JP4138267B2

JP4138267B2 - 半導体製造装置、真空ポンプの寿命予測方法及び真空ポンプの修理タイミング決定方法

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Publication number: JP4138267B2
Application number: JP2001085736A
Authority: JP
Inventors: 幸広牛久; 経敏有門; 秀一佐俣; 隆中尾; 裕一見方
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: US6865513B2; CN1377056A; US20040143418A1; US20030009311A1; CN1230869C; KR20020075299A; JP2002285974A; TWI284347B; US6944572B2; KR100458885B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応性ガスを使用する半導体製造装置に係り、特に半導体製造装置に使用する真空ポンプの寿命を予測する真空ポンプの寿命予測方法と、この寿命予測に基づいて真空ポンプの最適な修理タイミングを決定する真空ポンプの修理タイミング決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)やＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などの反応性ガスを使用する従来の半導体製造装置には、チャンバー内部のガスを排出するために使用する真空ポンプが設備されている。この真空ポンプの回転負荷は、半導体製造装置のチャンバーからの排気ガスに含まれる未反応のガスや反応副生成物の付着により、次第に大きくなり、ついには真空ポンプが停止するに至る。装置稼動中の真空ポンプの停止は、製作中のロット全てが不良になる可能性が高い。また、真空ポンプが停止した時、未反応のガスや反応副生成物の増大により、チャンバー内部の付着物が増加してパーティクルが大量発生する場合がある。こうなると、チャンバー自体の洗浄やオーバーホールに多大の費用を要するだけでなく、復帰までに長時間を要するため、装置の稼働率の低下を引き起こす。
【０００３】
ところが、現状では真空ポンプの寿命が予測できないので、上記リスクを回避するため、経験に基づいて真空ポンプの寿命を推測し、この寿命に達するかなり前に余裕をもって、真空ポンプを例えば２ケ月から半年程度の頻度で取り替えるということを行ってきた。
【０００４】
上記のように、経験に基づいて寿命が尽きたと見做された真空ポンプ、或いは故障してしまった真空ポンプを取り替えたり、修理する場合には、以下のことが要請されている。
【０００５】
半導体工場は、単位時間内に（例えば１ヶ月間）できるだけ多くの半導体を生産することを使命としている。従って、故障した機器の交換又は修理に要する時間は、半導体生産に寄与し得ないため、修理時間はできる限り短いことが望ましい。
【０００６】
それ故、半導体メーカーにとって、半導体製造装置が故障したら速やかに修理し、復帰させる必要がある。修理に要する時間が短ければ短いほど、半導体生産の低下量が少ない。
【０００７】
半導体生産の低下量は、半導体工場内でのロットの流れに依存する。たまたま、修理を要する半導体製造装置の前に処理すべきロットが山積みになっている場合には、修理期間中、そのロットは処理されず、そこでロットが滞留することになる。しかし、修理を要する半導体製造装置の前に処理すべきロットがたまたま来ていなければ、半導体生産にはほとんど影響を与えることなく、装置を修理することが可能である。従って、半導体工場にとっては、修理を必要とする装置の前に処理すべきロットが来ない時期を見計らって修理を行うことが、生産量の低下を最小に抑えることになる。
【０００８】
また、近年設備投資を抑える目的で小規模の工場の有効性が指摘されているが、この小規模の工場では装置の稼働効率の低下を抑制するために、ひとつの半導体製造装置が複数の工程を受け持つことが前提になつている。このような場合、真空ポンプは種々のガス種とその流量を種々の順序で排出処理する必要がある。
【０００９】
チャンバー内のガス種や流量が変わると、未反応のガスや反応副生成物の量が変わるため、真空ポンプの平均寿命も変わってくる。従って、種々のガス種とその流量を処理する場合は、単一のガス種及びガス流量で装置を運用していた場合のように、経験に基づくポンプ寿命の判断が非常に困難になってきている。
【００１０】
例えば、ＣＶＤやＲＩＥなどの反応性ガスを使用する従来の半導体製造装置は図９に示すような構成を有し、処理を実行するチャンバー１とその制御を担うコントローラ２に大別できる。コントローラ２からは制御信号５０がチャンバー１に入力され、チャンバー１からはチャンバー内部情報（ガス流量）５２がコントローラ２に入力される。この半導体製造装置に使用する真空ポンプ３はチャンバー２に配管４により接続されている。通常、真空ポンプ３には、動作の確認のため電流計や温度モニタ用のセンサなどが取り付けられており、真空ポンプ３の内部情報５２として電流、温度などを知ることができる。そこで、１００に示すように、オペレータが目視或いはプロットされたグラフの情報から真空ポンプの異常の有無を監視している。しかし、チャンバー１のガス条件によって、電流値や温度のベースが変化するため、種々の条件での使用下において、これらの値から単純に真空ポンプ３の寿命を椎定することは不可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の真空ポンプ３の経験則による寿命予測に基づいたメインテナンス方法では、真空ポンプ３の取替え頻度の増加により、半導体製造装置の稼働率の低下を招いたり、メンテナンス費用の増大を招くことが問題になっている。
【００１２】
更に、チャンバー内の処理で複数のガス種、ガス流量を種々の順序で堆積する場合は、前回のガス種とガス流量によって、真空ポンプ３の付着物の堆積量が左右されることが起こる。このことは、過去のガス条件の履歴が真空ポンプ３の寿命を決定していることを意味し、従来使用してきた累積の処理時間、累積膜厚、累積エッチング量のような概念も寿命予測としては使用できない状況にある。
【００１３】
このため、フレキシブルな半導体製造装置の使用を行う状況においても、真空ポンプ３の正確な寿命を予測する方法とその装置が必要になってきている。公知の例としては、特開平１１−６２８４６号公報や、特開平６−１７３８５４号公報においては、真空ポンプ３の電流値や温度、振動などのデータから真空ポンプの故障を予測することが開示されている。また、特開２０００−２８３０５６号公報では、ポンプの故障予測に半導体装置が動作時か、待機時であるかの稼動状況を考慮すべきであることが開示されている。しかし、ひとつの半導体製造装置を複数のガス条件で使用する場合の真空ポンプの寿命の履歴効果には、上記した公知例のいずれの方法も対応することは出来ない。
【００１４】
尚、特開２０００−２８３０５６号公報は、真空ポンプ３の異常監視が目的であり、寿命予測を目的にしたものではない。特開平１１−６２８４６や、特開平６−１７３８５４号公報においては、具体的な寿命予測の方法が明らかにされていない。それ故、真空ポンプ３の寿命予測、即ち、真空ポンプ３が何時故障するかを予測する装置及び方法の開発が要請されている。
【００１５】
また、上記したように、現状では、真空ポンプ３の故障予測を行うことができないため、半導体工場内でのロットの流れを考慮し、ロットがその装置に来ない時期を見計らって修理をしているわけではない。それ故、真空ポンプの交換又は修理に要する時間には半導体の製造ができず、半導体生産量が低下してしまうことが避けられない。即ち、生産量の低下を最小にするという視点で故障装置の修理タイミングを決める方法が存在せず、修理による半導体生産量の低下が必ずしも最小に抑えられていないという問題がある。
【００１６】
本発明は、上述の如き従来の課題を解決するためになされたもので、単一のガスは勿論、複数のガスを排出する真空ポンプの寿命予測を行うことができる半導体製造装置及び真空ポンプの寿命予測方法を提供することを第１の目的とし、並びに、生産性の低下を最小に抑えることができる真空ポンプの修理タイミングを決定することができる真空ポンプの修理タイミング決定方法を提供することを第２の目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の手段の特徴は、半導体ウェハを処理するチャンバーと、前記チャンバーを制御するコントローラと、前記チャンバーからガスを排出する真空ポンプとを有する半導体製造装置において、前記コントローラから前記チャンバーのプロセス条件を入力する第１の入力機能部と、前記真空ポンプの状態量を前記真空ポンプからリアルタイムに入力する第２の入力機能部と、前記入力したプロセス条件と前記真空ポンプの状態量から前記真空ポンプの寿命を予測する予測機能部とを具備し、前記予測機能部は、前記真空ポンプの寿命を予測するための基準となる指標値をプロセス条件毎に予め決定しておき、前記リアルタイムに入力される前記真空ポンプの状態量から寿命の指標値を求め、求めた寿命の指標値と前記入力したプロセス条件に対応する基準の指標値との差異の変化の経過から前記求めた寿命の指標が前記基準の指標値を超える期間までを算出し、この期間を前記真空ポンプの寿命予測値とすることを特徴とする。
【００１８】
第２の手段は、半導体ウェハを処理するチャンバーと、前記チャンバーを制御するコントローラと、前記チャンバーからガスを排出する真空ポンプとを有する半導体製造装置において、前記コントローラから前記チャンバーのプロセス条件を入力する第１の入力機能部と、前記真空ポンプの状態量を前記真空ポンプからリアルタイムに入力する第２の入力機能部と、前記入力したプロセス条件と前記真空ポンプの状態量から前記真空ポンプの寿命を予測する予測機能部とを具備し、前記予測機能部は、前記チャンバーのプロセス条件の変化を感知し、その初期の有限の時間区間で取得された状態量から基準空間を構成して逆行列を求め、プロセス条件が次に変化するまでに、前記リアルタイムに入力される状態量と前記逆行列を使用して求めたマハラノビス・タグチ距離を指標値として、真空ポンプの寿命を予測することを特徴とする。
【００２７】
第３の手段は、半導体ウェハを処理するチャンバーと、前記チャンバーを制御するコントローラと、前記チャンバーからガスを排出する真空ポンプとを有する半導体製造装置の前記真空ポンプの寿命を予測する真空ポンプの寿命予測方法において、前記コントローラからレシピ情報を読み込む第１のステップと、前記読み込んだレシピ情報より前記チャンバーのプロセス条件に変化があったかどうかを判定する第２のステップと、前記チャンバーのプロセス条件に変化がない場合は既存の基準となる指標値を用い、前記プロセス条件に変化があった場合は、このプロセス条件に対応した基準となる指標値を別途読み込む第３のステップと、前記真空ポンプの状態量をリアルタイムに読み込み、読み込んだ状態量より指標値を算出する第４のステップと、前記算出した指標値と前記基準となる指標値とを比較してその差異から前記真空ポンプの寿命を算出する第５のステップとを具備することにある。
【００２８】
第４の手段は、半導体ウェハを処理するチャンバーと、前記チャンバーを制御するコントローラと、前記チャンバーからガスを排出する真空ポンプとを有する半導体製造装置の前記真空ポンプの寿命を予測する真空ポンプの寿命予測方法において、前記コントローラからレシピ情報を読み込む第１のステップと、前記読み込んだレシピ情報より前記チャンバーのプロセス条件に変化があったかどうかを判定する第２のステップと、前記チャンバーのプロセス条件に変化がない場合は既存の逆行列を用い、前記プロセス条件に変化があった場合は、前記真空ポンプの状態量を読み込み、得られた状態量から当該プロセスに対応した基準空間を構成して逆行列を算出する第３のステップと、前記真空ポンプの状態量をリアルタイムに読み込み、前記逆行列を用いて前記読み込んだ状態量からマハラノビス・タグチの距離を算出する第５のステップと、前記算出したマハラノビス・タグチの距離より前記真空ポンプの寿命を算出する第６のステップとを具備することにある。
【００２９】
第５の手段は、半導体製造装置で使用される真空ポンプの修理期間を決定する真空ポンプの修理タイミング決定方法において、前記真空ポンプの寿命を予測する第１のステップと、前記予測された真空ポンプの寿命に応じて半導体生産シミュレータにより前記真空ポンプを使用する半導体製造装置の待ち時間を複数求める第２のステップと、前記求まった複数の待ち時間の中で最も半導体製造装置の半導体生産に影響の出ない待ち時間、又はこの待ち時間を含んだ時間を、前記真空ポンプの交換又は修理時間に決定する第３のステップとを具備し、前記真空ポンプの寿命は、請求項１乃至９いずれか１項に記載の半導体製造装置を用いて予測することにある。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の半導体製造装置の一実施形態に係る構成を示したブロック図である。半導体製造装置は、ＣＶＤやＲＩＥなどの反応性ガスにより半導体ウエハ等に種々の処理を施すチャンバー１、チャンバー１を制御して各種処理を行わせるコントローラ２、チャンバー１と配管４により接続され、チャンバー１内部のガスを排出する真空ポンプ３及び真空ポンプ３の寿命を予測する寿命予測用コントローラ５を有している。
【００３６】
ここで、寿命予測用コントローラ５は単独のものであってもよいし、コントローラ２内に同様の機能を持たせてもよいし、また真空ポンプ３に付属したコントローラ（図示せず）に同様の機能を持たせてもよい。また、真空ポンプ３は、ターボポンプ、ドライポンプ等、如何なるポンプも対象とすることができる。また、このような半導体製造装置はＬＡＮを通してＣＩＭ７に接続されている。
【００３７】
次に本実施形態の動作について説明する。寿命予測用コントローラ５は、電流値や温度などの真空ポンプ３の内部情報５２をリアルタイムで読み込む機能と、コントローラ２或いはＣＩＭ７から出たＬＡＮ６からチェンバー１が処理しているガス種、ガス流量などの情報を読み込む機能と、この情報から真空ポンプ３の寿命を予測する機能と、寿命予測の結果をＬＡＮ６を通してＣＩＭ７に伝達する機能とを有している。
【００３８】
寿命予測用コントローラ５は、複数のガス種、ガス流量を種々の順序で堆積する場合において、前回のガス種とガス流量によって、付着物の堆積量が左右されるような場合においても、真空ポンプ３の寿命予測を可能とする。即ち、寿命予測用コントローラ５は、コントローラ２から得られるガス条件毎に、真空ポンプ３の動作状態を認識できるので、真空ポンプ３の寿命を予測するための計算を可能とし、更に、後述するガス条件の差異を積極的に利用した寿命予測も使用可能である。
【００３９】
次に真空ポンプ３の寿命を寿命予測用コントローラ５で予測するための方法について詳述する。真空ポンプ３が停止するまでの過程は、以下のように理解することができる。
【００４０】
即ち、半導付製造装置のチャンバー１から排気される未反応な残留ガスや反応副生成物がトラップを通り、真空ポンプ３内に到達する。この間、未反応な残留ガスや反応副生成物は冷却され、ポンプ内部、特にローターとケーシング間、ローターとロータ間に付着する。このようにして、間隙の減少や目詰まりが起こると、真空ポンプ３に供給されている電流の電流値や電力の電力値の上昇及び真空ポンプ３の温度の上昇や振動の発生が瞬間的に発生する。しかし、付着物の平滑化や脱着が引き続き起こるため、次の瞬間には電流値や電力値、温度が通常値に復帰し、又、振動も低下する。
【００４１】
この間の時間的な長さは、筆者らの検討によれば通常１秒程度以下である。初期の真空ポンプ３は上記状態を繰り返し、恰も定常状態を維持しているかのごとく、状態が推移していく。しかし、この間、付着物は増加していき停止直前では、付着物の蓄積により、次第に電流値や電力値、温度、振動等の時間的な増加が観測されるようになる。この時の増加速度は、ガス条件により、また過去のガス条件の履歴によって変動する。従って、真空ポンプ３の寿命予測には、上記過程の進行が解析できることと、履歴を考慮できることが重要である。
【００４２】
例えば、ある時間区間で計算した真空ポンプ３の電流の平均値と標準偏差値は、付着物の増加に伴って、両者とも増加していくことが筆者らの検討で分かっている。従って、この値を指標としてモニタしていけば、寿命予測をすることができる。しかし、これまで記述したように１台の半導体製造装置を種々のプロセスに適用する場合、その電流の平均値や標準偏差値はプロセス条件毎に異なる。また、その増加速度はプロセス条件の履歴に左右される。
【００４３】
図２は本発明の真空ポンプの寿命予測方法の第１の実施形態を示したフローチャートである。半導体製造装置の寿命予測コントローラ５は、コントローラ２からレシピ情報（ガスフローレシピ）６１を読み込み（ステップ２０１）、現在のプロセスチャンバー１のガス種やガス流量、チャンバー温度などのプロセス条件を認識する。
【００４４】
この現在のプロセス条件が以前のプロセス条件に対して変化があるかを判定し（ステップ２０２）、変化がある場合は、基準ファイル６２からプロセス条件毎に設定された、真空ポンプ３が停止する平均値、標準偏差値を読み込んでセットし、また、真空ポンプ３からの電流値を読み込み、予め決められた時間間隔、例えば偶発的な変動が平滑化される１０秒の間の平均値、標準偏差の計算を繰り返し、その時刻の平均値と標準偏差値自体と、その増加率を算出して、真空ポンプ３が停止する平均値、標準偏差値に至までの時間を推定する（ステップ２０３）。
【００４５】
一方、ステップ２０２でプロセス条件に変化がない場合は、ステップ２０３で、既に基準ファイル６２から前回読み込んだ真空ポンプ３が停止する平均値、標準偏差値を用い、また、真空ポンプ３からの電流値を読み込み、予め決められた時間間隔、例えば偶発的な変動が平滑化される１０秒の間の平均値、標準偏差の計算を繰り返し、その時刻の平均値と標準偏差値自体と、その増加率を算出して、真空ポンプ３が停止する平均値、標準偏差値に至までの時間を推定する。推定された真空ポンプ３が停止する平均値、標準偏差値に至までの時間を予測寿命データとして、プロセス条件毎にＬＡＮ６を通してＣＩＭ７に転送する（２０４）。
【００４６】
以上の方法は、真空ポンプ３の寿命に至までの過程の進行の解析と、プロセス条件履歴による指標の変化速度に対応できる。この理由は、真空ポンプ３が停止に至る平均値と標準偏差値をプロセス条件毎に規定していることがポイントである。更に、チャンバー１でプロセス処理中に予想外に電流の平均値や標準偏差値が増大し、真空ポンプ３が停止寸前であることが明らかになった時点では寿命予測用コントローラ５からコントローラ２に緊急停止信号８０を送る機能を有している（ステップ２０３）。
【００４７】
緊急停止信号８０を受け取ったコントローラ２は、チヤンバー１のバルブを閉鎖する指示を出し、プロセスを停止する。この機能により、真空ポンプ３の停止による排ガスの逆流によるチャンバー１の汚染が防止される。
【００４８】
本実施形態によれば、単一のガスは勿論、複数のガスを排出する真空ポンプ３の寿命予測を行うことができる。
【００４９】
尚、寿命予測用コントローラ５が読み込むプロセス条件は、レシピ情報６１から認識したが、ガス種、流量などをコントローラ２から直接読み込んで、プロセス条件を認識してもよい。また、コントローラ２からではなく、ＬＡＮ６を通してＣＩＭ７から読み込むことも可能である。ここでは、寿命予測コントローラ５の上記計算の指標として電流値の時間平均値や標準偏差値を用いたが、この他、自己相関係数値、自己相関係数のラグ幅及び重回帰分析なども使用可能である。
【００５０】
図３は真空ポンプ３のモータに流れる電流の経時変化例を示したグラフである。モータに流れる電流の変化は人間の目にはほとんど変化が認められないほど僅かなものである。
【００５１】
このデータを元に重回帰分析を行うと、図４に示すような結果になる。真空ポンプ３が健全な間には周期的な変化が認められるが、真空ポンプ３の使用期間が長くなり、真空ポンプ３が疲労してくると、この周期的変化が少なくなる。従って、この周期的な変化を追跡すれば、真空ポンプ３の状態を診断できることになる。寿命予測用コントローラ５はこの信号を元に真空ポンプ３の診断を行い、ポンプ寿命までの間に処理可能なロット数を算出して、その結果をＣＩＭ７に送信する。
【００５２】
また、本実施形態では、真空ポンプ３の状態量として電流値を用いたが、この他、電力値、温度、振動や音のスペクトルなどの物理量も使用することができる。また、真空ポンプ３の状態量として電流値ひとつだけでなく、種々の物理量を総合的に用いて、真空ポンプ３の寿命を予測することも有効である。この種々の物理量を総合的用いる場合、真空ポンプ３の寿命を予測する際に、マハラノビス・タグチの距離を用いることもできる。
【００５３】
更に、平均値や標準偏差値の変化速度を線形で近似して寿命を求めることもできるが、自己回帰モデルを使用する方法も有効である。現状のプロセス条件だけでなく、前回や前々回の同一のプロセス条件の時の指標の値を記憶しておき、これをもとに寿命の予測を行うことも可能である。
【００５４】
図５は本発明の真空ポンプの寿命予測方法の第２の実施形態を示したフローチャートである。真空ポンプ３の状態量として電流値ひとつだけでなく、種々の物理量を総合的用いる場合、上述したように、マハラノビス・タグチのＭＴ距離を用いて真空ポンプ３の寿命を判断することが有効である。本例は、このＭＴ距離を用いて真空ポンプ３の寿命を予測する方法である。
【００５５】
半導体製造装置の寿命予測コントローラ５は、コントローラ２からレシピ情報（ガスフローレシピ）６１を読み込み（ステップ５０１）、現在のプロセスチャンバー１のガス種やガス流量、チャンバー温度などのプロセス条件を認識する。寿命予測コントローラ５でＭＴ距離を求めるには、正常な状態での基準空間データから求めた逆行列が必要である。この逆行列は、予めプロセス条件毎に設定しておくこともできるが、種々のプロセス条件の履歴によって変化することもあり得る。その場合には、プロセス条件の変更をレシピ情報６１の変化（ステップ５０２）から認識し、変化があった時点で決められた回数、真空ポンプ３の電流と温度など、例えば２０回分のデータを取得し、それで基準空間を構成して逆行列を求める（ステップ５０３）。プロセス条件の変化（ステップ５０２）がないときは、現状の逆行列を使い続ける。
【００５６】
その後、決まった回数の電流値と温度のデータを取得し、これらデータと先に求めた逆行列からＭＴ距離を求める（ステップ５０４）。
【００５７】
また、ステップ５０３で算出した基準値１０を超える頻度を判断基準とし、現状の基準値１０を超える頻度と、その頻度の増加速度から、寿命を予測してもよい。予測された真空ポンプ３が停止するまでの時間は、予測寿命データとしてプロセス条件毎にＬＡＮ６を通してＣＩＭ７に転送される（ステップ５０５）。
【００５８】
本実施形態によれば、真空ポンプ３の寿命を予測する際に、真空ポンプ３の状態を種々の物理量を総合的用いて取得する場合でも、マハラノビス・タグチのＭＴ距離を用いて真空ポンプ３の寿命を判断することができ、図２に示した実施形態と同様の効果がある。
【００５９】
上記までの実施形態は、種々のプロセス条件に対応して、電流などの平均値や標準偏差値が変化するので、これに対応するための方法を述べてきた。以下に、更に、簡便な方法について述べる。
【００６０】
半導体製造装置は大別すると、プロセスの処理をしている稼動状態とロットを取り出し、次のロットを投入するまでの待機状態の二つの状態を持っている。上記の実施形態では、半導体製造装置の稼動時に、真空ポンプ３の寿命を予測する例であった。以下の実施形態は半導体製造装置の待機時に、真空ポンプ３の寿命を予測する例である。
【００６１】
図６は本発明の真空ポンプの寿命予測方法の第３の実施形態を示したフローチャートである。本例は、待機時に真空ポンプ３の寿命を予測する方法である。半導体製造装置の稼動状態では、種々のプロセス条件で動作する可能性があるが、待機時は通常ひとつのガス条件で運用されているので、真空ポンプ３の状態の観測が容易であり、ポンプの電流値の変化を調べて真空ポンプ３の寿命を予測することができる。
【００６２】
通常、半導体製造装置の待機時、チャンバー１は窒素などの不活性ガスによるパージ状態に置かれる。稼動時の場合、チャンバー１からは未反応のガスや反応副生成物が真空ポンプ３に搬送されるため、電流値などのデータは動的な過程に置かれる。待機時には、チャンバー１はパージ状態のため真空ポンプ３の負荷も小さく、異物の付着も少ないので、比較的静的な過程におかれる。
【００６３】
従って、半導体製造装置の寿命予測コントローラ５は、コントローラ２からレシピ情報６１を読み込み（ステップ６０１）、現在のプロセスチャンバー１のガス種やガス流量、チャンバー温度などのプロセス条件を認識する。それにより、半導体製造装置が待機状態であることを確認後（ステップ６０２）、真空ポンプの電流値を読み込み、得られる電流値の変化が小さい場合には、電流値の平均値や標準偏差値などの指標を計算記憶しておき、過去の待機時間の履歴を調ベることで、真空ポンプ３の寿命を予測する（ステップ６０３）。予測された真空ポンプ３が停止する平均値、標準偏差値に至までの時間は、予測寿命データとしてプロセス条件毎にＬＡＮ６を通してＣＩＭ７に転送する（ステップ６０４）。
【００６４】
待機時であっても、付着物の累積された結果は過去の待機時間の履歴として保存されるため、寿命予測コントローラ５によって、その過去の状態と現在の状態を比較し、その差異（正常な時よりも電流値が大きくなっているなどの差異）から真空ポンプ３の寿命が予測できる。
【００６５】
ここで、真空ポンプ３の寿命を予測する際に、予測待機時に寿命予測試験用にガス流量を変化させることも有効である。不活性ガス流量を変化させて、その時の電流の平均値や標準偏差値の差異を調べる。停止に近い状態では、ガス流量の変化に対して電流の平均値や標準偏差値の差異は、小さくなる傾向があることを筆者らは確認している。
【００６６】
待機時には、稼動時にはない条件で寿命予測試験ができるので、正確な寿命判断がし易い。不活性ガスを間欠的に導入、停止を繰り返して、真空ポンプ３の負荷特性の変化を調べることで、正常の時の負荷特性と寿命間近の負荷特性の差異から寿命予測が可能である。
【００６７】
この場合、付着物の平滑化や脱着のし易さが調査できる。それは、真空ポンプ３の使用が長くなると、付着物の平滑化や脱着能力が落ちてくる。この変化を調査することで、真空ポンプ３の寿命を予測できる。
【００６８】
また、待機時にチャンバー１内の付着物を除去するために、クリ−ニングガスを流すことがある。この時の電流値の変化も予測に使用できる。更に、クリ−ニングガス導入後に不活性ガスを間欠的に導入、停止を繰り返して、真空ポンプ３の負荷特性の変化を調べることにより、より精度の高い予測が可能になる。不活性ガスの変わりに反応性ガスを導入して試験することも有効である。一般に不活性ガス導入時は、真空ポンプ３の負荷が小さくなるので、その平均値や標準偏差値の変動が調ベにくくなる可能性もあり、そのような場合には有効である。
【００６９】
全般的に言って、装置の待機時に真空ポンプ３の寿命予測を行うと、稼動時と異なり、同一条件で実施できるので、正確な寿命予測ができる。
【００７０】
図７は本発明の真空ポンプの修理タイミング決定方法の一実施形態に係る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。半導体生産システムは、ＣＩＭ７から出るＬＡＮ６に複数の半導体製造装置３１、３２、…、が接続され、更にＣＩＭ７には半導体生産シュミュレータ８が接続された構成を有している。
【００７１】
ここで、半導体生産シュミュレータ８は、月産１００ロット程度の小規模な生産ラインをその対象として選定したシュミュレータで、製造設備の数はおよそ５０台であり、この生産ラインと同様の装置構成と規模を持つ仮想工場を市販のソフトウエアであるManSimを用いて構成したものである。ManSiMには、装置の性能、プロセス処理時間、修理やＱＣの頻度，それらに要する時間など、実際の生産工場に展開されている製造設備のデータそのものを入力しており、実際の生産工場と全く同じ状態がコンピュータ内に構築されている。また、半導体製造装置３１、３２は図１に示した半導体製造装置と同一の構成を有している。
【００７２】
次に上記実施形態の動作について図８のフローチャートを用いて説明する。例えば、半導体製造装置３１、３２はこれらの装置内の各真空ポンプの寿命予測を行って（ステップ８０１）、その結果をＬＡＮ６を通してＣＩＭ７に送信する。ＣＩＭ７は、寿命予測が切迫している例えば半導体製造装置３１の真空ポンプがあると、半導体生産シミュレータ８を動作させて、シミュレーションを実施する（ステップ８０２）。
【００７３】
即ち、半導体生産シミュレータ８であるManSimを使用して、故障に至るまでの間で、且つ最も半導体生産に影響の少ない修理時期をシミュレーションによって求める。この生産に与える影響が少ないというのは、半導体製造装置３１に処理すべきロットが来ない、言い換えれば、この装置が待機している時間内にポンプの交換を行うということである。勿論，待機時間がポンプの交換に要する時間よりも短いケースも当然予想される。そのような場合、待機時間の中で最も長い待機時間にポンプの交換を行えば、生産に与える影響は最も小さくなる。
【００７４】
例えば、今回行ったシミュレーションでは、半導体製造装置３１の真空ポンプが故障するまでに、１時間、３時間、５時間の待ち時間があることが判明したとする（ステップ８０３）。ポンプの交換に要する時間は、半導体製造装置３１の温度を下げ、ポンプを交換した後に昇温するまでの時間なので、およそ６時間を要する。そこで、５時間の待ち時間のタイミングを狙って、真空ポンプの交換又は修理を行う（ステップ８０４）。
【００７５】
本実施形態によれば、半導体生産シミュレータ８により半導体製造装置の待ち時間をシミュレーションにより求め、最も半導体生産に影響が少ないが待ち時間、又はこの待ち時間を含む期間を真空ポンプの修理タイミングとして決定することにより、例えば、ロットを滞留させた時間を僅かに１時間で済ますことができ、半導体生産に対する影響を最も小さく抑制することができる。
【００７６】
尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができ、特に、本発明の真空ポンプの寿命予測方法は半導体製造装置のドライポンプのみならず、ドライエッチング装置やスパッタリング装置など半導体製造装置全般に広く適用することが可能である。
【００７７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、この発明によれば、複数のガス種、ガス流量を種々の順序で堆積する場合で、前回のガス種とガス流量によつて、付着物の堆積量が左右されるような場合においても、真空ポンプの寿命予測を行うことができる。
【００７８】
また、この発明によれば、真空ポンプの状態量として複数の物理量を用いた場合にも、真空ポンプの寿命予測を行うことができる。
【００７９】
更に、この発明によれば、真空ポンプの停止による排ガスの逆流によるチャンバーの汚染を防止することができる。
【００８０】
また、この発明によれば、半導体製造装置が待機状態にあるため、精度の高い真空ポンプの寿命予測を行うことができる。
【００８１】
更に、この発明によれば、半導体の生産の低下を最小に抑えて、真空ポンプの修理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体製造装置の一実施形態に係る構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の真空ポンプの寿命予測方法の第１の実施形態を示したフローチャートである。
【図３】真空ポンプのモータに流れる電流の経時変化例を示したグラフである。
【図４】図３に示した電流の経時変化に対する重回帰分析結果を示したグラフである。
【図５】本発明の真空ポンプの寿命予測方法の第２の実施形態を示したフローチャートである。
【図６】本発明の真空ポンプの寿命予測方法の第３の実施形態を示したフローチャートである。
【図７】本発明の真空ポンプの修理タイミング決定方法の一実施形態に係る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。
【図８】本発明の真空ポンプの修理タイミング決定方法の一実施形態を示したフローチャートである。
【図９】従来の半導体製造装置の構成例を示したブロック図である。
【符号の説明】
１チャンバー
２コントローラ
３真空ポンプ
４配管
５寿命予測用コントローラ
６ＬＡＮ
７ＣＩＭ
８半導体生産シミュレータ
３１、３２、…、半導体製造装置

Claims

半導体ウェハを処理するチャンバーと、前記チャンバーを制御するコントローラと、前記チャンバーからガスを排出する真空ポンプとを有する半導体製造装置において、
前記コントローラから前記チャンバーのプロセス条件を入力する第１の入力機能部と、
前記真空ポンプの状態量を前記真空ポンプからリアルタイムに入力する第２の入力機能部と、
前記入力したプロセス条件と前記真空ポンプの状態量から前記真空ポンプの寿命を予測する予測機能部とを具備し、
前記予測機能部は、前記真空ポンプの寿命を予測するための基準となる指標値をプロセス条件毎に予め決定しておき、前記リアルタイムに入力される前記真空ポンプの状態量から寿命の指標値を求め、求めた寿命の指標値と前記入力したプロセス条件に対応する基準の指標値との差異の変化の経過から前記求めた寿命の指標が前記基準の指標値を超える期間までを算出し、この期間を前記真空ポンプの寿命予測値とすることを特徴とする半導体製造装置。
半導体ウェハを処理するチャンバーと、前記チャンバーを制御するコントローラと、前記チャンバーからガスを排出する真空ポンプとを有する半導体製造装置において、
前記コントローラから前記チャンバーのプロセス条件を入力する第１の入力機能部と、
前記真空ポンプの状態量を前記真空ポンプからリアルタイムに入力する第２の入力機能部と、
前記入力したプロセス条件と前記真空ポンプの状態量から前記真空ポンプの寿命を予測する予測機能部とを具備し、
前記予測機能部は、前記チャンバーのプロセス条件の変化を感知し、その初期の有限の時間区間で取得された状態量から基準空間を構成して逆行列を求め、プロセス条件が次に変化するまでに、前記リアルタイムに入力される状態量と前記逆行列を使用して求めたマハラノビス・タグチ距離を指標値として、真空ポンプの寿命を予測することを特徴とする半導体製造装置。
前記予測機能部は、前記予測した真空ポンプの寿命予測値をネットワークに出力することを特徴とする請求項１乃至２いずれか１項に記載の半導体製造装置。
前記予測機能部は、真空ポンプの寿命の予測結果から真空ポンプの寿命が尽きる時間が間近に迫っている場合、緊急停止信号を前記コントローラに出力し、前記コントローラは前記緊急停止信号を受けると、前記真空ポンプからの排ガスの前記チャンバーへの逆流を防止して、前記半導体製造装置を停止することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の半導体製造装置。
前記予測機能部は、前記半導体製造装置の前記チャンバーが待機状態にある期間の前記真空ポンプの状態量を用いることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の半導体製造装置。
前記予測機能部は、前記半導体製造装置の前記チャンバーが待機状態にある期間、不活性ガスを前記チェンバー内に間欠的に導入、停止を繰り返して得られる前記真空ポンプの状態量を用いることを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。
前記真空ポンプの状態量は、真空ポンプの電圧、電流、電力、温度、振動、音のスペクトルの中の少なくともひとつ以上であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の半導体製造装置。
前記プロセス条件は、ガスの種類、ガスの流量と、ガスの圧力、ガスの温度の中の少なくともひとつ以上であることを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項に記載の半導体製造装置。
前記真空ポンプの寿命を予測するために使用する指標は、前記真空ポンプの状態量の有限時間区間の平均値、標準偏差値、自己相関係数、自己相関係数のラグ幅、マハラノビス・タグチの距離、重回帰分析のいずれかひとつ以上であることを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項に記載の半導体製造装置。
半導体ウェハを処理するチャンバーと、前記チャンバーを制御するコントローラと、前記チャンバーからガスを排出する真空ポンプとを有する半導体製造装置の前記真空ポンプの寿命を予測する真空ポンプの寿命予測方法において、
前記コントローラからレシピ情報を読み込む第１のステップと、
前記読み込んだレシピ情報より前記チャンバーのプロセス条件に変化があったかどうかを判定する第２のステップと、
前記チャンバーのプロセス条件に変化がない場合は既存の基準となる指標値を用い、前記プロセス条件に変化があった場合は、このプロセス条件に対応した基準となる指標値を別途読み込む第３のステップと、
前記真空ポンプの状態量をリアルタイムに読み込み、読み込んだ状態量より指標値を算出する第４のステップと、
前記算出した指標値と前記基準となる指標値とを比較してその差異から前記真空ポンプの寿命を算出する第５のステップと、
を具備することを特徴とする真空ポンプの寿命予測方法。
半導体ウェハを処理するチャンバーと、前記チャンバーを制御するコントローラと、前記チャンバーからガスを排出する真空ポンプとを有する半導体製造装置の前記真空ポンプの寿命を予測する真空ポンプの寿命予測方法において、
前記コントローラからレシピ情報を読み込む第１のステップと、
前記読み込んだレシピ情報より前記チャンバーのプロセス条件に変化があったかどうかを判定する第２のステップと、
前記チャンバーのプロセス条件に変化がない場合は既存の逆行列を用い、前記プロセス条件に変化があった場合は、前記真空ポンプの状態量を読み込み、得られた状態量から当該プロセスに対応した基準空間を構成して逆行列を算出する第３のステップと、
前記真空ポンプの状態量をリアルタイムに読み込み、前記逆行列を用いて前記読み込んだ状態量からマハラノビス・タグチの距離を算出する第５のステップと、
前記算出したマハラノビス・タグチの距離より前記真空ポンプの寿命を算出する第６のステップと、
を具備することを特徴とする真空ポンプの寿命予測方法。
半導体製造装置で使用される真空ポンプの修理期間を決定する真空ポンプの修理タイミング決定方法において、
前記真空ポンプの寿命を予測する第１のステップと、
前記予測された真空ポンプの寿命に応じて半導体生産シミュレータにより前記真空ポンプを使用する半導体製造装置の待ち時間を複数求める第２のステップと、
前記求まった複数の待ち時間の中で最も半導体製造装置の半導体生産に影響の出ない待ち時間、又はこの待ち時間を含んだ時間を、前記真空ポンプの交換又は修理時間に決定する第３のステップとを具備し、
前記真空ポンプの寿命は、請求項１乃至９いずれか１項に記載の半導体製造装置を用いて予測することを特徴とする真空ポンプの修理タイミング決定方法。