JP2000038999A - 真空排気装置及び方法 - Google Patents

真空排気装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気系の排気配管の径を細くしても、過負荷
運転を回避して安定な稼動を行なうことができる真空排
気装置及び排気方法を提供する。 【解決手段】 真空チャンバ１０と、該真空チャンバを
大気圧開口部へ繋ぐ排気配管３４と、該排気配管に設け
られた回転数可変な真空ポンプ３２と、該真空ポンプの
回転数を制御する制御部４２とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体製造
装置の真空チャンバ（プロセスチャンバ）等の真空排気
を行なう真空排気装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、例えば、エッチング装置や化学
気相成長装置（ＣＶＤ）等の半導体製造工程に用いる真
空チャンバ１０を排気するための真空排気経路を示すも
ので、この真空チャンバ１０には、真空排気系１２の真
空ポンプ１４の吸気口１４ａが接続され、真空ポンプ１
４の吐出口１４ｂには排気配管１６が接続されている。
真空ポンプ１４は、真空チャンバ１０からのプロセスの
排ガスを大気圧まで昇圧するためのもので、従来は油回
転式ポンプが、現在はドライポンプが主に使用されてい
る。
【０００３】真空チャンバ１０が必要とする真空度が真
空ポンプ１４の到達真空度よりも高い場合には、真空ポ
ンプの上流側にさらにターボ分子ポンプ等の超高真空ポ
ンプが配置されることがあり、また、プロセスの排ガス
の種類により、そのまま大気に放出できない場合には、
排気配管１６に排ガス処理装置が配備される。
【０００４】従来、この種の真空排気系１２に使用され
る真空ポンプ１４のモータ２０としては、定格回転数で
回転する誘導モータが一般に使用されていた。また、排
気配管１６としては、ポンプ始動時や大気導入時に大量
のガスを円滑に流し、真空ポンプ１４の背圧が許容値内
に収まるように、例えば、排気速度が２０００Ｌ／ｍｉ
ｎ程度であれば、内径が４０ｍｍ程度のものを使用して
いた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】通常、半導体製造装置
用の真空チャンバはクリーンルーム内に配置されてお
り、排気配管はクリーンルーム内を外部空間まで長い距
離に渡り敷設される場合がある。従って、排気配管が太
いと、コストの高いスペースを占有し、また、他の構成
機器との干渉のために配置が制約される等の問題があ
る。一方、排気配管を細くすると、ポンプ始動時や大気
導入時に大量のガスが流れた場合に真空ポンプの背圧が
上昇し、その結果、過負荷となって運転不能に陥ってし
まうので、細径化には一定の限界があった。
【０００６】本発明は、上述の事情に鑑みてなされたも
ので、排気系の排気配管の径を細くして省スペースを図
りつつ、過負荷運転を回避して安定な稼動を行なうこと
ができる真空排気装置及び排気方法を提供することを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、真空チャンバと、該真空チャンバを大気圧開口部へ
繋ぐ排気配管と、該排気配管に設けられた回転数可変な
真空ポンプと、該真空ポンプの回転数を制御する制御部
とを有することを特徴とする真空排気装置である。これ
により、例えば、ポンプの起動時等で大量のガスが排気
される場合も真空ポンプの背圧が一定値を超えないよう
に制御して、安定した運転が可能となる。従って、排気
配管として排気能力より径の細いものを使用することが
でき、高価なクリーンルーム等の空間を有効利用するこ
とができる。
【０００８】請求項２に記載の発明は、前記制御部は前
記真空ポンプの背圧を検知するセンサの出力に基づいて
該背圧が所定値になるように前記真空ポンプの回転数を
制御することを特徴とする請求項１に記載の真空排気装
置である。これにより、常に正確な背圧制御を行なうこ
とができる。
【０００９】請求項３に記載の発明は、前記排気配管に
は、前記真空ポンプに直列にブースタポンプが設置さ
れ、前記制御部は前記背圧センサの出力に基づいて前記
真空ポンプの排気能力が不足するときに前記ブースタポ
ンプを起動させることを特徴とする請求項２に記載の真
空排気装置である。これにより、省エネルギー性を維持
しつつ大きな排気負荷にも対応することができる。
【００１０】請求項４に記載の発明は、前記制御部は予
め入力された回転数変化パターンに沿って前記真空ポン
プの回転数を制御することを特徴とする請求項１に記載
の真空排気装置である。これにより、簡単な装置構成で
背圧制御を行なうことができる。
【００１１】請求項５に記載の発明は、前記排気配管の
コンダクタンスが前記真空ポンプの排気能力に比べて小
さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の
真空排気装置である。これにより、配管のためのスペー
スを小さくして高価なクリーンルーム等の空間を有効利
用することができ、また、配管と装置との取り合いを容
易にすることができる。
【００１２】請求項６に記載の発明は、真空チャンバを
排気配管を介して回転数可変な真空ポンプにより排気す
る排気方法において、該真空ポンプの背圧が所定値を超
えないように該真空ポンプの回転数を制御することを特
徴とする真空排気方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、エッチング装置や化学気
相成長装置（ＣＶＤ）のような半導体製造工程に用いる
真空チャンバ１０を真空排気する真空排気系３０を示す
もので、真空チャンバ１０は、真空ポンプ３２の吸気口
３２ａに接続され、真空ポンプ３２の吐出口３２ｂには
排気配管３４が接続されている。
【００１４】真空ポンプ３２としてはガス通路部に潤滑
剤を使用しない、いわゆるドライポンプが用いられ、そ
の駆動用のモータ４０は、例えばインバータ（周波数変
換回路）を用いる回転数制御部４２を有する直流モー
タ、特にブラシレス直流モータが使用されている。ま
た、排気配管３４としては、図７に示す従来の排気配管
１６よりも径の細いもの、例えば、排気速度が２０００
Ｌ／ｍｉｎ程度であれば、内径が１０ｍｍ程度のものが
使用されている。排気配管３４の内径は、配管の長さを
も考慮して、コンダクタンスが所定の値になるように決
める。
【００１５】排気配管３４の吐出口３２ｂ近傍の位置に
は、排気配管３４の内部の圧力すなわち真空ポンプ３２
の背圧を常時検知する背圧センサ４４が設置されてお
り、この背圧センサ４４からの出力信号はモータ４０の
回転数制御部４２に入力されるようになっている。
【００１６】次に、真空ポンプ３２の起動時の運転方法
を図２を参照して説明する。すなわち、真空ポンプ３２
の背圧が予め定められた規定値Ｐ０ を維持するように
真空ポンプ３２の回転数を制御する。すなわち、背圧セ
ンサ４４の検出値がＰ０ ＋αに達すると、回転数制御
部４２がモータ４０の回転数を下げ、背圧がＰ０ −α
より下になると回転数を上げる。この結果、図２に破線
で示されるように、背圧はほぼＰ０ に維持され、所要
時間は長引くが安定な運転を継続することができる。所
定時間が経過すると、背圧はＰ０ 以下に下がり、定常
運転に移行する。
【００１７】上述した実施の形態では、背圧センサ４４
を用いて真空ポンプ３２をフィードバック制御したが、
より簡単な構成のシーケンス制御を行なう実施の形態を
図３を参照して説明する。この実施の形態では、図１に
おける背圧センサ４４の定常的な設置は不要である。真
空ポンプ３２の起動時の回転数の時間的な変化が制御部
４２に予めインプットされており、これは、図３におい
て、従来のポンプの時間Ｔ１ に比べて大きい時間Ｔ０
において定常回転数Ｎ０ に達する一定の緩い勾配の破
線Ｌ０ で表され、その後は定常回転数Ｎ０ を維持する
ようにしている。
【００１８】この場合の背圧の変化は、同図において破
線Ｌ２ で表されており、これは実線Ｌ３ で表される従
来の場合に比べてピークの値Ｐ０ が小さい。回転数変
化線Ｌ０ の勾配Ｎ０ ／Ｔ１ は、対象の真空ポンプ３
２の能力、真空チャンバ１０の容積、排気配管３４のコ
ンダクタンス等に応じて予め実験的に、あるいは過去の
実験データから計算により、ピークの値Ｐ０ が駆動モ
ータに過度の負荷を与えない限りで所定の排気能力を得
られる程度に定められている。
【００１９】この実施の形態では、背圧センサに基づく
フィードバック制御のような複雑な制御を行っていない
ので、背圧センサが不要であり、より簡単な構成で先の
実施の形態と同等の効果を得ることができる。なお、真
空ポンプ３２の能力、真空チャンバ１０の容積、排気配
管３４のコンダクタンス等の条件の変化に応じて、勾配
の設定値を選ぶことができるようにしてもよい。なお、
図３の実施の形態においては、モータ４０の回転数を直
線的に上昇させているが、図４に示すように、段階的に
増加させるようにしてもよい。
【００２０】図５は、この発明のさらに他の実施の形態
を示すもので、この実施の形態では、排気経路の真空ポ
ンプ（メインポンプ）３２の上流側にブースタポンプ５
０が設置されている。これらのポンプ３２，５０の駆動
用のモータ４０,４６は、いずれもインバータを用いる
回転数制御部４２を有するブラシレス直流モータであ
る。排気配管３４として径の細いものを使用している
点、排気配管３４の吐出口３２ｂ近傍の位置に背圧セン
サ４４が設置されてこの出力を基にメインポンプの回転
数を制御している点は先の実施の形態と同様である。
【００２１】以下に、この実施の形態の真空排気装置の
制御方法の例を、図６を参照しつつ説明する。この実施
の形態では、安定した排気を行ない、かつ、モータ４
０，４６に過度の負荷を与えないように、背圧の目標範
囲を下限値Ｐ１ と上限値Ｐ２の間として制御を行な
う。排気を開始するときは、先に説明したように多量の
排気がなされて背圧が上昇しがちであるので、メインポ
ンプ３２のみを最低回転数で運転するように指令して起
動する。これにより、排気速度が抑制されて背圧の急激
な上昇が抑えられる。
【００２２】真空チャンバ１０内の排気が進み、背圧が
下限値Ｐ１ 以下に低下すると、所定のピッチでメイン
ポンプ３２の回転数を上昇させて行き、背圧が下限値Ｐ
１を超えて目標範囲に入ったら、メインポンプ３２をそ
の回転数に維持する。このようにして、真空チャンバ１
０の排気量とメインポンプ３２の排気能力が見合ってい
る場合には、メインポンプ３２の回転数を制御しつつ背
圧を下限値Ｐ１ の前後に調整し、安定に運転を継続す
ることができる。
【００２３】ここで、真空チャンバ１０でのガス生成量
が多くなって真空チャンバ１０の排気量とメインポンプ
３２の排気能力との間にアンバランスが生じた場合、メ
インポンプ３２の回転数を上げるように指令しても追随
しない、あるいは背圧が上昇しなくなったりする。この
場合には、例えば、タイマ等によって背圧が継続的に下
限値Ｐ１ 以下であることを検知し、ブースタポンプ５
０を最低回転数で運転するように指令して起動する。
【００２４】そして、メインポンプ３２を定格で運転し
つつブースタポンプ５０を先のメインポンプ３２の場合
と同様に制御して、背圧を下限値Ｐ１ の前後に調整し
ながら運転する。これにより、真空チャンバ１０の排気
負荷が大きく、メインポンプ３２とブースタポンプ５０
の排気能力を合わせたものに見合っている場合には、ブ
ースタポンプ５０の回転数を制御しつつ背圧を下限値Ｐ
１ の前後に調整し、安定に運転を継続することができ
る。
【００２５】もし、ブースタポンプ５０を最低回転数で
運転していても背圧がＰ２ を超えて上昇するような場
合には、ブースタポンプ５０の運転を停止して、メイン
ポンプ３２の単独運転のモードに戻ればよい。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ポンプの起動時等で大量のガスが排気される場合も真空
ポンプの背圧が一定値を超えないように制御し、また、
ブースタポンプを付加することにより、運転の過程で排
気負荷が増した時にのみこれを起動して運転し、省エネ
ルギーを維持しつつ、安定な排気動作を行なうことがで
きる。従って、排気配管の径を細くしても、過負荷運転
を回避して安定な稼動を行なうことができ、また、排気
配管として排気能力より径の細いものを使用することに
より、高価なクリーンルーム等の空間を有効利用するこ
とも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の真空排気装置を示す模
式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の真空ポンプの運転
方法における回転数の時間変化を従来例と比較して示す
グラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態の真空ポンプの運転
方法における背圧と回転数の時間変化を従来例と比較し
て示すグラフである。
【図４】本発明の第３の実施の形態の真空ポンプの運転
方法における背圧と回転数の時間変化を従来例と比較し
て示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施の形態の真空排気装置を示す
図である。
【図６】図５の実施の形態の真空ポンプの運転方法にお
ける背圧と回転数の時間変化を示すグラフである。
【図７】従来の真空排気装置を示す図である。
【符号の説明】
１０ 真空チャンバ ３０ 真空排気系 ３２ 真空ポンプ ３４ 排気配管 ４０，４６ モータ ４２ 回転数制御部 ４４ 背圧センサ ５０ ブースタポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 臼井 克明 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 磯崎 隆弘 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原電産内 Ｆターム(参考） 3H021 AA05 BA23 CA01 DA04 EA09 3H031 DA02 EA09 EA13 FA37

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空チャンバと、該真空チャンバを大気
    圧開口部へ繋ぐ排気配管と、該排気配管に設けられた回
    転数可変な真空ポンプと、該真空ポンプの回転数を制御
    する制御部とを有することを特徴とする真空排気装置。
  2. 【請求項２】 前記真空ポンプの排気側には背圧を検知
    する背圧センサが設けられ、前記制御部は前記背圧セン
    サの出力に基づいて前記真空ポンプの回転数を制御する
    ことを特徴とする請求項１に記載の真空排気装置。
  3. 【請求項３】 前記排気配管には、前記真空ポンプに直
    列にブースタポンプが設置され、前記制御部は前記背圧
    センサの出力に基づいて前記真空ポンプの排気能力が不
    足するときに前記ブースタポンプを起動させることを特
    徴とする請求項２に記載の真空排気装置。
  4. 【請求項４】 前記制御部は予め入力された回転数変化
    パターンに沿って前記真空ポンプの回転数を制御するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の真空排気装置。
  5. 【請求項５】 前記排気配管のコンダクタンスが前記真
    空ポンプの排気能力に比べて小さく設定されていること
    を特徴とする請求項１に記載の真空排気装置。
  6. 【請求項６】 真空チャンバを排気配管を介して回転数
    可変な真空ポンプにより排気する排気方法において、該
    真空ポンプの背圧が所定値を超えないように該真空ポン
    プの回転数を制御することを特徴とする真空排気方法。
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