(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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に対応して設けられた複数の電源装置と、前記複数の電源装置に指令を送信するコントローラを備え、
前記複数の電源装置は、前記コントローラからの指令に基づいて駆動用モータの回転速度が設定値となるよう制御する制御手段と、前記駆動用モータの実回転数データを送信するとともに、前記コントローラからの指令を受信する通信手段を有し、
前記複数の電源装置が有する通信手段のうち、一の電源装置の通信手段は、他の電源装置から送信される実回転数データを前記コントローラに伝達し、前記コントローラから受信した指令を該他の電源装置に伝達する機能を備え、
前記他の電源装置の通信手段は、実回転数データを前記一の電源装置に送信し、前記一の電源装置から伝達される前記コントローラからの指令を受信する機能を備え、
前記コントローラと前記一の電源装置が有する通信手段が伝達ラインを介して接続されるとともに、前記一の電源装置が有する通信手段と前記他の電源装置が有する通信手段が通信ラインを介して接続され、
前記コントローラは、前記複数の電源装置から送信される実回転数データを比較し、最も低い実回転数が設定値となるように前記複数の電源装置に指令する手段を有することを特徴とするターボ分子ポンプ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数のターボ分子ポンプによって半導体製膜装置等におけるプロセスチャンバーを排気する場合、各ターボ分子ポンプを適正に制御しつつ駆動する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体製膜装置等においては、そのプロセスチャンバーの高真空排気にはターボ分子ポンプが用いられている。このターボ分子ポンプとプロセスチャンバーとの関係は概略的には図９に示すとおりで、ターボ分子ポンプＴは排気機能を有するターボ機構ＢがモータＭにて回転駆動される。モータＭの駆動は電源装置Ｅからの電気エネルギー供給により行われる。なお、電源装置には、モータＭの回転速度を検出するとともにこの速度値を設定値になるよう制御する制御機構が備えられている。このようにして半導体製膜装置はプロセスチャンバーＰＣ内にて製膜プロセスにより製膜される。通常、プロセスチャンバーＰＣとターボ分子ポンプＴは一対で機能させるが、プロセスチャンバーが大容量の場合、複数のターボ分子ポンプを使用して排気機能を上げるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように複数のターボ分子ポンプを使って排気する場合、それぞれのポンプの排気性能に差が生じた場合、プロセスチャンバー内に圧力差ができるため、半導体製膜工程に悪影響を与えてきた。
一般にターボ分子ポンプは、ガス負荷に対してある領域までは、回転速度を規定回転速度に保持する。しかし、負荷限界に近い領域では、ポンプを駆動するモータに負荷リミッタがかかるため、回転速度を規定回転速度から下げた状態で排気を続ける。
回転速度の下がり方は性能を保証する範囲で一定であるが、ポンプを駆動するモータの性能により、若干ばらつく可能性がある。このことは、複数台のターボ分子ポンプを接続しているチャンバーの各部分において、図７に示すようにガス流量及び圧力の特性にばらつきが生じることになり、チャンバー内の気圧分布を均一に保つ障害になっている。
本発明は、このような課題を解決するターボ分子ポンプ駆動装置を提供せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供するターボ分子ポンプ駆動装置は、上記課題を解決するために、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に対応して設けられた複数の電源装置と、前記複数の電源装置に指令を送信するコントローラを備え、前記複数の電源装置は、前記コントローラからの指令に基づいて駆動用モータの回転速度が設定値となるよう制御する制御手段と、前記駆動用モータの実回転数データを送信するとともに、前記コントローラからの指令を受信する通信手段を有し、前記複数の電源装置が有する通信手段のうち、一の電源装置の通信手段は、他の電源装置から送信される実回転数データを前記コントローラに伝達し、前記コントローラから受信した指令を該他の電源装置に伝達する機能を備え、前記複数の電源装置が有する通信手段のうち、一の電源装置の通信手段は、他の電源装置から送信される実回転数データを前記コントローラに伝達し、前記コントローラから受信した指令を該他の電源装置に伝達する機能を備え、前記他の電源装置の通信手段は、実回転数データを前記一の電源装置に送信し、前記一の電源装置から伝達される前記コントローラからの指令を受信する機能を備え、前記コントローラと前記一の電源装置が有する通信手段が伝達ラインを介して接続されるとともに、前記一の電源装置が有する通信手段と前記他の電源装置が有する通信手段が通信ラインを介して接続され、前記コントローラは、前記複数の電源装置から送信される実回転数データを比較し、最も低い実回転数が設定値となるように前記複数の電源装置に指令する手段を有することを特徴とする。これによりターボ分子ポンプ間に回転速度の差が生じた場合、コントローラにより回転速度を設定変更して各ポンプの回転速度を同一に制御するようそれぞれのターボ分子ポンプの回転速度を調整させることでチャンバー内の気圧分布を均一に保つことができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるターボ分子ポンプ駆動装置の構成を概略的に示す図で、コントローラＣＴからの起動指令は伝達ラインＬ１を介してターボ分子ポンプＴＡ駆動用の電源装置ＥＡに入力されるよう接続されている。同時に電源装置ＥＡはターボ分子ポンプＴＢ、ＴＣ、ＴＤ駆動用の電源装置ＥＢ、ＥＣ、ＥＤと通信ラインＬ２を介して接続されコントローラＣＴからの起動指令が伝達される。この状況を図２に示す。電源装置ＥＡの構成は図５に示す通りで、電源１０からの電気エネルギーは整流回路１１、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２およびインバータ１３を介してターボ分子ポンプＴＡのモータＭに供給される。このエネルギーの一部は磁気浮上制御回路１４を介してターボ分子ポンプＴＡのターボ機構Ｂの磁気軸受に供給される。
【０００６】
ターボ分子ポンプＴＡのモータＭの起動は、コントローラＣＴから伝達ラインＬ１およびＡ用インターフェース１７を介して起動／停止指示回路２１に起動指令が伝達される。起動／停止指示回路２１は起動指令に従って回転速度制御部１６に回転始動指示を伝達する。モータＭの回転制御は、予め回転速度制御部１６に設定された回転数になるよう電力制御部１５を介してインバータ１３の周波数を制御する。
【０００７】
電源装置ＥＡには回転速度制御部１６からモータＭの回転数設定値とモータＭの実回転数データを受けて、Ａ用インターフェース１７を介しコントローラＣＴにそのデータを送信するための回転速度データ処理部１９が備えられている。
【０００８】
電源装置ＥＢ、ＥＣ、ＥＤの構成は図６に示す通りで、その回路構成および機能は通信ラインＬ２を介して電源装置ＥＡと信号の授受を行うＢ〜Ｄ用インターフェース１８を除き図５に示す電源装置ＥＡと同じである。コントローラＣＴからの指令信号は電源装置ＥＡに伝達され、電源装置ＥＡから他の電源装置ＥＢ、ＥＣ、ＥＤに伝達される。また各電源装置内の回転速度データ処理部１９からの各モータＭの回転数設定値と実回転数データは、Ｂ〜Ｄ用インターフェース１８を経由して通信ラインＬ２を介し電源装置ＥＡに伝達され、ここで各モータＭの回転数データがまとめられて伝達ラインＬ１を介しコントローラＣＴに伝達され、ここで各モータＭの回転数を比較することができる。
【０００９】
コントローラＣＴからの起動命令はＡ用インターフェース１７を介して起動／停止指示回路２１から回転速度制御部１６に起動信号が伝達され、予め設定された回転数になるようターボ分子ポンプＴＡを駆動する。コントローラＣＴからの起動命令は同時にＡ用インターフェース１７を介して図６に示す電源装置ＥＢ、ＥＣ、ＥＤの各Ｂ〜Ｃ用インターフェース１８に伝達され、電源装置ＥＡ同様電源装置ＥＢ〜ＥＤを作動させ、ターボ分子ポンプＴＢ〜ＴＤを駆動する。
【００１０】
一般にターボ分子ポンプＴの特性は、図７に示すようにガス負荷に対してある領域までは回転速度を規定回転速度に保持するが、負荷限界に近い領域ではポンプを駆動するモータに負荷リミッタがかかるため、回転速度を規定回転速度から下げた状態で排気を続ける。回転速度の下がり方は性能を保証する範囲で一定であるが、ポンプを駆動するモータの性能により、若干ばらつく可能性があるため、複数台のターボ分子ポンプＴを接続しているチャンバーの各部分においては図７に示すように、各ポンプ間でガス流量及び圧力の特性にばらつきが生じ、チャンバー内の気圧分布を均一に保つ障害になっている。
【００１１】
このため、各ポンプの回転数を常時把握し、回転数にばらつきが生じた場合、回転数をほぼ同一にする機能を持たせる必要がある。このようなモータの負荷限界に近い領域で各モータ間に回転数のばらつきが生じた場合の状況、例えばターボ分子ポンプＴＣの回転数が下落した例を図７に示す。このような状態になったときターボ分子ポンプＴＡ、ＴＢ及びＴＤの回転数をターボ分子ポンプＴＣの回転数に設定変更してその回転数に合わせればすべてのポンプが同一回転になる。回転数にこのようなばらつきが生じた場合に各モータの回転数を最も回転数の低い回転数のポンプとほぼ同一回転なるよう制御するための指令及びその応答機能を図３、図４に示す。また、各モータの回転数をほぼ同一にするための制御機能の流れを図８のフローチャートに示す。
【００１２】
具体的な例として、図７に示すターボ分子ポンプＴＣの回転数が下落した時点でターボ分子ポンプＴＡ、ＴＢ及びＴＤの回転数をターボ分子ポンプＴＣの回転数に設定変更してその回転数に制御するシーケンスを説明する。上述の図５に示すようにモータＭの回転数は電源装置ＥＡ内の回転速度制御部１６で計測され、回転速度データは回転速度データ処理部１９に伝達され、Ａ用インターフェース１７を介してコントローラＣＴに伝達される。ターボ分子ポンプＴＢ〜ＴＤの回転数データは図６に示すように電源装置ＥＢ〜ＥＤの回転速度データ処理部１９からＢ〜Ｃ用インターフェース１８に伝達され、さらにここから電源装置ＥＡのＡ用インターフェース１７を介してコントローラＣＴに伝達される。
【００１３】
これら４つのモータ回転数のデータはコントローラＣＴ内で比較され、最も回転の低いモータの回転数即ちターボ分子ポンプＴＣの回転数に他のモータの回転数を合わせるべく図４に示すようにその設定回転数をコントローラＣＴから電源装置ＥＡに指令する。電源装置ＥＡはこの信号を受けると他の電源装置ＥＢ、ＥＤに伝達する。この新たな設定回転数の指令を受けた各電源装置はインターフェースを介して回転数設定変更指示回路２０で指示された回転数に設定変更し、回転速度制御部１６により各モータの回転数が新たに設定さたモータＴＣの回転数とほぼ同一になるよう変更される。
【００１４】
図８に本発明のターボ分子ポンプ駆動システムのフローチャートを示す。
・システム全体に排気可能状態にセットされた状態で、コントローラＣＴから電源装置ＥＡに回転起動命令を伝達し、ターボ分子ポンプＴＡを駆動する。
・電源装置ＥＡから他の電源装置に回転起動命令を伝達し、ターボ分子ポンプＴＢ〜ＴＤを駆動する。
・各電源装置の回転速度データ処理部で各ターボ分子ポンプのモータ回転数を検出し、これをコントローラＣＴで定期的に収集し、各ターボ分子ポンプの回転数を比較する。
・各ターボ分子ポンプの回転数間に規定許容値以上の差がある場合、最も許容外に低下した回転数のポンプを検出し、他のすべてのポンプの回転数をこの最も許容外に低下したターボ分子ポンプの回転数に合わせるべく回転数の設定変更を行う。
・運転中上記の回転数チェックならびに回転数設定変更を定期的に行う。
【００１５】
本発明は、以上説明したように複数のターボ分子ポンプを使用した排気システムにおいて、ターボ分子ポンプの回転速度が規定回転速度から低下するようなガス負荷領域で使用され、負荷リミッタにより回転速度が低下するポンプが発生した場合、電源装置間の通信手段を設けることによりこのような領域で使用された場合でも最も低下した分子ポンプの回転速度に他の分子ポンプの回転速度を合わせることができるため、各ターボ分子ポンプＴの回転速度を同一に保つことができる。
【００１６】
本発明は以上説明したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変形例を包含する。例えば、図示例ではターボ分子ポンプの個数が４個の例であるが、２個でも３個でもあるいは５個以上でもよく、この個数に限定されない。また各電源装置の内部構成については、モータの回転速度を検出しフィードバック制御するものであればいかなるものでもよく、図示例の構成に限定されるものではない。
【００１７】
【発明の効果】
本発明により、真空装置の一つのチャンバーに複数のターボ分子ポンプを接続するような構成において、複数台のポンプが常に回転速度を同一に保つように自動的に制御されるので、ターボ分子ポンプの回転速度が低下するようなガス流量・圧力領域においても、均一な排気速度を保つことができるという効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるターボ分子ポンプ駆動装置を示す図である。
【図２】本発明によるコントローラと電源装置間の命令／応答信号の授受を示す図である。
【図３】本発明によるコントローラと電源装置間の命令／応答信号の授受を示す図である。
【図４】本発明によるコントローラと電源装置間の命令／応答信号の授受を示す図である。
【図５】コントローラと複数の電源装置間で信号授受を行う場合、電源装置間の信号授受でメインとなる電源装置の構成を示す図である。
【図６】コントローラと複数の電源装置間で信号授受を行う場合、電源装置間の信号授受で従となる電源装置の構成を示す図である。
【図７】ターボ分子ポンプの回転数と負荷との関連特性図を示す図である。
【図８】本発明のターボ分子ポンプ駆動システムのフローチャートを示す図である。
【図９】ターボ分子ポンプ駆動装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
Ｔ、ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤ---ターボ分子ポンプ
Ｅ、ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤ---電源装置
Ｍ---モータ
Ｂ---ターボ機構
ＣＴ---コントローラ
ＰＣ---プロセスチャンバー
Ｌ１---伝達ライン
Ｌ２---通信ライン
１０---商用電源
１１---整流回路
１２---ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３---インバータ
１４---磁気浮上制御回路
１５---電力制御部
１６---回転速度制御部
１７---Ａ用インターフェース
１８---Ｂ〜Ｄ用インターフェース
１９---回転速度データ処理部
２０---回転数設定変更指示回路
２１---起動／停止  指示回路
【図１】
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【図２】
0004411698.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004411698.tif 000006
【図６】
0004411698.tif 000007
【図７】
0004411698.tif 000008
【図８】
0004411698.tif 000009
【図９】
0004411698.tif 000010