CN107795498B - 堆积物监视装置及真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种堆积物监视装置及真空泵，能够更正确地判定堆积量是否过剩。堆积物监视部(25)包括：作为状态判定部的获取部(251)，判定泵主体(1)的排气状态是否为规定排气状态，即判定是通气状态或几乎无气流的状态中的哪一种排气状态；以及判定部(252)，输入表示泵内的堆积物的量的堆积量指标即马达电流值(I)，在规定排气状态下的堆积量指标(I)为允许堆积阈值以上时，判定为堆积过剩。

Description

堆积物监视装置及真空泵

技术领域

本发明涉及一种堆积物监视装置及真空泵。

背景技术

在半导体或液晶的蚀刻工序(etching process)中，反应生成物会附着堆积在泵内部，结果存在如下问题，例如因泵转子(pump rotor)与堆积物接触而引起损伤，或在装置维护后，泵无法重新启动。

若生成物堆积在泵内部，则排气流路会局部地堵塞，由此，压力会局部地上升。因此，即使在泵进气口压或气体流量相同的条件下，马达负载也会增加，能够基于马达电流值的变化来推定生成物的堆积状况。

但是，在进行多个工序的制造工序中，存在利用多种工序气体与处理时间的组合而设定的多个工序步骤，这些工序步骤成为一边改变一边反复被执行的工序。因此，马达电流当前值本身会在短时间内发生变化，即使在相同条件的工序中，电流值也会以稍小的幅度而发生变化，因此，难以对于马达电流当前值的变化量设定阈值。

因此，作为正确地对生成物的堆积状况进行检测的方法，已提出了像专利文献1所记载的发明那样的方法。在此检测方法中设置健康检查模式(health check mode)，并使用此时所检测的马达电流当前值的变化量，所述健康检查模式固定地设定流入至泵的气体流量与气体种类。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]国际专利公开第2011/145444号

发明内容

[发明所要解决的问题]

但是，为了设置如上所述的健康检查模式，会产生设置测定用的气体供应装置的负担、或装置的操作模式的追加或变更等负担，成本上升成为问题。

[解决问题的技术手段]

本发明的优选实施方式的堆积物监视装置是利用马达使转子旋转驱动而将气体排出的真空泵的堆积物监视装置，其包括：状态判定部，判定所述真空泵是否处于规定排气状态；以及堆积量判定部，输入表示所述真空泵内的堆积物的量的堆积量指标，在所述规定排气状态下的所述堆积量指标为允许堆积阈值以上时，判定为堆积过剩。

在更优选的实施方式中，所述规定排气状态是气体流入至所述真空泵的通气状态、或气体不流入至所述真空泵的非通气状态中的任一个状态。

在更优选的实施方式中，使用所述马达的马达电流值及设置在所述真空泵的进气口侧的阀的开度中的任一个作为所述堆积量指标，所述状态判定部基于所述马达电流值及所述阀的开度中的任一个，对所述通气状态及所述非通气状态进行判定。

本发明的优选实施方式的堆积物监视装置是利用马达使转子旋转驱动而将气体排出的真空泵的堆积物监视装置，其包括：获取部，获取气体流入至所述真空泵的规定通气状态下的第一马达电流值、与所述规定通气状态之前或之后的非通气状态下的第二马达电流值；以及判定部，在所述第一马达电流值与所述第二马达电流值之间的差分为规定阈值以上的情况下，判定为所述真空泵的堆积物的堆积量过剩。

本发明的优选实施方式的真空泵包括转子、使所述转子旋转驱动的马达及任一个所述堆积物监视装置。

[发明的效果]

根据本发明，能够精度良好地对堆积量的变化进行检测，从而能够更正确地判定堆积量是否过剩。

附图说明

图1是表示涡轮分子泵的泵主体1的概略结构的剖视图；

图2是对控制单元2的一例进行说明的方框图；

图3是表示转子电流值的时间性变化的一例的图；

图4是表示采样数据的分布的图；

图5是对马达电流值Ia的时间变化进行说明的图；

图6是对第二实施方式进行说明的方框图；

图7(a)及图7(b)是表示由生成物堆积引起的泵进气口压Pin、腔室压力Pc、阀开度α的时间变化的图；

图8是表示进行A工序、B工序、C工序时的压力调整阀的开度变化的图。

【主要组件符号说明】

1：泵主体 2：控制单元

4：旋转体单元 4a：泵转子

10：马达 25：堆积物监视部

30b：进气口凸缘 100：压力调整阀

251：获取部 252：判定部

253：显示部 α：开度

具体实施方式

以下，参照图来对用以实施本发明的方式进行说明。

-第一实施方式-

图1是表示本发明的实施方式的图，且是表示涡轮分子泵的泵主体1的概略结构的剖视图。泵主体1受到图2所示的控制单元2控制。

泵主体1包括：涡轮泵段，包含旋转叶片41与固定叶片31；以及螺杆槽泵段，包含圆筒部42与定子32。在螺杆槽泵段中，在定子32或圆筒部42中形成有螺杆槽。旋转叶片41及圆筒部42形成于泵转子4a。泵转子4a连接于转子轴4b。由泵转子4a与转子轴4b构成旋转体单元4。

相对于配置在轴方向上的多段的旋转叶片41，交替地配置有多段的固定叶片31。各固定叶片31经由垫圈(spacer ring)33而载置在基座3上。通过螺栓将泵壳体30螺固于基座3后，层叠的垫圈33夹在基座3与泵壳体30的卡止部30a之间，固定叶片31被定位。

转子轴4b非接触地由设置于基座3的磁轴承34、磁轴承35、36支撑。详细的图示已省略，但各磁轴承34～磁轴承36包括电磁铁与位移传感器。通过位移传感器来对转子轴4b的悬浮位置进行检测。转子轴4b的转速(每秒的旋转数)由旋转传感器43检测。

转子轴4b通过马达10而旋转驱动。马达10包含设置于基座3的马达定子10a、与设置于转子轴4b的马达转子10b。在磁轴承不动作时，转子轴4b由备用的机械轴承(mechanical bearing)37a、37b支撑。旋转体单元4通过马达10而高速旋转，继而通过涡轮泵段(旋转叶片41、固定叶片31)及螺杆槽泵段(圆筒部42、定子32)依次进行排气，泵进气口侧的气体从排气口38排出。

在基座3上设置有用以对定子32进行温度调整的加热器5及冷却装置7。在图1所示的例子中，设置有冷却区块作为冷却装置7，所述冷却区块形成有供冷媒流通的流路。虽未图示，但在冷却装置7的冷媒流路中设置有对冷媒流入的开关进行控制的电磁阀。在基座3中设置有基座温度传感器6。再者，在图1所示的例子中，将基座温度传感器6设置于基座3，但也可以设置于定子32。

图2是对控制单元2的一例进行说明的方框图。泵主体1由控制单元2驱动控制。如上所述，在泵主体1中设置有磁轴承34～磁轴承36、马达10、温度调整用的加热器5、冷却装置7及基座温度传感器6。加热器5、冷却装置7及基座温度传感器6连接于控制单元2中所设置的温度控制部22。温度控制部22以使基座温度传感器6所检测的基座温度Tb达到规定目标温度T1的方式，控制由加热器5进行的加热及由冷却装置7进行的冷却。规定目标温度T1经由输入部23而输入至温度控制部22。

控制单元2除了包括所述温度控制部22及输入部23之外，还包括对马达10进行控制的马达控制部20、对磁轴承34～磁轴承36进行控制的轴承控制部21、对马达电流值进行检测的电流检测部24、基于马达电流值对生成物的堆积状况进行监视的堆积物监视部25。堆积物监视部25包括获取部251、判定部252、显示部253。

在本实施方式中，使用电流检测部24所检测的马达电流值的大小作为生成物的堆积状况的指标。而且，利用判定部252来判定马达电流值是否已超过规定的阈值。在判定为已超过阈值的情况下，判定部252使显示部253显示警报，并且输出警报信号S。

其次，对堆积部监视方法进行说明。若生成物堆积在泵内部，则排气流路会局部地堵塞，由此，压力会局部地上升。在图1所示的涡轮分子泵的情况下，所述生成物容易堆积于泵基座侧的排气流路或定子32的部分，泵背压侧的压力上升，即使在泵进气口压或气体流量相同的条件下，旋转体的负载也会增加。结果是马达电流值增加。另外，即使在生成物附着于旋转体自身的情况下，马达电流值也会增加。因此，能够基于马达电流值的变化来推定生成物的堆积状况。

但是，在现有的制造工序中，存在利用多种工序气体与处理时间的组合而设定的工序步骤，这些工序步骤成为一边改变一边反复被执行的工序，因此，马达电流值会在短时间内发生变化。因此，在使用马达电流值作为堆积量指标，并基于根据堆积量而增加的马达电流值的大小来判定堆积物是否为允许量以上的情况下，需要对同一泵使用条件下的马达电流值进行采样。

图3是表示进行多个工序时的转子电流值的时间性变化的一例的图。曲线L1表示马达电流值。再者，曲线L1上所示的多个黑点表示采样数据(sampling data)。在图3所示的例子中，在一次处理中进行由符号A、符号B、符号C表示的3个工序，并反复地执行这些工序。

对于各工序，因为气体的种类、处理压力、处理时间各不相同，所以泵负载各不相同，电流检测部24所检测的马达电流值也各不相同。图2中虽未图示，但在泵主体1与处理室(process chamber)之间设置有开度可调整的压力调整阀，在各工序时，以使处理室内的压力达到各个处理压力的方式，对压力调整阀的开度进行调整。在图3所示的例子中，A工序中的马达电流值为Ia，B工序中的马达电流值为Ib，C工序中的马达电流值为Ic，且Ia＞Ic＞Ib。

在各工序的前后，使处理气体停止流入，为了使处理室内的压力暂时下降而增大压力调整阀的开度。在图3中，在t2～t3、t4～t5、t6～t7的期间，使处理气体停止流入，并增大阀开度。因此，在此期间，马达电流值低于Ia～Ic。在此种工序中，若长期间使用真空泵，则如上所述，生成物的堆积量会增加，马达电流值随之增加。但是，如图3所示的短时间内的电流变化非常小，特别是在从处理开始后并未经过多长时间的堆积量几乎可视为零的期间，马达电流值的变化几乎也可视为零。

(泵使用条件的判定方法)

如图3所示，马达电流值根据工序而有所不同，另外，在工序中与非工序中，马达电流值大不相同。例如，在泵维护后的处理开始后不久，在A工序、B工序、C工序中检测出无生成物堆积的影响的马达电流值Ia、马达电流值Ib、马达电流值Ic。持续地检测出各马达电流值Ia、马达电流值Ib、马达电流值Ic的时间大致对应于各工序的处理时间(即，处理气体流动的期间)。另外，在A工序、B工序、C工序的工序之间，存在电流值大幅下降的期间(即，处理气体不流动的期间)。

若对在任意的固定期间(例如比从图3的时刻t1到时刻t7为止的期间更长的期间)所采样到的多个马达电流值的分布进行观察，则如图4所示，数据集中在电流值Ia、电流值Ib、电流值Ic、电流值I0的附近。能够认为电流值最大的数据组G1是在A工序中采样到的数据组，电流值最小的数据组G2是在无气体流入时采样到的数据组。即，对数据组G1的电流平均值进行计算后，此电流平均值大致为Ia，对数据组G2的电流平均值进行计算后，此电流平均值大致为I0。当然，也可以将数据组G1的任一个数据的电流值设为作为堆积量指标的马达电流值Ia，将数据组G2的任一个数据的电流值设为作为堆积量指标的马达电流值I0。

再者，以下，无论是在使用电流平均值的情况下，还是在使用不一致的各个马达电流值的情况下，均记载为马达电流值Ia。

如上所述，作为堆积量指标的马达电流值Ia像图5的Iab、Iac那样，随着泵使用时间的经过而增加，并以曲线L2的方式发生变化。电流值Imax是生成物的堆积量达到允许堆积量时(时刻t10)的马达电流值。马达电流值的采样、与A工序的马达电流值Ia的抽出是由堆积物监视部25的获取部251进行。所获取的马达电流值Ia输入至判定部252，在判定部252中判定是否Ia≧Imax。若判定部252判定为Ia≧Imax，则如上所述，判定部252输出警报信号S，并且使显示部253显示警报。

在所述说明中，从检测出的多个马达电流值中抽出马达电流值Ia来对A工序进行检测，但在抽出马达电流值Ib或马达电流值Ic来对B工序或C工序进行检测的情况下，也能够同样地进行考虑。

再者，也可以抽出图4的电流值I0的数据来对气体不流动的情况进行检测。但是，气体流量越大，则相对于堆积量的增加的马达电流值的增加越明显，因此，最优选利用气体流量最大的A工序中的马达电流值来对生成物的堆积量进行判定。

(变形例)

在所述实施方式中，利用如图4所示的方法来抽出A工序的马达电流值。在变形例中，求出气体流入至泵的状态下的马达电流值与气体不流动的状态下的马达电流值之间的差分ΔI，若此差分ΔI为预先设定的差分阈值(判定堆积量是否过剩的阈值)ΔIth以上，则判断为生成物已堆积过剩。

图3的电流值I1是用以将气体流动的A工序中的采样数据P抽出的阈值。另一方面，电流值I2是用以将气体不流动时的采样数据P抽出的阈值。若检测出的马达电流值I为I＞I1，则判定为A工序中的采样数据。另外，若I＜I2，则判定为气体不流动时的采样数据。

在图3所示的例子中，若将抽出范围设为t＝0至t3，则抽出两个采样数据P1、P4作为I＜I2的数据，并抽出从P2至P3的5个采样数据作为I＞I1的数据。接着，抽出已抽出的采样数据内的I＜I2的数据与I＞I1的数据相连的情况作为判定用的数据集(data set)。即，抽出采样数据P1、P2作为数据集，并抽出采样数据P3、P4作为其他数据集。

对于采样数据P1、P2，从采样数据P2的马达电流值减去采样数据P1的马达电流值I0所得的值设为差分ΔI(≒Ia－I0)。另一方面，关于采样数据P3、P4，从采样数据P3的马达电流值Ia减去采样数据P4的马达电流值所得的值设为差分ΔI。若生成物堆积在泵内，则真空泵的负载会增加。但是，若真空泵排出的气体的流量少，则相对于堆积量的增加的负载增加量非常少，随着气体流量增大，伴随堆积量增加的负载增加量变大。即，随着堆积量增加，差分ΔI也会变大。获取部251基于所获取的采样数据来对差分ΔI进行计算。差分ΔI在判定部252中与差分阈值ΔIth作比较，在ΔI≧ΔIth的情况下，判断为生成物堆积过剩。

-第二实施方式-

图6是对第二实施方式进行说明的方框图。泵主体1在泵主体1的进气口凸缘30b(参照图1)中设置有压力调整阀100，此压力调整阀100能够通过开度调整来改变流导(conductance)。泵主体1经由压力调整阀100而安装于蚀刻装置等的腔室(未图示)。通过对流入至腔室的气体与压力调整阀100的开度α进行调整来控制腔室压力。堆积物监视部25的获取部251除了获取马达电流值之外，还获取来自压力调整阀100的开度α。其他结构与图2所示的结构相同。

图7(a)及图7(b)表示由生成物堆积引起的泵进气口压Pin、腔室压力Pc、阀开度α的时间变化。即，表示同一泵运转状态下的例如图3所示的A工序中的泵进气口压Pin、腔室压力Pc、阀开度α。生成物的堆积量随着时间t的经过而增加，泵进气口压Pin随之逐渐上升。

另一方面，腔室压力Pc通过对阀开度α进行调整而保持于A工序所要求的压力。如图7(a)所示，泵进气口压Pin逐渐增加，因此，根据泵进气口压Pin的增加而逐渐增大阀开度α，将腔室压力Pc保持于规定的压力。时刻t1是生成物的堆积量达到允许上限堆积量的时刻，此时的开度为αa1。

这样，压力调整阀100的开度α根据堆积量的变化而敏感地发生变化，因此，在本实施方式中，使用开度α作为堆积量的指标，对堆积量超过允许上限堆积量的时序进行检测。若从压力调整阀100输入的开度α超过堆积量达到允许上限堆积量的α1，则判定部252在显示部253中显示警报，并且输出警报信号S。

在如第一实施方式的图3所示，进行三种工序(A、B、C)的情况下，压力调整阀100的开度α如图8所示地发生变化。图8表示进行图3所示的A工序、B工序、C工序时的压力调整阀100的开度变化。在A工序开始前(t＜t1)，将开度α0控制为100％或接近于100％的开度，以充分降低腔室压力。在A工序、B工序及C工序中，分别控制为开度αa、开度αb、开度αc。

即使在将堆积量的指标设为开度α的情况下，也与使用第一实施方式的马达电流值作为指标的情况同样地，能够参照如图4所示的分布来判定采样到的开度α是否为αa、αb、αc、α1。例如在抽出A工序中的开度αa并监视其变化的情况下，若开度αa为图7(b)所示的开度αa1以上，则在显示部253中显示警报，并且输出警报信号S。

在第二实施方式的情况下，也可以根据与所述变形例的情况相同的观点，求出气体流入至泵的状态下的开度αa与气体不流动的状态下的开度α0之间的差分Δα，若此差分Δα为预先设定的差分阈值(判定堆积量是否过剩的阈值)Δαth以上，则判断为生成物堆积过剩。

图8的开度α1是用以抽出A工序中的采样数据P的阈值，若测量出的开度α为α＜α1，则判定为A工序中的采样数据。另外，开度α2是用以抽出开度α0(即，在气体不流动的情况下)的采样数据P的阈值，若测量出的开度α为α＞α2，则判定为开度α0的采样数据。

再者，在判定对采样数据P进行采样时的泵运转状态是否为A工序时，使用开度α，也可以像第一实施方式那样，使用马达电流值作为堆积量指标。在此情况下，根据马达电流值是否为电流值Imax以上来判定生成物的堆积量是否过剩。

相反地，也可以使用马达电流值来判定对采样数据P进行采样时的泵运转状态是否为A工序，并使用开度α作为堆积量指标。

(1)如上所述，在第一实施方式及第二实施方式中，堆积物监视部25包括：作为状态判定部的获取部251，判定泵主体1的排气状态是否为规定排气状态，即判定是图3所示的A工序、B工序、C工序或几乎无气流的状态中的哪一种排气状态；以及判定部252，输入表示泵内的堆积物的量的堆积量指标即马达电流值Ia，在规定排气状态即A工序中的堆积量指标Ia为允许堆积阈值Imax以上时，判定为堆积过剩。

这样，堆积量指标Ia是在同一规定排气状态即A工序中测量出的马达电流值，因此，通过中长期地获取此马达电流值Ia，能够减少短时间内的马达电流当前值的不均一等的影响。结果是能够精度更佳地对由生成物堆积引起的马达电流值的变化进行测量，从而能够更正确地判定堆积量是否过剩。

(2)再者，规定排气状态不仅可以是像所述A工序、B工序、C工序那样的气体流入至真空泵的通气状态，而且也可以是像工序之间那样的气体不流入至真空泵的非通气状态。

(3)另外，使用马达电流值I及压力调整阀100的开度α中的任一个作为堆积量指标，作为状态判定部而发挥功能的获取部251基于马达电流值I及压力调整阀100的开度α中的任一个，对通气状态及非通气状态进行判定。

(4)另外，如变形例所记载的，堆积物监视部25包括：获取部251，获取气体流入至泵主体1的规定通气状态(例如A工序)下的第一马达电流值Ia、与通气状态之前或之后的非通气状态下的第二马达电流值I0；以及判定部252，在第一马达电流值Ia与第二马达电流值I0之间的差分ΔI为规定阈值ΔIth以上的情况下，判定为堆积物的堆积量过剩。

这样，关于规定通气状态(A工序)，使用规定通气状态与其之前或之后的非通气状态之间的马达电流值的差分ΔI，判定堆积量是否过剩，因此，能够精度更佳地对由同一状态下的差分ΔI的堆积量的增加引起的变化进行检测。结果是能够更正确地判定堆积量是否过剩。

再者，也可以代替所述差分ΔI，使用马达电流值Ia与马达电流值Ia的初始值Ia0之间的差分作为表示泵内的堆积物的量的堆积量指标。此处，马达电流值Ia的初始值Ia0是指开始使用泵时的堆积量为零的情况下的马达电流值。另外，也可以使用阀开度αa与其初始值αa0之间的差分作为堆积量指标。如图7(b)所示，初始值αa0是堆积量为0的情况下的A工序中的阀开度。

在所述内容中，对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。例如在所述实施方式中，作为真空泵，以磁轴承式的涡轮分子泵为例进行了说明，但也可以并非为磁轴承式。而且，还能够适用于涡轮分子泵以外的真空泵。在本发明的技术思想的范围内考虑到的其他方式也包含在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种堆积物监视装置，是利用马达使转子旋转驱动而将气体排出并且反复执行多个工序的真空泵的堆积物监视装置，其特征在于包括：

状态判定部，判定所述真空泵是处于所述多个工序的状态中的哪一种规定排气状态；以及

堆积量判定部，输入表示在判定的所述规定排气状态下所述真空泵内的堆积物的量的堆积量指标，在所述堆积量指标为对应于判定的所述规定排气状态的允许堆积阈值以上时，判定为堆积过剩。

2.根据权利要求1所述的堆积物监视装置，其特征在于：

所述规定排气状态是气体流入至所述真空泵的通气状态或气体不流入至所述真空泵的非通气状态中的任一个状态。

3.根据权利要求2所述的堆积物监视装置，其特征在于：

使用所述马达的马达电流值及设置在所述真空泵的进气口侧的阀的开度中的任一个作为所述堆积量指标，

所述状态判定部基于所述马达电流值及所述阀的开度中的任一个，对所述通气状态及所述非通气状态进行判定。

4.一种堆积物监视装置，是利用马达使转子旋转驱动而将气体排出并且反复执行多个工序的真空泵的堆积物监视装置，其特征在于包括：

获取部，判定所述真空泵是处于所述多个工序的状态中的哪一种规定排气状态，所述规定排气状态是气体流入至所述真空泵的通气状态或气体不流入至所述真空泵的非通气状态中的任一个状态，并且所述获取部获取气体流入至所述真空泵的规定通气状态下的第一马达电流值、与所述规定通气状态之前或之后的非通气状态下的第二马达电流值；以及

判定部，在所述第一马达电流值与所述第二马达电流值之间的差分为对应于判定的所述规定排气状态的规定阈值以上的情况下，判定为所述真空泵的堆积物的堆积量过剩。

5.一种真空泵，其特征在于包括：

转子；

马达，使所述转子旋转驱动；以及

根据权利要求1至4中任一项所述的堆积物监视装置。

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