JP2003028072A

JP2003028072A - 複数のターボ分子ポンプを備えた装置およびポンプシステム

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Publication number: JP2003028072A
Application number: JP2001216289A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Yamaguchi; 均山口
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-01-29
Anticipated expiration: 2021-07-17
Also published as: JP4674422B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ターボ分子ポンプを備える装置において、起
動時の最大消費電力を低減することができる装置の提
供。【解決手段】複数のターボ分子ポンプTMP1〜TMP3を備
える装置において、時刻ｔ11，ｔ21，ｔ31にターボ分子
ポンプTMP1，TMP2，TMP3の順に起動を開始する。ターボ
分子ポンプTMP1〜TMP3の起動動作時間は全て等しいの
で、定格運転移行直前の消費電力のピークＰ１，Ｐ２，
Ｐ３の発生時刻がずれて、合計の消費電力のピーク値Ｗ
３は従来より低減される。その結果、装置側の電源容量
を従来よりも低くすることができ、装置のコスト低減を
図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
のように複数のターボ分子ポンプを備えた装置、およ
び、複数のターボ分子ポンプを備えるポンプシステムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置ではターボ分子ポンプが
真空ポンプとして使用される場合が多いが、半導体製造
装置は一般的に複数の真空チャンバを備えているためタ
ーボ分子ポンプも複数台使用される。装置起動の際に
は、複数のターボ分子ポンプの全てが同時に起動開始さ
れる。すなわち、半導体製造装置の主制御装置から各タ
ーボ分子ポンプの駆動制御装置に起動信号が送信され、
各ターボ分子ポンプは一斉にロータ回転を開始する。

【０００３】図１０は、ターボ分子ポンプの運転状態と
回転数および消費電力との関係を示したものである。起
動動作時のターボ分子ポンプの消費電力はロータ回転数
の増加とともに増大し、定格回転数となる直前にピーク
となる。定格運転時には、ロータ回転数が一定となるよ
うに制御されるので、消費電力は起動時のピークに比べ
てかなり小さくなる。そのため、駆動制御装置の電源部
は、この定格回転数直前のピーク電力を考慮して設計さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体製造
装置に同一仕様のターボ分子ポンプが複数用いられてい
る場合には、各ターボ分子ポンプは上述したように一斉
に起動されるため、定格回転数直前のピークもほぼ同時
に発生することになる。駆動制御装置には半導体製造装
置の電源装置を介して交流電力が供給されるので、半導
体製造装置の電源装置はターボ分子ポンプの起動時ピー
ク電力を考慮して設計をする必要があった。例えば、タ
ーボ分子ポンプのピーク電力が１ｋＷでその台数が５台
であれば、ポンプ以外の消費電力も考慮して装置側電源
装置の容量は５ｋＷよりも大きなものに設定される。そ
のため、電源装置の大型化やコストアップの要因となっ
ていた。また、半導体製造装置が設置される電力設備に
関しても、ピーク電力に合わせて配線等を容量の大きな
ものにする必要があった。

【０００５】本発明の目的は、複数のターボ分子ポンプ
を備える装置やポンプシステムにおいて、起動時の最大
消費電力を低減することができる装置やポンプシステム
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１，２および９に対応付けて説明する。（１）図１，２に対応付けて説明すると、請求項１の発
明による装置は、複数のターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の
起動時の消費電力ピーク発生時刻が各ターボ分子ポンプ
TMP1〜TMP7毎にそれぞれ異なるように、各ターボ分子ポ
ンプTMP1〜TMP7の起動開始時刻および起動動作時間の少
なくとも一方を制御する制御装置２４を設けたことによ
り上述の目的を達成する。（２）図９に対応付けて説明すると、請求項２の発明
は、複数のターボ分子ポンプ１０と、複数のターボ分子
ポンプ１０毎に設けられ、対応するターボ分子ポンプ１
０を駆動制御する複数の駆動装置３０と、交流電力を直
流電力に変換し、変換した直流電力を複数の駆動装置３
０のそれぞれに供給する電力変換部３１と、複数のター
ボ分子ポンプ１０の起動時の消費電力ピーク発生時刻が
各ターボ分子ポンプ１０毎にそれぞれ異なるように、各
ターボ分子ポンプ１０の起動開始時刻および起動動作時
間の少なくとも一方を制御する制御部３２とを備えたこ
とにより上述の目的を達成する。

【０００７】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態
の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態
に限定されるものではない。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。 −第１の実施の形態− 図１は半導体製造装置の構成の一例を示した平面図であ
る。図１に示した半導体製造装置１では、搬送室８を囲
むように４つのプロセスチャンバ２〜５とロード室６お
よびアンロード室７が設けられている。各チャンバ２〜
５、ロード室６、アンロード室７および搬送室８には、
ターボ分子ポンプTMP1〜TMP7が設けられている。通常、
プロセスチャンバ２〜５の排気には大型のターボ分子ポ
ンプが用いられ、ロード室６、アンロード室７および搬
送室８には小型のターボ分子ポンプが用いられる。な
お、以下では説明を簡単にするために、ターボ分子ポン
プTMP1〜TMP7は全て同一仕様のターボ分子ポンプである
として説明する。搬送室８内には基板搬送用アーム（不
図示）が設けられていて、このアームによって基板（シ
リコンウェハ基板や液晶パネル基板など）が各チャンバ
２〜５、ロード室６、アンロード室７に搬送される。

【０００９】図１に示したターボ分子ポンプTMP1〜TMP7
は、それぞれ図２に示すようにポンプ本体１０と電源装
置１１とから成る。すなわち、半導体製造装置１には図
２に示すポンプ本体１０と電源装置１１の対が７セット
設けられており、各電源装置１１は半導体製造装置１の
コントローラ２２により制御されている。ポンプ本体１
０には、回転翼が取り付けられるロータシャフト１２が
設けられている。図２に示したターボ分子ポンプは磁気
軸受式のターボ分子ポンプであり、ロータシャフト１２
は磁気軸受１３によって非接触支持されている。ロータ
シャフト１２の浮上位置はギャップセンサ１４により検
出される。磁気軸受制御回路１５は、ギャップセンサ１
４の検出結果に基づいて磁気軸受１３の励磁電流を制御
する。

【００１０】電源装置１１の電力変換部１６は絶縁形の
ＡＣ／ＤＣコンバータであり、コントローラ２２の電源
部２３から入力された交流電力を直流電力に変換してイ
ンバータ部１７へ供給する。インバータ部１７には、６
組のトランジスタ１８およびダイオード１９と、トラン
ジスタ１８を駆動するための駆動制御回路２０とが設け
られている。ロータシャフト１２を回転駆動する高周波
モータ２１は、インバータ部１７から出力された交流電
力により駆動される。磁気軸受け１３によるロータシャ
フト１２の浮上／浮上停止およびモータ２１の起動／停
止は、制御部２４からのオンオフ信号により制御され
る。２５はモータ停止時に用いられるブレーキ抵抗であ
り、通常はトランジスタ２６がオフとされている、後述
するように回生ブレーキ動作時にはトランジスタ２６を
オンしてブレーキ抵抗２５に回生電流を流す。

【００１１】図３は、コントローラ２２によるターボ分
子ポンプTMP1〜TMP7の制御例を示した図である。図３の
（ａ）〜（ｃ）は、７セットあるターボ分子ポンプTMP1
〜TMP7の中のターボ分子ポンプTMP1〜TMP3に関して、起
動から停止までの回転数および消費電力の変化を示した
ものである。また、図３の（ｄ）は、ターボ分子ポンプ
TMP1〜TMP3の３台を合わせたトータルの消費電力の変化
を示したものである。図３の（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、３台のターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の制御パターン
はいずれも同じであるが、起動開始時刻がそれぞれ異な
っている。

【００１２】まず、図３（ａ）を参照してターボ分子ポ
ンプTMP1の制御パターンについて説明する。ｔ11は半導
体製造装置１のコントローラ２２からターボ分子ポンプ
TMP1に起動信号が送信された時刻であり、起動信号を受
信するとターボ分子ポンプTMPは起動動作（ロータ回転
の加速）を開始する。時刻ｔ11以後は、回転数の増加と
ともに消費電力も増加し、定格回転数Ｎ_０（r.p.m.）と
なる時刻ｔ12の直前にピークＰ１（消費電力W1（kW））
に達する。時刻ｔ12からｔ13までは定格運転を表してお
り、ロータ回転数は一定（Ｎ_０）に保たれる。そのた
め、定格運転に移行すると回転を維持するだけで良いの
で、消費電力は低下してW2（＜W1）となる。

【００１３】その後、時刻ｔ13に停止信号を受信し、停
止動作を開始する。この停止動作において、駆動制御回
路２０によりトランジスタ１８のスイッチングの位相が
逆転され、モータ２１の回転エネルギーが電気エネルギ
ーに変換されて回生される。回生ブレーキ動作時に図２
のトランジスタ２６をオンすると、ブレーキ抵抗２５に
回生電流が流れて回転エネルギーが熱として放出され
る。図３（ａ）に示す例では、時刻ｔ13から時刻ｔ14ま
で回生ブレーキを動作させる。その結果、時刻ｔ13から
時刻ｔ14までは、減速のための消費電力が低減される。
その後、時刻ｔ15にロータ回転が停止する。

【００１４】なお、図２の例では、ダイオード２７を設
けることにより、通常は電力変換部１６からの電流が磁
気軸受制御回路１５に供給されるが、ブレーキ動作時に
は電圧が上昇するので、回生電流による電力が磁気軸受
制御回路１５に供給されることになる。

【００１５】ターボ分子ポンプTMP2，TMP3に関しても全
く同様のパターンで制御されるが、ターボ分子ポンプTM
P2は時刻ｔ21に起動動作が開始され、ターボ分子ポンプ
TMP3は時刻ｔ31に起動動作が開始される。時刻ｔ11に対
する起動開始時刻ｔ21，ｔ31のタイミングは、各ターボ
分子ポンプTMP1〜TMP3の消費電力のピークＰ１〜Ｐ３が
図示左右にずれてトータルの消費電力のピークが図３
（ｄ）のように抑えられるように設定される。図３に示
した例では、ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3は同一仕様の
ポンプであり、起動動作時間Δｔは全て等しく、Δｔ＝
ｔ12−ｔ11＝ｔ22−ｔ21＝ｔ32−ｔ31になっている。な
お、ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の仕様が異なると起動
動作時間も異なる場合があるので、そのような場合に
は、ピークＰ１〜Ｐ３の発生時刻が適切にずれるよう
に、各ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の起動開始時刻を設
定すれば良い。

【００１６】図４はターボ分子ポンプTMP1〜TMP3のトー
タルの消費電力を従来の場合と比較したものであり、実
線は本実施の形態の場合を、破線は３台同時に起動開始
した場合の消費電力をそれぞれ表している。３台同時起
動の場合の時刻ｔ12におけるピーク値Ｗ４は、図３
（ａ）に示したピークＰ１の消費電力値Ｗ１の３倍にな
る。一方、本実施の形態の場合には、図３の（ａ）〜
（ｃ）に示すようにピークＰ１〜３がそれぞれずれてい
るため、図３（ｄ）および図４に示すトータルの消費電
力のピークＰ４’の値Ｗ３は、Ｗ３＜Ｗ４となる。な
お、図３（ｄ）および図４に示すようにピーク４’は平
坦になっているが、このような場合もピークと呼ぶこと
にする。

【００１７】なお、上述した説明ではターボ分子ポンプ
TMP1〜TMP3について説明したが、図１のターボ分子ポン
プTMP4〜TMP7についても同様に考え、ターボ分子ポンプ
TMP1〜TMP7の順に起動開始時刻をずらす。その結果、タ
ーボ分子ポンプTMP1〜TMP7の起動時のピークが互いにず
れて、消費電力ピークの大きさを従来より低減すること
ができる。

【００１８】「変形例１」図５は第１の実施の形態の変
形例を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）はターボ分子ポン
プTMP1〜TMP3の運転状態と回転数および消費電力との関
係を示したものである。上述した図３に示す例では、タ
ーボ分子ポンプTMP1〜TMP7の起動開始時刻を互いにずら
すことによってトータルの消費電力のピーク値を低減す
るようにした。一方、この変形例では、起動動作時間Δ
ｔ’＝ｔ11−ｔ42を図３（ａ）の場合の起動動作時間Δ
ｔ＝ｔ11−ｔ12よりも長くすることにより、消費電力ピ
ーク時の電力値を低減させるようにした。図５（ａ）に
示すように、起動動作時間が長くなったことによりピー
クＰ５の値Ｗ５は図３（ａ）の場合のピーク値Ｗ１より
も小さくなる。

【００１９】ターボ分子ポンプTMP2，TMP3もターボ分子
ポンプTMP1と同様の起動制御を行うので、図６の実線で
示すように３台の合計消費電力Ｗ６（＝３×Ｗ５）は、
図６の破線で示す消費電力Ｗ４（図３（ａ）のような制
御を行った場合の消費電力）よりも小さくなる。なお、
起動動作以外の制御は図３（ａ）の場合と同様としたの
で、定格運転時および停止時の消費電力はいずれの場合
も同じになる。なお、ターボ分子ポンプTMP4〜TMP7につ
いてもターボ分子ポンプTMP1〜TMP3と同様に起動動作時
間を長くする。通常、ターボ分子ポンプでは、起動動作
時間は図２の駆動制御回路２０において設定されてい
る。そこで、装置１に搭載するポンプの台数に応じて、
各電源装置１１の駆動制御回路２０に設定されている起
動動作時間を変更すれば良い。この変更を装置１のコン
トローラ２２側から設定するようにしても良い。

【００２０】「変形例２」図７は第２の変形例を示す図
であり、図３と同様の図である。第２の変形例では、装
置起動時に全てのターボ分子ポンプTMP1〜TMP7を同時に
起動するが、起動動作時間を各々異なるようにした。図
７はターボ分子ポンプTMP1〜TMP3について示したもので
あるが、各ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3を時刻ｔ11に起
動開始させる。しかし、各ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3
の起動動作時間Δｔ１，Δｔ２，Δｔ３は、Δｔ１＜Δ
ｔ２＜Δｔ３のように設定した。そのため、各ターボ分
子ポンプTMP1〜TMP3のピークＰ１，Ｐ７，Ｐ８の発生時
刻がずれるとともに、ピークＰ７，Ｐ８の消費電力Ｗ
７，Ｗ８はピークＰ１の消費電力Ｗ１よりも小さくな
り、Ｗ８＜Ｗ７＜Ｗ１となっている。３台合計したトー
タルの消費電力は図７（ｄ）のようになり、ピーク時の
消費電力が従来よりも小さくなる。なお、図７に示す変
形例において、さらに、起動開始時刻をターボ分子ポン
プTMP1〜TMP7毎に変えても良い。

【００２１】上述したように、第１の実施の形態では、
装置起動時に複数のターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の起動
開始時刻を互いにずらしたり起動動作時間を長くしたり
することによって、装置起動時におけるターボ分子ポン
プTMP1〜TMP7の全体に関するピーク電力を従来より低減
することができる。その結果、半導体製造装置１の電源
部２３（図２参照）の容量を小さくすることが可能とな
り、電源部の小型化およびコストダウンを図ることがで
きる。

【００２２】−第２の実施の形態− 第２の実施の形態では、複数のターボ分子ポンプが一つ
の装置の排気装置として使用されることを前提としたポ
ンプシステムについて説明する。図８はポンプシステム
の構成を示す図である。なお、図２と同様の部分には同
一の符号を付した。上述した第１の実施の形態では、図
１，２に示すように半導体製造装置１にポンプ本体１０
と電源装置１１とから成るターボ分子ポンプ単体を７台
搭載している。一方、図８に示すポンプシステムでは、
７台のポンプ本体１０と、各ポンプ本体１０に対応して
設けられた７台の駆動装置３０と、７台の駆動装置３０
に直流電力を供給する共通の電力変換部３１とから成
る。駆動装置３０は図２の電源部１１から電力変化部１
６を除いた部分に相当するものであり、電力変換部３１
からの電力により磁気軸受け１３およびモータ２１をそ
れぞれ駆動制御する。

【００２３】電力変換部３１には、半導体製造装置の電
源部２３を介して交流電力が供給される。一方、各駆動
装置３０の磁気軸受制御回路１５および駆動制御回路２
０のオン・オフは制御部２４によって制御される。各ポ
ンプ本体１０は第１の実施の形態で説明したのと同様の
方法で駆動制御される。すなわち、７台合計したときの
ピーク電力が低減されるように、各ポンプ本体１０の起
動開始時刻を互いにずらしたり起動動作時間を長くした
りする。

【００２４】そのため、第１の実施の形態と同様に、半
導体製造装置の電源部２３の容量を従来より小さくする
ことができ、小型化および低コスト化を図ることができ
る。さらに、第２の実施の形態では、７台のポンプ本体
１０および駆動装置３０に対して共通の電力変換部３１
から電力を供給するようにしたので、７つの電力変換部
１６を設ける場合に比べて小型化およびコストダウンを
図ることができる。さらに、電力変換部３１に対するピ
ーク電力を電力変換部１６（図２）のピーク電力Ｗ１の
７倍よりもかなり小さくすることができ、単に７台分の
電力変換部１６を一つにまとめた以上の小型化、コスト
ダウンを図ることができる。

【００２５】なお、図８に示した例では装置側の制御部
２４によって各駆動装置３０のオン・オフを制御した
が、図９のようにポンプシステム側に別にポンプ制御部
３２を設けて、このポンプ制御部３２により各駆動装置
３０のオン・オフを制御するようにしても良い。この場
合、ポンプ制御部３２は、装置側制御部２４からの装置
起動信号を受信すると、予め設定された時間間隔で順に
ポンプ本体１０を起動する。すなわち、装置側の制御部
２４は、装置起動時のターボ分子ポンプの起動順序を考
慮する必要のない従来の構成のままで良い。そのため、
従来の独立した７台のターボ分子ポンプから図９に示す
ポンプシステムへの置き換えが容易となる。

【００２６】以上説明した実施の形態では、半導体製造
装置を例に説明したがターボ分子ポンプが複数用いられ
る装置ならば本発明を適用することができる。また、装
置に搭載されるターボ分子ポンプの数は７台に限らな
い。

【００２７】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、半導体製造装置１は請求項１
の装置を、制御部２４は制御装置を、ポンプ本体１０は
請求項２のターボ分子ポンプを、ポンプ制御部３２は制
御部をそれぞれ構成する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のターボ分子ポンプを起動させたときに、ポンプ起
動時における定格回転直前の消費電力ピークの発生時刻
がポンプ毎に異なるため、ポンプ全体の消費電力のピー
ク値を低減することができる。その結果、ターボ分子ポ
ンプが搭載された装置の電源容量を低く抑えることがで
き、装置のコスト低減を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体製造装置の構成の一例を示した平面図で
ある。

【図２】ターボ分子ポンプTMP1〜TMP7の概略構成を示す
図である。

【図３】ターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の制御例を示した
図であり、（ａ）〜（ｃ）は運転状態と回転数および消
費電力との関係を示し、（ｄ）はトータルの消費電力を
示す。

【図４】トータルの消費電力を従来の場合と比較して示
した図である。

【図５】第１の変形例を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）
はターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の運転状態と回転数およ
び消費電力との関係を示したものである。

【図６】第１の変形例におけるトータルの消費電力を従
来の場合と比較して示した図である。

【図７】第２の変形例を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）
はターボ分子ポンプTMP1〜TMP3の運転状態と回転数およ
び消費電力との関係を示し、（ｄ）ははトータルの消費
電力を示す。

【図８】第２の実施の形態おけるポンプシステムの構成
を示す図である。

【図９】図８に示すポンプシステムの変形例を示す図で
ある。

【図１０】ターボ分子ポンプの運転状態と回転数および
消費電力との関係を示す図である。

【符号の説明】

１半導体製造装置２〜５プロセスチャンバ６ロード室７アンロード室８搬送室１０ポンプ本体１１電源装置１６，３１電力変換部２２コントローラ２３電源部２４制御部３０駆動装置３２ポンプ制御部 TMP1〜TMP7 ターボ分子ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のターボ分子ポンプの起動時の消費
電力ピーク発生時刻が各ターボ分子ポンプ毎にそれぞれ
異なるように、前記各ターボ分子ポンプの起動開始時刻
および起動動作時間の少なくとも一方を制御する制御装
置を設けたことを特徴とする複数のターボ分子ポンプを
備えた装置。
【請求項２】複数のターボ分子ポンプと、前記複数のターボ分子ポンプ毎に設けられ、対応するタ
ーボ分子ポンプを駆動制御する複数の駆動装置と、交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を前記
複数の駆動装置のそれぞれに供給する電力変換部と、前記複数のターボ分子ポンプの起動時の消費電力ピーク
発生時刻が各ターボ分子ポンプ毎にそれぞれ異なるよう
に、前記各ターボ分子ポンプの起動開始時刻および起動
動作時間の少なくとも一方を制御する制御部とを備えた
ことを特徴とするポンプシステム。