專利名稱：半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及預(yù)測(cè)半導(dǎo)體制造裝置的壽命的診斷方法，尤其涉及預(yù)測(cè)CVD裝置、干蝕刻裝置等中使用的干式泵的壽命的診斷方法。
背景技術(shù)：
為有效制造半導(dǎo)體器件，半導(dǎo)體制造裝置的故障診斷變得重要了。近年來(lái)，系統(tǒng)LSI中，少量多品種生產(chǎn)傾向越來(lái)越強(qiáng)，與此相應(yīng)需要小范圍利用的有效的半導(dǎo)體器件的制造方法。有效的半導(dǎo)體生產(chǎn)中使用小規(guī)模的生產(chǎn)線。但是，僅通過(guò)減小大規(guī)模生產(chǎn)線會(huì)由于產(chǎn)生制造裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)率降低等問(wèn)題出現(xiàn)投資效率降低的問(wèn)題。作為對(duì)策，有用一個(gè)制造裝置進(jìn)行多個(gè)制造過(guò)程的方法，但例如在將干式泵用于排氣系統(tǒng)的LPCVD裝置中，由于處理種類不同，反應(yīng)氣體和反應(yīng)產(chǎn)物不同，泵內(nèi)部的產(chǎn)物產(chǎn)生狀況不同。因此，處理種類改變時(shí)，壽命也變動(dòng)。
在特定的制造處理中，當(dāng)泵停止時(shí)，不僅制造中的一批產(chǎn)品產(chǎn)生不良，而且由于制造裝置內(nèi)部產(chǎn)生微小灰塵，需要對(duì)制造裝置進(jìn)行充分維護(hù)，因此半導(dǎo)體器件的制造效率大幅度降低。為防止該處理中的突然停止，在泵的維護(hù)時(shí)間中考慮裕度時(shí)，泵的維護(hù)頻度增大，不僅維護(hù)成本增加，由于泵更換使得半導(dǎo)體制造裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)效率顯著降低，從而半導(dǎo)體器件的制造效率大幅度降低。這樣，為實(shí)現(xiàn)效率高的小規(guī)模生產(chǎn)線必要的裝置的共用化，必須確實(shí)診斷干式泵的壽命，需要按最大限度壽命使用泵，必須進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)。
干式泵的壽命診斷方法迄今提出了幾種方法。例如，作為靈敏度高地診斷故障產(chǎn)生的方法，有使用馬氏(Mahalanobis)距離MD的方法。通過(guò)馬氏距離MD進(jìn)行的壽命診斷方法中，匯集可期望有均勻性的特征量的數(shù)據(jù)，僅由相同狀態(tài)來(lái)形成識(shí)別空間。即，計(jì)量正常狀態(tài)的特征量時(shí)，可期待該特征量是比較均勻的。通過(guò)馬氏距離MD進(jìn)行的壽命診斷方法中，匯集可期望有這種均勻性的正常狀態(tài)的特征量，制作作為用于識(shí)別壽命的空間的馬氏空間(基準(zhǔn)空間)。由于正常狀態(tài)的特征量的數(shù)據(jù)的集合構(gòu)成了成為具有某種相關(guān)關(guān)系的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)的空間，因此用從數(shù)據(jù)的集合體導(dǎo)出的相關(guān)矩陣的逆矩陣表現(xiàn)馬氏空間。馬氏距離MD表示作為評(píng)價(jià)對(duì)象的特征量的數(shù)據(jù)異常程度，即表示測(cè)定的特征量的數(shù)據(jù)與成為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)的(正常狀態(tài)的)特征量的數(shù)據(jù)偏離多少的尺度。馬氏距離MD取從零到無(wú)線大的值。若是小值，則處于正常數(shù)據(jù)中間，若為大值，則異常概率增大，可判斷為接近壽命了。

發(fā)明內(nèi)容
使用馬氏距離MD的壽命診斷方法的關(guān)鍵在于特征量的決定方法和表示正常時(shí)的馬氏空間(基準(zhǔn)空間)的取用方法。原來(lái)提出的使用馬氏距離MD的壽命診斷方法中，由于僅借助維護(hù)之后的數(shù)據(jù)取得基準(zhǔn)空間，因此不能去除壓力變動(dòng)和氣流量變動(dòng)等半導(dǎo)體制造處理中的變動(dòng)以及電源變動(dòng)的影響，難以進(jìn)行高精度的診斷。
干式泵中，有馬達(dá)電流等的特征量因裝置而不同的機(jī)械誤差問(wèn)題。該機(jī)械誤差也在高精度診斷中成為障礙。
如上所述，以來(lái)的干式泵的故障診斷方法中，受到半導(dǎo)體制造涉及的處理?xiàng)l件變動(dòng)和電源變動(dòng)以及機(jī)械誤差的影響，出現(xiàn)難以進(jìn)行高精度診斷的問(wèn)題。
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供不受半導(dǎo)體制造中涉及的處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)以及機(jī)械誤差影響的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一特征主要是一種半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法，其特征在于包括(1)測(cè)定半導(dǎo)體制造裝置沒(méi)有惡化時(shí)的特征量的基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)的步驟；(2)從基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)求出基準(zhǔn)自共分散函數(shù)的步驟；(3)從該基準(zhǔn)自共分散函數(shù)提取處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源引起的基準(zhǔn)變動(dòng)，求出該基準(zhǔn)變動(dòng)的周期的步驟；(4)在成為半導(dǎo)體制造裝置的評(píng)價(jià)對(duì)象的序列中，測(cè)定特征量的診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)的步驟；(5)從該診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)求出診斷用自共分散函數(shù)的步驟；(6)使用比基準(zhǔn)變動(dòng)周期短的周期成分從該診斷用自共分散函數(shù)決定半導(dǎo)體制造裝置的壽命的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第一特征，半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷中可使用與處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)的周期不同的周期成分。使用自共分散函數(shù)診斷半導(dǎo)體裝置的壽命時(shí)，由于分析離散的時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)之間的相互作用，因此不僅表現(xiàn)出故障預(yù)兆，還表現(xiàn)出周期處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)。半導(dǎo)體制造裝置的故障(異常停止)因半導(dǎo)體制造處理中半導(dǎo)體制造裝置內(nèi)部產(chǎn)生的產(chǎn)物反應(yīng)等引起而產(chǎn)生，因此故障的預(yù)兆在處理?xiàng)l件變動(dòng)和電源變動(dòng)引起的自共分散函數(shù)以外的部分中表現(xiàn)出來(lái)。因此，如果像維護(hù)之后從由泵正常的狀態(tài)，即未惡化時(shí)的特征量的基準(zhǔn)時(shí)間系列求出的自共分散函數(shù)數(shù)據(jù)預(yù)先確認(rèn)處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)引起的變動(dòng)，則該變動(dòng)以外成為反應(yīng)產(chǎn)物引起的變動(dòng)，即半導(dǎo)體制造裝置的故障(異常停止)的預(yù)兆。例如，以LPCVD裝置使用的干式泵的情況為例說(shuō)明，則干式泵的故障(異常停止)的預(yù)兆表現(xiàn)為反應(yīng)產(chǎn)物的堆積產(chǎn)生的一堆產(chǎn)物和的外殼的摩擦。一堆產(chǎn)物和的外殼的摩擦產(chǎn)生的特征量的變化周期出現(xiàn)在比處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)短的一側(cè)部分中。因此，本發(fā)明的第一特征的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法中，使用比處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)周期短的成分決定半導(dǎo)體制造裝置的壽命。具體說(shuō)，將比處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)周期短的自共分散函數(shù)的絕對(duì)值超出預(yù)定的規(guī)定值(閾值)的情況設(shè)為故障預(yù)兆?；蛘?，可將自共分散函數(shù)初始為零的時(shí)間間隔超出規(guī)定值的情況設(shè)為故障預(yù)兆。
本發(fā)明的第一特征中，作為例示的泵診斷中使用的特征量，例如可能是半導(dǎo)體制造裝置涉及的馬達(dá)電流、馬達(dá)功率、泵內(nèi)部的壓力、振動(dòng)、氣體溫度構(gòu)成的組中的至少一個(gè)。
本發(fā)明的第二特征主要是一種半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法，其特征在于包括(1)在開(kāi)始測(cè)定半導(dǎo)體制造裝置的特征量的診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)的時(shí)刻的規(guī)定時(shí)間之前，在和作為目的的診斷同一處理?xiàng)l件下測(cè)定對(duì)應(yīng)的特征量的基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)的步驟；(2)從基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)設(shè)定馬氏空間的步驟；(3)測(cè)定特征量的診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)的步驟；(4)使用診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)和馬氏空間求出診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)的馬氏距離的時(shí)間變化的步驟；(5)將馬氏距離到達(dá)預(yù)定閾值時(shí)的診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)構(gòu)成的空間固定為新的馬氏空間的步驟；(6)通過(guò)比較對(duì)新的馬氏空間的新的馬氏距離和預(yù)定閾值，決定半導(dǎo)體制造裝置的壽命的步驟。
使用馬氏距離的壽命診斷是從正常狀態(tài)的特征量計(jì)算馬氏空間(基準(zhǔn)空間)，通過(guò)來(lái)自馬氏空間的變動(dòng)判斷異常(故障預(yù)兆)的方法。此時(shí)，如果包含處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)來(lái)取用馬氏空間，則可去除處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)的影響來(lái)診斷故障預(yù)兆。但是，馬氏空間取入的處理?xiàng)l件變動(dòng)也有限制。例如，像LPCVD處理的低壓序列那樣，有急劇的壓力變動(dòng)的情況下，馬氏空間包含大變動(dòng)，因此異常的檢測(cè)靈敏度降低。從而，馬氏空間需要像低壓序列的壓力變動(dòng)那樣在不包含大變動(dòng)的狀態(tài)下測(cè)定。即便是由于馬氏距離，在取用馬氏空間的時(shí)間系列數(shù)據(jù)的測(cè)定時(shí)間以上不能取入長(zhǎng)周期的處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)，因此，例如僅在維護(hù)之后通過(guò)僅取用馬氏空間不能去除長(zhǎng)周期的處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)的影響。因此，本發(fā)明的第二特征中，并非將維護(hù)馬氏空間之后的特征量作為基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)，而在開(kāi)始測(cè)定診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)的時(shí)刻的規(guī)定時(shí)間之前在與作為目的的診斷相同的處理?xiàng)l件下測(cè)定基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)。即，可在比較短的時(shí)間中進(jìn)行馬氏距離變化的評(píng)價(jià)。由此，可去除長(zhǎng)周期的處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)的影響。這樣，評(píng)價(jià)馬氏距離的推移后，在馬氏距離超出閾值的情況下，判斷為故障預(yù)兆。該馬氏距離的閾值通常為4，但本發(fā)明人的討論結(jié)果中，有測(cè)定誤差和未去除的微小變動(dòng)的影響，成為故障預(yù)兆的馬氏距離的閾值為4時(shí)，得到精度變壞的試驗(yàn)結(jié)論。因此，本發(fā)明的第二特征涉及的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法中，最好將馬氏距離的閾值設(shè)為5～10的范圍的值。馬氏距離超出，確認(rèn)故降預(yù)兆后，為評(píng)價(jià)半導(dǎo)體制造裝置的停止之前的狀況，馬氏空間重新設(shè)定為超出閾值的情況下的值，通過(guò)新的馬氏空間評(píng)價(jià)新的馬氏距離的推移。馬氏距離比分散和平均值推移等的通常方法變動(dòng)敏感，因此診斷時(shí)可通過(guò)調(diào)查比較近的規(guī)定時(shí)間之前取用的馬氏空間的變化來(lái)高精度地獲得泵故障等的半導(dǎo)體制造裝置的故障預(yù)兆。
本發(fā)明的第二特征中，作為例示的泵診斷中使用的特征量，例如可能是半導(dǎo)體制造裝置涉及的馬達(dá)電流、馬達(dá)功率、壓力、振動(dòng)、氣體溫度構(gòu)成的組中的至少一個(gè)。


圖1是作為本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置例示的LPCVD裝置的概念圖；圖2是說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法的流程圖；圖3是表示干式泵維護(hù)后的馬達(dá)電流的自共分散函數(shù)的例子的圖；圖4是表示示出故障預(yù)兆的情況下的自共分散函數(shù)的例子的圖；圖5是表示自共分散函數(shù)對(duì)累計(jì)膜厚的依賴性的圖；圖6是表示滯后(lag)寬度對(duì)累計(jì)膜厚的依賴性的圖；圖7是說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法的流程圖；圖8是表示特定頻率加速度對(duì)累計(jì)膜厚的依賴性的圖；圖9是說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法的流程圖；圖10是表示馬氏距離MD對(duì)累計(jì)膜厚的依賴性的圖；圖11是表示基準(zhǔn)空間中使用干式泵的維護(hù)之后的數(shù)據(jù)的情況下的馬氏距離MD對(duì)累計(jì)膜厚的依賴性的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考

本發(fā)明的第一到第三實(shí)施例。第一到第三實(shí)施例中，作為成為壽命診斷對(duì)象的半導(dǎo)體制造裝置的例子，例示出低壓CVD(LPCVD)，尤其說(shuō)明診斷該LPCVD中使用的干式泵的壽命的情況。
因此，說(shuō)明本發(fā)明的第一到第三實(shí)施例之前，首先，使用圖1說(shuō)明成為壽命診斷對(duì)象的LPCVD裝置的概要。如圖1所示的LPCVD裝置中，CVD室1中連接氣體配管51，52，53。該氣體配管51，52，53上分別連接控制向CVD室1導(dǎo)入的各種原料氣體(源氣體)和運(yùn)載氣體的大流量控制器41，42，43。即，由大流量控制器41，42，43控制流量的原料氣體等通過(guò)氣體配管51，52，53進(jìn)行一定低壓后導(dǎo)入CVD室1中。CVD室1作成可保持和外部氣體隔斷的氣氛的密閉結(jié)構(gòu)。為用干式泵3將CVD室1內(nèi)部真空排氣，CVD室1排氣側(cè)連接真空配管32，該真空配管32排氣側(cè)連接門(mén)控閥2。門(mén)控閥2排氣側(cè)再連接另一真空配管33。真空配管33排氣側(cè)連接干式泵3的吸氣側(cè)。門(mén)控閥2是根據(jù)需要分離CVD室1和干式泵3，或調(diào)整排氣傳導(dǎo)性的閥門(mén)。并且，干式泵3用于排出導(dǎo)入CVD室1內(nèi)的未反應(yīng)的原料氣體和反應(yīng)產(chǎn)物。
使用圖1所示的LPCVD裝置，例如形成氮化硅膜(Si3N4)的情況下，在低壓狀態(tài)的CVD室1中經(jīng)大流量控制器41導(dǎo)入二氯硅烷(SiH2Cl2)氣體，經(jīng)大流量控制器42導(dǎo)入氨(NH3)氣體。并且，在CVD室1內(nèi)部將硅(Si)襯底加熱到約800℃左右，通過(guò)二氯硅烷(SiH2Cl2)氣體和氨(NH3)的化學(xué)反應(yīng)，在硅襯底上形成氮化硅膜。該化學(xué)反應(yīng)在形成氮化硅膜的同時(shí)，作為反應(yīng)副產(chǎn)物產(chǎn)生氯化氨(NH4Cl)氣體和氫氣(H2)。氫氣是氣體，由干式泵3排出。另一方面，氯化氨在生成時(shí)由于反應(yīng)爐內(nèi)是800℃左右的高溫以及數(shù)百Pa或數(shù)更低的低壓而為氣體狀態(tài)。雖然圖中省略了，但通常低壓CVD裝置中，在CVD室1和干式泵3之間設(shè)置捕獲固體反應(yīng)副產(chǎn)物的捕集器。捕集器由于壓力低不可能完全捕獲反應(yīng)副產(chǎn)物。未捕獲的反應(yīng)副產(chǎn)物到達(dá)干式泵3。干式泵3中，通過(guò)氣體壓縮將壓力從0.1Pa左右增加到大氣壓。反應(yīng)副產(chǎn)物根據(jù)狀態(tài)圖的升華曲線在低壓下作為氣體存在，而在高壓下開(kāi)始固化。泵內(nèi)部，反復(fù)氣體壓縮，將壓力從數(shù)百Pa的壓力變化到大氣壓，因此排氣氣體中的氣體狀反應(yīng)副產(chǎn)物隨著壓力上升在干式泵3內(nèi)部開(kāi)始固化。在干式泵3的配管內(nèi)開(kāi)始固化時(shí)，排氣傳導(dǎo)性降低，反應(yīng)副產(chǎn)物的固化吸附部分中，壓力再增大，其結(jié)果是干式泵3溫度開(kāi)始上升，產(chǎn)生干式泵3的故障。下面的第一～第三實(shí)施例的說(shuō)明中，說(shuō)明這種LPCVD裝置中使用的干式泵3的故障或壽命診斷方法的例子。
(第一實(shí)施例)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法中，使用分析從半導(dǎo)體制造裝置取得的馬達(dá)電流、馬達(dá)功率、泵內(nèi)部的壓力、振動(dòng)、氣體溫度等的特征量的時(shí)間系列數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)半導(dǎo)體制造裝置未來(lái)的故障的概率論方法。例如，可觀察到＂某時(shí)刻干式泵的馬達(dá)電流增多，則特定的滯后寬度(數(shù)據(jù)間隔)τ后，馬達(dá)電流增大＂的關(guān)系，則有助于干式泵的故障診斷。
首先，為分析從半導(dǎo)體制造裝置取得的特征量的時(shí)間系列數(shù)據(jù)，需要作恒定性的假定。恒定性簡(jiǎn)單說(shuō)是各時(shí)間的時(shí)間系列數(shù)據(jù)由相同的概率過(guò)程實(shí)現(xiàn)，或者概率假定的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)不隨時(shí)間變化。恒定是期待值E[x(t)]＝μ不隨時(shí)間改變，期待值E[x(t)2]＝μ2不隨時(shí)間改變，即，x(t)的分散相對(duì)時(shí)間不變，并且對(duì)任意的t，τ，期待值E[x(t)x(τ)]僅是t-τ的函數(shù)，即期待值E[x(t)x(τ)]需要滿足時(shí)間差的條件。即，期待值E[x(t)x(t+τ)]為滯后寬度τ的函數(shù)，期待值E[x(t)]＝μ是一定的。
因此，變量x(t)和滯后寬度τ后的變量x(t+τ)聯(lián)動(dòng)程度，即x(t)和變量x(t+τ)的共分散僅是滯后寬度(數(shù)據(jù)間隔)τ的函數(shù)cov(x(t)，x(t+τ))＝E[(x(t)-μ)(x(t+τ)-μ)] …………(1)否則，為E[(x(t)-μ)(x(t+τ)-μ)]＝[x(t)x(t+τ)]-μ …………(2)該函數(shù)也叫做自共分散函數(shù)C(τ)，如下定義C(τ)＝E[(x(t)-μ)(x(t+τ)-μ)] …………(3)
而且，自相關(guān)函數(shù)ρxx(τ)如下定義ρxx(τ)＝C(τ)/C(O) …………(4)C(τ)表示僅離開(kāi)滯后寬度τ的數(shù)據(jù)之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。即，該量為正的且較大時(shí)，變量x(t)和滯后寬度τ后的變量x(t+τ)進(jìn)行相同傾向的動(dòng)作，相反，該量為負(fù)的且較大時(shí)，變量x(t)和變量x(t+τ)進(jìn)行相反傾向的動(dòng)作。并且，該量為0，則變量x(t)和變量x(t+τ)彼此無(wú)關(guān)地動(dòng)作。
并且，ρxx(τ)通過(guò)用通常的分散C(O)分割C(τ)，將其值標(biāo)準(zhǔn)化為-1≤ρxx(τ)≤1 …………(5)否則，通常的分散C(O)表示與自身的關(guān)系的強(qiáng)度，在自身以上，沒(méi)有強(qiáng)烈的相關(guān)性，為|C(τ)|≤|C(O)| …………(6)結(jié)果該自相關(guān)函數(shù)ρxx(τ)越近似1，判斷為變量x(t)和變量x(t+τ)的關(guān)系越強(qiáng)烈，可預(yù)測(cè)半導(dǎo)體制造裝置的壽命。
本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法按圖2所示程序進(jìn)行(1)首先，在步驟S11中，作為基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)測(cè)定干式泵沒(méi)有惡化時(shí)的特征量的時(shí)間系列數(shù)據(jù)。即，作為沒(méi)有惡化時(shí)，選擇維護(hù)滯后，測(cè)定維護(hù)后的馬達(dá)電流一天之間的基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)?；鶞?zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)按一分鐘的間隔測(cè)定。
(2)接著在步驟S12中從該基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)取得自共分散函數(shù)C(τ)，作為基準(zhǔn)自共分散函數(shù)C(τ)。即，從沒(méi)有惡化的維護(hù)之后的馬達(dá)電流在一天之間的基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)取得成膜Si3N4薄膜的沉積序列的數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)自共分散函數(shù)C(τ)。
(3)接著，在步驟S13中從由基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)取得的基準(zhǔn)自共分散函數(shù)C(τ)提取看作處理?xiàng)l件的變動(dòng)或電源變動(dòng)起因的變動(dòng)成分，求出其變動(dòng)周期。圖3表示干式泵維護(hù)之后的馬達(dá)電流的基準(zhǔn)自共分散函數(shù)C(τ)的例子。圖3的縱軸是用C(O)(對(duì)應(yīng)通常的分散)標(biāo)準(zhǔn)化的自相關(guān)函數(shù)ρxx(τ)。橫軸表示維護(hù)之后的馬達(dá)電流測(cè)定的時(shí)間間隔τ。此時(shí)的單位為分鐘。從圖3通過(guò)該數(shù)據(jù)中在10分鐘間隔以上的基準(zhǔn)自共分散函數(shù)C(τ)中確認(rèn)視為處理?xiàng)l件變動(dòng)或電源變動(dòng)起因的變動(dòng)成分。
(4)并且在步驟S14中在成為半導(dǎo)體制造裝置的評(píng)價(jià)對(duì)象的序列中，測(cè)定特征量的診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)。即，沉積序列的馬達(dá)電流的時(shí)間系列數(shù)據(jù)作為診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)，測(cè)定該診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)。
(5)之后步驟S15中，從該診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)求出診斷用自共分散函數(shù)C(τ)。
(6)并且，步驟S16中使用比基準(zhǔn)變動(dòng)的周期短的周期成分從該診斷用自共分散函數(shù)決定半導(dǎo)體制造裝置的壽命。即，使用10分鐘間隔以下的周期成分評(píng)價(jià)診斷用自共分散函數(shù)C(τ)的推移。評(píng)價(jià)結(jié)果中；累計(jì)膜厚約為5微米時(shí)，在10分鐘間隔以下的部分中看到顯著增加，確認(rèn)泵靠近故障器件，即確認(rèn)故障預(yù)兆。實(shí)際上，數(shù)據(jù)間隔τ為5分鐘的情況下的自相關(guān)函數(shù)ρxx(τ)對(duì)累計(jì)膜厚的依賴性如圖5所示，但縱軸的自相關(guān)函數(shù)ρxx(τ)在累計(jì)膜厚約為5微米時(shí)急劇增加。而且，繼續(xù)沉積處理時(shí)，累計(jì)膜厚為5.5微米停止干式泵。
圖3中自相關(guān)函數(shù)ρxx(τ)初始設(shè)為零的數(shù)據(jù)間隔τ(滯后寬度)對(duì)累計(jì)膜厚的依賴性如圖6所示。與圖5所示的數(shù)據(jù)間隔τ近似0時(shí)的自相關(guān)函數(shù)ρxx(τ)同樣，滯后寬度τ的變化也在累計(jì)膜厚約為5微米時(shí)急劇增加，可檢測(cè)出故障預(yù)兆。
本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法中，判斷故障預(yù)兆的預(yù)定的閾值可在實(shí)際應(yīng)用中適當(dāng)設(shè)定。例如，從正常時(shí)的平均值偏離開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)偏差的1倍到3倍以上的情況作為故障預(yù)兆，則可高精度捕獲故障預(yù)兆。第一實(shí)施例中，干式泵停止的累計(jì)膜厚的約一成之前可捕獲故障預(yù)兆。自共分散函數(shù)C(τ)捕獲故障預(yù)兆后，由于各參數(shù)單調(diào)增加，更換干式泵的閾值(馬上停止干式泵的值)的設(shè)定可在停止之前進(jìn)行。因此，可使器件的制造效率化。閾值通過(guò)累計(jì)膜厚換算可在干式泵停止的0.1微米之前。通常LPCVD處理形成的Si3N4膜厚為20nm到200nm左右，因此根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法，可判斷下一成膜處理中干式泵是否停止。
第一實(shí)施例中，表示出用自共分散函數(shù)C(τ)分析馬達(dá)電流的情況下的例子。有時(shí)為加快排氣速度干式泵由輔助泵和主泵多級(jí)構(gòu)成。例如，組成機(jī)械增壓泵等輔助泵、干式泵等的第一級(jí)主泵、第二級(jí)主泵、第三級(jí)主泵、第四級(jí)主泵、第五級(jí)主泵彼此串聯(lián)連接的多級(jí)真空排氣系統(tǒng)。而且，有時(shí)前級(jí)的主泵和后級(jí)的主泵之間插入氣體冷卻器等。這種多級(jí)結(jié)構(gòu)的真空排氣系統(tǒng)的情況下，可將泵內(nèi)部的產(chǎn)物產(chǎn)生顯著的位置的泵作為對(duì)象。具體說(shuō)，可著眼于隨著多級(jí)結(jié)構(gòu)的真空排氣系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)變動(dòng)大的位置的泵。除電流以外，用功率、壓力、振動(dòng)、氣體溫度等特征量也得到同樣效果。時(shí)間系列數(shù)據(jù)的測(cè)定間隔可根據(jù)處理?xiàng)l件決定。半導(dǎo)體器件的制造涉及的通常的LPCVD處理中，時(shí)間系列數(shù)據(jù)的測(cè)定間隔為0.5秒到10分鐘間隔為適當(dāng)。
(第二實(shí)施例)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法說(shuō)明在干式泵的故障診斷中使用頻率分析的例子。即，替代第一實(shí)施例的干式泵的故障診斷中使用的馬達(dá)電流的自共分散函數(shù)C(τ)而分析干式泵的外殼振動(dòng)的頻率分布。
本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法按圖7所示程序進(jìn)行(1)首先，在步驟S21中測(cè)定作為半導(dǎo)體制造裝置的干式泵的特征量(振動(dòng))的時(shí)間系列數(shù)據(jù)。振動(dòng)測(cè)定按每10秒用加速度傳感器測(cè)定外殼的加速度進(jìn)行。各測(cè)定按0.5msec間隔總共進(jìn)行1秒。
(2)加速度傳感器測(cè)定的外殼的加速度(時(shí)間系列數(shù)據(jù))在計(jì)量后在步驟S22作傅立葉變換，求出頻率分布。
(3)在步驟S23中，著眼頻率分布中特定的頻率成分，通過(guò)該特定頻率成分的特征量的變化決定半導(dǎo)體制造裝置(干式泵)的壽命。第二實(shí)施例的干式泵的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)為3000rpm，轉(zhuǎn)子為3塊。第二實(shí)施例中，調(diào)查50Hz、150Hz、300Hz、450Hz的頻率分布和500Hz以上的高頻部分的推移。LPCVD的生長(zhǎng)處理中有低壓、升溫、沉積、清潔、返回常壓、待機(jī)等各種序列，但第二實(shí)施例中，調(diào)查對(duì)影響干式泵的故障的沉積序列的推移。
圖8表示特定頻率的加速度對(duì)累計(jì)膜厚的依賴性。如圖8所示，累計(jì)膜厚約為4微米時(shí)在150Hz～450Hz部分中看到加速度增加，累計(jì)膜厚為5.2微米時(shí)看到800Hz以上的高頻成分增加。并且，累計(jì)膜厚為5.5微米時(shí)干式泵停止。這樣，用特定頻率的加速度也可捕獲故障預(yù)兆。
本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法中，判斷故障預(yù)兆的預(yù)定的閾值可在實(shí)際應(yīng)用中適當(dāng)設(shè)定。例如，從正常時(shí)的平均值偏離開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)偏差的1倍到3倍以上的情況作為故障預(yù)兆，則可高精度捕獲故障預(yù)兆。第二實(shí)施例中，干式泵停止的累計(jì)膜厚的約一成之前可捕獲故障預(yù)兆。特定頻率的加速度捕獲故障預(yù)兆后，由于各參數(shù)單調(diào)增加，更換干式泵的閾值的設(shè)定可在停止之前進(jìn)行，可使器件的制造效率化。閾值通過(guò)累計(jì)膜厚換算可在干式泵停止的0.1微米之前。
第二實(shí)施例中將振動(dòng)測(cè)定位置作為外殼，但可以是靈敏度高地檢測(cè)出軸承等轉(zhuǎn)子上附著產(chǎn)物使得喪失平衡的場(chǎng)所。時(shí)間系列數(shù)據(jù)的測(cè)定間隔可根據(jù)處理?xiàng)l件決定，半導(dǎo)體器件的制造涉及的通常的LPCVD處理中，0.5秒到10分鐘間隔為適當(dāng)。
(第三實(shí)施例)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法說(shuō)明在干式泵的故障診斷中使用馬氏距離MD的例子。即，替代評(píng)價(jià)第一實(shí)施例的干式泵的故障診斷中使用的馬達(dá)電流的自共分散函數(shù)C(τ)的推移而使用馬達(dá)電流、泵內(nèi)的壓力、泵的外壁的振動(dòng)等特征量產(chǎn)生的馬氏距離MD。
本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法按圖9所示程序進(jìn)行(1)首先，在步驟S31中在開(kāi)始測(cè)定半導(dǎo)體制造裝置的特征量的診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)的時(shí)刻的規(guī)定時(shí)間之前，在與作為目的的診斷相同的處理?xiàng)l件下測(cè)定對(duì)應(yīng)的特征量的基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)。半導(dǎo)體制造裝置的壽命判斷方法中利用馬氏距離MD，基準(zhǔn)空間(馬氏空間)的取用方法是關(guān)鍵。本發(fā)明的第三實(shí)施例中，特征量的數(shù)據(jù)僅使用成為和診斷相同處理?xiàng)l件的LPCVD處理的沉積序列。具體說(shuō)，為去除處理?xiàng)l件變動(dòng)的影響，將評(píng)價(jià)干式泵的狀態(tài)的數(shù)據(jù)的例如3天前的特征量的數(shù)據(jù)用作基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)。這里，例如將馬達(dá)電流、泵內(nèi)的壓力、泵的外壁的振動(dòng)等特征量用作特征量的數(shù)據(jù)(基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù))。
(2)接著，步驟S32中，從該基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)設(shè)定馬氏空間。即，求出從馬達(dá)電流、泵內(nèi)的壓力、泵的外壁的振動(dòng)的數(shù)據(jù)(基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù))的集合體導(dǎo)出的相關(guān)矩陣的逆矩陣。該相關(guān)矩陣的逆矩陣的計(jì)算由連接半導(dǎo)體制造裝置的計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理部執(zhí)行。求出的馬氏空間存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)部中。
(3)在步驟S33中，測(cè)定三天期間的作為特征量的馬達(dá)電流、泵內(nèi)的壓力、泵的外壁的振動(dòng)的數(shù)據(jù)(基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù))。
(4)接著，在步驟S34中，使用三天期間的診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)和馬氏空間求出診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)隨馬氏距離的時(shí)間變化。馬氏距離的計(jì)算使用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)的馬氏空間的數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理部執(zhí)行。這樣，使用評(píng)價(jià)干式泵的狀態(tài)的數(shù)據(jù)的三天前的特征量的數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)查三天期間的馬氏距離MD的變化的推移可去除處理?xiàng)l件變動(dòng)的影響。圖10是表示馬氏距離MD對(duì)累計(jì)膜厚的依賴性。如圖10所示，累計(jì)膜厚約為4.5微米時(shí)馬氏距離MD超出5。一般地，馬氏距離MD在4以上判斷為異常，如上所述，本發(fā)明中，經(jīng)驗(yàn)上將馬氏距離MD的閾值設(shè)在5～10的范圍的值。這里，馬氏距離MD超出閾值5時(shí)，判斷為捕獲了故障預(yù)兆。
(5)接著，步驟S35中，將由馬氏距離到達(dá)預(yù)定的閾值時(shí)的診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)構(gòu)成的空間固定為新的馬氏空間(新的基準(zhǔn)空間)。固定的新馬氏空間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)部中。
(6)在步驟S36中通過(guò)比較對(duì)新的馬氏空間的馬氏距離和預(yù)定閾值，決定半導(dǎo)體制造裝置的壽命。新的馬氏距離的計(jì)算使用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)的新的馬氏空間的數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理部執(zhí)行。即，將基準(zhǔn)空間的值固定為該新的馬氏空間(新的基準(zhǔn)空間)的值，再在繼續(xù)評(píng)價(jià)時(shí)，馬氏距離MD繼續(xù)增加，累計(jì)膜厚約為5微米處馬氏距離MD急劇增加。然后累計(jì)膜厚為5.5微米時(shí)干式泵停止。
圖11與圖10相比表示在基準(zhǔn)空間中使用干式泵維護(hù)后的數(shù)據(jù)的情況下的馬氏距離MD對(duì)累計(jì)膜厚的依賴性。圖11中，累計(jì)膜厚約為2微米時(shí)馬氏距離MD超出5，表示變離了正常狀態(tài)。隨后馬氏距離MD整體表現(xiàn)出增加傾向，但短期內(nèi)觀察到增加再減少的變化，結(jié)果累計(jì)膜厚為5.5微米時(shí)干式泵停止。圖11所示的馬氏距離MD對(duì)累計(jì)膜厚的依賴性中，整體上觀察到隨著累計(jì)膜厚的增加馬氏距離MD有增加傾向，但與圖10不同，并非單調(diào)變化，難以捕獲故障前兆。圖11所示的馬氏距離MD對(duì)累計(jì)膜厚的依賴性中，表示出短期內(nèi)增加后再減少的變化，這是由于CVD中處理?xiàng)l件的變動(dòng)影響。表示從正常狀態(tài)向異常狀態(tài)的移動(dòng)的馬氏距離MD超出5時(shí)的累計(jì)膜厚為2微米，與圖10所示的情況相比，表示出在較早時(shí)期中向異常狀態(tài)移動(dòng)。這是由于在圖11中在干式泵維護(hù)之后取得形成基準(zhǔn)空間的特征量的數(shù)據(jù)，與故障無(wú)關(guān)的處理的變動(dòng)的影響也判斷為異常。這樣，如圖11所示的基準(zhǔn)空間的形成方法中，明確地捕獲故障預(yù)兆是困難的，為防止干式泵停止，必須取大裕度。即，如圖11所示，使用干式泵維護(hù)之后的特征量的數(shù)據(jù)構(gòu)成基準(zhǔn)空間時(shí)，干式泵停止之前維護(hù)干式泵，器件制造效率化變得困難了。
本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法中，判斷故障預(yù)兆的預(yù)定的閾值可在實(shí)際應(yīng)用中適當(dāng)設(shè)定。例如，可將從正常時(shí)的平均值偏離開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)偏差的1倍到3倍以上的情況作為故障預(yù)兆?；鶞?zhǔn)空間的取用方法是關(guān)鍵，如圖11所示，使用干式泵維護(hù)之后的特征量的數(shù)據(jù)構(gòu)成基準(zhǔn)空間的情況下，正常狀態(tài)的值變動(dòng)大，難以精確地捕獲故障預(yù)兆。因此，構(gòu)成基準(zhǔn)空間的特征量的數(shù)據(jù)如圖10所示更好是僅使用LPCVD的沉積序列數(shù)據(jù)。第三實(shí)施例的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法中，干式泵停止的累計(jì)膜厚的約一成之前可捕獲故障預(yù)兆。馬氏距離MD捕獲故障預(yù)兆后，由于各參數(shù)單調(diào)增加，更換干式泵的閾值的設(shè)定可在停止之前進(jìn)行。因此，可使器件的制造效率化。閾值通過(guò)累計(jì)膜厚換算可在干式泵停止的0.1微米之前。
第三實(shí)施例中說(shuō)明了在馬氏距離MD的計(jì)算中使用馬達(dá)電流、泵內(nèi)的壓力、泵的外壁的振動(dòng)構(gòu)成的數(shù)據(jù)群的例子，但根據(jù)測(cè)定條件可使用包含馬達(dá)功率、氣體溫度的最佳組合構(gòu)成的數(shù)據(jù)群。馬氏距離MD的計(jì)算中需要的時(shí)間系列數(shù)據(jù)的測(cè)定間隔可根據(jù)處理?xiàng)l件決定。例如，半導(dǎo)體器件的制造涉及的通常的LPCVD處理中，0.5秒到10分鐘間隔為適當(dāng)。
(其他實(shí)施例)如上所述，本發(fā)明借助于第一～第三實(shí)施例進(jìn)行了描述，但不應(yīng)理解為將本發(fā)明限定于對(duì)該公開(kāi)的部分所作的論述和附圖中。顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠知曉對(duì)所公開(kāi)的內(nèi)容進(jìn)行各種替代得到的實(shí)施形式、實(shí)施例和運(yùn)用技術(shù)。
上述的第一～第三實(shí)施例的說(shuō)明中，敘述了Si3N4膜的LPCVD的例子，但其他材料的薄膜的LPCVD中也同樣適用。雖然只描述了生長(zhǎng)單一種類的薄膜的情況下的例子，但用同一LPCVD裝置形成Si3N4膜、TEOS氧化膜、多晶硅等的多種薄膜的情況下也得到同樣效果。
這樣，本發(fā)明當(dāng)然還包含這里未記載的各種實(shí)施例。因此，本發(fā)明的技術(shù)范圍僅由基于上面的說(shuō)明而妥當(dāng)?shù)卮_定的權(quán)利要求的范圍決定。
如上面詳細(xì)說(shuō)明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，即便處理?xiàng)l件變動(dòng)和電源變動(dòng)，也可進(jìn)行高精度的干式泵的故障診斷，可使半導(dǎo)體器件的制造效率化。
尤其，根據(jù)本發(fā)明，使得作為構(gòu)筑高效率的小規(guī)模生產(chǎn)線的關(guān)鍵的裝置共用化變得容易。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法，其特征在于包括測(cè)定半導(dǎo)體制造裝置沒(méi)有惡化時(shí)的特征量的基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)的步驟；從上述基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)求出基準(zhǔn)自共分散函數(shù)的步驟；從該基準(zhǔn)自共分散函數(shù)提取處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源引起的基準(zhǔn)變動(dòng)，求出該基準(zhǔn)變動(dòng)的周期的步驟；在成為半導(dǎo)體制造裝置的評(píng)價(jià)對(duì)象的序列中，測(cè)定上述特征量的診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)的步驟；從該診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)求出診斷用自共分散函數(shù)的步驟；以及使用比上述基準(zhǔn)變動(dòng)周期短的周期成分從上述診斷用自共分散函數(shù)決定上述半導(dǎo)體制造裝置的壽命的步驟。
2.一種半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法，其特征在于包括在開(kāi)始測(cè)定半導(dǎo)體制造裝置的特征量的診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)的時(shí)刻的規(guī)定時(shí)間之前，在和上述診斷同一處理?xiàng)l件下測(cè)定上述特征量的基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)的步驟；從上述基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)設(shè)定馬氏空間的步驟；測(cè)定上述特征量的診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)的步驟；使用上述診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)和上述馬氏空間求出上述診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)的馬氏距離的時(shí)間變化的步驟；將上述馬氏距離到達(dá)預(yù)定閾值時(shí)的上述診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)構(gòu)成的空間固定為新的馬氏空間的步聚；通過(guò)比較對(duì)上述新的馬氏空間的新的馬氏距離和上述閾值，決定上述半導(dǎo)體制造裝置的壽命的步聚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法，其特征在于上述特征量是上述半導(dǎo)體制造裝置涉及的馬達(dá)電流、馬達(dá)功率、壓力、振動(dòng)、氣體溫度構(gòu)成的組中的至少一個(gè)。
全文摘要
提供一種不受半導(dǎo)缽制造中涉及的處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源變動(dòng)以及機(jī)械誤差影響的半導(dǎo)體制造裝置的壽命診斷方法。該方法包括(1)測(cè)定半導(dǎo)體制造裝置沒(méi)有惡化時(shí)的特征量的基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)(步驟S11)；(2)從基準(zhǔn)時(shí)間系列數(shù)據(jù)求出基準(zhǔn)自共分?jǐn)?shù)函數(shù)(步驟S12)；(3)從該基準(zhǔn)自共分?jǐn)?shù)函數(shù)提取處理?xiàng)l件的變動(dòng)和電源引起的基準(zhǔn)變動(dòng)，求出該基準(zhǔn)變動(dòng)的周期(步驟S13)；(4)在成為半導(dǎo)體制造裝置的評(píng)價(jià)對(duì)象的序列中，測(cè)定特征量的診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)(步驟S14)；(5)從該診斷用時(shí)間系列數(shù)據(jù)求出診斷用自共分?jǐn)?shù)函數(shù)(步驟S15)；(6)使用比基準(zhǔn)變動(dòng)周期短的周期成分從該診斷用自共分散函數(shù)決定半導(dǎo)體制造裝置的壽命(步驟S16)。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1404103SQ02147030
公開(kāi)日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月31日
發(fā)明者佐俁秀一, 牛久幸廣, 石井賢, 中尾隆 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝