JP2003172292A - ターボ分子ポンプ駆動用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ターボ分子ポンプ内のモータおよびヒータに供
給する最大電力消費量を大幅に削減できるターボ分子ポ
ンプ駆動装置を提供する。 【解決手段】電力監視手段１５からの電力モニター信号
をうけた供給電力計算手段１３は、ターボ分子ポンプ１
のモータ２の回転速度が加速中であることを判断する
と、ヒータ５への供給電力を現在供給している電力量か
らモータ２に供給している電力相当分を差し引くようヒ
ータ制御手段１４に出力し、モータ２およびヒータ５双
方のトータル電力量が予め定めた上限値を越えないよう
制御する。この制御により、これまでモータ２とヒータ
５がそれぞれ個別に電力制御されていた従来のターボ分
子ポンプ駆動用電源装置６に比較し、最大電力量を大幅
に削減できるため、電源設備の大幅なコストダウンに寄
与できるとともにターボ分子ポンプ１のランニングコス
トを軽減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
おけるチャンバーの排気等に有益なターボ分子ポンプの
電源装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】この種のターボ分子ポンプは、チャンバ
ー内のガス排気と同時に、チャンバー内で生成される反
応生成物も排気することになり、この反応生成物がター
ボ分子ポンプ内に付着しないためにターボ分子ポンプ本
体の温度を上げるべくヒータを備えている。このターボ
分子ポンプの駆動装置は、ポンプ本体の温度を例えば７
０℃に制御する温度制御機構を備え、そのブロック線図
は図３に示す通りである。すなわち、図３において１は
ターボ分子ポンプであり、２はその主体をなすモータで
電源装置６からの電力を得て回転駆動される。３は温度
センサでターボ分子ポンプ１の温度を検出する。４は温
度検出手段で温度センサ３からの出力信号を受けて、こ
れを電源装置６の供給電力計算手段１３に伝送する機能
を有する。５はターボ分子ポンプ１を加熱するためのヒ
ータである。 【０００３】電源装置６は、ターボ分子ポンプ１のモー
タ２およびヒータ５に電力を供給し、モータ２の回転数
ならびにターボ分子ポンプ１の温度を制御する機能を備
えている。すなわち、この電源装置６は商用電源７から
の電源供給を受け、直流電源に変換するための整流回路
８と、モータ２の回転速度を設定するための目標速度設
定器１０と、モータの回転速度を制御するための速度制
御計算手段１１およびモータ２への回転用駆動供給電力
を制御するモータ制御手段９で構成されるモータ回転速
度制御機構部と、ターボ分子ポンプ１の温度を制御する
ための目標温度設定器１２と温度制御するための供給電
力計算手段１３とヒータ５に電力供給するヒータ制御手
段１４で構成されるターボ分子ポンプ温度制御機構部と
からなる。このような従来のターボ分子ポンプにおいて
は、その駆動時の消費電力の状態は図４に示す通りであ
る。すなわち、図４（ａ）はターボ分子ポンプ駆動装置
の起動から被排気チャンバー内に反応用ガスを供給する
状態（以下、このような状態を「ガス負荷時」と云う）
を含め、ターボ分子ポンプ１の温度を目標温度に制御す
る時の温度変化を示している。図４（ｂ）はターボ分子
ポンプ１内に具備されたヒータ５への供給電力を時系列
的に示したものであり、図４（ｃ）はターボ分子ポンプ
１内で回転体を駆動するモータ２への供給電力を時系列
的に示したものである。図４（ｄ）はヒータ５への供給
電力とモータ２への供給電力が加算される消費電力を時
系列的に示したものである。 【０００４】図４においてはターボ分子ポンプ１の起
動時であり、図４（ｂ）に示すようにヒータ５には最大
電力量が供給され、モータ２には図４（ｃ）に示すよう
に回転速度の上昇とともに増加する電力量が供給され、
ヒータ５およびモータ２の双方への供給電力は図４
（ｄ）に示されるように双方が加算された最大電力量と
なる。はチャンバーが所定真空度になりモータ２の加
速工程が完了して定回転になった時点を示し、モータ２
への供給電力は図４（ｃ）に示すように定回転維持に必
要な電力量に低下する。〜間はポンプを加熱中にガ
ス負荷が発生した状態を示し、この間はチャンバーの真
空度が低下するためモータ２にはガス負荷に応じて供給
される電力量が増加する。ガス負荷時はモータ２に供給
される電力が増加するため、この発熱により図４（ａ）
のＡに示すようにポンプの温度上昇は加速する。この
間、モータ２およびヒータ５への電力量は双方の電力量
が加算されることになり、図４（ｄ）に示すような最大
電力量となる。〜間はモータ２が定回転になり、モ
ータ２への供給電力は図４（ｃ）に示すように定回転維
持に必要な電力量に低下するとともに、ポンプの温度が
目標温度に近づくためヒータ５への電力量を順次低下さ
せる経過を示す。〜間はポンプの温度が目標温度に
なり、ヒータ５への供給電力は目標温度維持に必要な最
低の電力量に制御するとともに、モータ２も定回転の状
態に必要な最低の電力供給量に制御する。〜間はポ
ンプが目標温度にある時点でガス負荷が発生した状態を
示し、その時のヒータ２およびヒータ５への供給電力量
を示す。この時はモータ２が最大負荷で回転するため、
この消費電力による発熱により図４（ａ）のＢに示すよ
うにポンプの温度は目標温度をこえて上昇するため、ヒ
ータ５への電力をカットするとともに冷却水によりポン
プの温度を目標温度まで低下させる。時点以降はポン
プが目標温度を保ち且つモータ２が定回転の状態でのヒ
ータ５およびモータ２に供給する電力量を示す。 【０００５】ターボ分子ポンプ１の加熱は、一般にヒー
タ５への電力供給によって行なうが、図４（ｃ）に示す
ガス負荷時にはモータ２への供給電力が増大するため、
図４（ａ）のＡおよびＢに示すようにモータ２の電力消
費発熱によりターボ分子ポンプ１の温度が急上昇する。
ターボ分子ポンプ１の温度は目標温度として例えば７０
℃に設定制御されるが、ターボ分子ポンプ１の温度が図
４（ａ）Ｂに示すように目標温度以上に上昇した場合は
冷却水によりポンプ本体を冷却し目標温度に制御するよ
うになっている。モータ２の回転を制御するためのモー
タ２への供給電力は図４（ｃ）に示すように行ない、ま
た温度制御のためのヒータ５への供給電力は図４（ｂ）
に示すように行なっている。しかもこれらはそれぞれ独
立した回路で制御されている。したがってターボ分子ポ
ンプ１全体の供給電力は図４（ｄ）に示すように、モー
タ２およびヒータ５への各々の和となり、ポンプ加熱時
でのモータ２の回転加速度時およびガス負荷発生時には
双方の供給電力の和となり、多大な電力を消費する。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】近年、ターボ分子ポン
プなど半導体製造装置に接続される機器は低消費電力化
が求められている。ターボ分子ポンプの加熱は規定され
た仕様時間内（例えば１時間以内）に目標温度に昇温を
完了できればよく、それ以上早く昇温させる必要はな
い。現状ではモータ２への供給電力と、ヒータ５への供
給電力がそれぞれ独自に制御されているため双方の総和
として供給される最大電力が大きくなり、これに対応す
るため大容量の電源設備が必要となっていた。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用
電源装置を提供するものである 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明が提供するターボ
分子ポンプの駆動用電源装置は、上記課題を解決するた
めに、ターボ機構のロータを回転駆動するモータとター
ボ分子ポンプを加熱するヒータを有するターボ分子ポン
プに電力を供給する電源装置において、モータに供給す
るモータ駆動用電力と同等の電力分をヒータに供給する
温度制御用電力から差し引くための電力監視手段を設
け、この電力監視手段によって電力の供給を一定以下に
制御する。 【０００８】 【発明の実施の形態】図１に、本発明によるターボ分子
ポンプ駆動装置のブロック図を示す。すなわち、図１に
おいて１はターボ分子ポンプであり、２はその主体をな
すモータで電源装置６からの電力を得て回転駆動され
る。３は温度センサでターボ分子ポンプ１の温度を検出
する。４は温度検出手段で温度センサ３からの出力信号
を受けて、これを電源装置６の供給電力計算手段１３に
伝送する機能を有する。５はターボ分子ポンプ１を加熱
するためのヒータである。 【０００９】電源装置６は、ターボ分子ポンプ１のモー
タ２およびヒータ５に電力供給し、モータ２の回転数な
らびにターボ分子ポンプ１の温度を制御する機能を備え
ている。すなわち、この電源装置６は、商用電源７から
の電源供給を受け直流電源に変換するための整流回路８
と、モータ２の回転速度を設定するための目標速度設定
器１０と、モータの回転速度を制御するための速度制御
計算手段１１およびモータ２への回転用駆動電力供給を
制御するモータ制御手段９で構成されるモータ回転速度
制御機構部と、ターボ分子ポンプ１の温度を制御するた
めの目標温度設定器１２と温度制御するための供給電力
計算手段１３とヒータ５に電力供給するヒータ制御手段
１４で構成されるターボ分子ポンプ温度制御機構部とか
らなる。１５は本発明による電力監視手段でモータ２へ
の供給電力を監視し、この電力モニター信号をターボ分
子ポンプ温度制御機構部の供給電力計算手段１３に伝達
し、ヒータ５への供給電力を制御する。 【００１０】図２はターボ分子ポンプ駆動時の消費電力
の状態を示す。図２（ａ）はターボ分子ポンプ駆動装置
の起動からターボ分子ポンプ１の温度を目標温度に制御
する時の温度変化を示している。図２（ｂ）はターボ分
子ポンプ１内に具備されたヒータ５への供給電力を時系
列的に示したものであり、図２（ｃ）はターボ分子ポン
プ１内で回転体を駆動するモータ２への供給電力を時系
列的に示したものである。図２（ｄ）はヒータ５への供
給電力とモータ２への供給電力が加算される消費電力を
時系列的に示したものである。図２においてはターボ
分子ポンプ１の起動時であり、はチャンバーが所定の
真空度になりモータ２の加速工程が完了して定回転にな
った時点を示す。〜はポンプの昇温中にガス負荷が
発生した状況での供給電力量を示し、〜はモータ２
が定回転になりポンプの温度が目標温度に近づいた状況
での供給電力量を示す。〜はポンプの温度が目標温
度になり、モータ２も定回転の状況での供給電力量を示
す。〜はポンプの温度が目標温度にある時点でガス
負荷が発生した状況を示し、の時点以降はポンプが目
標温度を保ち、モータ２が定回転の状況でのヒータ５お
よびモータ２に供給する電力量を示す。 【００１１】本発明はターボ分子ポンプ１のモータ２お
よびヒータ５に供給する電力量を電源装置６内に新たに
設けた電力監視手段１５によりヒータ５への供給電力を
制御することによりターボ分子ポンプ１を駆動するため
のトータル電力量を大幅に減少させることができる点に
特徴を有している。以下に本発明による電力監視手段１
５の機能を説明する。ターボ分子ポンプ１が駆動を開始
すると、モータ２の加速中は回転速度の増加にともなっ
て、モータ２への供給電力は図２（ｃ）に示すように増
加する。始動開始とともに、目標温度設定器１２で設定
された温度と温度センサ３からの温度信号とを供給電力
計算手段１３で比較して偏差量を算出する。この偏差信
号はヒータ制御手段１４に伝達され、ヒータ制御手段１
４からターボ分子ポンプ１を加熱するためのヒータ５に
図２（ｂ）に示すような電力を供給開始する。この時、
電力監視手段１５からの電力モニター信号をうけた供給
電力計算手段１３は、ヒータ５への供給電力を最大供給
量からモータ２に供給している電力相当分を差し引く指
示信号をヒータ制御手段１４に出力し、モータ２および
ヒータ５へのトータル電力量が一定値から増加しないよ
う制御する。すなわち、モータ２の回転加速時にはそれ
に必要な電力を図２（ｃ）に示すようにモータ２に供給
するが、このときヒータ５への供給電力は図２（ｂ）に
示すようにモータ２への供給電力と逆比例的に減少さ
せ、ターボ分子ポンプ駆動装置のトータル電力量のピー
ク値を抑える制御を電力監視手段１５の電力モニター信
号により行なう。図２の〜間はモータ２の回転加速
中であり、モータ２自身の電力消費発熱による温度上昇
が加わるため、ヒータ５への電力が減少しても図２
（ａ）のＡに示すようにターボ分子ポンプ１の温度は上
昇する。ターボ分子ポンプ１の回転加速が完了し、定回
転数即ち図２ののポンプ加速完了時点になると、モー
タ２への供給電力は最小供給量となる。図２の〜間
は、図２（ｂ）に示すようにヒータ５への供給電力を最
大供給量とすべく供給電力計算手段１３はヒータ制御手
段１４を制御する。この時の温度上昇は、図２（ａ）の
Ｂに示す状態となる。ターボ分子ポンプ１を目標温度に
すべく加熱中において図２の〜に示すガス負荷が発
生した場合、モータ２への供給電力は図２（ｃ）に示す
ように増加する。この時、電力監視手段１５からの電力
モニター信号をうけた供給電力計算手段１３はヒータ５
への供給電力量を図２（ｂ）に示すようにモータ２への
供給電力相当分を低く抑えるようヒータ制御手段１４に
指示する。このときもモータ２自身の電力消費発熱によ
り、ヒータ５への電力が減少しても図２（ａ）のＣに示
すようにターボ分子ポンプ１の温度は上昇する。ガス負
荷が終わりポンプの温度が目標設定値に近づく図２の
〜の間は、ヒータ５への電力は最大量を供給しポンプ
を加熱する。この時の温度上昇過程を図２（ａ）のＤに
示す。ポンプの温度が目標温度に近づくに従って、ヒー
タ５への供給電力は図２の〜間に示すように順次減
少させる。モータ２が定回転でポンプの温度が目標温度
に制御されている図２の〜間は、モータ２およびヒ
ータ５への供給電力はそれぞれその状態維持に必要な最
小電力となる。また、ポンプの温度が目標温度に制御さ
れている状況下で、図２の〜の間で示されるガス負
荷が発生した場合、モータ２には図２（ｃ）に示すよう
に最大電力が供給されるが、このモータ２の電力消費に
よる発熱のためポンプの温度が目標温度を上回るため、
ヒータ５への供給電力は図２（ｂ）に示すように零に落
し、冷却水によりポンプを冷却し目標温度に制御する。
図２の以降は図２の〜の供給電力状況と同じであ
る。 【００１２】図２（ｄ）は本発明による電力監視手段１
５を備えたことによるモータ２およびヒータ５で消費さ
れる総電力量を示したものであり、図４（ｄ）に示す従
来の方式でのモータ２およびヒータ５で消費される総電
力量と比較すると、ターボ分子ポンプ１の起動時および
ポンプ加熱中のガス負荷時における最大消費電力量が大
きく軽減されることがわかる。このように新設した電力
監視手段１５の電力モニター信号により、モータ２加速
時のヒータ５への供給電力量は、ヒータ５への最大電力
量からモータ２への供給電力相当量を差し引いた電力量
を供給するよう制御することで、ターボ分子ポンプ駆動
用電源装置の最大電力消費量を大幅に削減することがで
きる。このように本発明による電力監視手段１５を新設
したターボ分子ポンプ駆動用電源装置は、これまでモー
タ２とヒータ５がそれぞれ個別に電力制御されていた従
来のターボ分子ポンプ駆動装置に比較し、最大電力量を
大幅に削減できるため、電源設備の大幅なコストダウン
に寄与できるとともにターボ分子ポンプ駆動装置のラン
ニングコストを軽減することができる。 【００１３】 【発明の効果】本発明のターボ分子ポンプ駆動装置は上
記のように構成されており、ターボ分子ポンプ内のモー
タおよびヒータに供給する電力を電力監視手段によりタ
ーボ分子ポンプ駆動装置で消費する電力をトータル的に
最小化するべく制御することにより最大電力量を大幅に
削減できるため、従来の個別制御方式に比較し電源設備
の大幅なコストダウンに寄与できるとともにターボ分子
ポンプ駆動装置のランニングコストを軽減することがで
きる。 【００１４】

【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のブロ
ック線図を示す。 【図２】本発明によるターボ分子ポンプ駆動装置の電力
消費量を示す。 【図３】従来のターボ分子ポンプ駆動装置のブロック線
図を示す。 【図４】従来のターボ分子ポンプ駆動装置の電力消費量
を示す。 【符号の説明】 １---ターボ分子ポンプ ２---モータ ３---温度センサ ４---温度検出手段 ５---ヒータ ６---電源装置 ７---商用電源 ８---整流回路 ９---モータ制御手段 １０---目標速度設定器 １１---速度制御計算手段 １２---目標温度設定器 １３---供給電力計算手段 １４---ヒータ制御手段 １５---電力監視手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】排気機能を有するターボ機構のロータを回
   転駆動するモータとターボ分子ポンプを加熱するヒータ
   を有するターボ分子ポンプに電力を供給する電源装置に
   おいて、モータに供給するモータ駆動用電力と同等の電
   力分をヒータに供給する温度制御用電力から差し引くた
   めの電力監視手段を設け、この電力監視手段によって電
   力の供給を一定以下に制御するようにしたことを特徴と
   するターボ分子ポンプ駆動用電源装置。