特開 2023-125364 真空排気システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023125364

(43)【公開日】2023-09-07

(54)【発明の名称】真空排気システム

(51)【国際特許分類】

   F04D 19/04 20060101AFI20230831BHJP

   F04D 25/16 20060101ALI20230831BHJP

【ＦＩ】

F04D19/04 Z

F04D25/16

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022029407

(22)【出願日】2022-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】508275939

【氏名又は名称】エドワーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100156867

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 欣浩

(74)【代理人】

【識別番号】100143786

【弁理士】

【氏名又は名称】根岸 宏子

(72)【発明者】

【氏名】橋本 正幸

(72)【発明者】

【氏名】大立 好伸

(72)【発明者】

【氏名】前島 靖

(72)【発明者】

【氏名】高阿田 勉

【テーマコード（参考）】

3H130

3H131

【Ｆターム（参考）】

3H130AA12

3H130AB28

3H130AB52

3H130AB63

3H130AB66

3H130AB68

3H130AB69

3H130AC20

3H130BA97Z

3H130DF01Z

3H130DG01Z

3H130DJ06Z

3H130EA07J

3H130EA07Z

3H131AA02

3H131BA03

3H131CA37

(57)【要約】

【課題】プロセスガス由来の生成物がターボ分子ポンプ内に堆積しにくくなり、また設備の設置に要するスペースを有効に活用することができる真空排気システムを提案する。
【解決手段】真空排気システム２００は、複数段の回転翼１０２と複数段の固定翼１２３との相互作用によってガス分子を排気口１３３から排気するターボ分子ポンプ機構を備える一方、ネジ溝ポンプ機構を持たない複数のターボ分子ポンプ１００と、排気口１３３のそれぞれが接続された統合配管部２０６を有する排気配管２０４と、排気配管２０４に接続されて統合配管部２０６を介してガス分子を排気するバックポンプ２０３と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数段の回転翼と複数段の固定翼との相互作用によってガス分子を排気口から排気するターボ分子ポンプ機構を備える一方、ネジ溝ポンプ機構を持たない複数のターボ分子ポンプと、
前記排気口のそれぞれが接続された統合配管部を有する排気配管と、
前記排気配管に接続されて前記統合配管部を介して前記ガス分子を排気するバックポンプと、を備えることを特徴とする真空排気システム。

【請求項2】

前記排気配管における前記統合配管部から前記バックポンプまでの間に、当該バックポンプの排気性能を補助するブースターポンプが接続され、
前記ブースターポンプの数は、前記ターボ分子ポンプの数よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の真空排気システム。

【請求項3】

前記ブースターポンプは、前記ターボ分子ポンプに対して横並びに配置され、
前記統合配管部は、前記ターボ分子ポンプの直下を避けた位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の真空排気システム。

【請求項4】

前記排気配管における前記統合配管部から前記バックポンプまでの間に、当該バックポンプの排気性能を補助するバックアップ用ブースターポンプが更に接続されることを特徴とする請求項２又は３に記載の真空排気システム。

【請求項5】

前記排気配管に、前記統合配管部を介して前記ガス分子を排気するバックアップ用バックポンプが更に接続されることを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の真空排気システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空排気システムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造におけるウエハ面に薄膜を形成する表面処理においては、エッチングやＡＬＤ(Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、原子層堆積技術)、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、化学気相成長技術）等が用いられる。

【0003】

半導体製造等のエッチングは通常、チャンバ内に基板を載置してチャンバを真空雰囲気にした状態で行われることから、半導体製造工程においてはチャンバに接続される真空排気システムが必要である。真空排気システムは、チャンバに接続される排気配管の他、排気配管に接続されてチャンバ内を真空引きするバックポンプ（ドライ真空ポンプ）やブースターポンプ（メカニカルブースターポンプ）、ターボ分子ポンプ等の真空排気装置を含んで構成される。

【0004】

ターボ分子ポンプは、特許文献１に示されているように、排気上流側において複数段の回転翼と複数段の固定翼により構成されるターボ分子ポンプ機構と、排気下流側に設けられるネジ溝ポンプ機構で構成される。

【0005】

ここで、図８を参照しながら建物に設けられた真空排気システムの一実施形態について説明する。図示したように建物に真空排気システム５００を設けるにあたっては、例えば上層フロアＵＦにクリーンルームＣＲを設け、このクリーンルームＣＲ内に薄膜を形成するチャンバ５０１Ａ、５０１Ｂ、５０１Ｃ・・・とターボ分子ポンプ５０２Ａ、５０２Ｂ、５０２Ｃ・・・を設置する。図示したようにターボ分子ポンプ５０２Ａ・・・に接続されるブースターポンプ５０３Ａ、５０３Ｂ、５０３Ｃ・・・とバックポンプ５０４Ａ、５０４Ｂ、５０４Ｃ・・・は、クリーンルームＣＲ外の下層フロアＬＦに設置することが一般的である。なお、ブースターポンプ５０３Ａ・・・は、クリーンルームＣＲ内に設置することもある。ここでチャンバ５０１Ａ・・・、ターボ分子ポンプ５０２Ａ・・・、ブースターポンプ５０３Ａ・・・、バックポンプ５０４Ａ・・・は、排気配管５０５Ａ・・・で接続されている。またチャンバ５０１Ａ・・・、ブースターポンプ５０３Ａ・・・、バックポンプ５０４Ａ・・・は、排気配管５０５Ａ・・・とは別に、粗引き用配管５０６Ａ・・・で接続されている。なお排気配管５０５Ａ・・・と粗引き用配管５０６Ａ・・・の途中には、バルブ（第一バルブ５０７Ａ、５０７Ｂ、５０７Ｃ・・・、第二バルブ５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ・・・、第三バルブ５０９Ａ、５０９Ｂ、５０９Ｃ・・・、第四バルブ５１０Ａ、５１０Ｂ、５１０Ｃ・・・）が設けられている。

【0006】

このような配置で真空排気システム５００を設置しているのは、薄膜を形成する際には高いクリーン度が求められ、これを実現するにはクリーンルームの設備費及び維持費が高額になるため、クリーンルームの面積を必要最小限に抑えてコスト削減を図るためのである。またブースターポンプ５０３Ａ・・・とバックポンプ５０４Ａ・・・をチャンバ５０１Ａ・・・等の直下に配置しているのは、排気配管５０５Ａ・・・や粗引き用配管５０６Ａ・・・の長さを短くしてコンダクタンスをできるだけ大きくするためである。

【0007】

なお半導体等を製造するための設備は、設置スペースをできるだけ減らすとともに同一のスペースに多くの設備が設置できるようにするため、特許文献２に示されているように密集した状態で据え付けられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１３－０７９６０２号公報

【特許文献2】特開２０１７－０７９３２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところでプロセスガスを排気すると、ガスの温度及び圧力が下がって気体の状態から昇華し、固体となった生成物がターボ分子ポンプ内に堆積することによってポンプ流路を狭め、ターボ分子ポンプの性能を低下させることがある。このような現象は、特にポンプ流路の狭いネジ溝ポンプ機構で生じやすくなっている。このため特許文献１に示されているように、ポンプ本体を加熱する加熱装置とポンプ本体を冷却する冷却装置を制御して、生成物が析出しにくい状態にすることが行われている。しかし、このような制御を行えるように構成する場合はコスト高になる。また、最近の半導体製造においてはプロセスガスの流量が増えているため、これらの機構を用いても生成物が堆積しやすい状況にある。

【0010】

また半導体等の製造設備は、特許文献２のように密集した状態で設置されているものの、更なるコストの削減と生産効率の向上のためには、設置スペースの有効活用を一段と図る必要がある。

【0011】

このような点に鑑み、本発明は、従来使用していた加熱装置や冷却装置を使用せずともプロセスガス由来の生成物がターボ分子ポンプ内に堆積しにくくなり、また製造設備の設置に要するスペースを有効に活用す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。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の真空排気システムは、複数段の回転翼と複数段の固定翼との相互作用によってガス分子を排気口から排気するターボ分子ポンプ機構を備える一方、ネジ溝ポンプ機構を持たない複数のターボ分子ポンプと、前記排気口のそれぞれが接続された統合配管部を有する排気配管と、前記排気配管に接続されて前記統合配管部を介して前記ガス分子を排気するバックポンプと、を備えることを特徴とする。

【0013】

このような真空排気システムにおいて、前記排気配管における前記統合配管部から前記バックポンプまでの間に、当該バックポンプの排気性能を補助するブースターポンプが接続され、前記ブースターポンプの数は、前記ターボ分子ポンプの数よりも少ないことが好ましい。

【0014】

また前記ブースターポンプは、前記ターボ分子ポンプに対して横並びに配置され、前記統合配管部は、前記ターボ分子ポンプの直下を避けた位置に配置されることが好ましい。

【0015】

そして前記排気配管における前記統合配管部から前記バックポンプまでの間に、当該バックポンプの排気性能を補助するバックアップ用ブースターポンプが更に接続されることが好ましい。

【0016】

また前記排気配管に、前記統合配管部を介して前記ガス分子を排気するバックアップ用バックポンプが更に接続されることが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明の真空排気システムにおいて、ターボ分子ポンプはネジ溝ポンプ機構を備えていないため、生成物がポンプ内で堆積しにくくなる。なおネジ溝ポンプ機構を省略したことによるターボ分子ポンプの排気性能の低下は、バックポンプにより補うことができる。また従来の排気配管は、各チャンバに対してターボ分子ポンプとバックポンプをそれぞれ接続していて、チャンバの数とターボ分子ポンプ及びバックポンプの数が同数であったが、本真空排気システムの排気配管は、複数のターボ分子ポンプのそれぞれが接続された統合配管部を有していて、バックポンプによる排気は統合配管部を介して行うように構成しているため、バックポンプの数を減らすことができる。従って、従来、バックポンプの設置に要していたスペースをあけることができ、製造設備の設置に要するスペースを有効に活用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係る真空排気システムに含まれる真空ポンプの一実施形態を概略的に示した縦断面図である。

【図2】図１に示した真空ポンプのアンプ回路の回路図である。

【図3】電流指令値が検出値より大きい場合の制御を示すタイムチャートである。

【図4】電流指令値が検出値より小さい場合の制御を示すタイムチャートである。

【図5】本発明に係る真空排気システムの一実施形態を概略的に示した図である。

【図6】図５に示した真空排気システムの統合配管部周辺を概略的に示した図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。

【図7】図５に示した真空排気システムの変形例を示した図である。

【図8】従来の真空排気システムを概略的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しながら本発明に係る真空排気システムの一実施形態について説明する。まず、この真空排気システムに含まれるターボ分子ポンプについて、図１～図４を参照しながら説明する。

【0020】

このターボ分子ポンプ１００の縦断面図を図１に示す。図１において、ターボ分子ポンプ１００には、中心軸ＣＡに沿って延在する円筒状の外筒１２７の上端に吸気口１０１が備えられている。そして、外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードである複数の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）を周部に放射状かつ多段に形成した回転体１０３が備えられている。この回転体１０３の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、例えば５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。回転体１０３は、一般的に、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属によって構成されている。

【0021】

上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石がＸ軸とＹ軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石１０４に近接して、かつ上側径方向電磁石１０４のそれぞれに対応して４個の上側径方向センサ１０７が備えられている。上側径方向センサ１０７は、例えば伝導巻線を有するインダクタンスセンサや渦電流センサなどが用いられ、ロータ軸１１３の位置に応じて変化するこの伝導巻線のインダクタンスの変化に基づいてロータ軸１１３の位置を検出する。この上側径方向センサ１０７はロータ軸１１３、すなわちそれに固定された回転体１０３の径方向変位を検出し、不図示の制御装置に送るように構成されている。

【0022】

この制御装置においては、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、上側径方向センサ１０７によって検出された位置信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４の励磁制御指令信号を生成し、図２に示すアンプ回路１５０（後述する）が、この励磁制御指令信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４を励磁制御することで、ロータ軸１１３の上側の径方向位置が調整される。

【0023】

そして、このロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄、ステンレスなど）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。また、下側径方向電磁石１０５及び下側径方向センサ１０８が、上側径方向電磁石１０４及び上側径方向センサ１０７と同様に配置され、ロータ軸１１３の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。

【0024】

さらに、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディスク１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ１０９が備えられ、その軸方向位置信号が制御装置に送られるように構成されている。

【0025】

そして、制御装置において、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、軸方向センサ１０９によって検出された軸方向位置信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂのそれぞれの励磁制御指令信号を生成し、アンプ回路１５０が、これらの励磁制御指令信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂをそれぞれ励磁制御することで、軸方向電磁石１０６Ａが磁力により金属ディスク１１１を上方に吸引し、軸方向電磁石１０６Ｂが金属ディスク１１１を下方に吸引し、ロータ軸１１３の軸方向位置が調整される。

【0026】

このように、制御装置は、この軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。なお、これら上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０については、後述する。

【0027】

一方、モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、制御装置によって制御されている。また、モータ１２１には図示しない例えばホール素子、レゾルバ、エンコーダなどの回転速度センサが組み込まれており、この回転速度センサの検出信号によりロータ軸１１３の回転速度が検出されるようになっている。

【0028】

さらに、例えば下側径方向センサ１０８近傍に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸１１３の回転の位相を検出するようになっている。制御装置では、この位相センサと回転速度センサの検出信号を共に用いて磁極の位置を検出するようになっている。

【0029】

回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）が配設されている。回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）は、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。

【0030】

また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の段と互い違いに配設されている。そして、固定翼１２３の外周端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５（１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・）の間に嵌挿された状態で支持されている。

【0031】

固定翼スペーサ１２５はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。固定翼スペーサ１２５の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒１２７が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設されている。ベース部１２９には、中心軸ＣＡに対して直交するように横向きに開口する排気口１３３が形成され、排気口１３３は、後述する真空排気システムに接続されている。チャンバ（真空チャンバ）側から吸気口１０１に入ってベース部１２９に移送されてきた排気ガスは、排気口１３３へと送られる。

【0032】

ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ１００の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。ベース部１２９はターボ分子ポンプ１００を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。

【0033】

かかる構成において、回転翼１０２がロータ軸１１３と共にモータ１２１により回転駆動されると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気口１０１を通じてチャンバから排気ガスが吸気される。回転翼１０２の回転速度は通常２００００ｒｐｍ～９００００ｒｐｍであり、回転翼１０２の先端での周速度は２００ｍ／ｓ～４００ｍ／ｓに達する。吸気口１０１から吸気された排気ガスは、回転翼１０２と固定翼１２３の間を通り、ベース部１２９へ移送され、排気口１３３から排出される。このとき、排気ガスが回転翼１０２に接触する際に生ずる摩擦熱や、モータ１２１で発生した熱の伝導などにより、回転翼１０２の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子などによる伝導により固定翼１２３側に伝達される。

【0034】

固定翼スペーサ１２５は、外周部で互いに接合しており、固定翼１２３が回転翼１０２から受け取った熱や排気ガスが固定翼１２３に接触する際に生ずる摩擦熱などを外部へと伝達する。

【0035】

ところで従来のターボ分子ポンプは、背圧が高い場合でも運転を行うことができるように、最下段の回転翼１０２と固定翼１２３の下方にネジ溝ポンプ機構が設けられていて、回転翼１０２と固定翼１２３によって吸気口１０１から吸気された排気ガスは、このネジ溝ポンプ機構を経由して、排気口１３３から排出される。一方、本実施形態のターボ分子ポンプ１００は、このようなネジ溝ポンプ機構を設けずに、回転翼１０２と固定翼１２３を含んで構成されるターボ分子ポンプ機構のみでガス分子を排気口１３３から排気するように構成されている。

【0036】

また、ターボ分子ポンプ１００の用途によっては、吸気口１０１から吸引されたガスが上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７、モータ１２１、下側径方向電磁石１０５、下側径方向センサ１０８、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂ、軸方向センサ１０９などで構成される電装部に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム１２２で覆われ、このステータコラム１２２内はパージガスにて所定圧に保たれる場合もある。

【0037】

この場合には、ベース部１２９には図示しない配管が配設され、この配管を通じてパージガスが導入される。導入されたパージガスは、保護ベアリング１２０とロータ軸１１３間、モータ１２１のロータとステータ間、ステータコラム１２２と回転翼１０２の内周側円筒部の間の隙間を通じて排気口１３３へ送出される。

【0038】

ここに、ターボ分子ポンプ１００は、機種の特定と、個々に調整された固有のパラメータ（例えば、機種に対応する諸特性）に基づいた制御を要する。この制御パラメータを格納するために、上記ターボ分子ポンプ１００は、その本体内に電子回路部１４１を備えている。電子回路部１４１は、ＥＥＰ－ＲＯＭ等の半導体メモリ及びそのアクセスのための半導体素子等の電子部品、それらの実装用の基板１４３等から構成される。この電子回路部１４１は、ターボ分子ポンプ１００の下部を構成するベース部１２９の例えば中央付近の図示しない回転速度センサの下部に収容され、気密性の底蓋１４５によって閉じられている。

【0039】

ところで、半導体の製造工程では、チャンバに導入されるプロセスガスの中には、その圧力が所定値よりも高くなり、或いは、その温度が所定値よりも低くなると、固体となる性質を有するものがある。ターボ分子ポンプ１００内部では、排気ガスの圧力は、吸気口１０１で最も低く排気口１３３で最も高い。プロセスガスが吸気口１０１から排気口１３３へ移送される途中で、その圧力が所定値よりも高くなったり、その温度が所定値よりも低くなったりすると、プロセスガスは、固体状となり、ターボ分子ポンプ１００内部に付着して堆積する。

【0040】

例えば、Ａｌエッチング装置にプロセスガスとしてＳｉＣｌ４が使用された場合、低真空（７６０［ｔｏｒｒ］～１０－２［ｔｏｒｒ］）かつ、低温（約２０［℃］）のとき、固体生成物（例えばＡｌＣｌ３）が析出し、ターボ分子ポンプ１００内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。これにより、ターボ分子ポンプ１００内部にプロセスガスの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭め、ターボ分子ポンプ１００の性能を低下させる原因となる。従来のターボ分子ポンプにおいては、圧力が高い排気口の近くに位置するネジ溝ポンプ機構で析出物が堆積しやすく、性能低下につながりやすい状況にあった。

【0041】

そのため、この問題を解決するために、従来はベース部等の外周に図示しないヒータや環状の水冷管を巻着させ、かつ例えばベース部に図示しない温度センサ（例えばサーミスタ）を埋め込み、この温度センサの信号に基づいてベース部の温度を一定の高い温度（設定温度）に保つようにヒータの加熱や水冷管による冷却の制御（以下ＴＭＳという。ＴＭＳ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が行われている。しかし、これらの部材を設けるとコストが嵩むことになる。特に、最近の半導体製造はプロセスガスの流量が増えているため、ＴＭＳ技術を適用した場合でもネジ溝ポンプ機構で析出物が堆積しやすい状況にあった。一方、本実施形態のターボ分子ポンプ１００はネジ溝ポンプ機構を持たないため、ターボ分子ポンプ１００内での析出物の堆積を抑制することができ、またＴＭＳに関する部材を省略してコストを抑えることができる。

【0042】

次に、このように構成されるターボ分子ポンプ１００に関して、その上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０について説明する。このアンプ回路１５０の回路図を図２に示す。

【0043】

図２において、上側径方向電磁石１０４等を構成する電磁石巻線１５１は、その一端がトランジスタ１６１を介して電源１７１の正極１７１ａに接続されており、また、その他端が電流検出回路１８１及びトランジスタ１６２を介して電源１７１の負極１７１ｂに接続されている。そして、トランジスタ１６１、１６２は、いわゆるパワーＭＯＳＦＥＴとなっており、そのソース－ドレイン間にダイオードが接続された構造を有している。

【0044】

このとき、トランジスタ１６１は、そのダイオードのカソード端子１６１ａが正極１７１ａに接続されるとともに、アノード端子１６１ｂが電磁石巻線１５１の一端と接続されるようになっている。また、トランジスタ１６２は、そのダイオードのカソード端子１６２ａが電流検出回路１８１に接続されるとともに、アノード端子１６２ｂが負極１７１ｂと接続されるようになっている。

【0045】

一方、電流回生用のダイオード１６５は、そのカソード端子１６５ａが電磁石巻線１５１の一端に接続されるとともに、そのアノード端子１６５ｂが負極１７１ｂに接続されるようになっている。また、これと同様に、電流回生用のダイオード１６６は、そのカソード端子１６６ａが正極１７１ａに接続されるとともに、そのアノード端子１６６ｂが電流検出回路１８１を介して電磁石巻線１５１の他端に接続されるようになっている。そして、電流検出回路１８１は、例えばホールセンサ式電流センサや電気抵抗素子で構成されている。

【0046】

以上のように構成されるアンプ回路１５０は、一つの電磁石に対応されるものである。そのため、磁気軸受が５軸制御で、電磁石１０４、１０５、１０６Ａ、１０６Ｂが合計１０個ある場合には、電磁石のそれぞれについて同様のアンプ回路１５０が構成され、電源１７１に対して１０個のアンプ回路１５０が並列に接続されるようになっている。

【0047】

さらに、アンプ制御回路１９１は、例えば、制御装置の図示しないディジタル・シグナル・プロセッサ部（以下、ＤＳＰ部という）によって構成され、このアンプ制御回路１９１は、トランジスタ１６１、１６２のｏｎ／ｏｆｆを切り替えるようになっている。

【0048】

アンプ制御回路１９１は、電流検出回路１８１が検出した電流値（この電流値を反映した信号を電流検出信号１９１ｃという）と所定の電流指令値とを比較するようになっている。そして、この比較結果に基づき、ＰＷＭ制御による１周期である制御サイクルＴｓ内に発生させるパルス幅の大きさ（パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２）を決めるようになっている。その結果、このパルス幅を有するゲート駆動信号１９１ａ、１９１ｂを、アンプ制御回路１９１からトランジスタ１６１、１６２のゲート端子に出力するようになっている。

【0049】

なお、回転体１０３の回転速度の加速運転中に共振点を通過する際や定速運転中に外乱が発生した際等に、高速かつ強い力での回転体１０３の位置制御をする必要がある。そのため、電磁石巻線１５１に流れる電流の急激な増加（あるいは減少）ができるように、電源１７１としては、例えば５０Ｖ程度の高電圧が使用されるようになっている。また、電源１７１の正極１７１ａと負極１７１ｂとの間には、電源１７１の安定化のために、通常コンデンサが接続されている（図示略）。

【0050】

かかる構成において、トランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにすると、電磁石巻線１５１に流れる電流（以下、電磁石電流ｉＬという）が増加し、両方をｏｆｆにすると、電磁石電流ｉＬが減少する。

【0051】

また、トランジスタ１６１、１６２の一方をｏｎにし他方をｏｆｆにすると、いわゆるフライホイール電流が保持される。そして、このようにアンプ回路１５０にフライホイール電流を流すことで、アンプ回路１５０におけるヒステリシス損を減少させ、回路全体としての消費電力を低く抑えることができる。また、このようにトランジスタ１６１、１６２を制御することにより、ターボ分子ポンプ１００に生じる高調波等の高周波ノイズを低減することができる。さらに、このフライホイール電流を電流検出回路１８１で測定することで電磁石巻線１５１を流れる電磁石電流ｉＬが検出可能となる。

【0052】

すなわち、検出した電流値が電流指令値より小さい場合には、図３に示すように制御サイクルＴｓ（例えば１００μｓ）中で１回だけ、パルス幅時間Ｔｐ１に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、正極１７１ａから負極１７１ｂへ、トランジスタ１６１、１６２を介して流し得る電流値ｉＬｍａｘ（図示せず）に向かって増加する。

【0053】

一方、検出した電流値が電流指令値より大きい場合には、図４に示すように制御サイクルＴｓ中で１回だけパルス幅時間Ｔｐ２に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｆｆにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、負極１７１ｂから正極１７１ａへ、ダイオード１６５、１６６を介して回生し得る電流値ｉＬｍｉｎ（図示せず）に向かって減少する。

【0054】

そして、いずれの場合にも、パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２の経過後は、トランジスタ１６１、１６２のどちらか１個をｏｎにする。そのため、この期間中は、アンプ回路１５０にフライホイール電流が保持される。

【0055】

次に、上述したターボ分子ポンプ１００を含む真空排気システム２００について、図５を参照しながら説明する。本実施形態の真空排気システム２００は、上層フロアＵＦにクリーンルームＣＲを設け、このクリーンルームＣＲ内に設置される複数のチャンバ２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ・・・と、クリーンルームＣＲ内に設置されるチャンバ２０１Ａ・・・と同数のターボ分子ポンプ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ・・・とを含んで構成されている。また真空排気システム２００は、上層フロアＵＦにおけるクリーンルームＣＲの外側に設置されている１台のブースターポンプ２０２と、クリーンルームＣＲを設けていない下層フロアＬＦに設置されている１台のバックポンプ２０３とを含んで構成されている。

【0056】

なおブースターポンプ２０２は、メカニカルブースターポンプとも称されるものであって、到達真空度は一例として０．０１～１０Ｐａ程度である。またバックポンプ２０３は、ドライ真空ポンプとも称されるものであって、到達真空度は一例として１ｋＰａ程度である。ブースターポンプ２０２は、多くの場合にルーツ型の容積式真空ポンプが採用される。ルーツ型の容積式真空ポンプは、ターボ分子ポンプ（特にネジ溝ポンプ機構）に比べて、回転体のイナーシャが大きく、低速高トルク運転となるので、生成物の堆積に対して性能を維持できるマージンが大きい。またバックポンプ２０３は、多くの場合にルーツ型、クロー型、スクリュー型の容積式ドライ真空ポンプが採用される。これらはターボ分子ポンプ（特にネジ溝ポンプ機構）と比較して、ブースターポンプ２０２と同様に生成物の堆積に対して性能を維持できるマージンが大きい。

【0057】

チャンバ２０１Ａ・・・、ターボ分子ポンプ１００Ａ・・・、ブースターポンプ２０２、バックポンプ２０３は、排気配管２０４で相互に接続されている。またチャンバ２０１Ａ・・・とバックポンプ２０３は、排気配管２０４とは別に、粗引き用配管２０５で相互に接続されている。

【0058】

ここで、排気配管２０４について詳細に説明する。本実施形態の排気配管２０４は、図６に示すように水平方向に延在する統合配管部２０６を備えている。統合配管部２０６における両側面には、統合配管部２０６の長さ方向に間隔をあけて配置される複数の接続口２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃ・・・が設けられている。そしてターボ分子ポンプ１００Ａ・・・は、統合配管部２０６を挟んで両側に、統合配管部２０６が延在する向きに沿って横並び状態（ターボ分子ポンプ１００Ａ・・・同士が高さ方向に重なっていない状態）で設置されていて、ターボ分子ポンプ１００Ａ・・・における排気口１３３Ａ・・・が、接続口２０７Ａ・・・に接続されている。ブースターポンプ２０２は、ターボ分子ポンプ１００Ａ・・・と同階層の上層フロアＵＦにおいて、ターボ分子ポンプ１００Ａ・・・と横並びになるように設置され、統合配管部２０６の一端部に接続されている。なお、統合配管部２０６の一端部とブースターポンプ２０２を直接接続せず、排気配管２０４を構成する配管を介してこれらを接続しても良い。

【0059】

また排気配管２０４は、図５に示すようにチャンバ２０１Ａ・・・とターボ分子ポンプ１００Ａ・・・の間に第一バルブ２０８Ａ・・・を備えている。また排気配管２０４は、ブースターポンプ２０２とバックポンプ２０３の間において、上層フロアＵＦに位置する部分と下層フロアＬＦに位置する部分にそれぞれ第二バルブ２０９と第三バルブ２１０を備えている。

【0060】

粗引き用配管２０５は、図５に示すように排気上流側では複数本に分岐している一方、排気下流側では１本にまとめられている。粗引き用配管２０５における複数本に分岐した部分は、それぞれチャンバ２０１Ａ・・・に接続されていて、また分岐したそれぞれには第四バルブ２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃ・・・が設けられている。そして粗引き用配管２０５における１本にまとめられた部分は、バックポンプ２０３に接続されていて、この１本にまとめられた部分には、第五バルブ２１２が設けられている。

【0061】

上記の真空排気システム２００は、ブースターポンプ２０２とバックポンプ２０３によるターボ分子ポンプ１００Ａ・・・からの排気は統合配管部２０６を介して行うように構成されていて、図８に示した従来の真空排気システム５００のようにチャンバ毎にブースターポンプとバックポンプを設ける必要がないため、ブースターポンプ２０２とバックポンプ２０３の数を減らすことができる。従って、従来の真空排気システム５００においてブースターポンプとバックポンプの設置に要していたスペースをあけることができるため、真空排気システム２００を設ける建物内のスペースを有効に活用することができる。また従来の真空排気システム５００は、ターボ分子ポンプ５０２Ａ・・・とブースターポンプ５０３Ａ・・・を接続するために複数本の排気配管５０５Ａ・・・が必要であったが、本実施形態の真空排気システム２００では、１本の統合配管部２０６にまとめられているため、この点でも従来に比してスペースをあけることができる。そして横並びに配置したターボ分子ポンプ１００Ａ・・・とブースターポンプ２０２を統合配管部２０６によって接続することによってこれらをつなぐ配管長が短くなるため、コンダクタンスの低下を抑制することができる。また統合配管部２０６をターボ分子ポンプ１００Ａ・・・の直下に配置すると、その分、ターボ分子ポンプ１００Ａ・・・を嵩上げしなければならなくなってチャンバ２０１Ａ・・・等の高さも高くなってしまうが、本実施形態のようにターボ分子ポンプ１００Ａ・・・の直下を避けた位置に統合配管部２０６を配置することにより、高さを抑えることができる。

【0062】

なお、本実施形態の真空排気システム２００によってチャンバ２０１Ａ・・・を真空雰囲気にするには、まず第四バルブ２１１Ａ・・・と第五バルブ２１２を開くとともにバックポンプ２０３を駆動させて、粗引き用配管２０５を通じて大気圧下のチャンバ２０１Ａ・・・の減圧を行う。そして所定の圧力までチャンバ２０１Ａ・・・内が減圧された後は、第四バルブ２１１Ａ・・・と第五バルブ２１２を閉じるとともに第一バルブ２０８Ａ・・・、第二バルブ２０９、及び第三バルブ２１０を開き、更にターボ分子ポンプ１００Ａ・・・、ブースターポンプ２０２、及びバックポンプ２０３を駆動させることにより、チャンバ２０１Ａ・・・を意図した真空雰囲気にすることができる。なお、本実施形態のターボ分子ポンプ１００Ａ・・・は、上述したようにネジ溝ポンプ機構を備えていないものの、ネジ溝ポンプ機構を省略したことによるターボ分子ポンプ１００Ａの排気性能の低下は、ブースターポンプ２０２とバックポンプ２０３で補うことができる。

【0063】

上述した真空排気システム２００は、図７に示した真空排気システム２５０のように構成してもよい。本実施形態の真空排気システム２５０は、真空排気システム２００に対して更にバックアップ用ブースターポンプ２５１とバックアップ用バックポンプ２５２を備えている。バックアップ用ブースターポンプ２５１は、ブースターポンプ２０２と同階層の上層フロアＵＦであってクリーンルームＣＲ外に設置され、バックアップ用バックポンプ２５２は、バックポンプ２０３と同階層の下層フロアＬＦに設置されている。またバックアップ用ブースターポンプ２５１は、第六バルブ２５３を介して統合配管部２０６に接続されるとともに、排気配管２０４におけるブースターポンプ２０２よりも排気下流側に対して第七バルブ２５４を介して接続される。そしてバックアップ用バックポンプ２５２は、第八バルブ２５５を介して排気配管２０４に接続されるとともに、第九バルブ２５６を介して粗引き用配管２０５に接続される。

【0064】

このような真空排気システム２５０によれば、ブースターポンプ２０２の動作不良が生じたときは、ブースターポンプ２０２を停止させるとともに第六バルブ２５３と第七バルブ２５４を開いてバックアップ用ブースターポンプ２５１を駆動させることにより、長時間の停止を伴うことなく真空排気システム２５０としての運転を続けることができる。そしてバックポンプ２０３の動作不良が生じた際、粗引き用配管２０５での減圧を行う場合は、バックポンプ２０３を停止させるとともに第五バルブ２１２を閉じ、更に第九バルブ２５６を開いてバックアップ用バックポンプ２５２を駆動する。また排気配管２０４での減圧を行う場合はバックポンプ２０３を停止させるとともに第八バルブ２５５を開いてバックアップ用バックポンプ２５２を駆動させる。このような手順を実行することにより、バックポンプ２０３の動作不良が生じた場合にも長時間の停止を伴うことなく真空排気システム２５０としての運転を続けることができる。

【0065】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、上記の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更、組み合わせが可能である。また、上記の実施形態における効果は、本発明から生じる効果を例示したに過ぎず、本発明による効果が上記の効果に限定されることを意味するものではない。

【0066】

例えば真空排気システム２００、２５０に設けたブースターポンプ２０２は、バックポンプ２０３の排気性能を補うものである。従って、排気配管５０５のコンダクタンスに応じて任意に設ければよく、バックポンプ２０３のみでも十分に排気できる場合は、ブースターポンプ２０２は省略してもよい。また、真空排気システム２００、２５０に用いられるブースターポンプ２０２の台数は、ターボ分子ポンプ１００の台数よりも少なければよく、上述した１台に限られず複数台でもよい。

【符号の説明】

【0067】

１００：ターボ分子ポンプ
１０２：回転翼
１２３：固定翼
１３３：排気口
２００、２５０：真空排気システム
２０２：ブースターポンプ
２０３：バックポンプ
２０４：排気配管
２０６：統合配管部
２５１：バックアップ用ブースターポンプ
２５２：バックアップ用バックポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】