專利名稱：旋轉(zhuǎn)機的壽命預(yù)測系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)機的壽命預(yù)測方法和具有旋轉(zhuǎn)機的制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造裝置用旋轉(zhuǎn)機的壽命的預(yù)測技術(shù)，特別是涉及預(yù)測真空泵等旋轉(zhuǎn)機的壽命的壽命預(yù)測裝置、壽命預(yù)測方法以及具有該旋轉(zhuǎn)機的制造裝置。
背景技術(shù)：
為了有效地進行半導(dǎo)體器件的制造，半導(dǎo)體制造裝置的故障診斷變得重要起來。另外，近年來，在系統(tǒng)LSI中，特別是少量、多品種的生產(chǎn)傾向增強，與此相應(yīng)的靈活高效的半導(dǎo)體器件的制造方法也變得必要起來。高效的半導(dǎo)體生產(chǎn)中有采用小規(guī)模的生產(chǎn)線的方法。但是，如果只是單純地使大規(guī)模生產(chǎn)線減小則會產(chǎn)生制造裝置的運轉(zhuǎn)率降低等問題，因此存在著投資效率下降的問題。作為其對策，有用一個制造裝置進行多個制造工序的方法，但是，例如，在將干式泵用于排氣系統(tǒng)的減壓化學(xué)氣相生長(LPCVD)裝置中，伴隨工藝的種類的不同，反應(yīng)氣體、反應(yīng)生成物不同，泵內(nèi)部的生成物的發(fā)生及蓄積狀況也不相同。因此，如果工藝的種類變化，則壽命也發(fā)生改變。
如果在特定的制造工藝中泵停止，則不僅會導(dǎo)致制造中的一批產(chǎn)品不良，而且會在制造裝置內(nèi)部產(chǎn)生微小灰塵。因此，必須對制造裝置進行額外的維護，使半導(dǎo)體器件的制造效率大幅度地下降。如果為了防止該工藝中的突然的停機，使泵的維護時間預(yù)留有裕度，則泵的維護頻率就會大大增加。這不僅使維護成本增加，而且由泵更換造成的半導(dǎo)體制造裝置的運轉(zhuǎn)率的下降也變得明顯，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的制造效率大幅度降低。為了在高效率的小規(guī)模生產(chǎn)線中實現(xiàn)必要的裝置的共用化，有必要準確地對干式泵的壽命進行診斷，極盡其壽命地使用泵。因此壽命的預(yù)測已必不可少。
迄今為止，人們提出了幾種干式泵的壽命診斷方法?；旧鲜遣扇⊥ㄟ^馬達電流、振動、溫度掌握干式泵的狀態(tài)，根據(jù)這些狀態(tài)量的變化預(yù)測壽命的方法(例如，參照專利文獻1)。特別是，作為干式泵的壽命診斷方法，通過由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的振動來掌握泵的狀態(tài)的方法漸成主流。其原因在于，在借助振動進行診斷時，只要在泵側(cè)面上安裝振動儀或加速度計即可進行測定，因此其作為簡單的壽命預(yù)測方法備受關(guān)注。另外，人們還提出了作為振動數(shù)據(jù)對聲發(fā)射信號進行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(AD轉(zhuǎn)換)，以對壽命進行預(yù)測的方法(例如，參照專利文獻2)。
對于干式泵內(nèi)部的反應(yīng)生成物的蓄積狀況，相對干式泵的固有的基準頻率的變動，其基準振動的整數(shù)倍等干式泵的特征頻率的振動變動表現(xiàn)得更明顯。在以往，如圖9所示，用放大器181對來自測定干式泵113的振動的振動儀117的信號進行放大，用AD轉(zhuǎn)換器118將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。并且，還使用了通過數(shù)據(jù)處理單元119、在傅立葉變換后僅僅取出特定頻率成分進行壽命預(yù)測的方法。
專利文獻1特開2000-259222號公報(第9～11頁，圖1)專利文獻2特開平11-62846號公報(第2～3頁，圖1)在利用AD轉(zhuǎn)換器將振動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過傅立葉變換獲取特定頻率成分的方法中，當所處理的數(shù)據(jù)量變得很龐大時，則存在有1秒以下的極短時間的振動變動無法評價出來的問題。另外，還產(chǎn)生了測定系統(tǒng)規(guī)模過大，測定系統(tǒng)的價格上升的問題。另外，可以證實存在著當泵內(nèi)部蓄積有反應(yīng)生成物時振動的峰值頻率會變動的現(xiàn)象，有必要提供一種即使在峰值頻率變動的情況下也能正確地對峰值加速度進行評價的方法。
如上所述，在利用振動的以往的干式泵的壽命預(yù)測方法中，存在測定裝置的價格、所處理的數(shù)據(jù)量、測定時間間隔、穩(wěn)定性的問題，人們期待一種能夠以廉價的裝置進行更簡便且穩(wěn)定的高精度的壽命預(yù)測方法的出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在解決這種問題，利用廉價且簡便的裝置、提供高可靠性且高精度的旋轉(zhuǎn)機的壽命預(yù)測系統(tǒng)、壽命預(yù)測方法、以及具有該旋轉(zhuǎn)機的制造裝置。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第1特征方案的要點涉及一種壽命預(yù)測系統(tǒng)，其包括(a)測定旋轉(zhuǎn)機的振動的時間序列加速度數(shù)據(jù)的振動儀；(b)用含有以包括旋轉(zhuǎn)機的轉(zhuǎn)子的葉片扇數(shù)的公式與旋轉(zhuǎn)機固有的基準振動頻率的乘積表示的第1解析頻率的頻帶、對所測定的模擬信號的時間序列加速度數(shù)據(jù)進行濾波的帶通濾波器；(c)根據(jù)經(jīng)濾波的第1解析頻率的時間序列加速度數(shù)據(jù)的特征量預(yù)測旋轉(zhuǎn)機的壽命的數(shù)據(jù)處理單元。
按照本發(fā)明的第1特征方案，可利用廉價且簡便的裝置，提供高可靠性且高精度的旋轉(zhuǎn)機的壽命預(yù)測系統(tǒng)。
本發(fā)明的第2特征方案的要點在于涉及一種壽命預(yù)測方法，其包括下述步驟(a)測定旋轉(zhuǎn)機的時間序列加速度數(shù)據(jù)；(b)用含有以包含旋轉(zhuǎn)機的轉(zhuǎn)子的葉片扇數(shù)的公式和旋轉(zhuǎn)機固有的基準振動頻率的乘積表示的第1解析頻率的頻帶、對所測定的模擬信號的時間序列加速度數(shù)據(jù)進行濾波；(c)根據(jù)經(jīng)濾波的第1解析頻率的時間序列加速度數(shù)據(jù)的特征量預(yù)測旋轉(zhuǎn)機的壽命。
按照本發(fā)明的第2特征方案，可利用廉價且簡便的裝置提供高可靠性且高精度的旋轉(zhuǎn)機的壽命預(yù)測方法。
本發(fā)明的第3特征方案的要點在于涉及一種制造裝置，其具備(a)旋轉(zhuǎn)機；(b)測定旋轉(zhuǎn)機的振動的時間序列加速度數(shù)據(jù)的振動儀；(c)用含有以包括旋轉(zhuǎn)機的轉(zhuǎn)子的葉片扇數(shù)的公式和旋轉(zhuǎn)機固有的基準振動頻率的乘積表示的第1解析頻率的頻帶、對所測定的模擬信號的時間序列加速度數(shù)據(jù)進行濾波的帶通濾波器；(d)根據(jù)經(jīng)濾波的第1解析頻率的時間序列加速度數(shù)據(jù)的特征量預(yù)測旋轉(zhuǎn)機的壽命的數(shù)據(jù)處理單元。
按照本發(fā)明的第3特征方案，可利用廉價且簡便的裝置提供一種具有能夠進行高可靠性且高精度的壽命預(yù)測的旋轉(zhuǎn)機的制造裝置。
在本發(fā)明的第1～3特征方案中，包含上述葉片扇數(shù)的公式可由n+(l/m)表示，其中m表示葉片扇數(shù)，n和l為任意的整數(shù)。另外，頻帶優(yōu)選為設(shè)定在峰值加速度的峰值半幅值(ピ一ク半值幅)與峰值加速度的峰值頻率變動的最大值之和的2～10倍的范圍內(nèi)。另外，振動儀的測定間隔優(yōu)選為在第1解析頻率的周期的1/3倍或以下。另外，優(yōu)選為進一步具備用包含有與第1解析頻率振動相位不同的第2解析頻率的頻帶對時間系列加速度數(shù)據(jù)進行濾波的帶通濾波器。


圖1是表示本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體制造裝置的概要的圖。
圖2是表示圖1所示的旋轉(zhuǎn)機(干式泵)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖3是通過本發(fā)明的實施例的壽命預(yù)測系統(tǒng)測定的峰值加速度的經(jīng)時變化曲線圖。
圖4是通過本發(fā)明的實施例的壽命預(yù)測系統(tǒng)測定的峰值加速度減少率的經(jīng)時變化曲線圖。
圖5是用于說明本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體制造裝置用旋轉(zhuǎn)機的壽命預(yù)測方法的流程圖。
圖6是表示本發(fā)明的實施例的變形實例的壽命預(yù)測系統(tǒng)的概略的圖。
圖7是通過本發(fā)明的實施例的變形實例的壽命預(yù)測系統(tǒng)測定的峰值加速度的經(jīng)時變化曲線圖。
圖8是表示本發(fā)明的另一實施例的進行半導(dǎo)體制造裝置用旋轉(zhuǎn)機的壽命預(yù)測的半導(dǎo)體生產(chǎn)系統(tǒng)的構(gòu)成實例的方框圖。
圖9是表示以往的壽命預(yù)測系統(tǒng)的概略的圖。
標號說明1 CVD室2 閘閥3、113干式泵(旋轉(zhuǎn)機)6、119數(shù)據(jù)處理單元
7、117振動儀8 帶通濾波器8a第1帶通濾波器 8b 第2帶通濾波器10a、10b 轉(zhuǎn)子 11a、11b 旋轉(zhuǎn)軸13本體 14 吸氣法蘭盤15排氣法蘭盤32、33 真空配管36a～36d 振動儀37頻率解析器(傅立葉變換分析裝置)38a～38c 配線 39 壽命預(yù)測系統(tǒng)41、42、43質(zhì)量流量控制器51、52、53 氣體配管70半導(dǎo)體制造裝置71 LAN72CIM 73 服務(wù)器74數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 75 外部存儲器77計算機81、181放大器118 AD轉(zhuǎn)換器具體實施方式
下面參照附圖，對本發(fā)明的實施例進行描述。在下面的附圖的描述中，同一或類似的部分采用同一或類似的標號。但是，應(yīng)注意到，附圖是示意性的，厚度與平面尺寸之間的關(guān)系、各層的厚度的比例等不同于實際的場合。因此，具體的厚度、尺寸應(yīng)當參照下面的描述而判斷。另外，顯然，即使在附圖相互之間也含有彼此的尺寸的關(guān)系、比例不同的部分。
作為本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體制造裝置的LPCVD裝置，如圖1所示，包括對CVD室1進行真空排氣的干式泵3(旋轉(zhuǎn)機)、及預(yù)測該干式泵3的壽命的壽命預(yù)測系統(tǒng)39。
另外，壽命預(yù)測系統(tǒng)39具備配置在干式泵3的本體側(cè)面，測定振動的加速度等特征量的時間序列加速度數(shù)據(jù)的振動儀7；對由振動儀7所測定的時間序列加速度數(shù)據(jù)進行放大的放大器81；以頻帶寬度對經(jīng)放大器81放大的時間序列加速度數(shù)據(jù)進行濾波的帶通濾波器8；根據(jù)經(jīng)濾波的時間序列振動模擬數(shù)據(jù)，將與解析頻率相對應(yīng)的振動的特征量的變動制作成評價用診斷數(shù)據(jù)，對干式泵3的壽命進行預(yù)測的數(shù)據(jù)處理單元6。
在LPCVD裝置的CVD室1上連接有氣體配管51、52、53。在該氣體配管51、52、53上連接有用于對導(dǎo)入CVD室1的各種原料氣體和載體氣體進行控制的質(zhì)量流量控制器41、42、43。也就是說，其流量經(jīng)質(zhì)量流量控制器41、42、43控制過的原料氣體等，通過氣體配管51、52、53導(dǎo)入到經(jīng)過一定減壓化的CVD室1中。CVD室1形成為可與外部氣體隔絕、保持其氛圍的密封構(gòu)造。為了用干式泵3對CVD室1的內(nèi)部進行真空排氣，在CVD室1的排氣側(cè)連接有真空配管32，在該真空配管32的排氣側(cè)連接有閘閥2。在閘閥2的排氣側(cè)進一步連接有另一真空配管33。干式泵3的吸氣側(cè)與真空配管33的排氣側(cè)連接。閘閥2可根據(jù)需要將CVD室1和干式泵3分離、或?qū)ε艢鈧鲗?dǎo)性進行調(diào)整。這樣，干式泵3被用于對導(dǎo)入CVD室1中的未反應(yīng)的原料氣體和反應(yīng)生成物進行排氣。
在利用圖1所示的LPCVD裝置，例如，成膜氮化硅膜(Si3N4膜)的情況下，借助質(zhì)量流量控制器41將二氯甲硅烷(SiH2Cl2)氣體導(dǎo)入被設(shè)成減壓狀態(tài)的CVD室1中，借助質(zhì)量流量控制器42將氨氣(NH3)導(dǎo)入被設(shè)成減壓狀態(tài)的CVD室1中。并且，在CVD室1的內(nèi)部將硅(Si)基板加熱到約800℃左右，通過二氯甲硅烷氣體與氨氣的化學(xué)反應(yīng)，在硅基板上形成Si3N4膜。該化學(xué)反應(yīng)在生成Si3N4膜的同時，作為反應(yīng)副產(chǎn)物產(chǎn)生氯化銨(NH4Cl)氣體及氫氣(H2)。氫為氣體，通過干式泵3排出。由于在生成時，反應(yīng)爐內(nèi)處于800℃左右的高溫及數(shù)百Pa或數(shù)百Pa以下的減壓狀態(tài)下，所以NH4Cl也為氣態(tài)。雖然省略圖示，但通常在LPCVD裝置中，在CVD室1和干式泵3之間設(shè)置有捕集固體的反應(yīng)副產(chǎn)物的捕集器。由于壓力較低，故捕集器不可能將反應(yīng)副產(chǎn)物完全捕集。未被徹底捕集的反應(yīng)副產(chǎn)物到達干式泵3。在干式泵3中，通過氣體的壓縮，使壓力從0.1Pa增加到大氣壓。反應(yīng)副產(chǎn)物按照狀態(tài)圖中的升華曲線，在低壓下作為氣體而存在，但在進一步高壓化時開始固化。因為在泵內(nèi)部，氣體被反復(fù)壓縮，壓力從數(shù)百Pa的壓力變化到大氣壓，故排氣過程中的氣體狀態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物隨著壓力的上升在干式泵3的內(nèi)部開始固化。如果在該干式泵3的配管內(nèi)開始固化，即使微量的堆積物，也會使旋轉(zhuǎn)軸彈性變形。其結(jié)果會導(dǎo)致干式泵發(fā)生故障。
如圖2所示，第1實施例的在作為半導(dǎo)體制造裝置的LPCVD裝置中使用的干式泵3的結(jié)構(gòu)是帶有3扇葉片的2個轉(zhuǎn)子10a、10b分別由旋轉(zhuǎn)軸11a、11b帶動旋轉(zhuǎn)。干式泵3具有設(shè)置于本體13的吸氣側(cè)的吸氣法蘭盤14、以及設(shè)置于本體13的排氣側(cè)的排氣法蘭盤15。自CVD室1通過閘閥2的氣流，由吸氣法蘭盤14進入干式泵3內(nèi)。進入到干式泵3內(nèi)的氣體通過用旋轉(zhuǎn)軸11a、11b帶動2個轉(zhuǎn)子10a、10b旋轉(zhuǎn)而被壓縮。經(jīng)壓縮的氣體由排氣法蘭盤15排出。另外，振動儀7借助磁鐵安裝在干式泵3的本體13的平坦的部分上。
在干式泵3中，轉(zhuǎn)子10a、10b之間的間距、轉(zhuǎn)子10a、10b與本體13內(nèi)壁之間的間距在1mm或以下。因此，例如，在將Si3N4薄膜沉積在硅基板上的情況下，NH4Cl作為主要的反應(yīng)副產(chǎn)物在泵內(nèi)部析出，堵塞在轉(zhuǎn)子10a、10b之間、轉(zhuǎn)子10a、10b與本體13內(nèi)壁之間。當反應(yīng)副產(chǎn)物堵塞在轉(zhuǎn)子10a、10b之間、轉(zhuǎn)子10a、10b與本體13內(nèi)壁之間而引起摩擦?xí)r，會產(chǎn)生由摩擦引起的特征振動。因此，通過由振動儀7測定干式泵3的振動的特征量的推移，可監(jiān)視干式泵3內(nèi)部的反應(yīng)生成物的蓄積狀況，預(yù)測干式泵3的壽命。
在干式泵3中，由于轉(zhuǎn)子10a、10b以50Hz旋轉(zhuǎn)，故由振動儀7觀測的加速度的基準振動的頻率為50Hz。另外，由于安裝有多扇葉片的轉(zhuǎn)子10a、10b旋轉(zhuǎn)，故產(chǎn)生了由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的基準振動的整數(shù)倍的頻率的振動。另外，由于干式泵3中的轉(zhuǎn)子10a、10b機械式地安裝于本體13內(nèi)，故本體13內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子10a、10b之間、轉(zhuǎn)子10a與10b之間的間隙并不是嚴格地相同，具有非對稱性。因此，當在干式泵3的內(nèi)部蓄積有反應(yīng)副產(chǎn)物時，在本體13的內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子10a、10b之間、轉(zhuǎn)子10a與10b之間的摩擦?xí)a(chǎn)生不均勻性。其結(jié)果是，在反應(yīng)副產(chǎn)物蓄積下來的情況下，在由振動儀7測定的加速度的頻率成分中，還觀察到了在由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的基準振動和基準振動的整數(shù)倍的頻率以外的振動頻率的次峰值。例如，在正常狀態(tài)，基準振動的整數(shù)倍的峰值較明顯，次峰值不明顯。當在干式泵3的內(nèi)部蓄積有反應(yīng)副產(chǎn)物，處于即將停止之前的狀態(tài)時，出現(xiàn)了次峰值。在泵即將停止之前出現(xiàn)的次峰值對于泵內(nèi)部的反應(yīng)副產(chǎn)物的蓄積非常敏感。根據(jù)經(jīng)驗，對于干式泵3內(nèi)部的反應(yīng)副產(chǎn)物的堵塞的監(jiān)視較有效的主要的次峰值，在將轉(zhuǎn)子10a、10b的葉片扇數(shù)設(shè)為m時，以基準振動的(n+l/m)倍出現(xiàn)。n、l為任意的正的整數(shù)，但是，因為在n較大的情況下靈敏度降低，故有必要要求n≤m×旋轉(zhuǎn)軸個數(shù)+1。
對于蓄積在干式泵內(nèi)部的反應(yīng)副產(chǎn)物的狀況，與基準振動相比，基準振動的整數(shù)倍、次峰值等干式泵的特征頻率的振動變動反映得更為明顯。因此，在干式泵的壽命預(yù)測中，重要的是調(diào)查基準振動以外的特定頻率的振動的加速度推移。因此，在振動的加速度測定中，一般采用了由AD轉(zhuǎn)換器將來自振動儀7的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并在傅立葉變換后，只將特定頻率成分取出的方法。在使用AD轉(zhuǎn)換器的方法中，由于將較寬頻帶的振動數(shù)據(jù)作為AD轉(zhuǎn)換的對象，所以所處理的數(shù)據(jù)量龐大。另外，由于AD轉(zhuǎn)換或傅立葉變換處理要求較長的時間，因此存在有檢測不到在1秒或以下的極短時間的振動變動的問題。在干式泵3的振動推移—例如加速度的時間序列數(shù)據(jù)的測定中，以規(guī)定時間間隔，對規(guī)定個數(shù)的加速度進行采樣。由于信號/噪音(S/N)比的問題，在1次測定中，有必要采樣4096個點或以上。在對解析頻率的振動數(shù)據(jù)進行采樣的情況下，采樣時間例如可短到1毫秒，但采樣要在4096個點或以上。因此，在借助以往的AD轉(zhuǎn)換與傅立葉變換的解析方法中，必須保證最低4～5秒的測定時間間隔。
特別是，在干式泵3的內(nèi)部反應(yīng)副產(chǎn)物大量累積、轉(zhuǎn)子10a、10b之間、轉(zhuǎn)子10a、10b與本體13內(nèi)壁之間的摩擦較大的情況下，或在附著在干式泵3上部的配管內(nèi)部的反應(yīng)副產(chǎn)物剝離掉落到干式泵3內(nèi)部的情況下，會在所測定的振動中產(chǎn)生1秒或以下的極短時間的峰值狀變動。因此，在干式泵3的異常檢測，即壽命預(yù)測中，極短時間的測定解析已很重要。在干式泵3的振動推移—例如加速度的時間序列數(shù)據(jù)的測定中，解析頻率的振動數(shù)據(jù)的測定間距越小，越能俘獲到短時間的變化，但是，測定過短時間的變化是很困難的。另外，在可靠性較高的異常檢測中，較理想的是在將解析頻率設(shè)為f(Hz)時，測定間隔在1/(3·f)秒或以下。在本發(fā)明的實施例中，時間序列加速度數(shù)據(jù)的測定間隔為0.001秒。
在本發(fā)明的實施例的干式泵3的壽命預(yù)測中，不對來自振動儀7的信號進行AD轉(zhuǎn)換，而在模擬信號的狀態(tài)下通過帶通濾波器8等的濾波電路，由此測定解析對象頻帶的振動數(shù)據(jù)。當反應(yīng)副產(chǎn)物蓄積在干式泵3的內(nèi)部、在轉(zhuǎn)子10a、10b之間、轉(zhuǎn)子10a、10b與本體13的內(nèi)壁之間產(chǎn)生摩擦?xí)r，振動數(shù)據(jù)的峰值頻率會減少。帶通濾波器8的帶寬必須包含峰值頻率變動地設(shè)定。因此，可采用加速度的峰值半幅值和由反應(yīng)副產(chǎn)物的蓄積引起的峰值頻率的變動的最大值之和的2～10倍的帶寬。例如，在本發(fā)明的實施例中，利用相當于加速度的峰值半幅值3Hz與峰值頻率變動的最大值6Hz之和的2倍以上的帶寬290～310Hz的帶通濾波器8，對基準振動的6倍的頻率310Hz的峰值加速度信號進行濾波，用數(shù)據(jù)處理單元6進行測定解析。
圖3表示因反應(yīng)副產(chǎn)物蓄積于干式泵內(nèi)部使干式泵3停止的數(shù)天前的第1～第4成膜步驟中的300Hz的振動的加速度推移。根據(jù)使用了帶通濾波器8的本發(fā)明的實施例的壽命預(yù)測系統(tǒng)，在第1～第4所有成膜步驟中，峰值加速度呈現(xiàn)減少。在圖3中，為了進行比較，同時表示出利用以往的壽命預(yù)測系統(tǒng)(參照圖9)測定的實例。對從相同的振動儀7輸出的加速度信號進行分支處理，在用AD轉(zhuǎn)換器118轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，通過高速傅立葉變換分出頻率成分，對300Hz的峰值加速度推移進行測定解析。如在圖3所看到的，在進行AD轉(zhuǎn)換的方法中，在第1成膜步驟中欠缺峰值加速度信號。在進行AD轉(zhuǎn)換的以往的方法中，采樣時間與本發(fā)明的實施例相比，短至1毫秒。但是，采樣需要4096個點，另外，由于包括AD轉(zhuǎn)換和傅立葉變換所需要的時間，故采樣測定間隔4.5秒是其界限。因此，無法穩(wěn)定地對1秒或以下的短時間的加速度變動進行測定。實際上，如果與使用帶通濾波器8的模擬信號相比較，進行AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號的數(shù)據(jù)量增加約100倍，與此相應(yīng)，數(shù)據(jù)處理時間也增加10倍或以上。
對從干式泵更換后開始到內(nèi)部蓄積生成物停止期間的300Hz的加速度推移進行調(diào)查。在本發(fā)明的實施例中，通過帶通濾波器8進行濾波，使解析頻率的頻帶變窄，由此，可減少加速度的時間序列數(shù)據(jù)量。另外，測定時間間隔也可縮短。因此，能夠以高可靠性、高精度且穩(wěn)定地測定峰值加速度等的振動推移。根據(jù)本發(fā)明實施例的壽命測定系統(tǒng)39，如圖4所示，可證實，在成膜步驟中的300Hz峰值加速度的減少率隨著反應(yīng)副產(chǎn)物在泵內(nèi)部的蓄積而增加，并可進行壽命預(yù)測。例如，可以將加速度減少率達到85％或以上的點作為“泵即將停止”的閥值，以預(yù)測干式泵3的壽命。
另外，在本發(fā)明的實施例的壽命預(yù)測系統(tǒng)39中，使用簡單的帶通濾波器8以代替昂貴的AD轉(zhuǎn)換器、傅立葉解析裝置。帶通濾波器8，例如，可通過將由電感線圈與電容器構(gòu)成的多個并聯(lián)共振器結(jié)合來實現(xiàn)。因此，可使壽命預(yù)測系統(tǒng)39的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，進而，也可使系統(tǒng)的價格大幅度下降。
下面利用圖5所示的流程圖，對本發(fā)明的實施例的制造裝置用旋轉(zhuǎn)機的壽命預(yù)測方法進行描述。具體來說，是對在形成Si3N4薄膜的LPCVD裝置中所使用的干式泵3的壽命進行預(yù)測。
(a)首先，在步驟S101中，通過設(shè)置在LPCVD裝置的干式泵3的側(cè)面的振動儀7，測定成膜步驟中的干式泵3的振動(加速度)的時間序列加速度數(shù)據(jù)(推移)。例如，以0.1秒的時間間隔對時間序列加速度數(shù)據(jù)進行測定。
(b)接著，在步驟S102中，通過放大器81對在步驟S101中所得的時間序列加速度數(shù)據(jù)進行放大。從經(jīng)放大器81放大的時間序列加速度數(shù)據(jù)，通過帶通濾波器8對解析頻率成分濾波選擇。帶通濾波器8的帶寬在290～310Hz的范圍內(nèi)，解析頻率為300Hz。
(c)在步驟S103中，使用經(jīng)帶通濾波器8選擇的時間序列加速度數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理單元6計算出峰值加速度序列模擬數(shù)據(jù)。
(d)然后，在步驟S104中，通過數(shù)據(jù)處理單元6，根據(jù)峰值加速度序列模擬數(shù)據(jù)計算出加速度減少率，將所算出的加速度減少率與加速度減少率的閥值進行比較，判斷干式泵3的壽命。如果加速度減少率在閥值或以下，則繼續(xù)重復(fù)測定。
(e)接著，如果加速度減少率超過閥值，則在步驟S105中，數(shù)據(jù)處理單元6在LPCVD裝置所附帶的顯示裝置、顯示面板、或顯示燈中進行泵即將停止(壽命)的顯示。
按照本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命預(yù)測方法，通過使用帶通濾波器8進行濾波，使解析頻率的帶寬變窄，可以使加速度的時間序列數(shù)據(jù)量減小，另外還可縮短測定數(shù)據(jù)間隔。因此，可高精度且穩(wěn)定地測定峰值加速度等的振動推移。在本發(fā)明的實施例中，可在實際的應(yīng)用中適當?shù)卦O(shè)定判斷干式泵3即將停止的“閥值”。另外，使用基準振動的6倍的300Hz作為解析對象對干燥泵3的故障診斷進行了說明，但是，顯然即使用其它的頻率，也能夠觀測到干式泵3的振動變動，用于壽命診斷。
變形實例本發(fā)明的實施例的變形實例的制造裝置用旋轉(zhuǎn)機的壽命預(yù)測系統(tǒng)39a，如圖6所示，使用了第1帶通濾波器8a和第2帶通濾波器8b。當在干式泵3內(nèi)部蓄積有反應(yīng)副產(chǎn)物的情況下，在由振動儀7檢測到的振動的峰值加速度變動中，依頻率具有如在本發(fā)明實施例中描述的那樣地峰值加速度減少的頻率、和反向增加的頻率。因此，作為解析頻率，從基準振動的{n+(l/m)}倍(m表示轉(zhuǎn)子的葉片扇數(shù)，n、l為任意的正的整數(shù))之中，選出在反應(yīng)副產(chǎn)物蓄積在干式泵3內(nèi)部時、峰值加速度的變動的相位呈現(xiàn)例如增加及減少地不同的動作的組合。這樣，可穩(wěn)定且高精度地檢測出成膜步驟中的干式泵3的因反應(yīng)副產(chǎn)物的堵塞引起的峰值加速度。因此，能夠進行可靠性高的壽命預(yù)測。在本發(fā)明的實施例的變形實例中，由于是組合2種干式泵3的振動的峰值加速度變動的頻率進行解析，所以在具有第1和第2帶通濾波器8a、8b這一點是不同的，其它的方面與本發(fā)明的實施例相同，因此省略重復(fù)的描述。
本發(fā)明的實施例的變形實例的壽命預(yù)測系統(tǒng)39a包括被配置在干式泵3的本體側(cè)面，測定振動的加速度等特征量的時間序列數(shù)據(jù)的振動儀7；對經(jīng)振動儀7測定的時間序列加速度數(shù)據(jù)進行放大的放大器81；以包含第1解析頻率的帶寬對經(jīng)放大器81放大的時間序列加速度數(shù)據(jù)進行濾波的第1帶通濾波器8a；以包含第2解析頻率的帶寬對經(jīng)放大器81放大的時間序列加速度數(shù)據(jù)進行濾波的第2帶通濾波器8b；根據(jù)經(jīng)第1及第2帶通濾波器8a、8b濾波的時間序列振動模擬數(shù)據(jù)，將與解析頻率相對應(yīng)的振動的特征量的變動制作成評價用診斷數(shù)據(jù)，以預(yù)測干式泵3的壽命的數(shù)據(jù)處理單元6。在這里，作為通過第1和第2帶通濾波器8a、8b濾波的頻帶寬度以包含干式泵3的峰值加速度變動的相位不同的頻率的方式設(shè)定。
在本發(fā)明的實施例中，例如，通過第1帶通濾波器8a濾波的第1解析頻率為300Hz，帶寬在290～310Hz的范圍內(nèi)，通過第2帶通濾波器8b濾波的第2解析頻率為400Hz，帶寬在390～410Hz的范圍內(nèi)，測定300Hz與400Hz的峰值加速度推移。如圖7所示，峰值加速度的變動，在第1頻率300Hz中為減少，與此相對，在第2頻率400Hz中為相反地增加。峰值加速度變動不僅受到干式泵3內(nèi)部反應(yīng)副產(chǎn)物的蓄積的影響，還受到例如氣體流量變動、周圍的振動、沖擊的影響。通過采用峰值加速度變動的相位不同的第1和第2解析頻率，能夠準確地僅僅捕獲因蓄積于干式泵3內(nèi)部的反應(yīng)副產(chǎn)物引起的峰值加速度現(xiàn)象。這樣，在本發(fā)明的實施例的變形實例的壽命預(yù)測系統(tǒng)39a中，能夠進行可靠性更高的干式泵3的壽命預(yù)測。
其它的實施例如上所述，通過實施例對本發(fā)明進行了描述，但是，構(gòu)成該公開的一部分的描述和附圖不應(yīng)理解為是對本發(fā)明的限定。顯然，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，根據(jù)該公開的內(nèi)容，各種替代的實施方式、實施例和運用技術(shù)是不言自明的。
在本發(fā)明的實施例中，將振動儀7的安裝位置設(shè)定在了干式泵3的本體13的側(cè)面，但是，也可以是本體13的頂面或底面，另外，也可以是省略圖示的干式泵3的齒輪箱的頂部、側(cè)面或底面。但是，為了確保加速度測定的穩(wěn)定性，有必要將干式泵3的安裝部分設(shè)成與振動儀的安裝面具有相同程度的加工精度的平面。振動儀7不限于依靠磁鐵，也可通過使用粘接劑等化學(xué)方式，或使用螺紋緊固、嵌入等機械方式加以固定。
另外，在本發(fā)明的實施例中，對采用羅茨(Roots)型的干式泵3的實例進行了描述，但可確認，即使是螺旋型的干式泵，也能夠獲得同樣的效果。在采用基準振動的{(n+l/m)}倍的次峰值的情況下，對于螺旋型的干式泵的葉片的扇數(shù)m可為1。
另外，對干式泵3的壽命進行預(yù)測的解析，在本發(fā)明實施例中，是通過LPCVD裝置所附帶的壽命預(yù)測系統(tǒng)39的數(shù)據(jù)處理單元6來實施的，但是，壽命判定解析也可通過LPCVD裝置的其他的計算機來進行。例如，可以內(nèi)置到干式泵3的控制裝置(圖示省略)中。另外，如圖8所示，在本發(fā)明的另一實施例的半導(dǎo)體生產(chǎn)系統(tǒng)中，在局域網(wǎng)(LAN)71上鏈接有半導(dǎo)體制造裝置70、計算機77、計算機綜合生產(chǎn)系統(tǒng)(CIM)72等。在CIM72中，連接有服務(wù)器73、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)74、或外部存儲裝置75等。也可以通過LAN71傳送所測定的時間序列振動數(shù)據(jù)，用CIM72上的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)74實施壽命判定解析。另外，還可用LAN72上的計算機77、CIM72中的服務(wù)器73、或其他的計算機實施壽命判定解析。進而，也可將壽命判定解析用的特征量的時間序列數(shù)據(jù)存儲在CIM72中的外部存儲裝置75中。
另外，在上面描述中列舉了通過二氯甲硅烷氣體與氨氣的反應(yīng)形成氮化硅膜的實例，但是，顯然原料氣體不限于二氯甲硅烷氣體、氨氣。另外，也不限于Si3N4膜的LPCVD的實例，即使是其它材料的薄膜的LPCVD也同樣可以適用。此外，雖然給出了生長單一種類的薄膜的實例，但即使在將Si3N4膜、TEOS氧化膜、多晶體硅等多種薄膜用同一LPCVD裝置形成的情況下，也能獲得同樣的效果。
再有，在本發(fā)明的實施例中，給出了LPCVD工藝的實例，但是對于本發(fā)明，在反應(yīng)副產(chǎn)物蓄積于干式泵的內(nèi)部、旋轉(zhuǎn)機停止的情況下，可以證實具有同樣的效果，可適用于CVD工藝的全過程、干式蝕刻工藝等。
如此，顯然本發(fā)明包括在這里未作描述的各種實施例。因此，本發(fā)明的實施例的技術(shù)范圍僅根據(jù)上面的描述，通過適當?shù)臋?quán)利要求請求范圍中的發(fā)明特定項來確定。
按照本發(fā)明，能夠利用廉價簡便的裝置，提供一種高可靠性且高精度的旋轉(zhuǎn)機的壽命預(yù)測系統(tǒng)、壽命預(yù)測方法、及具備該旋轉(zhuǎn)機的制造裝置。
權(quán)利要求
1.一種壽命預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于包括測定旋轉(zhuǎn)機的振動的時間序列加速度數(shù)據(jù)的振動儀；用含有以包括旋轉(zhuǎn)機的轉(zhuǎn)子的葉片扇數(shù)的公式與旋轉(zhuǎn)機固有的基準振動頻率的乘積表示的第1解析頻率的頻帶、對所測定的模擬信號的時間序列加速度數(shù)據(jù)進行濾波的帶通濾波器；根據(jù)經(jīng)濾波的上述第1解析頻率的時間序列加速度數(shù)據(jù)的特征量，預(yù)測上述旋轉(zhuǎn)機的壽命的數(shù)據(jù)處理單元。
2.如權(quán)利要求1所述的壽命預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于包括上述葉片扇數(shù)的公式由n+(l/m)表示，其中m表示葉片扇數(shù)，n和l為任意的整數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的壽命預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于上述頻帶被設(shè)定在上述峰值加速度的峰值半幅值與上述峰值加速度的峰值頻率變動的最大值之和的2～10倍的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的壽命預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于上述振動儀的測定間隔在上述第1解析頻率的周期的1/3倍或以下。
5.如權(quán)利要求1所述的壽命預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于還進一步具有用包含有與上述第1解析頻率振動相位不同的第2解析頻率的頻帶對上述時間系列加速度數(shù)據(jù)進行濾波的帶通濾波器。
6.一種壽命預(yù)測方法，其特征在于包括以下步驟測定旋轉(zhuǎn)機的時間序列加速度數(shù)據(jù)；用含有以包含上述旋轉(zhuǎn)機的轉(zhuǎn)子的葉片扇數(shù)的公式和上述旋轉(zhuǎn)機固有的基準振動頻率的乘積表示的第1解析頻率的頻帶、對所測定的模擬信號的上述時間序列加速度數(shù)據(jù)進行濾波；根據(jù)經(jīng)濾波的第1解析頻率的上述時間序列加速度數(shù)據(jù)的特征量，預(yù)測上述旋轉(zhuǎn)機的壽命。
7.如權(quán)利要求6所述的壽命預(yù)測方法，其特征在于包括上述葉片扇數(shù)的公式由n+(l/m)表示，其中m表示葉片扇數(shù)，n和l為任意的整數(shù)。
8.如權(quán)利要求6所述的壽命預(yù)測方法，其特征在于上述頻帶被設(shè)定在上述峰值加速度的峰值半幅值與上述峰值加速度的峰值頻率變動的最大值之和的2～10倍的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求6所述的壽命預(yù)測方法，其特征在于上述時間序列加速度數(shù)據(jù)以上述第1解析頻率的周期的1/3倍或以下的間隔測定。
10.如權(quán)利要求6所述的壽命預(yù)測方法，其特征在于還進一步具備用含有與上述第1解析頻率振動相位不同的第2解析頻率的頻帶、對上述時間系列加速度數(shù)據(jù)進行濾波的步驟。
11.一種制造裝置，其特征在于包括旋轉(zhuǎn)機；測定上述旋轉(zhuǎn)機的振動的時間序列加速度數(shù)據(jù)的振動儀；用含有以包括上述旋轉(zhuǎn)機的轉(zhuǎn)子的葉片扇數(shù)的公式和上述旋轉(zhuǎn)機固有的基準振動頻率的乘積表示的第1解析頻率的頻帶，對所測定的模擬信號的上述時間序列加速度數(shù)據(jù)進行濾波的帶通濾波器；根據(jù)經(jīng)濾波的上述第1解析頻率的上述時間序列加速度數(shù)據(jù)的特征量，預(yù)測上述旋轉(zhuǎn)機的壽命的數(shù)據(jù)處理單元。
12.如權(quán)利要求11所述的制造裝置，其特征在于包括上述葉片扇數(shù)的公式由n+(l/m)表示，其中m表示葉片扇數(shù)，n和l為任意的整數(shù)。
13.如權(quán)利要求11所述的制造裝置，其特征在于上述頻帶被設(shè)定在上述峰值加速度的峰值半幅值與上述峰值加速度的峰值頻率變動的最大值之和的2～10倍的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求11所述的制造裝置，其特征在于上述振動儀的測定間隔在上述第1解析頻率的時間間隔的4倍或以上。
15.如權(quán)利要求11所述的制造裝置，其特征在于還進一步具備用包含有與上述第1解析頻率振動相位不同的第2解析頻率的頻帶對上述時間系列加速度數(shù)據(jù)進行濾波的帶通濾波器。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種以廉價的裝置，簡單、穩(wěn)定且高精度地對旋轉(zhuǎn)機的壽命進行預(yù)測的壽命預(yù)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括測定旋轉(zhuǎn)機(3)的振動的時間序列加速度數(shù)據(jù)的振動儀(7)；用含有以包括旋轉(zhuǎn)機的轉(zhuǎn)子的葉片扇數(shù)的公式與旋轉(zhuǎn)機固有的基準振動頻率的乘積表示的第1解析頻率的頻帶、對所測定的模擬信號的時間序列加速度數(shù)據(jù)進行濾波的帶通濾波器(8)；以及根據(jù)經(jīng)濾波的上述第1解析頻率的時間序列加速度數(shù)據(jù)的特征量，預(yù)測上述旋轉(zhuǎn)機的壽命的數(shù)據(jù)處理單元(6)。
文檔編號G05B23/02GK1497180SQ0313479
公開日2004年5月19日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者佐俁秀一, 牛久幸廣, 山本明人, 中尾隆, 古畑武夫, 人, 夫, 廣 申請人:株式會社東芝