(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空ポンプの自動停止回路とは独立して構成され、前記真空ポンプの停止時に粉塵等がバルブを介してチャンバー内に逆流するのを防止する逆流防止システムであって、
真空ポンプに流れる所定箇所の電流の電流値を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段で検出された電流値と予め設定された電流設定値との比較をし、前記検出された電流値が電流設定値を超えたときに真空ポンプの過負荷状態と判定して信号を出力するコンパレータと、
該コンパレータの出力信号に基づきバルブの閉止を行うバルブ閉止手段とを備え、
前記電流設定値は、前記真空ポンプの緊急停止が行われる異常電流値より小さく、該真空ポンプに流れる常用電流値よりも大きい値であり、
かつ、前記バルブの閉止指令を受けてから完全にバルブの閉止するまでに要するバルブ閉止時間が、前記コンパレータの出力信号が発せられたときから前記真空ポンプの緊急停止に至るまでに要する時間内に収まるように調整されたことを特徴とする逆流防止システム。
【請求項２】
前記コンパレータの出力信号が解除のいらないパルス信号にて形成されたことを特徴とする請求項１記載の逆流防止システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の逆流防止システムを備えたことを特徴とする真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は逆流防止システム及び該逆流防止システムを備えた真空ポンプに係わり、特に真空ポンプの停止によるチャンバーへの逆流を防止すると共に復旧が容易であることを兼ね備えた逆流防止システム及び該逆流防止システムを備えた真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程では、化学気相反応を利用して成膜するＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理やエッチング処理等が行われ、プロセスチャンバにおいて各種のガスが使用されている。昨今、このプロセスチャンバにおいて、一度に数百枚の半導体ウエハが処理されることも多い。
【０００３】
そして、このプロセスチャンバから化学気相反応等を経て発生する排ガスは、有害なＣＦ4（フロン１４）やＣ4Ｆ8（フロン３１８）などのＰＦＣガス（パーフロロカーボン：地球温暖化ガス）が含まれている。このＰＦＣガスは極めて安定なため、分解されずに大気中に放出されると環境に対して害が大きい。
【０００４】
このため、図４に示すように、プロセスチャンバ１には、この有害な排ガスを除去するべく必要な低圧にまで真空引きするためにターボ分子ポンプやドライポンプ等の真空ポンプ５が接続されている。
【０００５】
そして、この真空ポンプ５とプロセスチャンバ１の間の配管にはゲートバルブ３が配設されている。真空ポンプ５から出力された有害な排ガスは、除害装置７に送られ、例えば、プラズマによりＰＦＣガスを無害なＣＯ2やＨＦ（フッ化水素）に分解するようになっている。但し、除害装置７は省略されることもある。
【０００６】
ところで、真空ポンプ５にゴミ等の異物が混入したような場合には、異常な過負荷や過トルク状態となりポンプ停止信号が発せられる。このとき同時にゲートバルブ３にも閉止指令が送信されるが、ポンプ停止に要する時間とゲートバルブ３の閉止に要する時間とはほぼ接近しており、状況如何によってはポンプ停止後に遅れてゲートバルブ３が閉止される場合も想定される。
【０００７】
具体的には、ゲートバルブ３が閉止を開始してから完全に閉止するまでにはおよそ１秒程度かかる。これに対し、真空ポンプ５の緊急停止はあくまでポンプの異常状態を想定した設定となっているため、モーター電流値の設定等もポンプの限界領域に設定されていることが多い。ポンプ停止信号が発せられてからポンプの停止に至るまでの時間はポンプの異常の内容にもよるが通常は１秒程度かかることがある。
【０００８】
このため、真空ポンプ５側からのポンプ停止信号を受けてからゲートバルブ３を閉止したのでは、ゲートバルブ３が完全に閉止する前にポンプが停止してしまう可能性がある。
【０００９】
この場合、プロセスチャンバ１内は減圧されているため、真空ポンプ５側からプロセスチャンバ１内に向けてガスが逆流することになる。そして、この逆流の際には、真空ポンプ５内部や配管内に付着していた粉塵もはがれたり等してこの逆流ガスの流れに乗ってプロセスチャンバ１内に侵入することになる。この際には、多数の半導体ウエハが一瞬にして汚染され甚大な損害を生ずるおそれがあった。
【００１０】
かかる弊害を回避するため、真空ポンプに故障要因が発生した場合にまずバルブの閉止信号を送信し、その後、約２秒後まで真空ポンプの運転を強制的に継続させてから真空ポンプを停止する方法が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−６６５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１の方法は、バルブの閉止時間を考慮してこの時間を余裕を持って越えるまで強制的に真空ポンプの運転を継続させようとするものである。このため、ポンプ制御回路を改造する必要がある。また、本来即時に停止すべき緊急異常状況であるのに強制的に真空ポンプの運転を継続させることは、真空ポンプにとって、また、システム全体にとっても好ましくないおそれがあった。
更に、別な課題として、システムの復旧作業がある。通常、復旧時のバルブの開作業は、安全の面から、バルブの閉信号の解除後、手動で行われる。バルブの閉信号が継続信号である場合、何らかの異常で、装置からバルブの閉信号が出力され続けると、バルブの開作業が出来ず、復旧に支障が生じていた。またバルブの閉信号の解除をする為に、装置まで出向いて解除する必要があった。
【００１３】
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、真空ポンプの停止によるチャンバーへの逆流を防止すると共に復旧が容易であることを兼ね備えた逆流防止システム及び該逆流防止システムを備えた真空ポンプ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】
【００１４】
このため本発明（請求項１）は、逆流防止システムの発明であって、真空ポンプの自動停止回路とは独立して構成され、前記真空ポンプの停止時に粉塵等がバルブを介してチャンバー内に逆流するのを防止する逆流防止システムであって、真空ポンプに流れる所定箇所の電流の電流値を検出する電流検出手段と、該電流検出手段で検出された電流値と予め設定された電流設定値との比較をし、前記検出された電流値が電流設定値を超えたときに真空ポンプの過負荷状態と判定して信号を出力するコンパレータと、該コンパレータの出力信号に基づきバルブの閉止を行うバルブ閉止手段とを備え、前記電流設定値は、前記真空ポンプの緊急停止が行われる異常電流値より小さく、該真空ポンプに流れる常用電流値よりも大きい値であり、かつ、前記バルブの閉止指令を受けてから完全にバルブの閉止するまでに要するバルブ閉止時間が、前記コンパレータの出力信号が発せられたときから前記真空ポンプの緊急停止に至るまでに要する時間内に収まるように調整されたことを特徴とする。
【００１５】
電流設定値は、真空ポンプの緊急停止が行われる異常電流値より小さく、かつ、真空ポンプに通常的に流れる常用電流値よりも大きい値であり、ポンプの過負荷状態のときのものである。従って、ポンプ緊急停止信号が発せられるまでに今少し余裕のある時点での設定であり、このままポンプ停止に至ることもあれば、ポンプ停止に至らずに運転継続されることもあり得る境界領域の範囲内のものである。このコンパレータの出力信号が発せられてからポンプの緊急停止信号が発せられるまでの余裕は１秒程度以上あることが望ましい。
【００１６】
バルブ閉止時間はバルブの閉止指令を受けてからこのバルブが完全に閉止するまでの時間である。本発明において、バルブの閉止指令は、真空ポンプの緊急停止が行われる異常電流値の検出時点において発せられるものではなく、その時点よりも所定時間前の真空ポンプの過負荷状態において発せられるものであるため、実際に真空ポンプが完全に停止するまでにある程度の時間を確保できる。このコンパレータの出力信号が発せられてから実際にポンプが停止するまでの時間は２秒程度以上あることが望ましい。
【００１７】
以上により、バルブが完全に閉止してから真空ポンプを停止することができ、真空ポンプの停止時に粉塵等がバルブを介してチャンバー内に逆流するのを簡単にかつ効率よく防止できる。
【００１８】
また、本発明（請求項２）は、逆流防止システムの発明であって、前記コンパレータの出力信号が解除のいらないパルス信号にて形成されたことを特徴とする。
リレーを自己保持等せずにパルス状に形成したことで、バルブの閉止を解除するときにコンパレータの出力信号を解除する必要が無くなる。従って、手間を省けて操作も簡便に行える。
【００１９】
更に、本発明（請求項３）は、真空ポンプの発明であって、請求項１または請求項２記載の逆流防止システムを備えて構成した。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明（請求項１）によれば、検出された電流値が電流設定値を超えたときに真空ポンプの過負荷状態と判定して信号を出力するコンパレータと、このコンパレータの出力信号に基づきバルブの閉止を行うバルブ閉止手段とを備え、ポンプの過負荷状態を捉えてバルブの閉止信号を発するように構成したのでバルブの閉止開始から真空ポンプの停止までの時間を確保でき、真空ポンプの停止時に粉塵等がバルブを介してチャンバー内に逆流するのを簡単にかつ効率よく防止できる。真空ポンプとは無関係にバルブの制御回路の改造のみで構成できるので改造作業も簡単に最小限で済む。
【００２１】
また、本発明（請求項２）によれば、コンパレータの出力信号を解除のいらないパルス信号にて形成したので、過負荷状態が一時的なものであり、すぐに収束したような場合には真空ポンプはそのまま停止せずに継続して動作可能である。監視員は真空ポンプの運転を確認した後、バルブの開指令を指示するだけでよいので楽である。パルス状に閉止信号を発することで、真空ポンプの運転を確認した場合にバルブを開く作業がすぐに行える。バルブの閉止信号の解除が不要であり、楽である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態である逆流防止システムを含む全体システム構成図
【図２】真空ポンプ回りのブロック図
【図３】タイミングチャート
【図４】成膜装置システム構成図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態である逆流防止システムの全体システム構成図を図１に、また、真空ポンプ回りのブロック図を図２に示す。
なお、図４と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。図１において、プロセスチャンバ１は成膜装置であり、真空ポンプ５は例えばドライポンプで構成されている。
【００２４】
真空ポンプ５には例えば２００ボルト、三相電源より電力が供給されている。この電力は主幹ケーブル９を通じて真空ポンプ５のポンプ盤内部にて制御系回路１１及びインバータ回路１３を経てモーター回路１５に対しそれぞれ供給されるようになっている。
【００２５】
インバータ回路１３に流れる電流値は常時監視され、ポンプに内蔵のコンパレータ１７で予め設定された電流設定値１９と比較されるようになっている。そして、監視された電流値が電流設定値１９を超えたときリレー２１がオンされるようになっている。コンパレータ１７及びリレー２１はポンプ回路にもともと標準装備として付属されているものを利用されてもよい。
【００２６】
一方、電源の主幹ケーブル９にはカレントモニター２３が配設され、主幹ケーブル９を流れるメイン電流が検出されるようになっている。カレントモニター２３で検出された電流はコンパレータ２７で予め設定された電流設定値２９と比較されるようになっている。そして、監視された電流値が電流設定値２９を超えたときリレー３１がオンされるようになっている。
【００２７】
リレー２１とリレー３１とはオア接続された形でゲートバルブ３の駆動回路と結ばれている。従って、リレー２１とリレー３１のいずれかのリレーが動作したときに直ちにゲートバルブ３が閉止されるようになっている。
【００２８】
なお、本逆流防止システムの制御回路はこのゲートバルブ３の閉止を行うのみであり、真空ポンプ５の停止まで制御するものではない。データロガー３３はカレントモニター２３で検出した電流の動向を記録するものであり、また、Ｍａｘホールド３５は、カレントモニター２３で検出した電流の最大値を保持するものである。データロガー３３及びＭａｘホールド３５は電流設定値１９、電流設定値２９を設定するのに参考とするデータを収集するためのツールであり、一度本システムを稼働した後には省略することも可能なものである。
【００２９】
真空ポンプ５の運転信号、故障信号、ゲートバルブ３の閉止信号はプロセスチャンバ１に送信され、センターにおいて表示可能なようになっている。また、ゲートバルブ３の開閉指令の操作はセンターにおいて可能なようになっている。
【００３０】
次に、本発明の実施形態の動作を説明する。
本発明の実施形態である逆流防止システムの制御回路は真空ポンプ５の制御回路とは独立した形で構成する。真空ポンプ５の停止制御は、従来と同様にポンプ回路に内蔵された標準装備の回路で行われ、緊急状態を示す電流値の異常やトルクの異常を検出した際に即座に真空ポンプを停止するものである。なお、この真空ポンプの停止に際しては、ロータの慣性等により停止指令を与えてから完全に真空ポンプ停止するまでに通常１秒程度かかることが想定される。
【００３１】
電流設定値１９及び電流設定値２９は真空ポンプの緊急状態を示す電流値よりも低く、かつ、真空ポンプの常用電流値よりも高く設定されたしきい値である。また、電流設定値１９又は電流設定値２９よりゲートバルブ３の閉止を指令してから実際に真空ポンプが停止するまでの間の時間内にゲートバルブ３の閉止時間（例えば１秒）が余裕を持って収まるようにこれらの電流設定値が現地等で実験的に決められる。
【００３２】
即ち、これらの電流設定値は、真空ポンプの緊急状態を示す電流値が検出されるタイミングより１秒程度以上前に発生している過負荷状態の電流値として検出されるのが望ましい。従って、例えば真空ポンプの異常電流値の値を１５Ａとしたときに、データロガー３３で検出したカレントモニター２３の常用電流値５Ａの２倍付近の１０Ａ程度を電流設定値とする。この１０Ａという大きさを決定するに際してはＭａｘホールド３５で検出したピーク値を参考にする。
【００３３】
そして、カレントモニター２３で検出した電流値が電流設定値２９を超えたとき、又は、インバータ回路１３に流れる電流値が電流設定値１９を超えたときにゲートバルブ３の閉止信号が送信され、ゲートバルブ３は直ちに閉止される。閉止時間は前述した通りほぼ１秒程度かかるものである。
なお、コンパレータ１７とコンパレータ２７を配置したのは、いずれが先に真空ポンプの過負荷状態を検出できるか運転状況如何で異なることが想定されるためであり、いずれか一方のみを配置することも可能である。
【００３４】
次に、シーケンス的には図３のタイミングチャートのように処理される。
真空ポンプに混入したゴミ等の異物で、一時的に主幹ケーブル９を流れるメイン電流やインバータ回路１３を流れる電流の値が上昇しアラームが働いてしまうことがある。この場合についてまず説明する。
【００３５】
このとき、主幹ケーブル９を流れるメイン電流の電流値若しくはインバータ回路１３に流れる電流値が一時的な過負荷状態であることをタイミングｔ１でコンパレータ１７若しくはコンパレータ２７のいずれかが検出する。そして、ゲートバルブ３の閉止信号が例えばｔ１からｔ２に至るまでの１秒間だけパルスとして送信され、ゲートバルブ３はｔ１から閉止動作を開始する。
【００３６】
このときの過負荷状態が一時的なものであり、すぐに収束したような場合には真空ポンプ５はそのまま停止せずに継続して動作する。しかしながら、ゲートバルブ３は前述の通り閉止指令を受けてほぼ１秒後には完全に閉止しているため、センターにおいて監視員が真空ポンプ５の運転が安全に継続されていることを確認した後、ｔ３においてゲートバルブ３の開指令を送信する。
【００３７】
従来は、このように真空ポンプ５が停止した場合にはプロセスチャンバ１の設置されている無塵状態の２階のセンター等にいる監視員が真空ポンプ５の置かれている階下まで移動した上で真空ポンプ５の運転を再開していた。この際には防塵スーツを脱いだり、再び着たりする必要もあり、手間のかかる作業になっていた。しかしながら、本実施形態のように逆流防止システムを構成することで、監視員はセンターに居ながらにして真空ポンプ５の運転を確認した後、ゲートバルブ３の開指令を指示するだけでよいので楽である。
【００３８】
一方、過負荷状態をｔ４で検出したもののこの状態が一時的なものに止まらず、最終的に真空ポンプ５の緊急状態である異常電流値にまで至った場合にはｔ６で真空ポンプ５の停止指令が発せられ真空ポンプ５は自動停止される。この停止指令は本実施形態の逆流防止システムとは独立した形で真空ポンプ５側に予め内蔵されている停止回路に従い発せられる。即ち、異常電流値も真空ポンプ５側で独自に設定されたものである。
【００３９】
この場合、監視員は真空ポンプ５が停止している非常時の状況なので現場確認を行う。
以上のように、ゲートバルブ３の指示信号については、閉止信号のみを出力する一方でバルブの開は、手動で行っているため、簡素に構成可能である。また、操作的にもパルス状にゲートバルブ３の閉止信号を発することで、真空ポンプ５の運転を確認した場合にゲートバルブ３を開く作業がすぐに行える。このため、閉止信号の解除が不要であり、楽である。
【符号の説明】
【００４０】
１  プロセスチャンバ
３  ゲートバルブ
５  真空ポンプ
７  除害装置
９  主幹ケーブル
１１  制御系回路
１３  インバータ回路
１５  モーター回路
１７、２７  コンパレータ
１９、２９  電流設定値
２１、３１  リレー
２３  カレントモニター
３３  データロガー
３５  Ｍａｘホールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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