(57)【要約】【課題】冷却水を冷却するためのコストを低減させることができ、且つ、真空ポンプの運転コストを低減することが可能な真空ポンプシステムを提供する。【解決手段】真空ポンプシステムは、真空ポンプ３，３’と、真空ポンプ３，３’を冷却するための冷却水配管４，４’と、真空ポンプ３，３’から発生する熱で発電する発電装置８，８’と、発電装置８，８’によって発電された電気を蓄える蓄電装置９と、を備える。蓄電装置９に蓄えられた電力は真空ポンプ３，３’のモータ３ｂ，３ｂ’に供給される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプロータおよび該ポンプロータを駆動するモータを有する真空ポンプと、
前記真空ポンプを冷却する冷却水が流れる冷却水配管と、
前記真空ポンプから発生する熱で発電する発電装置と、
前記発電装置によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、を備え、
前記蓄電装置に蓄えられた電力を前記モータに供給することを特徴とする真空ポンプシステム。
【請求項２】
前記真空ポンプを加熱するためのヒータをさらに備え、
前記蓄電装置に蓄えられた電力を前記ヒータに供給することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプシステム。
【請求項３】
前記蓄電装置の充電量を監視すると共に、当該充電量に基づいて、前記モータおよび／または前記ヒータに電力を供給するように前記蓄電装置を制御する制御装置をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の真空ポンプシステム。
【請求項４】
前記真空ポンプがアイドル状態にある場合には、前記蓄電装置に蓄えられた電力を当該アイドル状態にある真空ポンプのヒータに供給することを特徴とする請求項２または３に記載の真空ポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプシステムに関し、特に真空ポンプから発生する熱を電力として回収することができる真空ポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＣＶＤ装置やエッチング装置などの半導体製造装置の真空チャンバ内を真空に排気するための真空ポンプ装置が用いられている。この種の真空ポンプ装置では、吸入ポートから吸入した気体を圧縮して排気ポートより排気するため、気体の圧縮熱によりポンプケーシングの圧縮最終段部分が高温になる。ポンプが圧縮熱により熱膨張を起こすと、ポンプロータ間および／またはポンプロータとポンプケーシング間のクリアランスが変化し、ポンプ性能が低下してしまう。
【０００３】
また、ポンプロータを回転可能に支持する軸受も摩擦などに起因して発熱し、さらには、ポンプロータを回転させるためのモータも発熱する。軸受は潤滑などの観点から、あまり昇温させたくない部位である。また、モータも、故障防止の観点から過度の昇温は避けたい部位である。したがって、真空ポンプを効率よく冷却することが従来から求められてきた。
【０００４】
そこで、ポンプケーシング内に冷却水配管を設け、工場内を流れるユーティリティ水（多目的水）によりポンプを冷却する構成や、ユーティリティ水が流れる冷却ジャケットをポンプに取り付ける構成が知られている。また、ペルチェ素子を真空ポンプのハウジングに配置し、ヒートポンプ作用で真空ポンプの熱を別部材に移動させることで、真空ポンプを冷却する構成も知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
真空ポンプの冷却に使用されたユーティリティ水は、工場設備に回収されて冷却され、再度冷却水として使用される。したがって、真空ポンプの温度が高ければ、工場設備でユーティリティ水を冷却するのに必要な電気料が増え、維持管理費が嵩むという問題がある。
【０００６】
真空ポンプ装置の排気配管は、ヒータで保温されていることがある。これは、半導体製造装置の真空チャンバ内に流されるガスの種類によっては、温度低下に伴って副生成物を生成するものがあり、この副生成物の堆積による配管閉塞を防止するためである。この種の真空ポンプ装置では、副生成物が生成されない温度にまでヒータで加熱するためには、かなりの電力量が必要となり、真空ポンプ装置の運転コストが高くなってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−９３６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、再使用される冷却水を冷却するためのコストを低減させることができ、且つ、真空ポンプの運転コストを低減することが可能な真空ポンプ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】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の一態様は、ポンプロータおよび該ポンプロータを駆動するモータを有する真空ポンプと、前記真空ポンプを冷却する冷却水が流れる冷却水配管と、前記真空ポンプから発生する熱で発電する発電装置と、前記発電装置によって発電された電力を蓄える蓄電装置と、を備え、前記蓄電装置に蓄えられた電力を前記モータに供給することを特徴とする真空ポンプシステムである。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記真空ポンプを加熱するためのヒータをさらに備え、前記蓄電装置に蓄えられた電力を前記ヒータに供給することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記蓄電装置の充電量を監視すると共に、当該充電量に基づいて、前記モータおよび／または前記ヒータに電力を供給するように前記蓄電装置を制御する制御装置をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記真空ポンプがアイドル状態にある場合には、前記蓄電装置に蓄えられた電力を当該アイドル状態にある真空ポンプのヒータに供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発電装置が真空ポンプから発生した熱エネルギを電力エネルギに変換するので、真空ポンプの発熱量はその分低下する。したがって、真空ポンプを冷却するための冷却水の負荷が低減され、冷却水の温度上昇を抑えることが可能となる。その結果、再使用される冷却水を冷却するためのコストが低減される。また、発電装置が発電した電力は、蓄電装置に蓄えられ、当該蓄電された電力は、真空ポンプのモータおよび／またはヒータを動作させる電力として利用される。したがって、真空ポンプの運転に必要とされる電力を低減することができるので、真空ポンプの運転コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】蓄電装置が充電している状態を示す、本発明の一実施形態に係る真空ポンプシステムの概略模式図である。
【図２】蓄電装置が充電および給電している状態を示す、本発明の一実施形態に係る真空ポンプシステムの概略模式図である。
【図３】蓄電装置がアイドル状態になった真空ポンプのヒータへ電力を供給している状態を示す、本発明の一実施形態に係る真空ポンプシステムの概略模式図である。
【図４】蓄電装置が充電している状態を示す、本発明の他の実施形態に係る真空ポンプシステムの概略模式図である。
【図５】蓄電装置が充電および給電している状態を示す、本発明の他の実施形態に係る真空ポンプシステムの概略模式図である。
【図６】蓄電装置がアイドル状態になった真空ポンプのヒータへ電力を供給している状態を示す、本発明の他の実施形態に係る真空ポンプシステムの概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る真空ポンプシステムの実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、半導体製造装置１，１’の真空チャンバに接続される排気配管２，２’は、それぞれ真空ポンプ３，３’の吸入ポートに接続される。図示した例では２台の真空ポンプ３，３’が配置されているが、３台以上の真空ポンプを配置してもよい。また、後述するように真空ポンプが１台だけ配置される構成でもよい。
【００１４】
真空ポンプ３，３’は、吸入ポートを通じて吸い込んだ半導体製造装置１，１’の真空チャンバ内の気体を圧縮して、排気ポートより排出する。真空ポンプ３，３’は、同一の構成を有しており、その内部に形成されている気体流路にオイルを使用しないドライ真空ポンプである。真空ポンプ３，３’は、モータ３ｂ，３ｂ’により一対のポンプロータ３ｃ，３ｃ’を互いに反対方向に回転駆動させることによって、気体を吸入ポートから排気ポートに移送するように構成されている。ポンプロータ３ｃ，３ｃ’は、ポンプケーシング３ａ，３ａ’内にそれぞれ収容されている。
【００１５】
真空ポンプ３，３’は、真空ポンプの一部、例えば気体の圧縮熱で高温となるポンプケーシング３ａ，３ａ’やポンプロータ３ｃ，３ｃ’を回転可能に支持する軸受などを冷却するための冷却水配管４，４’を備えている。冷却水配管４，４’は、冷却水入口４ａ，４ａ’と冷却水出口４ｂ，４ｂ’とを有し、冷却水入口４ａ，４ａ’には工場設備として設けられているユーティリティシステムから冷却水が供給される。冷却水出口４ｂ，４ｂ’を出た真空ポンプ冷却後の冷却水は、ユーティリティシステムに回収され、ユーティリティシステム内の冷却装置により冷却され、再度冷却水として使用される。このようにして、冷却水は、ユーティリティシステムを通じて工場内を循環している。
【００１６】
真空ポンプ３，３’は、真空ポンプの一部、例えば真空ポンプ３，３’の排気配管を加熱するためのヒータ５，５’をさらに備えている。これは、半導体製造装置１，１’の真空チャンバ内に流されるガスの種類によっては、温度低下に伴って副生成物を生成するものがあり、この副生成物の堆積による排気配管の閉塞を防止するためである。真空チャンバに流されるガスが副生成物を生成しない場合には、ヒータ５，５’を設けなくてもよい。
【００１７】
真空ポンプ３，３’は、電源制御ボックス６に接続される。電源制御ボックス６は、工場電源７に接続されていて、工場電源７から電力が供給されて、真空ポンプ３，３’のモータ３ｂ，３ｂ’やヒータ５，５’などに電力を供給する。したがって、電源制御ボックス６は、工場から供給される３相交流電力を所定の周波数を持つ交流電力や直流電力に変換する装置であり、コンバーターやインバーターを備えている。また、真空ポンプ３，３’の動作を制御するためのポンプ制御部１１，１１’が設けられている。ポンプ制御部１１，１１’は、ヒータ５，５’と同様に、直流電力の供給を受けて動作する電気機器である。このポンプ制御部１１，１１’は、モータ３ｂ，３ｂ’の回転速度を目標回転速度になるように制御したり、真空ポンプ３，３’の起動信号および停止信号をモータ３ｂ，３ｂ’に送信したりする。
【００１８】
真空ポンプ３，３’は、真空ポンプ３，３’から発生する熱で発電する発電装置（発電素子）８，８’を備えている。発電装置８，８’は、ポンプケーシング３ａ，３ａ’上にそれぞれ配置されている。発電装置８，８’は、例えばゼーベック効果を用いた熱電素子である。ゼーベック効果とは、物体の温度差が電圧に直接変換される現象をいう。すなわち、発電装置８，８’は、真空ポンプ３，３’の運転に伴って発生する熱エネルギを電力エネルギに変換する。このような熱電素子８，８’の一例としては、ペルチェ素子が挙げられる。ペルチェ素子は、２つの異なった導電性の導体または半導体を金属で接合したものである。
【００１９】
真空ポンプシステムは、発電装置８，８’が発電した電力を蓄える蓄電装置９をさらに備えている。蓄電装置９には、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの充放電を繰り返すことができる二次電池や、複数のコンデンサあるいは複数のキャパシタを用いた蓄電ユニットなどの蓄電池を用いることができる。
【００２０】
蓄電装置９は、前記した蓄電池の一次側に設けられる集電装置（図示せず）や、蓄電池の二次側に設けられる電圧調整装置（図示せず）を備えている。さらに、蓄電装置９には、電圧調整装置の二次側にＤＣ／ＡＣコンバーター９ａが設けられている。蓄電池に蓄えられた電力は、ＤＣ／ＡＣコンバーター９ａにより直流電力から交流電力に変換され、電源制御ボックス６を経由してモータ３ｂ，３ｂ’に送られる。
【００２１】
電源制御ボックス６内には、制御装置１０が設けられている。この制御装置１０は、蓄電装置９の充電量を監視すると共に、当該充電量に基づいて、蓄電装置９から真空ポンプ３，３’のモータ３ｂ，３ｂ’および／またはヒータ５，５’に電力を供給するように蓄電装置９の動作を制御する。ヒータ５，５’によって加熱される部位の温度を測定する温度センサ（図示せず）が設けられていて、当該温度センサの出力値に応じて、制御装置１０は、ヒータ５，５’への電力供給を制御する。このようにして、ヒータ５，５’により加熱される部位の温度調節が行われる。
【００２２】
このような構成の真空ポンプシステムの動作について説明する。まず、図１に示されているように、真空ポンプ３，３’は、工場電源７からの電力を電源制御ボックス６を介して受けることにより、半導体製造装置１，１’の真空チャンバ内の気体を排気する。真空ポンプ３，３’は、気体の圧縮熱により高温となるが、その際、ポンプケーシング３ａ，３ａ’上に配置された発電装置８，８’が、その雰囲気温度とポンプケーシング３ａ，３ａ’の温度との差により発電し、当該発電された電力を蓄電装置９に蓄える。
【００２３】
所定量以上の電力（例えば、最大充電量の８０％や１００％）が蓄電装置９に蓄えられたことを電源制御ボックス６内の制御装置１０が検出すると、制御装置１０は、蓄電装置９にモータ３ｂ，３ｂ’および／またはヒータ５，５’への給電を指令する。そして、図２に示すように、真空ポンプ３，３’のモータ３ｂ，３ｂ’および／またはヒータ５，５’の運転用電力として、この蓄電装置９に蓄えられた電力が供給される。蓄電装置９は、交流電力を電源制御ボックス６を経由してモータ３ｂ，３ｂ’に供給し、直流電力をヒータ５，５’に直接供給する。
【００２４】
ポンプ制御部１１，１１’などの他の電気機器にも、蓄電装置９からの電力を供給してもよい。具体的には、図２に一点鎖線で示すように、ヒータ５，５’やポンプ制御部１１，１１’などの直流電力で作動する電気機器には、蓄電装置９から直接電力を供給してもよい。直流電力で作動する電気機器に接続される直流電力供給ラインは、電源制御ボックス６に接続される交流電力供給ラインとは別に設けられる。
【００２５】
このような構成により、蓄電装置９からの給電量の分だけ、工場電源７からの電力を低減することができる。図２において、工場電源７からの電力量は、矢印の太さで表されている。蓄電装置９に蓄えられた電力量で、モータ３ｂ，３ｂおよびヒータ５，５’などの運転電力が全てまかなえるのであれば、工場電源７からの電力供給を停止してもよい。図２に示す例では、蓄電装置９は、モータ３ｂ，３ｂおよびヒータ５，５’への給電を行うと同時に、発電装置８，８’からの充電も行っている。真空ポンプ３，３’の発熱が十分である場合には，ヒータ５，５’への給電を行わなくてもよい。
【００２６】
モータ３ｂ，３ｂ’および／またはヒータ５，５’へ給電した結果、蓄電装置９の電力量が所定量以下（例えば、最大充電量の３０％以下や５０％以下）になると、制御装置１０は、蓄電装置９にモータ３ｂ，３ｂ’および／またはヒータ５，５’への給電を終了するように指令する。この指令を受けて、蓄電装置９は、モータ３ｂ，３ｂ’および／またはヒータ５，５’に電力を送ることを停止する一方で、発電装置８，８’から送られる電力を蓄える。モータ３ｂ，３ｂ’および／またはヒータ５，５’は、図１に示されるように、工場電源７からの電力だけで運転される。蓄電装置９が給電を開始する充電量と、給電を停止して充電を行う充電量は、モータ３ｂ，３ｂ’やヒータ５，５’の使用電力量や、蓄電装置９の蓄電能力などに基づいて設定される。
【００２７】
本実施形態の真空ポンプシステムによれば、ポンプケーシング３ａ，３ａ’上に配置された発電装置８，８’は、真空ポンプ３，３’から発生した熱エネルギを電力エネルギに変換する。したがって、真空ポンプ３，３’の熱量はその分低下するので、真空ポンプ３，３’を冷却するための冷却水の負荷が低減し、冷却水の温度上昇を抑えることが可能となる。その結果、循環する冷却水を冷却するために費やされる工場設備のコストが低減される。また、発電装置８，８’が発電した電力は蓄電装置９に蓄えられ、当該蓄電された電力は、真空ポンプ３，３’のモータ３ｂ，３ｂ’やヒータ５，５’を動作させる電力として利用される。したがって、真空ポンプ３，３’の運転に必要とされる工場電力を低減することができるので、真空ポンプシステムの運転コストを低減することができる。
【００２８】
２台の真空ポンプ３，３’のうちの少なくとも一台（図示した例では真空ポンプ３’）がアイドル状態にある場合、当該アイドル状態の真空ポンプ３’のポンプケーシング３ａ’は、気体の圧縮熱が発生しないため冷えてしまう。そこで、上述した副生成物が真空ポンプ３’の排気配管に生成しないように、ヒータ５’には電力が供給され、真空ポンプ３’が加熱される。この場合、図３に示されるように、蓄電装置９の電力は、電源制御ボックス６を介さずにヒータ５’に直接供給される（図３における一点鎖線参照）。このように、本実施形態によれば、アイドル状態にある真空ポンプ３’のヒータ５’には蓄電装置９からの電力が供給され、工場電源７から電力の供給を受けなくても、真空ポンプ３’の温度を適切に維持することができる。
【００２９】
次に、図４〜図６を参照して、本発明の他の実施形態を説明する。図４〜図６に示される実施形態は、真空ポンプが１台の場合の真空ポンプシステムに関するものである。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態の構成と同様であるので、同一の符号を付すことで重複する説明を省略する。
【００３０】
図４に示されるように、真空ポンプ３は、工場電源７からの電力を電源制御ボックス６を介して受けることにより、半導体製造装置１の真空チャンバ内の気体を排気するように動作する。真空ポンプ３は、気体の圧縮熱により高温となるが、その際、ポンプケーシング３ａ上に配置された発電装置８が、その雰囲気温度とポンプケーシング３ａの温度との差により発電し、当該発電された電力を蓄電装置９に蓄える。
【００３１】
所定量以上の電力（例えば、最大充電量の８０％や１００％）が蓄電装置９に蓄えられたことを電源制御ボックス６内の制御装置１０が検出すると、制御装置１０は、蓄電装置９にモータ３ｂおよび／またはヒータ５への給電を指令する。そして、図５に示すように、真空ポンプ３のモータ３ｂおよび／またはヒータ５の運転用電力として、この蓄電装置９に蓄えられた電力が供給される。この実施形態の場合でも、ポンプ制御部１１などの他の電気機器に、蓄電装置９からの電力を使用することができる。図５に一点鎖線で示すように、ヒータ５やポンプ制御部１１などの直流電力で動作する電気機器には、蓄電装置９から直接電力を供給してもよい。
【００３２】
モータ３ｂおよび／またはヒータ５へ給電した結果、蓄電装置９の電力量が所定量以下（例えば、最大充電量の３０％以下や５０％以下）になると、制御装置１０は、蓄電装置９にモータ３ｂおよび／またはヒータ５への給電を終了するように指令する。この指令を受けて、蓄電装置９は、モータ３ｂおよび／またはヒータ５に電力を送ることを停止する一方で、発電装置８から送られる電力を蓄える。モータ３ｂおよび／またはヒータ５は、図４に示されるように、工場電源７からの電力だけで運転される。
【００３３】
真空ポンプ３がアイドル状態になった場合、上述した副生成物が真空ポンプ３の排気配管に生成しないように、ヒータ５には電力が供給され、真空ポンプ３が加熱される。この場合、図６に示されるように、蓄電装置９の電力は、電源制御ボックス６を介さずにヒータ５に直接供給される（図６における一点鎖線参照）。このように、本実施形態によれば、アイドル状態にある真空ポンプ３のヒータ５には蓄電装置９からの電力が供給され、工場電源７から電力の供給を受けなくても、真空ポンプ３の温度を適切に維持することができる。
【００３４】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１，１’    半導体製造装置
２，２’    排気配管
３，３’    真空ポンプ
３ａ，３ａ’    ポンプケーシング
３ｂ，３ｂ’    モータ
３ｃ，３ｃ’    ポンプロータ
４，４’    冷却水配管
４ａ，４ａ’    冷却水入口
４ｂ，４ｂ’    冷却水出口
５，５’    ヒータ
６    電源制御ボックス
７    工場電源
８，８’  発電装置
９    蓄電装置
１０    制御装置
１１，１１’    ポンプ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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