JP2007303420A - ターボ分子ポンプおよびターボ分子ポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化および低コスト化を図ることができ、装置取付の自由度の向上を図ることができるターボ分子ポンプの提供。
【解決手段】 操作ユニット４は駆動制御ユニット３に着脱可能に接続されており、真空処理装置１に搭載する場合には、駆動制御ユニット３は装置コントローラ１１により操作されるので操作ユニット４を必要としない。また、ポンプメンテナンスの際には、操作ユニット４を駆動制御ユニット３の入力部Ｃ１に接続して、操作ユニット４によりターボ分子ポンプを操作する。操作ユニット４が入力部Ｃ１に接続されると、駆動制御ユニット３はリモートモードから操作ユニットモードに自動的に切り替わり、操作ユニット４からの操作信号のみが有効とされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空処理装置等に用いられるターボ分子ポンプおよびターボ分子ポンプシステムに関する。

半導体製造装置等の真空処理装置においては、複数台のターボ分子ポンプが用いられることが多い（例えば、特許文献１参照）。ターボ分子ポンプはポンプ本体とポンプコントローラとから成り、ポンプコントローラの操作パネルには、ポンプ操作を行うための操作ボタンや、ポンプ状態を表示するための表示部などが設けられている。通常、ポンプコントローラには外部信号入力部が設けられており、操作パネルによる運転と外部信号による運転との間を切替スイッチ等により切り替えることができる。

このようなターボ分子ポンプを半導体装置等のシステムに組み込んで使用する場合には、システムのコントローラからの指令（外部信号）によりリモート操作されるため、ポンプメンテナンス等を除いてポンプコントローラの操作パネルを操作することはほとんど無い。そのため、ポンプコントローラは半導体装置内部に配置される場合が多い。

特開２００１−０５９４９７号公報

しかしながら、ポンプコントローラが装置内部に配置されてしまうと、メンテナンス時における操作パネルの操作性が低下する。特に、半導体装置全体の小型化が要求されるため、空きスペースにポンプコントローラが配置される傾向が高くなり、操作性が著しく低下するという問題が生じる。

請求項１の発明によるターボ分子ポンプは、入力操作部を有する操作ユニットが着脱可能に接続され、その操作ユニットからの保守用操作信号が入力される保守用信号入力部、および駆動用操作信号が入力される駆動用信号入力部を有する駆動制御ユニットと、駆動制御ユニットにより制御されるポンプ本体とを備え、駆動制御ユニットは、信号入力部のいずれか一方から入力された操作信号に基づいてポンプ本体を駆動制御することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、駆動制御ユニットは、（ａ）保守用信号入力部への操作ユニットの接続および非接続を検出する検出手段と、（ｂ）接続が検出された場合には保守用信号入力部からの操作信号が有効で駆動用信号入力部からの操作信号が無効であると判定し、非接続が検出された場合には駆動用信号入力部からの操作信号が有効で保守用信号入力部からの操作信号が無効であると判定する判定手段とを備え、判定手段により有効とされた操作信号に基づいて駆動制御を行うようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項２に記載のターボ分子ポンプにおいて、検出手段の検出状態が接続から非接続に変化した場合には、判定手段は、非接続に変化してから所定時間経過するまでは接続時の有効判定を継続し、所定時間経過後は駆動用信号入力部からの操作信号を有効と判定するようにしたものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、駆動用信号入力部および保守用信号入力部、ポンプ本体との接続コネクタおよび電源入力用コネクタを、駆動制御ユニットの筐体の一つの面に配置したものである。
請求項５の発明によるターボ分子ポンプシステムは、請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプと、操作ユニットとを備えたことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載のターボ分子ポンプにおいて、所定時間を変更する変更手段を、前記操作ユニットに設けたものである。
請求項７の発明は、請求項５または６に記載のターボ分子ポンプシステムにおいて、操作ユニットは、駆動制御ユニットのポンプ情報の操作ユニットへの出力を要求する信号と、駆動用操作信号とを保守用操作信号として出力するようにしたものである。
請求項８の発明は、請求項５〜７のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプシステムにおいて、操作ユニットにポンプ情報を外部へ出力する出力手段を備えたものである。
請求項９の発明は、請求項５〜８のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプシステムにおいて、操作ユニットは、保守用信号入力部および駆動用信号入力部のいずれか一方を選択する選択操作部を備え、判定手段は、接続が検出された場合には、選択操作部により選択された信号入力部からの操作信号を有効と判定するようにしたものである。

本発明によれば、駆動制御ユニットは駆動用信号入力部と保守用信号入力部とを備え、保守用信号入力部に操作ユニットが着脱可能に接続されるように構成したので、ターボ分子ポンプの小型化および低コスト化を図ることができ、装置取付の自由度の向上を図ることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明によるターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図であり、真空処理装置１に設けられたターボ分子ポンプの概略構成を示すブロック図である。ターボ分子ポンプのポンプ本体２は、真空処理装置１の処理チャンバ１２に固定されている。図１に示したターボ分子ポンプは磁気軸受式ターボ分子ポンプであり、ポンプ本体２は、回転翼（不図示）が形成されたロータ２１と、ロータ２１を回転駆動するモータ２２と、ロータ２１を磁気浮上支持する磁気軸受２３とを備えている。２４はロータ回転を検出する回転数センサ、２５はポンプ温度を検出する温度センサである。

ポンプ本体２の駆動制御を行う駆動制御ユニット３は真空処理装置１の筐体内に収納されており、リモート駆動用操作信号が入力される入力部Ｃ２と保守用操作信号が入力される入力部Ｃ１とが設けられている。本実施の形態の駆動制御ユニット３には電源オン操作やスタート・ストップ操作をするための操作部は設けられておらず、入力部Ｃ２に接続されている装置コントローラ１１からの操作信号、または、入力部Ｃ１に接続される操作ユニット４からの操作信号によりこれらの動作が行われる。保守用の操作ユニット４は入力部Ｃ１に自由に着脱ができ、保守時等に操作ユニット４が接続される。装置コントローラ１１は真空処理装置１全体の動作を制御する制御部であって、真空処理装置１に設けられた操作パネル１３によって操作される。

駆動制御ユニット３には、モータ２２を駆動制御するモータ駆動部３１と、磁気軸受２３を駆動制御する磁気軸受制御装置３２とが設けられている。３３は外部電源１２からの交流電力を直流電力に変換してモータ駆動部３１や磁気軸受制御装置３２などに供給するＤＣ電源である。これらは制御部３４によりコントロールされる。制御部３４はＣＰＵやその周辺回路やメモリなどにより構成され、メモリにはポンプ制御のためのパラメータが記憶されている。

また、操作ユニット４は、上述した操作機能に加えて、ポンプ状態に関する情報を制御部３４から取得してモニタする監視機能や、制御部３４に記憶されている制御パラメータを変更したりする設定機能を備えている。ポンプ情報としては、例えば、回転数センサ２４や温度センサ２５で検出されるロータ回転数やポンプ温度、モータおよび磁気軸受の駆動電流値、ロータ浮上位置、パラメータの設定値などがある。

通常、図１に示すように真空処理装置１に搭載されている場合には、ターボ分子ポンプは装置コントローラ１の指令によりリモート操作される。そして、ターボ分子ポンプのメンテナンス等の際には、操作ユニット４を入力部Ｃ１に接続して、操作ユニット４によりターボ分子ポンプを独立に操作する。また、ターボ分子ポンプを単体で使用する場合には操作ユニット４が常時接続され、操作ユニット４が従来のターボ分子ポンプの操作部として機能する。なお、操作ユニット４側に取得されたポンプ情報は、操作ユニット４に設けられた情報出力端子４８を介してパソコン等の情報処理装置１０１へと取り込むことができる、

なお、駆動制御ユニット３において、入力部Ｃ１，Ｃ２、ポンプ本体２との接続コネクタ、電源入力用コネクタなどの外部と接続する部材は、筐体の一つの面に集約して配置するようにする。そうすることにより、真空処理装置内における駆動制御ユニット３の配置の自由度が増す。

図２は、操作ユニット４の操作パネルの一例を示す図である。４１は電源スイッチであり、この電源スイッチ４１を操作することにより、操作ユニット４のオンオフ操作を行うことができる。

起動後、スタートスイッチ４２を操作するとモータ２２によるロータ回転駆動が開始される。ストップスイッチ４３を操作すると、ロータ回転駆動が停止され、ブレーキが作動する。４７は表示モニタであり、ポンプ情報をモニタする場合や、パラメータ設定を行うような場合には、操作ボタン４５，４６を操作して表示モニタ４７に情報表示画面や設定画面を表示し、情報表示や設定を行う。

モードスイッチ４４は駆動制御ユニット３の操作モードを切り替えるためのスイッチであり、入力部Ｃ１に入力される操作ユニット４からの操作信号によりターボ分子ポンプを操作するモード（main）と、入力部Ｃ２に入力される装置コントローラ１１からの操作信号によりターボ分子ポンプを操作するモード（remote）との切替を行うことができる。以下では、モードスイッチ４４が「main」に切り替えられたときのモードを操作ユニットモードと呼び、モードスイッチ４４が「remote」に切り替えられたときのモードをリモートモードと呼ぶことにする。

モードスイッチ４４を「main」側に操作すると操作ユニットモードに切り替わってランプ４４ａが点灯し、逆に、モードスイッチ４４を「remote」側に操作するとリモートモードに切り替わってランプ４４ｂが点灯する。なお、操作ユニット４によるポンプ情報のモニタは、操作モードがいずれであるかに関係せず常に行うことができる。

《操作モードの説明》
次に、駆動制御ユニット３の操作モードについて、図３，４を用いて説明する。図３は操作モード切替の基本的な動作を示したものである。駆動制御ユニット３の電源がオンされると、操作モードはリモートモードとなる。その後、入力部Ｃ１に操作ユニット４が接続されているか否かの検出動作を行い、入力部Ｃ１に操作ユニット４が接続されていることが検出されると操作ユニットモードに切り替わる。逆に、操作ユニット４を接続した状態から接続を外して分離すると、操作モードは操作ユニットモードからリモートモードへと切り替わる。

この接続の検出は制御部３４で行われるが、例えば、ハードウェア的検出方法としては、接続によって入力部Ｃ１のコネクタの特定のピン間が短絡されるような構成とし、その短絡を検出することにより接続されたことを検出する。また、通信により操作ユニット４と駆動制御ユニット３とを接続する場合には、操作ユニット４から所定の通信コマンドを送信し、制御部３４はその通信コマンドを受信したら操作モードを操作ユニットモードに切り替える。

前述したように、真空処理装置のユニットの一部として取り付けられたターボ分子ポンプは、通常は装置コントローラ１１の操作命令によって動作している。そして、メンテナンス時に操作ユニット４を接続すると、駆動制御ユニット３は装置コントローラ１１によるリモートモードから操作ユニットモードとなり、操作ユニット４による独立した操作が可能となる。そのため、真空処理装置１の稼働中においても、容易にターボ分子ポンプのメンテナンスを行うことができる。メンテナンスが終了したならば、操作ユニット４を分離するだけで元のリモートモードに戻すことができる。

このように、本実施の形態のターボ分子ポンプでは、必要なときにだけ操作ユニット４を接続し、必要でないときには取り外すことができるような構成としたので、ターボ分子ポンプの小型化を図ることができる。また、操作ユニット４は複数の駆動制御ユニット３に対して共用することができるので、多数のターボ分子ポンプを使用する場合には装置のコストダウンを図ることができる。

なお、複数のターボ分子ポンプを一台の操作ユニット４でメンテナンスするような場合には、図５に示すように複数の駆動制御ユニット３と一台の操作ユニット４間に切替器１００を設け、その切替器１００を切り替えることによって順に接続するようにしても良い。切替器１００は真空処理装置１に設けても良いし、操作ユニット４と一体で設けても良い。また、操作ユニット４の情報出力端子４８に情報処理装置（パーソナルコンピュータ）１０１を接続し、各駆動制御ユニット３から収集したポンプ情報を情報処理装置１０１で一括管理するようにしても良い。

（モードスイッチ４４による切替）
図３に示した操作モード切替動作は基本形を示したものであり、さらに、操作ユニット４のモードスイッチ４４の状態や制御部３４に設定されている遅延時間設定に応じて、図４に示すようなより細かな切り替え動作を行うことができる。まず、モードスイッチ４４の状態によるモード切替について説明する。

モードスイッチ４４は、操作ユニット４が駆動制御部３に接続されている状態において、リモートモードと操作ユニットモードとを手動で切り替えるためのスイッチである。モードスイッチ４４を「main」にした状態で操作ユニット４を駆動制御ユニット３の入力部Ｃ１に接続した場合には、動作パターン（Ａ）に示すように駆動制御ユニット３の操作モードはリモートモードから操作ユニットモードへと切り替わる。そして、接続状態であってもモードスイッチ４４を「main」から「remote」に切り替えると、動作パターン（Ｂ）のように操作モードは操作ユニットモードからリモートモードへと切り替わる。さらに、モードスイッチ４４を「main」へと切り替えれば、操作ユニットモードに戻る。

図３に示した基本動作は、モードスイッチ４４を「main」にした状態で操作ユニット４の接続・分離を行った場合の切り替え動作に対応している。なお、モードスイッチ４４を「remote」にした状態で操作ユニット４を入力部Ｃ１に接続した場合には、操作モードはリモートモードが維持される。

このようなモードスイッチ４４を設けて、操作ユニット４を接続した状態でリモートモードと操作ユニットモードとを切り替え可能としたことにより、操作ユニット４による運転状態のモニタ機能のみを使用しつつ、装置コントローラ１１からの操作信号を有効としたい場合や、必要なときにのみ操作ユニット４から操作を行いたい場合などに対応することができる。

（切替の遅延動作）
上述した説明では、操作ユニット４を分離して操作ユニットモードからリモートモードに切り替える場合、分離すると直ちに操作モードが切り替わるようになっている。しかし、誤って接続を外してしまった場合や、作業の関係でいったん外してつなぎ直したい場合に、不用意にリモートモードに切り替わると不都合が生じる場合がある。例えば、真空処理装置がダウンしている場合、装置コントローラ１１のリモート信号はストップ状態となっており、ロータ回転状態で不用意にリモートモードに切り替わるとブレーキがかかってしまうという不都合が生じる。

そこで、本実施の形態では、操作ユニット４の分離を検出してから所定時間経過するまで操作ユニットモードを維持し、所定時間経過したらリモートモードに切り替えるような遅延機能を駆動制御ユニット３に備えるようにした。この場合、操作ユニット４の操作ボタン４５，４６を操作することで所定時間（すなわち遅延時間）の設定を行えるようにした。ここでは、操作ユニット４を分離しても操作ユニットモードが維持されるような設定も、遅延時間が無限大である場合として遅延機能に含めるようにした。そのような設定を「維持状態」とし、所定時間が有限な場合の設定を「遷移状態」とする。

設定を行う場合には、操作ボタン４５，４６を操作して表示モニタ４７に設定画面を表示させる。そして、その設定画面上で「維持状態」または「遷移状態」のいずれかを選択する。「遷移状態」を選択した場合には、さらに遅延時間に相当する所定時間を入力する。設定が完了すると、制御部３４内に記憶されている設定条件が入力された設定条件に変更される。なお、所定時間設定は上述したように操作ユニット４から行っても良いし、駆動制御ユニット３側に設定手段を設けても良い。

図４の動作パターン（Ｃ）は「遷移状態」に設定された場合のパターンを示したものであり、操作ユニット４が分離されてから所定時間が経過すると操作ユニットモードからリモートモードに切り替わる。一方、動作パターン（Ｄ）は「遷移状態」に設定され所定時間が経過していない場合を示したものであり、所定時間内は操作ユニットモードに保たれる。

また、「維持状態」に設定した場合も動作パターン（Ｄ）となり、この場合には、制御部３４内の設定が変更されない限り操作ユニットモードに保たれたままとなる。例えば、複数台のターボ分子ポンプを一台の操作ユニット４を用いてメンテナンスする場合には、各駆動制御ユニット３を「維持状態」に設定しておけば、作業中に、接続していない駆動制御ユニット３がリモートモードとなることが無く、メンテナンス作業がやりやすくなる。

以上説明した本実施の形態の作用効果をまとめると以下のようになる。
（１）駆動制御ユニット３が保守用信号入力部Ｃ１と駆動用信号入力部Ｃ２とを備え、操作ユニット４が保守用信号入力部Ｃ１に着脱可能に接続されるように構成したので、ターボ分子ポンプの小型化および低コスト化を図ることができ、装置に組み付ける際の自由度が増える。
（２）駆動制御ユニット３は、（ａ）保守用信号入力部Ｃ１への操作ユニット４の接続および非接続を検出する検出手段３４と、（ｂ）接続が検出された場合には保守用信号入力部Ｃ１からの操作信号が有効で駆動用信号入力部Ｃ２からの操作信号が無効であると判定し、非接続が検出された場合には駆動用信号入力部Ｃ２からの操作信号が有効で保守用信号入力部Ｃ１からの操作信号が無効であると判定する判定手段３４とを備え、判定手段３４により有効とされた操作信号に基づいて駆動制御を行うようにした。その結果、操作ユニット４の着脱に連動して、使用すべき操作信号が自動的に選択される。

（３）検出手段３４の検出状態が接続から非接続に変化した場合には、非接続に変化してから所定時間経過するまでは接続時の有効判定を継続し、所定時間経過後は駆動用信号入力部Ｃ２からの操作信号を有効と判定するようにしので、誤って操作ユニット４を分離してた場合でも操作ユニットモードを維持したまま接続し直すことができ、作業効率の向上を図ることができる。さらに、所定時間を変更する変更手段を操作ユニット４に設けても良い。
（４）保守用信号入力部Ｃ１および駆動用信号入力部Ｃ２、ポンプ本体２との接続コネクタおよび電源入力用コネクタを、駆動制御ユニット３の筐体の一つの面に配置することで、真空処理装置内における駆動制御ユニット３の配置の自由度が増す。
（５）また、ターボ分子ポンプと操作ユニット４とを備えたターボ分子ポンプシステムとすることにより、ターボ分子ポンプの小型化および低コスト化を図ることができ、装置に組み付ける際の自由度が増える。

（６）駆動制御ユニット３のポンプ情報の操作ユニット４への出力を要求する信号と、駆動用操作信号とを保守用操作信号として操作ユニット４から出力することにより、保守用信号入力部Ｃ１を介して駆動制御ユニット３のポンプ情報を収集することができる。また、収集したポンプ情報を出力手段４８を介して外部へ出力することができる。そのため、ターボ分子ポンプの運転操作や運転状況のモニタを駆動制御ユニット３から離れたとこから行うことができる。
（７）保守用信号入力部Ｃ１および駆動用信号入力部Ｃ２のいずれか一方を選択する選択操作部４４を設け、接続が検出された場合には、選択操作部４４により選択された信号入力部からの操作信号を有効と判定するようにしたので、操作ユニット４が接続された状態でも操作ユニットモードとリモートモードとの切替を行うことができる。

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、入力部Ｃ１は保守用信号入力部を、入力部Ｃ２は駆動用信号入力部を、スイッチ４１〜４４，操作ボタン４５，４６は入力操作部を、制御部３４は検出手段，判定手段を、情報出力端子４８は出力手段を、モードスイッチ４４は選択操作部を、操作ユニット４は変更手段をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明によるターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図である。 操作ユニット３の操作パネルの一例を示す図である。 操作モード切替の基本的な動作を示す図である。 操作モード切替の詳細な動作を示す図である。 一台の操作ユニット４で複数の駆動制御ユニット３を操作する場合のブロック図。

符号の説明

１：真空処理装置
２：ポンプ本体
３：駆動制御ユニット
４：操作ユニット
１１：装置コントローラ
３４：制御部
Ｃ１，Ｃ２：入力部
４４：モードスイッチ
４８：情報出力端子

Claims (9)

1. 入力操作部を有する操作ユニットが着脱可能に接続され、その操作ユニットからの保守用操作信号が入力される保守用信号入力部、および駆動用操作信号が入力される駆動用信号入力部を有する駆動制御ユニットと、
   前記駆動制御ユニットにより制御されるポンプ本体とを備え、
   前記駆動制御ユニットは、前記信号入力部のいずれか一方から入力された操作信号に基づいて前記ポンプ本体を駆動制御することを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記駆動制御ユニットは、（ａ）前記保守用信号入力部への前記操作ユニットの接続および非接続を検出する検出手段と、（ｂ）前記接続が検出された場合には前記保守用信号入力部からの操作信号が有効で前記駆動用信号入力部からの操作信号が無効であると判定し、前記非接続が検出された場合には前記駆動用信号入力部からの操作信号が有効で前記保守用信号入力部からの操作信号が無効であると判定する判定手段とを備え、前記判定手段により有効とされた操作信号に基づいて前記駆動制御を行うことを特徴とするターボ分子ポンプ。
3. 請求項２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記検出手段の検出状態が接続から非接続に変化した場合には、
   前記判定手段は、非接続に変化してから所定時間経過するまでは接続時の有効判定を継続し、所定時間経過後は前記駆動用信号入力部からの操作信号を有効と判定することを特徴とするするターボ分子ポンプ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記駆動用信号入力部および保守用信号入力部、前記ポンプ本体との接続コネクタおよび電源入力用コネクタを、前記駆動制御ユニットの筐体の一つの面に配置したことを特徴とするターボ分子ポンプ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプと、
   前記操作ユニットとを備えたことを特徴とするターボ分子ポンプシステム。
6. 請求項５に記載のターボ分子ポンプシステムにおいて、
   前記所定時間を変更する変更手段を、前記操作ユニットに設けたことを特徴とするターボ分子ポンプシステム。
7. 請求項５または６に記載のターボ分子ポンプシステムにおいて、
   前記操作ユニットは、前記駆動制御ユニットのポンプ情報の前記操作ユニットへの出力を要求する信号と、前記駆動用操作信号とを前記保守用操作信号として出力することを特徴とするターボ分子ポンプシステム。
8. 請求項５〜７のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプシステムにおいて、
   前記操作ユニットは、前記ポンプ情報を外部へ出力する出力手段を備えたこと特徴とするターボ分子ポンプシステム。
9. 請求項５〜８のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプシステムにおいて、
   前記操作ユニットは、前記保守用信号入力部および駆動用信号入力部のいずれか一方を選択する選択操作部を備え、
   前記判定手段は、前記接続が検出された場合には、前記選択操作部により選択された信号入力部からの操作信号を有効と判定することを特徴とするターボ分子ポンプシステム。

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