[发明专利]真空泵的趋势监控和诊断分析方法及其趋势监控和诊断分析系统以及包括执行该方法的计算机程序的计算可读存储介质

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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[参考文件1：R.Bahnen and M Kuhn，“Increased reliability of drypumps due to process related adaptation and pre-failure warning，”Vacuum，Vol.44，No 5-7，pp.709-712，1993]：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[参考文件1]。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[参考文件1]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[参考文件2：R.H.Greene和D.A.Casada，Detection of pump degradation，NUREG/CR-6089/ORNL-6765，Oak Ridge National Laboratory，1995]。然而，Wegerich等[参考文件3：S.W.Wegerich，D.R.Bell和X.Xu，“Adaptive modelingof changed states in predictive condition monitoring，”WO 02/057856A2，2002]；对比文件4：S.W.Wegerich，A.Wolosewicz和R.M Pipke，“Dignostic systems andmethods for predictive condition monitoring，”WO 02/086726A1，2002]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[参考文件3]和用于预测条件监控的基于模型的诊断系统[参考文件4]的使用。在对动态系统的识别和控制的先前研究[参考文件5：Wan-Sup Cheung，“Identification，stabilization and control of nonlinear systems using the neural network-basedparametric nonlinear modeling，”Ph.D.Thesis，University of Southampton，1993]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[参考文件3，参考文件4]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。这点已经成为本发明稍后将解决的主要技术论点之一。