ターボ分子ポンプ、その起動方法および真空処理システム
【課題】ポンプ内部の反応生成物の堆積を防止する。
【解決手段】ターボ用コントローラ５０は、定格回転数のＤＣモータ４２の電流値が所定の閾値を超えたか否かを判断する。閾値は、反応生成物がターボ分子ポンプ本体１に流入した際の、ターボ分子ポンプの負荷に対応しており、電流値と閾値との比較によって、反応生成物流入を常時監視し得る。反応生成物のターボ分子ポンプへの流入が開始すると、電流値は急激に上昇し、閾値を超える。内部温度がポンプ設定温度閾値以上であれば、反応生成物の堆積は生じることはないが、ポンプ設定温度閾値未満であれば堆積が生じる可能性がある。そこで、ターボ用コントローラは、定格回転数運転時に電流値が閾値以上となり、かつ内部温度が閾値未満のときに、インターロック動作を実行する。
【解決手段】ターボ用コントローラ５０は、定格回転数のＤＣモータ４２の電流値が所定の閾値を超えたか否かを判断する。閾値は、反応生成物がターボ分子ポンプ本体１に流入した際の、ターボ分子ポンプの負荷に対応しており、電流値と閾値との比較によって、反応生成物流入を常時監視し得る。反応生成物のターボ分子ポンプへの流入が開始すると、電流値は急激に上昇し、閾値を超える。内部温度がポンプ設定温度閾値以上であれば、反応生成物の堆積は生じることはないが、ポンプ設定温度閾値未満であれば堆積が生じる可能性がある。そこで、ターボ用コントローラは、定格回転数運転時に電流値が閾値以上となり、かつ内部温度が閾値未満のときに、インターロック動作を実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置等で使用されるターボ分子ポンプの起動時の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体や液晶パネルの製造工程におけるドライエッチングやＣＶＤ等、高真空のプロセスチャンバ内で処理を行う工程では、プロセスチャンバ内のガスを排気して、一定の高真空度を形成する手段として、例えばターボ分子ポンプのような真空ポンプが用いられている。
【０００３】
このような工程で発生した反応生成物は、ターボ分子ポンプを通して排気されることになり、ターボ分子ポンプの内部温度が反応生成物の昇華温度より低い場合には、反応生成物がポンプ内部に堆積する。この堆積物がロータに付着したときには、ロータがステータやステータ翼に接触し、損傷の原因となるため、ヒータ等により、ポンプ内部を加熱するポンプが使用されている。これによって、反応生成物は堆積することなく排気される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のポンプでは、ポンプを起動した直後、内部温度が充分昇温する前にプロセスが始動した場合、反応生成物がポンプ内部に堆積する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１の発明は、モータによってロータを高速回転して真空処理室を真空排気するターボ分子ポンプにおいて、ターボ分子ポンプを起動する際、前記ロータが定格回転数まで上昇するように前記モータを制御する制御手段と、前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプ内部の加熱を行う加熱手段と、前記ロータ回転数が定格回転数に達した後、前記真空処理室での処理の開始を監視する監視手段と、前記真空処理室での処理の開始が検出されると、前記加熱手段により加熱されたポンプ内部の温度（内部温度）を検出する温度検出手段と、前記ロータが定格回転数に達した後に前記真空処理室での処理の開始が検出されたとき、前記内部温度が所定の閾値以下であるときはインターロック動作を実行する実行手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、モータによってロータを高速回転して真空処理室を真空排気するターボ分子ポンプにおいて、前記ロータの回転数を検出する回転数センサと、前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプを昇温させるヒータと、前記ヒータによる加熱対象部位に相関するポンプの内部温度を検出する温度センサと、前記モータの電流値を検出する電流センサと、前記回転数センサ、前記温度センサ、前記電流センサの検出信号に基づいて、前記ロータが定格回転数に達した後、前記電流が所定の閾値以上のときの前記内部温度が所定の閾値以下であればインターロック動作を実行するターボ用コントローラとを備えることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、インターロック動作は、前記ロータの回転を停止する停止動作、および／または、異常を出力するウォーニング動作であることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、モータによってロータを高速回転して真空処理室を真空排気するターボ分子ポンプの起動方法において、ターボ分子ポンプを起動する際、前記ロータが定格回転数まで上昇するように前記モータを制御し、前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプの内部をヒータで加熱し、前記ロータ回転数が定格回転数に達した後、前記真空処理室での処理の開始が検出されたとき、前記内部温度が所定の閾値以下であればインターロック動作を実行する。
（５）請求項５の発明は、請求項４に記載のターボ分子ポンプの起動方法において、インターロック動作は、前記ロータの回転を停止する停止動作、および／または、異常を出力するウォーニング動作であることを特徴とする。
（６）請求項６の発明による真空処理システムは、プロセスガスを真空処理室内に導入して基板に各種の処理を施す真空処理装置と、モータによってロータを高速回転して前記真空処理室内を真空排気するターボ分子ポンプ本体と、前記真空処理装置によるプロセスを制御するメインコントローラと、前記ターボ分子ポンプ本体の動作を制御するターボ用コントローラと、前記ロータの回転数を検出する回転数センサと、前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプを昇温させるヒータと、前記ヒータによる加熱対象部位温度に相関するポンプの内部温度を検出する温度センサと、前記モータの電流値を検出する電流センサとを備え、前記ターボ用コントローラは、前記回転数センサ、前記温度センサ、前記電流センサの検出信号に基づいて、前記ロータが定格回転数に達した後、前記内部温度が所定の閾値以下であり、かつ前記電流が所定の閾値以上のときにインターロック動作を実行することを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項６に記載の真空処理システムにおいて、インターロック動作は、前記ロータの回転を停止する停止動作、および／または、異常を出力するウォーニング動作であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ポンプ内部の反応生成物の堆積を確実に防止することができる。
また本発明の真空処理システムによれば、ターボ分子ポンプの起動が中断されたときに真空処理装置は不要なガスを供給することがない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明によるターボ分子ポンプの実施の形態を示す縦断面図。
【図２】図１のターボ分子ポンプの制御系を示すブロック図。
【図３】図２の制御系の動作を示すグラフ。
【図４】図２の制御系におけるターボ用コントロールを示すフローチャート。
【図５】図２の制御系におけるメインコントロールを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に本発明によるターボ分子ポンプの実施の形態を図面を参照して説明する。
磁気軸受式のターボ分子ポンプ本体１は、ターボ分子ポンプ部２とネジ溝ポンプ部３とを有する高ガス負荷対応型のターボ分子ポンプである。ターボ分子ポンプ部２は複数段の動翼１９と複数段の静翼２１とで構成され、ネジ溝ポンプ部３はネジロータ２０とネジステータ２３とで構成されている。
【０００９】
複数段の動翼１９およびネジロータ２０はロータ４に形成されており、ロータ４はスピンドルハウジング２４内に回転自在に設けられた回転軸８に固定されている。スピンドルハウジング２４内には、図示上側から順に、上部ラジアルセンサ１３、上部ラジアル電磁石９、モータステータ１２、下部ラジアル電磁石１０、下部ラジアルセンサ１４およびスラスト電磁石１１が設けられている。
【００１０】
回転軸８はラジアル電磁石９、１０およびスラスト電磁石１１によって非接触支持され、モータステータ１２と、回転軸８側のモータロータ（図示省略）とで構成されるＤＣモータ４２により回転駆動される。回転軸８の浮上位置は、各ラジアル電磁石９，１０およびスラスト電磁石１１に対応して設けられたラジアルセンサ１３、１４およびスラストセンサ１５によって検出される。回転軸８の上下に設けられた保護ベアリング１６、１７は機械式のベアリングであり、磁気軸受が作動していない場合に回転軸８を支持するとともに、回転軸８の浮上位置を制限するものとして機能する。
【００１１】
一方、ケーシング７内のベース６上には、複数の静翼２１およびネジステータ２３が設けられている。各静翼２１は上下をリング状のスペーサ２２によって挟持されるようにベース６上に保持されており、ケーシング７をベース６にボルト締結することにより、静翼２１およびスペーサ２２がケーシング７の上端とベース６との間に固定される。その結果、各静翼２１は動翼１９間の所定位置に位置決めされる。ネジステータ２３は、ベース６上にボルト締結されている。
【００１２】
吸気口７ａには、たとえばＣＶＤ装置の真空チャンバ１８などが接続され、ターボ分子ポンプは真空チャンバ内を真空排気する。以下の説明では、吸気口７ａに接続される真空チャンバ１８などを総称して真空処理室と呼ぶ。
【００１３】
吸気口７ａから流入したガス分子はターボ分子ポンプ部２によって図示下方へと叩き飛ばされ、下流側に向かって圧縮排気される。ネジロータ２０はネジステータ２３の内周面に近接して設けられており、ネジステータ２３内周面には螺旋溝が形成されている。ネジ溝ポンプ部３では、ネジステータ２３の螺旋溝と高速回転するネジロータ２０とにより、粘性流による排気が行われる。ターボ分子ポンプ部２で圧縮されたガス分子は、さらにネジ溝ポンプ部３によって圧縮され、排気口６ａから排出される。
【００１４】
ベース６には、ターボ分子ポンプ本体１の内部温度ＰＴ（図３）を検出するための温度センサ３０が埋設されている。温度センサ３０の検出温度は、そのまま内部温度として使用され、あるいは、内部温度との関係をあらかじめ測定して、より内部温度に近い値に校正して使用される。
【００１５】
本明細書中、内部温度とは、反応生成物がターボ分子ポンプ内に堆積し始めるか否かを判定するために測定する温度であり、温度センサ３０を反応生成物が堆積する部位の近傍に設置するのが好ましいが、上記部位の温度と相関する温度を示す部位であれば、上記部位の近傍ではない箇所に温度センサ３０を設置してもよい。
【００１６】
さらに、ベース６の外周に、ターボ分子ポンプ本体１を加熱するヒータ４４が装着され、適宜ターボ分子ポンプ本体１を加熱するように構成されている。なお、符号２５，３５は冷却配管である。
【００１７】
ＤＣモータ４２の電源ラインには電流センサ３２が設けられ、一方、ロータ４には回転数センサ３４が設けられている。電流センサ３２の出力値からＤＣモータ４２の負荷状態を検出し、回転数センサ３４の出力値からターボ分子ポンプ本体１が動作しているか否かを検出する。
【００１８】
図２は、本発明によるターボ分子ポンプ本体１を制御する制御系を説明する図である。メインコントローラ５２は、半導体製造工程等の全体プロセスを制御するための制御装置であり、たとえばＣＶＤ装置であれば、真空処理室で行われる成膜プロセスを制御する。ターボ用コントローラ５０は、メインコントローラ５２によって制御されつつターボ分子ポンプ本体１を制御する制御装置である。これらコントローラ５０，５２は、ＣＰＵとその周辺回路を含んで構成されている。
【００１９】
ターボ用コントローラ５０には、温度センサ３０、電流センサ３２、回転数センサ３４、ＤＣモータ４２、ヒータ４４が接続され、ターボ用コントローラ５０は、温度センサ３０、電流センサ３２、回転数センサ３４の検出信号に基づいて、ＤＣモータ４２およびヒータ４４を制御する。
【００２０】
さらに、ターボ用コントローラ５０にはマニュアル操作盤５４が接続され、ＤＣモータ４２およびヒータ４４を適宜マニュアル操作し得るとともに、温度センサ３０、電流センサ３２、回転数センサ３４の校正設定の操作等を行うことができる。
【００２１】
図３を参照して、半導体製造工程等のプロセス開始時のポンプ各部の状態を説明する。
メインコントローラ５２からターボ用コントローラ５０にポンプ起動指令が出力されると、ターボ用コントローラ５０は、ヒータ４４を起動するとともに、ＤＣモータ４２を起動する。ヒータ４４の起動によって、図３の２点鎖線で示すように、ターボ分子ポンプ本体１の内部温度ＰＴは徐々に上昇する。内部温度ＰＴが、反応生成物の昇華温度以上のポンプ設定温度閾値Ｔθ（同図参照）以上に昇温されると、反応生成物の堆積が防止される。一方、同図の実線で示すように、ＤＣモータ４２は、その起動後、定格回転数まで急速に上昇し、その後、定格回転数に保持される。
【００２２】
図３の破線で示すように、ターボ用コントローラ５０は、ＤＣモータ４２の起動時には、一旦大きな起動電流をＤＣモータ４２に供給し、ＤＣモータ４２が定格回転数に達したとき、電流値Ｉを定常電流に制御する。
【００２３】
定常電流値になったときには、ターボ用コントローラ５０は、ＤＣモータ４２の回転数Ｎを時々刻々監視し、回転数Ｎを一定に保持するように、ＤＣモータ４２の電流値Ｉを調節する。吸気口７ａに接続された真空処理室内で成膜などの処理を行うために真空処理室内にプロセスガスや材料ガスが導入されて処理が開始される前後において、モータ定常電流値は変動する。すなわち、真空処理室内で各種の処理が開始される以前においては、真空処理室から反応生成物が流入されないので、定常電流値は極めてわずかの無負荷電流値となる。真空処理室内で各種の処理が開始されて反応生成物が流入すると、モータ電流値が上昇する。
【００２４】
ターボ用コントローラ５０は、定格回転数で回転するＤＣモータ４２の電流値Ｉが所定の閾値Ｉθ（図３参照）を超えたか否かを判断する。閾値Ｉθは、反応生成物がターボ分子ポンプ本体１に流入した際にターボ分子ポンプ本体１に作用する負荷に対応しており、電流値Ｉと閾値Ｉθとの比較によって、真空処理室内にプロセスガスが導入されて反応生成物がターボ分子ポンプに流入し始めたことを常時監視することができる。
【００２５】
図３に示すように、時刻Ｔｓの時点で、反応生成物がターボ分子ポンプ本体１へ流入し始めると、電流値Ｉは急激に上昇し、閾値Ｉθを超える。このとき、内部温度ＰＴがポンプ設定温度閾値Ｔθ以上であれば、反応生成物の堆積は生じることはないが、ポンプ設定温度閾値Ｔθ未満であれば堆積が生じる可能性がある。
【００２６】
そこで、ターボ用コントローラ５０は、ＤＣモータ４２が定格回転数で運転されている時、電流値Ｉが閾値Ｉθ以上となり、かつ内部温度ＰＴが閾値Ｔθ未満のときに、インターロック動作を実行する。インターロック動作が実行されると、ターボ分子ポンプ本体１を停止するとともに、メインコントローラ５２に異常を報せる。異常通報を受けたメインコントローラ５２は、真空処理室内でのプロセスを停止するため、プロセスガスの供給を停止する。
【００２７】
このようなインターロック動作の処理フローについて、図４を参照して説明する。図４の処理はターボ用コントローラ５０により実行される。
【００２８】
ステップＳ４１：ターボ用コントローラ５０はメインコントローラ５２からの制御信号によって、ターボ分子ポンプ本体１を起動し、その後、自律的にターボ分子ポンプ本体１の運転を継続する。
【００２９】
ステップＳ４２：ステップＳ４１に続いて、回転数Ｎが定格回転数に達したか否かを判断する。回転数Ｎが定格回転数に達したときは、ステップＳ４３に進み、回転数Ｎが定格回転数に達していないときは、ステップＳ４１に戻る。回転数Ｎが定格回転数に達したときには、電流値Ｉは定常電流値になっており、反応生成物流入前には無負荷電流値となる。
【００３０】
ステップＳ４３：電流値Ｉが閾値Ｉθ以上になった否かを判断する。電流値Ｉが閾値Ｉθ以上のときは、ステップＳ４４に進み、電流値Ｉが閾値Ｉθ未満のときは、ステップＳ４１に戻る。すなわち、反応生成物の流入が開始されたか否かを判断し、流入が開始されていればステップＳ４４に進み、流入前であればステップＳ４１に戻る。
【００３１】
ステップＳ４４：内部温度ＰＴが閾値Ｔθ以上であるか否かを判断する。内部温度ＰＴが閾値Ｔθ以上のときは、ステップＳ４１に戻り、内部温度ＰＴが閾値Ｔθ未満のときは、ステップＳ４５に進む。すなわち、反応生成物の堆積が生じる可能性があるか否かを判断し、可能性があるときはステップＳ４１に戻り、可能性がなければステップＳ４５に進む。
【００３２】
ステップＳ４５：ターボ分子ポンプ本体１を停止し、ステップＳ４６に進む。
ステップＳ４６：メインコントローラ５２に異常を通知するアラーム動作を実行し、処理を終了する。
ここで、ステップＳ４５、Ｓ４６の動作をインターロック動作と呼ぶ。
【００３３】
一方、図５に示すように、メインコントローラ５２は、以下の各ステップによってターボ分子ポンプ本体１に関連した制御を実行する。
ステップＳ５１：まず、ターボ分子ポンプ本体１を起動するための信号を、ターボ用コントローラ５０に対して出力し、ステップＳ５２に進む。
【００３４】
ステップＳ５２：ターボ用コントローラ５０から異常の通知（ステップＳ４６）を待つ。異常の通知があったときは、ステップＳ５３に進み、異常の通知がなかったときはそのまま待機状態を維持する。
ステップＳ５３：ターボ用コントローラ５０から異常の通知があると、プロセスガスや材料ガスの真空処理室への供給を停止し、処理を終了する。
【００３５】
以上説明した実施の形態のターボ分子ポンプによれば、次のような作用効果を奏することができる。
（１）ターボ分子ポンプ起動時、内部温度が反応生成部の堆積するか否かに応じて設定される所定値を越えるまでは、真空処理室でのプロセスを中止するようにした。したがって、ターボ分子ポンプに反応生成物が堆積することを抑制できる。その結果、ターボ分子ポンプの寿命を向上させることができる。
【００３６】
（２）ロータが定格回転数で回転した後、モータ電流により負荷を監視し、モータ電流から反応生成物の流入が開始されたことが検出されたとき、ターボ分子ポンプ１０の内部温度が設定温度以下の場合はポンプを停止するようにした。したがって、モータが定格回転数で運転された後に、モータ負荷を判定せず、内部温度が設定温度に達していないという条件でポンプを停止する方法を採用する場合に比べて、起動時に不必要にポンプが停止することがない。
【００３７】
（３）ターボ分子ポンプ本体と真空処理装置により構成される真空処理システムにあっては、ターボ用コントローラ５０から異常通報を受けたメインコントローラ５２がプロセスガスの供給を停止するようにしたので、不必要にガスを供給する必要がない。
【００３８】
なお、ターボ分子ポンプ本体１の起動停止はメインコントローラ５２の主導で実行することも可能である、したがって、インターロック動作を次のようにしてもよい。すなわち、ステップＳ４５を省略し、ステップＳ４６の異常の通知のみ行うウォーニング動作としてもよい。作業者は、必要に応じて、ウォーニング出力により真空処理室内でのプロセスを中止することができる。
【００３９】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明は、ターボ分子ポンプ本体を起動する際、ロータが定格回転数まで上昇するようにモータを制御し、真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプ内部の加熱を行い、ロータ回転数が定格回転数に達した後、真空処理室での処理の開始が検出されると、ポンプ内部の温度（内部温度）を検出し、ロータが定格回転数に達した後、真空処理室での処理の開始が検出されたときの内部温度が所定の閾値以下であるときはインターロック動作を実行するターボ分子ポンプおよびその起動方法にも適用される。
【００４０】
さらに、ターボ分子ポンプ本体で真空排気する真空処理装置はＣＶＤ装置に限定されず、真空処理室内で基板に対して各種処理（たとえば、エッチング処理）を施すようにした種々の真空処理装置とターボ分子ポンプ本体とを有するシステムにも本発明を適用できる。
また、真空処理室から反応生成物が流入したか否かをモータ電流で判定するようにしたが、モータ負荷をモータ電流以外のパラメータで検出してもよい。あるいは、真空処理装置のメインコントローラ５２からターボ用コントローラ５０へプロセス開始信号を出力するように構成すれば、反応生成物の流入に伴うモータ負荷を検出する必要もない。
【符号の説明】
【００４１】
Ｎ： 回転数 Ｉ： 電流値
Ｉθ： 閾値 ＰＴ： 内部温度
Ｔθ： 閾値
１：ターボ分子ポンプ本体 ４：ロータ
３０：温度センサ ３２：電流センサ
３４：回転数センサ ４２：ＤＣモータ
４４：ヒータ ５０：ターボ用コントローラ
５２：メインコントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置等で使用されるターボ分子ポンプの起動時の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体や液晶パネルの製造工程におけるドライエッチングやＣＶＤ等、高真空のプロセスチャンバ内で処理を行う工程では、プロセスチャンバ内のガスを排気して、一定の高真空度を形成する手段として、例えばターボ分子ポンプのような真空ポンプが用いられている。
【０００３】
このような工程で発生した反応生成物は、ターボ分子ポンプを通して排気されることになり、ターボ分子ポンプの内部温度が反応生成物の昇華温度より低い場合には、反応生成物がポンプ内部に堆積する。この堆積物がロータに付着したときには、ロータがステータやステータ翼に接触し、損傷の原因となるため、ヒータ等により、ポンプ内部を加熱するポンプが使用されている。これによって、反応生成物は堆積することなく排気される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のポンプでは、ポンプを起動した直後、内部温度が充分昇温する前にプロセスが始動した場合、反応生成物がポンプ内部に堆積する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１の発明は、モータによってロータを高速回転して真空処理室を真空排気するターボ分子ポンプにおいて、ターボ分子ポンプを起動する際、前記ロータが定格回転数まで上昇するように前記モータを制御する制御手段と、前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプ内部の加熱を行う加熱手段と、前記ロータ回転数が定格回転数に達した後、前記真空処理室での処理の開始を監視する監視手段と、前記真空処理室での処理の開始が検出されると、前記加熱手段により加熱されたポンプ内部の温度（内部温度）を検出する温度検出手段と、前記ロータが定格回転数に達した後に前記真空処理室での処理の開始が検出されたとき、前記内部温度が所定の閾値以下であるときはインターロック動作を実行する実行手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、モータによってロータを高速回転して真空処理室を真空排気するターボ分子ポンプにおいて、前記ロータの回転数を検出する回転数センサと、前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプを昇温させるヒータと、前記ヒータによる加熱対象部位に相関するポンプの内部温度を検出する温度センサと、前記モータの電流値を検出する電流センサと、前記回転数センサ、前記温度センサ、前記電流センサの検出信号に基づいて、前記ロータが定格回転数に達した後、前記電流が所定の閾値以上のときの前記内部温度が所定の閾値以下であればインターロック動作を実行するターボ用コントローラとを備えることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、インターロック動作は、前記ロータの回転を停止する停止動作、および／または、異常を出力するウォーニング動作であることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、モータによってロータを高速回転して真空処理室を真空排気するターボ分子ポンプの起動方法において、ターボ分子ポンプを起動する際、前記ロータが定格回転数まで上昇するように前記モータを制御し、前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプの内部をヒータで加熱し、前記ロータ回転数が定格回転数に達した後、前記真空処理室での処理の開始が検出されたとき、前記内部温度が所定の閾値以下であればインターロック動作を実行する。
（５）請求項５の発明は、請求項４に記載のターボ分子ポンプの起動方法において、インターロック動作は、前記ロータの回転を停止する停止動作、および／または、異常を出力するウォーニング動作であることを特徴とする。
（６）請求項６の発明による真空処理システムは、プロセスガスを真空処理室内に導入して基板に各種の処理を施す真空処理装置と、モータによってロータを高速回転して前記真空処理室内を真空排気するターボ分子ポンプ本体と、前記真空処理装置によるプロセスを制御するメインコントローラと、前記ターボ分子ポンプ本体の動作を制御するターボ用コントローラと、前記ロータの回転数を検出する回転数センサと、前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプを昇温させるヒータと、前記ヒータによる加熱対象部位温度に相関するポンプの内部温度を検出する温度センサと、前記モータの電流値を検出する電流センサとを備え、前記ターボ用コントローラは、前記回転数センサ、前記温度センサ、前記電流センサの検出信号に基づいて、前記ロータが定格回転数に達した後、前記内部温度が所定の閾値以下であり、かつ前記電流が所定の閾値以上のときにインターロック動作を実行することを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項６に記載の真空処理システムにおいて、インターロック動作は、前記ロータの回転を停止する停止動作、および／または、異常を出力するウォーニング動作であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ポンプ内部の反応生成物の堆積を確実に防止することができる。
また本発明の真空処理システムによれば、ターボ分子ポンプの起動が中断されたときに真空処理装置は不要なガスを供給することがない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明によるターボ分子ポンプの実施の形態を示す縦断面図。
【図２】図１のターボ分子ポンプの制御系を示すブロック図。
【図３】図２の制御系の動作を示すグラフ。
【図４】図２の制御系におけるターボ用コントロールを示すフローチャート。
【図５】図２の制御系におけるメインコントロールを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に本発明によるターボ分子ポンプの実施の形態を図面を参照して説明する。
磁気軸受式のターボ分子ポンプ本体１は、ターボ分子ポンプ部２とネジ溝ポンプ部３とを有する高ガス負荷対応型のターボ分子ポンプである。ターボ分子ポンプ部２は複数段の動翼１９と複数段の静翼２１とで構成され、ネジ溝ポンプ部３はネジロータ２０とネジステータ２３とで構成されている。
【０００９】
複数段の動翼１９およびネジロータ２０はロータ４に形成されており、ロータ４はスピンドルハウジング２４内に回転自在に設けられた回転軸８に固定されている。スピンドルハウジング２４内には、図示上側から順に、上部ラジアルセンサ１３、上部ラジアル電磁石９、モータステータ１２、下部ラジアル電磁石１０、下部ラジアルセンサ１４およびスラスト電磁石１１が設けられている。
【００１０】
回転軸８はラジアル電磁石９、１０およびスラスト電磁石１１によって非接触支持され、モータステータ１２と、回転軸８側のモータロータ（図示省略）とで構成されるＤＣモータ４２により回転駆動される。回転軸８の浮上位置は、各ラジアル電磁石９，１０およびスラスト電磁石１１に対応して設けられたラジアルセンサ１３、１４およびスラストセンサ１５によって検出される。回転軸８の上下に設けられた保護ベアリング１６、１７は機械式のベアリングであり、磁気軸受が作動していない場合に回転軸８を支持するとともに、回転軸８の浮上位置を制限するものとして機能する。
【００１１】
一方、ケーシング７内のベース６上には、複数の静翼２１およびネジステータ２３が設けられている。各静翼２１は上下をリング状のスペーサ２２によって挟持されるようにベース６上に保持されており、ケーシング７をベース６にボルト締結することにより、静翼２１およびスペーサ２２がケーシング７の上端とベース６との間に固定される。その結果、各静翼２１は動翼１９間の所定位置に位置決めされる。ネジステータ２３は、ベース６上にボルト締結されている。
【００１２】
吸気口７ａには、たとえばＣＶＤ装置の真空チャンバ１８などが接続され、ターボ分子ポンプは真空チャンバ内を真空排気する。以下の説明では、吸気口７ａに接続される真空チャンバ１８などを総称して真空処理室と呼ぶ。
【００１３】
吸気口７ａから流入したガス分子はターボ分子ポンプ部２によって図示下方へと叩き飛ばされ、下流側に向かって圧縮排気される。ネジロータ２０はネジステータ２３の内周面に近接して設けられており、ネジステータ２３内周面には螺旋溝が形成されている。ネジ溝ポンプ部３では、ネジステータ２３の螺旋溝と高速回転するネジロータ２０とにより、粘性流による排気が行われる。ターボ分子ポンプ部２で圧縮されたガス分子は、さらにネジ溝ポンプ部３によって圧縮され、排気口６ａから排出される。
【００１４】
ベース６には、ターボ分子ポンプ本体１の内部温度ＰＴ（図３）を検出するための温度センサ３０が埋設されている。温度センサ３０の検出温度は、そのまま内部温度として使用され、あるいは、内部温度との関係をあらかじめ測定して、より内部温度に近い値に校正して使用される。
【００１５】
本明細書中、内部温度とは、反応生成物がターボ分子ポンプ内に堆積し始めるか否かを判定するために測定する温度であり、温度センサ３０を反応生成物が堆積する部位の近傍に設置するのが好ましいが、上記部位の温度と相関する温度を示す部位であれば、上記部位の近傍ではない箇所に温度センサ３０を設置してもよい。
【００１６】
さらに、ベース６の外周に、ターボ分子ポンプ本体１を加熱するヒータ４４が装着され、適宜ターボ分子ポンプ本体１を加熱するように構成されている。なお、符号２５，３５は冷却配管である。
【００１７】
ＤＣモータ４２の電源ラインには電流センサ３２が設けられ、一方、ロータ４には回転数センサ３４が設けられている。電流センサ３２の出力値からＤＣモータ４２の負荷状態を検出し、回転数センサ３４の出力値からターボ分子ポンプ本体１が動作しているか否かを検出する。
【００１８】
図２は、本発明によるターボ分子ポンプ本体１を制御する制御系を説明する図である。メインコントローラ５２は、半導体製造工程等の全体プロセスを制御するための制御装置であり、たとえばＣＶＤ装置であれば、真空処理室で行われる成膜プロセスを制御する。ターボ用コントローラ５０は、メインコントローラ５２によって制御されつつターボ分子ポンプ本体１を制御する制御装置である。これらコントローラ５０，５２は、ＣＰＵとその周辺回路を含んで構成されている。
【００１９】
ターボ用コントローラ５０には、温度センサ３０、電流センサ３２、回転数センサ３４、ＤＣモータ４２、ヒータ４４が接続され、ターボ用コントローラ５０は、温度センサ３０、電流センサ３２、回転数センサ３４の検出信号に基づいて、ＤＣモータ４２およびヒータ４４を制御する。
【００２０】
さらに、ターボ用コントローラ５０にはマニュアル操作盤５４が接続され、ＤＣモータ４２およびヒータ４４を適宜マニュアル操作し得るとともに、温度センサ３０、電流センサ３２、回転数センサ３４の校正設定の操作等を行うことができる。
【００２１】
図３を参照して、半導体製造工程等のプロセス開始時のポンプ各部の状態を説明する。
メインコントローラ５２からターボ用コントローラ５０にポンプ起動指令が出力されると、ターボ用コントローラ５０は、ヒータ４４を起動するとともに、ＤＣモータ４２を起動する。ヒータ４４の起動によって、図３の２点鎖線で示すように、ターボ分子ポンプ本体１の内部温度ＰＴは徐々に上昇する。内部温度ＰＴが、反応生成物の昇華温度以上のポンプ設定温度閾値Ｔθ（同図参照）以上に昇温されると、反応生成物の堆積が防止される。一方、同図の実線で示すように、ＤＣモータ４２は、その起動後、定格回転数まで急速に上昇し、その後、定格回転数に保持される。
【００２２】
図３の破線で示すように、ターボ用コントローラ５０は、ＤＣモータ４２の起動時には、一旦大きな起動電流をＤＣモータ４２に供給し、ＤＣモータ４２が定格回転数に達したとき、電流値Ｉを定常電流に制御する。
【００２３】
定常電流値になったときには、ターボ用コントローラ５０は、ＤＣモータ４２の回転数Ｎを時々刻々監視し、回転数Ｎを一定に保持するように、ＤＣモータ４２の電流値Ｉを調節する。吸気口７ａに接続された真空処理室内で成膜などの処理を行うために真空処理室内にプロセスガスや材料ガスが導入されて処理が開始される前後において、モータ定常電流値は変動する。すなわち、真空処理室内で各種の処理が開始される以前においては、真空処理室から反応生成物が流入されないので、定常電流値は極めてわずかの無負荷電流値となる。真空処理室内で各種の処理が開始されて反応生成物が流入すると、モータ電流値が上昇する。
【００２４】
ターボ用コントローラ５０は、定格回転数で回転するＤＣモータ４２の電流値Ｉが所定の閾値Ｉθ（図３参照）を超えたか否かを判断する。閾値Ｉθは、反応生成物がターボ分子ポンプ本体１に流入した際にターボ分子ポンプ本体１に作用する負荷に対応しており、電流値Ｉと閾値Ｉθとの比較によって、真空処理室内にプロセスガスが導入されて反応生成物がターボ分子ポンプに流入し始めたことを常時監視することができる。
【００２５】
図３に示すように、時刻Ｔｓの時点で、反応生成物がターボ分子ポンプ本体１へ流入し始めると、電流値Ｉは急激に上昇し、閾値Ｉθを超える。このとき、内部温度ＰＴがポンプ設定温度閾値Ｔθ以上であれば、反応生成物の堆積は生じることはないが、ポンプ設定温度閾値Ｔθ未満であれば堆積が生じる可能性がある。
【００２６】
そこで、ターボ用コントローラ５０は、ＤＣモータ４２が定格回転数で運転されている時、電流値Ｉが閾値Ｉθ以上となり、かつ内部温度ＰＴが閾値Ｔθ未満のときに、インターロック動作を実行する。インターロック動作が実行されると、ターボ分子ポンプ本体１を停止するとともに、メインコントローラ５２に異常を報せる。異常通報を受けたメインコントローラ５２は、真空処理室内でのプロセスを停止するため、プロセスガスの供給を停止する。
【００２７】
このようなインターロック動作の処理フローについて、図４を参照して説明する。図４の処理はターボ用コントローラ５０により実行される。
【００２８】
ステップＳ４１：ターボ用コントローラ５０はメインコントローラ５２からの制御信号によって、ターボ分子ポンプ本体１を起動し、その後、自律的にターボ分子ポンプ本体１の運転を継続する。
【００２９】
ステップＳ４２：ステップＳ４１に続いて、回転数Ｎが定格回転数に達したか否かを判断する。回転数Ｎが定格回転数に達したときは、ステップＳ４３に進み、回転数Ｎが定格回転数に達していないときは、ステップＳ４１に戻る。回転数Ｎが定格回転数に達したときには、電流値Ｉは定常電流値になっており、反応生成物流入前には無負荷電流値となる。
【００３０】
ステップＳ４３：電流値Ｉが閾値Ｉθ以上になった否かを判断する。電流値Ｉが閾値Ｉθ以上のときは、ステップＳ４４に進み、電流値Ｉが閾値Ｉθ未満のときは、ステップＳ４１に戻る。すなわち、反応生成物の流入が開始されたか否かを判断し、流入が開始されていればステップＳ４４に進み、流入前であればステップＳ４１に戻る。
【００３１】
ステップＳ４４：内部温度ＰＴが閾値Ｔθ以上であるか否かを判断する。内部温度ＰＴが閾値Ｔθ以上のときは、ステップＳ４１に戻り、内部温度ＰＴが閾値Ｔθ未満のときは、ステップＳ４５に進む。すなわち、反応生成物の堆積が生じる可能性があるか否かを判断し、可能性があるときはステップＳ４１に戻り、可能性がなければステップＳ４５に進む。
【００３２】
ステップＳ４５：ターボ分子ポンプ本体１を停止し、ステップＳ４６に進む。
ステップＳ４６：メインコントローラ５２に異常を通知するアラーム動作を実行し、処理を終了する。
ここで、ステップＳ４５、Ｓ４６の動作をインターロック動作と呼ぶ。
【００３３】
一方、図５に示すように、メインコントローラ５２は、以下の各ステップによってターボ分子ポンプ本体１に関連した制御を実行する。
ステップＳ５１：まず、ターボ分子ポンプ本体１を起動するための信号を、ターボ用コントローラ５０に対して出力し、ステップＳ５２に進む。
【００３４】
ステップＳ５２：ターボ用コントローラ５０から異常の通知（ステップＳ４６）を待つ。異常の通知があったときは、ステップＳ５３に進み、異常の通知がなかったときはそのまま待機状態を維持する。
ステップＳ５３：ターボ用コントローラ５０から異常の通知があると、プロセスガスや材料ガスの真空処理室への供給を停止し、処理を終了する。
【００３５】
以上説明した実施の形態のターボ分子ポンプによれば、次のような作用効果を奏することができる。
（１）ターボ分子ポンプ起動時、内部温度が反応生成部の堆積するか否かに応じて設定される所定値を越えるまでは、真空処理室でのプロセスを中止するようにした。したがって、ターボ分子ポンプに反応生成物が堆積することを抑制できる。その結果、ターボ分子ポンプの寿命を向上させることができる。
【００３６】
（２）ロータが定格回転数で回転した後、モータ電流により負荷を監視し、モータ電流から反応生成物の流入が開始されたことが検出されたとき、ターボ分子ポンプ１０の内部温度が設定温度以下の場合はポンプを停止するようにした。したがって、モータが定格回転数で運転された後に、モータ負荷を判定せず、内部温度が設定温度に達していないという条件でポンプを停止する方法を採用する場合に比べて、起動時に不必要にポンプが停止することがない。
【００３７】
（３）ターボ分子ポンプ本体と真空処理装置により構成される真空処理システムにあっては、ターボ用コントローラ５０から異常通報を受けたメインコントローラ５２がプロセスガスの供給を停止するようにしたので、不必要にガスを供給する必要がない。
【００３８】
なお、ターボ分子ポンプ本体１の起動停止はメインコントローラ５２の主導で実行することも可能である、したがって、インターロック動作を次のようにしてもよい。すなわち、ステップＳ４５を省略し、ステップＳ４６の異常の通知のみ行うウォーニング動作としてもよい。作業者は、必要に応じて、ウォーニング出力により真空処理室内でのプロセスを中止することができる。
【００３９】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明は、ターボ分子ポンプ本体を起動する際、ロータが定格回転数まで上昇するようにモータを制御し、真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプ内部の加熱を行い、ロータ回転数が定格回転数に達した後、真空処理室での処理の開始が検出されると、ポンプ内部の温度（内部温度）を検出し、ロータが定格回転数に達した後、真空処理室での処理の開始が検出されたときの内部温度が所定の閾値以下であるときはインターロック動作を実行するターボ分子ポンプおよびその起動方法にも適用される。
【００４０】
さらに、ターボ分子ポンプ本体で真空排気する真空処理装置はＣＶＤ装置に限定されず、真空処理室内で基板に対して各種処理（たとえば、エッチング処理）を施すようにした種々の真空処理装置とターボ分子ポンプ本体とを有するシステムにも本発明を適用できる。
また、真空処理室から反応生成物が流入したか否かをモータ電流で判定するようにしたが、モータ負荷をモータ電流以外のパラメータで検出してもよい。あるいは、真空処理装置のメインコントローラ５２からターボ用コントローラ５０へプロセス開始信号を出力するように構成すれば、反応生成物の流入に伴うモータ負荷を検出する必要もない。
【符号の説明】
【００４１】
Ｎ： 回転数 Ｉ： 電流値
Ｉθ： 閾値 ＰＴ： 内部温度
Ｔθ： 閾値
１：ターボ分子ポンプ本体 ４：ロータ
３０：温度センサ ３２：電流センサ
３４：回転数センサ ４２：ＤＣモータ
４４：ヒータ ５０：ターボ用コントローラ
５２：メインコントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによってロータを高速回転して真空処理室を真空排気するターボ分子ポンプにおいて、
ターボ分子ポンプを起動する際、前記ロータが定格回転数まで上昇するように前記モータを制御する制御手段と、
前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプ内部の加熱を行う加熱手段と、
前記真空処理室での処理の開始を監視する監視手段と、
前記ロータ回転数が定格回転数に達した後に前記真空処理室での処理の開始が検出されると、前記加熱手段により加熱されたポンプ内部の温度（内部温度）を検出する温度検出手段と、
前記ロータが定格回転数に達した後に前記真空処理室での処理の開始が検出されたとき、前記内部温度が所定の閾値以下であるときはインターロック動作を実行する実行手段とを備えることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２】
モータによってロータを高速回転して真空処理室を真空排気するターボ分子ポンプにおいて、
前記ロータの回転数を検出する回転数センサと、
前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプを昇温させるヒータと、
前記ヒータによる加熱対象部位に相関するポンプの内部温度を検出する温度センサと、
前記モータの電流値を検出する電流センサと、
前記回転数センサ、前記温度センサ、前記電流センサの検出信号に基づいて、前記ロータが定格回転数に達した後、前記電流が所定の閾値以上のときの前記内部温度が所定の閾値以下であればインターロック動作を実行するターボ用コントローラとを備えることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
インターロック動作は、前記ロータの回転を停止する停止動作、および／または、異常を出力するウォーニング動作であることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項４】
モータによってロータを高速回転して真空処理室を真空排気するターボ分子ポンプの起動方法において、
ターボ分子ポンプを起動する際、前記ロータが定格回転数まで上昇するように前記モータを制御し、
前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプの内部をヒータで加熱し、
前記ロータ回転数が定格回転数に達した後、前記真空処理室での処理の開始が検出されたとき、前記内部温度が所定の閾値以下であればインターロック動作を実行することを特徴とするターボ分子ポンプの起動方法。
【請求項５】
請求項４に記載のターボ分子ポンプの起動方法において、
インターロック動作は、前記ロータの回転を停止する停止動作、および／または、異常を出力するウォーニング動作であることを特徴とするターボ分子ポンプの起動方法。
【請求項６】
プロセスガスを真空処理室内に導入して基板に各種の処理を施す真空処理装置と、
モータによってロータを高速回転して前記真空処理室内を真空排気するターボ分子ポンプ本体と、
前記真空処理装置によるプロセスを制御するメインコントローラと、
前記ターボ分子ポンプ本体の動作を制御するターボ用コントローラと、
前記ロータの回転数を検出する回転数センサと、
前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプを昇温させるヒータと、
前記ヒータによる加熱対象部位温度に相関するポンプの内部温度を検出する温度センサと、
前記モータの電流値を検出する電流センサとを備え、
前記ターボ用コントローラは、前記回転数センサ、前記温度センサ、前記電流センサの検出信号に基づいて、前記ロータが定格回転数に達した後、前記内部温度が所定の閾値以下であり、かつ前記電流が所定の閾値以上のときにインターロック動作を実行することを特徴とする真空処理システム。
【請求項７】
請求項６に記載の真空処理システムにおいて、
インターロック動作は、前記ロータの回転を停止する停止動作、および／または、異常を出力するウォーニング動作であることを特徴とする真空処理システム。
【請求項１】
モータによってロータを高速回転して真空処理室を真空排気するターボ分子ポンプにおいて、
ターボ分子ポンプを起動する際、前記ロータが定格回転数まで上昇するように前記モータを制御する制御手段と、
前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプ内部の加熱を行う加熱手段と、
前記真空処理室での処理の開始を監視する監視手段と、
前記ロータ回転数が定格回転数に達した後に前記真空処理室での処理の開始が検出されると、前記加熱手段により加熱されたポンプ内部の温度（内部温度）を検出する温度検出手段と、
前記ロータが定格回転数に達した後に前記真空処理室での処理の開始が検出されたとき、前記内部温度が所定の閾値以下であるときはインターロック動作を実行する実行手段とを備えることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２】
モータによってロータを高速回転して真空処理室を真空排気するターボ分子ポンプにおいて、
前記ロータの回転数を検出する回転数センサと、
前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプを昇温させるヒータと、
前記ヒータによる加熱対象部位に相関するポンプの内部温度を検出する温度センサと、
前記モータの電流値を検出する電流センサと、
前記回転数センサ、前記温度センサ、前記電流センサの検出信号に基づいて、前記ロータが定格回転数に達した後、前記電流が所定の閾値以上のときの前記内部温度が所定の閾値以下であればインターロック動作を実行するターボ用コントローラとを備えることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
インターロック動作は、前記ロータの回転を停止する停止動作、および／または、異常を出力するウォーニング動作であることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項４】
モータによってロータを高速回転して真空処理室を真空排気するターボ分子ポンプの起動方法において、
ターボ分子ポンプを起動する際、前記ロータが定格回転数まで上昇するように前記モータを制御し、
前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプの内部をヒータで加熱し、
前記ロータ回転数が定格回転数に達した後、前記真空処理室での処理の開始が検出されたとき、前記内部温度が所定の閾値以下であればインターロック動作を実行することを特徴とするターボ分子ポンプの起動方法。
【請求項５】
請求項４に記載のターボ分子ポンプの起動方法において、
インターロック動作は、前記ロータの回転を停止する停止動作、および／または、異常を出力するウォーニング動作であることを特徴とするターボ分子ポンプの起動方法。
【請求項６】
プロセスガスを真空処理室内に導入して基板に各種の処理を施す真空処理装置と、
モータによってロータを高速回転して前記真空処理室内を真空排気するターボ分子ポンプ本体と、
前記真空処理装置によるプロセスを制御するメインコントローラと、
前記ターボ分子ポンプ本体の動作を制御するターボ用コントローラと、
前記ロータの回転数を検出する回転数センサと、
前記真空処理室から流入する反応生成物の堆積を防止すべくポンプを昇温させるヒータと、
前記ヒータによる加熱対象部位温度に相関するポンプの内部温度を検出する温度センサと、
前記モータの電流値を検出する電流センサとを備え、
前記ターボ用コントローラは、前記回転数センサ、前記温度センサ、前記電流センサの検出信号に基づいて、前記ロータが定格回転数に達した後、前記内部温度が所定の閾値以下であり、かつ前記電流が所定の閾値以上のときにインターロック動作を実行することを特徴とする真空処理システム。
【請求項７】
請求項６に記載の真空処理システムにおいて、
インターロック動作は、前記ロータの回転を停止する停止動作、および／または、異常を出力するウォーニング動作であることを特徴とする真空処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１６９１６４（Ｐ２０１１−１６９１６４Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３１２３１（Ｐ２０１０−３１２３１）
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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