(57)【要約】  【課題】    空冷ファンを内蔵したターボ分子ポンプから発生する空冷ファンの振動を防止し、ターボ分子ポンプの適用分野を拡大する。  【解決手段】  Ｐ空冷ファン５ＮまたはＧ空冷ファン１１Ｎの駆動電力を、それぞれＰファン電源１４ＮまたはＧファン電源１３ＮからＰスイッチ２１またはＧスイッチ２２を介して供給し、Ｐ温度センサ８Ｎの温度が予め定めた閾値を越えていない場合はＰ空冷ファン５Ｎを、Ｇ温度センサ１０Ｎの温度が予め定めた閾値を越えていない場合はＧ空冷ファン１１Ｎを停止させ、各空冷ファンから発生する振動を防止する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプユニットと電源ユニットから構成され、ポンプユニットを冷却する空冷ファンを備えたターボ分子ポンプにおいて、ターボ分子ポンプの定常運転中に前記空冷ファンを停止する機構を設けたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２】
ポンプユニットと電源ユニットから構成され、ポンプユニットを冷却する空冷ファンとポンプユニットの温度を検知する温度センサを備えたターボ分子ポンプにおいて、ターボ分子ポンプの定常運転中かつ前記温度センサの計測温度が予め定めた閾値内にあることを検出する検出機構と、この検出機構からの出力信号を受けて空冷ファンを停止させる手段を設けたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項３】
ポンプユニットと電源ユニットから構成され、ポンプユニットを冷却する空冷ファン１とポンプユニットの温度を検知する温度センサ１を備えるとともに前記電源ユニットは前記モータおよび前記電磁石の駆動回路と前記空冷ファン１の電源と電源ユニットの温度を検知する温度センサ２と電源ユニットを冷却する空冷ファン２を備えたターボ分子ポンプにおいて、分子ポンプの定常運転中かつ温度センサ１、２の計測温度が予め定めた閾値内にあることを検出する検出機構と、この検出機構からの出力信号を受けて前記温度センサ１の計測温度が予め定めた閾値を越えない場合に空冷ファン１を、また前記温度センサ２の計測温度が予め定めた閾値を越えない場合に空冷ファン２を停止する手段を設けたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項４】
前記温度センサの計測温度が予め定めた閾値を越えない場合に前記空冷ファンを減速する手段を設けたことを特徴とする請求項２記載のターボ分子ポンプ。
【請求項５】
前記温度センサ１の計測温度が予め定めた閾値を越えない場合に空冷ファン１を、また前記温度センサ２の計測温度が予め定めた閾値を越えない場合に空冷ファン２を減速する手段を設けたことを特徴とする請求項３記載のターボ分子ポンプ。
【請求項６】
前記各空冷ファンを常に定格回転させる信号を外部から入力する手段を設けたことを特徴とする請求項１から５に記載のターボ分子ポンプ。
【請求項７】
前記各空冷ファンの回転状態に対応する外部出力を外部装置に供給するための手段を設けたことを特徴とする請求項１から６に記載のターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造装置、半導体検査装置、電子顕微鏡その他、真空を利用して製造・検査・研究を行うための真空装置において真空を発生させるために使用されるターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置、半導体検査装置、電子顕微鏡などの真空装置に広く使用されるターボ分子ポンプ（以下、ターボ分子ポンプまたはポンプと記載する）は、タービン翼を回転させ、吸気口から吸入された気体を外方の大気側に連続的に排出することによって吸気口側の圧力を低下させ、真空を生成している。ポンプは一般に、前記のタービン翼などを内蔵し真空装置に直結されるポンプユニットと、ポンプの駆動電源などを内蔵した電源ユニットから構成される。タービン翼は、回転翼（以下、動翼と記載する）および静止翼（以下、静翼と記載する）を交互に多段組合せて構成されている。動翼は一般に、動翼と一体化され真空中で駆動されるモータにより回転する。回転状態ではモータからの発熱が動翼に伝わり、また所定の作業を行うために真空装置に導入される各種ガスと動翼の衝突による発熱もあるため、動翼およびポンプユニット全体は昇温する。
【０００３】
昇温により作動に支障が生じないように、通常空冷ファンの回転によりポンプユニットの冷却を行う空冷法または水冷蛇管をポンプユニットの外壁に巻きつけ、水冷蛇管に通水する水冷法により、動翼およびポンプユニット全体の昇温を抑制する方法が取られる（特許文献１参照）。なかでも空冷法は水冷配管の配設や水漏れの保護対策を必要とせず、ポンプの使用を簡便化するので近年多く採用されている。また、ターボ分子ポンプの電源ユニットは、ポンプに前記のガスが導入され動翼の負荷が増加した場合に動翼の回転数を維持するため数１００ワットの電力を供給する必要があり内部回路素子の発熱も大きくなるので、電源ユニットの冷却用にポンプ用とは別に空冷ファンが設置されることが多い。なお、ターボ分子ポンプにはポンプユニットと電源ユニットを別筐体としたものと、両者を一体化したものがある。
【０００４】
以下、図６によって従来のターボ分子ポンプの構成と作動を説明する。ポンプは真空装置（図示せず）に直結されるポンプユニットＰと、ポンプユニットＰを駆動・制御する電源ユニットＧから構成される。動翼１は回転軸３に固着され、モータ２により回転軸３とともに回転する。動翼１の回転により真空装置内の気体分子は図６の上方から下方に圧縮され、排気される。なお、動翼１は一般のタービン翼と同じく、静翼と交互に組み立てられているが、図６では静翼の図示は割愛する。回転軸３は浮上電磁石４により真空中で浮上している。
【０００５】
ポンプユニットＰはＰ空冷ファン５で冷却されている。動翼１の回転中の位置情報は変位センサ６で検出され、電源ユニットＧ内のＣＰＵ１２を介して駆動回路９から制御された出力が浮上電磁石４に帰還され、所定の位置が保たれる。また動翼１の回転数は回転センサ７で検出され、電源ユニットＧ内のＣＰＵ１２を介して駆動回路９から制御された出力がモータ２に帰還され、所定の回転数が保たれる。Ｐ空冷ファン５またはＧ空冷ファン１１の駆動電力はＰファン電源１４またはＧファン電源１３から供給される。ポンプユニットＰまたは電源ユニットＧの温度はそれぞれＰ温度センサ８またはＧ温度センサ１０で検出され、Ｐ温度センサ８またはＧ温度センサ１０に異常温度が検出された場合はポンプユニットＰまたは電源ユニットＧの作動を停止させる。
【特許文献１】特開２００１−１３２６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のターボ分子ポンプの動翼の冷却法は以上のとおりであるが、この方法では冷却によってポンプが振動し、真空装置の作動に障害が生じる。すなわち、ターボ分子ポンプの振動には大別して動翼１の回転に伴って発生するものとＰ空冷ファン５およびＧ空冷ファン１１から発生するものがあるが、回転に伴って発生する振動は磁気軸受と真空中浮上動翼を備えたポンプでは殆ど除去されているので、振動の殆どは前記の各空冷ファンから発生している。従来の構成ではポンプユニットＰまたは電源ユニットＧのＰ空冷ファン５およびＧ空冷ファン１１（以下、両者を合わせて各空冷ファンと記載する）は、ポンプユニットＰまたは電源ユニットＧの実際の温度には関係なく、電源ユニットＧの通電時には常に６０ｒｐｓ前後の基本回転数で回転状態にあったために、各空冷ファンからは常に基本回転数およびその高調波成分に対応する数１０Ｈｚから数１００Ｈｚの振動が発生していた。
【０００７】
ポンプユニットＰ側のＰ空冷ファン５はポンプユニットＰと直結されているため特に真空装置に与える影響が大きく、たとえば電子顕微鏡では前記の振動により画像の解像力が阻害され、また半導体製造装置ではナノメートルにおよぶ微細加工に障害が生じていた。そのため障害を受ける可能性のある真空装置にターボ分子ポンプを使用するためには、あらかじめ予備実験により採用の可否を事前確認する必要があった。事前確認の結果、採用ができない事例も多数にのぼっており、ポンプの販路を狭めていた。特にポンプユニットＰと電源ユニットＧを一体化したポンプでは電源ユニットＧ側のＧ空冷ファン１１もポンプユニットＰと直結されているため、２台の空冷ファンから共振やうなりを含む複雑な振動が発生しており、ポンプの適用領域を制限していた。本発明はこのような問題点を解決する手段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】
【０００８】
本発明が提供するターボ分子ポンプは上記課題を解決するために、ポンプユニットと電源ユニットから構成され、ポンプユニットを冷却する空冷ファンを備えたターボ分子ポンプにおいて、ターボ分子ポンプの定常運転中に前記空冷ファンを停止する機構を設けたことを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
また、ポンプユニットと電源ユニットから構成され、ポンプユニットを冷却する空冷ファンとポンプユニットの温度を検知する温度センサを備えたターボ分子ポンプにおいて、ターボ分子ポンプの定常運転中かつ前記温度センサの計測温度が予め定めた閾値内にあることを検出する検出機構と、この検出機構からの出力信号を受けて空冷ファンを停止させる手段を設けたことを特徴とする（請求項２）。
【００１０】
また、ポンプユニットと電源ユニットから構成されポンプユニットを冷却する空冷ファン１とポンプユニットの温度を検知する温度センサ１を備えるとともに前記電源ユニットは前記モータおよび前記電磁石の駆動回路と前記空冷ファン１の電源と電源ユニットの温度を検知する温度センサ２と電源ユニットを冷却する空冷ファン２を備えたターボ分子ポンプにおいて、分子ポンプの定常運転中かつ温度センサ１、２の計測温度が予め定めた閾値内にあることを検出する検出機構と、この検出機構からの出力信号を受けて前記温度センサ１の計測温度が予め定めた閾値を越えない場合に空冷ファン１を、また前記温度センサ２の計測温度が予め定めた閾値を越えない場合に空冷ファン２を停止する手段を設けたことを特徴とする（請求項３）。
【００１１】
また、請求項２記載のターボ分子ポンプに対して、前記温度センサの計測温度が予め定めた閾値を越えない場合に前記空冷ファンを減速する手段を設けることを特徴とする（請求項４）。
【００１２】
また、請求項３記載のターボ分子ポンプに対して、前記温度センサ１の計測温度が予め定めた閾値を越えない場合に空冷ファン１を、また前記温度センサ２の計測温度が予め定めた閾値を越えない場合に空冷ファン２を減速する手段を設けることを特徴とする（請求項５）。
【００１３】
ターボ分子ポンプの定常運転中の大部分の期間はポンプユニットおよび電源ユニットの温度上昇は限定されているので、前記各手段により、ターボ分子ポンプの定常運転中の大部分の期間にわたり、ターボ分子ポンプから発生する振動の全部または大部分を除去することができる。
【００１４】
また、請求項１から請求項５記載のターボ分子ポンプに対して、前記各空冷ファンを常に定格回転させる信号を外部から入力する手段を設けることができる（請求項６）。このようにすることで、低振動化の必要がない場合には各空冷ファンを定格回転し、ターボ分子ポンプの温度上昇を最大に抑制することができる。
【００１５】
さらにまた、請求項１から請求項６記載のターボ分子ポンプに対して、前記各空冷ファンの回転状態に対応する外部出力を外部装置に供給するための手段を設けることができる（請求項７）。このようにすることで、ターボ分子ポンプの振動状態を真空装置などの外部装置側に表示したり、振動が障害になる外部作業の可否を制御したりすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ターボ分子ポンプの作動時間の大部分にわたり、振動を零または大きく軽減することが可能になり、ターボ分子ポンプの適用可能分野を拡大することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
したがって最良の形態の基本的な構成は、ポンプユニットと電源ユニットから構成され、前記ポンプユニットは回転翼と静止翼からなるタービン翼と前記回転翼を所定の位置に浮上維持させる磁気軸受を備えた電磁石と前記回転翼を回転させるモータと前記回転翼の姿勢を検知する姿勢センサと前記回転翼の回転数を検知する回転センサとポンプユニットを冷却する空冷ファン１とポンプユニットの温度を検知する温度センサ１を備えるとともに前記電源ユニットは前記モータおよび前記電磁石の駆動回路と前記空冷ファン１の電源と電源ユニットの温度を検知する温度センサ２と電源ユニットを冷却する空冷ファン２を備えたターボ分子ポンプにおいて、ターボ分子ポンプの定常運転中かつ前記温度センサ１の計測温度が予め定めた閾値内にあることを検出する検出機構と、この検出機構からの出力信号にて空冷ファン１を停止させる手段と、前記温度センサ２の計測温度が予め定めた閾値内にあることを検出する検出機構と、この検出機構からの出力信号にて空冷ファン２を停止させる手段を具備するターボ分子ポンプである。
【実施例】
【００１８】
以下図示例にしたがって説明する。図１（Ａ）は本発明のポンプの構成を示す図である。ポンプはポンプユニットＰＮと、ポンプユニットＰＮを駆動・制御する電源ユニットＧＮから構成される。動翼１Ｎは回転軸３Ｎに固着され、モータ２Ｎにより回転軸３Ｎとともに回転する。動翼１Ｎの回転により真空装置（図示せず）内の気体分子は図１の上方から下方に圧縮され、排気される。なお、動翼１Ｎは一般のタービン羽根と同じく、静翼と交互に組み立てられているが、図１では静翼の図示は割愛する。回転軸３Ｎは浮上電磁石４Ｎにより真空中で浮上している。
【００１９】
ポンプユニットＰＮはＰ空冷ファン５Ｎで冷却されている。動翼１Ｎの回転中の位置情報は変位センサ６Ｎで検出され、電源ユニットＧＮ内のＣＰＵ１２Ｎを介して駆動回路９Ｎから制御された出力が浮上電磁石４Ｎに帰還され、所定の位置が保たれる。また動翼１Ｎの回転数は回転センサ７Ｎで検出され、電源ユニットＧＮ内のＣＰＵ１２Ｎを介して駆動回路９Ｎから制御された出力がモータ２Ｎに帰還され、所定の回転数が保たれる。Ｐ空冷ファン５ＮまたはＧ空冷ファン１１Ｎの駆動電力はそれぞれＰファン電源１４ＮまたはＧファン電源１３ＮからＰスイッチ２１またはＧスイッチ２２を介して供給されている。ポンプユニットＰＮまたは電源ユニットＧＮの温度はそれぞれＰ温度センサ８ＮまたはＧ温度センサ１０Ｎで検出され、異常温度が検出された場合はポンプユニットＰＮまたは電源ユニットＧＮの作動を停止させる。また、Ｐ温度センサ８Ｎの温度が前記異常温度より低温の、予め定めた閾値を越えていない場合はＰ空冷ファン５Ｎを、Ｇ温度センサ１０Ｎの温度が予め定めた閾値を越えていない場合はＧ空冷ファン１１Ｎを停止させる。前記閾値は常温と前記異常温度の中間、たとえば一例としてＰ温度センサ８Ｎにおいては５５℃前後に、Ｇ温度センサ１０Ｎにおいては６５℃前後に設定される。
【００２０】
図１（Ｂ）は、Ｐスイッチ２１およびＧスイッチ２２の部分の詳細図である。以下、Ｐスイッチ２１およびＧスイッチ２２を合わせて各スイッチと記載する。同図において、Ｐスイッチ２１およびＧスイッチ２２の位置は、Ｐ温度センサ８ＮおよびＧ温度センサ１０Ｎの温度がそれぞれの閾値を越えている場合を示している。ＣＰＵ１２Ｎからの制御信号により、各スイッチは図に示す位置にあり、Ｐファン電源１４ＮまたはＧファン電源１３Ｎからの電力はＰスイッチ２１またはＧスイッチ２２を介してＰ空冷ファン５ＮまたはＧ空冷ファン１１Ｎに接続されており、各ファンを回転させている。Ｐ温度センサ８Ｎの温度が閾値以下の場合はＰスイッチ２１が図と逆の方向に切り替わりＰ空冷ファン５Ｎを停止させる。またＧ温度センサ１０Ｎの温度が閾値以下の場合はＧスイッチ２２が図と逆の方向に切り替わりＧ空冷ファン１１Ｎを停止させる。
【００２１】
前記のＰ空冷ファン５Ｎの停止によって、ポンプユニットＰＮにおいてＰ空冷ファン５Ｎから発生している振動を防止することが可能になる。また、Ｇ空冷ファン１１Ｎの停止によって、電源ユニットＧＮから発生している振動が真空装置に伝わることを防止することが可能になる。図１はポンプユニットＰＮと電源ユニットＧＮが別置きの場合を示しているが、本発明がポンプユニットＰＮと電源ユニットＧＮを一体化したポンプにも適用できることは明白であり、その場合はＧ空冷ファン１１Ｎの停止によってポンプユニットＰＮの振動が直接的に防止される。
【００２２】
図２は前記のＰ空冷ファン５Ｎの切り替えを動作シーケンスとして示した図である。Ｐ温度センサ８Ｎの温度が閾値を越えるかどうかの検定は図のスタートと記した位置から開始する動作シーケンスで定期的に繰り返し自動チェックされる。Ｓ２１において閾値以下と検定された場合は動作シーケンスは図のＹｅｓのラインに沿って下方に流れ、Ｓ２２にてＰ空冷ファン５Ｎは停止する。またＳ２１において閾値を越えている場合は図のＮｏのラインにより、Ｓ２３でＰ空冷ファン５Ｎは運転を開始する。動作シーケンスは図のエンドに至って終了するが、前記のように定められた期間毎に繰り返しスタートからの検定が行われる。なお、図２ではＰ温度センサ８Ｎ、Ｐ空冷ファン５Ｎについて動作シーケンスを説明しているが、Ｐ温度センサ８Ｎ、Ｐ空冷ファン５ＮをＧ温度センサ１０Ｎ、Ｇ空冷ファン１１Ｎに読み替えた場合も動作シーケンスは類似であるので、Ｇ温度センサ１０Ｎ、Ｇ空冷ファン１１Ｎについての図示および詳細説明は省略する。
【００２３】
本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、さらに種々の変形実施例を挙げることができる。たとえば手動操作により各空冷ファンを停止するターボ分子ポンプも本発明に含まれる（請求項１に対応）。また前記のように、本発明はポンプユニットＰＮと電源ユニットＧＮを一体化したポンプにも適用される。また、図３の動作シーケンス図は、閾値１、閾値２の２種の温度値（閾値１＜閾値２、たとえばポンプユニットに対して閾値１は５５℃、閾値２は６５℃など）により動作を区分し、Ｐ空冷ファン５Ｎを減速制御する場合の動作シーケンスを示しているが、この場合は図３に示されるように、スタートからまずＳ３１にて閾値１以下かどうかを検定し、閾値１以下の場合はＹｅｓのラインに沿ってＳ３３でＰ空冷ファン５Ｎを定格回転数の１／２で運転する。Ｓ３１で閾値１以上の場合は引き続きＳ３２で閾値２以上か否かの検定を行い、閾値２以下の場合はＳ３４でＰ空冷ファン５Ｎを定格回転数の２／３で運転し、閾値２以上の場合はＳ３５でＰ空冷ファン５Ｎを定格回転数で運転する。
【００２４】
このような減速制御に対しても本発明を適用することができる。なお、上記の定格回転数の１／２、定格回転数の２／３などの値は説明上特定したもので、減速の範囲は零から定格回転数まで任意の設定が可能である。また図３においても図２同様、Ｐ温度センサ８Ｎ、Ｐ空冷ファン５ＮをＧ温度センサ１０Ｎ、Ｇ空冷ファン１１Ｎに読み替えた場合も流れは類似であるので、Ｇ温度センサ１０Ｎ、Ｇ空冷ファン１１Ｎについての図示および詳細説明は省略する。
【００２５】
図４（Ａ）はさらに、最初に低振動化が必要か否かの検定を行う場合の動作シーケンスを示している。この場合は、Ｓ４１で低振動化が不必要な場合は動作シーケンスはＮｏラインに沿って右方向に進み、Ｐ空冷ファン５Ｎを定格回転数で運転する。またＳ４１で低振動化が必要な場合は閾値１、閾値２の検定に移り、Ｐ空冷ファン５Ｎの減速運転を行う。なお、閾値１、閾値２の検定およびそれ以降の流れに関しては図３の説明と同一であるので説明を省略する。また図４（Ａ）においても図２同様、Ｐ温度センサ８Ｎ、Ｐ空冷ファン５ＮをＧ温度センサ１０Ｎ、Ｇ空冷ファン１１Ｎに読み替えた場合も流れは類似であるので、Ｇ温度センサ１０Ｎ、Ｇ空冷ファン１１Ｎについての図示および詳細説明は省略する。図４（Ｂ）は低振動化が必要か否かの検定の入力例を示している。たとえば作業者の判断などにより、低振動化が必要でない場合は、ＣＰＵ１２Ｎに外部から低振動化不要信号Ｖを入力し、ＣＰＵ１２Ｎを介して、常にＰ空冷ファン５ＮおよびＧ空冷ファン１１Ｎを定格回転させる位置でＰスイッチ２１およびＧスイッチ２２を固定する。
【００２６】
以上説明したように、本発明は閾値の数には限定されない。したがって必要に応じて閾値数を増加して、温度領域によって各空冷ファンを停止または減速するように、本発明を適用して動作シーケンスを構成することが可能である。また、各空冷ファンの停止または減速状況に応じてその段階を外部真空装置の振動状態の信号として外部にパネル表示したり、振動を嫌う外部作業の制御信号として使用するための出力信号を備えても良い。すなわち、図５に示すように、Ｇファン電源１３Ｎの出力でＧ空冷ファン１１Ｎを駆動すると同時に、この出力を利用して、外部の真空装置（図示せず）の外部パネル２３に設けたＧ振動表示ランプ２４を点灯させ、外部装置に供給する外部制御信号Ｃを出力し、また外部パネル２３に設けたＰ振動表示ランプ２５を点灯させ、外部装置に供給する外部制御信号Ｄを出力する構成も考えられる。本発明は前記の変形実施例をすべて包含する。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は半導体製造装置、半導体検査装置、電子顕微鏡その他、真空を利用して製造・検査・研究を行うための真空装置において真空を発生させるために必要な用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例の構成図である。
【図２】本発明の動作シーケンス図の１例である。
【図３】本発明の動作シーケンス図の他の１例である。
【図４】本発明の動作シーケンス図のさらに他の１例である。
【図５】本発明の、外部出力を外部装置に供給するための１構成例を示す図である。
【図６】従来のターボ分子ポンプの構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１、１Ｎ  動翼
２、２Ｎ  モータ
３、３Ｎ  回転軸
４、４Ｎ  浮上電磁石
５、５Ｎ  Ｐ空冷ファン
６、６Ｎ  変位センサ
７、７Ｎ  回転センサ
８、８Ｎ  Ｐ温度センサ
９、９Ｎ  駆動回路
１０、１０Ｎ  Ｇ温度センサ
１１、１１Ｎ  Ｇ空冷ファン
１２、１２Ｎ  ＣＰＵ
１３、１３Ｎ  Ｇファン電源
１４、１４Ｎ  Ｐファン電源
２１  Ｐスイッチ
２２  Ｇスイッチ
２３  外部パネル
２４  Ｇ振動表示ランプ
２５  Ｐ振動表示ランプ
Ｃ、Ｄ  外部制御信号
Ｇ  電源ユニット
ＧＮ  電源ユニット
Ｐ  ポンプユニット
ＰＮ  ポンプユニット
Ｖ  低振動化不要信号
【図１】
2007100629.tif 000003
【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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