CN114729646A - 真空排气装置以及用于该真空排气装置的真空泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够高精度且高速地控制被排气室内的压力的真空排气装置以及用于其的真空泵。具有：真空泵（1），具备通过旋转而将被排气室（4）的内部排气的转子、具有吸气口的壳体；阀（2），配置在真空泵（1）的吸气口与被排气室的排气口之间；控制装置（3），将被排气室（4）的内部的压力控制为与目标值一致。控制装置（3）中，在被排气室（4）的内部的压力与目标值的差的绝对值大于既定值时调整阀（2）的开度，在被排气室（4）的内部的压力与目标值的差的绝对值小于既定值时调整真空泵（1）的转子的旋转速度。

Description

真空排气装置以及用于该真空排气装置的真空泵
技术领域
本发明涉及对被排气室内的压力进行控制的真空排气装置以及用于其的真空泵。
背景技术
在半导体、液晶、太阳能电池，LED（Light Emitting Diode）等（以下，称为“半导体等”。）的制造装置中，令工艺气体流入作为被排气室的真空腔内，在载置于真空腔内的晶片等的被处理物上形成薄膜、进行蚀刻处理等。
此时，例如专利文献1中公开了一种技术，令与真空腔的排气口连接的阀的开度、与该阀的下游侧连接的作为真空泵的涡轮分子泵的转子的旋转速度变化而将真空腔内真空排气，从而控制真空腔内的压力使其成为期望的压力。
专利文献1：日本特开2014－148703号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
但是，上述的真空排气的技术中，在令阀的开度变化时，相对于开度的变化，真空腔内的压力较大地变化，此外，在令涡轮分子泵的转子的旋转速度变化时，相对于旋转速度的变化，真空腔内的压力仅较小地变化，所以存在难以正确地将真空腔内的压力控制为期望的压力的问题。
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种能够高精度且高速地控制被排气室内的压力的真空排气装置以及用于其的真空泵。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的第1方案所述的真空排气装置为，
具有：
真空泵，具备通过旋转而对被排气室的内部进行排气的转子、具有吸气口的壳体，
阀，配置在前述真空泵的前述吸气口与前述被排气室的排气口之间，
控制装置，对前述被排气室的内部的压力进行控制使之与目标值一致，
所述真空排气装置的特征在于，
前述控制装置为，在前述目标值与前述压力的差的绝对值大于既定值时，调整前述阀的开度，在前述差的绝对值小于前述既定值时，调整前述转子的旋转速度，从而控制前述压力。
在上述的真空排气装置中，
前述控制装置也可以进行控制，在前述差的绝对值大于前述既定值时，使得前述转子的旋转速度一定，在前述差的绝对值小于前述既定值时，使得前述阀的开度一定。
在上述的真空排气装置中，
前述控制装置也可以为，在前述差的绝对值大于前述既定值时，增大由下述式（1）表示的传递函数ＧV的增益，在前述差的绝对值小于前述既定值时，增大由下述式（2）表示的传递函数ＧM的增益，
ＧV＝ＯV／δP・・・（1）
ＧM＝ΩM／δP・・・（2）
其中，上述式（1）中，ＯV是前述阀的开度的初始值为0的拉普拉斯变换，上述式（2）中，ΩM是前述转子的旋转速度的初始值为0的拉普拉斯变换，上述式（1）以及（2）中，δP是前述差的初始值为0的拉普拉斯变换。
在上述的真空排气装置中，
前述控制装置也可以在前述差的绝对值大于前述既定值时减小前述传递函数ＧM的增益，在前述差的绝对值小于前述既定值时减小前述传递函数ＧV的增益。
在上述的真空排气装置中，
也可以前述真空泵具备悬浮支承前述转子的磁性轴承，
前述控制装置为，在前述压力与前述目标值一致时，在前述转子的旋转速度与前述转子的变位的固有频率一致的情况下，或者该旋转速度与该固有频率的差的绝对值为既定值以下的情况下，变更前述阀的开度，控制前述转子的旋转速度，使得前述压力与前述目标值再次一致。
在上述的真空排气装置中，
前述既定值也可以在前述转子的旋转中与前述阀的开度、导入到前述被排气室的内部并借助前述真空泵被排气的气体的种类以及量的至少一个对应而变更。
为了实现上述目的，本发明的第2方案所述的真空泵为，
用于真空排气装置，所述真空排气装置具备阀、将被排气室的内部的压力控制为与目标值一致的控制装置，
所述真空泵的特征在于，
具备利用旋转而将前述被排气室的内部排气的转子、具有吸气口的壳体，在所述吸气口与前述被排气室的排气口之间配置前述阀，
前述控制装置为，在前述目标值与前述压力的差的绝对值大于既定值时，调整前述阀的开度，在前述差的绝对值小于前述既定值时，调整前述转子的旋转速度，从而控制前述压力。
在上述的真空泵中，
前述控制装置也可以进行控制，在前述差的绝对值大于前述既定值时，使得前述转子的旋转速度一定，在前述差的绝对值小于前述既定值时，使得前述阀的开度一定。
在上述的真空泵中，
前述控制装置也可以为，在前述差的绝对值大于前述既定值时，增大由下述式（1）表示的传递函数ＧV的增益，在前述差的绝对值小于前述既定值时，增大由下述式（2）表示的传递函数ＧM的增益，
ＧV＝ＯV／δP・・・（1）
ＧM＝ΩM／δP・・・（2）
其中，上述式（1）中，ＯV是前述阀的开度的初始值为0的拉普拉斯变换，上述式（2）中，ΩM是前述转子的旋转速度的初始值为0的拉普拉斯变换，上述式（1）以及（2）中，δP是前述差的初始值为0的拉普拉斯变换。
在上述的真空泵中，
前述控制装置也可以在前述差的绝对值大于前述既定值时减小前述传递函数ＧM的增益，在前述差的绝对值小于前述既定值时减小前述传递函数ＧV的增益。
在上述的真空泵中，
也可以具备悬浮支承前述转子的磁性轴承，
前述控制装置为，在前述压力与前述目标值一致时，在前述转子的旋转速度与前述转子的变位的固有频率一致的情况下，或者该旋转速度与该固有频率的差的绝对值为既定值以下的情况下，变更前述阀的开度，控制前述转子的旋转速度，使得前述压力与前述目标值再次一致。
在上述的真空泵中，也可以前述既定值在前述转子的旋转中与前述阀的开度、导入到前述被排气室的内部并由前述真空泵排气的气体的种类以及量的至少一个对应而变更。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够高精度且高速地控制被排气室内的压力的真空排气装置以及用于其的真空泵。
附图说明
图1是具有本发明的实施方式所述的真空排气装置的真空装置的概略结构图。
图2是表示本发明的实施方式所述的真空排气装置所具有真空泵的结构的纵剖视图。
图3是表示旋转轴的位置与位置传感器检出值的关系的图表。
图4是表示在电磁体中流动的电流值和磁性轴承的电磁体作用于旋转轴的磁性吸引力的关系的图表。
图5是表示旋转轴的旋转频率和转子的固有频率的关系的图表。
图6是表示本发明的实施方式所述的真空排气装置所具有的阀的结构的概略俯视图。
图7是表示本发明的实施方式所述的真空排气装置所具有的控制装置的控制系统的框图。
图8是（A）是表示压力目标值与压力测定值的差的绝对值、阀的开度的增益之间的关系的图表，（B）是表示压力目标值与压力测定值的差的绝对值、转子的旋转速度的增益的关系的图表。
附图标记说明
10真空排气装置
1真空泵
1a旋转速度检出器
11a吸气口
13壳体
32泵用马达
33半径方向磁性轴承
34轴方向磁性轴承
20转子
2阀
2c阀体
2d阀用马达
2e开口部
2f开度检出器
3控制装置
4被排气室
5压力计
D真空装置。
具体实施方式
参照以下附图说明本发明的实施方式所述的真空排气装置。真空排气装置10如图1所示，是在半导体等的制造装置中用于进行薄膜形成处理、蚀刻处理等的真空装置D所具有的装置。真空排气装置10对载置了被处理物的被排气室（真空腔）4的内部的压力进行真空排气使其成为期望的压力。
真空排气装置10具有：将被导入到被排气室4的内部的工艺气体排出的真空泵1、设置在被排气室4的排气口（未图示）和真空泵1的吸气口11a(图2)之间并且开闭气体的流路的阀2、控制被排气室4的内部的压力以使其与目标值一致的控制装置3。
真空泵1是涡轮分子泵，如图2所示，具有外筒部11、外筒部11所固定的基座部12、能够旋转地收容在由外筒部11和基座部12构成的壳体13内的转子20。外筒部11的图2中的上侧开口而构成气体的吸气口11a，在基座部12的侧面形成有气体的排气口12a。在外筒部11的吸气口11a侧形成有凸缘部11b，在该凸缘部11b处固定阀2的阀本体2a(图6)的下端面。
转子20具有转子本体20a、旋转轴30、垫圈70。旋转轴30为了令转子20旋转而能够旋转地被支承在壳体13内。在转子本体20a的图2中的上侧的外周面，一体地形成有多个以既定的角度倾斜的叶片状的旋转翼21。旋转翼21相对于转子20的旋转轴30的轴芯放射状地设置，并且沿转子20的旋转轴30的轴芯方向多级地设置。在各级的旋转翼21之间设置有固定翼40，旋转翼21和固定翼40在转子20的旋转轴30的轴芯方向上交互地配置。固定翼40也多个地形成为以既定的角度倾斜的叶片状。固定翼40其外周端被夹持在层叠在外筒部11内的多个环状的固定翼用衬垫50之间，从而被放射状且多级地配设在旋转翼21之间。
在配置在最下游侧的固定翼用衬垫50与基座部12之间，设置有带螺纹衬垫60。带螺纹衬垫60形成为圆筒状，在内周面形成有螺旋状的螺纹槽60a。在转子本体20a的图2中的下侧（气体移送的下游侧）形成有以旋转轴30的轴芯为中心的圆筒部22，圆筒部22的外周面和带螺纹衬垫60的形成有螺纹槽60a的内周面接近而对置地配设。由圆筒部22的外周面和带螺纹衬垫60的螺纹槽60a区划的空间与排气口12a连通。
垫圈70形成为以旋转轴30的轴芯为中心的圆盘状。通过将螺栓71隔着转子本体20a和垫圈70而螺纹安装于旋转轴30，转子本体20a和垫圈70被固定于旋转轴30。
真空泵1中，若令转子20高速旋转，则旋转翼21以朝向下游侧的方式撞击从吸气口11a吸入的气体的分子，被撞击的气体的分子与交互地配置的固定翼40碰撞而朝向下方，进而与下一级的旋转翼21撞击而朝向下游侧，直到旋转翼21以及固定翼40的最下级，顺次重复该动作而被送入到带螺纹衬垫60的气体一边被螺纹槽60a引导一边被送向排气口12a，从排气口12a排出气体。此时通过调整转子20的旋转速度，能够将气体被排气室4内部的压力调整为期望的压力。另外，真空泵1如图1所示，具有用于检测转子20的旋转速度的旋转速度检出器1a。由旋转速度检出器1a检出的转子20的旋转速度检出值被输出到控制装置3。
在旋转轴30的图2中的上侧以及下侧（气体流动的上流侧以及下游侧）附近，配置有保护轴承31。在异常时后述的半径方向磁性轴承33、轴方向磁性轴承34变得不能控制时等，保护轴承31与旋转轴30接触并支承从而防止真空泵1损坏。
旋转轴30被直流无刷的泵用马达32驱动旋转。两个半径方向磁性轴承33在半径方向中支承旋转轴30，轴方向磁性轴承34在轴方向上支承旋转轴30。两个半径方向磁性轴承33隔着泵用马达32而配设。旋转轴30由这些半径方向磁性轴承33以及轴方向磁性轴承34悬浮支承。
两个半径方向磁性轴承33分别具有对旋转轴30作用磁性吸引力的四个电磁体33a，四个电磁体33a在与旋转轴30的轴芯正交且相互正交的两个座标轴上隔着旋转轴30而分别配置两个。进而，两个半径方向磁性轴承33分别具有检测旋转轴30的半径方向位置的电感式或者涡电流式的四个位置传感器33b。四个位置传感器33b在与旋转轴30的轴芯正交且与上述的座标轴平行的相互正交的两个座标轴上，隔着旋转轴30而各配置两个。
旋转轴30上设置有以旋转轴30的轴芯为中心的磁性体的圆盘（以下称为“电枢盘”。）80。轴方向磁性轴承34具有对电枢盘80作用磁性吸引力的两个电磁体34a。两个电磁体34a分别隔着电枢盘80配置。此外，轴方向磁性轴承34具有检测旋转轴30的轴方向的位置的电感式或者涡电流式的位置传感器34b。另外，半径方向磁性轴承33的电感式或者涡电流式的位置传感器33b以及轴方向磁性轴承34的电感式或者涡电流式的位置传感器34b为与电磁体相同的构造，令卷绕有导线线圈的芯与旋转轴30对置地配置。
为了从吸引的气体保护半径方向磁性轴承33、轴方向磁性轴承34、泵用马达32等，定子90被立设在基座部12上。
真空泵1经由缆线或者一体地具有向半径方向磁性轴承33、轴方向磁性轴承34以及泵用马达32供给电力且与位置传感器33b，34b接收发送信号的未图示的泵控制器。泵控制器向半径方向磁性轴承33、轴方向磁性轴承34的位置传感器33b，34b的导线线圈供给高频的既定的振幅的交流电压。卷绕于位置传感器33b，34b的芯的导线线圈的电感根据芯与旋转轴30的距离而变化，根据该电感的变化，施加于导线线圈的电压的振幅变化，泵控制器通过检测该变化了的振幅值而检测旋转轴30的位置。该振幅值（位置传感器检出值EO）如图3所示，相对于旋转轴30的位置的变化，具有曲线地増加或减少的非线性。泵控制器为，在前述的各座标轴上隔着旋转轴30相互对置的两个位置传感器33b的振幅值的和EO1＋EO2（根据正负的符号的确定方法而为差）相对于旋转轴30的位置的变化具有拟似线性，所以计算该和（差），将该值用作位置传感器33b的检出信号，从而能够适用线形控制理论，基于该理论来控制旋转轴30的位置。泵控制器基于各座标轴上的两个位置传感器33b的检出信号的和（差），利用调整向电磁体33a流动的电流值的反馈控制，令旋转轴30的位置与目标位置一致。
半径方向磁性轴承33的各电磁体33a作用于旋转轴30的磁性吸引力f如图4所示，也相对于向电磁体33a流动的电流的变化而具有曲线地増加或者减少的非线性。因此，电流值的调整通过下述方式进行，对于各座标轴上的隔着旋转轴30而对置的两个电磁体33a而言，在从旋转轴30偏离目标位置且与旋转轴30的距离大的一方的电磁体33a中，流动在既定的直流电流值（以下，称为“偏置电流值”。）Ｉ0上加上电流值ｉ1后的电流值（Ｉ0＋ｉ1）的电流，在与旋转轴30的距离小的一方的电磁体33a中，流动从该偏置电流值Ｉ0减去电流值ｉ1后的电流值（Ｉ0－ｉ1）的电流。这样一来，令两个电磁体33a作用的磁性吸引力的和fhx1＋（－fhx2）为作用于旋转轴30的磁性吸引力，从而令磁性吸引力相对于电流值的变化拟似地具有线性，前述的线形控制理论的适用成为可能。
轴方向磁性轴承34的结构基本上也与半径方向磁性轴承33的结构相同，但出于削减所需空间等的目的，也可以不是在旋转轴30的轴芯方向中隔着电枢盘80而配置两个位置传感器，而是仅配置一个位置传感器34b，利用配置在控制器内部的电路基板上的具有既定的电感的线圈代替另一个位置传感器。此时，设置在电路基板上的线圈的电感为既定值，交流电压的振幅值为既定的值，所以两个位置传感器的和（差）的相对于旋转轴30的位置的变化的线形化的精度降低，但是在能够正常地运转真空泵1的情况下是有用的。
此外，转子20利用这些半径方向磁性轴承33、轴方向磁性轴承34被悬浮支承于空中，但其支承力具有与转子20的位置的变化成比例的力的成分，即，具有相当于弹性力的成分，所以转子20具有与其质量或者转动惯量对应的固有频率。悬浮于空中的转子20具有令一个座标轴（以下，称为“ｚ轴”。）与旋转轴30的轴芯一致的三维正交座标的各轴方向的3自由度、以及绕其各轴的3自由度的合计6自由度，其中，除去由泵用马达32控制旋转角的绕ｚ轴的1自由度之外的5自由度受到半径方向磁性轴承33、轴方向磁性轴承34的支承力，所以具有与半径方向磁性轴承33、轴方向磁性轴承34的支承力对应的固有频率。特别地，在绕与ｚ轴正交且相互正交的两个轴（以下，分别称为“ｘ轴”、“ｙ轴”。）的2自由度中，转子20的运动方程式如表示绕ｘ轴的运动方程式的下述式（3）以及表示绕ｙ轴的运动方程式的下述式（4）所示，具有与绕相互的轴的旋转速度成比例的项（以下，称为“干渉项”。）。进而，该干渉项的大小与借助泵用马达32而旋转的旋转轴30的旋转速度成比例。
【数1】
Figure DEST_PATH_IMAGE002
但是，上述式（3）以及（4）中，Ｊ是转子20的绕ｘ轴或者ｙ轴的转动惯量，Ｊz是转子20绕ｚ轴的转动惯量，Ｃ是绕ｘ轴或者ｙ轴的粘性阻力系数，θx是转子20的绕ｘ轴的旋转角度，θy是转子20的绕ｙ轴的旋转角度，θz是转子20的绕ｚ轴的旋转角度。此外，上述式（3）中，Dx是绕ｘ轴作用的干扰力矩，Ｇx是由半径方向磁性轴承33的支承力产生的绕ｘ轴的力矩的弹簧常数。此外，上述式（4）中，Dy是绕ｙ轴作用的干扰力矩，Ｇy是由半径方向磁性轴承33的支承力产生的绕ｙ轴的力矩的弹簧常数。Dx、Dy由于转子20的不平衡、真空泵1的排气负荷等而产生。Ｇx、Ｇy实际上具有与半径方向磁性轴承33的控制设计对应的频率特性。另外，如前所述，转子20具有转子本体20a、旋转轴30、垫圈70，所以转动惯量Ｊz以及转动惯量Ｊ正确地讲是转子本体20a、旋转轴30以及垫圈70的转动惯量的和。
通常，求取各自由度中的固有频率的式子能够从各自由度的运动方程式导出，但对于半径方向磁性轴承33的绕ｘ轴旋转以及绕ｙ轴旋转而言，各自的运动方程式由于前述那样地相互具有干渉项等的理由，难以导出求得固有频率的式子。因此，以往设计特定的磁性轴承，依靠试做实验、使用有限元法等的计算机模拟计算，求出该特定的磁性轴承的固有频率的值。
但是，这些方法中，虽然能够针对每个特定的磁性轴承求得固有频率，但在令设计值变化时无法进行固有频率如何变化这样的固有频率的定性的分析。因此，在全部完成特定的磁性轴承的设计后，求出固有频率，在由于各种理由变更了设计时，在全部完成该设计变更后，再次重新求出固有频率，在存在不便时，发生再次变更而重新设计的作业，对于磁性轴承与涡轮分子泵的设计需要很多时间。
本发明中，作为涡轮分子泵的真空泵1的半径方向磁性轴承33为，着眼于在真空中使用这一点，通过令粘性阻力系数Ｃ＝0，从上述式（3）以及（4）导出表示在绕ｘ轴和绕ｙ轴时分别存在两个的转子20的固有频率ω1，ω2的式（5），（6）。绕ｘ轴和绕ｙ轴的双方中存在由式（5），（6）表示的两个固有频率。
【数2】
Figure DEST_PATH_IMAGE004
转子20的固有频率ω1，ω2如图5所示，随着旋转轴30开始旋转，旋转频率
Figure DEST_PATH_IMAGE006
増加，固有频率ω1减少，固有频率ω2増加。随着旋转频率Ωz増加，固有频率ω2接近旋转频率Ωz，在与旋转频率Ωz一致后，从旋转频率Ωz远离。
若固有频率ω1，ω2与旋转轴30的旋转频率Ωz一致或为接近的值，则引发转子20的共振，半径方向磁性轴承33以及轴方向磁性轴承34变得难以悬浮支承转子20，并且旋转翼21持续振动而应力的变动反复进行而导致疲劳破坏。因此，控制装置3为，在被排气室4的内部的压力与目标值一致时，在转子20的旋转速度（旋转频率Ωz）与变位的固有频率ω1，ω2一致的情况、或者转子20的旋转速度与固有频率ω1，ω2的差的绝对值为既定值以下的情况下，变更阀2的开度，控制转子20的旋转速度使得被排气室4的内部的压力再次与目标值一致。
阀2如图6所示，具有阀本体2a、固定于轴体2b的阀体2c、驱动轴体2b旋转并令阀体2c摆动的阀用马达2d、由阀体2c开闭的开口部2e。阀2设置在被排气室4的排气口（未图示）与真空泵1的吸气口11a之间，阀2的开口部2e以与被排气室4的排气口和真空泵1的吸气口11a连通并连接的方式配设。
阀2为，利用阀用马达2d令阀体2c摆动而配置在与开口部2e重合的期望的位置，通过调整开口部2e的开口面积而调整开度。通过调整阀2的开度，能够将被排气室4内部的压力调整为期望的压力。另外，阀2如图1所示，具有检测开度的编码器等的开度检出器2f。由开度检出器2f检出的阀2的开度检出值被输出到控制装置3。
控制装置3通过以既定的条件调整阀2的开度、真空泵1的转子20的旋转速度，将被排气室4的内部的压力控制为与目标值一致。控制装置3具有包含未图示的ＣＰＵ（CentralProcessing Unit）等而构成的控制部、由ＲAＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（ReadOnly Memory）、闪存等构成的存储部等。存储部存储有由控制部执行的程序、固定数据、检测数据等的各种数据。此外，存储部作为控制部的工作存储器起作用。控制部通过执行存储于存储部的程序而控制被排气室4内的压力。
令阀2的开度变化时，相对于开度的变化，被排气室4内的压力较大地变化。例如，在需要令被排气室4内的压力非常微小地提高时，即便令阀2的开度非常微小地降低，压力也会较大上升，在需要令压力非常微小地降低时，即便非常微小地增大阀2的开度，压力也会较大地减少。此外，由于将阀用马达2d的旋转向阀体2c传递的齿轮的齿隙，皮带的弹性滑移及移动滑移等，相对于阀用马达2d的旋转，阀体2c的位置产生误差，无法正确地为期望的开度。因此，若要加大相对于压力的变化的阀2的开度的变化的增益、减小相对于期望的压力的压力的定常偏差进行高精度的控制，则在最差的情况下，阀2的开度发生振动现象，难以正确地成为期望的压力。
另一方面，在令真空泵1的转子20的旋转速度变化时，相对于旋转速度的变化，被排气室4内的压力仅较小地变化，所以在需要令被排气室4内的压力较大地变化时，必须令转子20的旋转速度较大地变化。但是，真空泵1为涡轮分子泵时，为了达成期望的排气性能，需要令转子20以高速旋转，为此，转子20由即便作用大的离心力也不会损坏的高强度铝合金等的金属形成，转动惯量大。因此，难以令转子20的旋转速度在短时间内即以高速较大地变化。
此外，还考虑旋转转子20驱动的泵用马达32采用能够产生高扭矩的马达并加大加减速扭矩，但在使用能够较便宜地制造的直流无刷马达时，若加大扭矩常数，则同时感应电压时也变大，所以在高速旋转时，反向电压变大，无法充分地流通产生加减速扭矩的电流，结果，无法以高速令旋转速度较大变化。无法令转子20的旋转速度以高速较大变化这一点，例如半导体制造装置的晶片表面的处理需要时间，成为半导体的制造量増加的阻碍。
因此，控制装置3中，在被排气室4的内部的压力与目标值的差的绝对值大于既定值时，调整阀2的开度，在被排气室4的内部的压力与目标值的差的绝对值小于既定值时，调整真空泵1的转子20的旋转速度从而解决上述课题。
在此，说明以利用控制装置3以被排气室4的内部的压力成为期望的压力的方式真空排气而进行控制的方法。在工艺气体流入的被排气室4中，如图1所示，设置压力计5，利用压力计5测定被排气室4内的压力。基于压力计5的压力测定值被输出到控制装置3，在控制装置3中被与压力目标值比较。
压力目标值与压力测定值的差的绝对值大于既定值时，控制装置3将与该差的值对应的值的驱动信号发送给阀2的阀用马达2d而调整阀2的开度。此时，也可以利用控制装置3，在图7所示的控制系统中，令由下述式（1）表示的传递函数ＧV的增益｜ＧV｜如图8（A）所示地增大。此外，此时也可以相反地利用控制装置3在图7所示的控制系统中，令由下述式（2）表示的传递函数ＧM的增益｜ＧM｜如图8（B）所示地减小。此外，此时也可以利用控制装置3进行控制，使得由旋转速度检出器1a检出的转子20的旋转速度保持一定。
ＧV＝ＯV／δP・・・（1）
ＧM＝ΩM／δP・・・（2）
在此，上述式（1）中，ＯV是阀2的开度的初始值为0的拉普拉斯变换，上述式（2）中，ΩM是转子20的旋转速度的初始值为0的拉普拉斯变换，上述式（1）以及（2）中，δP是压力目标值与压力测定值的差的初始值为0的拉普拉斯变换。
在此，增大增益是指相对于其频率为0时的增益即直流增益，增大3dB以上，减小增益是指相对于其频率为0时的增益即直流增益，减小3dB以上。或者是指相对于压力目标值与压力测定值的差的绝对值，令比该绝对值的既定值小的区域中的增益的平均值比大的区域中的增益的平均值大或者小。或者是指相对于压力目标值与压力测定值的差的绝对值，令比该绝对值的既定值大的区域中的增益的平均值比小的区域中的增益的平均值大或者小。
另一方面，在压力目标值与压力测定值的差的绝对值小于既定值时，控制装置3将与该差的值对应的值的驱动信号发送给真空泵1的泵用马达32而调整转子20的旋转速度。此时，也可以利用控制装置3增大相对于压力目标值与压力测定值的差的绝对值的转子20的旋转速度的增益｜ＧM｜。此外，此时也可以相反地利用控制装置3减小相对于压力目标值与压力测定值的差的绝对值的阀2的开度的增益｜ＧV｜。此外，此时也可以利用控制装置3进行控制使得由开度检出器2f检出的阀2的开度保持一定。由此能够高精度并且高速地控制被排气室4内的压力。
此外，说明解决上述的真空泵1的转子20的共振被引发而导致的问题、基于控制装置3的以成为期望的压力的方式将被排气室4的内部的压力真空排气而进行控制的方法。控制装置3中，比较由旋转速度检出器1a检出的转子20的旋转速度与转子20的固有频率ω1，ω2，在由压力计5测定的压力测定值与压力目标值一致时，在转子20的旋转速度与固有频率ω1，ω2一致的情况、其差的绝对值为既定值以下的情况下，控制装置3以变更阀2的开度的方式将开度变更指令信号发送给阀用马达2d而以既定量变更阀2的开度。而且，将与压力目标值和由压力计5测定的压力测定值的差的值对应的值的驱动信号发送给泵用马达32而调整转子20的旋转速度，进行控制使得压力测定值与压力目标值一致。
这样的本实施方式中，利用控制装置3，在被排气室4的内部的压力与目标值的差的绝对值大于既定值时调整阀2的开度，在被排气室4的内部的压力与目标值的差的绝对值小于既定值时调整真空泵1的转子20的旋转速度，所以能够避免由于令阀2的开度变化而产生的问题、以及由于令转子20的旋转速度变化而产生的问题，能够高精度且在短时间内即高速地将被排气室4内的压力控制为期望的压力。
以上，举出实施方式而说明了本发明，但本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，上述实施方式中，说明了使用阀2的例子，其利用阀用马达2d令阀体2c摆动而配置在与开口部2e重合的期望的位置，调整开口部2e的开口面积，从而调整开度，但阀的结构不限定于此，只要是能够开闭气体的流路的结构即可，也可以使用例如蝴蝶型，垂翼型等的阀。此外，也可以取代阀用马达2d或齿轮、皮带等，使用由压缩机等产生的加压空气而驱动阀体2c的阀。
此外，本发明中，根据压力目标值与压力测定值的差的绝对值比既定值大还是小来变更被排气室4内的压力的控制的方法，该既定值能够根据对于例如半导体制造装置、电子显微镜、表面分析装置、微加工装置等何种真空装置D使用真空排气装置10、在何种条件、状況下使用真空排气装置10、真空泵1、阀2的结构、种类等而适当的确定。
此外，该既定值也可以在转子20的旋转中，根据阀2的开度、被导入到被排气室4的内部且由真空泵1排气的工艺气体的种类及量等而适宜变更。此时，控制装置3的存储部中预先存储有多个既定值，与这些对应而适宜地选择既定值、计算既定值而变更既定值即可。

Claims (12)

1.一种真空排气装置，具有：
真空泵，具备通过旋转而对被排气室的内部进行排气的转子、具有吸气口的壳体，
阀，配置在前述真空泵的前述吸气口与前述被排气室的排气口之间，
控制装置，对前述被排气室的内部的压力进行控制使之与目标值一致，
所述真空排气装置的特征在于，
前述控制装置为，在前述目标值与前述压力的差的绝对值大于既定值时，调整前述阀的开度，在前述差的绝对值小于前述既定值时，调整前述转子的旋转速度，从而控制前述压力。
2.根据权利要求1所述的真空排气装置，其特征在于，
前述控制装置进行控制，使得在前述差的绝对值大于前述既定值时，前述转子的旋转速度一定，在前述差的绝对值小于前述既定值时，前述阀的开度一定。
3.根据权利要求1所述的真空排气装置，其特征在于，
前述控制装置为，在前述差的绝对值大于前述既定值时，增大由下述式（1）表示的传递函数ＧV的增益，在前述差的绝对值小于前述既定值时，增大由下述式（2）表示的传递函数ＧM的增益，
ＧV＝ＯV／δP・・・（1）
ＧM＝ΩM／δP・・・（2）
其中，上述式（1）中，ＯV是前述阀的开度的初始值为0的拉普拉斯变换，上述式（2）中，ΩM是前述转子的旋转速度的初始值为0的拉普拉斯变换，上述式（1）以及（2）中，δP是前述差的初始值为0的拉普拉斯变换。
4.根据权利要求3所述的真空排气装置，其特征在于，
前述控制装置在前述差的绝对值大于前述既定值时减小前述传递函数ＧM的增益，在前述差的绝对值小于前述既定值时减小前述传递函数ＧV的增益。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的真空排气装置，其特征在于，
前述真空泵具备悬浮支承前述转子的磁性轴承，
前述控制装置为，在前述压力与前述目标值一致时，在前述转子的旋转速度与前述转子的变位的固有频率一致的情况下，或者该旋转速度与该固有频率的差的绝对值为既定值以下的情况下，变更前述阀的开度，控制前述转子的旋转速度，使得前述压力再次与前述目标值一致。
6.根据权利要求1所述的真空排气装置，其特征在于，
前述既定值在前述转子的旋转中与前述阀的开度、导入到前述被排气室的内部并由前述真空泵排气的气体的种类以及量的至少一个对应而变更。
7.一种真空泵，用于真空排气装置，所述真空排气装置具备阀、将被排气室的内部的压力控制为与目标值一致的控制装置，
所述真空泵的特征在于，
具备利用旋转而将前述被排气室的内部排气的转子、具有吸气口的壳体，在所述吸气口与前述被排气室的排气口之间配置前述阀，
前述控制装置为，在前述目标值与前述压力的差的绝对值大于既定值时，调整前述阀的开度，在前述差的绝对值小于前述既定值时，调整前述转子的旋转速度，从而控制前述压力。
8.根据权利要求7所述的真空泵，其特征在于，
前述控制装置进行控制，使得在前述差的绝对值大于前述既定值时，前述转子的旋转速度一定，在前述差的绝对值小于前述既定值时，前述阀的开度一定。
9.根据权利要求7所述的真空泵，其特征在于，
前述控制装置为，在前述差的绝对值大于前述既定值时，增大由下述式（1）表示的传递函数ＧV的增益，在前述差的绝对值小于前述既定值时，增大由下述式（2）表示的传递函数ＧM的增益，
ＧV＝ＯV／δP・・・（1）
ＧM＝ΩM／δP・・・（2）
其中，上述式（1）中，ＯV是前述阀的开度的初始值为0的拉普拉斯变换，上述式（2）中，ΩM是前述转子的旋转速度的初始值为0的拉普拉斯变换，上述式（1）以及（2）中，δP是前述差的初始值为0的拉普拉斯变换。
10.根据权利要求9所述的真空泵，其特征在于，
前述控制装置在前述差的绝对值大于前述既定值时减小前述传递函数ＧM的增益，在前述差的绝对值小于前述既定值时减小前述传递函数ＧV的增益。
11.根据权利要求7~10中任意一项所述的真空泵，其特征在于，
具备悬浮支承前述转子的磁性轴承，
前述控制装置为，在前述压力与前述目标值一致时，在前述转子的旋转速度与前述转子的变位的固有频率一致的情况下，或者该旋转速度与该固有频率的差的绝对值为既定值以下的情况下，变更前述阀的开度，控制前述转子的旋转速度，使得前述压力再次与前述目标值一致。
12.根据权利要求7所述的真空泵，其特征在于，
前述既定值在前述转子的旋转中与前述阀的开度、导入到前述被排气室的内部并由前述真空泵排气的气体的种类以及量的至少一个对应而变更。
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JP6841201B2 (ja) * 2017-10-06 2021-03-10 株式会社島津製作所 ガス推定装置および真空排気装置

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