JP2002147386A - ターボ分子ポンプによる排気装置 - Google Patents

ターボ分子ポンプによる排気装置

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JP2002147386A
JP2002147386A JP2000349408A JP2000349408A JP2002147386A JP 2002147386 A JP2002147386 A JP 2002147386A JP 2000349408 A JP2000349408 A JP 2000349408A JP 2000349408 A JP2000349408 A JP 2000349408A JP 2002147386 A JP2002147386 A JP 2002147386A
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均 山口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターボ分子ポンプを使った排気装置の作動中
に停電が発生した時、ターボ分子ポンプを破損すること
のない排気装置を提供する。 【解決手段】 停電時にターボ分子ポンプ3の回転イナ
ーシャを利用してモータMを発電機として機能させ、そ
の回生電力をインバータ13、整流回路16を通して取
りだし、インバータ20で交流電力に変換し、この電力
を電動弁MV1およびターボ分子ポンプ3とチャンバー
CH間に設置されている電動弁MV2に供給するよう構
成する。そしてこれらの弁を閉じることにより、粗引き
ポンプRPの回転が停止してもターボ分子ポンプ3に異
常をきたすことはなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ分子ポンプ
を利用して、例えば半導体装置における反応室等の被排
気室を排気する排気装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製膜装置等においては、そのプロ
セスチャンバーを高真空にするためにターボ分子ポンプ
を用いて排気を行っている。このターボ分子ポンプを用
いた排気装置の構成は図4に示すとおりである。
【0003】まず、ターボ分子ポンプ3はターボ機構B
とこれを高速回転させるモータMとによって構成されて
いる。このターボ分子ポンプ3の回転駆動は次の通り行
なわれる。すなわち、AC電源1から供給された電力は
整流回路11で直流化される。12はDC−DCコンバ
ータでその出力は、ターボ分子ポンプ3のモータMを回
転させるための電力としてインバータ13に供給される
とともに、ターボ分子ポンプ3のターボ機構Bの磁気軸
受に回転軸を磁気浮上させるための電力として磁気浮上
制御回路14に供給される。13はインバータでDC−
DCコンバータ12から供給された直流電力を回転数制
御回路15で設定された周波数の交流に変換し、その交
流電力をターボ分子ポンプ3のモータMに供給しモータ
Mを駆動する。
【0004】図4においてCHは半導体成膜装置におけ
るプロセスのチャンバーで、このチャンバーCHは、粗
引きポンプRPにてまず排気される。その後、排気系に
別個に設けられたターボ分子ポンプ3により排気される
が、これらの作動は次の通り行なわれる。すなわち、排
気のシーケンスは先ず粗引きポンプRPが作動し排気ラ
インを減圧するとともに電動弁MV1および電動弁MV
2を開状態にし、チャンバーCHを減圧する。この状態
でターボ分子ポンプ3を作動させチャンバーCHを順次
高真空化する。このような従来の排気装置においては、
ターボ分子ポンプ3の排気口側を粗引きポンプRPで常
に大気より圧力を下げ、排気口圧力が一定圧以上大きく
ならないようにしている。
【0005】ところでターボ分子ポンプ3が運転されて
排気が行なわれている際中において停電が発生した場
合、ターボ分子ポンプ3は回転体のもつイナーシャで減
速しつつ回転を継続するが、排気装置の粗引きポンプR
Pは電力供給がない限り直ぐに停止してしまう。粗引き
ポンプRPが停止した後もターボ分子ポンプ3が回転イ
ナーシャにより回転を継続すると、ターボ分子ポンプ3
の排気口側が大気の条件に近づき排気口側の圧力が高く
なりすぎターボ分子ポンプを破損する場合がある。この
トラブルを解決するため、通常この排気装置には無停電
電源が設置される。この無停電電源は図4に示すように
AC電源1に整流回路31が接続され、交流が直流に変
換され、非常用のバッテリー32に電力が蓄積されるよ
うになっている。この蓄積電力が停電時にインバータ3
3を介して粗引きポンプRP、電動弁MV1、MV2に
出力される。すなわち、停電すると非常用のバッテリー
32に蓄積された電気容量の時間分粗引きポンプRPを
作動させることができる。停電時間がバッテリーの許容
時間を越える場合、その作動時間内に粗引きポンプRP
とターボ分子ポンプ3の排気口の間に設けた電動弁MV
1とターボ分子ポンプ3およびチャンバーCH間に設置
した電動弁MV2を閉塞する必要があるが、このとき無
停電電源からの電力で自動的に閉塞する。こうしてター
ボ分子ポンプ3の吸排気口の差圧上昇を抑え、この排気
装置全体をバックアップしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】停電時、電動弁MV1
及びMV2が排気系を閉じるまでの間、粗引きポンプR
Pを含む排気装置全体を無停電電源でバックアップしよ
うとすると、大容量の電源が必要となる。無停電電源は
一般に充電可能なバッテリーとして2次電池を中心に構
成されるが、その電池が大容量化すると共に、電池その
ものに寿命があるため、定期的に交換する必要があり多
額の維持費を必要とする。本発明は、このような問題を
解決するターボ分子ポンプによる排気装置を提供せんと
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
分子ポンプによる排気装置は、上記課題を解決するため
に、電動機への給電が停止したときこれを検知し、電動
機の慣性による回転エネルギーを発電エネルギーとして
回収する電力回収回路と、この回収した回生電力を電動
式開閉機器に供給する電力供給回路を設け、停電が発生
しても吸排気系に接続されている電動式開閉機器を作動
させることができるようにし、排気装置の機器に異常を
きたすことなくシステム全体を停止できるようにする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成、作動を図
1、図2および図3にしたがって説明する。図1および
図2において図4と同一の符号で示される構成、部品に
ついては図4と同一であり、詳細な説明は省略する。図
1は本発明が提供するターボ分子ポンプによる排気装置
を示す図であり、図2は停電発生時、回転体の持つ回転
エネルギーを電気エネルギーとして取り出すための電気
回路を詳細に示す図である。
【0009】16は整流回路で、停電検出器21と回生
電力を取出すためのトランジスタTR7から構成されて
おり、停電発生時、インバータ13内のダイオードD1
〜D6を介して伝達される回生電力を直流に変換するた
めの回路である。17と18は整流器で、電力の逆流防
止用の回路であり、コンデンサC1は平滑用コンデンサ
である。19はDC−DCコンバータで直流電力を一定
の直流電圧に変換する。20はインバータで排気系制御
回路に使われている機器に必要な交流電力を発生させる
ものであり、1次排気系制御回路ECを介して粗引きポ
ンプRP、電動弁MV1およびMV2に供給する。
【0010】以上の構成において、次に作動について説
明する。本発明の最大の特長は、停電発生時にターボ分
子ポンプ3がもつ回転イナーシャを利用し、その回転が
停止するまでの間、ターボ分子ポンプ3のモータMを発
電機として機能させ、その回生電力を排気装置駆動用電
力として排気系機器に供給し、ターボ分子ポンプ3を破
損することなく排気系システムを正常に停止させること
にある。
【0011】図1及び図2に示すターボ分子ポンプ3を
用いた排気装置においてシステムを作動させる場合、整
流回路11、整流器17を介した直流電力がDC−DC
コンバータ19で電圧変換された後、インバータ20で
交流電力化され1次排気系制御回路ECにより粗引きポ
ンプRPを作動させる。粗引きポンプRPが作動を開始
したことが確認されると、1次排気系制御回路ECから
電動弁MV1及び電動弁MV2が開方向に作動されチャ
ンバーCHの排気を開始する。ターボ分子ポンプ3はイ
ンバータ13からの電力で駆動されるが、DC−DCコ
ンバータ12からの直流出力はインバータ13で回転数
制御回路15で回転設定された周波数の交流電力に変換
されてターボ分子ポンプ3に供給され、モータMを駆動
させる。同時にDC−DCコンバータ12からの直流出
力は磁気浮上制御回路14からターボ分子ポンプ3の磁
気軸受に電力を供給し、ターボ機構Bの回転軸を磁気浮
上させ、排気装置を駆動させる。通常運転時、即ち排気
装置に電力が正常に供給されている場合は、第2図に示
すインバータ13のトランジスタTR1〜TR6からの
出力がターボ分子ポンプ3のモータMを駆動する。
【0012】停電が発生した場合、直ちにモータMの界
磁の位相を反転させることにより、回転体の持つ回転イ
ナーシャでモータMは発電機として作動を開始する。こ
こで発電される回生電力をインバータ13内のダイオー
ドD1〜D6を及び整流回路16のトランジスタTR
7、更に整流器18を介して直流電力としてDC−DC
コンバータ19に供給する。停電発生時、停電による電
圧変化を検出する整流回路16内の抵抗器R1と抵抗器
R2との分圧と、制御用電源VEの印加された可変抵抗
器R3の分圧とが停電検出器21で比較され、停電検出
器21からの信号によりトランジスタTR7が作動し、
回生電力を整流器18を介しDC−DCコンバータ19
に供給する。
【0013】通常時および停電が発生した時のターボ分
子ポンプ3の作動状態と、停電時モータMの発電機とし
ての回生電力発生状況を図3に時系的に示す。図3
(a)はt1時に起動された排気装置がt2時に停電が
発生し、AC電源1が零になったことを示す。(b)は
ターボ分子ポンプ3の回転体が停電後も回転を続け、時
間の経過と共に減速しt3の時点で回転を停止すること
を示す。(c)図は回生電力による整流回路16の出力
状態を示す。(d)図はDC−DCコンバータ19の出
力電圧を示す。この時、回転体の回転が停電発生時t2
時点からt4時点までの間はDC−DCコンバータ19
の出力は通電時t1〜t2の間と同状態を保つことがで
きることを示す。(e)図は1次排気系制御回路ECの
出力を示し、これはDC−DCコンバータ19の出力と
同じくt4までの間粗引きポンプRP等排気装置の機器
に電力を供給することができることを示す。
【0014】停電発生時、図2に示す整流回路16内の
停電検出器21の信号は1次排気系制御回路ECに伝達
され、1次排気系制御回路ECはこの信号を受けると同
時に排気装置の電動弁MV1及び電動弁MV2を閉の方
向に作動させチャンバーCHおよびターボ分子ポンプ3
の排気口を閉じる。この作動を第3図(e)に示すt2
時からt4時までの間に行なう。粗引きポンプRPはD
C−DCコンバータ19の出力に従って作動を停止する
が、この時は電動弁MV1及びMV2は前述のように閉
じられており、ターボ分子ポンプ3の駆動軸に無理な負
荷がかかることなくシステム全体を停止させることがで
きる。
【0015】本発明は、以上説明したように、ターボ分
子ポンプ3を使用した排気装置において停電が発生した
時、モータ駆動による回転体が停止するまでの間、その
回転体の回転エネルギーを利用してモータMを発電機と
して機能させて電気エネルギーに変換し、その電気エネ
ルギーを排気装置の周辺機器に供給することで無停電電
源の設置が不要となり、ターボ分子ポンプ3を破損する
ことなく排気装置全体を停止させることができる。
【0016】本発明は以上説明したとおりであるが、上
記ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変
形例を包含する。例えば、図示例では停電時に長時間排
気装置全体を駆動するための大容量無停電電源を準備し
ていないが、回生電力発生期間を経過しても更に短時間
粗引きポンプRPを作動させるだけの電力容量をもつ無
停電電源を設置して回生電力との併用によりターボ分子
ポンプ3停止後も粗引きポンプRPを作動させ、短時間
内の停電の場合、停電復帰後直ちにターボ分子ポンプ3
を再駆動させることは可能である。また、上記図示例で
は粗引きポンプRPとターボ分子ポンプ3間、及びター
ボ分子ポンプ3とチャンバーCH間にそれぞれ電動弁M
V1、MV2を設置し、この電動弁MV1、MV2によ
り排気系機器間の開閉を説明したが、これは電動弁MV
1、MV2に限らず電磁弁の開閉を1次排気系制御回路
ECで制御することも可能であり図示例の構成に限定さ
れるものではない。
【0017】
【発明の効果】本発明はターボ分子ポンプを使用した排
気装置において、停電発生時に回転体のもつ回転エネル
ギーを電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを
有効に使うことにより排気系機器に異常をきたすことな
く排気装置全体を非常停止させることができるため、高
額な無停電電源の削除あるいは小型化が実現できる。同
時に停電等異常発生において排気系機器の保護にもつな
がる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が提供するターボ分子ポンプによる排気
装置を示す図である。
【図2】停電発生時、回転体の持つ回転エネルギーを電
気エネルギーとして取り出すための電気回路を示した図
である。
【図3】排気装置の起動時、通常作動時及び停電時にお
ける本発明による電気回路各部の出力状態を時系的に示
した図である。
【図4】従来の排気装置を示した図である。
【符号の説明】
1---AC電源 3---ターボ分子ポンプ 11、16、31---整流回路 12、19、24---DC−DCコンバータ 13、20、33---インバータ 14---磁気浮上制御回路 15---回転数制御回路 17、18、22---整流器 21---停電検出器 32---バッテリー B---ターボ機構 C1---コンデンサ CH---チャンバー D1〜D6---ダイオード EC---1次排気系制御回路 M---モータ MV1、MV2---電動弁 RP---粗引きポンプ TR1〜TR7---トランジスタ R1〜R3---抵抗器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3H021 AA05 AA08 BA01 BA04 BA11 BA21 CA07 DA00 DA02 DA06 DA12 DA21 DA26 EA07 3H022 AA01 BA07 CA50 DA09 DA10 DA12 3H031 DA02 EA09 EA12 EA13 FA41 3H045 AA06 AA09 AA15 AA25 AA31 BA01 BA07 BA31 BA41 CA21 DA00 DA02 DA07 DA15 DA31 DA41

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気機能を有するターボ機構を電動機にて
    回転駆動し、被排気室からの分子を吸気口より排気口側
    へ排気するターボ分子ポンプと、このターボ分子ポンプ
    の給排気系に介設された電動式開閉機器を備えた排気装
    置おいて、電動機への給電が停止したときこれを検知し
    電動機の慣性による回転エネルギーを発電エネルギーと
    して回収する電力回収回路と、この回収した回生電力を
    前記電動式開閉機器に供給する電力供給回路を設け、停
    電が発生したとき前記電力供給回路からの電力によって
    吸排気系に介設されている電動式開閉機器を作動させる
    ことができるようにしたことを特徴とするターボ分子ポ
    ンプによる排気装置。
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