监测低温泵的性能的制作方法

1.本发明的领域涉及低温泵和用于监测低温泵的性能的方法和电路。


背景技术：

2.低温泵的工作原理是冷凝或捕获待泵送的气体。这意味着低温泵需要定期再生以除去捕获的气体。再生包括将泵与真空系统隔离，并在引入吹扫气体以稀释捕获的气体的同时使泵升温，所捕获的气体通过升温而被解吸或汽化。
3.如果低温泵/系统不能达到其技术要求，并且正在缓慢地劣化，但是不影响客户过程，它可能意外地失效。这对于低温泵的用户来说是极其昂贵的，特别是如果低温泵被用于诸如集成电路制造商的过程。
4.将期望提供一种方法和/或诊断系统，其能够监测低温泵当前的健康或性能，并确定泵的劣化，并且从而预测未来的低劣性能或失效。预测性能劣化的能力允许维修工程师在劣化不适当地影响被泵送的过程之前进行干预。


技术实现要素：

5.第一方面提供一种监测低温泵的性能的方法，所述方法包括：在完成再生循环之后，控制所述低温泵执行预定的测试例程，以便在预定的条件下测试所述低温泵的性能；在所述预定的测试例程期间监测所述低温泵，以收集指示所述低温泵的所述性能的数据；存储在所述监测期间收集的指示所述泵的所述数据。
6.低温泵被定期再生以除去累积的冷凝气体。这是在泵不用于抽吸真空室时完成的，使得在再生期间，泵通常处于与泵相关联的控制电路的控制下，而不是主动地用于低温抽吸真空室中的过程气体。此外，关闭通向真空室的闸阀。
7.此外，一旦已经完成再生循环，泵的状态就已知，并且通向由泵抽空的真空室的闸阀关闭。因此，这提供了对于执行测试例程而言理想的时段，因为由泵抽空的真空系统将不受影响并且泵的状况是已知的。因此，在这时执行的测试例程期间泵的行为将指示泵的当前性能，并且独立于其抽空的真空系统和任何收集的冷凝材料。这意味着，当前测试与在几乎相同的条件下已经执行的先前测试的任何比较将不仅提供泵的当前健康的准确描述，而且提供该健康或性能如何随时间变化的指示。另外，由于再生周期性地发生，这提供了定期执行这些测试的机会，并且因此，泵的任何劣化可以定期地被监测。
8.在一些实施例中，所述方法控制所述低温泵在所述再生循环的至少一子集之后周期性地执行所述预定的测试例程。
9.为了监测泵的劣化并且能够在发生泵失效之前预测泵失效，优选的是定期地执行任何泵测试例程。由于再生循环周期性地执行，测试例程可以在这些再生循环的一定比例之后执行，可能在每个再生循环之后或者可能在替代的再生循环之后执行。
10.在一些实施例中，该方法包括从所述收集的数据确定所述泵的性能的另一步骤。
11.所收集的数据指示泵的当前性能，并且该方法可以分析该数据以确定所述性能。
12.在一些实施例中，确定所述泵的性能的所述步骤包括：将从当前测试例程获得的数据与从先前的测试例程获得的数据进行比较。
13.从测试例程获得的数据的绝对值指示泵的当前性能，并且将该数据与其它较早测试结果的数据进行比较，提供了泵的性能的任何变化的有效指示，并且实际上提供了泵的性能的速率变化，并且因此，可以有助于提供泵何时可能失效的预测。
14.在一些实施例中，所述方法包括：输出指示所述泵性能的数据的另一步骤。
15.可以输出所收集的数据。它可以作为原始数据或作为处理后的数据输出，在一些实施例中作为指示泵的性能的指示器输出。指示器可以是泵操作者可接近的。指示器可以是呈数字性能指示或彩色编码指示的形式。在确定性能为低的情况下，指示器可以指示需要维修工程师的输入。当与先前测试期间收集的数据值比较时，可以响应于所收集的数据值和/或所收集的数据值的变化，生成泵性能指示器。所收集的值的变化指示泵的性能的恶化，并且提供用于预测泵的未来性能的基础，从而允许在泵失效或其性能过度劣化之前更换所述泵。
16.在一些实施例中，输出所述数据的所述步骤包括：接收对所述数据的请求，并响应于所述请求输出所述数据。
17.该请求可以来自泵现场的维修工程师，并且数据可以经由泵上的端口输出，或者它可以是来自远程服务器的请求，并且数据可以通过网络输出到远程服务器。
18.在一些实施例中，所述预定的测试例程包括确定在预定的马达速度下由所述低温泵提供的冷却水平。
19.预定的测试例程是泵以预定方式操作并且测量泵的性能的例程。在一些情况下，测试例程可能包括：低温泵以恒定的预定的马达速度操作，并且在这个马达速度下由低温泵提供的冷却水平可能被测量。在这一点上，低温泵可以具有变速马达，该变速马达将诸如氦气的制冷剂泵送到制冷系统周围。马达的速度影响制冷剂被泵送到系统周围的速度，并因此影响系统可提供的冷却能力。当马达速度被设定为恒定值时，那么在该速度下的冷却能力指示低温泵的当前性能和有效性。因此，以预定的速度运行马达并且确定低温泵然后提供多少冷却是泵的性能的指示器。
20.在一些实施例中，控制所述低温泵执行预定的测试例程的所述步骤包括：控制变速马达，该变速马达控制通过所述低温泵的制冷系统的制冷剂流，以便以预定速度操作；为制冷器的第一级设置第一预定温度，并且为所述制冷器的第二级设置第二预定温度；以及控制与所述制冷器的所述第一和第二级相关联的加热器，以便保持所述第一和第二预定温度；并且确定所述低温泵的性能的所述步骤包括确定施加到所述加热器的保持所述第一和第二预定温度的功率。
21.确定由低温泵提供的冷却水平的一种方式可以是通过设定用于制冷器的第一级和第二级的预定温度，在一些情况下，这些预定温度可以被选择为低温泵的正常操作温度，并且确定用于保持这些温度而由与制冷器的这些级相关联的加热器消耗的功率。低温泵提供的冷却水平是施加到加热器的功率的函数。在这方面，当低温泵的性能随着时间的推移而恶化时，则由泵提供的冷却减少，并且施加到加热器以保持所述温度的功率量也将减少，并且是性能的这种恶化的指示。
22.在一些实施例中，该方法包括接收指示所述预定温度和所述预定马达速度中的至
少一者的输入的另一步骤，所述方法被配置为使用所述接收的所述预定温度和马达速度中的至少一者来执行随后的测试例程。
23.在一些实施例中，维修工程师可能能够更新所述测试的预定温度和/或马达速度，其中可能或许需要改变测试条件以反映低温泵的当前或未来的使用条件。
24.第二方面提供了一种包括计算机可读指令的计算机程序，当由处理器执行所述计算机可读指令时，所述计算机可读指令控制所述处理器执行根据第一方面的方法中的步骤。
25.第三方面提供用于低温泵的控制和诊断电路，所述控制电路被配置成确定何时已经完成再生循环，并且在完成所述再生循环之后控制所述低温泵执行预定的测试例程，用于测试所述低温泵在预定条件下的性能；并且所述诊断电路被配置为：在所述预定的测试例程期间监测所述低温泵的所述性能；以及存储指示从所述监测获得的所述性能的数据。
26.在一些实施例中，所述控制电路被配置成控制所述低温泵在所述再生循环的至少一子集之后周期性地执行所述预定的测试例程。
27.在一些实施例中，所述诊断电路被配置为根据所述收集的数据确定所述泵的性能。
28.在一些实施例中，所述诊断电路被配置为通过将从当前测试例程获得的数据与从先前测试例程获得的数据进行比较来确定所述泵的性能。
29.在一些实施例中，所述诊断电路被配置为输出指示所述泵的性能的数据。
30.在一些实施例中，所述诊断电路被配置为响应于接收到对所述数据的请求而输出所述数据。
31.在一些实施例中，所述预定的测试例程包括确定在预定的马达速度下由所述低温泵提供的冷却水平。
32.在一些实施例中，所述控制电路被配置成通过以下操作控制所述低温泵执行所述预定的测试例程：控制变速马达，该变速马达控制通过所述低温泵的制冷系统的制冷剂流，以便以预定速度操作；为制冷器的第一级设置第一预定温度，并且为所述制冷器的第二级设置第二预定温度；以及控制与所述制冷器的所述第一和第二级相关联的加热器，使得保持所述第一和第二预定温度；并且所述诊断电路被配置成确定施加到所述加热器的保持所述第一和第二预定温度的功率。
33.第四方面提供一种低温泵，所述低温泵包括：制冷器单元；变速马达，用于控制通过所述低温泵的冷却系统的制冷剂流；以及根据第三方面的控制和诊断电路。
34.在一些实施例中，所述制冷器单元包括两级制冷器；并且所述低温泵还包括：用于监测所述制冷器的所述第一级的温度的温度传感器和用于监测所述制冷器的所述第二级的温度的温度传感器；以及用于向所述第一级供应热量的加热器和用于向所述制冷器的所述第二级供应热量的加热器。
35.在一些实施例中，控制电路还被配置为控制泵的再生。
36.由泵执行的再生循环将在与泵相关联的控制电路的控制下，并且该相同的控制电路可以用于控制测试例程的执行。
37.在所附的独立和从属权利要求中阐述了进一步的特定和优选方面。从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征适当地组合，并且可以以除了在权利要求中明确阐述的
那些组合之外的组合进行组合。
38.在设备特征被描述为可操作以提供功能的情况下，将理解，这包括提供该功能或者被适配或配置成提供该功能的设备特征。
附图说明
39.现在将参考附图进一步描述本发明的实施例，在附图中：
40.图1示出了根据实施例的低温泵以及控制和诊断电路；以及
41.图2示出了说明根据实施例的方法中的步骤的流程图。
具体实施方式
42.在任何更详细地讨论实施例之前，首先将提供概述。
43.实施例提供了基于软件的功能，其能够帮助确定泵在客户的操作环境中执行的能力。基于软件的功能控制所述泵以在再生循环之后执行诊断测试，并且在周期性诊断测试期间收集的信息可以被维修工程师获得以帮助确定泵的当前制冷容量。
44.在一些实施例中，低温泵包括变速马达，并且被配置成在包括72rpm的数个操作的rpm和包括65k、13.5k的数个操作的第一和第二级温度下操作。在测试例程期间，泵可以被控制成在此固定的操作状态下操作(第一和第二级温度通常为65k、13.5k并且马达为72rpm)，且将存在施加到加热器的加热器功率的所得量，其可被测量为最大量或实际瓦特的百分比。这些功率测量值是可用制冷容量的指示器，并且因此是低温泵的性能的指示器。
45.在一些实施例中，将利用测试例程来测试新的泵，并且将结果与在客户工具上的每次再生之后执行的后续测试例程的结果进行比较。来自生产测试和第一次再生的结果将被用作基线，以在每次冷却之后监测泵的性能，从而保持性能的运行趋势线。
46.低温泵将以通常的方式再生，并且然后在设定例程的“冷却”阶段内，它可以通过执行测试例程被“健康检查”。
47.该过程可以通过由模块施加的以瓦特计算的热负荷来执行，以在马达/再生器的设定rpm下保持预定温度，例如为65k的第一级和为13.5k的第二级。
48.在一些实施例中，控制电路还将提供选项以允许维修工程师通过向模块发送特殊命令来利用他们选择的参数运行诊断健康检查。
49.再生是用位于第一和第二级上的电加热器使低温板表面升温的过程。n2气体被用来稀释h2气体，h2气体被泵入到植入泵(implantpump)上的第二级的活性炭中。然后，在升高的温度下(例如310k，并且在某些情况下高达330k)使用粗/吹扫过程来清洗低温泵级，以便将捕获的气体从减压阀释放到气体洗涤器。
50.然后低温泵被冷却到设定温度(在一个示例中是290k)并且被抽空到设定的真空(例如～50微米)，然后为了检查抽空的有效性，进行上升速率试验ror直到它已经通过例如为10微米每分钟的预定值。
51.在ror通过之后，马达被启动并且低温泵冷却到基础温度(在一些示例中，诸如植入泵，基础温度是65k/13.5k)，并且在执行健康检查之后，低温泵准备好由用户使用并且低温泵是“再生完成”的。
52.低温泵在一些实施例中使用马达的在30与144rpm之间的任何速度的可变速度来
驱动气缸内的再生器以利用氦膨胀来冷却制冷器的双“级”。
53.再生器的每分钟转数对制冷器在设定的温度可以保持的冷却功率或瓦特的量具有直接影响。
54.再生被描述为泵经历设定例程以升温、吹扫和抽空所述泵，使得泵可被冷却到操作温度，再生完成向客户发出其准备好用于使用的信号。
55.在再生之后，并且每当维修工程师访问低温泵模块并命令测试例程时，将运行该测试例程。性能能力将与先前的测试相比较，以便在维修工程师的帮助下预测低温泵/系统的性能。
56.性能、可靠性和安全性对于泵的用户是至关重要的，因此能够预测意外事件是最重要的。
57.健康检查例程被设计成查看泵的性能随时间的变化并帮助维修工程师识别该性能的可能劣化。
58.这允许维修工程师访问客户以诊断系统的可能问题，从而减轻该问题。这可能涉及在系统或泵/压缩机或附件中断客户过程之前维护系统或移除/修理泵/压缩机或附件，并且从而减少系统工具停机时间。
59.在测试例程期间收集的数据被存储在与泵相关联的数据存储器中，并且可以由维修工程师从数据存储器中取出或被发送到远程服务器，该远程服务器响应于从请求所述数据的远程服务器接收的信号来分析数据。可以分析该数据以确定当前性能以及泵的性能随时间的变化。
60.图1示出了根据实施例的低温泵5。低温泵5由制冷单元16冷却，该制冷单元由控制和诊断电路14控制。制冷单元16包括延伸进入低温泵容器的指形冷冻器(冷指，cold finger)，并包括冷却所述容器的内表面的第一级和横跨入口7布置的前面阵列(未示出)，以及将低温板10冷却到比第一级温度更冷的温度的第二级。制冷器包括驱动制冷剂的变速马达17，在这种情况下，制冷剂是围绕制冷系统的氦。
61.存在加热器18a和18b，它们分别与第一和第二级制冷器相关联，并且这些加热器可以用于在低温泵的再生和测试期间提供热量。
62.低温泵5用于将真空室抽至高真空。该真空室可以用于例如半导体加工，诸如芯片制造。低温泵是捕集泵，其中通过使进入低温泵的气体分子凝结或吸附在低温泵的冷却表面上来捕集所述气体分子。这意味着低温泵将需要定期地再生以除去捕获的冷凝气体。
63.控制电路14控制低温泵的操作，并且在低温泵的再生期间将控制再生循环。在再生循环期间，低温泵通常通过闸阀与真空室隔离，并且加热器18a、18b用于增加低温泵的温度，同时输入吹扫气体以除去任何蒸发的分子。当泵中的冷凝物质上升到其中泵停止有效操作的值以上时，周期性地执行该再生。
64.除了控制再生循环之外，控制和诊断电路14可以被配置成当低温泵的状态是已知的时候，在完成再生循环之后执行测试例程。该测试例程用于确定泵的健康或性能，并允许监测泵的性能的劣化，并在发生泵的失效之前预测泵的失效。泵的意外失效可能非常昂贵，特别是在泵用于芯片制造的情况下，并且因此，提前预测失效并允许在泵失效之前对泵进行交换具有许多优点。
65.当制冷单元16中的马达以恒定的速度操作时，测试例程被用来确定低温泵5的当
前冷却能力。制冷单元16内的马达将制冷剂(在这种情况下为氦)送到制冷系统周围，并且通常是变速马达，其允许改变泵的容量以及冷却功率。在测试例程期间，泵的速度被设定为预定值，并且温度传感器12a和12b被用于确定第一和第二级制冷器的温度并将信号传输到电路14。电路14控制与第一和第二级制冷器相关联的加热器18a和18b，使得第一和第二级制冷器的温度保持在某些预定值。这些数值可以作为低温泵的正常操作温度而被选择。加热器保持这个温度所需要的功率量是低温泵5的冷却功率的指示，并且可以被存储在数据存储器13中。然后，维修工程师可以访问这个数据存储器，并确定当前性能以及性能的任何变化以及低温泵的性能随时间的变化率。
66.在一些实施例中，还提供输入/输出端口19，其可以被用来输出低温泵的当前性能给操作者。这可以作为指示器被输出，该指示器可以由泵的操作者访问。该指示器可以是指示泵的当前性能的数值，其可以与最佳性能的百分比相关，或者其可以简单地是颜色，所述颜色指示性能当前是好还是不是那么好。在一些情况下，它可以包含应当联系维修工程师的指示。在其它情况下，数据可以经由发送器输出到所配置的远程服务器。这可以响应于从远程服务器接收到对数据的请求而发生。远程服务器可以是被配置为分析从多个泵接收的数据并根据该数据监测多个泵的性能以及性能的任何变化的服务器。
67.在一些实施例中，输入/输出端口19也可以用于接收由维修工程师输入的值，该值指示将在测试例程中使用的马达速度和/或第一和第二级温度。这允许这些值根据需要被更新。在这方面，根据泵的操作条件，不同的温度和/或马达速度可能更适合于泵的测试。
68.图2示出了根据实施例的说明监测泵的性能或健康的方法中的步骤的流程图。最初在步骤d5，确定再生循环是否已经完成。
69.当确定其已经完成时，在步骤s10启动测试例程。在这方面，在一些实施例中，代替在每个再生循环之后执行s10，可仅在完成一定数量的再生循环之后启动测试例程。在这种情况下，可以存在中间步骤来确定计数器是否已经计数达到该特定数量，在每个再生循环已经完成之后，计数器递增。
70.一旦测试例程已经启动，那么在步骤s20处，马达的速度被设定到预定的数值并且低温泵的冷却开始。在步骤s30中将第一和第二级的温度设定为预定值。马达的预定温度和速度可以是控制/诊断电路中的设定值，和/或它们可以是可响应于维修工程师的输入而被更新的值。在步骤s40中，加热器被控制以将第一和第二级制冷器的温度保持在期望的预定温度。加热器为保持所述温度而消耗的功率是低温泵的当前性能的指示，并且因此，在步骤s50中，施加到加热器并由加热器消耗的功率被确定，并且该值在步骤s60中被存储作为泵的性能的指示。该值可以与再生循环的指示一起被存储，在再生循环的该指示之后执行从其导出该值的测试例程。
71.在s70，当前功率可以与先前的值比较以确定泵的性能的变化和/或变化率。这与实际确定的功率值一起可以用于确定当前的泵性能。在一些实施例中，当前性能的指示器可在步骤s80被输出。现在完成泵的再生循环和测试，并且恢复正常操作。然后，诊断电路继续在步骤d15确定下一再生循环何时开始，并且当下一再生循环已经开始时，在其可在s10再次启动测试例程之前等待直到所述循环已经完成。
72.尽管在本文参考附图详细公开了本发明的说明性实施例，但是应当理解，本发明不限于精确的实施例，并且本领域技术人员可以在其中实现各种改变和修改，而不脱离由
所附权利要求及其等同物限定的本发明的范围。
73.附图标记
74.5低温泵
75.7入口
76.10低温板
77.12a、12b温度传感器
78.13数据存储器
79.14控制和诊断电路
80.16制冷器单元
81.17变速马达
82.18a、18b加热器
83.19输入/输出端口

技术特征：
1.一种监测低温泵的性能的方法，所述方法包括：在完成再生循环之后，控制所述低温泵执行预定的测试例程，以便在预定的条件下测试所述低温泵的性能；在所述预定的测试例程期间监测所述低温泵，以收集指示所述低温泵的所述性能的数据；存储在所述监测期间收集的指示所述性能的所述数据。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法控制所述低温泵在所述再生循环的至少一子集之后周期性地执行所述预定的测试例程。3.根据权利要求1或2所述的方法，包括：根据所述收集的数据确定所述泵的所述性能的另一步骤。4.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述泵的所述性能的所述步骤包括：将从当前测试例程获得的数据与从先前测试例程获得的数据进行比较。5.根据任何前述权利要求所述的方法，所述方法包括：输出指示所述泵性能的数据的另一步骤。6.根据权利要求5所述的方法，其中输出所述数据的所述步骤包括：接收对所述数据的请求，并响应于所述请求输出所述数据。7.根据任何前述权利要求所述的方法，其中所述预定的测试例程包括：确定在预定的马达速度下由所述低温泵提供的冷却水平。8.根据任何前述权利要求所述的方法，其中控制所述低温泵执行预定的测试例程的所述步骤包括：控制变速马达，所述变速马达控制通过所述低温泵的制冷系统的制冷剂流，以便以预定速度操作；为制冷器的第一级设置第一预定温度，并且为所述制冷器的第二级设置第二预定温度；以及控制与所述制冷器的所述第一级和第二级相关联的加热器，使得保持所述第一预定温度和第二预定温度；以及确定所述低温泵的性能的所述步骤包括：确定施加到所述加热器的保持所述第一预定温度和第二预定温度的功率。9.一种包括计算机可读指令的计算机程序，所述计算机可读指令在由处理器执行时控制所述处理器执行根据任何前述权利要求所述的方法中的步骤。10.一种用于低温泵的控制和诊断电路，所述控制电路被配置成确定何时已经完成再生循环，并且在完成所述再生循环之后控制所述低温泵执行预定的测试例程，以用于测试所述低温泵在预定条件下的性能；以及所述诊断电路被配置为：在所述预定的测试例程期间监测所述低温泵的所述性能；以及存储从所述监测获得的指示所述性能的数据。11.根据权利要求10所述的控制和诊断电路，所述控制电路被配置为控制所述低温泵在所述再生循环的至少一子集之后周期性地执行所述预定的测试例程。12.根据权利要求10或11所述的控制和诊断电路，所述诊断电路被配置为根据所述收
集的数据确定所述泵的性能。13.根据权利要求12所述的控制和诊断电路，其中所述诊断电路被配置为通过将从当前测试例程获得的数据与从先前测试例程获得的数据进行比较来确定所述泵的性能。14.根据权利要求10至13中任一项所述的控制和诊断电路，所述诊断电路被配置为输出指示所述泵性能的数据。15.根据权利要求14所述的控制和诊断电路，所述诊断电路被配置为响应于接收到对所述数据的请求而输出所述数据。16.根据权利要求10至15中任一项所述的控制和诊断电路，其中，所述预定的测试例程包括确定由所述低温泵以预定马达速度提供的冷却水平。17.根据权利要求10至16中任一项所述的控制和诊断电路，其中，所述控制电路被配置为通过以下操作来控制所述低温泵执行所述预定的测试例程：控制变速马达，所述变速马达控制通过所述低温泵的制冷系统的制冷剂流，以便以预定速度操作；为制冷器的第一级设置第一预定温度，并且为所述制冷器的第二级设置第二预定温度；以及控制与所述制冷器的所述第一级和第二级相关联的加热器，使得保持所述第一预定温度和第二预定温度；以及所述诊断电路被配置为确定施加到所述加热器的保持所述第一预定温度和第二预定温度的功率。18.一种低温泵，包括：制冷器单元；变速马达，用于控制通过所述低温泵的冷却系统的制冷剂流；以及根据权利要求10至17中任一项所述的控制和诊断电路。19.根据权利要求18的低温泵，其中所述制冷器单元包括两级制冷器；并且所述低温泵还包括：用于监测所述制冷器的第一级的温度的温度传感器和用于监测所述制冷器的第二级的温度的温度传感器；以及用于向所述第一级供应热量的加热器以及用于向所述第二级制冷器供应热量的加热器。

技术总结
公开了监测低温泵(5)的性能的方法、用于监测性能的电路(14)以及低温泵(5)。该方法包括：在完成再生循环之后，控制所述低温泵(5)执行预定的测试例程，以便在预定的条件下测试所述低温泵(5)的性能；在所述预定的测试例程期间监测所述低温泵，以收集指示所述低温泵(5)的所述性能的数据；存储在所述监测期间收集的数据。数据。数据。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：爱德华兹真空泵有限责任公司
技术研发日：2021.11.17
技术公布日：2023/7/26