专利名称：真空泵自诊断方法、真空泵自诊断系统以及真空泵中央监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于进行干式真空泵的自诊断的真空泵自诊断方法、真 空泵自诊断系统以及真空泵中央监控系统，其中由于处理过程中的反应 而在所述干式真空泵中沉积有副产品。
背景技术：
近年来，随着半导体器件的集成度日益增高，半导体晶片的直径和 液晶板的尺寸也在逐渐增加，导致每个半导体晶片和液晶板的单价更高。 为此，有必要稳定制造过程，以提高产品的成品率。特别是，稳定的运 行已被认为是对于直接影响制造过程的器件、例如干式真空泵的决定性 挑战。
在单一处理过程、例如半导体器件制造中使用的LP-CVD (低压化学 气相沉积)中成批地处理大量晶片的批处理装置中，如果在制造过程中 干式真空泵突然停止工作，将会损坏大量的半导体晶片，从而可能带来 很大的损失。另一方面，关于液晶，其尺寸的增长已达到其板面积超过4 平方米的程度，故损坏的板将导致巨大的损失。请参照日本专利申请公 开No. 2005 - 9337。
在如上所述的情况下，迫切需要一种系统，该系统可以进行干式真 空泵的自诊断，并可提供事先避免故障的安全措施，以防止产品的损失。 目前， 一种中央监控系统管理多个干式真空泵的运行，以满足这种需求。 这种现有中央监控系统虽然可以使用几个计算机(个人计算机)监控用
于不同运行状况的多个干式真空泵，但其不具有进行干式真空泵的自诊 断的功能。
发明内容
鉴于以上情况，本发明被提出，并且本发明的一个目的是提供一种 真空泵自诊断方法、真空泵自诊断系统以及真空泵中央监控系统。
为了解决上述问题，如权利要求l所述的真空泵自诊断方法为一种用 于进行真空泵的自诊断的真空泵自诊断方法，其特征在于，当预定的警 报设定值被用于旋转所述真空泵的转子的马达的电流的积分值或平均值 超过时进行自诊断，以产生警报。
如权利要求2所述的真空泵自诊断方法的特征在于，在根据权利要求 l所述的真空泵自诊断方法中，所述警报设定值为所述马达的初始运行期 间的平均电流值和一预定值a之和。
如权利要求3所述的真空泵自诊断方法的特征在于，在根据权利要求 l或2所述的真空泵自诊断方法中，基于每单位时间所述马达的电流值超 过警报设定值的次数确定所述真空泵的自诊断。
如权利要求4所述的真空泵自诊断系统为一种用于进行真空泵的自诊 断的真空泵自诊断系统，所述真空泵包括外壳和可旋转地设置在所述外 壳中的转子，以通过所述转子的旋转吸入和排出气体，其特征在于，所 述真空泵包括多级转子、设置在所述转子级之间的压力传感器、以及计 算用于旋转所述转子的马达的电流的积分值或平均值并当所述积分值或 平均值超过预定警报设定值时进行所述真空泵的自诊断的自诊断单元， 并且所述自诊断单元基于由所述压力传感器检测的压力值从一种自诊断 计算方法转换为另一种自诊断计算方法或者中断自诊断计算。
如权利要求5所述的真空泵自诊断系统的特征在于，在根据权利要求
4所述的真空泵自诊断系统中，自诊断单元设置在所述真空泵的本体内的 控制单元中。
如权利要求6所述的真空泵故障中央监控系统为一种真空泵中央监控 系统，其包括用于将多个真空泵与一网络相连的多个网络适配器和用于 集中监控所述多个网络适配器的中央监控计算机，其中从每个真空泵发 送通过所述网络适配器的泵数据被所述中央监控计算机监控。所述真空 泵中央监控系统的特征在于， 一泵自诊断适配器设置在所述真空泵和所 述适配器之间，并包括用于进行所述真空泵的自诊断的自诊断单元，或 者一自诊断单元设置在所述网络适配器中，以用于进行所述真空泵的自 诊断。
如权利要求7所述的真空泵故障中央监控系统的特征在于，在根据权
利要求6所述的真空泵中央监控系统中，泵自诊断适配器或网络适配器包
括用于存储真空泵的数据的泵数据存储单元，并且所述自诊断单元基于 所述泵数据存储单元中的泵数据进行所述真空泵的自诊断。
根据权利要求1至3所述的真空泵自诊断方法，由于当警报设定值被
用于旋转真空泵的转子的马达的电流的积分值或平均值超过时进行自诊 断，可以提供一种真空泵自诊断方法，其可以简单且精确地进行真空泵
的自诊断。特别是，在根据权利要求2所述的发明中， 一预定值a与马达 的初始运行期间的平均电流值相加，以生成警报设定值，该警报设定值 可以被设定成即使当由于泵中的个体差异导致马达的电流值变化时也与 特定的泵相适应。而且，在根据权利要求3所述的发明中，由于基于每单 位时间马达的电流值超过警报设定值的次数确定故障，故可以精确地检 测泵将要出现故障的状态。
根据权利要求4和5所述的真空泵自诊断系统，压力传感器设置在转 子级之间，并且自诊断单元被提供，以计算用于旋转转子的马达的电流
的积分值或平均值，并当积分值或平均值超过预定的警报设定值时进行 真空泵的自诊断，其中基于由压力传感器检测的压力值，自诊断单元从 一种自诊断计算方法转换到另一种自诊断计算方法或中断自诊断计算， 因此可以提供一种真空泵自诊断系统，其能够精确地进行干式真空泵的 自诊断，该干式真空泵施加有由于流入气体量的变化而引起的变化泵负 载。
根据权利要求6和7所述的真空泵故障中央监控系统，由于包括用于 进行真空泵的自诊断的自诊断单元的泵自诊断适配器设置在真空泵和适 配器之间或自诊断单元设置在网络适配器中以进行真空泵的自诊断，例 如可以简单地使现有的真空泵中央监控系统具有进行每个真空泵的自诊 断的功能。
图l是大体上示出了用作主泵的螺旋(或螺杆)干式真空泵的一示例 性结构的简图2是大体上示出了用作增压泵的罗茨(Roots)干式真空泵的一示例 性结构的简图3是示出了根据本发明的真空泵自诊断方法的处理流程的简图； 图4是根据本发明描述依赖于在一主泵中产生的泵电流的次数的自 诊断方法的简图5是根据本发明描述依赖于增压泵的内部压力的自诊断方法的简
图6是根据本发明描述依赖于增压泵的积分泵电流值的自诊断方法 的简图7是根据本发明描述依赖于增压泵的积分泵电流值和泵内部压力
的自诊断方法的简图8是描述现有干式真空泵中央监控系统的示意性结构的简图； 图9是示出了根据本发明用于真空泵中央监控系统的自诊断适配器
的示意性结构的简图；以及
图10是示出了在主泵中产生的峰值电流的次数变化的简图。
具体实施例方式
下面将参照附图描述本发明的一实施例。在用于制造半导体器件和 液晶板的干式真空泵中，由处理废料产生的反应副产品经常在泵内沉积， 从而使泵发生故障。特别是，在用于重负载处理的干式真空泵中，这种 趋势很突出，该重负载处理例如为在液晶板制造过程中使用的P-CVD(等 离子体-化学气相沉积)、在半导体器件制造过程中使用的LP-CVD等等， 其包含大量由此导致的反应副产品。本发明提供一种适用于进行这种重 负载处理的干式真空泵的自诊断的真空泵自诊断方法、真空泵自诊断系 统以及真空泵中央监控系统。
用于重负载处理的干式真空泵中的故障主要由反应副产品引起，该 反应副产品流入并沉积在干式真空泵内，从而卡住它们的转子。当反应 副产品沉积在干式真空泵内时，转子与沉积在转子和外壳之间的空隙中 的反应副产品滑动接触，从而导致泵的负载逐渐增大、驱动转子的马达 的电流值逐渐增大、以及最后使泵停止工作的过载。另一方面，由于沉 积的反应副产品可能引起泵内的温度升高，曾经想到温度被用于泵的自 诊断。但是，除了反应副产品之外，温度也受冷却水等的影响，因此驱 动泵(用于旋转转子)的马达的电流值(以下称为"泵电流值")更直 接地有助于检测泵内的这种副产品的沉积。在下面，将给出用于监控泵 电流值以进行干式真空泵的自诊断的真空泵自诊断方法的描述。图4是描
述如何根据出现在泵电流中的脉冲进行主泵的自诊断的简图。
用于重负载处理的真空泵包括用于在大气压力下进行驱动的主泵和 作为辅助泵运行以协助主泵的增压泵。螺旋干式真空泵被用作主泵，该 螺旋干式真空泵的结构在图l中示出，同时罗茨干式真空泵被用作辅助 泵，该罗茨干式真空泵的结构在图2中示出。如图1所示，螺旋干式真空
泵10被构造成在外壳11中包含螺旋(或螺杆)转子12并且主轴13被轴承 14、 15可旋转地支撑。另一方面，如图2所示，罗茨干式真空泵20被构造 成在外壳21中包含罗茨转子22，并且一主轴23被轴承24、 25可旋转地支撑。
在螺旋干式真空泵10中，反应副产品M沉积在排出口附近的外壳ll 的内表面上，如图1所示，且螺旋转子2与沉积的反应副产品M滑动接触。 反过来，在罗茨干式真空泵20中，反应副产品M沉积在外壳21的内表面 上，如图2所示，且罗茨转子22的侧表面与沉积的反应副产品M滑动接触。
图3是示出了根据本发明的真空泵自诊断方法的处理流程的简图。在 该流程中，对于作为主泵的螺旋干式真空泵和作为增压泵的罗茨干式真 空泵进行不同的自诊断计算，因为它们在与沉积的反应副产品相关的泵 电流值的特性方面是不同的。首先，确定用于自诊断准则的警报设定值， 接下来进行主泵和增压泵的自诊断计算。当主泵为罗茨真空泵时，由此 进行的自诊断计算与增压泵类似。
首先，自诊断警报设定值在步骤ST1中确定。由于个体差异等，泵电 流值可能发生变化。由于该原因，为了确定用于相应泵的警报设定值， 泵电流值在初始运行时间中进行平均化，并且该平均电流值被指定为初 始电流值Is。然后， 一预定值a与初始电流值Is相加，且由此产生的总和 被选定为警报设定值。也就是说、警报设定值^s+a。初始电流值Is可以
在泵已经开始工作后通过自动计算12小时的泵电流值的平均值而得到。
而且，+a的值对于主泵而言设定为初始电流值的约+10%，并且对于增 压泵而言被设定为初始电流值Is的约+50。/。。 +a的值对于主泵而言可以被
设定为约+10%，因为主泵的泵电流值几乎不受流入气体率等的影响，所 以相对稳定；而+a的值对于增压泵而言可以被设定为约+50%，因为增 压泵的泵电流值更易于受到流入气体率的影响并且变化较大。
在故障预测警报设定值已经在步骤ST1中确定后，在步骤ST2中进行 主泵的自诊断计算。随后，在步骤ST3中确定在步骤ST2中进行的计算的 结果是否低于或等于或高于警报设定值。如果该结果低于警报设定值， 该流程返回到步骤ST2，以重复该处理，而如果该结果等于或高于警报设 定值，则在下一步骤ST4中产生自诊断警报。此外，接着步骤ST1，在步 骤ST5中进行增压泵的自诊断计算。随后，在步骤ST6中确定在步骤ST5 中进行的计算的结果是否低于或等于或高于警报设定值。如果其低于警 报设定值，该流程返回到步骤ST5，以重复该处理，而如果其等于或高于 警报设定值，则在下一步骤ST4中产生自诊断警报。
图4是描述主泵的自诊断如何进行的简图。在螺旋干式真空泵中，如 图1所示，当反应副产品M逐渐沉积在外壳11的内表面上时，螺旋转子12 进行运行，以清除(或扫过)反应副产品。在这种情况下，因为转子12 瞬时地被加载，泵电流值I瞬时地升高，如图4所示。因此，泵电流值I超 过初始电流值Is+lA，从而以脉冲方式达到峰值电流值Ip。随着反应副 产品M的量渐增地粘附在内表面上，由于转子清除反应副产品M，频繁地 产生峰值电流值Ip。最后，不再可以被清除的一定量的反应副产品M沉积 在转子12和外壳11之间，以在转子12上引起过载，该转子与反应副产品 M进行滑动接触。注意到这种行为，基于在单位时间(图4中的每60分钟)
内产生的峰值电流值Ip的次数选定自诊断警报设定值。然后，峰值电流值 Ip确实产生的次数被计算，这样当该计数增加到自诊断警报设定值或更高 时，自诊断警报被输出。 [增压泵自诊断]
图5至7是描述增压泵自诊断的简图。如图2所示，在罗茨增压泵中，
当反应副产品M沉积在外壳21的内表面上时，转子22的侧表面与沉积在 外壳21的侧表面上的反应副产品M滑动接触。如图6所示，由于转子22的 侧表面与外壳21的侧表面上沉积的反应副产品M滑动接触，泵电流值I逐 渐增大。随着反应副产品M的量渐增地粘附，且在转子22的侧表面与外 壳21的侧表面之间的间隙被封闭，转子22由于滑动接触而过载，并且变 得不能旋转。因此，如图6所示，泵电流值I在预定积分时间(图6中的一 分钟)中进行积分，以计算积分的泵电流值It。当这种积分泵电流值I,达 到或超过自诊断警报设定值时，产生一警报，该自诊断警报设定值被设 定为一积分泵电流值(图6中的初始积分泵电流值lK+2Amin)。
但是，由于增压泵特有地受流入到泵中的气体量的影响以很大程度 地改变泵电流值I，有必要确定泵电流值I的增大由流入空气引起，还是由 沉积的反应副产品M引起。所以，特别注意当气体流入泵中时泵的内部 压力增大的事实，优选在外壳级(在包含两级转子的主泵的级之间)之 间安装压力传感器，并且通过同时监控由压力传感器检测的压力值和泵 电流值确定任何故障。图5是描述为由压力传感器检测的压力值的泵内部 压力P的变化和检测方法的简图。
如下所述，泵内部压力值用于转换自诊断计算。由于流入气体量从 一个过程到另一个过程、例如沉积过程、清除过程等不同，较低的压力 设定值Pte被设定在高于涉及少量气体的过程、例如图5所示的沉积过程中 的泵内部压力值的水平。而且，较高的压力设定值P^被设定在高于涉及
大量气体的过程、例如清除过程中的泵内部压力值的水平。
(1) 在大气压力泵取期间
在大气压力泵取期间，泵内部压力P随着相关泵电流值I的增大显著 升高。在这种情况下，确定泵电流值I的增大并归因于反应副产品，当泵 内部压力达到压力设定值Pa或更高时取消自诊断计算。
(2) 当泵内部压力P等于或低于压力设定值Pft时 在泵内部压力等于或低于压力设定值P^的区域中，其中例如在引入
沉积气体期间气体量相对小，泵电流值I在一固定积分时间内进行积分， 以找到积分值Ip并且当积分值h达到警报设定值(初始积分泵电流值118+2
Amin)或更高(图6中的检测方法A)时产生警报。
(3) 当泵内部压力P等于或高于压力设定值P低时
当例如在引入清洁气体期间包含大量气体时，泵内部压力p大大升 高，导致增压泵的泵电流值I产生很大变化。当泵内部压力p增大到压力
设定值Ptt或更高时，中止上面(2)中的积分计算，并且重新开始泵电流
值I的积分，以再次设定警报设定值。当泵电流值I的积分值h超过警报设
定值(图7中的检测方法B)时，产生警报。 [真空泵自诊断系统]
接下来，将描述真空泵自诊断系统。图8是示出现有干式真空泵中央 监控系统的示例性结构的简图。干式真空泵DVP1、 DVP2、…、DVPn通 过通讯网络102与中央监控系统101的相关Lon适配器103相连，且各Lon 适配器103通过网络线路104互连。多个中央监控计算机(个人计算机) 105与网络线路104相连。
泵数据从干式真空泵DVP1、 DVP2、…、DVPn根据RS232C通讯方 案通过通讯网络102传输到相应的Lon适配器103，而且所获得的数据通过 网络线路104被发送到中央监控计算机105，并存储在其中。 一个Lon网络
能够容纳最多3,000个干式真空泵DVP。中央监控计算机105显示这些干式 泵DVP1、 DVP2、…、DVPn的运行信息(温度、电流值等等)以及警报 信息(警报警告)，并共同管理安装在半导体制造厂或液晶制造厂中的 真空泵。
为了建立根据本发明的真空泵自诊断系统，对于中央监控系统需要 考虑以下方面。
(1) 在现有中央监控系统中添加自诊断功能。
(2) 用于泵的现有软件不改变。
(3) 数据必须以大约一秒钟的间隔被收集，以捕捉以脉冲方式生成 的主泵的峰值电流。为了跟踪泵的时效变化，以约一秒的间隔捕捉的数 据应当可以保存一星期或更长时间。
(4) 自诊断的结果可以在现有中央监控系统的中央监控计算机105 上进行监控。
为了满足需要考虑的事项(1) 一 (4)，理想的是，在干式真空泵 DVP1、 DVP2、…、DVPn和相应的Lon适配器103之间额外地安装自诊断 适配器106 (以虚线示出)。
图9是示出了安装在干式真空泵DVP和Lon适配器之间的自诊断适配 器的示例性系统结构的简图。如图所示，自诊断适配器106包括泵数据存 储单元106a、预测执行单元106b和数据生成单元106c。自诊断适配器106 每秒钟向干式真空泵DVP请求泵数据，且响应于这种请求，干式真空泵 DVP每秒钟将泵数据发送到泵数据存储单元106a，以存储在其中。同时， 自诊断执行单元106b基于图3所示的自诊断计算流程参照存储在泵数据 存储单元106a中的泵数据进行自诊断。另一方面，响应于来自Lon适配器 103的每两秒的数据请求，自诊断适配器106将由自诊断执行单元106b生
成的自诊断结果数据添加到存储在泵数据存储单元106a中的最新存储数 据中，并将该结果数据传送到Lon适配器103。
在图8的中央监控系统中，具有前述结构的自诊断适配器106连接在 相应的干式真空泵DVP1、 DVP2、…、DVPn和所连接的相关Lon适配器 104之间。随着从自诊断适配器106发送自诊断结果，中央监控系统在中 央监控计算机105上显示信息。在这种情况下，由于自诊断适配器106以 与现有中央监控系统格式匹配的方式进行通讯，不需要为干式真空泵 DVP或Lon适配器104改变软件。而且，现有中央监控系统在通过Lon网络 进行数据通讯能力方面具有局限性。如果数据每秒钟被收集，可连接的 泵的数量变得非常少。因此，采用这样的构造，其中泵数据被存储和保 存在自诊断适配器106中的泵数据存储单元106a中。
或者，真空泵自诊断单元包括可设置在图8中的每个Lcm适配器103 中的泵数据存储单元、自诊断执行单元以及数据生成单元。另外，真空 泵自诊断单元包括可设置在控制单元(未示出)中的泵数据存储单元、 自诊断执行单元和数据生成单元，该控制单元用于控制干式真空泵DVP 本身，以为各干式真空泵DVP提供自诊断系统。
目前，泵数据量为大约每天六兆字节，因此自诊断适配器106需要保 存几十到几百兆字节的数据，以存储一星期或更长时间的数据。为了低 成本地实施这种存储，自诊断适配器106可以使用总体上紧凑的闪(flash: 注册商标)存卡106a，其可用于数码相机等，以作为泵数据存储单元。 而且，在个人计算机中使用的文件系统被采用而作为保存格式，因此收 集的数据可以如在个人计算机上一样被浏览。
在一个实施例中，自诊断适配器106安装有256兆的存储卡，因此从 干式真空泵DVP每秒钟发送的泵数据可以保存约六星期。自诊断适配器 106另外包括总共三个RS232C通讯端口、用于显示状态的LED、用于在防
备突然停电的情况下在几秒钟的无电时间内备份适配器的电源等等，其
中两个RS232C通讯端口用于输入和输出操作，一个RS232C通讯端口用于 连接个人计算机。用于自诊断的警报设定值等等可以被在个人计算机上 运行的特定软件程序进行改变，该个人计算机可以直接与自诊断适配器 106相连。
尽管前述例子示出了使用Lon网络的中央监控系统，但任何通讯方法 均可以应用于该中央监控系统。而且，保存的数据的量可以根据构造自 诊断系统所需的量级或数值范围进行变化。
为了证实真本发明的空泵自诊断系统的有效性，实际进行了用于在 液晶的P-CVD处理中使用的干式真空泵DVP的自诊断。尽管在泵电流刚 刚被监控后主泵的泵电流稳定，在运行一段时间之后，峰值电流开始出 现在泵电流值中，最后导致主泵的停止。图10示出了峰值电流的次数变 化。如图10所示，该泵在从泵运行开始后的第63天被停止。图10也示出 了从泵停止时刻开始(图10中为9天前)所出现的峰值电流的数量增大。 对于主泵而言，证实如果当警报设定值被监控的峰值电流出现次数超过
时产生警报则可以进行自诊断。
机关前述例子示出了带有在液晶P-CVD处理中使用的干式真空泵的
真空泵自诊断系统的一示例性实验结果，还存在大量涉及泵内的反应副
产品的沉积的重负载处理，而且应当理解，干式真空泵的自诊断可以在
这些处理中以及通过使用根据本发明的真空泵自诊断系统进行。
尽管以上已经描述了本发明的一些实施例，但本发明不局限于上述
实施例，相反，在权利要求、说明书和附图描述的技术范畴的范围内可
以进行多种修改。
权利要求
1.一种用于进行真空泵的自诊断的真空泵自诊断方法，其特征在于当预定的警报设定值被用于旋转所述真空泵的转子的马达的电流的积分值或平均值超过时进行自诊断，以产生警报。
2. 根据权利要求l所述的真空泵自诊断方法，其特征在于所述警报设定值为所述马达的初始运行期间的平均电流值和一预定 值ci之和。
3. 根据权利要求1或2所述的真空泵自诊断方法，其特征在于 基于每单位时间所述马达的电流值超过警报设定值的次数确定所述真空泵的自诊断。
4. 一种用于进行真空泵的自诊断的真空泵自诊断系统，所述真空泵包括外壳和可旋转地设置在所述外壳中的转子，以通过所述转子的旋转吸入和排出气体，所述真空泵自诊断系统的特征在于所述真空泵包括多级所述转子、设置在所述转子级之间的压力传感 器、以及计算用于旋转所述转子的马达的电流的积分值或平均值并当所 述积分值或平均值超过预定警报设定值时进行所述真空泵的自诊断的自 诊断单元，并且所述自诊断单元基于由所述压力传感器检测的压力值从一种自诊断 计算方法转换到另一种自诊断计算方法或者中断自诊断计算。
5. 根据权利要求4所述的真空泵自诊断系统，其特征在于 所述自诊断单元设置在所述真空泵的本体内的控制单元中。
6. —种真空泵中央监控系统，包括用于将多个真空泵与一网络相连 的多个网络适配器和用于集中监控所述多个网络适配器的中央监控计算 机，其中从每个真空泵发送通过所述网络适配器的泵数据被所述中央监 控计算机监控，所述真空泵中央监控系统的特征在于一泵自诊断适配器设置在所述真空泵和所述适配器之间，并包括用于进行所述真空泵的自诊断的自诊断单元，或者一自诊断单元设置在所述网络适配器中，以用于进行所述真空泵的自诊断。
7.根据权利要求6所述的真空泵中央监控系统，其特征在于 所述泵自诊断适配器或网络适配器包括用于存储真空泵的数据的泵数据存储单元，并且所述自诊断单元基于所述泵数据存储单元中的泵数据进行所述真空泵的自诊断。
全文摘要
本发明提供了一种能够进行干式真空泵的自诊断的真空泵自诊断方法、真空泵自诊断系统以及真空泵中央监控系统。真空泵自诊断方法确定故障的发生，并且当预定的警报设定值被用于旋转所述真空泵的转子的马达的电流的积分值或平均值超过时产生警报。在用于进行真空泵的自诊断的真空泵自诊断系统中，该真空泵包括外壳和设置在外壳内的可旋转的转子，以通过转子的旋转吸入和排出气体，转子包括多级，且压力传感器设置在转子级之间。设置一自诊断单元，以计算用于旋转所述转子的马达的电流的积分值或平均值，并且当积分值或平均值超过预定警报设定值时进行真空泵的自诊断。该自诊断单元基于由所述压力传感器检测的压力值从一种自诊断计算方法转换到另一种自诊断计算方法或中断自诊断计算。
文档编号F04B49/10GK101111680SQ20068000388
公开日2008年1月23日 申请日期2006年4月7日 优先权日2005年4月8日
发明者中泽敏治, 山崎智行, 木户功一, 杉浦哲郎, 田中敬二 申请人:株式会社荏原制作所