JP7439890B2 - ポンプ監視装置および真空ポンプ - Google Patents
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Description
(2)ポンプ監視装置の上記比較部は、好ましくは、前記プロセスに応じて選択された前記基準波形を前記実測波形と比較する。
(3)ポンプ監視装置の前記基準波形は、好ましくは、前記真空ポンプを起動した後の所定時間内における前記物理量の信号波形に基づいて取得される。
(4)ポンプ監視装置の前記比較部は、好ましくは、一つのプロセスでの物理量が最大となる時間幅内の前記実測波形と前記基準波形について、前記実測波形と前記基準波形における物理量の平均値をそれぞれ算出し、前記それぞれの平均値の差分を演算して波形比較を行う。
(5)ポンプ監視装置の好ましい態様では、複数の前記処理対象の各々に対して連続して同一プロセスが施されたときに得られる前記物理量の信号波形を単位波形と定義したとき、前記基準波形と前記実測波形は、それぞれが所定期間内で繰り返される複数の単位波形からなり、前記比較部は、前記複数の単位波形からなる前記基準波形と前記実測波形とを比較する。
(6)ポンプ監視装置の前記物理量は、好ましくは、前記真空ポンプのロータを回転駆動するモータの電流値である。
(7)本発明の他の態様の真空ポンプは、ロータ、ステータ、およびロータを回転駆動するモータを有するポンプ本体と、上記のポンプ監視装置を含み、前記モータを駆動制御するポンプコントローラとを備える。
-第1の実施の形態-
図1は、第1の実施の形態におけるポンプ監視装置を搭載する真空処理装置10を示す図である。真空処理装置10は、たとえばエッチング処理や成膜装置である。真空ポンプ1はバルブ3を介してプロセスチャンバ2に取り付けられている。真空処理装置10は、真空ポンプ1およびバルブ3を含む真空処理装置10全体を制御するメインコントローラ100を備える。真空ポンプ1は、ポンプ本体11と、ポンプ本体11を駆動制御するポンプコントローラ12とを備えている。真空ポンプ1のポンプコントローラ12は、通信ライン40を介してメインコントローラ100に接続されている。後述するように、ポンプコントローラ12は、真空ポンプ1が異常か否かを監視するポンプ監視部24を備え、真空ポンプ1の異常を監視している。本明細書におけるポンプ異常は、プロセスチャンバ2(図2)からポンプ内に流入するガスによる生成物がポンプロータなどに付着したことに伴い発生する。
メインコントローラ100は、主制御部110、表示部120、および記憶部130を備えている。
磁気軸受17は、軸受電磁石と、ロータシャフト15の浮上位置を検出するための変位センサとを備えている。
真空ポンプ1のポンプコントローラ12とメインコントローラ100とは、通信回線40により情報の授受が行われる。通信回線40は、たとえば、シリアル通信により信号の授受が行われる。
ポンプ監視部24は、真空ポンプ1の異常を検出するための情報として、ポンプロータ14の回転状態を表す信号を用いる。本実施の形態では、ポンプロータ14の回転状態を表す信号として真空ポンプ1のモータ電流値を用いる場合について説明する。
(1)複数の処理対象の各々に対して同一プロセス(たとえばエッチングプロセス)が施されたときに得られるモータ電流値の信号波形を単位波形と定義する。図4で説明すると、時刻t1~時刻t2のプロセスP1の区間のモータ電流値の信号波形が単位波形である。基準波形は、プロセスP1,P2,P3…プロセスPNが行われる所定期間内のN個の単位波形が集合した波形である。所定期間は上述したように、堆積物による影響が表れない期間である。
(2)上記所定期間内に得られたN個の基準波形は略同一のパターンである。N個の単位波形に基づいて、一つの平均的な信号パターンを有する波形を基準波形としてもよい。図4で説明すると、たとえば、時刻t1~t2~t3~t4の3区間それぞれの信号パターンの平均値を基準波形としてもよい。
以下の説明では、上記(1)で説明する基準波形を実測波形と比較するものとして説明する。
ステップS51ではポンプ運転状態検出処理を実行する。第1の実施の形態では、たとえばロータシャフト15の回転数、モータ16を流れるモータ電流値、モータ16に印加されているモータ電圧、生成物の堆積を防止する制御で用いられるベース温度などを検出する。ロータシャフト15の回転数は、ポンプ本体11内に設けた回転数センサ18で検出される。モータ電流値は、ポンプコントローラ12のモータ制御部23で検出される。
モータ電圧はモータ制御部23でモータ回転数を定常回転数に制御する際に検出される。ベース温度はベース60に設置した温度センサで検出される。
ステップS53では、ポンプ異常状態の有無を監視するポンプ監視処理を実行する。ポンプ監視処理の詳細は図6、図7で説明する。
ステップS3が肯定されるとステップS4に進み、記憶部25に格納されたモータ電流値の時系列データを基準波形42のデータとして設定する。図4の破線で示す波形42はこのようにして取得されたモータ電流値の基準波形42である。
ステップS1において基準波形が取得済みと判定された場合は、ステップS5に進む。
ステップS11において、記憶部25に格納されている基準波形42のデータと実測波形41のデータとを読み出す。ステップS12において、基準波形42のデータと実測波形41のデータを比較する処理を実行する。ステップS13において、比較処理の比較結果に基づいて、両波形の一致度を判定する。同一もしくは類似している場合、両波形は一致していると判定してステップS14において正常フラグをセットする。同一もしくは類似していない場合、両波形は一致していないと判定してステップS15において異常フラグをセットする。ステップS16において、異常フラグ/正常フラグの有無を判定し、異常フラグがあればステップS17に進みポンプ異常を出力する。正常フラグがあればステップS17をスキップして所定の処理にリターンする。
真空ポンプ1を起動する指令がポンプコントローラ12に入力されると、ポンプコントローラ12はロータシャフト15を定常回転数で回転するようにモータ制御を行う。すなわち、ポンプコントローラ12は、回転数センサ18の検出信号を取得し、ロータシャフト15が定格回転数で回転するようにモータ制御部23でモータ16を制御する。ロータシャフト15の回転数が定格回転数に達した後は、引き続き回転数センサ18からの回転数信号を取得し、ロータシャフト15が定格回転数で回転するようにモータ制御を行う。
プロセスP13の時刻t13c~t13dの区間における実測波形41もプロセスP12の実測波形41と同様であり、引き続きポンプ異常が判定される。
パターンマッチング演算は上記の例に限らず、その他種々の手法であってもよい。
(1)ポンプ監視装置は、基板の処理対象に対して各種プロセスを施すプロセスチャンバ2を排気する真空ポンプ1の監視装置であって、真空ポンプ1の運転状態を表す物理量であるモータ電流値を取得する取得部24aと、モータ電流値の実測波形41と基準波形42とを比較する比較部24dと、比較部24dでの比較結果に基づいて真空ポンプ1の負荷増大による異常を判定する判定部24eとを備える。
したがって、真空ポンプのロータを回転駆動するモータの電流値を計測し、モータ電流初期値に対する計測値の変化量が所定値以上の場合に警告を発する従来技術に比べ、誤って警告を報知する機会を抑制することができる。
第1の実施の形態では、一つのプロセス(たとえばエッチングプロセス)について基準波形と実測波形を比較してポンプの異常を監視するものとした。第2の実施の形態では、2以上のプロセス、たとえば異なる種類の2つのエッチングプロセスごとに基準波形を取得し、プロセスごとに固有の基準波形と実測波形とを比較してポンプ異常を監視する。たとえば、異なる2つのエッチングプロセスでは、プロセスの一区間でのモータ電流値の波形が異なるから、パターンマッチングを正しく行うためには、プロセスごとに基準波形を変更する必要がある。
ステップS91において、真空処理装置10で行われているプロセスを認識する。その後、ステップS92において、認識されたプロセスの基準波形が取得済みが否かを判定する。取得済みでないときはステップS2~S4において、上述したように所定期間内で繰り返しモータ電流値をサンプリングし、認識されたプロセスの基準波形を設定する。その後、ステップS5においてモータ電流値のサンプリングを行い、ステップS93において、所期間内にプロセスが切り替わったか否かを判定する。
ステップS93において所定期間内にプロセスが切り替わったと判定された時は、ステップS7における当該プロセスの実測波形の設定と、実測波形の基準波形との比較によるステップS8をスキップしてリターン処理を行う。
たとえば異なる2つのエッチングプロセスではプロセス処理の一つの単位処理時間が異なる。図4で説明すると、単位処理時間は時刻t1~t2のインターバル時間である。そこで、モータ電流値の一つのパターンのインターバル時間を監視し、インターバル時間が変わったときをプロセスの切り替わりと認識することができる。
または、一のエッチングプロセスから他のエッチングプロセスに切り替わるとき、クリーニング処理が行われる。このクリーニング処理を認識して一のエッチングプロセスから他のエッチングプロセスに切り替わったことを認識してプロセス切り替わりを認識してもよい。
あるいは、真空処理装置10のメインコントローラ100から真空処理レシピをポンプコントローラ12が入手しておき、レシピにしたがって基準波形を切り替えることができる。
(3)ポンプ監視装置の設定部24b,24cは、プロセスごとに基準波形42と実測波形41を設定し、比較部24dは、プロセスに応じた基準波形42と実測波形41とを比較する。換言すると、プロセスごとに選択された基準波形42を実測波形41と比較する。
このように構成したので、真空処理装置10で行われる複数種類のプロセスごとに適切に選択された基準波形と実測波形とを比較してポンプ異常を判定することができる。その結果、精度高く真空ポンプ1の堆積物による異常を判定することができる。
図4、図8に示すように、第1および第2の実施の形態においては、同一プロセスの一つの工程全域(たとえば図4のプロセスP1のインターバル区間)でのモータ電流値の波形について基準波形42と実測波形41との間のパターンマッチングを行ってポンプ異常を判定した。しかし、たとえば図8(a)の領域C3の時間幅内の基準波形と実測波形だけのパターンマッチングを行って異常判定を行ってもよい。
すなわち、変形例1のポンプ監視装置では一つのプロセス処理でモータ電流値などの物理量が最大となる時間幅内C3に着目し、比較部24bは時間幅内C3における実測波形41と基準波形42のサンプリング時刻ごとのモータ電流値の差分を演算し、差分の和に基づいて一致度を判定する。
このため、同一プロセスにおける一つの工程全域でパターンマッチングを行う場合に比べて、異常判定アルゴリズムが簡素化され、コスト低減となるとともに判定時間も短縮できる。
変形例2のポンプ監視装置は、変形例1の領域、すなわち、モータ電流値が最大となる領域C3の時間幅内の電流値の平均値を実測波形41と基準波形42について算出し、平均値同士の差分が所定の閾値以上であればポンプ異常、所定の閾値未満であれば正常と判定する。すなわち、変形例2のポンプ監視装置における比較部24dは、モータ電流値が最大となる領域C3の実測波形41と基準波形42におけるモータ電流値の平均値をそれぞれ算出し、それぞれの平均値の差分を演算して波形比較を行う。
最大電流値でモータが駆動されているときは、小さい電流値でモータが駆動されている場合に比べて、堆積物による負荷の増大率が大きいので、精度よくポンプ異常を監視できる。
変形例3のポンプ監視装置では、図8(a)の領域C1~C4のいずれか2つ以上の領域における電流値波形を用いてポンプ異常判定を行ってもよい。
変形例2のポンプ監視装置による平均値を用いたポンプ異常判定アルゴリズムと、第1および第2の実施の形態でのパターンマッチングを用いたポンプ異常判定アルゴリズムを組み合わせてポンプ異常を判定してもよい。
モータ電流値によるポンプ異常を判定するのではなく、モータ回転数、磁気軸受け制御の制御電流値などを用いてポンプ異常判定を行ってもよい。これらの物理量は堆積物によるポンプ負荷を示す指標として利用することができる。
第1および第2の実施の形態、変形例では、真空ポンプ1が定格回転数に達した後の所定期間内の時系列なモータ電流値を基準波形として設定するようにした。プロセスが開始される前にあらかじめプロセスごとに基準波形を設定しておき、プロセスに対応した基準波形を読み出してもよい。
Claims (8)
- 処理対象に対して各種プロセスを施すプロセスチャンバを排気する真空ポンプのポンプ監視装置であって、
前記真空ポンプの運転状態を表す物理量を取得する取得部と、
複数の前記処理対象の各々に対して連続して同一プロセスが施されたときに得られる前記各プロセスの前記物理量の信号波形を単位波形と定義したとき、前記真空ポンプを起動した後の所定期間内における、複数のプロセスの単位波形が集合した基準波形を取得する基準波形取得部と、
前記基準波形を取得した後の所定期間内で得られる複数のプロセスの単位波形が集合した実測波形を取得する実測波形取得部と、
前記実測波形取得部で取得された複数のプロセスの単位波形が集合した前記物理量の実測波形と前記基準波形取得部で取得された複数のプロセスの単位波形が集合した基準波形とを比較し、パターンマッチングにより、物理量の実測波形と基準波形との間の一致度を演算する比較部と、
前記比較部で演算された一致度に基づいて前記真空ポンプの負荷増大による異常を判定する判定部とを備える、ポンプ監視装置。 - 請求項1に記載のポンプ監視装置において、
前記比較部は、実測波形と基準波形との一部である差分領域において、実測波形と基準波形との差分を演算することにより、物理量の実測波形と基準波形との間の一致度を演算する、ポンプ監視装置。 - 請求項2に記載のポンプ監視装置において、
前記比較部は、複数の前記差分領域において、実測波形と基準波形との差分を演算し、差分が大きいほど一致度演算に用いられるポイントに小さい値が与えられ、一致度演算のポイントの合計値に基づいて、物理量の実測波形と基準波形との間の一致度を演算する、ポンプ監視装置。 - 請求項2または3に記載のポンプ監視装置において、
前記差分領域は、一定の真空圧力下でプロセス処理が行われる期間を含む、ポンプ監視装置。 - 請求項1に記載のポンプ監視装置において、
前記比較部は、前記プロセスごとに選択された前記基準波形を前記実測波形と比較するポンプ監視装置。 - 請求項1に記載のポンプ監視装置において、
前記比較部は、一つのプロセスでの物理量が最大となる時間幅内の前記実測波形と前記基準波形について、前記実測波形と前記基準波形における物理量の平均値をそれぞれ算出し、前記それぞれの平均値の差分を演算して波形比較を行うポンプ監視装置。 - 請求項1に記載のポンプ監視装置において、
前記物理量は前記真空ポンプのロータを回転駆動するモータの電流値であるポンプ監視装置。 - ロータ、ステータ、およびロータを回転駆動するモータを有するポンプ本体と、
請求項1に記載のポンプ監視装置を含み、前記モータを駆動制御するポンプコントローラとを備える真空ポンプ。
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