JP6786668B2 - 真空排気システム - Google Patents

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本発明は、半導体デバイス製造装置などに使用される処理チャンバから処理ガスを排気するために使用される真空排気システムに関する。
通常、半導体デバイス製造装置に接続される真空ポンプのバックアップ用に予備ポンプ(以後バックアップポンプという)が設けられる。このバックアップポンプの使用目的は、真空ポンプのメンテナンス時に処理チャンバを真空排気すること、および真空ポンプ異常時に処理チャンバを真空排気することである。
真空ポンプは、その回転速度が予め設定された速度下限値にまで低下すると、回転速度の異常低下を示す速度低下信号を発信する機能を備えている。回転速度の異常低下は、処理チャンバから吸引した処理ガスが真空ポンプ内で固化して堆積物を形成し、これがポンプロータの回転を妨げてしまうことによって起こる。このような回転速度の異常低下が起こると、処理チャンバ内の圧力が上昇し、半導体デバイス製造装置が圧力異常を検知してその運転を停止してしまう。
そこで、真空ポンプの異常時に処理チャンバを真空排気するために上述したバックアップポンプが設けられている。真空ポンプから上述した速度低下信号が制御部に送信されると、制御部は、バックアップポンプを処理チャンバに接続し、このバックアップポンプによって処理ガスを処理チャンバから排気させる。
特許第4180265号公報
しかしながら、図11に示すように、真空ポンプから上述した速度低下信号が発信されるときには、既に真空ポンプの回転速度は大きく低下している。結果として、処理チャンバ内の圧力は、プロセス処理可能な圧力しきい値の上限を超えてしまい、半導体デバイス製造装置の運転が停止するおそれがある。
そこで、本発明は、真空ポンプの回転速度が大きく低下する前に、真空排気運転を真空ポンプからバックアップポンプに切り替えることができる真空排気システムを提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明の一参考例は、処理チャンバに接続された吸込管と、前記吸込管に接続された圧力センサと、前記吸込管から分岐した分岐管およびバックアップ管と、前記分岐管および前記バックアップ管にそれぞれ取り付けられた開閉弁およびバックアップ弁と、前記分岐管に接続された真空ポンプと、前記バックアップ管に接続されたバックアップポンプと、前記開閉弁および前記バックアップ弁の開閉動作を制御する動作制御部とを備え、前記動作制御部は、前記圧力センサによって測定された吸込側圧力の測定値がしきい値に達したときに、前記バックアップ弁を開け、前記開閉弁を閉じるように構成され、前記しきい値は、前記処理チャンバ内の圧力の異常上昇を示す圧力上限値よりも低い、真空排気システムである。
本発明の一態様は、処理チャンバに接続された吸込管と、前記吸込管から分岐した分岐管およびバックアップ管と、前記分岐管および前記バックアップ管にそれぞれ取り付けられた開閉弁およびバックアップ弁と、前記分岐管に接続された真空ポンプと、前記バックアップ管に接続されたバックアップポンプと、前記開閉弁および前記バックアップ弁の開閉動作を制御する動作制御部とを備え、前記動作制御部は、前記真空ポンプの回転速度をしきい値と比較し、前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値よりも低いときに、前記バックアップ弁を開け、前記開閉弁を閉じるように構成され、前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値以上であるときは、前記バックアップポンプは第1の回転速度で運転し、前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値よりも低いときは、前記バックアップポンプは前記第1の回転速度よりも高い第2の回転速度で運転するように構成されており、前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値に等しいときの前記処理チャンバ内の圧力は、前記処理チャンバ内の圧力の異常上昇を示す圧力上限値よりも低く、前記第1の回転速度は、前記しきい値以上である、真空排気システムである。
本発明の好ましい態様は、前記真空ポンプは、その回転速度が予め設定された速度下限値に達した場合は、速度低下信号を前記動作制御部に送信するように構成されており、前記しきい値は前記速度下限値よりも大きい。
本発明の一参考例は、吸込管と、前記吸込管から分岐した分岐管およびバックアップ管と、前記分岐管および前記バックアップ管にそれぞれ取り付けられた開閉弁およびバックアップ弁と、前記分岐管に接続された真空ポンプと、前記バックアップ管に接続されたバックアップポンプと、前記開閉弁および前記バックアップ弁の開閉動作を制御する動作制御部とを備え、前記動作制御部は、前記真空ポンプの回転速度をしきい値と比較し、前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値よりも低いときに、前記バックアップ弁を開け、前記開閉弁を閉じるように構成され、前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値に等しいときの前記吸込側圧力は、前記吸込側圧力の異常上昇を示す圧力上限値よりも低いことを特徴とする真空排気システムである。
上記参考例の好ましい態様は、前記真空ポンプは、その回転速度が予め設定された速度下限値に達した場合は、速度低下信号を前記動作制御部に送信するように構成されており、前記しきい値は前記速度下限値よりも大きいことを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値以上であるときは、前記バックアップポンプは第1の回転速度で運転し、前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値よりも低いときは、前記バックアップポンプは前記第1の回転速度よりも高い第2の回転速度で運転することを特徴とする。
上記参考例の好ましい態様は、前記動作制御部は、前記バックアップ弁を開けた後であって前記開閉弁を閉じる前に、前記真空ポンプの回転速度を前記しきい値と再度比較し、前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値よりも低い場合には、前記開閉弁を閉じることを特徴とする。
本発明の他の参考例は、吸込管と、前記吸込管から分岐した分岐管およびバックアップ管と、前記分岐管および前記バックアップ管にそれぞれ取り付けられた開閉弁およびバックアップ弁と、前記分岐管に接続された真空ポンプと、前記バックアップ管に接続されたバックアップポンプと、前記開閉弁および前記バックアップ弁の開閉動作を制御する動作制御部とを備え、前記動作制御部は、前記真空ポンプの吸込側圧力がしきい値に達したときに、前記バックアップ弁を開け、前記開閉弁を閉じるように構成され、前記しきい値は、前記吸込側圧力の異常上昇を示す圧力上限値よりも低いことを特徴とする真空排気システムである。
真空排気動作が真空ポンプからバックアップポンプに切り替えられるとき、吸込側圧力、例えば、吸込管に接続された処理チャンバ内の圧力は、吸込側圧力の異常上昇を示す圧力上限値よりも低い。したがって、吸込側圧力の異常上昇を防止しつつ、バックアップポンプによって真空排気動作を継続することができる。
真空排気システムの一実施形態を示す模式図である。 真空ポンプの回転速度と、真空ポンプの吸込側圧力の時間変化を示すグラフである。 バックアップ弁が開かれ、開閉弁が閉じられた状態を示す図である。 真空ポンプの回転速度と真空ポンプの吸込側圧力との関係を示すグラフである。 バックアップ運転を説明するフローチャートである。 真空排気システムの他の実施形態を示す模式図である。 図6に示す実施形態に使用されるしきい値を説明する図である。 真空排気システムのさらに他の実施形態を示す模式図である。 バックアップ弁が開かれ、第1の開閉弁が閉じられた状態を示す図である。 バックアップ弁が開かれ、第2の開閉弁が閉じられた状態を示す図である。 従来のバックアップ運転を説明する図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、真空排気システムの一実施形態を示す模式図である。図1に示すように、真空排気システムは、吸込管5と、吸込管5から分岐した分岐管6およびバックアップ管8と、分岐管6に接続された真空ポンプ10と、バックアップ管8に接続されたバックアップポンプ12とを備えている。吸込管5は、CVD装置やPVD装置、エッチング装置などの半導体デバイス製造装置に備えられる処理チャンバ1に接続されている。
分岐管6およびバックアップ管8には、開閉弁15およびバックアップ弁16がそれぞれ取り付けられている。これらの開閉弁15およびバックアップ弁16は、信号線を介して動作制御部20に接続されており、開閉弁15およびバックアップ弁16の開閉動作は動作制御部20によって制御される。真空ポンプ10およびバックアップポンプ12は、無線通信または有線通信により動作制御部20に接続されており、これら真空ポンプ10およびバックアップポンプ12の運転は動作制御部20によって制御される。有線通信の形態としては、デジタル通信またはアナログ通信がある。
真空ポンプ10およびバックアップポンプ12は、それぞれ電動機およびインバータ(図示せず)を備えており、真空ポンプ10およびバックアップポンプ12の回転速度の現在値はインバータから動作制御部20に送られる。回転速度の現在値を示す信号は、通信または、電圧または電流などのアナログ信号に換算された信号、またはパルス信号に換算された信号でもよい。
通常の運転では、開閉弁15は開いており、バックアップ弁16は閉じられている。真空ポンプ10およびバックアップポンプ12は、両方とも運転される。したがって、通常の運転では、処理チャンバ1内の処理ガスは、真空ポンプ10によって排気される。動作制御部20は、真空ポンプ10およびバックアップポンプ12の運転状態、ポンプ運転異常、開閉弁15およびバックアップ弁16の開閉状態を上位装置に送信するためのアナログ信号出力端子またはデジタル信号出力端子(図示せず)を備えている。
半導体デバイスの製造では、処理ガスが処理チャンバ1内に注入されながら、真空ポンプ10は、この処理ガスを処理チャンバ1から排気し、処理チャンバ1内を低圧に維持する。半導体デバイス製造装置は、処理チャンバ1内の圧力を測定する圧力センサ(図示せず)を備えている。処理チャンバ1内の圧力が、圧力の異常上昇を示す圧力上限値を超えると、半導体デバイス製造装置は、その運転を強制的に停止する。したがって、半導体デバイスの製造が開始された後は、処理チャンバ1内の圧力を上記圧力上限値よりも低く維持しなければならない。しかしながら、処理ガスが真空ポンプ10内で固化して堆積物を形成すると、真空ポンプ10の回転速度が低下して、処理チャンバ1内の圧力が大きく上昇することがある。
そこで、本実施形態では、処理チャンバ1内の圧力が上記圧力上限値に達する前に、バックアップポンプ12によって処理チャンバ1の真空排気が開始される。図2は、真空ポンプ10の回転速度と、真空ポンプ10の吸込側圧力(すなわち、処理チャンバ1内の圧力)の時間変化を示すグラフである。図2のグラフにおいて、縦軸は回転速度および吸込側圧力を表し、横軸は時間を表している。
図2に示すように、動作制御部20は、その内部に、真空排気動作を真空ポンプ10からバックアップポンプ12に切り替えるためのしきい値を予め記憶(格納)している。動作制御部20は、真空ポンプ10の回転速度がしきい値よりも低いときに、バックアップ弁16を開き、開閉弁15を閉じるように構成される。
図3は、バックアップ弁16が開かれ、開閉弁15が閉じられた状態を示す図である。図3に示すように、バックアップ弁16が開かれ、開閉弁15が閉じられると、吸込管5とバックアップポンプ12とが連通し、吸込管5と真空ポンプ10との連通が遮断される。したがって、吸込管5に接続されている処理チャンバ1内の処理ガスは、バックアップポンプ12によって吸引される。
しきい値は、真空ポンプ10の回転速度と、真空ポンプ10の吸込側圧力(すなわち、処理チャンバ1内の圧力)との関係に基づいて予め決定される。図4は、真空ポンプ10の回転速度と真空ポンプ10の吸込側圧力との関係を示すグラフである。図4に示すグラフから分かるように、真空ポンプ10の回転速度と真空ポンプ10の吸込側圧力は、概ね反比例の関係にある。
本実施形態におけるしきい値は、真空ポンプ10の回転速度に関するしきい値である。図4に示すように、しきい値は、半導体デバイス製造装置に設定されている上記圧力上限値よりも低い吸込側圧力TPに相当する予め定められた回転速度である。すなわち、真空ポンプ10の回転速度がしきい値に等しいときの真空ポンプ10の吸込側圧力TPは、圧力上限値よりも低い。したがって、図2に示すように、真空ポンプ10の異常が発生したとき、吸込側圧力が圧力上限値に到達する前に、真空ポンプ10の回転速度はしきい値に到達し、バックアップポンプ12による真空排気が開始される。吸込側圧力は速やかに低下して元の値に維持される。
次に、図5のフローチャートを参照して、本実施形態に係るバックアップ運転を説明する。ステップ1では、真空ポンプ10が始動される。真空ポンプ10の始動と同時に、またはその後に、バックアップポンプ12が始動される。動作制御部20は、真空ポンプ10の実回転速度が真空ポンプ10の定格回転速度以上か否かを判断する(ステップ2)。真空ポンプ10の実回転速度が定格回転速度以上の場合は、動作制御部20は、真空ポンプ10の回転速度の低下の監視を開始する(ステップ3)。
動作制御部20は、真空ポンプ10の回転速度をしきい値と比較し、真空ポンプ10の回転速度がしきい値よりも低いか否かを判断する(ステップ4)。真空ポンプ10の回転速度がしきい値よりも低い場合は、動作制御部20はバックアップ弁16を開く(ステップ5)。
動作制御部20は、再度、真空ポンプ10の回転速度がしきい値よりも低いか否かを判断する(ステップ6)。これは、異物混入などにより、回転速度の一時的な低下が起こる場合があるからである。もし、真空ポンプ10の回転速度が上昇して再度しきい値以上となった場合には、動作制御部20はバックアップ弁16を閉じ(ステップ7)、ステップ3の回転速度の低下の監視を再度開始する。上述したステップ6において、真空ポンプ10の回転速度がしきい値よりも低い場合は、動作制御部20は開閉弁15を閉じ(ステップ8)、これによってバックアップ運転が開始される。
消費電力を削減するために、バックアップ運転が開始されるまで、バックアップポンプ12は待機運転をしていてもよい。より具体的には、真空ポンプ10の回転速度がしきい値以上であるときは、バックアップポンプ12は第1の回転速度で運転し、真空ポンプ10の回転速度がしきい値よりも低いときは、バックアップポンプ12は第1の回転速度よりも高い第2の回転速度で運転するようにしてもよい。バックアップ運転に切り替わったときの圧力上昇を避けるために、上述した第1の回転速度は、上記しきい値以上であることが好ましい。
上述したステップ4において、真空ポンプ10の回転速度がしきい値以上である場合は、動作制御部20は真空ポンプ10からアラーム信号が発信されたか否かを判断する(ステップ9)。このアラーム信号は、真空ポンプ10の温度の異常上昇や通信機能停止などの不具合が起こったときに真空ポンプ10から動作制御部20に発信される。アラーム信号が発信されていない場合は、動作制御部20はステップ3の回転速度の低下の監視を再度開始する。アラーム信号が発信された場合には、動作制御部20はバックアップ弁16を開き(ステップ10)、さらに開閉弁15を閉じ(ステップ8)、これによってバックアップ運転が開始される。
一般に、半導体デバイスの製造に使用される処理ガスは、温度の低下に伴って固化する性質を有している。このため、処理ガスが真空ポンプ10内で固化して堆積物を形成し、これがポンプロータの回転を阻害することがある。そこで、真空ポンプ10は、その回転速度が予め設定された速度下限値にまで低下したときには、回転速度の異常低下を示す速度低下信号を発信する機能を備えている。この速度低下信号は、動作制御部20に送られる。動作制御部20は、この速度低下信号を受信すると、真空ポンプ10の運転を停止させるようになっている。上述したしきい値は、速度下限値よりも大きい値である。動作制御部20は、速度低下信号を受信すると、バックアップ弁16を開き、開閉弁15を閉じるように構成されてもよい。
真空ポンプ10の運転時にバックアップ弁16が閉じられている理由は、処理ガスがバックアップポンプ12内で固化することを防ぐためである。さらに、真空ポンプ10の運転時にバックアップ弁16が閉じられているにもかかわらず、バックアップポンプ12が運転されている理由は、ポンプの運転切替時にバックアップポンプ12が速やかに真空排気動作を開始して、処理チャンバ1内の圧力上昇を防止するためである。
本実施形態では、真空ポンプ10の回転速度は、吸込側圧力を間接的に示す圧力指標値である。圧力指標値として真空ポンプ10の回転速度を使用することにより、吸込側圧力を測定するための圧力センサが不要になる。したがって、半導体デバイス製造装置などの既設の装置に圧力センサを設置することなく、または既設の圧力センサと信号線で接続することなく、本実施形態の真空排気システムを既設の装置に容易に組み込むことができる。
半導体デバイス製造装置が新たに設置される場合には、圧力センサとともに真空排気システムを半導体デバイス製造装置に組み入れてもよい。このような場合には、圧力センサを動作制御部20に接続し、動作制御部20は吸込側圧力の測定値をしきい値と判断してもよい。図6は、真空排気システムの他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない構成及び動作は、図1乃至図5に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。この実施形態では、圧力センサ21が吸込管5に接続されている。圧力センサ21は、真空ポンプ10の吸込側圧力、すなわち、吸込管5および処理チャンバ1内の圧力を測定し、吸込側圧力の測定値を動作制御部20に送信する。本実施形態では、吸込側圧力の測定値は、吸込側圧力を直接的に示す圧力指標値である。
動作制御部20は、吸込側圧力の測定値をしきい値と比較することによって、バックアップ運転を開始すべきか否かを決定する。本実施形態におけるしきい値は、真空ポンプ10の吸込側圧力に関するしきい値である。動作制御部20は、吸込側圧力の測定値がしきい値に達したときに、バックアップ弁16を開き、開閉弁15を閉じる。
図7は、図6に示す実施形態に使用されるしきい値を説明する図である。図7に示すように、しきい値は、半導体デバイス製造装置に設定されている上記圧力上限値よりも低い値である。したがって、真空ポンプ10の異常が発生したとき、吸込側圧力が圧力上限値に到達する前に、吸込側圧力はしきい値に到達し、バックアップポンプ12による真空排気が開始される。
図8は、真空排気システムのさらに他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない構成及び動作は、図1乃至図5に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、吸込管5は、集合管から構成されている。以下、吸込管5を集合管5と称する。集合管5の複数の入口は、複数のブースタポンプ25の排気口に接続されている。これらのブースタポンプ25は複数の処理チャンバ1にそれぞれ接続されている。
第1の分岐管6A、第2の分岐管6B、およびバックアップ管8は、集合管5から分岐しており、それぞれ真空ポンプ10A、真空ポンプ10B、およびバックアップポンプ12に接続されている。真空ポンプ10A、真空ポンプ10B、およびバックアップポンプ12は、それぞれメインポンプとして機能する。第1の分岐管6A、第2の分岐管6B、およびバックアップ管8には、第1の開閉弁15A、第2の開閉弁15B、およびバックアップ弁16がそれぞれ取り付けられている。
本実施形態において、通常運転からバックアップ運転への切り替えは、上述した図1乃至図5を参照して説明した実施形態と同じように行われる。すなわち、真空ポンプ10Aの回転速度がしきい値よりも低い場合には、図9に示すように、動作制御部20はバックアップ弁16を開き、第1の開閉弁15Aを閉じる。真空ポンプ10Bの回転速度がしきい値よりも低い場合には、図10に示すように、動作制御部20はバックアップ弁16を開き、第2の開閉弁15Bを閉じる。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
1 処理チャンバ
5 吸込管
6,6A,6B 分岐管
8 バックアップ管
10,10A,10B 真空ポンプ
12 バックアップポンプ
15,15A,15B 開閉弁
16 バックアップ弁
20 動作制御部
21 圧力センサ
25 ブースタポンプ

Claims (2)

  1. 処理チャンバに接続された吸込管と、
    前記吸込管から分岐した分岐管およびバックアップ管と、
    前記分岐管および前記バックアップ管にそれぞれ取り付けられた開閉弁およびバックアップ弁と、
    前記分岐管に接続された真空ポンプと、
    前記バックアップ管に接続されたバックアップポンプと、
    前記開閉弁および前記バックアップ弁の開閉動作を制御する動作制御部とを備え、
    前記動作制御部は、前記真空ポンプの回転速度をしきい値と比較し、前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値よりも低いときに、前記バックアップ弁を開け、前記開閉弁を閉じるように構成され、
    前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値以上であるときは、前記バックアップポンプは第1の回転速度で運転し、前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値よりも低いときは、前記バックアップポンプは前記第1の回転速度よりも高い第2の回転速度で運転するように構成されており、
    前記真空ポンプの回転速度が前記しきい値に等しいときの前記処理チャンバ内の圧力は、前記処理チャンバ内の圧力の異常上昇を示す圧力上限値よりも低く、
    前記第1の回転速度は、前記しきい値以上である、真空排気システム。
  2. 前記真空ポンプは、その回転速度が予め設定された速度下限値に達した場合は、速度低下信号を前記動作制御部に送信するように構成されており、
    前記しきい値は前記速度下限値よりも大きい、請求項に記載の真空排気システム。
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