JP2013079602A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】生成物付着防止温度までの昇温時間を短縮することができるターボ分子ポンプの提供。
【解決手段】ターボ分子ポンプは、排気機能部が形成されたロータがモータ６により回転駆動されるポンプ本体と、ポンプ本体を加熱するヒータ５５と、ポンプ本体の温度を検出する温度センサ４４と、温度センサ４４の検出情報に基づいて、ポンプ本体の温度が生成物付着防止温度となるようにヒータ５５の通電を制御する制御回路３０２と、ヒータ５５の通電が開始されると、同期駆動制御から、同期タイミングから所定位相角だけ遅れたタイミングで駆動制御するモータ発熱制御へ移行し、ポンプ本体の温度が生成物付着防止温度となったならばモータ発熱制御から同期駆動制御へ戻るように、モータ６を駆動制御するモータ駆動回路３０３と、を備える。このようにモータ６を駆動制御することにより、ポンプ本体の昇温時間を短縮できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプ内への生成物堆積を発生させるようなガスを排気するためのターボ分子ポンプに関する。

チャンバ内をターボ分子ポンプにより高真空にしてＣＶＤ成膜やエッチングを行う装置では、排気するガス種によっては、ポンプ内部でガスが凝縮してポンプ内に生成物が付着しやすい。このような生成物の付着が生じると、ロータバランスが悪化するなどの不都合が生じる。そのため、ポンプ本体を加熱するヒータと、ポンプ本体を冷却する冷却装置とを制御して、ポンプ温度を生成物が付着しにくい温度に保持する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１９７４０号公報

しかしながら、ポンプ本体をヒータで加熱して昇温する場合、ポンプ本体の質量が大きいために温度上昇に時間が掛かるという問題があった。

請求項１の発明によるターボ分子ポンプは、排気機能部が形成されたロータがブラシレスＤＣモータにより回転駆動されるポンプ本体と、ポンプ本体を加熱するヒータと、ポンプ本体の温度を検出するポンプ温度センサと、ポンプ温度センサの検出情報に基づいて、ポンプ本体の温度が生成物付着防止温度となるようにヒータの通電を制御する制御回路と、ヒータの通電が開始されると、同期駆動制御から、同期タイミングから所定位相角だけ遅れたタイミングで駆動制御するモータ発熱制御へ移行し、ポンプ本体の温度が生成物付着防止温度となったならばモータ発熱制御から同期駆動制御へ戻るように、ブラシレスＤＣモータを駆動制御するモータ駆動回路と、を備えたことを特徴とする。
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、ヒータ通電開始時にポンプ本体にガス負荷が掛かっているか否かを判定する判定部を備え、駆動回路は、判定部によりガス負荷が掛かっていると判定された場合にはモータ発熱制御へ移行しない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、ブラシレスＤＣモータの電流値を検出する電流センサを備え、判定部は、ヒータ通電開始時における電流センサの検出電流値に基づいてガス負荷が掛かっているか否かを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乃至３のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、ブラシレスＤＣモータの温度を検出するモータ温度センサと、制御回路およびモータ駆動回路を収納する電源ケースと、電源ケース内の温度を検出する電源内温度センサと、を備え、駆動回路は、モータ発熱制御へ移行した後に、電源内温度センサの検出温度が電源内温度閾値以上の場合、または、モータ温度センサの検出温度がモータ温度閾値以上の場合には、同期駆動制御でブラシレスＤＣモータを駆動制御するようにしたものである。
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、電源ケースはポンプ本体に一体に固定されるとともに、該電源ケース内を冷却する冷却装置を備え、冷却装置は、同期駆動制御の時には駆動され、モータ発熱制御の時には停止されるようにしたものである。

本発明によれば、生成物付着防止温度までの昇温時間を短縮することができる。

図１は本実施の形態のターボ分子ポンプ１の概略構成を示す図である。 電源装置３０の概略構成を示すブロック図である。 加熱モードの処理手順の一例を示すフローチャートである。 ステップＳ３０におけるモータ発熱モードの処理の一例を示すフローチャートである。 モータ６およびモータ駆動回路３０３を示す図である。 回転センサ４７とナット部材４６との位置関係を示す図である。 駆動電圧の通電パターンを説明する図である。 位相角度θを説明する図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は本実施の形態のターボ分子ポンプ１の概略構成を示す図である。ターボ分子ポンプ１は磁気軸受式のターボ分子ポンプであり、図１に示すようにポンプ本体２０と電源装置３０とがボルト固定された電源一体型のターボ分子ポンプである。

ロータ２が取り付けられたシャフト３は、ベース４に設けられた電磁石５１，５２によって非接触支持されている。シャフト３の浮上位置は、ベース４に設けられたラジアル変位センサ５３およびアキシャル変位センサ５４によって検出される。ラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１と、アキシャル磁気軸受を構成する電磁石５２と、変位センサ５３，５４とで５軸制御型磁気軸受が構成される。なお、磁気軸受が作動していない状態では、シャフト３はメカニカルベアリング２７，２８によって支持される。

シャフト３の下端には円形のロータディスク４１が設けられており、このロータディスク４１を上下に挟むように電磁石５２が設けられている。そして、電磁石５２によりロータディスク４１を吸引することによりシャフト３がアキシャル方向に浮上する。ロータディスク４１はナット部材４６によりシャフト３の下端部に固定されている。ナット部材４６は、回転センサ４７のセンサターゲットとしても機能している。回転センサ４７はナット部材４６との距離を検出する距離センサであり、本実施の形態ではインダクタンスセンサが用いられている。回転センサ４７としては、ロータ回転と同期した信号を出力するものであれば上述したものに限らず、光エンコーダ等を用いても良い。

ロータ２には、回転軸方向に複数段の回転翼８が形成されている。上下に並んだ回転翼８の間には固定翼９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼８と固定翼９とにより、ポンプ本体２０のタービン翼段が構成される。各固定翼９は、スペーサ１０によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１０は、固定翼９を保持する機能とともに、固定翼９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。

さらに、固定翼９の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１１が設けられており、ネジステータ１１の内周面とロータ２の円筒部１２との間にはギャップが形成されている。図１のターボ分子ポンプでは、回転翼８と円筒部１２がロータ２の排気機能部を構成している。ロータ２と、スペーサ１０によって保持された固定翼９とは、吸気口１３ａが形成されたケーシング１３内に納められている。ロータ２が取り付けられたシャフト３を電磁石５１，５２により非接触支持しつつモータ６により回転駆動すると、吸気口１３ａ側のガスは背圧側に排気され、背圧側に排気されたガスは排気口２６に接続された補助ポンプにより排出される。

ベース４にはヒータ５５が装着されている。ベース４の温度は温度センサ４４により計測される。また、温度センサ５６によってモータ温度が計測される。なお、図１ではベース４にヒータ５５を設けているが、必ずしもこの位置に限定されるものではなく、ポンプ構造によっては、ポンプ本体２０のケーシング１３に設けられる場合もある。ベース４の底面側には、ポンプ本体２０を駆動制御する電源装置３０がボルト固定され、ポンプ本体２０と電源装置３０とが一体となっている。

電源装置３０の電子部品は、ポンプ本体２０にボルト固定されるベース板３１と、ベース板３１に固定されたケース３２によって囲まれた空間に収納されている。電源装置３０内には、温度センサ３６が設けられている。ここでは、電源内温度計測のために回路基板上に温度センサ３６を配置しているが、例えば、発熱の大きな回路素子に密着するように設けてもよい。ベース板３１には冷却パイプ３４が埋設されており、冷却パイプ３４に冷却水を流すことで、電源装置３０冷却を行っている。冷却水の供給ラインには電磁弁３５が設けられている。

図２は、電源装置３０の概略構成を示すブロック図である。電源装置３０には、ＡＣ／ＤＣ変換回路３００、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１、制御回路３０２、モータ駆動回路３０３、磁気軸受駆動回路３０４、スイッチ３０５等が設けられている。ＡＣラインには、スイッチ３０５を介してヒータ５５が接続されている。ＡＣ／ＤＣ変換回路３００は電源装置３０に入力される交流電力を直流電力に変換する。ＡＣ／ＤＣ変換回路３００の直流電力は、モータ駆動回路３０３や磁気軸受駆動回路３０４に供給される。また、ＡＣ／ＤＣ変換回路３００から出力された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１により低電圧の直流電力に変換され、制御回路３０２に供給される。

モータ駆動回路３０３，磁気軸受駆動回路３０４，スイッチ３０５は制御回路３０２の指令に基づき動作する。モータ駆動回路３０３は、回転センサ４７の回転情報に基づいてモータ６を回転駆動する。磁気軸受駆動回路３０４は、変位センサ５３，５４の位置情報に基づいて磁気軸受を構成する電磁石５１，５２の電流を制御する。制御回路３０２は、温度センサ３６，４４，５６等の情報に基づいて電磁弁３５の開閉、ヒータ５５のスイッチ３０５の開閉を制御する。制御回路３０２には、温度センサ３６，４４，５６からの温度情報や、電流センサ３０６により検出されたモータ電流値の情報が入力される。

前述したように、ＣＶＤ装置やエッチング装置などに使用されるターボ分子ポンプでは、排気するガス種によってはポンプ内部でガスが凝縮し、生成物としてポンプに付着・堆積しやすい。そのため、ヒータ５５でポンプ本体２０を加熱し、ポンプ温度を生成物が付着・堆積しにくい温度（以下では、この温度を目標温度と称する）まで上昇させるようにしている。なお、図１ではヒータ５５のみでポンプ温度を目標温度に調整する構成としているが、ポンプ本体側にも冷却水パイプを設け、ヒータ５５と冷却水とで温度調整を行うようにしてもよい。

生成物が付着しやすいガスを排気する場合、ヒータ５５による加熱を開始してポンプ温度を上述した目標温度まで上昇させる。しかし、その昇温の間においても生成物が付着するので、生成物の付着を極力抑えるためには昇温時間の短縮が必要となる。そこで、本実施の形態では、モータ６の発熱が大きくなるようなモータ制御を行い、そのモータ発熱を利用して昇温時間を短縮するようにした。以下では、先ず、モータ発熱を利用した昇温の動作手順を説明し、その後で、モータ発熱を大きくするためのモータ制御の詳細について説明する。

《昇温動作の説明》
図３，４は昇温動作を説明するためのフローチャートである。図３に示すフローチャートは、付着・堆積防止のための加熱を行う加熱モードの処理手順の一例を示したものである。ターボ分子ポンプが装着されている装置に設けられた上位コントローラから電源装置３０に加熱モードの指令が入力されたり、電源装置３０に設けられたスイッチ等の操作により指令が入力されたりすると、図３の処理がスタートする。

ステップＳ１０では、図２のスイッチ３０５をオンしてヒータ５５に電力を供給し加熱を開始する。ステップＳ２０では、ポンプにガス負荷が掛かっていない無負荷運転中か否かを判定する。すなわち、プロセス中か否かを判定する。

ＣＶＤ成膜処理やエッチング処理はガスを流しながら行われるので、ターボ分子ポンプにガス負荷が掛かる。ポンプにガス負荷が掛かるとモータ６の回転が低下する傾向となるが、モータ駆動回路３０３は、モータ電流を増やすことによってモータ回転を一定（定格回転数）に保持するようにしている。後述するように、本実施の形態におけるモータ発熱モードでは、モータ効率を下げてモータ発熱を増加させている。そのため、ガス負荷が大きなプロセス中の場合には、モータ回転が低下して排気性能が下がるおそれがあるので、それを避けるためにモータ発熱モードは実行しないようにする。また、ガス負荷が掛かっているときはガス排気に伴う発熱やモータ発熱の増加により、モータ発熱モードを実行しなくても昇温時間がある程度短縮される。

ステップＳ２０で無負荷運転中と判定されるとステップＳ３０に進んでモータ発熱モードの処理を実行し、逆に、無負荷運転中でないと判定されるとステップＳ４０へ進む。なお、無負荷運転中か否かの判定は、例えば、ポンプ本体２０が装着されている装置側のコントローラから、プロセス中であることを示す信号が入力されるように構成されている場合には、その信号が電源装置３０に入力されたか否かで判定することができる。

また、ガス負荷が掛かっているときには、回転数が低下しないようにモータ電流が増加されるため、モータ電流の増加から無負荷運転か否かを判定することができる。図２に示したように、電源装置３０にはモータ電流を検出する電流センサ３０６が設けられている。制御回路３０２は、電流センサ３０６の検出値に基づいて、モータ電流が所定量以上変化した場合には、ガス負荷が掛かっていると判定する。このとき、回転センサ４７の検出情報に基づいて、ロータ回転数が定格回転であることを確認する。なお、プロセス中のガス流量は予め設定されているので、そのガス流量から上記所定量を予め決定することができる。

なお、ステップＳ２０では無負荷か否かで判定しているが、プロセス中のガス負荷がある程度小さい場合には、定格回転に維持するための電流もその分小さくモータ発熱の増加も小さい。また、モータ６をモータ発熱制御で駆動しても、回転が低下するおそれもない。このように、ガス負荷が小さければ、ガス負荷中にモータ発熱制御を行っても構わない。その場合、図３のステップＳ２０を削除した制御となる。

ステップＳ３０のモータ発熱モードの処理については後述するが、このモータ発熱モードが実行されるとモータ発熱が増加し、ポンプ温度の昇温時間を短縮することができる。ステップＳ４０では、目標温度Ｔ０に対して温度センサ４４の温度計測値ＴｐがＴ０＋ΔＴ以上となったか否かを判定し、Ｔｐ−Ｔ０≧ΔＴと判定するとステップＳ５０に進む。本実施の形態では、加熱モード時のポンプ温度ＴｐをＴ０−ΔＴ≦Ｔｐ≦Ｔ０＋ΔＴの範囲で制御する。

ステップＳ５０では、スイッチ３０５をオフして、ヒータ５５への通電を停止する。ステップＳ６０では、加熱モード停止の指令が入力されたか否かを判定する。ステップＳ６０でＹＥＳと判定されると、加熱モードに関する一連の処理を終了する。一方、ステップＳ６０でＮＯと判定された場合には、ステップＳ７０に進み、ポンプ温度Ｔｐが低下してＴ０−Ｔｐ≧ΔＴの範囲に入ったか否かを判定する。ステップＳ７０でＹＥＳと判定されると、ステップＳ８０へ進んでスイッチ３０５をオンしヒータ５５に通電する。ステップＳ８０の処理が終了したらステップＳ４０へ戻る。

図４は、ステップＳ３０におけるモータ発熱モードの処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ３０１では、モータ６の駆動制御を、それまでの同期駆動制御から、モータ６の効率を下げて発熱量を増加させるモータ駆動制御（以下では、この制御をモータ発熱制御と称する）へ移行する。なお、詳細は後述するが、モータ発熱制御は、モータステータが形成する回転磁界の位相とモータロータの回転磁界の位相とを同期させず、位相をずらして駆動する運転モードのことである。

ステップＳ３０２は、温度センサ５６により計測されるモータ温度Ｔａが閾値（上限値）Ｔａth未満か否かを判定する。これは、モータ発熱制御を行うとモータ６の発熱が増してモータ温度Ｔａが上昇するので、モータ６が過熱状態とならないように予め設定されている閾値Ｔａthよりも低い温度にモータ温度Ｔａを管理するものである。ステップＳ３０２で閾値Ｔａth以上と判定されると、ステップＳ３０５へ進みモータ発熱制御を停止する。すなわち、モータ６を通常通りに同期回転駆動させる。一方、閾値Ｔａth未満と判定されるとステップＳ３０３へ進む。

ステップＳ３０３では、温度センサ３６により計測される電源内温度Ｔｂが閾値（上限値）Ｔｂth未満か否かを判定する。効率の低いモータ発熱制御を行うと、回転を維持するためにエネルギーロスの分だけモータ電流が大きくなる。その結果、モータ駆動回路３０３の発熱が増大し、電源内温度Ｔｂが上昇する。この場合も、電子回路の信頼性の関係から、電源内温度Ｔｂを閾値Ｔｂth未満に管理する。ステップＳ３０３でＴｂ≧Ｔｂthと判定されると、Ｓ３０５へ進みモータ発熱制御から通常の同期駆動制御に移行する。一方、閾値Ｔｂth未満と判定されるとステップＳ３０４へ進む。

ステップＳ３０４では、ポンプ温度Ｔｐが目標温度Ｔ０以上となったか否かを判定する。ステップＳ３０４でＴｐ≧Ｔ０と判定されると、Ｓ３０５へ進みモータ発熱制御から通常の同期駆動制御に移行する。一方、ステップＳ３０４でポンプ温度Ｔｐが目標温度Ｔ０未満であると判定されると、ステップＳ３０２へ戻る。

（変形例）
図１に示すように、ターボ分子ポンプは電源装置内を冷却するための冷却系（冷却パイプ３４、電磁弁３５）を備えている。これは電源装置内の電子部品からの発熱で電源内温度が上昇するため、冷却系によって温度上昇を抑えている。上述したように、モータ６を発熱モードで駆動すると、モータ電流値が増加するため、電源装置３０の発熱も増加し電源温度が上昇する。そして、一体型ターボ分子ポンプの場合には、図１のように電源装置３０がポンプ本体２０に密着しているので、電源装置３０の発熱をポンプ本体２０の加熱に利用することができる。すなわち、モータ発熱モードの時には電磁弁３５を閉じて、電源装置３０の温度を意図的に上昇させる。

このように、モータ６の発熱だけではなく、電源装置３０の発熱もポンプ本体２０の温度上昇に用いることで、ポンプ本体昇温時間の短縮を図ることができる。なお、図４で説明したように、モータ発熱モードの時に電源内温度Ｔｂが閾値Ｔｂth以上となるとモータ発熱モードは停止されるので、これに併せて電磁弁３５も開かれ、電源装置３０の冷却が再開される。

《モータ駆動方法の説明》
次に、モータ発熱運動を行う際のモータ駆動方法について説明する。図５は、モータ６およびモータ駆動回路３０３を示す図である。モータ６にはＤＣブラシレスモータが用いられ、モータ６は永久磁石が設けられたモータロータ６２と、回転磁界を生成するモータステータ６１とを備えている。回転センサ４７のセンサターゲットとして機能するナット部材４６は、モータロータ６２と一体に回転する。モータ駆動回路３０３は、回転パルス生成部７０，モータ駆動波形生成回路７２，信号遅延部７３，回転速度検出部７４，遅延時間演算部７５，位相差記憶部７６，差分演算部７７，位相差測定部７８およびパターン記憶部７９を備えている。モータ駆動波形生成回路７２は、図２に示したＡＣ／ＤＣ変換回路３００から電源が供給される。

モータステータ６１に設けられたＵ相巻線，Ｖ相巻線およびＷ相巻線には、モータ駆動波形生成回路７２により駆動電圧が印加される。なお、図１では回転センサ４７をナット部材４６のアキシャル方向（図示下方）に配設したが、図５では、位置関係が分かりやすいように回転センサ４７をナット部材４６のラジアル方向に配設した場合について示した。

図６は回転センサ４７とナット部材４６との位置関係を示す図であり、（ａ）は回転センサ４７をナット部材４６のアキシャル方向に配設した場合を示し、（ｂ）は回転センサ４７をナット部材４６のラジアル方向に配設した場合を示す。図６（ａ）の場合、ナット部材４６の下面は段差ｈを有する凹凸面となっており、凸面４６ａおよび凹面４６ｂはそれぞれ回転角度に関して１８０度ずつに振り分けられている。

一方、図６（ｂ）のようにラジアル方向に回転センサ４７を配設する場合には、センサ対向面であるナット部材４６の外周面に、段差ｈの凸面４６ａおよび凹面４６ｂが形成されている。回転センサ４７からは、段差ｈによるインダクタンスの変化に応じた信号が回転パルス生成部７０に出力される。回転パルス生成部７０では、後述する図７のタイムチャートに示すような回転パルス信号Ｇが生成される。回転パルス信号Ｇは、回転センサ４７がナット部材４６の凸面４６ａに対向するとHigh（Ｈ）状態となり、逆に凹面４６ｂに対向するとLow（Ｌ）状態となる。

上述したように、図３のステップＳ３０におけるモータ発熱モードでは、モータロータ６２の回転に対して、モータステータ６１で生成される回転磁界の位相を意図的にずらすことにより、モータ発熱を増加させるようにしている。先ず、同期回転駆動について説明する。

（同期回転駆動の場合）
ここでは、モータロータ６２の回転と同期して得られる同期信号を回転速度情報および位相差情報に基づいて補正し、正しい回転位置信号を算出するようする。図５において、回転パルス生成部７０から出力される回転パルス信号Ｇは、信号遅延部７３、回転速度検出部７４および位相差測定部７８に入力される。位相差測定部７８は、回転パルス信号Ｇおよびモータステータ６１に印加される駆動電圧に基づいて、ナット部材４６の段差部４６ｃの位置とモータロータ６２のＮ極とＳ極との境界面の位置との角度ズレθ（以下では、位相角度θと呼ぶ）を算出する。算出された位相角度θは、位相差記憶部７６に記憶される。なお、この位相角度θは、ナット部材４６をシャフト３（図１参照）に固定する際の組み立て誤差等によって生じる。位相角度θの算出方法については後述する。

回転速度検出部７４は、回転センサ４７の回転パルス信号Ｇに基づいてモータロータ６２の回転周波数ｆを演算し、算出された回転周波数ｆを遅延時間演算部７５に出力する。また、得られた回転周波数ｆから回転周期Ｔ１＝１／ｆを算出し、回転周期Ｔ１を６分割して得られる通電パターン切替時間Ｔ１／６をモータ駆動波形生成回路７２に入力する。

遅延時間演算部７５は、位相差記憶部７６に記憶されている位相角度θと、回転速度検出部７４で算出されたロータ回転周波数ｆとに基づいて、磁極位置を表す回転位置信号Ｓと回転パルス信号Ｇとの間の遅延時間Δｔ（図５参照）を次式（１）に基づいて算出する。
Δｔ＝（１／ｆ）・（θ／３６０） …（１）

遅延時間演算部７５で算出された遅延時間Δｔは信号遅延部７３に入力される。信号遅延部７３は、入力された回転パルス信号Ｇと遅延時間Δｔとに基づいて正しい回転位置信号Ｓを生成し、その回転位置信号Ｓをモータ駆動波形生成回路７２に出力する。モータ駆動波形生成回路７２は、入力された回転位置信号Ｓおよび通電パターン切替時間Ｔ１／６に基づいて、モータステータ６１の各巻線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に駆動電圧を印加する。

図７は駆動電圧の通電パターンを説明する図であり、回転パルス生成部７０から出力される回転パルス信号Ｇ，信号遅延部７３から出力される回転位置信号Ｓ、およびＵ，Ｖ，Ｗ相に印加される電圧を示すタイムチャートである。図７における１周期目の回転位置信号Ｓの周期は、回転速度検出部７４で算出される回転パルス信号Ｇの周期Ｔ１と同一であるが、遅延時間Δｔだけ遅れて生成される。さらに、次の周期の回転位置信号Ｓは、２周期目の回転パルス信号Ｇ（周期Ｔ２）の立ち上がりからΔｔだけ遅れて立ち上がる。

モータ駆動波形生成回路７２では、２周期目の回転位置信号Ｓの立ち上がりと同期して通電パターンの生成を開始する。通電パターンの切り替えは、回転速度検出部７４から入力された通電パターン切替時間Ｔ１／６に基づいて行われる。さらに、３周期目の回転位置信号Ｓも３周期目の回転パルス信号Ｇに対してΔｔだけ遅れて立ち上がり、その回転位置信号Ｓの立ち上がりと同期して通電パターンが生成される。

２周期目の回転位置信号Ｓの周期は２周期目の回転パルス信号Ｇの周期Ｔ２と等しいが、加速時や減速時にはロータ回転速度が変化するので、１周期目の周期Ｔ１に対して一般的にＴ２≠Ｔ１となる。図５に示す例ではＴ２＜Ｔ１（加速状態）となっている。そのため、１周期目の信号波形の６番目の通電パターンの継続時間はＴ１／６よりも短くなる。

このように、回転センサ４７から出力される回転パルス信号Ｇを、回転周波数ｆおよび位相角度θから算出される遅延時間Δｔにより補正して正しい回転位置信号Ｓを算出し、その回転位置信号Ｓにより通電パターンを生成することにより、モータロータ６２の磁極位置と回転パルス信号Ｇとの間に位相角度θが生じていても同期駆動が可能となる。その結果、ナット部材４６をシャフト３に固定する際に、段差部４６ｃの位置をモータロータ６２のＮ極とＳ極との境界面の位置と正確に一致させる必要がなく、組み立て作業の効率化を図ることができる。

なお、位相角度θを算出するためには、回転速度検出部７４で安定した回転周波数ｆが算出できる程度の回転速度でモータロータ６２が回転していることが必要となる。そのため、始動時においては、図７に示すような通電パターンと同様の駆動電圧をモータロータ６２の磁極位置とは無関係に非同期で生成し、その周期を順次短くすることによりロータ２を所定の回転速度まで加速する。そして、ロータ回転速度が、回転速度検出部７４により安定した回転周波数ｆが取得可能な所定回転速度となったならば、上述したような同期運転に移行する。

ここで、位相差測定部７８における位相角度θの算出方法について説明する。位相角度θを算出するためには、まず、停止状態にあるモータロータ６２を上述したように非同期で始動し、所定回転速度となったならばいったん駆動電圧をオフする。差分演算部７７にはＵ相に誘起される逆起電圧と中性点の電圧とが入力され、そこで「（差分）＝（逆起電圧）−（中性点電圧）」が算出される。図８（ａ）は差分信号の一例を示す図であり、周期的な差分信号の１周期分、すなわちロータ１回転分を示したものである。ここでは２極モータを例に説明しているので、１回転の間に差分信号の正負が１回ずつ現れている。

位相差測定部７８では、差分信号がゼロとなる点（ゼロクロス点）を検出する。このゼロクロス点Ｐと従来のホールセンサ等で検出される回転位置信号Ｓとの間に角度で３０度の位相差があることは、従来から知られている。一方、位相差測定部７８に入力された回転パルス信号Ｇ（図８（ｃ）参照）は、図８（ａ）の差分信号に対して位相がずれている。そこで、位相差測定部７８は、ゼロクロス点Ｐが検出されるタイミングと回転パルス信号Ｇの立ち上がりのタイミングとの時間差Ｔと、所定の位相差３０度と、回転速度検出部７４で検出される回転周期Ｔ１とに基づいて、次式（２）により回転パルス信号Ｇと回転位置信号Ｓとの位相差θ（＝位相角度θ）を算出する。
θ＝（Ｔ／Ｔ１）× ３６０−３０ …（２）

この位相差θは位相角度θとして位相差記憶部７６に記憶される。いったん位相角度θが取得された後は、上述したように信号遅延部７３により回転位置信号Ｓを生成し、モータロータ６２の磁極位置に同期してモータ駆動を行う。なお、上述したゼロクロス点を求める方法は、従来のセンサレスモータに用いられている方法と同様のものであるが、本実施の形態ではモータ駆動電圧をオフにして逆起電圧を測定するようにしているので、ＰＷＭ駆動時のスイッチングノイズ等が重畳されず、簡単な回路構成でゼロクロス点のタイミングを容易に取得することができる。

すなわち、従来のセンサレス駆動方式に比べて回転センサ４７がコストアップ要因となるが、制御系が簡素化されるためトータルではコスト削減効果がある。また、制御そのものがセンサレスの場合より簡単になり、安定度も向上する。

なお、上述した実施の形態では、Ｕ相の逆起電圧を利用したが、Ｖ相またはＷ相の逆起電圧を利用しても良い。また、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の一つの相の逆起電圧を計測し、その最大値Vmax と最低値Vmin（＝０ V）との中間電圧（Vmax − Vmin）／２を求め、その中間電圧と計測される逆起電圧とが一致するタイミングを上述したゼロクロス点の代わりに利用しても良い。その場合、位相差θは上記同様（２）式で算出される。さらにまた、２つの相の逆起電圧の差分、例えばＵ相の逆起電圧とＶ相の逆起電圧との差分を利用しても良い。その場合には、位相差θは次式（３）により算出される。
θ＝Ｔ／Ｔ１ × ３６０ …（３）

（モータ発熱モードの場合）
このように、同期運転の場合には、回転センサ４７から出力される回転パルス信号Ｇを、回転周波数ｆおよび位相角度θから算出される遅延時間Δｔにより補正して正しい回転位置信号Ｓを算出し、その回転位置信号Ｓにより通電パターンを生成するようにしている。一方、ステップＳ３０におけるモータ発熱モードにおいては、位相角度θが算出されたならば、その位相角度θに代えてθ−δなる位相角度を用いて遅延時間Δｔを算出して通電パターンを生成する。すなわち、同期タイミングからδだけ位相を遅らせた状態で回転駆動する。位相遅れδの値については、あまり大きすぎると回転が減速したり逆転したりする場合があるので、せいぜい２０〜３０deg程度とするのが好ましい。

なお、位相角（θ−δ）のように位相をずらす処理は遅延時間演算部７５において行われる。モータ発熱モードにおいては、図４のステップＳ３０１のタイミングにおいて制御回路３０２から遅延時間演算部７５にディレイ指令が入力される。遅延時間演算部７５は、ディレイ指令を受信すると、位相差記憶部に記憶されている位相角度θよりもδだけ遅れた位相角度θ−δを用いて遅延時間Δｔを算出し、それを信号遅延部７３に入力する。その結果、同期回転からδだけ位相の遅れた回転位置信号Ｓがモータ駆動波形生成回路７２に入力される。そして、ステップＳ３０５において、ディレイ指令が消えると、通常の同期運転に戻る。

以上説明実施の形態は、以下のような作用効果を奏する。
（１）ポンプ本体２０を加熱するヒータ５５の通電が開始されると、モータロータ６２の回転とモータステータ６１の回転磁界の回転とが同期した同期駆動制御から、ブラシレスＤＣモータであるモータ６を同期タイミングから所定位相角δだけ遅れたタイミングで駆動制御するモータ発熱モードへ移行し、ポンプ本体２０の温度Ｔｐが生成物付着防止温度Ｔ０となったならばモータ発熱モードから同期駆動制御へ戻るように、モータ６を駆動制御する。

このような効率の悪いモータ発熱モードを行うことによりモータ６の発熱量が増加し、ヒータ４５の発熱に加えてモータ６の発熱をポンプ本体２０の加熱に利用することができる。その結果、ポンプ温度Ｔｐの昇温時間を短縮することができる。

（２）さらに、ヒータ通電開始時にポンプ本体２０にガス負荷が掛かっているか否かを制御回路３０２で判定し、ガス負荷が掛かっている判定された場合にはモータ発熱モードへ移行しないようにする。このように、ポンプ本体２０にガス負荷が掛かっているプロセス中には、ロータ２の回転が低下しないようにモータ発熱モードへ移行しないこととする。それにより、プロセス中のチャンバ内圧力を安定に維持することができる。

（３）例えば、モータ６の電流値を検出する電流センサ３０６を備え、ヒータ通電開始時における電流センサ３０６の検出電流値に基づいてガス負荷が掛かっているか否かを判定する。ガス負荷が掛かると回転を維持しようとモータ電流が増加するので、その電流増加によりガス負荷が掛かっているか否かを判定することができる。

（４）電源装置３０内温度であるケース３２内の温度を検出する温度センサ３６と、モータの温度を検出するモータ温度センサ５６と、を備え、モータ発熱モードへ移行した後に、温度センサ３６の検出温度が電源内温度閾値以上の場合、または、温度センサ５６の検出温度がモータ温度閾値以上の場合には、同期駆動制御でモータ６を駆動制御することにより、モータ６や電源装置３０が過熱状態となるのを避けることができ、信頼性低下を防止できる。

（５）図１に示すように、制御回路３０２およびモータ駆動回路３０３を収納するケース３２はポンプ本体２０に一体に固定され、電源装置３０はケース３２内を冷却する冷却装置である冷却パイプ３４および電磁弁３５を備えている。そして、同期駆動制御の時には電磁弁３５を開いて冷却水による冷却を行い、モータ発熱モードの時には冷却水による冷却を停止する。これにより、モータ発熱モード時における電源装置３０の発熱をポンプ本体の昇温に利用することができ、昇温時間のさらなる短縮を図ることができる。

なお、図１に示した例では冷却水により電源装置３０の冷却を行ったが、冷却水による冷却に代えて冷却ファンを設けても良い。そして、モータ発熱モードの時には冷却ファンをオフにして、電源装置３０の冷却を停止する。

なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。例えば、上述した実施の形態では、インダクタンス式の回転センサ４７を用いてモータロータ６２の回転位置を検出するようにしているが、これに限らず、例えば、ホールセンサを用いて回転位置を検出する構成のものであっても本発明は適用できる。また、一体型ターボ分子ポンプを例に説明したが、本発明は、ポンプ本体と電源装置とをケーブルで接続する構成の別体型のターボ分子ポンプにも適用することができる。

１：ターボ分子ポンプ、２：ロータ、３：シャフト、４：ベース、６：モータ、８：回転翼、９：固定翼、１１：ネジステータ、１２：円筒部、２０：ポンプ本体、３０：電源装置、３４：冷却パイプ、３５：電磁弁、３６，４４，５６：温度センサ、４６：ナット部材、４７：回転センサ、５５：ヒータ、６１：モータステータ、６２：モータロータ、７０：回転パルス生成部、７２：モータ駆動波形生成回路、７３：信号遅延部、７４：回転速度検出部、７５：遅延時間演算部、７６：位相差記憶部、７７：差分演算部、７８：位相差測定部、７９：パターン記憶部、３０２：制御回路、３０３：モータ駆動回路、３０４：磁気軸受駆動回路、３０５：スイッチ、３０６：電流センサ

Claims (5)

1. 排気機能部が形成されたロータがブラシレスＤＣモータにより回転駆動されるポンプ本体と、
   前記ポンプ本体を加熱するヒータと、
   前記ポンプ本体の温度を検出するポンプ温度センサと、
   前記ポンプ温度センサの検出情報に基づいて、前記ポンプ本体の温度が生成物付着防止温度となるように前記ヒータの通電を制御する制御回路と、
   前記ヒータの通電が開始されると、同期駆動制御から、同期タイミングから所定位相角だけ遅れたタイミングで駆動制御するモータ発熱制御へ移行し、前記ポンプ本体の温度が前記生成物付着防止温度となったならば前記モータ発熱制御から前記同期駆動制御へ戻るように、前記ブラシレスＤＣモータを駆動制御するモータ駆動回路と、を備えたターボ分子ポンプ。
2. 請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記ヒータ通電開始時に前記ポンプ本体にガス負荷が掛かっているか否かを判定する判定部を備え、
   前記駆動回路は、前記判定部によりガス負荷が掛かっていると判定された場合には前記モータ発熱制御へ移行しない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、
   前記ブラシレスＤＣモータの電流値を検出する電流センサを備え、
   前記判定部は、前記ヒータ通電開始時における前記電流センサの検出電流値に基づいてガス負荷が掛かっているか否かを判定することを特徴とするターボ分子ポンプ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記ブラシレスＤＣモータの温度を検出するモータ温度センサと、
   前記制御回路および前記モータ駆動回路を収納する電源ケースと、
   前記電源ケース内の温度を検出する電源内温度センサと、を備え、
   前記駆動回路は、前記モータ発熱制御へ移行した後に、前記電源内温度センサの検出温度が電源内温度閾値以上の場合、または、前記モータ温度センサの検出温度がモータ温度閾値以上の場合には、前記同期駆動制御で前記ブラシレスＤＣモータを駆動制御することを特徴とするターボ分子ポンプ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記電源ケースは前記ポンプ本体に一体に固定されるとともに、該電源ケース内を冷却する冷却装置を備え、
   前記冷却装置は、前記同期駆動制御の時には駆動され、前記モータ発熱制御の時には停止されることを特徴とするターボ分子ポンプ。

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