JP2019210947A - Vacuum valve and vacuum system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空バルブおよび真空システムに関する。 The present invention relates to a vacuum valve and a vacuum system.
ターボ分子ポンプは、例えば、半導体製造装置のチャンバ排気用の真空ポンプとして用いられる。活性ガスを使用する半導体製造装置にターボ分子ポンプを用いた場合、ポンプ内部に反応生成物が堆積しやすい。一般的には、ターボ分子ポンプをヒータ等で加熱して、反応生成物の堆積を抑制するようにしている。ターボ分子ポンプのロータには一般的にアルミニウム合金が用いられるので、ロータ温度の上昇を抑えて、高速回転するロータのクリープ変形の影響を低減するようにしている。高速回転するロータの温度を接触型の温度センサで計測するのは難しいので、例えば、特許文献１に記載のターボ分子ポンプでは、放射温度計をポンプベース部に設け間接的にロータ温度を計測している。
The turbo molecular pump is used, for example, as a vacuum pump for exhausting a chamber of a semiconductor manufacturing apparatus. When a turbo molecular pump is used in a semiconductor manufacturing apparatus that uses an active gas, reaction products are likely to deposit inside the pump. In general, a turbo molecular pump is heated with a heater or the like to suppress deposition of reaction products. Since an aluminum alloy is generally used for the rotor of the turbo molecular pump, an increase in the rotor temperature is suppressed and the influence of creep deformation of the rotor rotating at high speed is reduced. Since it is difficult to measure the temperature of a rotor that rotates at high speed with a contact-type temperature sensor, for example, in the turbomolecular pump described in
しかしながら、上述したように、反応生成物の堆積抑制のためにターボ分子ポンプをヒータ等で加熱すると、ポンプベース部に設けられた温度センサ（放射温度計）も高温に晒されることになり、温度センサの信頼性低下という問題がある。 However, as described above, when the turbo molecular pump is heated with a heater or the like in order to suppress the deposition of reaction products, the temperature sensor (radiation thermometer) provided in the pump base is also exposed to a high temperature. There is a problem that the reliability of the sensor is lowered.
本発明の好ましい態様による真空バルブは、吸気口フランジと、真空ポンプが接続される排気口フランジと、前記吸気口フランジと前記排気口フランジとの間に挿脱されるバルブプレートと、前記バルブプレートの前記排気口フランジの側の面に設けられ、前記真空ポンプのポンプロータの状態を監視する監視センサを備える。
さらに好ましい態様では、前記監視センサは前記ポンプロータの温度を計測する放射温度計である。
さらに好ましい態様では、前記放射温度計に対して前記ポンプロータの放射率を設定する設定部を備える。
さらに好ましい態様では、前記監視センサは前記ポンプロータを撮像する撮像センサである。
本発明の好ましい態様による真空システムは、上記態様の真空バルブと、前記真空バルブの前記排気口フランジに装着された真空ポンプと、を備える。
本発明の好ましい態様による真空システムは、上記態様の真空バルブと、前記真空バルブの前記排気口フランジに装着された真空ポンプと、前記ポンプロータのクリープ歪み速度相当量と温度との相関関係および前記放射温度計で計測される温度に基づいて、前記ポンプロータのクリープ歪みに相当する歪み相当量を算出する演算部と、算出された前記歪み相当量に基づいてロータ寿命を推定する推定部と、を備える。
A vacuum valve according to a preferred aspect of the present invention includes an intake port flange, an exhaust port flange to which a vacuum pump is connected, a valve plate inserted and removed between the intake port flange and the exhaust port flange, and the valve plate. And a monitoring sensor for monitoring the state of the pump rotor of the vacuum pump.
In a further preferred aspect, the monitoring sensor is a radiation thermometer that measures the temperature of the pump rotor.
In a further preferred aspect, a setting unit for setting the emissivity of the pump rotor with respect to the radiation thermometer is provided.
In a further preferred aspect, the monitoring sensor is an image sensor that images the pump rotor.
The vacuum system by the preferable aspect of this invention is equipped with the vacuum valve of the said aspect, and the vacuum pump with which the said exhaust port flange of the said vacuum valve was mounted | worn.
A vacuum system according to a preferred aspect of the present invention includes a correlation between a vacuum valve of the above aspect, a vacuum pump mounted on the exhaust port flange of the vacuum valve, a creep strain rate equivalent amount of the pump rotor, and a temperature. Based on the temperature measured by the radiation thermometer, a calculation unit that calculates a strain equivalent amount corresponding to the creep strain of the pump rotor, an estimation unit that estimates the rotor life based on the calculated strain equivalent amount, Is provided.
本発明によれば、ポンプロータを監視する監視センサの温度上昇を低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the temperature rise of the monitoring sensor which monitors a pump rotor can be reduced.
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、真空排気装置１００の概略構成を示す図である。真空排気装置１００は、真空ポンプ１と真空バルブ２と寿命推定装置３とを備えている。真空ポンプ１は、ポンプ本体１Ａとポンプコントローラ１Ｂとで構成される。ポンプ本体１Ａの吸気口フランジ１３０は、真空バルブ２の排気口フランジ２０２にボルト固定されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
図１に示す真空ポンプ１は磁気軸受式のターボ分子ポンプであり、ポンプロータ１０が取り付けられたシャフト１１は、ポンプベース１４に設けられた磁気軸受５１Ａ，５１Ｂ，５２によって非接触支持される。シャフト１１の浮上位置は、磁気軸受５１Ａ，５１Ｂ，５２の各々に設けられた変位センサ（不図示）によって検出される。なお、磁気軸受が作動していない状態では、シャフト１１はメカニカルベアリング３７，３８によって支持される。
The
シャフト１１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隙間を介して磁気軸受５２の電磁石が設けられている。磁気軸受５２によりロータディスク４１を吸引することで、シャフト１１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４２によりシャフト１１の下端部に固定されている。シャフト１１の回転数は回転数センサ７２によって検出される。
A
ポンプロータ１０には、回転軸延在方向に複数段の回転翼１８が形成されている。上下に並んだ回転翼１８の間には固定翼１９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼１８と固定翼１９とにより、真空ポンプ１のタービン翼段が構成される。各固定翼１９は、スペーサ１２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１２は、固定翼１９を保持する機能とともに、固定翼１９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。
A plurality of stages of
固定翼１９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１５が設けられており、ネジステータ１５の内周面とポンプロータ１０の円筒部１６との間にはギャップが形成されている。ポンプロータ１０と、スペーサ１２によって保持された固定翼１９とは、吸気口フランジ１３０が形成されたケーシング１３内に納められている。ポンプロータ１０が取り付けられたシャフト１１を磁気軸受５１Ａ，５１Ｂ，５２により非接触支持しつつモータ１７により回転駆動すると、吸気口フランジ１３０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３６に接続された補助ポンプ（不図示）により排出される。
A
真空バルブ２は、バルブボディ２０と、バルブボディ２０内に設けられたバルブプレート２１と、バルブプレート２１に設けられた温度センサ２１０と、バルブプレート２１を開閉駆動するバルブモータ２３と、バルブモータ２３を収納するモータケーシング２２と、バルブコントローラ２４とを備えている。温度センサ２１０は非接触式の温度センサであって、例えば、放射温度計が用いられる。図示上側の吸気口フランジ２０１は真空排気されるチャンバに固定され、バルブボディ２０の排気口フランジ２０２には真空ポンプ１が固定される。
The vacuum valve 2 includes a
なお、温度センサ２１０はバルブプレート２１の裏面に露出するように設けても良いが、腐食性ガスが排気されることも考慮して、温度センサ２１０をバルブプレート２１に埋め込んで観察窓を配置し、その観察窓を介してロータ温度を計測するようにしても良い。
The
図２は、真空バルブ２を吸気口フランジ２０１側から見た平面図である。バルブモータ２３を正方向および逆方向に回転駆動してバルブプレート２１を揺動駆動することにより、バルブプレート２１の開閉動作が行われる。バルブプレート２１は、バルブ開口部２０１ａの全体に対向する全遮蔽位置Ｃ２と、バルブ退避位置Ｃ１との間の任意の位置にスライド移動させることができる。バルブプレート２１の開閉状態は開度と呼ばれるパラメータで表される。開度とは、比＝（バルブプレートの揺動角）：（全遮蔽位置Ｃ２からバルブ退避位置Ｃ１までの揺動角）をパーセントで表したものである。図２の全遮蔽位置Ｃ２は開度＝０％であり、バルブ退避位置Ｃ１は開度＝１００％である。バルブプレート２１の開度は、モータ軸に設けられたエンコーダ（不図示）によって検出される。
FIG. 2 is a plan view of the vacuum valve 2 as viewed from the
図２において、温度センサ２１０はバルブプレート２１の裏面側中央に設けられており、バルブプレート２１が全遮蔽位置Ｃ２にある場合にはポンプロータ１０の軸芯の部分に対向している。ポンプロータ１０の軸方向上端においては、軸芯を含む中央部分（図１の符号Ａで示す範囲）は回転翼１８が形成されていない領域となっている。
In FIG. 2, the
真空バルブ２が装着されたチャンバ内で成膜等のプロセスが行われる場合には、バルブ開度を調整して圧力制御が行われるが、そのような場合には開度１０〜２０％程度で使用されるのが一般的である。よって、バルブプレート２１における温度センサ２１０の固定位置は、開度０〜２０％のいずれにおいても温度センサ２１０が図１の符号Ａの範囲と対向するように設定されるのが好ましい。図２では、温度センサ２１０はバルブプレート２１の中央に配置されており、開度２０％においては図示左側の黒丸Ｐの位置まで移動する。
When a process such as film formation is performed in a chamber equipped with the vacuum valve 2, pressure control is performed by adjusting the valve opening. In such a case, the opening is about 10 to 20%. Generally used. Therefore, it is preferable that the fixed position of the
図３は、ポンプコントローラ１Ｂ、バルブコントローラ２４および寿命推定装置３の概略構成を示すブロック図である。ポンプコントローラ１Ｂは、モータ制御部１１１と軸受制御部１１２と通信部１１３とを備えている。モータ制御部１１１は回転数センサ７２からの回転数情報（以下では、ロータ回転数Ｎと呼ぶ）に基づいてモータ１７を駆動制御する。軸受制御部１１２は磁気軸受５１Ａ，５１Ｂ，５２を制御する。通信部１１３は寿命推定装置３に設けられた通信部３０４との間でデータの授受を行う。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the
バルブコントローラ２４は、バルブ制御部２４１とセンサ回路部２４２と設定部２４３と通信部２４４とを備えている。バルブ制御部２４１は、通信部２４４を介して入力される圧力指令値Ｐｓおよびチャンバ圧力値Ｐｒとエンコーダ２５からの開度情報とに基づいてバルブモータ２３を駆動して、バルブプレート２１を所望の開度に制御する。センサ回路部２４２は、温度センサ２１０の出力に基づいてロータ温度Ｔｒを出力する。出力されたロータ温度Ｔｒは、通信部２４４を介して寿命推定装置３に入力される。通信部２４４は寿命推定装置３の通信部３０４に接続されている。
The
温度センサ２１０に放射温度計を用いる場合、測定対象物の放射率を設定する必要がある。例えば、予めポンプロータ１０の放射率を測定しておき、その測定値を設定部２４３に入力することにより放射率を設定する。温度センサ２１０は設定された放射率に基づいて、ロータ温度を計測する。
When using a radiation thermometer for the
また、ポンプロータ１０のセンサ対向位置に黒体部材（黒体スプレーや黒体テープ）を設けておき、その黒体部材を利用してポンプロータ１０の放射率を設定部２４３において自動設定するようにしても良い。自動設定は以下のような手順で行われる。黒体部材が設けられたポンプロータ１０を昇温させ、放射温度計の放射率設定値を黒体部材の放射率に設定して、黒体部材の部分を放射温度計で測定する。次いで、ポンプロータ１０の黒体部材が設けられていない部分を放射温度計で測定し、黒体部材の部分を測定したときの計測値と指示値とが等しくなるように放射率設定値を調整する。この調整によって得られた放射率がポンプロータ１０の放射率に相当する。このように、設定部２４３を設けることによって、ポンプロータ１０の放射率が異なる種々の真空ポンプ１に適切に対応することができる。
Further, a black body member (black body spray or black body tape) is provided at the sensor facing position of the
寿命推定装置３は、計時部３０１と演算部３０２と記憶部３０３と通信部３０４とを備えている。寿命推定装置３には、温度センサ２１０で計測されたロータ温度Ｔｒがバルブコントローラ２４から入力される。また、寿命推定装置３には、回転数センサ７２で検出されたロータ回転数Ｎがポンプコントローラ１Ｂから入力される。
The
（ロータ寿命推定の説明）
次に、寿命推定装置３によって行われるポンプロータ１０の寿命推定について説明する。高温、高引張応力環境にあるアルミ材のポンプロータ１０は、遠心力によるクリープ歪みが増加してポンプロータ１０の各部（特に、応力が大きい部分）の径寸法が大きくなる。その結果、ポンプロータ１０と静止部（固定翼１９，ネジステータ１５等）との隙間が小さくなる。
(Explanation of rotor life estimation)
Next, the life estimation of the
図４は、一般的な高温、高引張応力の一定状態におけるクリープの進展トレンドを模式的に示したものである。ロータ回転時にポンプロータ１０に生じる歪みには弾性歪みと永久歪みであるクリープ歪みがあるが、以下ではロータ寿命に関係するクリープ歪みに絞って説明する。図４の縦軸はクリープ歪みを表し、横軸の駆動時間はロータ駆動累積時間を表している。
FIG. 4 schematically shows the creep progress trend in a constant state of general high temperature and high tensile stress. The strain generated in the
なお、ロータ駆動累積時間は、クリープ歪みが問題となるロータ回転数となっている時間を累積したものであり、例えば、ロータ回転数が所定範囲内（例えば、定格回転数を含む所定回転数範囲）にあるときの累積時間がある。より簡単な方法としては、ポンプ回転のスタート信号からストップ信号までの時間を累積したものを用いても良い。ロータ駆動累積時間は、ポンプロータ１０が交換されると手動にてリセットされる。交換後は、新しいポンプロータ１０のロータ駆動累積時間の演算が新たに開始される。
Note that the rotor drive accumulated time is the accumulated time of the rotor rotation speed at which creep distortion becomes a problem. For example, the rotor rotation speed is within a predetermined range (for example, a predetermined rotation speed range including the rated rotation speed). ) Is the accumulated time. As a simpler method, an accumulated time from a pump rotation start signal to a stop signal may be used. The rotor drive accumulated time is manually reset when the
図４の曲線Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３は、それぞれロータ温度がＴr1，Ｔr2，Ｔr3（Ｔr1＜Ｔr2＜Ｔr3）の場合を示している。図４に示すように、比較的短時間で遷移クリープが生じた後に、ほぼ一定速度で徐々に進展する定常クリープが生じ、その後、加速的に進展する加速クリープの３つの状態におおよそ分けられる。 Curves L21, L22, and L23 in FIG. 4 indicate cases where the rotor temperatures are Tr1, Tr2, and Tr3 (Tr1 <Tr2 <Tr3), respectively. As shown in FIG. 4, after transition creep occurs in a relatively short time, steady creep that gradually progresses at a substantially constant speed occurs, and thereafter, it is roughly divided into three states of accelerated creep that progresses at an accelerated rate.
通常、ポンプロータ１０は定常クリープの範囲内で設計される。本実施の形態における寿命歪みＬdeとは、定常クリープにおいて回転側と固定側との隙間が狭くなる過程において、最終的にポンプロータ１０が固定翼１９やネジステータ１５と接触するおそれのある危険域に達したときのクリープ歪みである。この寿命歪みＬdeはポンプ設計によって決まっている。一定のロータ温度Ｔr1で使用した場合にはクリープ歪みが寿命歪みＬdeに達する寿命はｔe1となり、一定のロータ温度Ｔr2で使用した場合の寿命はｔe2となり、一定のロータ温度Ｔr3で使用した場合の寿命はｔe3となる。
Normally, the
図５（ａ）は、クリープ歪みによりロータ寿命に至るまでのロータ駆動累積時間（以下ではロータ寿命時間と呼ぶ）とロータ温度Ｔｒとの関係を示す図である。ロータ温度Ｔｒが上昇するに従ってロータ寿命時間は短くなる。これは、図４の定常クリープにおける曲線Ｌ２１〜Ｌ２３の傾き（すなわちクリープ歪み速度）を見ると分かるように、ロータ温度Ｔｒが高くなるにつれてクリープ歪み速度が大きくなることを意味している。図５（ａ）の点（Ｔr1、ｔe1）、（Ｔr2、ｔe2）、（Ｔr3、ｔe3）は、図５の曲線Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３の場合のロータ寿命時間を示している。 FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the rotor drive accumulated time (hereinafter referred to as the rotor life time) until the rotor life is reached due to creep strain and the rotor temperature Tr. As the rotor temperature Tr rises, the rotor life time becomes shorter. This means that the creep strain rate increases as the rotor temperature Tr increases, as can be seen from the slopes of the curves L21 to L23 (that is, the creep strain rate) in the steady creep of FIG. Points (Tr1, te1), (Tr2, te2), and (Tr3, te3) in FIG. 5A indicate the rotor lifetime in the case of the curves L21, L22, and L23 in FIG.
図５（ｂ）は、図５（ａ）のロータ寿命時間に対して、ロータ寿命時間の逆数値とロータ温度Ｔｒとの関係を示したものである。ロータ寿命時間の逆数値は、ロータ寿命までのクリープ歪みを１とみなし、かつ、歪み速度が一定とみなしたときの１年当たりのクリープ歪みに相当するものである。すなわち、曲線Ｌ２１に関しては、直線Ｌ２５のように歪みが変化すると仮定した場合に相当する。実際には、図４に示すように、ｔ＝０からロータ寿命時間ｔe1までのクリープ歪みには遷移クリープによるものと定常クリープによるものとが含まれ、遷移クリープにおいては歪み速度は一定ではない。 FIG. 5B shows the relationship between the reciprocal value of the rotor life time and the rotor temperature Tr with respect to the rotor life time of FIG. The reciprocal value of the rotor life time corresponds to the creep strain per year when the creep strain up to the rotor life is regarded as 1 and the strain rate is regarded as constant. That is, the curve L21 corresponds to the case where it is assumed that the distortion changes like the straight line L25. Actually, as shown in FIG. 4, the creep strain from t = 0 to the rotor life time te1 includes transition creep and steady creep, and the strain rate is not constant in transition creep.
ところで、歪みは歪み速度の時間積分であるので、ロータ寿命時間の逆数値の時間積分は歪み量を正規化した量になる。そして、ロータ寿命時間の逆数値の時間積分が１に達したタイミングがロータ寿命のタイミングである。ただし、温度検出精度等を考慮して、閾値＝１に安全係数を掛けることも実用上有益である。 By the way, since the strain is a time integral of the strain rate, the time integral of the reciprocal value of the rotor life time is an amount obtained by normalizing the strain amount. The timing at which the time integral of the reciprocal value of the rotor life time reaches 1 is the rotor life timing. However, in consideration of temperature detection accuracy and the like, it is practically useful to multiply the threshold value = 1 by a safety factor.
図５（ａ）に示すように、Ｔｒ＝１２０℃におけるロータ寿命時間は１０年、Ｔｒ＝１１５℃におけるロータ寿命時間は１７年になっている。ロータ温度Ｔｒ＝１２０℃、１１５℃におけるロータ寿命時間の逆数値は、図５（ｂ）に示すように、それぞれ０．１［1/年］、約０．０５９［1/年］となる。ロータ温度Ｔｒ＝１２０℃において累積で１０年間使用するとロータ寿命となり、ロータ寿命時間の逆数値の時間積分は１（＝０．１×１０）になる。同様に、ロータ温度Ｔｒ＝１１５℃において累積で１７年間使用すると寿命になり、ロータ寿命時間の逆数値の時間積分は１（０．０５９×１７＝１．００３）になる。 As shown in FIG. 5A, the rotor life time at Tr = 120 ° C. is 10 years, and the rotor life time at Tr = 115 ° C. is 17 years. The reciprocal values of the rotor lifetime at the rotor temperatures Tr = 120 ° C. and 115 ° C. are 0.1 [1 / year] and about 0.059 [1 / year], respectively, as shown in FIG. When the rotor temperature Tr = 120 ° C. is used for a cumulative period of 10 years, the rotor life is reached, and the time integral of the inverse value of the rotor life time is 1 (= 0.1 × 10). Similarly, if the rotor temperature Tr = 115 ° C. is used for a cumulative period of 17 years, the life is reached, and the time integral of the inverse value of the rotor life time is 1 (0.059 × 17 = 1.003).
図５（ｂ）に示すようなロータ温度Ｔｒとロータ寿命時間の逆数値との相関関係を示すデータを、寿命推定装置３の記憶部３０３に記憶しておく。演算部３０２は、検出されたロータ温度Ｔｒに対応するロータ寿命時間の逆数値を相関関係により求め、歪みに相当する積算値である歪み積算値Ｌdnを算出する。
Data indicating the correlation between the rotor temperature Tr and the inverse value of the rotor life time as shown in FIG. 5B is stored in the
図６は、推定残寿命算出処理の一例を示すフローチャートである。なお、図６の処理は計時部３０１で時間Δｔが計時される毎に実行される。ステップＳ１００では、温度センサ２１０によるロータ温度Ｔｒをバルブコントローラ２４から読み込むと共に、回転数センサ７２により検出されたロータ回転数Ｎをポンプコントローラ１Ｂから読み込む。ステップＳ１１０では、ロータ回転数Ｎが上述した所定回転数範囲に含まれるか否かを判定する。ここでは、ロータ回転数Ｎが閾値Ｎth以上か否かで、ロータ回転数Ｎが所定回転数範囲に含まれるか否かを判定する。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of an estimated remaining life calculation process. Note that the process of FIG. 6 is executed each time the time Δt is measured by the
図７は、ロータ回転数Ｎの時間的な変化を模式的に示したものである。真空ポンプ１が起動されると、ロータ回転数ＮはＮ＝０から定格回転数Ｎｒまで加速され、定格回転数Ｎｒに維持される。その後、成膜等のプロセスが繰り返し行われるが、その間もロータ回転数Ｎは定格回転数Ｎｒに維持される。真空ポンプ１が装着された半導体製造装置が停止されると真空ポンプ１も停止され、ロータ回転数ＮはＮ＝０となる。すなわち、真空ポンプ１は、装置稼働中は回転状態とされ、装置停止中はＮ＝０とされる。
FIG. 7 schematically shows temporal changes in the rotor rotational speed N. FIG. When the
図６のステップＳ１１０でＮ≧Ｎthと判定されるとステップＳ１２０へ進み、Ｎ＜Ｎthと判定されると図６の処理を終了する。すなわち、Ｎ≧Ｎthの場合はクリープ歪みが問題となる回転数なので、後述する歪み積算値Ｌdnに関する演算が行われる。ステップＳ１２０では、ステップＳ１００で読み込まれたロータ温度Ｔｒに基づいて、次式（１）のように歪み積算値Ｌdnを算出する。式（１）において、Ｌd(n-1)は前回の演算処理で算出された歪み積算値である。また、ｆ(Ｔrn)は、図５（ｂ）の相関関係から求まるもので、ロータ温度Ｔrnにおけるロータ寿命時間の逆数値である。
Ｌdn＝Ｌd(n-1)＋ｆ(Ｔrn)×Δｔ …（１）
If it is determined in step S110 in FIG. 6 that N ≧ Nth, the process proceeds to step S120, and if it is determined that N <Nth, the process in FIG. 6 is terminated. That is, when N ≧ Nth, since the creep distortion is a problem rotation speed, a calculation relating to the strain integrated value Ldn described later is performed. In step S120, based on the rotor temperature Tr read in step S100, a strain integrated value Ldn is calculated as in the following equation (1). In Expression (1), Ld (n−1) is a distortion integrated value calculated in the previous calculation process. Further, f (Trn) is obtained from the correlation shown in FIG. 5B, and is an inverse value of the rotor life time at the rotor temperature Trn.
Ldn = Ld (n−1) + f (Trn) × Δt (1)
例えば、図７に示す例では、時刻ｔ１〜ｔ１６および時刻ｔ１７〜ｔ３１においてＮ≧Ｎthと判定され、各時刻におけるロータ温度Ｔｒに基づく歪み積算値Ｌdnがそれぞれ算出される。時刻ｔ１，ｔ１６，ｔ１７における歪み積算値Ｌd1，Ｌd16，Ｌd17は、次式(1-1)，(1-16)、(1-17)で算出される。
Ｌd1＝ｆ(Ｔr1)×Δｔ …(1-1)
Ｌd16＝ｆ(Ｔr1)×Δｔ＋ｆ(Ｔr2)×Δｔ＋・・・＋ｆ(Ｔr16)×Δｔ …(1-16)
Ｌd17＝ｆ(Ｔr1)×Δｔ＋・・・＋ｆ(Ｔr16)×Δｔ＋ｆ(Ｔr17)×Δｔ …(1-17)
For example, in the example shown in FIG. 7, it is determined that N ≧ Nth at times t1 to t16 and t17 to t31, and the strain integrated value Ldn based on the rotor temperature Tr at each time is calculated. The strain integrated values Ld1, Ld16, Ld17 at times t1, t16, t17 are calculated by the following equations (1-1), (1-16), (1-17).
Ld1 = f (Tr1) × Δt (1-1)
Ld16 = f (Tr1) × Δt + f (Tr2) × Δt +... + F (Tr16) × Δt (1-16)
Ld17 = f (Tr1) × Δt +... + F (Tr16) × Δt + f (Tr17) × Δt (1-17)
ステップＳ１３０では、ロータ駆動累積時間Δｔ×ｎが算出される。図７の例では、歪み積算値がＬd17となるまでのロータ駆動累積時間は１７・Δｔであり、Ｎ＜Ｎthとなる時刻ｔ１６から時刻ｔ１７までの時間はロータ駆動累積時間に含まれない。 In step S130, the rotor drive cumulative time Δt × n is calculated. In the example of FIG. 7, the rotor drive accumulated time until the strain integrated value becomes Ld17 is 17 · Δt, and the time from time t16 to time t17 where N <Nth is not included in the rotor drive accumulated time.
ステップＳ１４０では、ステップＳ１２０で算出した歪み積算値Ｌdnに対して、寿命歪みＬdeまでの許容歪み量（Ｌde−Ｌdn）を算出する。 In step S140, an allowable strain amount (Lde−Ldn) up to the life strain Lde is calculated with respect to the strain integrated value Ldn calculated in step S120.
ステップＳ１５０では、許容歪み量（Ｌde−Ｌdn）に基づく推定残寿命を算出する。前述したように、ロータ寿命時間とロータ温度Ｔｒとの間には図５（ａ）に示すような関係がある。ここでは、ロータ温度Ｔｒが所定温度Ｔｓの場合およびロータ上限温度Ｔmaxの場合のそれぞれについて、次式（２）、（３）のように推定残寿命Δｔ(Ts)，Δｔ(Tmax)を求めるようにした。なお、Δｔ(Ts)はロータ温度ＴｒがＴｓの場合の推定寿命であり、Δｔ(Tmax)はロータ温度ＴｒがＴmaxの場合の推定寿命である。なお、所定温度Ｔｓとしては、現在時点におけるロータ温度Ｔｒ、現在までのロータ温度Ｔｒの平均値、予め記憶部３０３に記憶された設定値などがある。
Δｔ(Ts)＝（Ｌde−Ｌdn）×ｔ(Ts) …（２）
Δｔ(Tmax)＝（Ｌde−Ｌdn）×ｔ(Tmax) …（３）
In step S150, an estimated remaining life based on the allowable strain amount (Lde−Ldn) is calculated. As described above, there is a relationship as shown in FIG. 5A between the rotor life time and the rotor temperature Tr. Here, for each of the case where the rotor temperature Tr is the predetermined temperature Ts and the case where the rotor upper limit temperature is Tmax, the estimated remaining lifetimes Δt (Ts) and Δt (Tmax) are obtained as in the following equations (2) and (3). I made it. Δt (Ts) is an estimated life when the rotor temperature Tr is Ts, and Δt (Tmax) is an estimated life when the rotor temperature Tr is Tmax. The predetermined temperature Ts includes the rotor temperature Tr at the current time point, the average value of the rotor temperature Tr up to the present time, a set value stored in the
Δt (Ts) = (Lde−Ldn) × t (Ts) (2)
Δt (Tmax) = (Lde−Ldn) × t (Tmax) (3)
（変形例）
上述した実施の形態では、ポンプロータ１０の状態を監視する監視センサとして温度センサ（放射温度計）２１０を設けたが、監視センサとしては温度センサに限定されない。例えば、ＣＣＤカメラ等の撮像センサを設けて、ポンプロータ１０の外観を観察するようにしても良い。もちろん、温度センサ２１０と撮像センサの両方を、バルブプレート２１の裏面側（ポンプロータ１０が対向する側）に設けるようにしても良い。なお、撮像センサには、撮像時にポンプロータ１０を照明する照明部（例えば、ＬＥＤライト）が設けられている。
(Modification)
In the above-described embodiment, the temperature sensor (radiation thermometer) 210 is provided as a monitoring sensor for monitoring the state of the
図１の構成において、温度センサ（放射温度計）２１０の位置に撮像センサを設けると、ロータ上端面の様子を観察することができる。この場合、バルブコントローラ２４からは撮像データが出力され、その撮像データに基づいてポンプロータ１０の状態、例えば、ポンプロータ１０上に落下した異物や、ポンプロータ１０上への反応生成物の堆積を検出することができる。また、ポンプロータ１０に腐食防止用のメッキ処理が施されている場合には、メッキ被膜の剥がれを検出することも可能である。
In the configuration of FIG. 1, when an image sensor is provided at the position of the temperature sensor (radiation thermometer) 210, the state of the upper end surface of the rotor can be observed. In this case, imaging data is output from the
上述した本実施の形態では、真空システムである真空排気装置１００において、図１に示すように、排気口フランジ２０２に接続される真空ポンプ１のポンプロータ１０の状態を監視する監視センサ（例えば、温度センサ２１０や撮像センサ）を、バルブプレート２１の排気口フランジ２０２の側の面に設けるようにした。その結果、生成物堆積を抑制するために真空ポンプ１をヒータ等で加熱した場合でも、監視センサ自体が高温に晒されることがなく監視センサの温度上昇を低減できるので、高温環境下における監視センサの信頼性低下を防止することができる。
In the present embodiment described above, in the
また、図３に示すように、温度センサ２１０で計測されたロータ温度Ｔｒを寿命推定装置３に取り込み、寿命推定装置３の演算部３０２において、ポンプロータ１０のクリープ歪み速度相当量と温度との相関関係（図５（ｂ））および温度センサ２１０で計測されるロータ温度Ｔｒに基づいて、ポンプロータ１０のクリープ歪みに相当する歪み相当量である歪み積算値Ｌdnを算出する。そして、演算部３０２は、歪み積算値Ｌdnに基づいてロータ寿命、例えば、上述した推定残寿命Δｔ(Ts)，Δｔ(Tmax)を推定する。
Further, as shown in FIG. 3, the rotor temperature Tr measured by the
推定されたロータ寿命に関する情報（例えば、推定残寿命Δｔ(Ts)，Δｔ(Tmax)）は、図３の通信部３０４を介して外部に出力される。例えば、半導体製造装置のコントローラに出力される。その結果、クリープ歪みの進展によりロータ寿命となる前に、ロータ交換等のメンテナンスを行うことができる。また、寿命推定装置３に表示装置を設け、その表示装置にロータ寿命に関する情報を表示するようにしても良い。
Information on the estimated rotor life (for example, estimated remaining life Δt (Ts), Δt (Tmax)) is output to the outside via the
なお、図１，図３に示す構成では、寿命推定装置３をバルブコントローラ２４やポンプコントローラ１Ｂと独立して設けたが、バルブコントローラ２４またはポンプコントローラ１Ｂに含めても良いし、半導体製造装置のコントローラに含めても良い。
1 and 3, the
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。例えば、上述した実施形態では磁気軸受式のターボ分子ポンプを例に説明したが、真空ポンプ１としてはこれに限定されない。
Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other embodiments conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. For example, although the magnetic bearing type turbo molecular pump has been described as an example in the above-described embodiment, the
１…真空ポンプ、１Ａ…ポンプ本体、１Ｂ…ポンプコントローラ、２…真空バルブ、３…寿命推定装置、１０…ポンプロータ、２１…バルブプレート、２４…バルブコントローラ、１００…真空排気装置、２０１…吸気口フランジ、２０２…排気口フランジ、２１０…温度センサ、３０２…演算部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
真空ポンプが接続される排気口フランジと、
前記吸気口フランジと前記排気口フランジとの間に挿脱されるバルブプレートと、
前記バルブプレートの前記排気口フランジの側の面に設けられ、前記真空ポンプのポンプロータの状態を監視する監視センサを備える、真空バルブ。 The inlet flange,
An exhaust flange to which the vacuum pump is connected;
A valve plate inserted and removed between the intake flange and the exhaust flange;
A vacuum valve comprising a monitoring sensor provided on a surface of the valve plate on the exhaust flange side and monitoring a state of a pump rotor of the vacuum pump.
前記監視センサは前記ポンプロータの温度を計測する放射温度計である、真空バルブ。 The vacuum valve according to claim 1,
The monitoring sensor is a vacuum valve that is a radiation thermometer that measures the temperature of the pump rotor.
前記放射温度計に対して前記ポンプロータの放射率を設定する設定部を備える、真空バルブ。 The vacuum valve according to claim 2,
A vacuum valve comprising a setting unit for setting an emissivity of the pump rotor with respect to the radiation thermometer.
前記監視センサは前記ポンプロータを撮像する撮像センサである、真空バルブ。 The vacuum valve according to claim 1,
The monitoring sensor is a vacuum valve that is an image sensor that images the pump rotor.
前記真空バルブの前記排気口フランジに装着された真空ポンプと、を備える真空システム。 A vacuum valve according to any one of claims 1 to 4,
And a vacuum pump mounted on the exhaust port flange of the vacuum valve.
前記真空バルブの前記排気口フランジに装着された真空ポンプと、
前記ポンプロータのクリープ歪み速度相当量と温度との相関関係および前記放射温度計で計測される温度に基づいて、前記ポンプロータのクリープ歪みに相当する歪み相当量を算出する演算部と、
算出された前記歪み相当量に基づいてロータ寿命を推定する推定部と、を備える真空システム。 A vacuum valve according to claim 2 or 3,
A vacuum pump mounted on the exhaust port flange of the vacuum valve;
Based on the correlation between the creep strain speed equivalent amount of the pump rotor and the temperature and the temperature measured by the radiation thermometer, a calculation unit that calculates a strain equivalent amount corresponding to the creep strain of the pump rotor;
An estimation unit that estimates a rotor life based on the calculated equivalent strain amount.
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| JP2022126391A (en) * | 2021-02-18 | 2022-08-30 | 株式会社島津製作所 | Vacuum pump and vacuum pump control method |
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2018
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