JP2018159632A - 真空ポンプ、主センサ、及び、ネジ溝ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】流路内の析出物の化学組成を特定でない場合であっても、流路内に析出物が所定の厚さまで堆積したことを検知することができるセンサを備えた真空ポンプを提供する。【解決手段】真空ポンプ１は、間に内部流路が形成された回転部及び固定部と、ガスを吸入口から内部流路を通じて排気口に向けて送る排気機構と、内部流路の検出対象位置において堆積物が所定の厚さに達したことを検出するための主センサ４２と、を有する真空ポンプ１であって、主センサ４２は、所定の厚さに対応する間隔で内部流路に配置された少なくとも一対の電極５４、５６と、一対の電極５４、５６に接続され、一対の電極５４、５６間の静電容量を検出する静電容量検出回路４６と、を有し、静電容量検出回路４６は、静電容量の増加率が低下したことに基づき、内部流路内の堆積物が所定の厚さに達したと判定する。【選択図】図２

Description

本発明は、堆積物が所定の厚さに達したことを検出するための主センサ、この主センサを有する真空ポンプ、及び、真空ポンプのネジ溝ステータに関する。

半導体製造装置では半導体の製造に際し、真空ポンプにより反応装置から粉状の反応性物質やガス状の反応原料を排気している。反応装置から排気された反応性物質等は、真空ポンプ内の流路を通過するが、この際に、流路の壁面に析出する。このような析出物が多量に堆積してしまうと、真空ポンプ内のガスの流れが乱されたり、堆積物が回転部と衝突して破損したりする。

そこで、例えば、特許文献１、２には、運転に支障を生じる前に、未然に真空ポンプ内のメンテナンスを行うことができるように、真空ポンプの流路に静電容量型膜厚センサを設け、このセンサにより流路の壁面に析出した析出物の膜厚を測定することができる真空ポンプが開示されている。静電容量型膜厚センサは、一対又は複数対の電極と、この電極間の静電容量を検出する検出装置とを有する。電極表面に析出物が堆積すると、この析出物の比誘電率に応じて電極間の静電容量が変化する。このため、検出装置により対となる電極間の静電容量を検出し、この静電容量に基づき析出物の厚さを推定している。

特開平６−１０１６５５号公報 特開平６−１０９４０９号公報

ここで、比誘電率は化学物質により異なる。上記の静電容量型膜厚センサでは、析出物の比誘電率を用いて析出物の厚さを推定しているため、正確に析出物の厚さを推定するためには、析出物の化学組成を特定する必要がある。しかしながら、半導体の製造に用いられる原料等は半導体により異なる。このため、ポンプ内の流路に析出する析出物の化学組成は一定ではなく、正確に析出物の化学組成を特定することは困難である。このため、引用文献１、２に記載された静電容量型膜厚センサでは、正確に析出物の厚さを推定することができず、流路内に析出物が所定の厚さまで堆積したことを検知することが難しかった。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、流路内の析出物の化学組成を特定でない場合であっても、流路内に析出物が所定の厚さまで堆積したことを検知することができるセンサを備えた真空ポンプを提供することである。

本発明の真空ポンプは、間に内部流路が形成された回転部及び固定部と、ガスを吸入口から内部流路を通じて排気口に向けて送る排気機構と、内部流路の検出対象位置において堆積物が所定の厚さに達したことを検出するための主センサと、を有する真空ポンプであって、主センサは、所定の厚さに対応する間隔で内部流路に配置された少なくとも一対の電極と、一対の電極に接続され、一対の電極間の静電容量を検出する静電容量検出回路と、を有し、静電容量検出回路は、静電容量の増加率が低下したことに基づき、内部流路内の堆積物が所定の厚さに達したと判定する、ことを特徴とする。

主センサを構成する一対の電極に堆積した析出物の間に隙間がある場合（すなわち、一対の電極の間が析出物により埋まっていない場合）には、真空ポンプが駆動されて各電極の堆積物が堆積するのに応じて静電容量が増加する。これに対して、主センサを構成する一対の電極の間が堆積物で埋まって隙間がなくなった場合には、真空ポンプを駆動しても、電極間の静電容量のほとんど増加しなくなる。このため、上記構成の本発明によれば、静電容量の増加率が低下したことを検知することにより、一対の電極の間が堆積物で埋まった状態になったことを検出することができ、これにより、堆積物の化学組成にかかわらず、内部流路内の堆積物が所定の厚さに達したことを検知することができる。

本発明において、好ましくは、電極の間隔は、検出対象位置における回転部及び固定部の間隔の１〜２倍に設定されている。
堆積物はそれぞれの電極の表面に堆積するため、静電容量の増加率が低下した時点では、各電極に電極間の距離の半分の厚さまで堆積物が堆積したと推定することができる。したがって、ただ単に電極の回転部及び固定部の間が閉塞されるかどうかを検知する場合には、電極の間隔は、検出対象位置における回転部及び固定部の間隔の２倍に設定することが考えられる。しかしながら、このように回転部及び固定部の間が閉塞される程度まで析出物が堆積してしまうと、析出物により回転部が破損するおそれがある。これに対して、上記構成の本発明によれば、電極の間隔が検出対象位置における回転部及び固定部の間隔の１〜２倍に設定されているため、回転部及び固定部の間が閉塞される前に堆積物が所定の厚さまで堆積したことを検知することができる。

本発明において、好ましくは、一対の電極は、平板状であり、平行に配置されている。
このような構成の本発明によれば、平板状の電極の間に堆積した堆積物の厚さが所定の厚さに達したことを判定できる。

本発明において、好ましくは、一対の電極は、円筒状であり、同心同軸に配置されている。
このような構成の本発明によれば、円筒状の電極の間に堆積した堆積物の厚さが所定の厚さに達したことを判定できる。

本発明において、好ましくは、主センサは、排気機構の出口と真空ポンプの排気口とを結ぶ排気口側流路内に配置されている。
析出物は、排気機構の出口と真空ポンプの排気口との間で最も堆積する。このため、上記構成の本発明によれば、最も析出物が堆積する場所に主センサを設けることにより、確実に析出物が堆積することにより不具合を防止することができる。

本発明において、好ましくは、主センサは、排気口側流路のうち、真空ポンプの排気口から最も遠い部分に配置されている。
析出物は、排気口側流路の中でも、真空ポンプの排気口から最も遠い部分に堆積する。このため、上記構成の本発明によれば、最も析出物が堆積する場所に主センサを設けることにより、確実に析出物が堆積することにより不具合を防止することができる。

本発明において、好ましくは、一対の電極は、内部流路内を流れるガスの流れ方向に延びるように配置されている。
上記構成の本発明によれば、電極間にガスがスムーズに流れ、センサによりガスの流れを妨げることを抑止できる。

本発明において、好ましくは、排気機構は、最後段にネジ溝ポンプを含み、ネジ溝ポンプの出口近傍にガス抜き孔が設けられている。
ネジ溝ポンプの出口近傍では圧力が高くなる。ここで、析出物は圧力が高い部位で析出しやすいため、検出対象位置と、主センサが設けられた位置とで圧力差が大きいと、正確な析出物の厚さの検知ができない。これに対して、上記構成の本発明によれば、ネジ溝ポンプの出口近傍にガス抜き孔が設けられているため、ネジ溝ポンプの出口近傍と、主センサが設けられた位置と圧力差を低減し、より正確な析出物の厚さの検知を行うことができる。

本発明において、好ましくは、内部流路内に配置され、静電容量検出回路に接続された一対の電極を含む副センサをさらに有し、副センサの一対の電極の間隔は、主センサの一対の電極の間隔よりも短く設定されている。
上記構成の本発明によれば、副センサの間が析出物で埋められた時点の静電容量に基づき、析出物の比誘電率（誘電率）を求めることができ、この析出物の比誘電率と、主センサの電極間の静電容量に基づき、主センサの電極に堆積した析出物の厚さを推定することができる。

本発明において、好ましくは、主センサの一対の電極間の印加電圧が１００Ｖ以下となるように構成されている。
パッシェンの法則によれば、電極間の印加電圧が１００Ｖを超えると、真空ポンプの流路内の圧力において、放電が発生するおそれがある。これに対して、上記構成の本発明によれば、電極間の印加電圧が１００Ｖ以下であるため、電極間で放電が生じることを防止できる。

本発明において、好ましくは、主センサの一対の電極の表面には絶縁層が形成されている。
上記構成の本発明によれば、電極表面に導電性物質が堆積したとしても、電極間で短絡が生じることを防止できる。

本発明において、好ましくは、主センサの静電容量検出回路と一対の電極とは、検出時のみ通電される。
粉状の反応性物質やガス状の反応原料は帯電することがあり、析出物は反対の電荷に帯電した電極に堆積しやすい。これに対して、上記構成の本発明によれば、電極が検出時のみ帯電するため、粒子が電極に堆積しやすくなるのを防止できる。

本発明の主センサは、上記の真空ポンプに用いられる主センサである。

本発明のネジ溝ステータは、上記の真空ポンプに用いられ、ネジ溝ポンプを構成する、ネジ溝ステータである。

本発明によれば、流路内の析出物の化学組成が一定でない場合であっても、流路内に析出物が所定の厚さまで堆積したことを検知することができるセンサを備えた真空ポンプが提供される。

本発明の一実施形態による真空ポンプを示す鉛直断面図である。 本実施形態の真空ポンプの検知システムの構成を示すブロック図である。 本実施形態の真空ポンプの主センサの構成を示す鉛直断面図である。 本実施形態の真空ポンプのネジ溝ステータのらせん溝の排気口側の端部を展開して示す図である。 ネジ溝ステータの出口にガス抜き孔が設けられていない場合のらせん溝内のガスの圧力分布を示す図である。 主センサの一対の電極に堆積物が堆積する様子を示す図である。 経過時間と、主センサの一対の電極の静電容量との関係を示すグラフである。 検出対象位置における堆積物が所定の厚さまで堆積したか否かを判定する方法を説明するためのフローチャートである。 別の実施形態の主センサの一対の電極の形状を示し、（Ａ）は中心軸に垂直な平面における断面図であり、（Ｂ）は中心軸に沿った平面における断面図である。

以下、本発明による真空ポンプの一実施形態を図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による真空ポンプを示す鉛直断面図である。
図１に示すように、本実施形態の真空ポンプ１は、ケーシング１２Ａ及びベース１２Ｂにより構成された空間内に、ターボ分子ポンプ部Ｔ及びネジ溝ポンプ部Ｓからなる排気機構８を有し、ケーシング１２Ａの頂部に形成された吸入口２から内部流路６を通じてベース１２Ｂの側部に形成された排気口４に向けてガスを送るものである。真空ポンプ１は、ケーシング１２Ａ及びベース１２Ｂにより構成された空間内に、回転部１４と、ケーシング１２Ａに固定された固定部１６と、を有し、これら回転部１４と固定部１６との間に吸入口２から排気口４まで延びる内部流路６が形成されている。

回転部１４は、モータ１０によって回転されるシャフト１８と、シャフト１８に固定されたロータ部２０とを有する。ロータ部２０は、吸入口２側に設けられた複数のロータ翼２０Ａと、排気口４側に設けられた円筒部２０Ｂとを有する。ロータ翼２０Ａは、シャフト１８の軸線に垂直な平面に対して傾斜するように、放射状に延びたブレードからなる。円筒部２０Ｂは円筒状の部位であり、ロータ部２０はステンレスやアルミニウム合金などの金属により構成されている。

モータ部１０は、例えば、ＤＣブラシレスモータであり、シャフト１８の周りに設けられた複数の永久磁石１０ａと、永久磁石１０ａの周囲に設けられた複数の電磁石１０ｂとを有する。電磁石１０ｂの電流を順に切り替えることにより、永久磁石１０ａの周囲に回転磁界を生成することにより、永久磁石１０ａがこの回転磁界に追従し、シャフト１８が回転される。

また、モータ部１０の上下には、シャフト１８をラジアル方向に軸支する、ラジアル軸受部２４、２６が設けられている。ラジアル軸受部２４、２６としては、シャフト１８の周囲に設けられた複数の電磁石２４ａ、２６ａと、シャフト１８の電磁石２４ａ、２６ａに対向する位置に設けられたターゲット２４ｂ、２６ｂにより構成される。ラジアル軸受部２４、２６は、ターゲット２４ｂ、２６ｂに電磁石２４ａ、２６ａが吸引されることにより、シャフト１１をラジアル方向に非接触で支持する。

また、ラジアル軸受部２６の下方には、スラスト軸受部２８が設けられている。スラスト軸受部２８は、シャフト１８に設けられたアーマチュアディスク２８ａと、アーマチュアディスク２８ａの上下に設けられた電磁石２８ｂとを備える。スラスト軸受部２８は、電磁石２８ｂの磁力によりアーマチュアディスク２８ａが吸引されることにより、シャフト１１をスラスト方向に非接触で支持する。なお、ラジアル軸受部２４及びスラスト軸受部２８の近傍には位置センサ（図示せず）が設けられており、この位置センサによりシャフトの位置を検出し、シャフト１１が所定の位置となるように、ラジアル軸受部２４、２６及びスラスト軸受部２８の電磁石２４ａ、２６ａ、２８ｂへ供給する電力を制御する。

固定部１６は、吸入口２側に設けられたステータ翼３０と、排気口４側に設けられたネジ溝ステータ３２とを有する。ステータ翼３０は、シャフト１８の軸線に垂直な平面に対して傾斜し、ケーシング２の内周面から中心に向かって延びる複数のブレードにより構成される。ターボ分子ポンプ部Ｔ内では、ステータ翼３０と、ロータ翼２０Ａとが上下方向に交互に配置されている。

ネジ溝ステータ３２は、円筒状の部材であり、内周面にらせん溝３２ａが形成されている。らせん溝３２ａは、吸入口２側から排気口４に向かって、徐々に溝の深さが小さくなっている。図４は、本実施形態の真空ポンプのネジ溝ステータのらせん溝の排気口側の端部を展開して示す図である。同図に示すように、ネジ溝ステータ３２のらせん溝３２ａの出口（すなわち、ネジ溝ステータ３２の下縁部）には、ガス抜き孔としての切り欠き３２ｂが形成されている。

図５は、ネジ溝ステータの出口にガス抜き孔が設けられていない場合のらせん溝内のガスの圧力分布を示す図である。同図に示すように、らせん溝内のガスは、出口に向かって圧力が高くなり、出口近傍に高圧の領域が生じてしまう。これに対して、上述した通り、ネジ溝ステータ３２のらせん溝３２ａの出口に切欠き３２ｂを形成することにより、高圧の領域の発生を抑制することができる。

ネジ溝ステータ３２の下面と、ベース１２Ｂとの間には、ネジ溝ポンプ部Ｓの出口と排気口４とを結ぶ排気口側流路４０が形成されている。
上記構成により、真空ポンプ１は、モータ部１０により回転部１４が固定部１６に対して回転されると、前段のターボ分子ポンプ部Ｔでは、ロータ翼２０Ａにより気体分子が弾き飛ばされ、ステータ翼３０の間を通過する方向にガスが送られる。そして、ネジ溝ポンプ部Ｓにおいて、ネジ溝ステータ３２のらせん溝３２ａに沿って圧縮されながら送られる。これにより、吸入口２からガスが吸入され、排気機構８により内部流路６を送られ、排気口４から排出される。

また、本実施形態の真空ポンプ１は、内部流路６の検出対象位置における堆積物が所定の厚さに達したことを検知するための検知システムを有する。排気口側流路４０の真空ポンプの排気口４の水平方向反対側（排気口４から最も遠い部分）には、検知システムを構成する主センサ４２が設けられ、主センサ４２の近傍には副センサ（不図示）が設けられている。

図２は、本実施形態の真空ポンプの検知システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、検知システム５０は、主センサ４２と、副センサ４４と、制御装置５２とを有する。制御装置５２は、ＰＣなどの計算処理装置であり、例えば、液晶ディスプレイなどの表示装置４８を有する。また、制御装置５２内には、静電容量検出回路４６が形成されており、静電容量検出回路４６は表示装置４８に接続されている。なお、副センサ４４は省略することも可能である。

図３は、本実施形態の真空ポンプの主センサの構成を示す鉛直断面図である。図３に示すように、主センサ４２は、一対の電極５４、５６と、各電極５４、５６に接続されたコネクタ５８、６０とを有する。下方の電極５６は、絶縁素材からなるベースプレート６２上に水平に載置されており、上方の電極５４は下方の電極５６上に配置された絶縁素材からなるスペーサ５５により、電極５４，５６の間隔が所定の間隔となるように水平に支持されている。主センサ４２は、ベースプレート６２がネジ６４によりベース１２Ｂに固定されている。

排気口側流路４０では、ネジ溝ステータ３２のらせん溝３２ａを通ったガスが周方向に流れる。上述の通り、主センサ４２を構成する電極５４、５６は水平に支持されており、ガスの流れ方向に設けられている。

一対の電極５４、５６は、金属板からなり、表面には、例えば、アルマイトやＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））などの絶縁層が形成されている。各電極５４、５６にはベース１２Ｂに埋設されたコネクタ５８、６０が接続されており、コネクタ５８、６０から延びる電線６６Ａ，６６Ｂは、制御装置５２の静電容量検出回路４６に接続されている。

副センサ４４は電極６８、７０を有し、その構成は主センサ４２と電極間の距離のみが異なり、その他は主センサ４２と同じである。電極６８、７０に接続された電線７２Ａ，７２Ｂは、制御装置５２の静電容量検出回路４６に接続されている。

静電容量検出回路４６は、一対の電極間の静電容量を検知するための回路であり、真空ポンプ１の累積駆動時間ｔを計測するとともに、駆動時間がΔｔ経過するごとに、主センサ４２及び副センサ４４の静電容量Ｃ_m（ｔ）、Ｃ_s（ｔ）を測定する。そして、静電容量検出回路４６は、各時間における静電容量Ｃ_m（ｔ）、Ｃ_s（ｔ）に基づき、静電容量の増加率ｄＣ_m（ｔ）、ｄＣ_s（ｔ）を算出する。さらに、静電容量検出回路４６は、この静電容量の増加率ｄＣ_m（ｔ）、ｄＣ_s（ｔ）に基づき、析出物が所定の厚さまで到達したかどうかを検出する。
なお、静電容量検出回路４６により主センサ４２の静電容量を測定する際に一対の電極５４、５６に印加する印加電圧は１００Ｖ以下となるように設定されている。また、静電容量検出回路４６により副センサ４４の静電容量を測定する際に一対の電極６８、７０に印加する印加電圧も、１００Ｖ以下となるように設定されている。また、静電容量検出回路４６と、主センサ４２の一対の電極５４、５６及び副センサ４４の一対の電極６８、７０とは、静電容量を検出する間のみ通電しており、静電容量の検出の間は遮断されている。

本実施形態では、検出対象位置としてらせん溝３２ａの出口を設定し、検知システム５０によりらせん溝３２ａの出口における析出物が所定の厚さまで到達したかどうかを検出する場合について説明する。
まず、本実施形態の検知システムにより、析出物が所定の厚さまで到達したかどうかを検出する原理について説明する。
一対の平板状の金属からなる電極の静電容量Ｃは、Ｃ＝ε₀×ε_S×Ｓ／Ｌにより算出することができる。上記の式における、ε₀は真空の誘電率を示し、ε_Sは一対の電極の間の物質の比誘電率であり、Ｓは電極の面積であり、Ｌは電極の距離である。

図６は、主センサの一対の電極に堆積物が堆積する様子を示す図であり、図７は、経過時間と、主センサの一対の電極の静電容量との関係を示すグラフである。なお、経過時間とは、電極に堆積物が堆積していない時点をｔ₀とした真空ポンプの駆動時間である。図６（ａ）に示すように、初期の時刻ｔ＝ｔ₀では、電極には堆積物が堆積していない。このため、図７に示すように、主センサ４２の一対の電極５４、５６の間には、真空ポンプ１により吸引するガスが存在しており、静電容量は小さい値となっている。次に、図６（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝ｔ₁では、電極５４、５６の表面に堆積物Ａが析出する。このように電極５４、５６の表面に析出すると、堆積物Ａの比誘電率ε_Sは真空ポンプ１の内部流路６を流れるガスよりも大きいため、図７に示すように一対の電極５４、５６の静電容量が増加する。図６（ｂ）に示すように、電極５４、５６にそれぞれ析出した堆積物の間に隙間がある間は、静電容量は増加し続ける。これに対して、時刻ｔ＝ｔ₂において、図６（ｃ）に示すように電極５４、５６にそれぞれ析出した堆積物Ａの間に隙間がなくなると、電極５４、５６の間の物質の比誘電率ε_Sが変化しなくなるため、図７に示すように、時間当たりの静電容量の増加率が低下する。本実施形態の検知システムでは、静電容量検出回路４６により主センサ４２及び副センサ４４における静電容量を検出し、この静電容量の時間当たりの増加率が低下した場合に、主センサ４２及び副センサ４４の各電極５４、５６、６８、７０に、各電極の間隔の半分の厚さまで堆積物が堆積したと判定する。

これら主センサ４２の一対の電極５４、５６の間隔ｄ_m、及び、副センサ４４の一対の電極６８、７０の間隔ｄ_sは以下のようにして、検出対象位置における堆積物の危険とされる所定の厚さに対応して決められる。上述の通り、本実施形態では、らせん溝３２ａの出口における析出物が所定の厚さまで到達したかどうかを検出する。らせん溝３２ａの出口と、主センサ４２及び副センサ４４とが設けられる位置が非常に近く、らせん溝３２ａの出口と、主センサ４２及び副センサ４４とが設けられる位置ではガスの圧力や温度がほぼ等しい状態となっている。このような場合には、主センサ４２の電極５４、５６の間の間隔ｄ_mは、らせん溝３２ａの出口における回転部１４及び固定部１６の間隔（すなわち、円筒部２０Ｂと、らせん溝３２ａの溝底部の間隔）の１〜２倍に設定する。これは、固定部１６に堆積した析出物が回転部１４と接触して回転部１４を破損しないためである。

また、検出対象位置と、主センサ４２及び副センサ４４が設けられる位置とが離間している場合には、検出対象位置と、主センサ４２及び副センサ４４が設けられる位置におけるガスの温度や圧力を考慮して決定する。これは、ガスに含まれる成分は、温度や圧力により析出量が異なるためである。

また、副センサ４４の電極６８、７０の間隔ｄ_sは、例えば、主センサ４２の電極５４，５６の間隔ｄ_mの０．５倍など、主センサ４２の電極５４，５６の間隔ｄ_mよりも小さい間隔に設定する。これは、後述するように副センサ４４の静電容量に基づき堆積物Ａの比誘電率を推定するためである。

以下、本実施形態の真空ポンプの検知システムにより、検出対象位置における堆積物が所定の厚さまで堆積したか否かを判定する方法を説明する。図８は、検出対象位置における堆積物が所定の厚さまで堆積したか否かを判定する方法を説明するためのフローチャートである。
まず、真空ポンプの初めての使用時、又は、内部の堆積物を除去するメンテナンスを行った後、静電容量検出回路４６の累積駆動時間ｔをｔ＝０とし、静電容量検出回路４６の測定時間ｔ_m＝０に設定する（Ｓ０）。

次に、累積駆動時間ｔがｔ_mに到達すると、静電容量検出回路４６と、主センサ４２の一対の電極５４、５６及び副センサ４４の一対の電極６８、７０とを通電状態に切り替え、時刻ｔにおける主センサ４２及び副センサ４４の静電容量Ｃ_m（ｔ）、Ｃ_s（ｔ）を測定する（Ｓ１）。なお、主センサ４２及び副センサ４４の静電容量Ｃ_m（ｔ）、Ｃ_s（ｔ）の測定が完了したら、再び静電容量検出回路４６と、主センサ４２の一対の電極５４、５６及び副センサ４４の一対の電極６８、７０との接続を遮断する。

そして、ｔ＞０の場合には、測定した主センサ４２及び副センサ４４の静電容量Ｃ_m（ｔ）、Ｃ_s（ｔ）に基づき、時刻ｔにおける静電容量の増加率ｄＣ_m（ｔ）、ｄＣ_s（ｔ）を算出する（Ｓ２）。主センサ４２の静電容量の増加率ｄＣ_m（ｔ）は、例えば、ｄＣ_m（ｔ）＝（Ｃ_m（ｔ）−ｄＣ_m（ｔ−Δｔ））／Δｔとして算出すればよく、副センサ４４の静電容量の増加率ｄＣ_s（ｔ）＝（Ｃ_s（ｔ）−ｄＣ_s（ｔ−Δｔ））／Δｔとして算出すればよい。

次に、時刻ｔにおける副センサ４４の静電容量の増加率ｄＣ_s（ｔ）と、時刻ｔ−Δｔにおける副センサ４４の静電容量の増加率ｄＣ_s（ｔ−Δｔ）とを比較する（Ｓ３）。時刻ｔにおける副センサ４４の静電容量の増加率ｄＣ_s（ｔ）が、時刻ｔ−Δｔにおける副センサ４４の静電容量の増加率ｄＣ_s（ｔ−Δｔ）と等しい、または、ｄＣ_s（ｔ−Δｔ）よりも大きい場合（ｄＣ_s（ｔ）≧ｄＣ_s（ｔ−Δｔ））には、後述する、主センサ４２の静電容量の増加率ｄＣ_m（ｔ）と、時刻ｔ−Δｔにおける主センサ４２の静電容量の増加率ｄＣ_m（ｔ−Δｔ）とを比較するステップ（Ｓ７）へ進む。また、Ｓ３において、時刻ｔにおける副センサ４４の静電容量の増加率ｄＣ_s（ｔ）が、時刻ｔ−Δｔにおける副センサ４４の静電容量の増加率ｄＣ_s（ｔ−Δｔ）よりも小さい場合（ｄＣ_s（ｔ）＜ｄＣ_s（ｔ−Δｔ））には、副センサ４４の一対の電極６８、７０の間が析出物で埋まったと推定されるため、堆積物の比誘電率を算出するステップ（Ｓ４）へ進む。

堆積物の比誘電率を算出するステップ（Ｓ４）では、副センサ４４の一対の電極６８、７０の間隔ｄ_sと、測定した副センサ４４の静電容量Ｃ_sとに基づき、一対の電極６８、７０の間に堆積した析出物の比誘電率ε_Sを算出する。析出物の比誘電率ε_Sは、例えば、上述の式Ｃ＝ε₀×ε_S×Ｓ／Ｌに基づき算出することができる。なお、Ｓ１〜Ｓ８のステップは、Ｓ７においてｄＣ_m（ｔ）＜ｄＣ_m（ｔ−Δｔ）となるまで繰り返されるが、堆積物の比誘電率を算出するステップ（Ｓ４）は一度行った後は、省略することができる。

次に、上記算出した比誘電率ε_Sと、主センサ４２の静電容量Ｃ_m（ｔ）とに基づき、主センサ４２に堆積した析出物の厚さを推定する（Ｓ５）。そして、表示装置４８に推定した主センサ４２に堆積した析出物の厚さを表示する。この際、例えば、析出物の堆積の速度（時間当たりの堆積物の厚さの増加率）に基づき、真空ポンプ１を、今後どの程度の時間駆動すると、主センサ４２の一対の電極５４、５６の間が堆積物で閉塞されるか、すなわち、検出対象位置において堆積物が所定の厚さまで堆積するか、を表示するとよい。

次に、時刻ｔにおける主センサ４２の静電容量の増加率ｄＣ_m（ｔ）と、時刻ｔ−Δｔにおける主センサ４２の静電容量の増加率ｄＣ_m（ｔ−Δｔ）とを比較する（Ｓ７）。時刻ｔにおける主センサ４２の静電容量の増加率ｄＣ_m（ｔ）が、時刻ｔ−Δｔにおける主センサ４２の静電容量の増加率ｄＣ_m（ｔ−Δｔ）と等しい、または、ｄＣ_m（ｔ−Δｔ）よりも大きい場合（ｄＣ_m（ｔ）≧ｄＣ_m（ｔ−Δｔ））には、ｔ_m＝ｔ_m＋Δｔとして（Ｓ８）、Ｓ２に戻る。

また、Ｓ７においてｄＣ_m（ｔ）＜ｄＣ_m（ｔ−Δｔ）となった場合には、静電容量検出回路４６により主センサ４２の一対の電極５４、５６の間が堆積物により埋まったと判定し、表示装置４８により内部流路６の検出対象位置における堆積物が所定の厚さに達した旨の表示を行う。作業員は表示装置４８に内部流路６の検出対象位置における堆積物が所定の厚さに達した旨、表示された場合には、真空ポンプ１を解体してメンテナンスを行う。なお、Ｓ７は、Ｓ３においてｄＣ_s（ｔ）＜ｄＣ_s（ｔ−Δｔ）と判定されるまで省略することも可能である。

以上説明したように、主センサ４２を構成する一対の電極５４、５６に堆積した析出物の間に隙間があると、真空ポンプ１が駆動されて堆積物が堆積するのに応じて静電容量が増加する。これに対して、主センサ４２を構成する一対の電極５４、５６の間が堆積物で埋まり、隙間がなくなると、それ以降は真空ポンプ１を駆動しても、電極５４、５６間の静電容量のほとんど増加しなくなる。このため、本実施形態によれば、静電容量検出回路４６が、主センサ４２の一対の電極５４、５６の静電容量の増加率が低下したことを検知することにより、一対の電極５４、５６の間が堆積物で埋まった状態になったことを検出することができ、これにより、堆積物の化学組成にかかわらず、内部流路６内の堆積物が所定の厚さに達したことを検知することができる。

また、上記実施形態では、主センサ４２の一対の電極５４、５６の間隔は、検出対象位置における回転部１４及び固定部１６の間隔の１〜２倍に設定されている。堆積物Ａはそれぞれの電極５４、５６の表面に堆積するため、静電容量の増加率が低下した時点では、各電極５４、５６に電極間の距離の半分の厚さまで堆積物が堆積したと推定することができる。したがって、ただ単に電極５４、５６の回転部１４及び固定部１６の間が閉塞されるかどうかを検知する場合には、電極５４、５６の間隔は、検出対象位置における回転部１４及び固定部１６の間隔の２倍に設定することが考えられる。しかしながら、このように回転部１４及び固定部１６の間が閉塞される程度まで析出物が堆積してしまうと、析出物により回転部１６が破損するおそれがある。これに対して、上記実施形態によれば、電極５４、５６の間隔が検出対象位置における回転部１４及び固定部１６の間隔の１〜２倍に設定されているため、回転部１４及び固定部１６の間が閉塞される前に堆積物が所定の厚さまで堆積したことを検知することができる。

また、上記実施形態では、一対の電極５４、５６は、平板状であり、平行に配置されており、これにより、平板状の電極５４、５６の間に堆積した堆積物の厚さが所定の厚さに達したことを判定できる。

析出物は、排気機構８の出口と真空ポンプ１の排気口４との間で最も堆積する。これに対して、上記実施形態では、主センサ４２が、排気機構８の出口と真空ポンプ１の排気口４とを結ぶ排気口側流路４０内に配置されているため、確実に析出物が堆積することにより不具合を防止することができる。

析出物は、排気口側流路４０の中でも、真空ポンプ１の排気口４から最も遠い部分に堆積する。これに対して、上記実施形態では、主センサ４２は、排気口側流路４０のうち、真空ポンプ１の排気口４から最も遠い部分に配置されているため、確実に析出物が堆積することにより不具合を防止することができる。

また、上記実施形態によれば、一対の電極５４、５６は、内部流路６内を流れるガスの流れ方向に延びるように配置されているため、電極間にガスがスムーズに流れ、センサによりガスの流れを妨げることを抑止できる。

ネジ溝ポンプ部Ｓの出口近傍では圧力が高くなる。ここで、析出物は圧力が高い部位で析出しやすいため、検出対象位置と、主センサ４２が設けられた位置とで圧力差が大きいと、正確な析出物の厚さの検知ができない。これに対して、上記実施形態によれば、ネジ溝ポンプ部Ｓのらせん溝３２ａの出口近傍にガス抜き孔として切り欠き３２ｂが設けられているため、ネジ溝ポンプ部Ｓの出口近傍と、主センサ４２が設けられた位置と圧力差を低減し、より正確な析出物の厚さの検知を行うことができる。

上記実施形態によれば、内部流路６内に配置され、静電容量検出回路４６に接続された一対の電極６８、７０を含む副センサ４４をさらに有し、副センサ４４の一対の電極６８、７０の間隔は、主センサ４２の一対の電極５４、５６の間隔よりも短く設定されている。これにより、副センサ４４の間が析出物で埋められた時点の静電容量に基づき、析出物の誘電率を求めることができ、この析出物の誘電率と、主センサ４２の電極５４、５６間の静電容量に基づき、主センサ４２の電極５４、５６に堆積した析出物の厚さを推定することができる。

パッシェンの法則によれば、電極間の印加電圧が１００Ｖを超えると、真空ポンプ１の内部流路６内の圧力において、放電が発生するおそれがある。これに対して、上記実施形態によれば、電極５４、５６間の印加電圧が１００Ｖ以下であるため、電極５４、５６間で放電が生じることを防止できる。

上記実施形態によれば、主センサ４２の一対の電極５４、５６の表面に絶縁層が形成されているため、電極５４、５６の表面に導電性物質が堆積したとしても、電極５４、５６間で短絡が生じることを防止できる。

粉状の反応性物質やガス状の反応原料は帯電することがあり、析出物は反対の電荷に帯電した電極に堆積しやすい。これに対して、上記実施形態によれば、主センサ４２の静電容量検出回路４６と一対の電極５４、５６とは、検出時のみ通電されるため、粒子が電極５４、５６に堆積しやすくなるのを防止できる。

なお、上記実施形態では、主センサ４２及び副センサ４４の一対電極として板状の部材を用いていたが、一対の電極の形状はこれに限られない。図９は、別の実施形態の主センサの一対の電極の形状を示し、（Ａ）は中心軸に垂直な平面における断面図であり、（Ｂ）は中心軸に沿った平面における断面図である。図９に示すように、主センサ４２及び副センサ４４の電極として、同心同軸に配置された半径の異なる円筒状の金属部材１５４、１５６を用いてもよい。このような電極を用いて検出対象位置において堆積物が所定の厚さに達したことを検知する場合には、外側の円筒状の金属部材１５４の内径と、内側の円筒状の金属部材１５６の外径との差を、所定の厚さに対応する間隔に設定すればよい。
上記実施形態によれば、円筒状の電極（金属部材１５４、１５６）の間に堆積した堆積物の厚さが所定の厚さに達したことを判定できる。

なお、上記実施形態では、ネジ溝ステータ３２は、円筒状の部材であり、内周面にらせん溝３２ａが形成されているとしたが、これに限定されず、円筒部２０Ｂの外周面にらせん溝３２ａが形成され、ネジ溝ステータ３２の内周面に溝が無い場合もある。

また、ネジ溝ステータ３２が円筒部２０Ｂの内側に配置される場合には、外周面にらせん溝３２ａが形成される。

なお、本発明に関わる主センサ、真空ポンプは、上述したターボ分子ポンプ部とネジ溝ポンプ部を組み合せた複合タイプの真空ポンプの他、ターボ分子ポンプ部のみの真空ポンプにも適用可能である。

また、本発明の実施形態及び各変形例は、必要に応じて組み合わせる構成にしてもよい。また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が当該改変されたものにも及ぶことは当然である。

１ 真空ポンプ
２ 吸入口
４ 排気口
６ 内部流路
８ 排気機構
１０ モータ
１０ａ 永久磁石
１０ｂ 電磁石
１２Ａ ケーシング
１２Ｂ ベース
１４ 回転部
１６ 固定部
１８ シャフト
２０ ロータ部
２０Ａ ロータ翼
２０Ｂ 円筒部
２４ ラジアル軸受部
２４ａ 電磁石
２４ｂ ターゲット
２６ ラジアル軸受部
２６ａ 電磁石
２６ｂ ターゲット
２８ スラスト軸受部
２８ａ アーマチュアディスク
２８ｂ 電磁石
３０ ステータ翼
３２ ネジ溝ステータ
３２ａ らせん溝
３２ｂ 切り欠き
４０ 排気口側流路
４２ 主センサ
４４ 副センサ
４６ 静電容量検出回路
４８ 表示装置
５０ 検知システム
５２ 制御装置
５４、５６ 電極
５５ スペーサ
５８、６０ コネクタ
６２ ベースプレート
６４ ネジ
６６Ａ，６６Ｂ 電線
６８、７０ 電極
７２Ａ，７２Ｂ 電線
１５４、１５６ 金属部材
Ｔ ターボ分子ポンプ部
Ｓ ネジ溝ポンプ部

Claims (14)

1. 間に内部流路が形成された回転部及び固定部と、ガスを吸入口から前記内部流路を通じて排気口に向けて送る排気機構と、前記内部流路の検出対象位置において堆積物が所定の厚さに達したことを検出するための主センサと、を有する真空ポンプであって、
   前記主センサは、
   前記所定の厚さに対応する間隔で前記内部流路に配置された少なくとも一対の電極と、
   前記一対の電極に接続され、前記一対の電極間の静電容量を検出する静電容量検出回路と、を有し、
   前記静電容量検出回路は、前記静電容量の増加率が低下したことに基づき、前記内部流路内の堆積物が前記所定の厚さに達したと判定する、ことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記一対の電極の間隔は、前記検出対象位置における前記回転部及び前記固定部の間隔の１〜２倍に設定されている、請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記一対の電極は、平板状であり、平行に配置されている、請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
4. 前記一対の電極は、円筒状であり、同心同軸に配置されている、請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
5. 前記主センサは、前記排気機構の出口と前記真空ポンプの排気口とを結ぶ排気口側流路内に配置されている、請求項１〜４の何れか１項に記載の真空ポンプ。
6. 前記主センサは、前記排気口側流路のうち、前記真空ポンプの排気口から最も遠い部分に配置されている、請求項５に記載の真空ポンプ。
7. 前記一対の電極は、前記内部流路内を流れるガスの流れ方向に延びるように配置されている、請求項１〜６の何れか１項に記載の真空ポンプ。
8. 前記排気機構は、最後段にネジ溝ポンプを含み、
   前記ネジ溝ポンプの出口近傍にガス抜き孔が設けられている、請求項１〜７の何れか１項に記載の真空ポンプ。
9. 前記内部流路内に配置され、前記静電容量検出回路に接続された一対の電極を含む副センサをさらに有し、
   前記副センサの一対の電極の間隔は、前記主センサの一対の電極の間隔よりも短く設定されている、請求項１〜８の何れか１項に記載の真空ポンプ。
10. 前記主センサの前記一対の電極間の印加電圧が１００Ｖ以下となるように構成されている、請求項１〜９の何れか１項に記載の真空ポンプ。
11. 前記主センサの前記一対の電極の表面には絶縁層が形成されている、請求項１〜１０の何れか１項に記載に真空ポンプ。
12. 前記主センサの前記静電容量検出回路と前記一対の電極とは、検出時のみ通電される、請求項１〜１１の何れか１項に記載の真空ポンプ。
13. 請求項１〜１２の何れか１項に記載の真空ポンプに用いられる、主センサ。
14. 請求項８に記載の真空ポンプに用いられ、前記ネジ溝ポンプを構成する、ネジ溝ステータ。