开发本发明专利技术（例如主动诊断算法）不仅实现早期检测失去功率的真空泵以防止泵故障，而且提供它们的预测维持。根据本发明专利技术，能够在泵在交替的空闲操作条件和气体加载操作条件下运行的情况下，找出处理由逐泵操作特性的大变化和多工艺条件引起的技术问题的简单且有效的方式，具体地讲，在半导体制造工艺中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于真空泵的故障保护和维护的诊断方法，更具体地讲，涉及具有多个操作条件的半导体制造工艺。
技术介绍
对现代半导体制造工艺中真空泵的可用性和可靠性的需求不断增长。原因在于随着生产晶片尺寸越来越大，失败的批量生产晶片的成本和损失的生产时间越来越高。Bahnen和Kuhn已经提出了对这种现代半导体工艺的真空泵的技术需求没有不定期的停机时间的高可靠性，非常低的维护，抽空腐蚀且反应气体混合物的高能力、抽空粒子和可升华气体混合物的高能力以及低振动和噪声级等。为了满足这些需求，用于现代半导体工艺的新的干式泵应提供对依赖各种工艺的运行条件的自适应能力。显示的对不同处理的自适应需要操作参数(例如干式泵阶段内的温度和气体压力)的专用测量和控制。这些与工艺相关的参数对于检查是否满足期望的泵操作条件非常重要。除了与工艺相关的参数外，Bahnen和Kuhn也建议了泵操作相关参数(电功率、冷却水、吹扫气、泵部件-轴承、封条、变速箱和发动机的磨损)的监控方案来避免除了干式泵的工艺自适应之外的不定期停机时间的风险。建议了对于每一操作参数的基于警告和报警级别的监控方案来避免意外的泵故障。但是，没有提出任何选择所有依赖工艺参数和操作相关参数的警告和报警的逻辑方法。在真空泵故障的早期检测中，这种阈值级选择仍然是非常具有挑战性的问题。基于阈值级的监控被广泛认为是用于泵的故障保护的传统技术。然而，Wegerich等；对比文件4S.W.Wegerich，A.Wolosewicz和R.M Pipke，“Dignostic systems andmethods for predictive condition monitoring，”WO 02/086726 A1，2002]指出了基于传感器输出的阈值告警和报警方案的缺点“传统技术不能提供对工艺或机器的操作参数的总改变做出响应，总是不能提供适当的告警来防止意外停机、装备损坏或者悲惨的安全危险。”为了克服传统技术的这种限制，他们建议了适合于新的操作状态的基于神经网络的参数模型和用于预测条件监控的基于模型的诊断系统的使用。在对动态系统的识别和控制的先前研究中已知的神经网络模型具有内插位于训练数据组之间的新的状态和外插训练组外(但是非常近)的相邻状态的有效能力。Wegerich等采用训练神经网络的内插和外插能力来响应于传感器输出的测量值估计工艺或机器的当前状态。从实际测量的传感器输出减去估计的状态值来获得用于判断该工艺或系统如何偏离建模的状态的残差信号。而且，这些残差信号也被用于产生残差阈值报警以执行检查工艺或系统改变到新的操作条件的统计测试，并且对改变的操作区域重建新的训练组。看得出包括用于改变的操作区域的新的训练组的指令和它们的模型学习处理的建议的产生报警和适应改变的操作区域的信号处理方案需要严格的计算工作并且附有建议的基于模型的诊断系统的内部复杂性。这种不切实际的计算负担和建议的监控系统的实现复杂度已经变成在现代半导体制造工艺的泵监控系统中遭遇的不可避免的技术问题。因此，适合泵操作条件的简单模型在开发泵监控系统中非常重要。这点已经成为本专利技术稍后将解决的主要技术论点之一。代替使用适合于随着使用寿命改变真空泵的操作条件的上述参数模型，Ushiku等、Samata等和Ishii等提出确定是否从相应于正常操作条件设置的“参考”时间序列数据得到当前测量的时间序列数据的统计分析方法和基于Mahalanobis距离的分析方法。统计分析方法基于采样的信号的二阶统计特性，例如平均值、标准偏差和相关函数。由于统计特性的使用仅对平稳过程有意义，因此它们对不同产品所需的依赖多负载的操作条件具有有限的应用性。这意味着需要相应于每一依赖加载的操作设置的每一参考时间序列数据。这里的关键问题是如何构建足够覆盖正常操作条件的整个范围的依赖加载参考时间序列的数据组。Y.Ushiku等、Samata等和Ishii等仍没有提出构建它们的有效方法。为了克服使用统计分析方法检测异常运行条件的有限能力，它们也考虑在多变量统计中公知的量化分析当前时间序列数据和参考时间序列数据之间的相似度的Mahalanobis距离分析方法。当参考时间序列数据包括正常操作条件的整个范围时，这些估计数量好像比用于传统趋势监控系统的二阶统计(均值和方差)方法更有效。然而，仅在每一指定处理的最开始，获得新的或复原的真空泵的正常操作条件的时间序列，从而在没有时间消耗数据获得和信号处理工作的情况下，不能获得具有正常操作条件的整个范围的参考数据。甚至在现代半导体制造团体中也不完全明白构造这种参考数据组的任意实际方法。实际上，现代半导体制造单元需要具有如改变的曲面压力、气体流量速度和不同的气体混合物和特性这类不同操作条件的多工艺。半导体制造商的这些与工艺相关的特性和操作条件非常机密，从而真空泵提供商通常不能接触到它们。注意到用于现代半导体工艺的真空泵监控和诊断系统应该对多工艺条件具有自适应能力非常重要。开发识别不同的工艺条件和诊断它们的操作状态的主动方法对现代半导体工艺的干式泵监控和诊断系统是必需的。显示的本专利技术稍后提供这种技术问题的实际方案。
技术实现思路
技术问题本专利的专利技术人已经开展低真空泵的精确的性能测试以及估计方法，并且在几个技术论文中发表了它们的试验结果。在低真空泵测试工作台(test bench)上实施这些试验，其示意图在图1中显示。测试工作台已经用于估计低真空泵的性能因数，例如抽气速度、极限压力、电功率消耗、气体加载仿真、残差气体分析、以及声学噪声和机械振动级等。目前为止已经测试了供应给半导体制造商的多于一百个的真空泵。它们的测试结果已经向专利技术人提供了对各种真空泵的关键性能因数和动态特性的系统化的理解。图2示出从相同模型的多个泵测量的抽气速度的统计特性(最大值、最小值和平均值)。正方形标记的线、星号标记的线以及圆圈标记的线表示测试结果中的最大抽气速度、最小抽气速度和平均抽气速度，从通过控制图1中显示的测试圆顶室的内部气压仿真的不同气体加载条件获得所述测试结果。观察由平均值与标准偏差之比定义的抽气速度的变化系数，在测试圆顶室的内部压力等于0.01时变化系数是6.7％，在压力是0.02时变化系数是5.0％。从比0.05高的级别看出变化系数等于或小于3.5％。这意味着测试的真空泵的抽气速度在小变化内控制的质量相当好。看出小变化内的抽气速度是判断泵的当前运行状态正常与否的好指示器非常重要。实际上，抽气速度是低真空泵的性能参数中最重要的因素。但是，用于监控真空泵的操作条件的先前专利技术不认为抽气速度是监控状态变量。在下一部份中，本专利技术将显示监控原位安装的泵的抽气速度的系统方法。图3显示测试的泵中存在声学噪声和机械振动级的多少变化量。尽管图2中显示的它们的抽气速度具有小的变化，但是对于相同模型的每一泵显示声学噪声和机械振动级是非常不同的。通过将从由ISO 3744标准推荐的十个选择的位置测量的声压平均化来估计声学噪声级。在测试圆顶室压力为2时，观察声学噪声级的最大差是12dBA。在其它气体加载条件下，声压级(SPL)差接近大约9dBA。这种大的SPL差等于响度差的四倍(每5dBA SPL差两倍响度)。在0.01到10的压力范围发现声压级的变化系数是51％本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在交替的空闲操作条件和气体加载操作条件下运行的真空泵的故障保护和预报维护的趋势监控和诊断分析方法，包括步骤：对于空闲操作条件和气体加载操作条件，以预定比率对状态变量信号的时间序列采样；对于空闲操作条件和气体加载操作条件， 从比波动状态变量信号分量的周期长的连续采样的信号的每一分段组挑选出状态变量的时间序列的最大值和最小值；对于空闲操作条件和气体加载操作条件，通过使用基于线性参数模型的主动诊断算法从挑选的每一状态变量的最大值估计一组渐进上限的最佳拟合的 模型参数，并且从挑选的每一状态变量的最小值估计另一组的渐进下限的最佳拟合的模型参数；每当观察到从气体加载操作条件到空闲操作条件的过渡状态时，通过使用原位估计方法基于进气压力信号估计抽气速度指标；每当观察到从气体加载操作条件到 空闲操作条件的过渡状态时，存储对于每一空闲操作条件和气体加载操作条件的所有考虑的状态变量的渐进上限和渐进下限的估计的上模型参数和下模型参数以及估计的抽气速度指标；重复对于空闲操作条件和气体加载操作条件的每一状态变量的上限和下限的模型 参数的估计以及抽气速度指标的估计；和从为连续的空闲操作条件收集的所有考虑的状态变量的估计的上模型参数和下模型参数、以及从为连续气体加载操作条件收集的所有考虑的状态变量的估计的上模型参数和下模型参数、以及从气体加载操作状态到空闲状态的 重复过渡连续收集的抽气速度指标监控变化趋势，并且基于其变化趋势分析结果诊断该真空泵异常与否。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑完燮，林钟延，郑光和，李树甲，
申请(专利权)人：韩国标准科学研究院，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
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