JP4261252B2

JP4261252B2 - 真空ポンプの故障診断装置及び故障診断方法

Info

Publication number: JP4261252B2
Application number: JP2003171844A
Authority: JP
Inventors: 清司柳澤; 知範大橋
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-06-17
Also published as: JP2005009337A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や液晶装置の製造プロセス等で使用される各種ガスの排気に用いられる真空ポンプの故障診断装置及び故障診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや液晶デバイスの製造プロセス等で使用される真空ポンプの故障診断予測は、定常運転時のモータ電流、電力、温度、振動、音、ポンプ吸気圧力、ポンプ排気圧力、アコースティックエミッション等の物理量の状態をオペレータによる日常点検結果、又はコンピュータを用いた集中監視によって収集し得られた日常運転データから閾値を設定し、その値を目安に真空ポンプの交換を行っている。しかしながら、このような日常運転データの常時監視では、状態変化量（物理量）が小さいため、真空ポンプに発生する異常を見逃してしまい、真空ポンプが故障して突然停止してしまうことが多い。
【０００３】
半導体装置や液晶装置の製造プロセス等で使用される真空ポンプは、機械の経年変化、反応副生成物のロータとロータの間、ロータとケーシングの間への噛み込み、腐食性ガスによるロータ及びケーシング材の腐食・表面荒れによる擦動抵抗の増大、排気配管閉塞による背圧上昇等の要因により、突然停止することがある。また、このような真空ポンプの突然の停止が発生すると製造中の半導体ウエハ等に損傷を与えることもある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１１０７３５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記真空ポンプ停止となる要因を事前に予測し突然の真空ポンプ停止による半導体ウエハ等の損傷を防止することができる真空ポンプの故障診断装置及び故障診断方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、プロセス装置に接続され、該プロセス装置で使用するプロセスガスを排気する真空ポンプの故障を事前に診断する真空ポンプの故障診断装置であって、プロセス装置のプロセスへの影響がないタイミングに真空ポンプのポンプロータの回転数を変化させるポンプロータ回転数変化手段と、ポンプロータ回転数変化手段によるポンプロータの回転数変化時における真空ポンプの状態変化量を測定する状態変化量測定手段と、真空ポンプの正常時の状態変化量と状態変化量測定手段で測定した状態変化量を比較する状態変化量比較手段と、状態変化量比較手段で正常時の状態変化量と測定した状態変化量とを比較し、その差が所定量大きく又は小さくなった場合、異常と診断する診断手段とを備えたことを特徴とする。ここで正常時とは、真空ポンプを製造し、検査を行い求められた基準を満たした時点である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の真空ポンプの故障診断装置において、状態変化量は、ポンプロータ回転数変化手段による真空ポンプ起動時のポンプロータの停止から定速回転に達するまでの状態変化量であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の真空ポンプの故障診断装置において、状態変化量は、ロータ回転数変化手段による真空ポンプ停止時のポンプロータの定速回転から停止までの状態変化量であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の真空ポンプの故障診断装置において、状態変化量は、ロータ回転数変化手段による真空ポンプのポンプロータを定速回転から所定の低速回転に下げた時の状態変化量であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の真空ポンプの故障診断装置において、
状態変化量は、ロータ回転数変化手段による真空ポンプのポンプロータを定速回転から所定の高速回転に上げた時の状態変化量であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、プロセス装置に接続され、該プロセス装置で使用するプロセスガスを排気する真空ポンプの故障を事前に診断する真空ポンプの故障診断方法であって、プロセス装置のプロセスへの影響がないタイミングに真空ポンプのポンプロータの回転数を変化させるポンプロータ回転数変化工程と、ポンプロータ回転数変化工程によるポンプロータの回転数変化時における真空ポンプの状態変化量を測定する状態変化量測定工程と、真空ポンプの正常時の状態変化量と状態変化量測定工程で測定した状態変化量を比較する状態変化量比較工程と、状態変化量比較工程で正常時の状態変化量と測定した状態変化量とを比較し、その差が所定量大きく又は小さくなった場合、異常と診断する診断工程とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この種の真空ポンプに異常が生じているときの状態量（物理量、モータ電流値等）変化は、ポンプ定常運転時のそれよりも、真空ポンプのポンプロータの回転数が変化する（又は変化させる）ときの方が変化量は顕在化する。即ち、真空ポンプに異常が生じているときの状態変化量は真空ポンプ定常運転時のそれよりもポンプロータの回転数が変化する（或いは変化させる）時の方が変化幅が大きくなる。そこで請求項１に記載のように、ポンプロータの回転数変化時における状態変化量を正常時の状態変化量と比較して、その正常・異常の判定を行うことにより、容易で正確な判断が可能となる。
【００１３】
例えば、真空ポンプを起動させたときのポンプロータの起動から定格回転数に達する間の状態量（物理量）を測定し、その変化量に関して出荷時の、フィールド（現場）からフィードバックした（使用条件（圧力、ガス量）等の条件を含んだ）値と比較し異常・正常の判定を行う。
【００１４】
また、請求項２又は３に記載の発明のように、真空ポンプ起動時のポンプロータの停止から定格回転に達するまで又は真空ポンプの停止時のポンプロータの定格回転から停止状態に達するまでの状態変化量を測定し、その変化量に関しての出荷時の値、フィールドからフィードバックした（使用条件（圧力、ガス量）等の条件を含んだ）値と比較し異常・正常の判定を行うことにより、容易で且つ正確に正常・異常を判定できる。
【００１５】
また、請求項４又は５に記載の発明のように、真空ポンプのポンプロータの回転数を定格回転数よりも意図的に速くし、若しくは遅くしたときの状態変化を測定する。その変化量を使用条件等に合わせて予め設定した値、若しくは使用状態からフィードバックした値と比較し異常・正常の判定を行うことにより、容易で且つ正確に正常・異常を判定できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る真空ポンプの故障診断装置のシステム構成例を示す図である。ＣＶＤ装置又はエッチング装置等のプロセス装置１０には該プロセスで用いるガスを排気するために真空ポンプ１１が接続され、該真空ポンプ１１で排気されたガスは除害装置１２及び工場スクラバ１３を通って有害成分が除去された後、排気される。
【００１７】
真空ポンプ１１には図示しない状態変化量（物理量）、例えばガス温度、ケーシング温度、モータコイル温度、モータ電流、モータ電力、背圧、吸気圧力、規定値に達するまでの時間、アコースティックエミッションＡＥ、振動、回転数等を計測するための各種センサ群１４が設けられ、該センサ群１４の測定出力が正常・異常判定装置１５ａに送られる。
【００１８】
正常・異常判定装置１５ａはポンプ制御盤１５内に組み込まれているパソコンで構成され、該正常・異常判定装置１５ａではセンサ群１４で測定した測定出力から、各状態変化量を検出し、該検出した各状態変化量と正常時の状態変化量とを比較し、真空ポンプ１１の正常・異常を判断し、その結果を警報装置、ポケベル、Ｅ−ｍａｉｌ１６に出力すると共に、プロセス装置１０にフィードバックする。
【００１９】
真空ポンプ１１は半導体デバイス製造プロセスや液晶デバイス製造プロセスにおいて多く使用されているが、下記に示すような原因による突然停止により、製造中のウエハ等に損傷を与えることがある。
【００２０】
真空ポンプ１１はプロセス装置１０のチャンバ内を真空状態にし、同時にプロセスガスを排気するために使用される。このプロセスガスの中には腐食性の強いものや排気途中に配管内や真空ポンプ１１内で固体化してしまうガスが含まれる。
【００２１】
真空ポンプ１１のロータとロータの間、ロータとケーシングの間の隙間は微小であり、このようなプロセスガスによりロータやケーシングが腐食すると、面荒れによりロータとロータの間、ロータとケーシングの間のかじりが発生し、モータに負荷がかかり真空ポンプ１１が停止する。
【００２２】
また、反応副生成物がロータとロータの間、ロータとケーシングの間に発生し、付着し、成長し、接触したり、配管中で発生した反応副生成物が落ち込んできて噛み込みが発生し、モータに負荷がかかることにより真空ポンプ１１が停止するという問題が起る。特に、真空ポンプ１１の後段側では気体の圧力が高くなるため、反応副生成物の発生が起こりやすく、その部分へ生成物が付着し、擦動抵抗の増大によりポンプが停止に至る事例が多い。
【００２３】
また、潤滑用油の漏れ、ガスによる劣化、経年劣化により軸受が加熱、摩擦等のダメージを受け、その結果モータに負荷がかかり真空ポンプ１１が停止することもある。
【００２４】
また、軸受の劣化によりスムーズな回転が行われずモータに負荷がかかりポンプ停止に至ることもある。
【００２５】
上記のように、真空ポンプ１１の突然の停止はこのような機械的、物理的な要因によって引き起こされることが多く、その際には、必ず物理的な信号がポンプから発せられる。但し、真空ポンプ１１の通常の運転時に発生されるこのような物理的信号は、変化量が小さく又緩やかに変化するため、真空ポンプ１１の異常に起因するものなのか、或いはポンプ使用状況の変化によるものなのか判別がつきにくい。或いは大きな変化が検知されるときには真空ポンプ１１の停止直前で、交換するまでに時間的余裕がない。
【００２６】
そこで、図１に示すように、故障診断装置を構成し、真空ポンプ１１の起動時若しくは停止時の状態変化量、低速回転から高速回転若しくは高速回転から低速回転に移行する間の状態変化量を正常・異常判定装置１５ａでセンサ群１４の各センサの測定出力から検知する。このように回転数を変化させると、状態変化量の絶対値が大きくなり、正常・異常判定装置１５ａでこの検知した状態変化量と正常時の状態変化量とを比較することにより、異常が検知しやすくなる。
【００２７】
また、この正常・異常を判断するための操作は任意のタイミングでおこなうことができるので、プロセスへの影響がないタイミングを選んで実施することが可能である。
【００２８】
図２は故障診断装置で真空ポンプの回転数を上下させて故障診断する場合の処理例を示す図である。先ず、ポンプ制御盤１５から真空ポンプ１１へ回転数上昇・減少の指令を出す（ステップＳＴ１）。センサ群１４の各センサの出力をポンプ制御盤１５の正常・異常判定装置１５ａへ入力し（ステップＳＴ２）、該正常・異常判定装置１５ａで各センサの測定出力から各状態変化量を検知し、該検知した状態変化量と正常時の状態変化量とを比較し正常・異常の判定を行う（ステップＳＴ３）。判定結果が正常であったら、真空ポンプ１１の運転状態を回転数を変化させる前の状態に復帰させ（ステップＳＴ４）、判定結果が異常であったら、警報装置、ポケベル、Ｅ−ｍａｉｌ１６に警報を出力する（ステップＳＴ５）。
【００２９】
図３は上記回転数を上下させて故障診断する場合の正常・異常の判定ルーチン例を示す図である。先ず、上記検知した状態変化量が規定値、即ち正常時の状態変化量を所定量超えたか否かを判断する（ステップＳＴ１１）。規定値を超えなかった場合は正常（ＯＫ）であるから、真空ポンプ１１の運転を回転数変更前の状態に復帰し（ステップＳＴ１２）、規定値を超えた場合は回転数を一旦元に戻し（ステップＳＴ１３）、続いて再度真空ポンプ１１へ回転数上昇・減少の指令を出し、回転数を再度変化させる（ステップＳＴ１４）。
【００３０】
続いて、状態変化量が規定値を超えたか否かを判断し（ステップＳＴ１５）、規定値を超えなかった場合は正常（ＯＫ）として真空ポンプ１１の運転を回転数変更前の状態に復帰させ（ステップＳＴ１６）、規定値を超えた場合は前記ステップＳＴ１３に戻して処理を繰り返す。この処理を所定のＮ回繰り返す（Ｎは任意の数）。設定したＮ回処理を繰り返しても状態変化が規定値、即ち正常時の状態変化量を所定量超えた場合、真空ポンプ１１が異常であるとして、上記のように、警報装置、ポケベル、Ｅ−ｍａｉｌ１６に警報を出力する。
【００３１】
図４は故障診断装置で真空ポンプを起動若しくは停止させて故障診断する場合の処理例を示す図である。先ず、ポンプ制御盤１５から真空ポンプ１１へポンプ起動若しくは停止の指令を出力する（ステップＳＴ２１）。センサ群１４の各センサの出力をポンプ制御盤１５の正常・異常判定装置１５ａへ入力し（ステップＳＴ２２）、該正常・異常判定装置１５ａで各センサの出力から各状態変化量を検知し、該検知した状態変化量と正常時の状態変化量とを比較し正常・異常の判定を行う（ステップＳＴ２３）。判定結果が正常であったら、前の状態に復帰させ（ステップＳＴ２４）、判定結果が異常であったら、警報装置、ポケベル、Ｅ−ｍａｉｌ１６に警報を出力する（ステップＳＴ２５）。
【００３２】
図５は上記真空ポンプを起動若しくは停止させて故障診断する場合の正常・異常の判定ルーチン例を示す図である。先ず、上記検知した状態変化量が規定値、即ち正常時の状態変化量を所定量超えたか否かを判断する（ステップＳＴ３１）。規定値を超えなかった場合は正常（ＯＫ）とし（ステップＳＴ３２）、規定値を超えた場合は状態を元（起動又は停止）の状態に戻し（ステップＳＴ３３）、続いて再度真空ポンプ１１へポンプ起動若しくは停止の指令を出力する（ステップＳＴ３４）。
【００３３】
続いて、状態変化量が規定値を超えたか否かを判断し（ステップＳＴ３５）、規定値を超えなかった場合は正常（ＯＫ）とし（ステップＳＴ３６）、規定値を超えた場合は前記ステップＳＴ３３に戻して処理を繰り返す。この処理を所定の設定したＮ回繰り返す（Ｎは任意の数）。設定したＮ回処理を繰り返しても状態変化が規定値、即ち正常時の状態変化量を所定量超えた場合、真空ポンプ１１が異常であるとして、警報装置、ポケベル、Ｅ−ｍａｉｌ１６に警報を出力する。
【００３４】
上記真空ポンプの故障診断装置では、ポンプ制御盤１５内の正常・異常判定装置（パソコン）１５ａで正常・異常を判断する場合を示したが、図６に示すように、センサ群１４の測定出力をポンプ制御盤１５からポンプモニタシステム１７に伝送し、ポンプモニタシステム１７で真空ポンプ１１の正常・異常を判断するようにしてもよい。
【００３５】
図７はポンプモニタシステムの構成例を示す図であり、ポンプモニタシステム１７はシステム管理パソコン２０を具備し、該システム管理パソコン２０には各データ収集パソコン２１、２１（このデータ収集パソコン２１はポンプ制御盤１５に備えられている）、モニタパソコン２２、故障予測判定パソコン２３が接続されている。各データ収集パソコン２１には各真空ポンプ１１に取りつけたセンサ群１４の各センサからの測定出力が入力され、各状態変化量が検知される。この検知された状態変化量は各データ収集パソコン２１、２１からシステム管理パソコン２０に送られる。モニタパソコン２２は、各真空ポンプ１１の状態をモニタし、故障予測判定パソコン２３で各真空ポンプ１１の状態変化量を基に正常・異常を判断し、異常と判断する場合、警報を出力する。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００３７】
請求項１に記載の発明によれば、プロセス装置のプロセスへの影響がないタイミングで真空ポンプのポンプロータの回転数を変化させ、該回転数変化時における状態変化量を正常時の状態変化量と比較して、その正常・異常の判定を行うので、真空ポンプに異常が生じているときの状態変化量はポンプ定常運転時のそれよりも回転数が変化する（或いは変化させる）時の方が変化幅が大きくなるから、容易で正確に正常・異常を判定でき、しかもプロセス装置のプロセスに影響を与えることがない。
【００３８】
請求項２又は３に記載の発明によれば、真空ポンプ起動時のポンプロータの停止から定格回転に達するまで又は真空ポンプの停止時のポンプロータの定格回転から停止状態に達するまでの状態変化量を測定し、その変化量に関して出荷時の値、フィールドからフィードバックした（使用条件（圧力、ガス量）等の条件を含んだ）値と比較し異常・正常の判定を行うことにより、容易で且つ正確に正常・異常を判定できる。
【００３９】
また、請求項４又は５に記載の発明によれば、真空ポンプのポンプロータの回転数を定格回転数よりも意図的に速くし、若しくは遅くしたときの状態変化を測定する。その変化量を使用条件等に合わせて予め設定した値、若しくは使用状態からフィードバックした値と比較し異常・正常の判定を行うことにより、容易で且つ正確に正常・異常を判定できる。
【００４０】
また、請求項６に記載の発明によれば、請求項１の発明と同様、プロセス装置のプロセスへの影響がないタイミングで真空ポンプのポンプロータの回転数を変化させ、該回転数変化時における状態変化量を正常時の状態変化量と比較して、その正常・異常の判定を行うので、真空ポンプに異常が生じているときの状態変化量はポンプ定常運転時のそれよりも回転数が変化する（或いは変化させる）時の方が変化幅が大きくなるから、容易で正確に正常・異常を判定でき、しかもプロセス装置のプロセスに影響を与えることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る真空ポンプの故障診断装置のシステム構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る真空ポンプの故障診断装置で真空ポンプの回転数を上下させて故障診断する場合の処理例を示す図である。
【図３】真空ポンプの回転数を上下させて故障診断する場合の正常・異常の判定ルーチン例を示す図である。
【図４】本発明に係る真空ポンプの故障診断装置で真空ポンプを起動若しくは停止させて故障診断する場合の処理例を示す図である。
【図５】真空ポンプを起動若しくは停止させて故障診断する場合の正常・異常の判定ルーチン例を示す図である。
【図６】本発明に係る真空ポンプの故障診断装置のシステム構成例を示す図である。
【図７】図６のポンプモニタシステムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０プロセス装置
１１真空ポンプ
１２除害装置
１３工場スクラバ
１４センサ群
１５ポンプ制御盤
１６警報装置、ポケベル、Ｅ−ｍａｉｌ
１７ポンプモニタシステム
２０システム管理パソコン
２１データ収集パソコン
２２モニタパソコン
２３故障予測判定パソコン

Claims

プロセス装置に接続され、該プロセス装置で使用するプロセスガスを排気する真空ポンプの故障を事前に診断する真空ポンプの故障診断装置であって、
前記プロセス装置のプロセスへの影響がないタイミングに前記真空ポンプのポンプロータの回転数を変化させるポンプロータ回転数変化手段と、
前記ポンプロータ回転数変化手段によるポンプロータの回転数変化時における前記真空ポンプの状態変化量を測定する状態変化量測定手段と、
前記真空ポンプの正常時の状態変化量と前記状態変化量測定手段で測定した状態変化量を比較する状態変化量比較手段と、
前記状態変化量比較手段で正常時の状態変化量と前記測定した状態変化量とを比較し、その差が所定量大きく又は小さくなった場合、異常と診断する診断手段とを備えたことを特徴とする真空ポンプの故障診断装置。
請求項１に記載の真空ポンプの故障診断装置において、
前記状態変化量は、前記ポンプロータ回転数変化手段による前記真空ポンプ起動時のポンプロータの停止から定速回転に達するまでの状態変化量であることを特徴とする真空ポンプの故障診断装置。
請求項１に記載の真空ポンプの故障診断装置において、
前記状態変化量は、前記ロータ回転数変化手段による前記真空ポンプ停止時のポンプロータの定速回転から停止までの状態変化量であることを特徴とする真空ポンプの故障診断装置。
請求項１に記載の真空ポンプの故障診断装置において、
前記状態変化量は、前記ロータ回転数変化手段による前記真空ポンプのポンプロータを定速回転から所定の低速回転に下げた時の状態変化量であることを特徴とする真空ポンプの故障診断装置。
請求項１に記載の真空ポンプの故障診断装置において、
前記状態変化量は、前記ロータ回転数変化手段による前記真空ポンプのポンプロータを定速回転から所定の高速回転に上げた時の状態変化量であることを特徴とする真空ポンプの故障診断装置。
プロセス装置に接続され、該プロセス装置で使用するプロセスガスを排気する真空ポンプの故障を事前に診断する真空ポンプの故障診断方法であって、
前記プロセス装置のプロセスへの影響がないタイミングに前記真空ポンプのポンプロータの回転数を変化させるポンプロータ回転数変化工程と、
前記ポンプロータ回転数変化工程によるポンプロータの回転数変化時における前記真空ポンプの状態変化量を測定する状態変化量測定工程と、
前記真空ポンプの正常時の状態変化量と前記状態変化量測定工程で測定した状態変化量を比較する状態変化量比較工程と、
前記状態変化量比較工程で正常時の状態変化量と前記測定した状態変化量とを比較し、その差が所定量大きく又は小さくなった場合、異常と診断する診断工程とを備えたことを特徴とする真空ポンプの故障診断方法。