(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のターボ分子ポンプの起動時の消費電力ピーク発生時刻が各ターボ分子ポンプ毎にそれぞれ異なるように、前記各ターボ分子ポンプを同時に起動開始するとともに前記各ターボ分子ポンプの起動動作時間をそれぞれ異なる長さに制御する制御装置を設けたことを特徴とする複数のターボ分子ポンプを備えた装置。
【請求項２】
複数のターボ分子ポンプと、
前記複数のターボ分子ポンプ毎に設けられ、対応するターボ分子ポンプを駆動制御する複数の駆動装置と、
交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を前記複数の駆動装置のそれぞれに供給する電力変換部と、
前記複数のターボ分子ポンプの起動時の消費電力ピーク発生時刻が各ターボ分子ポンプ毎にそれぞれ異なるように、前記各ターボ分子ポンプの起動動作時間をそれぞれ異なる長さに制御する制御部と、を備えたことを特徴とするポンプシステム。
【請求項３】
ポンプ本体と、該ポンプ本体の起動動作時間が設定されている駆動装置とを有する複数のターボ分子ポンプを備えた装置であって、
備えられている前記ターボ分子ポンプの台数に応じて前記各駆動装置に設定されている起動動作時間を長くするように変更するとともに、前記各ターボ分子ポンプを同時に起動開始する制御装置を設けたことを特徴とする複数のターボ分子ポンプを備えた装置。
【請求項４】
複数のターボ分子ポンプと、
前記複数のターボ分子ポンプ毎に設けられ、対応するターボ分子ポンプを設定されている起動動作時間で駆動制御する複数の駆動装置と、
交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を前記複数の駆動装置のそれぞれに供給する電力変換部と、
備えられている前記ターボ分子ポンプの台数に応じて前記各駆動装置に設定されている前記起動動作時間を長くするように変更する制御部と、を備えたことを特徴とするポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等のように複数のターボ分子ポンプを備えた装置、および、複数のターボ分子ポンプを備えるポンプシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置ではターボ分子ポンプが真空ポンプとして使用される場合が多いが、半導体製造装置は一般的に複数の真空チャンバを備えているためターボ分子ポンプも複数台使用される。装置起動の際には、複数のターボ分子ポンプの全てが同時に起動開始される。すなわち、半導体製造装置の主制御装置から各ターボ分子ポンプの駆動制御装置に起動信号が送信され、各ターボ分子ポンプは一斉にロータ回転を開始する。
【０００３】
図１０は、ターボ分子ポンプの運転状態と回転数および消費電力との関係を示したものである。起動動作時のターボ分子ポンプの消費電力はロータ回転数の増加とともに増大し、定格回転数となる直前にピークとなる。定格運転時には、ロータ回転数が一定となるように制御されるので、消費電力は起動時のピークに比べてかなり小さくなる。そのため、駆動制御装置の電源部は、この定格回転数直前のピーク電力を考慮して設計される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体製造装置に同一仕様のターボ分子ポンプが複数用いられている場合には、各ターボ分子ポンプは上述したように一斉に起動されるため、定格回転数直前のピークもほぼ同時に発生することになる。駆動制御装置には半導体製造装置の電源装置を介して交流電力が供給されるので、半導体製造装置の電源装置はターボ分子ポンプの起動時ピーク電力を考慮して設計をする必要があった。例えば、ターボ分子ポンプのピーク電力が１ｋＷでその台数が５台であれば、ポンプ以外の消費電力も考慮して装置側電源装置の容量は５ｋＷよりも大きなものに設定される。そのため、電源装置の大型化やコストアップの要因となっていた。また、半導体製造装置が設置される電力設備に関しても、ピーク電力に合わせて配線等を容量の大きなものにする必要があった。
【０００５】
本発明の目的は、複数のターボ分子ポンプを備える装置やポンプシステムにおいて、起動時の最大消費電力を低減することができる装置やポンプシステムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明の実施の形態を示す図１，２および９に対応付けて説明する。
（１）図１，２に対応付けて説明すると、請求項１の発明による装置は、複数のターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の起動時の消費電力ピーク発生時刻が各ターボ分子ポンプTMP1〜TMP7毎にそれぞれ異なるように、各ターボ分子ポンプTMP1〜TMP7を同時に起動開始するとともに各ターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の起動動作時間がそれぞれ異なるように制御する制御装置２４を設けたことにより上述の目的を達成する。
（２）図９に対応付けて説明すると、請求項２の発明は、複数のターボ分子ポンプ１０と、複数のターボ分子ポンプ１０毎に設けられ、対応するターボ分子ポンプ１０を駆動制御する複数の駆動装置３０と、交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を複数の駆動装置３０のそれぞれに供給する電力変換部３１と、複数のターボ分子ポンプ１０の起動時の消費電力ピーク発生時刻が各ターボ分子ポンプ１０毎にそれぞれ異なるように、各ターボ分子ポンプ１０の起動動作時間がそれぞれ異なるように制御する制御部３２と、を備えたことにより上述の目的を達成する。
【０００７】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。
−第１の実施の形態−
図１は半導体製造装置の構成の一例を示した平面図である。図１に示した半導体製造装置１では、搬送室８を囲むように４つのプロセスチャンバ２〜５とロード室６およびアンロード室７が設けられている。各チャンバ２〜５、ロード室６、アンロード室７および搬送室８には、ターボ分子ポンプTMP1〜TMP7が設けられている。通常、プロセスチャンバ２〜５の排気には大型のターボ分子ポンプが用いられ、ロード室６、アンロード室７および搬送室８には小型のターボ分子ポンプが用いられる。なお、以下では説明を簡単にするために、ターボ分子ポンプTMP1〜TMP7は全て同一仕様のターボ分子ポンプであるとして説明する。搬送室８内には基板搬送用アーム（不図示）が設けられていて、このアームによって基板（シリコンウェハ基板や液晶パネル基板など）が各チャンバ２〜５、ロード室６、アンロード室７に搬送される。
【０００９】
図１に示したターボ分子ポンプTMP1〜TMP7は、それぞれ図２に示すようにポンプ本体１０と電源装置１１とから成る。すなわち、半導体製造装置１には図２に示すポンプ本体１０と電源装置１１の対が７セット設けられており、各電源装置１１は半導体製造装置１のコントローラ２２により制御されている。ポンプ本体１０には、回転翼が取り付けられるロータシャフト１２が設けられている。図２に示したターボ分子ポンプは磁気軸受式のターボ分子ポンプであり、ロータシャフト１２は磁気軸受１３によって非接触支持されている。ロータシャフト１２の浮上位置はギャップセンサ１４により検出される。磁気軸受制御回路１５は、ギャップセンサ１４の検出結果に基づいて磁気軸受１３の励磁電流を制御する。
【００１０】
電源装置１１の電力変換部１６は絶縁形のＡＣ／ＤＣコンバータであり、コントローラ２２の電源部２３から入力された交流電力を直流電力に変換してインバータ部１７へ供給する。インバータ部１７には、６組のトランジスタ１８およびダイオード１９と、トランジスタ１８を駆動するための駆動制御回路２０とが設けられている。ロータシャフト１２を回転駆動する高周波モータ２１は、インバータ部１７から出力された交流電力により駆動される。磁気軸受け１３によるロータシャフト１２の浮上／浮上停止およびモータ２１の起動／停止は、制御部２４からのオンオフ信号により制御される。２５はモータ停止時に用いられるブレーキ抵抗であり、通常はトランジスタ２６がオフとされている、後述するように回生ブレーキ動作時にはトランジスタ２６をオンしてブレーキ抵抗２５に回生電流を流す。
【００１１】
図３は、コントローラ２２によるターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の制御例を示した図である。図３の（ａ）〜（ｃ）は、７セットあるターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の中のターボ分子ポンプTMP1〜TMP3に関して、起動から停止までの回転数および消費電力の変化を示したものである。また、図３の（ｄ）は、ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の３台を合わせたトータルの消費電力の変化を示したものである。図３の（ａ）〜（ｃ）に示すように、３台のターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の制御パターンはいずれも同じであるが、起動開始時刻がそれぞれ異なっている。
【００１２】
まず、図３（ａ）を参照してターボ分子ポンプTMP1の制御パターンについて説明する。ｔ11は半導体製造装置１のコントローラ２２からターボ分子ポンプTMP1に起動信号が送信された時刻であり、起動信号を受信するとターボ分子ポンプTMPは起動動作（ロータ回転の加速）を開始する。時刻ｔ11以後は、回転数の増加とともに消費電力も増加し、定格回転数Ｎ０（r.p.m.）となる時刻ｔ12の直前にピークＰ１（消費電力W1（kW））に達する。時刻ｔ12からｔ13までは定格運転を表しており、ロータ回転数は一定（Ｎ０）に保たれる。そのため、定格運転に移行すると回転を維持するだけで良いので、消費電力は低下してW2（＜W1）となる。
【００１３】
その後、時刻ｔ13に停止信号を受信し、停止動作を開始する。この停止動作において、駆動制御回路２０によりトランジスタ１８のスイッチングの位相が逆転され、モータ２１の回転エネルギーが電気エネルギーに変換されて回生される。回生ブレーキ動作時に図２のトランジスタ２６をオンすると、ブレーキ抵抗２５に回生電流が流れて回転エネルギーが熱として放出される。図３（ａ）に示す例では、時刻ｔ13から時刻ｔ14まで回生ブレーキを動作させる。その結果、時刻ｔ13から時刻ｔ14までは、減速のための消費電力が低減される。その後、時刻ｔ15にロータ回転が停止する。
【００１４】
なお、図２の例では、ダイオード２７を設けることにより、通常は電力変換部１６からの電流が磁気軸受制御回路１５に供給されるが、ブレーキ動作時には電圧が上昇するので、回生電流による電力が磁気軸受制御回路１５に供給されることになる。
【００１５】
ターボ分子ポンプTMP2，TMP3に関しても全く同様のパターンで制御されるが、ターボ分子ポンプTMP2は時刻ｔ21に起動動作が開始され、ターボ分子ポンプTMP3は時刻ｔ31に起動動作が開始される。時刻ｔ11に対する起動開始時刻ｔ21，ｔ31のタイミングは、各ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の消費電力のピークＰ１〜Ｐ３が図示左右にずれてトータルの消費電力のピークが図３（ｄ）のように抑えられるように設定される。図３に示した例では、ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3は同一仕様のポンプであり、起動動作時間Δｔは全て等しく、Δｔ＝ｔ12−ｔ11＝ｔ22−ｔ21＝ｔ32−ｔ31になっている。なお、ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の仕様が異なると起動動作時間も異なる場合があるので、そのような場合には、ピークＰ１〜Ｐ３の発生時刻が適切にずれるように、各ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の起動開始時刻を設定すれば良い。
【００１６】
図４はターボ分子ポンプTMP1〜TMP3のトータルの消費電力を従来の場合と比較したものであり、実線は本実施の形態の場合を、破線は３台同時に起動開始した場合の消費電力をそれぞれ表している。３台同時起動の場合の時刻ｔ12におけるピーク値Ｗ４は、図３（ａ）に示したピークＰ１の消費電力値Ｗ１の３倍になる。一方、本実施の形態の場合には、図３の（ａ）〜（ｃ）に示すようにピークＰ１〜３がそれぞれずれているため、図３（ｄ）および図４に示すトータルの消費電力のピークＰ４’の値Ｗ３は、Ｗ３＜Ｗ４となる。なお、図３（ｄ）および図４に示すようにピーク４’は平坦になっているが、このような場合もピークと呼ぶことにする。
【００１７】
なお、上述した説明ではターボ分子ポンプTMP1〜TMP3について説明したが、図１のターボ分子ポンプTMP4〜TMP7についても同様に考え、ターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の順に起動開始時刻をずらす。その結果、ターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の起動時のピークが互いにずれて、消費電力ピークの大きさを従来より低減することができる。
【００１８】
「変形例１」
図５は第１の実施の形態の変形例を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）はターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の運転状態と回転数および消費電力との関係を示したものである。上述した図３に示す例では、ターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の起動開始時刻を互いにずらすことによってトータルの消費電力のピーク値を低減するようにした。一方、この変形例では、起動動作時間Δｔ’＝ｔ11−ｔ42を図３（ａ）の場合の起動動作時間Δｔ＝ｔ11−ｔ12よりも長くすることにより、消費電力ピーク時の電力値を低減させるようにした。図５（ａ）に示すように、起動動作時間が長くなったことによりピークＰ５の値Ｗ５は図３（ａ）の場合のピーク値Ｗ１よりも小さくなる。
【００１９】
ターボ分子ポンプTMP2，TMP3もターボ分子ポンプTMP1と同様の起動制御を行うので、図６の実線で示すように３台の合計消費電力Ｗ６（＝３×Ｗ５）は、図６の破線で示す消費電力Ｗ４（図３（ａ）のような制御を行った場合の消費電力）よりも小さくなる。なお、起動動作以外の制御は図３（ａ）の場合と同様としたので、定格運転時および停止時の消費電力はいずれの場合も同じになる。なお、ターボ分子ポンプTMP4〜TMP7についてもターボ分子ポンプTMP1〜TMP3と同様に起動動作時間を長くする。通常、ターボ分子ポンプでは、起動動作時間は図２の駆動制御回路２０において設定されている。そこで、装置１に搭載するポンプの台数に応じて、各電源装置１１の駆動制御回路２０に設定されている起動動作時間を変更すれば良い。この変更を装置１のコントローラ２２側から設定するようにしても良い。
【００２０】
「変形例２」
図７は第２の変形例を示す図であり、図３と同様の図である。第２の変形例では、装置起動時に全てのターボ分子ポンプTMP1〜TMP7を同時に起動するが、起動動作時間を各々異なるようにした。図７はターボ分子ポンプTMP1〜TMP3について示したものであるが、各ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3を時刻ｔ11に起動開始させる。しかし、各ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の起動動作時間Δｔ１，Δｔ２，Δｔ３は、Δｔ１＜Δｔ２＜Δｔ３のように設定した。そのため、各ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3のピークＰ１，Ｐ７，Ｐ８の発生時刻がずれるとともに、ピークＰ７，Ｐ８の消費電力Ｗ７，Ｗ８はピークＰ１の消費電力Ｗ１よりも小さくなり、Ｗ８＜Ｗ７＜Ｗ１となっている。３台合計したトータルの消費電力は図７（ｄ）のようになり、ピーク時の消費電力が従来よりも小さくなる。なお、図７に示す変形例において、さらに、起動開始時刻をターボ分子ポンプTMP1〜TMP7毎に変えても良い。
【００２１】
上述したように、第１の実施の形態では、装置起動時に複数のターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の起動開始時刻を互いにずらしたり起動動作時間を長くしたりすることによって、装置起動時におけるターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の全体に関するピーク電力を従来より低減することができる。その結果、半導体製造装置１の電源部２３（図２参照）の容量を小さくすることが可能となり、電源部の小型化およびコストダウンを図ることができる。
【００２２】
−第２の実施の形態−
第２の実施の形態では、複数のターボ分子ポンプが一つの装置の排気装置として使用されることを前提としたポンプシステムについて説明する。図８はポンプシステムの構成を示す図である。なお、図２と同様の部分には同一の符号を付した。上述した第１の実施の形態では、図１，２に示すように半導体製造装置１にポンプ本体１０と電源装置１１とから成るターボ分子ポンプ単体を７台搭載している。一方、図８に示すポンプシステムでは、７台のポンプ本体１０と、各ポンプ本体１０に対応して設けられた７台の駆動装置３０と、７台の駆動装置３０に直流電力を供給する共通の電力変換部３１とから成る。駆動装置３０は図２の電源部１１から電力変化部１６を除いた部分に相当するものであり、電力変換部３１からの電力により磁気軸受け１３およびモータ２１をそれぞれ駆動制御する。
【００２３】
電力変換部３１には、半導体製造装置の電源部２３を介して交流電力が供給される。一方、各駆動装置３０の磁気軸受制御回路１５および駆動制御回路２０のオン・オフは制御部２４によって制御される。各ポンプ本体１０は第１の実施の形態で説明したのと同様の方法で駆動制御される。すなわち、７台合計したときのピーク電力が低減されるように、各ポンプ本体１０の起動開始時刻を互いにずらしたり起動動作時間を長くしたりする。
【００２４】
そのため、第１の実施の形態と同様に、半導体製造装置の電源部２３の容量を従来より小さくすることができ、小型化および低コスト化を図ることができる。さらに、第２の実施の形態では、７台のポンプ本体１０および駆動装置３０に対して共通の電力変換部３１から電力を供給するようにしたので、７つの電力変換部１６を設ける場合に比べて小型化およびコストダウンを図ることができる。さらに、電力変換部３１に対するピーク電力を電力変換部１６（図２）のピーク電力Ｗ１の７倍よりもかなり小さくすることができ、単に７台分の電力変換部１６を一つにまとめた以上の小型化、コストダウンを図ることができる。
【００２５】
なお、図８に示した例では装置側の制御部２４によって各駆動装置３０のオン・オフを制御したが、図９のようにポンプシステム側に別にポンプ制御部３２を設けて、このポンプ制御部３２により各駆動装置３０のオン・オフを制御するようにしても良い。この場合、ポンプ制御部３２は、装置側制御部２４からの装置起動信号を受信すると、予め設定された時間間隔で順にポンプ本体１０を起動する。すなわち、装置側の制御部２４は、装置起動時のターボ分子ポンプの起動順序を考慮する必要のない従来の構成のままで良い。そのため、従来の独立した７台のターボ分子ポンプから図９に示すポンプシステムへの置き換えが容易となる。
【００２６】
以上説明した実施の形態では、半導体製造装置を例に説明したがターボ分子ポンプが複数用いられる装置ならば本発明を適用することができる。また、装置に搭載されるターボ分子ポンプの数は７台に限らない。
【００２７】
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、半導体製造装置１は請求項１の装置を、制御部２４は制御装置を、ポンプ本体１０は請求項２のターボ分子ポンプを、ポンプ制御部３２は制御部をそれぞれ構成する。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数のターボ分子ポンプを起動させたときに、ポンプ起動時における定格回転直前の消費電力ピークの発生時刻がポンプ毎に異なるため、ポンプ全体の消費電力のピーク値を低減することができる。その結果、ターボ分子ポンプが搭載された装置の電源容量を低く抑えることができ、装置のコスト低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体製造装置の構成の一例を示した平面図である。
【図２】ターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の概略構成を示す図である。
【図３】ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の制御例を示した図であり、（ａ）〜（ｃ）は運転状態と回転数および消費電力との関係を示し、（ｄ）はトータルの消費電力を示す。
【図４】トータルの消費電力を従来の場合と比較して示した図である。
【図５】第１の変形例を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）はターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の運転状態と回転数および消費電力との関係を示したものである。
【図６】第１の変形例におけるトータルの消費電力を従来の場合と比較して示した図である。
【図７】第２の変形例を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）はターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の運転状態と回転数および消費電力との関係を示し、（ｄ）ははトータルの消費電力を示す。
【図８】第２の実施の形態おけるポンプシステムの構成を示す図である。
【図９】図８に示すポンプシステムの変形例を示す図である。
【図１０】ターボ分子ポンプの運転状態と回転数および消費電力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  半導体製造装置
２〜５  プロセスチャンバ
６  ロード室
７  アンロード室
８  搬送室
１０  ポンプ本体
１１  電源装置
１６，３１  電力変換部
２２  コントローラ
２３  電源部
２４  制御部
３０  駆動装置
３２  ポンプ制御部
TMP1〜TMP7  ターボ分子ポンプ
【図１】
0004674422.tif 000002
【図２】
0004674422.tif 000003
【図３】
0004674422.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004674422.tif 000008
【図８】
0004674422.tif 000009
【図９】
0004674422.tif 000010
【図１０】
0004674422.tif 000011