる場合を故障の予兆とすれば良い。
【００３９】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置の寿命診断方法は、ドライポンプ３の故障診断に、解析対象として基準振動を用いて説明したが、他の周波数でもドライポンプ３の振動変動が観測され、寿命診断に利用できる。
【００４０】
ドライポンプ３では、複数枚の羽根がついた複数のロータの間隙が一定になるようにそれぞれの回転軸で回転し、ガスの流れを発生させる。このため、ロータ回転に起因する基準振動と、基準振動の整数倍の周波数の振動が発生する。例えば、図７に示すように、基準振動の５０Ｈｚだけでなく、基準振動の２倍の周波数１００Ｈｚをはじめとして、基準振動の整数倍の周波数にも加速度のピークが観測される。このようにドライポンプ３の寿命予測ではロータ回転に起因する基準振動の整数倍の周波数の加速度変動を利用することができる。
【００４１】
また、ドライポンプ３のロータ１０ａ、１０ｂは機械的にケーシング内に取り付けられているため、ケーシングとロータ１０ａ、１０ｂ間やロータ１０ａ、１０ｂ間のクリアランスは厳密には同一ではなく非対称性を持つ。このため、ドライポンプ３内部に反応生成物が蓄積すると、ケーシングとロータ１０ａ、１０ｂ間やロータ１０ａ、１０ｂ間の擦れには不均一性が生じる。この結果、反応生成物が蓄積された場合には、加速度計３６ａ、３６ｂで測定される加速度の周波数成分には、ロータ回転に起因する基準振動及び基準振動の整数倍の周波数以外の振動周波数のサブピークが観察される。例えば、図８に示すように、ドライポンプ３内部に反応生成物が蓄積し、停止直前になると、基準振動の１．５倍の周波数７５Ｈｚにサブピークが出現する。一方、図７に示したように、正常状態では基準振動の整数倍のピークが顕著であり、サブピークは不明瞭である。図８に見られるようなポンプ停止前に出現するサブピークは、ポンプ内部の反応生成物の蓄積に非常に敏感であることを確認している。ドライポンプ３内部の反応性生物の詰まりのモニタに有効な主要なサブピークは経験的に、ロータ１０ａ、１０ｂの羽根枚数をｍとした場合、基準振動の（ｎ＋ｌ／ｍ）倍で表される。ｎ、ｌは任意の正の整数であるが、ｎが大きい場合は感度が低下するため、ｎ≦ｍ×回転軸数＋ｌが必要である。例えば、図８に示した周波数７５Ｈｚのサブピークは、ｎ＝１、ｌ＝１、ｍ＝２の場合に相当する。
【００４２】
図９に示すように、周波数５０Ｈｚの基準振動と７５Ｈｚのサブピークのピーク加速度は、いずれもポンプ停止直前には増加することが分かる。特に、７５Ｈｚのサブピークではピーク加速度の変化率が大きいため、反応生成物によるドライポンプ３の詰りを基準振動より感度良く検知出来ることが分かる。７５Ｈｚのサブピークを用いて、ピーク加速度がポンプ交換後の正常値から４倍以上になった値を異常としたところ、少なくともポンプ停止の前日には異常を検知出来ることを確認している。本発明の第１の実施の形態において、サブピークのピーク加速度変動を用いることによっても、高感度に異常（寿命）が検出できることがわかる。
【００４３】
また、周波数分布の推移を調べると非常に短時間であるが、０Ｈｚから広範囲、例えば、基準振動の１０倍の５００Ｈｚの範囲で加速度が増加する現象が見られる。例えば、図８と図７を比べると、図８では０〜５００Ｈｚ全周波数領域に渡って加速度が増加しているのがわかる。図１０に示すように、０Ｈｚから基準振動の１０倍にあたる５００Ｈｚ間の加速度を積分した合計加速度もポンプ停止前に増加するため、合計加速度によりポンプ停止直前の判断が可能となる。この場合、図６に示すステップＳ１０４で、０Ｈｚから５００Ｈｚ間の加速度の積分値が評価用診断データとして記録される。そして、合計加速度推移判定部６２により合計加速度が読み出され、設定値と比較されてドライポンプ３の寿命が判断される。成膜ステップの合計加速度増加率が、例えば、平常時の２００％以上になった場合は、ポンプ停止直前つまりドライポンプ３の寿命であると判断される。
【００４４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る半導体製造装置の寿命診断方法は、ドライポンプ３の故障診断に、振動の位相差を用いた例を説明する。即ち、第２の実施の形態に係る寿命診断方法は、第１の実施の形態のドライポンプ３の故障診断に用いた振動のピーク加速度変動の代わりに、ドライポンプ３のボディ１３の中央部分の側面と端部の側面にそれぞれ配置した加速度計３６ｃ、３６ｄで測定される振動の位相差を解析する。時系列振動データを周波数解析する周波数解析装置３７、周波数解析装置３７により周波数解析された時系列振動データをもとにドライポンプ３の寿命を予測するＣＰＵ３９は、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００４５】
ドライポンプ３に複数の加速度計を取り付けて振動を測定する場合、反応生成物が蓄積されてくると、ドライポンプ内部のケーシングとロータ１０ａ、１０ｂ間、あるいは、ロータ１０ａとロータ１０ｂ間のクリアランスの非対称性が生じる。ケーシングとロータ１０ａ、１０ｂ間、あるいは、ロータ１０ａとロータ１０ｂ間の擦れの不均一性のため、それぞれの加速度計で観測される振動の位相が変動する。例えば、図５に示したドライポンプ３の中央部分の側面と端部の側面にそれぞれ取り付けた加速度計３６ｃ、３６ｄで測定される成膜ステップ中の基準振動間には、ドライポンプ３交換直後は、ほぼ一定の１８０度の位相差がある。ドライポンプ３の内部に反応生成物が蓄積されてポンプ停止直前になると、図１１に示すように、加速度計３６ｃ、３６ｄで測定される成膜ステップ中の基準振動間の位相差の変動が増加する。位相差の変動の増加はドライポンプ３の内部に蓄積した反応生成物が多くならないと観測されないため、ポンプ停止直前の予測が効率よく、高精度に行える。
【００４６】
第２の実施の形態のおいては、加速度センサーの取り付け位置をケーシング中央部分の側面とケーシング端部の側面としたが、振動に位相差がある部分であれば良いことは、勿論である。また、加速度計を２箇所ではなく３箇所以上に取り付けて、複数の振動の位相の変動を利用しても良い。
【００４７】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体製造装置の寿命診断方法は、図１２に示す手順で行う。
【００４８】
（イ）まず、ステップＳ２０１で、図１に示すＬＰＣＶＤ装置のドライポンプ３の中央部分の側面と端部の側面にそれぞれ取り付けた加速度計３６ｃ、３６ｄで、ドライポンプ３の時系列振動データがサンプリング測定される。例えば、１ｍｓ間隔で４０９６点の加速度をサンプリング測定する。
【００４９】
（ロ）次にステップＳ２０２において、ステップＳ２０１で得られた時系列振動データを周波数解析装置３７によって周波数成分に分解して、加速度の周波数スペクトルが得られる。
【００５０】
（ハ）ステップＳ２０３において、ＣＰＵ３９の周波数決定部４は、解析対象周波数を基準振動５０Ｈｚとする。
【００５１】
（ニ）その後、ステップＳ２０４において、時系列データ記録部５を用いて、加速度計３６ｃと３６ｄで測定された基準振動の位相差を算出した評価用診断データが、システム情報記憶装置６６のファイルに記録される。
【００５２】
（ホ）ステップＳ２０５においては、ステップＳ２０４で記録した評価用診断データが読み出される。そして、振動位相差推移判定部６３により、評価用診断データの標準偏差が算出され、設定値と比較することによりドライポンプ３の寿命が判断される。評価用診断データが設定値以下であれば、引き続き測定を繰り返す。
【００５３】
（ヘ）そして、評価用診断データが設定値を越えていれば、ステップＳ２０６で、振動位相差推移判定部６３は、ＬＰＣＶＤ装置に付随する表示装置、表示パネル、若しくは表示ランプにポンプ停止直前（寿命）の表示を行う。
【００５４】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体製造装置の寿命診断方法において、例えば、故障の予兆の設定値を正常時の位相差の標準偏差が１倍から３倍以上増加する値とすれば、寿命判定を精度良く行うことができる。
【００５５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る半導体製造装置の寿命診断方法は、ドライポンプ３の寿命診断に、マハラノビス距離ＭＤを用いた例を説明する。即ち、第３の実施の形態では、第１及び第２の実施の形態で寿命診断に用いた基準振動５０Ｈｚとサブピーク７５Ｈｚのピーク加速度、合計加速度及び振動の位相差変動等の複数の振動の特徴量の時系列データによるマハラノビス距離ＭＤを用いる。半導体製造装置の寿命診断方法にマハラノビス距離ＭＤを利用するには、マハラノビス空間の取り方がキーになる。本発明の第３の実施の形態では、マハラノビス空間は、「診断と同一プロセス条件」となるＬＰＣＶＤの成膜ステップの特徴量の時系列データが用いられる。具体的には、例えば、ドライポンプ３の状態を評価するデータの３日前の特徴量の時系列データを「基準用時系列振動データ」として用い、３日間でのマハラノビス距離ＭＤの変化の推移を調べることにより、プロセス条件の変動の影響を除外することが出来る。図１３に示すように、ポンプ停止直前に、マハラノビス距離ＭＤが５を超えることが分かる。一般に、マハラノビス距離ＭＤが４以上が異常であると判断するが、前述したように本発明では、経験則上、マハラノビス距離の寿命判定の設定値を５〜１０の範囲の値とする。ここでは、マハラノビス距離の設定値を５としている。そして、マハラノビス距離ＭＤが設定値５を超えると故障の予兆が捕らえられたと判断する。
【００５６】
また、上述した特徴量以外にドライポンプ３のモーター電流や電力、ドライポンプ３内の圧力あるいはドライポンプ３の温度等の特徴量の時系列データをマハラノビス空間の構成要素として加えてもよいことは、勿論である。
【００５７】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体製造装置の寿命診断方法は、図１４に示す手順で行う。
【００５８】
（イ）先ず、ステップＳ３０１において、ＬＰＣＶＤ装置のドライポンプ３の特徴量の診断用時系列振動データの測定を開始する時刻の所定時間前に、目的とする診断と同一プロセス条件で対応する特徴量の基準用時系列振動データが測定される。
【００５９】
（ロ）次に、ステップＳ３０２において、この基準用時系列振動データからマハラノビス空間が設定される。即ち、基準振動５０Ｈｚとサブピーク７５Ｈｚのピーク加速度、合計加速度及び振動の位相差変動等の基準用時系列振動データの集合体から導き出される相関行列の逆行列が求められる。この相関行列の逆行列の計算は、図１に示したＣＰＵ３９のマハラノビス距離判定部６４で実行される。求めたマハラノビス空間は、システム情報記憶装置６６に格納される。
【００６０】
（ハ）そして、ステップＳ３０３において、３日間、特徴量である基準振動５０Ｈｚとサブピーク７５Ｈｚのピーク加速度、合計加速度及び振動の位相差変動等の診断用時系列振動データが測定される。
【００６１】
（ニ）そして、ステップＳ３０４において、３日間の診断用時系列振動データとマハラノビス空間とを用い、診断用時系列振動データのマハラノビス距離ＭＤの時間変化が求められる。マハラノビス距離ＭＤの計算は、システム情報記憶装置６６に格納されたマハラノビス空間のデータを用い、マハラノビス距離判定部６４で実行される。
【００６２】
（ホ）次に、ステップＳ３０５において、マハラノビス距離判定部６４で、算出されたマハラノビス距離ＭＤが設定値と比較される。算出されたマハラノビス距離ＭＤが設定値以下であれば、診断用時系列振動データが測定され、新たにマハラノビス距離が算出される。
【００６３】
（ヘ）そして、ステップＳ３０６において、算出されたマハラノビス距離ＭＤが設定値を越えている場合、マハラノビス距離判定部６４はドライポンプ３の寿命と判断し、ＬＰＣＶＤ装置に付随する表示装置、表示パネル、若しくは表示ランプにポンプ停止直前（寿命）の表示を行う。
【００６４】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体製造装置の寿命診断方法によれば、高感度で安定に精度良く故障の予兆を捕らえることができる。
【００６５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態の第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６６】
本発明の第１の実施の形態では加速度計３６ａ、３６ｂの取り付け位置をドライポンプ３のケーシング中央部分の前面及び背面としたが、ケーシング端部であってもよく、また、図示は省略されているドライポンプ３のギヤボックスの上部、側面、あるいは底面でも良い。ただし、測定加速度の安定性を確保するため、ドライポンプ３の取り付け部分を加速度計の取り付け面と同程度の加工精度の平面にする必要がある。
【００６７】
また、本発明の実施の形態では、ルーツ型のドライポンプ３を用いた例を述べたが、スクリュー型のドライポンプでも同様の効果が得られることを確認している。基準振動の（ｎ＋ｌ／ｍ)倍のサブピークを用いる場合、スクリュー型ドライポンプに対しての羽根枚数ｍは１とすればよい。
【００６８】
また、ドライポンプ３の寿命を予測する解析は本発明の実施の形態では、ＬＰＣＶＤ装置に付随するＣＰＵ３９の寿命判定ユニット６で実施したが、寿命判定解析はＬＰＣＶＤ装置の他のコンピュータで行ってもよい。例えば、ドライポンプ３の制御装置（図示省略）に内蔵してもよい。また、図１５に示すように、本発明の他の実施の形態に係る半導体生産システムは、ローカルエリアネットワーク(ＬＡＮ)７１に半導体製造装置７０やコンピュータ統合生産システム(ＣＩＭ)７２等が接続されている。ＣＩＭ７２は、サーバ７３、データ処理システム７４あるいは外部記憶装置７５等が接続されている。測定された時系列振動データをＬＡＮ７１を介して伝送し、ＣＩＭ７２上のデータ処理システム７４で寿命判定解析を実施してもよい。また、サーバ７３あるいはＣＩＭ７２上の他のコンピュータで寿命判定解析を実施してもよい。さらに、寿命判定解析用の特徴量の時系列データをＣＩＭ７２上の外部記憶装置７５に格納してもよい。
【００６９】
また、上記において、ジクロロシランガスとアンモニアガスとの反応で、シリコン窒化膜を成膜する場合を例示したが、原料ガスは、ジクロロシランガスやアンモニアガスに限定されないことは勿論である。更に、Ｓｉ３Ｎ４膜のＬＰＣＶＤの例に限られず、他の材料の薄膜のＬＰＣＶＤでも同様に適用出来る。また、単一の種類の薄膜を成長する場合の例を示したが、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＴＥＯＳ酸化膜、多結晶シリコン等の複数種類の薄膜を同一のＬＰＣＶＤ装置で形成する場合でも同様の効果が得られる。
【００７０】
なお、本発明の実施の形態に係る第１〜第３の実施の形態ではＬＰＣＶＤプロセスの例を示したが、本発明はドライポンプの内部に反応生成物が堆積し回転機（ポンプ）が停止する場合には同様の効果が確認されており、ＣＶＤプロセス全般、ドライエッチングプロセスなどに適用できる。
【００７１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施例等を含むことは勿論である。したがって、本発明の実施の形態に係る技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、高感度で安定した高精度の回転機の寿命予測方法、及びこの回転機を備えた製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体製造装置の概略を示す図である。
【図２】図１に示した回転機（ドライポンプ）の内部構造を示す断面図である。
【図３】成膜ステップでのピーク加速度の経時変化グラフである。
【図４】成膜ステップでのピーク加速度減少率の経時変化グラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係るドライポンプの加速度計の配置を示す概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置用回転機の寿命予測方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】ポンプ交換直後の成膜ステップでのピーク加速度の周波数スペクトルのグラフである。
【図８】ポンプ停止直前の成膜ステップでのピーク加速度の周波数スペクトルのグラフである。
【図９】成膜ステップでの基準振動及びサブピークのピーク加速度の経時変化グラフである。
【図１０】成膜ステップでの合計加速度の経時変化グラフである。
【図１１】成膜ステップでの振動位相差の経時変化グラフである。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る半導体製造装置用回転機の寿命予測方法を説明するためのフローチャートである。
【図１３】成膜ステップでの振動データを用いたマハラノビス距離ＭＤの経時変化グラフである。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る半導体製造装置用回転機の寿命予測方法を説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明の他の実施の形態に係る半導体製造装置用回転機の寿命予測を行う半導体生産システムの構成例を示したブロック図である。
【符号の説明】
１  ＣＶＤチャンバ
２  ゲートバルブ
３  ドライポンプ（回転機）
４  周波数決定部
５  時系列データ記録部
６  寿命判定ユニット
１０a、１０ｂ  ロータ
１１a、１１ｂ  回転軸
１３  ボディ
１４  吸気フランジ
１５  排気フランジ
３２，３３  真空配管
３６ａ〜３６ｄ  加速度計
３７  周波数解析装置（フーリエ変換分析装置）
３８ａ〜３８ｃ  配線
３９  ＣＰＵ
４１，４２，４３  マスフローコントローラ
５１，５２，５３  ガス配管
６１  加速度推移判定部
６２  合計加速度推移判定部
６３  振動位相差推移判定部
６４  マハラノビス距離判定部
６６  システム情報記憶装置
７０  半導体製造装置
７１  ＬＡＮ
７２  ＣＩＭ
７３  サーバー
７４  データ処理システム
７５  外部記憶装置
【図１】
0003692106.tif 000002
【図２】
0003692106.tif 000003
【図３】
0003692106.tif 000004
【図４】
0003692106.tif 000005
【図５】
0003692106.tif 000006
【図６】
0003692106.tif 000007
【図７】
0003692106.tif 000008
【図８】
0003692106.tif 000009
【図９】
0003692106.tif 000010
【図１０】
0003692106.tif 000011
【図１１】
0003692106.tif 000012
【図１２】
0003692106.tif 000013
【図１３】
0003692106.tif 000014
【図１４】
0003692106.tif 000015
【図１５】
0003692106.tif 000016