JPH09317687A - ターボ分子ポンプの電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応性生成物のポンプ内での付着堆積を高温
制御によって防止することができるターボ分子ポンプの
電源装置を小型化する。 【解決手段】 ヒータにより温度制御を行うターボ分子
ポンプに電力を供給する電源装置であって、整流回路１
６と絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ１７とインバータ１３の
直列接続回路と、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ７の分岐出
力を制御するスイッチング手段１２を備え、外部交流２
０を整流回路１６で直流に変換し、絶縁ＤＣ−ＤＣコン
バータ１７で所定の直流電圧としインバータ１３の直流
出力をモータ２３への供給電力とし、絶縁ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ１７の分岐出力をヒータ２２への供給電力とす
る。インバータ１３の負荷が小さくポンプ温度が設定温
度以下のときにヒータ２２への電力供給を行い、インバ
ータ１３の負荷が大きなとき、あるいはポンプ温度が設
定温度以上のときにはヒータ２２への電力供給を停止す
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、ドライエッチング
装置等の半導体製造装置に使用するターボ分子ポンプの
電源装置に関し、特にポンプ本体内に堆積しやすい凝縮
性ガスの排気に好適なターボ分子ポンプの電源装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ドライエッチング装置等の半導体製造装
置は、ターボ分子ポンプを用いてチャンバの排気を行っ
ている。図５は従来の磁気軸受ターボ分子ポンプの一構
成例である。図５において、アルミニウム合金製のベー
ス９およびケーシング１を主体としてポンプ本体Ｐを構
成し、ケーシング１内にアルミニウム合金等の金属製の
ロータ２を高速回転可能に配設するとともに、ロータ２
の外周に突設させた回転翼２ａと、ケーシング１の内周
であって、ステータスペーサ１ｂ間から突設させた固定
翼１ａとの間でタービンＴを形成し、このタービンＴに
よって吸気口３から吸収したガス分子を排気口に向かっ
て圧縮排気している。また、タービンＴの下端外周に刻
設した螺旋ねじ２ｂによって、ロータ２とステータスペ
ーサ１ｂとの間のガスの排気を行っている。また、ロー
タ２を取り付けたシャフト５は、上下一対のラジアル軸
受６，７および軸端部のスラスト磁気軸受８によって非
接触で支持されている。

【０００３】このターボ分子ポンプを、例えばアルミニ
ウムドライエッチング等を行う半導体製造装置に適用し
て、エッチング後の塩化アルミニウムＡｌＣｌ3 等の凝
縮性の反応生成物の排気を行うと、この反応生成物がポ
ンプ流路部や軸受部に付着して堆積するため、頻繁な分
解清掃作業やメンテナンスが必要となり、稼働率が低下
する。特に、ロータ２の外周とケーシング１の内周の間
等の極小間隙では、堆積した反応生成物によって接触を
起こし、ポンプ自体を損傷したり破損するおそれがあ
る。

【０００４】この種の凝縮性ガスは固相となる析出温度
が常温近傍（例えば５０〜６０°Ｃ）である。そこで、
反応生成物の堆積を防止する方法として、ポンプの温度
を高温に制御する方法が知られている。この温度制御の
熱源はニクロム線ヒータが一般的であり、モータ駆動用
の回路と別個の電源回路によって駆動を行っている。

【０００５】図６は従来のターボ分子ポンプの電源を説
明するためのブロック線図である。図６において、ポン
プＰは、ロータを回転駆動させるモータ２３と、ロータ
を非接触で支持する磁気軸受２１と、ポンプの温度制御
を行うための温度センサ２５，ヒータ２２および，温度
冷却水制御用電磁弁２４とを備え、磁気軸受２１および
温度センサ２５は電源装置３０にセンサ信号を送り、磁
気軸受２１，ヒータ２２，モータ２３，および温度冷却
水制御用電磁弁２４は電源装置３０から駆動電流の供給
を受ける。また、電源装置３０は、整流回路３６，絶縁
ＤＣ−ＤＣコンバータ３７，およびインバータ３３を介
してモータ２３に駆動電流を供給するとともに、スイッ
チング手段３２を介してニクロム線等のヒータ２２に駆
動電流を供給している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のターボ分子ポン
プの電源装置は、ニクロム線等のヒータ２２への駆動電
流供給の制御手段としてリレー等のスイッチング手段３
２や電力制御器４１を用い、また、漏電等に対する安全
対策として商用電源２０との間に漏電遮断機や絶縁トラ
ンス４２を設けている。漏電遮断機は、ヒータに漏電を
検出してヒータへの通電を遮断し、他の装置への漏電の
影響を防止することができるが、漏電発生を防止する効
果はない。これに対して、絶縁トランスは漏電防止効果
を有するものの、従来使用する商用電源の周波数の絶縁
トランスは大型で重量も重くなるという問題点がある。
一般に、絶縁トランスの大きさおよび重量は使用する周
波数に反比例する傾向にあり、ヒータ用電源として５０
Ｈｚあるいは６０Ｈｚの低い商用周波数の絶縁トランス
を使用すると、出力の割に大型で大重量となる。そのた
め、ターボ分子ポンプの電源装置自体も大型で大重量と
なる。そこで、本発明は前記した従来のターボ分子ポン
プの電源装置を解決し、反応性生成物のポンプ内での付
着堆積を高温制御によって防止することができるターボ
分子ポンプの電源装置を小型化することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はヒータにより温
度制御を行うターボ分子ポンプに電力を供給する電源装
置であり、整流回路と絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータとイン
バータの直列接続回路と、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータの
分岐出力を制御するスイッチング手段を備え、インバー
タの出力をターボ分子ポンプのモータへの供給電力と
し、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータの分岐出力をヒータへの
供給電力とするものである。本発明の電源装置によるモ
ータの駆動は、外部交流を整流回路で直流に変換し、絶
縁ＤＣ−ＤＣコンバータで所定の直流電圧とし、インバ
ータによって直流をモータに供給することにより行う。
また、ヒータの駆動は、インバータの負荷が小さくポン
プ温度が設定温度以下のときに、スイッチング手段によ
って絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータの分岐出力をヒータに供
給することにより行い、インバータの負荷が大きなと
き、あるいはポンプ温度が設定温度以上のときには、ス
イッチング手段によって絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータの分
岐出力のヒータへの供給を停止する。したがって、本発
明の電源装置は、モータとヒータに対する電力供給の分
配比率を変えることによって、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバー
タを共用して使用する。

【０００８】一般に、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータは、順
変換部と高周波絶縁トランスと逆変換部とを直列接続し
た構成を備えており、この高周波絶縁トランスは変換す
る交流の周波数が高いため、従来の絶縁トランスと比較
して小型である。また、ヒータへの電力供給は、絶縁Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータが供給可能な電力の内からモータ駆
動に要する電力を差し引いた残りの電力を使用するた
め、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータの最大負荷は従来と同様
とすることができ、少なくとも大型の絶縁トランスを不
要とした分、ターボ分子ポンプの電源装置全体を小型化
し軽量化することができ、また、モータ側と電源側とを
絶縁することができる。

【０００９】本発明の第１の実施態様は、スイッチング
手段は、インバータへの供給電力が、モータの加速時の
最大電力以下の場合に、ヒータへの電力供給をオンオフ
制御するものであり、これによって、絶縁ＤＣ−ＤＣコ
ンバータの供給可能電力からインバータが要する電力を
差し引いた電力をヒータに供給し、ポンプの温度を高温
に制御することができる。

【００１０】また、本発明の第２の実施態様は、スイッ
チング手段は、インバータへの供給電力が、モータの加
速時の最大電力からヒータへの最大電力を差し引いた電
力以下の場合に、ヒータへの電力供給をオンオフ制御す
るものであり、これによって、ポンプへのガス導入時に
はポンプ自体の発熱によってポンプの温度を高温に制御
し、ポンプへのガス導入がない場合には絶縁ＤＣ−ＤＣ
コンバータの供給可能電力からインバータが要する電力
を差し引いた電力をヒータに供給し、ポンプの温度を高
温に制御することができる。

【００１１】本発明の第３の実施態様は、スイッチング
手段は、モータの加速時の最大電力からインバータに供
給している電力を差し引いた電力をヒータに供給する電
力の上限として電力制御を行うものであり、これによっ
て、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータの供給可能な電力の内か
らインバータが必要とする電力を差し引いた電力を、ヒ
ータ駆動用の電力として常に確保することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態の構
成例について、図１，２の本発明のターボ分子ポンプの
電源装置の一実施形態を説明する概略ブロック図，およ
び概略構成図を用いて説明する。図１，２において、ポ
ンプＰは本発明の電源装置を適用することができるター
ボ分子ポンプの一例であり、ロータを磁気浮上させて非
接触支持を行うための電磁石およびセンサを備えた磁気
軸受２１、ロータを回転駆動させるためのモータ２３、
ポンプの温度を高温に制御するためのヒータ２２および
ポンプの温度を検出するための温度センサ２５、上昇し
たポンプの温度を下げる冷却水の制御を行うための冷却
水制御用電磁弁２４等を備える。

【００１３】電源装置１０は商用電源等の外部電源２０
から電力を受け、ポンプＰの各構成部に電力を供給す
る。電源装置１０において、モータ２３への電力供給は
整流回路１６と絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ１７とインバ
ータ１３の直列接続により行い、ヒータ２２への電力供
給は絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ１７の分岐出力をスイッ
チング手段１２で制御して行う。なお、インバータ１３
によるモータ２３への電力供給の制御は、図示しない回
転検出器からのフィードバック信号に基づいて制御回路
１５によって行う。また、磁気軸受２１への電力供給に
ついても、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ１７の分岐出力を
磁気浮上制御回路１１で制御して行う。また、ポンプＰ
が水冷機構を備える場合には、整流回路１６あるいは絶
縁ＤＣ−ＤＣコンバータ１７の出力をＤＣ−ＤＣコンバ
ータ１８，１９を通した電力をリレー１４の制御によっ
て冷却水用電磁弁２４に供給することができる。なお、
ＤＣ−ＤＣコンバータ１８，１９は、制御回路１５やリ
レー１４に電力を供給するとともに、絶縁ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ１７の障害時における磁気浮上制御回路１１，
スイッチング手段１２，インバータ１３に対する二次的
電力供給源として使用することができる。

【００１４】また、電源装置１０は制御回路１５を備
え、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ１７，インバータ１３，
スイッチング手段１２，およびリレー１４等を制御し
て、モータの回転制御やポンプＰの温度制御を行う。制
御回路１５による温度制御は、ポンプＰの温度センサ２
５から温度信号をフィードバックし、スイッチング手段
１２あるいはリレー１４を制御することにより行う。

【００１５】なお、図１，２中に示す実線は電力の供給
を示し破線は信号を表している。例えば、磁気浮上制御
回路１１と磁気軸受２１との間ではロータの位置信号ａ
の送信とロータを磁気浮上で支持する電磁石への電力ｂ
の供給が行われ、スイッチング手段１２とヒータ２２と
の間ではヒータ２２に電力ｃが供給され、インバータ１
３とモータ２３との間ではモータ２３に電力ｄが供給さ
れ、リレー１４と冷却水制御用電磁弁２４との間では冷
却水制御用電磁弁２４に電力ｅが供給され、制御回路１
５と温度センサ２５との間では、ポンプＰの温度信号が
制御回路１５に送られる。

【００１６】ターボ分子ポンプを多量ガスの排気に使用
する場合には、モータ２３の発熱や、ガスとタービンＴ
との摩擦熱によってポンプ温度が上昇し、モータ２３や
磁気軸受６，７，８のコイルが絶縁破壊を起こすおそれ
がある。このようなポンプ温度の上昇を抑制したり、ま
た、ニクロム線ヒータ等の熱源により上昇したポンプ温
度を下降させ所定の設定温度に温度制御するために、冷
却水によるポンプの冷却を行っている。冷却水の制御は
冷却水制御用電磁弁２４によって行う。例えば、冷却水
制御用電磁弁２４は、ポンプＰのベース部に設けた三方
弁付冷却水管（図示していない）の三方弁の開閉制御を
行い、温度センサ２５で検出した温度が規定温度よりも
低い場合には冷却水がターボ分子ポンプをバイパスする
ような弁の制御を行い、逆に検出温度が規定温度よりも
高い場合には冷却水がターボ分子ポンプを冷却するよう
な弁の制御を行う。この弁の制御は、制御回路１５の制
御信号でリレー１４を駆動することにより行う。なお、
上昇したポンプ温度を自然冷却で下げる場合には、前記
したポンプ側の冷却装置および電源装置１０側のリレー
１４等の構成を省くこともできる。

【００１７】次に、本発明の電源装置の動作について図
３，４を用いて説明する。図３，４の各特性図は、ター
ボ分子ポンプのモータが停止した状態から定速回転数ま
で加速し、その後ターボ分子ポンプにプロセスガスの導
入が行われた場合の時間変化の概略を表しており、図３
はオン／オフ制御によってヒータへの電力供給を行った
場合であり、図４は電力制御によってヒータへの電力供
給を行った場合である。また、図３（ａ），図４（ａ）
はポンプの温度，図３（ｂ），図４（ｂ）はポンプへの
供給ガス量，図３（ｃ），図４（ｃ）はポンプのロータ
の回転速度，図３（ｄ），図４（ｄ）はポンプの磁気軸
受への供給電力，図３（ｅ），図４（ｅ）は電源のイン
バータへの供給電力，図３（ｆ），図４（ｆ）はヒータ
への供給電力，図３（ｇ），図４（ｇ）は電源の供給電
力の関係を表している。以下、図３に示すヒータへの電
力供給をオン／オフ制御する場合について説明する。電
源装置１０に商用電源２０を供給して起動させると、絶
縁ＤＣ−ＤＣコンバータ１７は直流電力を磁気浮上制御
回路１１，スイッチング手段１２，インバータ１３，お
よびＤＣ−ＤＣコンバータ１９に供給する。

【００１８】磁気浮上制御回路１１は、磁気軸受２１か
ら受けたロータの位置信号ａに基づいて、磁気軸受２１
の電磁石に駆動電力を供給してロータを所定位置に位置
フィードバック制御を行う。この磁気軸受２１へ供給す
る電力はロータ位置に応じて変動するが、定常状態では
ほぼ一定電力であるため図３（ｄ）では一定供給電力
（図中のＰｗ１）で表している。なお、ロータを磁気軸
受２１で支持しない構成では、磁気浮上制御回路１１へ
の供給電力を省略することができる。

【００１９】制御回路１５は、モータ２３の始動時およ
び加速時（図３中のＡの区間）にはヒータ２２への電力
供給を行わず（図３（ｆ）のＰｗ０）、絶縁ＤＣ−ＤＣ
コンバータ１７が供給可能な電力から磁気浮上制御回路
１１への供給電力（図中のＰｗ１）を差し引いた電力
（図３（ｅ）のＰｗ２）をインバータ１３に供給する。
モータ２３は、インバータ１３からの電力によって加速
する（（図３（ｃ）中の区間Ａ）。このとき、ポンプＰ
の温度は、ポンプＰ側の発熱量がわずかであるため設定
温度に対して低温状態にある（図３（ｅ）の区間Ａ）。

【００２０】モータ２３が規定回転数に達すると、モー
タ２３にかかる負荷が減少するため、絶縁ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ１７がインバータ１３に供給する電力は減少し
（図３（ｅ）のＰｗ３）、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ１
７の出力に余裕が生じる。

【００２１】制御回路１５は絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータ
１７の出力に余裕が生じると、スイッチング手段１２を
制御してヒータ２２へ電力供給を行い（図３（ｆ）のＰ
ｗ４）、ポンプＰの加熱を始める（図３（ａ）の区間
Ｂ）。ポンプＰが設定温度に達すると、制御回路１５は
ヒータ２２への電力供給をいったん停止し、温度センサ
２５からの温度信号をフィードバックして、ポンプＰの
温度が所定温度範囲となるようにスイッチング手段１２
のオンオフ制御を行う（図３（ａ）の区間Ｃ，図３
（ｆ）のＰｗ５）。

【００２２】ポンプＰにドライエッチング等のプロセス
ガスが流入すると（図３（ａ）の区間Ｄ）、ポンプＰの
回転に風損と圧縮仕事の負荷が加わる。このとき、制御
回路１５はインバータ１３への供給電力を増加させ（図
３（ｅ）のＰｗ６）、ヒータ２２への供給電力の上限値
を減少させる（図３（ｆ）のＰｗ７）。ポンプＰはプロ
セスガスによる風損や圧縮仕事による発熱で加熱される
ため、ヒータ２２への供給電力の上限を減少しても、ポ
ンプＰの高温制御を充分に行うことができ、ヒータ２２
への電力供給を停止してプロセスガスのみによる加熱と
することもできる。プロセスガスの流入が止まると（図
３（ａ）の区間Ｅ）、モータ２３側の負荷が低下し、絶
縁ＤＣ−ＤＣコンバータ１７からインバータ１３への供
給電力が減少し（図３（ｅ）のＰｗ８）、絶縁ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ１７の出力に余裕が生じる。

【００２３】制御回路１５はヒータ２２に供給する電力
の上限を大きくし（図３（ｆ）のＰｗ９）、温度センサ
２５からの温度信号をフィードバックして、スイッチン
グ手段１２をオンオフ制御してポンプＰの温度が所定温
度範囲となるようにヒータ２２への電力供給を制御す
る。次に、図４に示すヒータへの電力供給を電力制御す
る場合について説明する。ヒータへの電力供給を電力制
御により行う場合には、図４（ｆ）に示すように、ヒー
タへの供給電力を、モータへの加速時の最大電力からそ
の時点でインバータに供給している電力を差し引いた電
力をヒータに供給する電力の上限Ｐｗ１０とし、この電
力内で電力制御を行ってポンプ温度を高温に制御を行
う。従って、ポンプＰの加熱区間（図４（ａ）のＢの区
間）では電力の上限は大きくなり、プロセスガスの供給
が行われて、風損や圧縮仕事による発熱で加熱される区
間（図４（ａ）のＤの区間）では電力の上限は小さくな
る。

【００２４】また、図３（ｇ），図４（ｇ）はインバー
タへの供給電力，ヒータへの供給電力，および磁気軸受
への供給電力の関係を示しており、絶縁ＤＣ−ＤＣコン
バータ１７が供給できる最大電力をインバータ，ヒー
タ，および磁気軸受に対してポンプＰの状態に応じて分
配する。

【００２５】なお、ヒータ２２はその最大電力の上限
を、モータの加速時の最大電力から真空中でポンプＰを
所定回転数に維持するのに必要な最小の電力を差し引い
た電力となるよう設定する。

【００２６】前記実施の形態はターボ分子ポンプの軸受
として磁気軸受の場合について示しているが、本発明の
電源装置は磁気軸受以外の軸受を用いたターボ分子ポン
プについても、磁気浮上制御回路を省略する構成によっ
て同様に適用することができる。また、前記実施の形態
において、磁気浮上制御回路に供給する電力は、ヒータ
やモータへの電力供給と独立して、商用電源から別個に
得る構成とすることもできる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反応性生成物のポンプ内での付着堆積を高温制御によっ
て防止することができるターボ分子ポンプの電源装置を
小型化することを目的とする。ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のターボ分子ポンプの電源装置の一実施
形態を説明する概略ブロック図である。

【図２】本発明のターボ分子ポンプの電源装置の一実施
形態を説明する概略構成図である。

【図３】本発明の電源装置の動作を説明するための図で
ある。

【図４】本発明の電源装置の動作を説明するための図で
ある。

【図５】従来の磁気軸受ターボ分子ポンプの一構成例で
ある。

【図６】従来のターボ分子ポンプの電源を説明するため
のブロック線図である。

【符号の説明】

Ｐ…ポンプ、１０…電源装置、１１…磁気浮上制御回
路、１２…スイッチング手段、１３…インバータ、１４
…リレー、１５…制御回路、１６…整流回路、１７…絶
縁ＤＣ−ＤＣコンバータ、１８，１９…ＤＣ−ＤＣコン
バータ、２０…電源、２１…磁気軸受、２２…ヒータ、
２３…モータ、２４…冷却水制御用電磁弁、２５…温度
センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒータにより温度制御を行うターボ分子
   ポンプに電力を供給する電源装置であって、整流回路と
   絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータとインバータの直列接続回路
   と、絶縁ＤＣ−ＤＣコンバータの分岐出力を制御するス
   イッチング手段を備え、インバータの出力をターボ分子
   ポンプのモータへの供給電力とし、絶縁ＤＣ−ＤＣコン
   バータの分岐出力をヒータへの供給電力とすることを特
   徴とするターボ分子ポンプの電源装置。