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(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】P2024142181
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】真空ポンプ、制御装置及び昇温時間制御方法
(51)【国際特許分類】
F04D 19/04 20060101AFI20241003BHJP
【ＦＩ】
F04D19/04 H
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023054227
(22)【出願日】2023-03-29
(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】100105201
【弁理士】
【氏名又は名称】椎名 正利
(72)【発明者】
【氏名】本間 隆太郎
(72)【発明者】
【氏名】坂口 祐幸
【テーマコード（参考）】
3H131
【Ｆターム（参考）】
3H131AA02
3H131BA11
3H131BA15
3H131CA35
(57)【要約】
【課題】加熱に伴う高温から基板の保護をしつつ、ポンプの昇温時間の短縮を図れる真空ポンプ、制御装置及び昇温時間制御方法を提供する。
【解決手段】ヒータ１の近くに配設された温度センサ３から温度情報が検出され、制御装置２００に入力される。制御装置２００の昇温状態判定部では、ステップ１で昇温状態の判定が開始される。ステップ３では、入力された温度情報が定格温度と比較される。この定格温度はポンプの機種や仕様によっても異なるが、生成物堆積防止に必要な目標温度として定義される。そして、ステップ５に示すように、入力されたすべての温度情報が定格温度よりも高くなったときに昇温後モードと判断され、ステップ９でこの処理が完了する。一方、ステップ７に示すように、定格温度よりも低い状態のときには昇温中モードと判断され、ステップ９でこの処理が完了する。その後は、周期的にステップ１～ステップ９の動作は繰り返される。
【選択図】図５
【解決手段】ヒータ１の近くに配設された温度センサ３から温度情報が検出され、制御装置２００に入力される。制御装置２００の昇温状態判定部では、ステップ１で昇温状態の判定が開始される。ステップ３では、入力された温度情報が定格温度と比較される。この定格温度はポンプの機種や仕様によっても異なるが、生成物堆積防止に必要な目標温度として定義される。そして、ステップ５に示すように、入力されたすべての温度情報が定格温度よりも高くなったときに昇温後モードと判断され、ステップ９でこの処理が完了する。一方、ステップ７に示すように、定格温度よりも低い状態のときには昇温中モードと判断され、ステップ９でこの処理が完了する。その後は、周期的にステップ１～ステップ９の動作は繰り返される。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
堆積物の生成を防止するために少なくとも一箇所にヒータの配設された加熱部と、
電装部内が高温になるのを防止するため冷却機構の配設されたベース部と、
該ベース部の温度を計測するベース部温度計測手段と、
前記冷却機構による冷却を行うか否かを制御する水冷バルブと、
前記ヒータのすべての温度が予め設定された設定温度を超えているか否かにより、昇温後であるか、昇温中であるかを判断する温度判断手段とを備え、
該温度判断手段による判断結果と前記ベース部温度計測手段で計測された温度に基づき、前記水冷バルブが制御されることを特徴とする真空ポンプ。
電装部内が高温になるのを防止するため冷却機構の配設されたベース部と、
該ベース部の温度を計測するベース部温度計測手段と、
前記冷却機構による冷却を行うか否かを制御する水冷バルブと、
前記ヒータのすべての温度が予め設定された設定温度を超えているか否かにより、昇温後であるか、昇温中であるかを判断する温度判断手段とを備え、
該温度判断手段による判断結果と前記ベース部温度計測手段で計測された温度に基づき、前記水冷バルブが制御されることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項2】
前記温度判断手段で昇温中と判断され、前記ベース部温度計測手段で計測された温度が冷却用温度下限値以下のときに前記冷却機構による冷却が行われないことを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項3】
前記ベース部温度計測手段で計測された温度が冷却用温度上限値以上のときに前記冷却機構による冷却が行われることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空ポンプ。
【請求項4】
前記冷却用温度上限値が前記電装部内に配設された基板保護の可能な限界温度値若しくは該限界温度値に対して所定の余裕を持たせた温度値に設定されたことを特徴とする請求項３記載の真空ポンプ。
【請求項5】
前記温度判断手段で昇温後と判断されたときに、前記冷却機構による冷却が行われることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空ポンプ。
【請求項6】
前記加熱部の温度を計測する加熱部温度計測手段を備え、
前記設定温度は、加熱用温度下限値と加熱用温度上限値を有し、
該加熱部温度計測手段で計測された温度が前記加熱用温度下限値以下のときに前記ヒータによる加熱が行われ、前記加熱部温度計測手段で計測された温度が前記加熱用温度上限値以上のときに前記ヒータによる加熱が停止されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空ポンプ。
前記設定温度は、加熱用温度下限値と加熱用温度上限値を有し、
該加熱部温度計測手段で計測された温度が前記加熱用温度下限値以下のときに前記ヒータによる加熱が行われ、前記加熱部温度計測手段で計測された温度が前記加熱用温度上限値以上のときに前記ヒータによる加熱が停止されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空ポンプ。
【請求項7】
前記加熱部による加熱領域と前記電装部を含む前記ベース部の冷却領域とが熱的に仕切られていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空ポンプ。
【請求項8】
堆積物の生成を防止するために少なくとも一箇所にヒータの配設された加熱部と、
電装部内が高温になるのを防止するため冷却機構の配設されたベース部と、
該ベース部の温度を計測するベース部温度計測手段と、
前記冷却機構による冷却を行うか否かを制御する水冷バルブとを備えた真空ポンプの制御装置であって、
前記ヒータのすべての温度が予め設定された設定温度を超えているか否かにより、昇温後であるか、昇温中であるかを判断する温度判断手段を備え、
該温度判断手段による判断結果と前記ベース部温度計測手段で計測された温度に基づき、前記水冷バルブを制御することを特徴とする制御装置。
電装部内が高温になるのを防止するため冷却機構の配設されたベース部と、
該ベース部の温度を計測するベース部温度計測手段と、
前記冷却機構による冷却を行うか否かを制御する水冷バルブとを備えた真空ポンプの制御装置であって、
前記ヒータのすべての温度が予め設定された設定温度を超えているか否かにより、昇温後であるか、昇温中であるかを判断する温度判断手段を備え、
該温度判断手段による判断結果と前記ベース部温度計測手段で計測された温度に基づき、前記水冷バルブを制御することを特徴とする制御装置。
【請求項9】
堆積物の生成を防止するために少なくとも一箇所にヒータの配設された加熱部と、
電装部内が高温になるのを防止するため冷却機構の配設されたベース部と、
該ベース部の温度を計測するベース部温度計測手段と、
前記冷却機構による冷却を行うか否かを制御する水冷バルブとを備えた真空ポンプの昇温時間を制御する方法であって、
前記ヒータのすべての温度が予め設定された設定温度を超えているか否かにより、昇温後であるか、昇温中であるかを判断し、
昇温中と判断されたとき、前記ベース部温度計測手段で計測された温度に基づき前記水冷バルブを制御することを特徴とする真空ポンプの昇温時間制御方法。
電装部内が高温になるのを防止するため冷却機構の配設されたベース部と、
該ベース部の温度を計測するベース部温度計測手段と、
前記冷却機構による冷却を行うか否かを制御する水冷バルブとを備えた真空ポンプの昇温時間を制御する方法であって、
前記ヒータのすべての温度が予め設定された設定温度を超えているか否かにより、昇温後であるか、昇温中であるかを判断し、
昇温中と判断されたとき、前記ベース部温度計測手段で計測された温度に基づき前記水冷バルブを制御することを特徴とする真空ポンプの昇温時間制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は真空ポンプ、制御装置及び昇温時間制御方法に係わり、特に加熱に伴う高温から基板の保護をしつつ、ポンプの昇温時間の短縮を図れる真空ポンプ、制御装置及び昇温時間制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年のエレクトロニクスの発展に伴い、メモリや集積回路といった半導体の需要が急激に増大している。
これらの半導体は、きわめて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、エッチングにより半導体基板上に微細な回路を形成したりなどして製造される。
そして、これらの作業は空気中の塵等による影響を避けるため高真空状態のチャンバ内で行われる必要がある。このチャンバの排気には、一般に真空ポンプが用いられているが、特に残留ガスが少なく、保守が容易等の点から真空ポンプの中の一つであるターボ分子ポンプが多用されている。
これらの半導体は、きわめて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、エッチングにより半導体基板上に微細な回路を形成したりなどして製造される。
そして、これらの作業は空気中の塵等による影響を避けるため高真空状態のチャンバ内で行われる必要がある。このチャンバの排気には、一般に真空ポンプが用いられているが、特に残留ガスが少なく、保守が容易等の点から真空ポンプの中の一つであるターボ分子ポンプが多用されている。
【0003】
また、半導体の製造工程では、さまざまなプロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が数多くあり、ターボ分子ポンプはチャンバ内を真空にするのみならず、これらのプロセスガスをチャンバ内から排気するのにも使用される。
ところで、プロセスガスは、反応性を高めるため高温の状態でチャンバに導入される場合がある。
ところで、プロセスガスは、反応性を高めるため高温の状態でチャンバに導入される場合がある。
【0004】
そして、これらのプロセスガスは、排気される際に冷却されてある温度になると固体となり排気系に生成物を析出する場合がある。そして、この種のプロセスガスがターボ分子ポンプ内で低温となって固体状となり、ターボ分子ポンプ内部に付着して堆積する場合がある。
ターボ分子ポンプ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、ターボ分子ポンプの性能を低下させる原因となる。
ターボ分子ポンプ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、ターボ分子ポンプの性能を低下させる原因となる。
【0005】
この問題を解決するために、従来はターボ分子ポンプのポンプ外周にヒータや環状の水冷管を巻着させ、かつ例えばヒータの近くに温度センサを埋め込み、この温度センサの信号に基づきヒータ周りの温度を一定の範囲の高温に保つようにヒータの加熱が行われている（特許文献１を参照）。この制御温度は高い方が生成物が堆積し難いため、この温度は可能な限り高くすることが望ましい。
【0006】
一方、電装部には半導体素子等の搭載されたプリント基板が配設されている。そして、このようにベース部を高温にした際には、プリント基板の温度が、半導体素子の限界温度を超えるおそれがある。このため、プリント基板を含む電装部の温度が、半導体素子の限界温度を超えないように、安全上の観点から、通常、水冷管に常時冷却水を流すことが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００５－３１５０９０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上述の温度制御では以下の（１）～（３）のような需要すべてに答えることができない。
（１）高温によるプリント基板の誤動作や故障の防止のためにベース部を常時水冷する。
（２）昇温時間短縮を実現するため、昇温中はベース部の水冷を停止する。
（３）昇温中に半導体素子の限界温度を超える場合は冷却のために水冷を開始する。
（１）高温によるプリント基板の誤動作や故障の防止のためにベース部を常時水冷する。
（２）昇温時間短縮を実現するため、昇温中はベース部の水冷を停止する。
（３）昇温中に半導体素子の限界温度を超える場合は冷却のために水冷を開始する。
【0009】
ここに、（１）であれば、コントローラは介在させずに常時水冷することで実現できるが、（１）と（２）の両方を実現する場合、通常は水冷管のバルブ（水冷バルブ）は常時開くでよいが、ある区間(昇温中)では停止する必要がある。
これをコントローラで制御しようとした場合、上述の温度制御では前記ヒータ周りの目標温度を維持するために上限温度と下限温度の間でオン、オフ動作してしまう。このため（１）～（３）のすべてを満足する制御はできない。
これをコントローラで制御しようとした場合、上述の温度制御では前記ヒータ周りの目標温度を維持するために上限温度と下限温度の間でオン、オフ動作してしまう。このため（１）～（３）のすべてを満足する制御はできない。
【0010】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、加熱に伴う高温から基板の保護をしつつ、ポンプの昇温時間の短縮を図れる真空ポンプ、制御装置及び昇温時間制御方法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】
【0011】
このため本発明（請求項１）の真空ポンプは、堆積物の生成を防止するために少なくとも一箇所にヒータの配設された加熱部と、電装部内が高温になるのを防止するため冷却機構の配設されたベース部と、該ベース部の温度を計測するベース部温度計測手段と、前記冷却機構による冷却を行うか否かを制御する水冷バルブと、前記ヒータのすべての温度が予め設定された設定温度を超えているか否かにより、昇温後であるか、昇温中であるかを判断する温度判断手段とを備え、該温度判断手段による判断結果と前記ベース部温度計測手段で計測された温度に基づき、前記水冷バルブが制御されることを特徴とする。
【0012】
加熱部に配設されたヒータのすべての温度が予め設定された設定温度を超えているか否かにより、昇温後であるか、昇温中であるかを判断する。そして、この判断の結果とベース部で計測された温度に基づき、水冷バルブが制御される。
これにより、ポンプの昇温時間の短縮が半導体素子の保護を安全に行いつつ実現できる。
これにより、ポンプの昇温時間の短縮が半導体素子の保護を安全に行いつつ実現できる。
【0013】
また、本発明（請求項２）の真空ポンプは、前記温度判断手段で昇温中と判断され、前記ベース部温度計測手段で計測された温度が冷却用温度下限値以下のときに前記冷却機構による冷却が行われないことを特徴とする。
【0014】
これにより、昇温中においてポンプの昇温時間の短縮を実現できる。
【0015】
更に、本発明（請求項３）の真空ポンプは、前記ベース部温度計測手段で計測された温度が冷却用温度上限値以上のときに前記冷却機構による冷却が行われることを特徴とする。
【0016】
電装部周りのベース部で計測された温度を基に冷却制御することにより、電装部の温度管理を適性に行なうことができる。
【0017】
更に、本発明（請求項４）の真空ポンプは、前記冷却用温度上限値が前記電装部内に配設された基板保護の可能な限界温度値若しくは該限界温度値に対して所定の余裕を持たせた温度値に設定されたことを特徴とする。
【0018】
これにより、半導体素子の限界温度を超える場合には、冷却機構による冷却が行われるので、半導体素子の高温による故障や異常が防止でき安全である。
【0019】
更に、本発明（請求項５）の真空ポンプは、前記温度判断手段で昇温後と判断されたときに、前記冷却機構による冷却が行われることを特徴とする。
【0020】
昇温が完了した時点では、水冷バルブは常に開かれた状態となる。これにより、加熱に伴う高温から基板の保護が可能である。
【0021】
更に、本発明（請求項６）の真空ポンプは、前記加熱部の温度を計測する加熱部温度計測手段を備え、前記設定温度は、加熱用温度下限値と加熱用温度上限値を有し、該加熱部温度計測手段で計測された温度が前記加熱用温度下限値以下のときに前記ヒータによる加熱が行われ、前記加熱部温度計測手段で計測された温度が前記加熱用温度上限値以上のときに前記ヒータによる加熱が停止されることを特徴とする。
【0022】
これにより、ベース部以外の部位では高温を維持でき、生成物が堆積するのを安定的に防止できる。
【0023】
更に、本発明（請求項７）の真空ポンプは、前記加熱部による加熱領域と前記電装部を含む前記ベース部の冷却領域とが熱的に仕切られていることを特徴とする。
【0024】
これにより、相互の領域への熱の伝導が防げるので、更に確実に、ポンプの昇温時間の短縮が半導体素子の保護を安全に行いつつ実現できる。
【0025】
更に、本発明（請求項８）は、堆積物の生成を防止するために少なくとも一箇所にヒータの配設された加熱部と、電装部内が高温になるのを防止するため冷却機構の配設されたベース部と、該ベース部の温度を計測するベース部温度計測手段と、前記冷却機構による冷却を行うか否かを制御する水冷バルブとを備えた真空ポンプの制御装置であって、前記ヒータのすべての温度が予め設定された設定温度を超えているか否かにより、昇温後であるか、昇温中であるかを判断する温度判断手段を備え、該温度判断手段による判断結果と前記ベース部温度計測手段で計測された温度に基づき、前記水冷バルブを制御することを特徴とする。
【0026】
更に、本発明（請求項９）は、堆積物の生成を防止するために少なくとも一箇所にヒータの配設された加熱部と、電装部内が高温になるのを防止するため冷却機構の配設されたベース部と、該ベース部の温度を計測するベース部温度計測手段と、前記冷却機構による冷却を行うか否かを制御する水冷バルブとを備えた真空ポンプの昇温時間を制御する方法であって、前記ヒータのすべての温度が予め設定された設定温度を超えているか否かにより、昇温後であるか、昇温中であるかを判断し、昇温中と判断されたとき、前記ベース部温度計測手段で計測された温度に基づき前記水冷バルブを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【0027】
以上説明したように本発明（請求項１）によれば、ヒータのすべての温度が予め設定された設定温度を超えているか否かにより、昇温後であるか、昇温中であるかを判断する温度判断手段を備え、温度判断手段による判断結果とベース部温度計測手段で計測された温度に基づき、水冷バルブが制御されるように構成したので、ポンプの昇温時間の短縮が半導体素子の保護を安全に行いつつ実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明の実施形態であるターボ分子ポンプの構成図
【図2】アンプ回路の回路図
【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
【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
【図5】ベース部の温度制御部の動作を説明する図
【図6】昇温状態判定部の動作を説明する図
【図7】加熱冷却制御部の動作を説明する図
【図8】ベース部以外の部位に対する温度制御を説明する図
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、本発明の実施形態について説明する。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は、円筒状の外筒１２７の上端に吸気口１０１が形成されている。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。
【0030】
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、制御装置２００に送るように構成されている。
【0031】
この制御装置２００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。
【0032】
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。
【0033】
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２００に送られるように構成されている。
【0034】
そして、制御装置２００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。
【0035】
このように、制御装置２００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。
【0036】
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２００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。
【0037】
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２００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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。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。
【0041】
さらに、ターボ分子ポンプ１００の用途によって、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間には、ネジ付スペーサ１３１が配設される。ネジ付スペーサ１３１は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。ネジ溝１３１ａの螺旋の方向は、回転体１０３の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口１３３の方へ移送される方向である。回転体１０３の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）に続く最下部には円筒部１０２ｄが垂下されている。この円筒部１０２ｄの外周面は、円筒状で、かつネジ付スペーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ付スペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。回転翼１０２および固定翼１２３によってネジ溝１３１ａに移送されてきた排気ガスは、ネジ溝１３１ａに案内されつつベース部１２９へと送られる。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
なお、上記では、ネジ付スペーサ１３１は回転体１０３の円筒部１０２ｄの外周に配設し、ネジ付スペーサ１３１の内周面にネジ溝１３１ａが刻設されているとして説明した。しかしながら、これとは逆に円筒部１０２ｄの外周面にネジ溝が刻設され、その周囲に円筒状の内周面を有するスペーサが配置される場合もある。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。そして、前述した生成物は、排気口１３３付近やネジ付スペーサ１３１付近の圧力が高い部分で凝固、付着し易い状況にあった。
【0051】
そのため、この問題を解決するために、ベース部１２９等の外周にヒータ１や環状の水冷管１４９を巻着させ、かつ例えばヒータ１の近くに温度センサ３（例えばサーミスタ）を埋め込み、この温度センサ３の信号に基づいてベース部１２９の温度を一定の高い温度（設定温度）に保つように、ヒータ１の加熱や水冷管１４９による冷却（以下ＴＭＳという。ＴＭＳ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が行われるようになっている。水冷管１４９には冷却を制御するために図示しない水冷バルブが配設されている。
但し、ＴＭＳの効率を上げるために、更に排気口１３３に図示しないヒータを配設し、かつ、このヒータの近くに、図示しない温度センサが配設されてもよい。なお、ベース部１２９の水冷管１４９の近くには冷却を制御するために温度センサ５が配設されている。
ヒータ１や排気口１３３に配設されたヒータの加熱部周りに形成される加熱領域と、電装部を含むベース部１２９の冷却領域とは構造的に分離されているため、熱的に仕切られている。これにより、相互の領域への熱の伝導が防げるので、更に確実に、ポンプの昇温時間の短縮が半導体素子の保護を安全に行いつつ実現できる。
但し、ＴＭＳの効率を上げるために、更に排気口１３３に図示しないヒータを配設し、かつ、このヒータの近くに、図示しない温度センサが配設されてもよい。なお、ベース部１２９の水冷管１４９の近くには冷却を制御するために温度センサ５が配設されている。
ヒータ１や排気口１３３に配設されたヒータの加熱部周りに形成される加熱領域と、電装部を含むベース部１２９の冷却領域とは構造的に分離されているため、熱的に仕切られている。これにより、相互の領域への熱の伝導が防げるので、更に確実に、ポンプの昇温時間の短縮が半導体素子の保護を安全に行いつつ実現できる。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
さらに、アンプ制御回路１９１は、例えば、制御装置２００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。
【0058】
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。
【0059】
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）。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
次に、加熱に伴う高温から基板の保護をしつつ、ポンプの昇温時間の短縮を図る方法について説明する。
まず、ベース部の温度制御部の動作について説明する。
ヒータ１の近くに配設された温度センサ３からは温度情報が検出され、制御装置２００に入力される。但し、排気口１３３に配設された図示しない温度センサ等からも温度情報が検出され、制御装置２００に入力されてもよい。
まず、ベース部の温度制御部の動作について説明する。
ヒータ１の近くに配設された温度センサ３からは温度情報が検出され、制御装置２００に入力される。但し、排気口１３３に配設された図示しない温度センサ等からも温度情報が検出され、制御装置２００に入力されてもよい。
【0066】
制御装置２００にはベース部の温度制御部が備えられている。このベース部の温度制御部では、図５に示すように、ステップ１で動作が開始される。ステップ１０では、昇温状態判定部のサブルーチン処理が行なわれるために図６のステップ２に移行する。この昇温状態判定部は温度判断手段に相当し、図６のステップ３で、入力されたすべての温度情報が定格温度と比較される。この定格温度はポンプの機種や仕様によっても異なるが、生成物堆積防止に必要な目標温度として定義され、例えば、定格運転時は１００～１５０度に設定される。そして、ステップ５に示すように、入力されたすべての温度情報が定格温度よりも高くなったときに昇温後モードと判断され、ステップ９でベース部の温度制御部に処理が復帰する。一方、ステップ７に示すように、定格温度よりも低い状態のときには昇温中モードと判断され、ステップ９でベース部の温度制御部に処理が復帰する。
【0067】
続いて、図５のステップ１３では、ステップ３で行なわれた判断の結果が昇温後モードであるか、あるいは昇温中モードであるかが読まれる。そして、昇温中モードと判断されたときにはステップ１７に進み、加熱冷却制御が行なわれる。この加熱冷却制御は従来行なわれているＴＭＳ制御のプログラムを流用して行なうことができる。従って、制御装置２００の改造がプログラムの一部追加という形で簡単に行なえる。このプログラムの追加は、ステップ１～ステップ９、ステップ１３、１５、１９である。
その後は、周期的にステップ１～ステップ１９の動作が繰り返される。
その後は、周期的にステップ１～ステップ１９の動作が繰り返される。
【0068】
制御装置２００には加熱冷却制御部が備えられている。この加熱冷却制御部では図７に示すサブルーチン処理が行なわれるようになっている。そして、ステップ１７の処理が行なわれる際には、ステップ２１にステップが移行し、ステップ２３では、水冷バルブの動作が選択される。その後、ステップ２５では、ベース部温度計測手段に相当する温度センサ５で計測された温度値が、予め設定された冷却用温度上限値以上か否かが判定される。例えば、この冷却用温度上限値は、基板１４３の保護が可能な温度の上限値である。
【0069】
ステップ２５で温度センサ５で計測された温度値が、冷却用温度上限値以上であると判断されたときにはステップ２７に進み水冷バルブが開かれる。この冷却用温度上限値は、電装部の温度を考慮し余裕を持たせて設定されることが望ましい。
【0070】
これにより、電装部周りのベース部１２９で計測された温度センサ５の温度を基に冷却制御することにより、電装部の温度管理を適性に行なうことができる。
そして、昇温中モードのときに半導体素子の限界温度を超える場合には、冷却のために水冷を開始することができるので、半導体素子の高温による故障や異常が防止でき安全である。
そして、昇温中モードのときに半導体素子の限界温度を超える場合には、冷却のために水冷を開始することができるので、半導体素子の高温による故障や異常が防止でき安全である。
【0071】
一方、ステップ２５で温度センサ５で計測された温度値が、冷却用温度上限値未満であると判断されたときにはステップ２９に進み、予め設定された冷却用温度下限値以下か否かが判定される。冷却用温度下限値以下であると判断されたときにはステップ３１に進み水冷バルブが停止される。この冷却用温度下限値は再び水冷オフに戻る温度に設定される。その後、ステップ３３に進み、以降、ステップ２１からステップ３３までの処理が周期的に繰り返される。一方、ステップ２９で温度センサ５で計測された温度値が、冷却用温度下限値を超えている場合には、ステップ３３に進む。
【0072】
ポンプの昇温時の例として、ポンプ交換後の際には温度センサ５で計測される温度値は、冷却用温度下限値以下であるので、水冷バルブは停止され、ヒータ１により加熱のみされるので、昇温時間は短縮される。これにより、昇温中モード時においては昇温時間の短縮を実現できる。また、半導体素子の限界温度を超える場合には、ステップ２５、ステップ２７により冷却のために水冷ができるので安全である。
【0073】
次に、ベース部以外の部位に対する加熱冷却制御部による温度制御について説明する。
図８のステップ４１では、ベース部以外の部位に対する加熱冷却制御部による温度制御が開始される。ステップ４３では、加熱冷却制御のサブルーチン処理が行なわれ、図７のステップ２１にステップが移行し、ステップ２３では、ヒータの動作が選択される。その後、ステップ５１に進み、温度センサ３で計測される温度値が加熱用温度上限値以上か否か判断される。そして、加熱用温度上限値以上の場合にはヒータ１をオフする。一方、加熱用温度上限値未満の場合にはステップ５５に進み、温度センサ３で計測される温度値が加熱用温度下限値以下か否か判断される。そして、加熱用温度下限値以下の場合にはステップ５７に進み、ヒータ１をオンする。ステップ５５で加熱用温度下限値を超えている場合にはステップ３３に進む。
図８のステップ４１では、ベース部以外の部位に対する加熱冷却制御部による温度制御が開始される。ステップ４３では、加熱冷却制御のサブルーチン処理が行なわれ、図７のステップ２１にステップが移行し、ステップ２３では、ヒータの動作が選択される。その後、ステップ５１に進み、温度センサ３で計測される温度値が加熱用温度上限値以上か否か判断される。そして、加熱用温度上限値以上の場合にはヒータ１をオフする。一方、加熱用温度上限値未満の場合にはステップ５５に進み、温度センサ３で計測される温度値が加熱用温度下限値以下か否か判断される。そして、加熱用温度下限値以下の場合にはステップ５７に進み、ヒータ１をオンする。ステップ５５で加熱用温度下限値を超えている場合にはステップ３３に進む。
【0074】
これにより、ベース部以外の部位では高温を維持でき、生成物が堆積するのを安定的に防止できる。
また、図６のステップ１３で読まれたモードが昇温後モードである場合には、ステップ１５に進み水冷バルブが開かれる。即ち、昇温が完了した時点では、水冷バルブは常に開かれた状態となる。これにより、加熱に伴う高温から基板１４３の保護が可能である。
即ち、ベース部の水冷バルブの制御については、昇温中モードの場合はＴＭＳと同じく上限温度、下限温度に基づいたオン、オフ動作を行い、昇温後モードの場合には常時オンする。
また、図６のステップ１３で読まれたモードが昇温後モードである場合には、ステップ１５に進み水冷バルブが開かれる。即ち、昇温が完了した時点では、水冷バルブは常に開かれた状態となる。これにより、加熱に伴う高温から基板１４３の保護が可能である。
即ち、ベース部の水冷バルブの制御については、昇温中モードの場合はＴＭＳと同じく上限温度、下限温度に基づいたオン、オフ動作を行い、昇温後モードの場合には常時オンする。
【0075】
なお、昇温中モードは回転体１０３の回転中に行なうと、回転時に発生する前述の摩擦熱やモータ１２１からの発熱を利用できるので昇温時間の短縮が可能となるが、回転体１０３が停止された磁気浮上中に行なわれるようにしても良い。
以上により、生成物の堆積を防止しつつ、基板の保護とポンプの昇温時間の短縮ができる。
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変および組合せをなすことができ、そして、本発明が当該改変や組合わされたものにも及ぶことは当然である。
以上により、生成物の堆積を防止しつつ、基板の保護とポンプの昇温時間の短縮ができる。
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変および組合せをなすことができ、そして、本発明が当該改変や組合わされたものにも及ぶことは当然である。
【符号の説明】
【0076】
１ ヒータ
３、５ 温度センサ
１００ ポンプ本体
１０２ 回転翼
１０３ 回転体
１０４ 上側径方向電磁石
１０５ 下側径方向電磁石
１０７ 上側径方向変位センサ
１０８ 下側径方向変位センサ
１１３ ロータ軸
１２１ モータ
１２２ ステータコラム
１２７ 外筒
１２９ ベース部
１４９ 水冷管
２００ 制御装置
３、５ 温度センサ
１００ ポンプ本体
１０２ 回転翼
１０３ 回転体
１０４ 上側径方向電磁石
１０５ 下側径方向電磁石
１０７ 上側径方向変位センサ
１０８ 下側径方向変位センサ
１１３ ロータ軸
１２１ モータ
１２２ ステータコラム
１２７ 外筒
１２９ ベース部
１４９ 水冷管
２００ 制御装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】