(57)【要約】【課題】回転速度が低い場合でも生成物の堆積を防止することができるターボ分子ポンプの提供。【解決手段】ポンプ本体１をヒータ２９で加熱してポンプ温度を目標温度に制御するターボ分子ポンプにおいて、目標温度設定部８は、回転体４の回転速度が所定回転速度のときには目標温度を所定温度に設定し、回転体４の回転速度が所定回転速度より低いときには目標温度を所定温度よりも高い温度に設定するようにしたので、回転速度が低い場合でも生成物の堆積を防止することができる。また、回転体４の回転停止中であってもポンプ温度を目標温度設定部８で設定された目標温度に制御するようにしたので、回転体４が堆積物に固着して回転駆動できなくなるのを防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ本体を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段を制御してポンプ温度を目標温度に制御する温度制御手段と、
ターボ分子ポンプの回転体の回転速度が所定回転速度のときには前記目標温度を所定温度に設定し、前記回転体の回転速度が前記所定回転速度より低いときには前記目標温度を前記所定温度よりも高い温度に設定する設定手段とを備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記温度制御手段は、前記回転体の回転停止中であってもポンプ温度を前記設定手段で設定された目標温度に制御することを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項３】
ポンプ本体を加熱する加熱手段を制御してポンプ温度を予め設定された目標温度に制御する温度制御手段と、
（ａ）ターボ分子ポンプの回転体を第１回転速度で回転するとともにポンプ温度を第１目標温度に制御する第１の運転モードと、（ｂ）前記第１回転速度より所定量小さい第２回転速度で前記回転体を回転するとともに、前記第１目標温度より所定温度だけ高い第２目標温度でポンプ温度を制御する第２の運転モードとを切り替える切替手段と、を備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記切替手段は、ターボ分子ポンプのガス負荷に応じて前記運転モードの切り替えを行うことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝縮堆積しやすいガスを排気するターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ分子ポンプは半導体製造装置の排気装置として用いられる。CVD成膜装置やエッチング装置にターボ分子ポンプを使用した場合、排気するガスの種類によっては、ポンプ内部において凝縮して生成物として付着しやすいものがある。そして、この生成物の付着は、ポンプ温度が低いほど著しくなる。
【０００３】
このような生成物がロータやステータに堆積すると、高速回転するロータのバランスが悪くなったり、ロータとステータとの隙間が狭くなって接触しやすくなったりするという不都合が生じる。そのため、ポンプ本体への生成物の堆積を防止するために、加熱装置をポンプ本体に設けて、ポンプ本体の温度を高温に保つようにしているターボ分子ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、ガス負荷が有る状態では、ガスとの摩擦熱やモータ発熱によってロータ温度が上昇する。一方、過度の昇温を行うとクリープ変形によりロータ寿命の低下が問題となる。そのため、生成物堆積を防止するためにはポンプ温度は高いほど良いが、上述したクリープ変形への影響を考慮して、最大回転速度（定格回転速度）でガス負荷がかかっている状態を前提に可能な限り加熱目標温度を高く設定するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１００７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ロータ回転が停止している状態や回転速度が定格よりも低い状態では、摩擦熱やモータ発熱が小さいためポンプの内部温度が低めになりやすく、生成物が堆積しやすいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明によるターボ分子ポンプは、ポンプ本体を加熱する加熱手段と、加熱手段を制御してポンプ温度を目標温度に制御する温度制御手段と、ターボ分子ポンプの回転体の回転速度が所定回転速度のときには目標温度を所定温度に設定し、回転体の回転速度が所定回転速度より低いときには目標温度を所定温度よりも高い温度に設定する設定手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、回転体の回転停止中であってもポンプ温度を設定手段で設定された目標温度に制御するようにしたものである。
請求項３の発明によるターボ分子ポンプは、ポンプ本体を加熱する加熱手段を制御してポンプ温度を予め設定された目標温度に制御する温度制御手段と、（ａ）ターボ分子ポンプの回転体を第１回転速度で回転するとともにポンプ温度を第１目標温度に制御する第１の運転モードと、（ｂ）第１回転速度より所定量小さい第２回転速度で回転体を回転するとともに、第１目標温度より所定温度だけ高い第２目標温度でポンプ温度を制御する第２の運転モードとを切り替える切替手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載のターボ分子ポンプにおいて、ターボ分子ポンプのガス負荷に応じて運転モードの切り替えを行うようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回転体の回転速度が所定回転速度より低い場合には、目標温度を所定温度よりも高い温度に設定するようにしたので、回転速度が低い場合でも生成物の堆積を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１，２は本発明に係るターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図であり、図１はターボ分子ポンプ全体の概略構成を示すブロック図であり、図２はターボ分子ポンプのポンプ本体１の構成を詳細に示す断面図である。
【００１０】
図１に示すように、ターボ分子ポンプは、真空チャンバの排気を行うポンプ本体１と、ポンプ本体１を駆動制御する電源装置２とで構成されている。まず、図２を参照してポンプ本体１の構成を説明する。ポンプ本体１に設けられたケーシング２０の内部には、モータ６により回転駆動される回転体４が設けられている。回転体４の素材にはアルミ合金が用いられ、回転体４には複数段のロータ翼２１およびネジ溝部２２が形成されている。回転体４の回転速度は、回転センサ１３により検出される。
【００１１】
一方、軸方向に配設された複数段のロータ翼２１に対しては複数段のステータ翼２３が交互に配設され、ネジ溝部２２に対しては径方向に僅かな隙間を介して筒状部材２４が配設されている。なお、ロータ翼２１およびステータ翼２３は、タービン翼で構成されている。各ステータ翼２３はスペーサ２５によって所定の間隔に維持されており、最上段のスペーサ２５の上端は、ケーシング２０の上端内側に設けられた突起部分に当接している。ケーシング２０をベース２８に固定することにより、軸方向交互に重ねられたステータ翼２３およびスペーサ２５はケーシング２０の上端部分とベース２８との間に挟持される。
【００１２】
モータ６により回転体４を高速回転すると、ロータ翼２１とステータ翼２３とにより、および、ネジ溝部２２と筒状部材２４とにより排気作用が発生する。その結果、吸気口側のガスが矢印Ｇ１のように排気され、排気口２６に接続された補助ポンプ（不図示）によってポンプ外へと排気される。ロータ翼２１およびステータ翼２３による排気作用は高真空側で有効に作用し、ネジ溝部２２および筒状部材２４による排気作用は低真空側で有効に作用するものであり、ガスの凝縮による生成物付着は低真空側においてより顕著に発生する。
【００１３】
図２のターボ分子ポンプの場合には、ポンプ本体のベース２８にヒータ２９が設けられており、生成物が付着しやすいガスを排気する場合には、このヒータ２９によりポンプ温度を上昇させて生成物の付着を抑制する。その際、冷却装置３０による冷却とヒータ２９による加熱とを制御してポンプ温度の制御を行う。冷却装置３０は冷却水により冷却を行うものであり、電磁バルブ等により流量を調節することにより冷却効果の制御を行う。３１はベース２８の温度を検出する温度センサであり、温度センサ３１で検出される温度をポンプ温度として用いる。
【００１４】
図２に示したターボ分子ポンプは５軸制御形磁気軸受ターボ分子ポンプであり、回転体４はラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１，５２とアキシャル磁気軸受を構成する電磁石５３とにより非接触支持される。回転体４の浮上位置はラジアル変位センサ７１，７２およびアキシャル変位センサ７３によって検出される。２７は非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはメカニカルベアリング２７により回転体４は支持される。
【００１５】
図１に示すブロック図では、ポンプ本体１に関しては、図２に示す構成要素から以下の説明に必要な構成のみを図示した。電源装置２には、モータ制御部５，温度制御部７，温度設定部８，主制御部９および操作部１０が設けられている。なお、電源装置２は磁気軸受制御に関する構成も備えているが、図示を省略した。
【００１６】
主制御部９に接続された操作部１０を用いることにより、オペレータによる手動入力によりポンプ制御に必要な指令やパラメータ等を主制御部９に入力することができる。また、電源装置２に設けられた外部入力端子（不図示）を介して、外部から指令を入力することもできる。モータ制御部５は、回転センサ１３からの信号に基づいて所定の回転速度となるように駆動制御される。所定の回転速度とは、後述する定格回転速度ω0やユーザ設定された最大回転速度ω1，ω2やアイドリング回転速度ω3などである。
【００１７】
目標温度設定部８は、回転センサ１３からの回転速度情報や主制御部９からの回転速度設定値および目標温度設定値に基づいて、ポンプ温度制御の際の目標温度を温度制御部７へ入力する。温度制御部７は、温度センサ３１からのポンプ温度情報、目標温度設定部８から入力された目標温度、および主制御部９からの温度制御モードに基づいて、ヒータ２９による加熱および冷却装置３０による冷却を制御する。
【００１８】
《ポンプ温度制御の説明》
本実施の形態のターボ分子ポンプでは、ポンプ温度の制御に関して２つの制御モードを有している。第１の温度制御モードは、付着や堆積の心配があるガスを排気する場合に適用される温度制御モードである。第２の温度制御モードは、付着や堆積の心配があるガスの排気に使用される状況で、ガス負荷がかかっていない状態において適用される温度制御モードである。なお、付着や堆積の心配がほとんど無いガスの排気を行う場合には、温度制御モードをオフ状態にして使用すれば良い。温度制御モードの切り替えやオンオフは、入力される指令に基づいて主制御部９により行われる。
【００１９】
（第１の温度制御モード）
まず、第１の温度制御モードについて説明する。第１の温度制御モードでは、図３に示すように、ポンプの回転速度（rpm）に応じて目標温度を設定する。図３は、目標温度と回転速度との関係T(ω)を説明する図であり、縦軸は目標温度、横軸は回転速度である。ω0は定格回転速度であり、通常の設定では定格回転速度ω0に制御される。例えば、ガス負荷が大きい場合には、回転速度が低下しないようにモータ６に供給される電力を増やして、回転速度がω0に維持されるように制御している。
【００２０】
T0は定格回転速度ω0で制御される場合の目標温度であり、T4は回転速度ωがω＝０の場合の目標温度である。ユーザは、排気するガスの種類に応じて目標温度T0を設定することができる。目標温度の設定は操作部１０により行うことができ、主制御部９に入力された目標温度T0は、主制御部９から目標温度設定部８へと入力される。目標温度設定部８は目標温度T0に基づいて温度曲線T(ω)を設定し、設定された温度曲線T(ω)からT4＝T(0)を設定する。なお、ユーザが目標温度T4を直接入力して設定するようにしても良く、その場合には、温度曲線T(ω)から決定されたT4＝T(0)ではなく、ユーザ設定されたT4を優先的に用いる。
【００２１】
温度曲線T(ω)は、回転速度ωにおけるロータのクリープ変形を考慮して設定されている。すなわち、クリープ変形はロータの温度とロータに加わっている遠心力とに依存しており、回転速度ωが小さくなるとクリープ変形も小さくなる。そのため、回転速度ωを小さくすれば、目標温度Ｔを大きくすることが可能となる。基本的には、温度曲線T(ω)は、許容クリープ変形を所定量に設定した場合の回転速度ωと目標温度との関係を表したものと言うことができ、回転速度ωが小さいほど目標温度は高くなる。
【００２２】
定格回転速度ω0は最大回転速度を規定するものであって、一般的にはこの設定で使用され、目標温度設定部８からは目標温度T0が出力される。しかし、この最大回転速度は、使用条件に応じて所定範囲内でユーザが設定することができる。図３のω1およびω2は、その上限値および下限値を表している。ω1およびω2は操作部１０を用いて入力設定することができる。第１の温度制御モードでは、最大回転速度が例えばω1に設定されると、目標温度はT0よりも低いT1＝T(ω1)に設定される。同様に、最大回転速度がω2に設定されると、目標温度はT2＝T(ω2)に設定される。
【００２３】
また、最大回転速度よりも低回転の運転状態に入った場合にも、そのときの回転速度ωに応じた目標温度T(ω)に基づいて温度制御される。さらに、ポンプ回転が停止された場合（ω＝０）でも、設定状態が第１の温度制御モードの場合には目標温度はT4＝T(0)に設定される。
【００２４】
生成物が著しく堆積するプロセスにターボ分子ポンプを用いた場合、ガス負荷時の目標温度をT0に保持して使用しても、ある程度の生成物堆積が避けられない場合がある。そのような場合、ポンプ内部温度が充分に高温になっていないと、堆積した生成物が高粘度化、高硬度化して、ポンプ停止状態からの回転起動ができなくなるおそれがある。そのため、第１の温度制御モードにおいては、回転停止状態においても加熱を行うとともに、目標温度をより高い温度T4に設定することで、そのような不都合の発生を防止することができる。
【００２５】
（第２の温度制御モード）
第２の温度制御モードは、基本的には第１の温度制御モードに設定されている時に、操作部１０による入力操作または外部からの指令により設定されるものである。例えば、最大回転速度として定格回転速度ω0が設定されている場合には、モータ制御部５は常に回転速度がω0となるように制御されている。そして、ガス負荷がかかっていないときにユーザ操作または外部信号により第２の温度制御モードに設定されると、回転速度を所定の値ω3まで下げるとともに、目標温度を回転速度を下げる前よりも高い値T3＝T(ω)に設定する。
【００２６】
これは、ターボ分子ポンプによる排気を必要としない、いわゆるアイドリング状態における制御モードと言うことができる。回転速度を下げて目標温度を充分高くすることにより、ポンプ内部温度を上昇させて生成物堆積を防止する効果をより向上させるようにした。また、ガス負荷による発熱が無い場合にはポンプ内部温度が低めになりやすいので、第１の温度制御モードから第２の温度制御モードに切り替えることにより、そのような温度低下が避けられる。第２の温度制御モードが解除されると、設定前の第１の温度制御モードに戻る。
【００２７】
なお、ここでは、第２の温度制御モードへの切り替えは、操作部１０による入力操作または外部指令により行われる場合について説明したが、次のような動作で切り替えを行っても良い。例えば、操作部１０の入力操作により切り替え動作を行うモードに入る。このモードに入ったならば、主制御部９はモータの駆動電流の大きさからガス負荷がかかっているか否かを判定する。
【００２８】
ガス負荷がかかっている場合は、ガス負荷がない場合に比べて電流値が大きくなるので、モータ電流値からガス負荷の有無を判断することができる。そして、ガス負荷がかかっていないと判断したら、第２の温度制御モードに切り替える。また、第２の温度制御モードに切り替えた後に、ガス負荷がかかったと判断されたならば、第１の温度制御モードに切り替える。すなわち、切り替え動作を行うモードの場合には、第１および第２の温度制御モード間の切り替えが自動的に行われる。
【００２９】
以上説明した実施の形態は、以下のような作用効果を奏する。
（１）ターボ分子ポンプの回転体４の回転速度が所定回転速度ω0のときには目標温度を所定温度T0に設定し、回転体４の回転速度が所定回転速度ω0より低いときには目標温度を所定温度T0よりも高い温度に設定する設定手段（目標温度設定部８）を設けたので、回転速度が低い場合でも生成物の堆積を防止することができる。
（２）回転体４の回転停止中であってもポンプ温度を設定手段８で設定された目標温度に制御するようにしたので、回転体４が堆積物に固着して回転駆動できなくなるのを防止することができる。
（３）ターボ分子ポンプの回転体４を第１回転速度ω0で回転するとともにポンプ温度を第１目標温度T0に制御する第１の運転モード（第１の温度制御モード）と、（ｂ）第１回転速度ω0より所定量小さい第２回転速度ω3で回転体４を回転するとともに、第１目標温度T0より所定温度だけ高い第２目標温度T3でポンプ温度を制御する第２の運転モード（第２の温度制御モード）とを切り替える切替手段（主制御部９）を備えたので、例えば、ガス負荷がかからない状態においてこのような動作をさせることで、回転体４へのクリープ変形の影響を抑えつつガスの凝縮付着を抑制することができる。さらに、この運転モードの切り替えをターボ分子ポンプのガス負荷に応じて自動的に行うようにしても良い。
【００３０】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、ヒータ２９は加熱手段を、温度制御部７は温度制御手段を、目標温度設定部８は設定手段を、主制御部９は切替手段を、第１の温度制御モードは第１の運転モードを、第２の温度制御モードは第２の運転モードをそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。また、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、例えば、生成物が堆積しやすいガスを排気するドラッグポンプ等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るターボ分子ポンプの一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】ターボ分子ポンプのポンプ本体１の構成を詳細に示す断面図である。
【図３】目標温度と回転速度との関係T(ω)を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：ポンプ本体、２：電源装置、４：回転体、５：モータ制御部、７：温度制御部、８：目標温度設定部、９：主制御部、１０：操作部、１３：回転センサ、２９：ヒータ、３０：冷却装置、３１：温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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