JP2022126391A - 真空ポンプおよび真空ポンプ制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第2の態様による真空ポンプ制御方法は、モータによりポンプロータを設定目標回転数で駆動する真空ポンプ制御方法であって、ポンプ内における生成物の堆積量を推定し、前記推定した堆積量に応じて、堆積量が増加するほど前記設定目標回転数が大となるよう、前記設定目標回転数を変更する。
従来の真空ポンプの場合、ポンプ回転数は一定の定格回転数N0に制御されており、前述したように、ポンプ内に生成物が堆積すると排気速度が低下する。すなわち、堆積量Mがゼロの時の排気速度を定格排気速度Sp0とした場合、堆積量M(≠0)のときの排気速度は定格排気速度Sp0よりも小さくなる。本実施の形態では、堆積量Mを推定し、堆積量Mに応じた分だけ設定目標回転数Nsを増加させることで、排気速度を定格排気速度Sp0に維持するようにした。以下では、累積運転時間に基づいて堆積量を推定する場合について説明する。
推定部102は、計時機能により計測される累積運転時間に基づいて、ポンプ内の生成物堆積量を推定する。真空ポンプ1は、半導体製造装置のプロセスチャンバに装着される。プロセスチャンバに搬入された基板に対するプロセス処理は1種類とは限らず、複数のプロセス処理が行われる場合がある。例えば、図3に示すように、搬入された基板に対してA,B,Cの3種類の処理を順に行う場合がある。図3は、プロセス処理A,B,Cが行われる場合のモータ電流値Imの時間的変化を模式的に示したものである。Winは基板が搬入されるタイミングを示し、Woutは基板が搬出されるタイミングを示す。
なお、複数のプロセス処理はレシピとして各種設定され、真空処理に応じたレシピを呼び出して真空処理が実施される。
M=(T/ΔT)×ΔM …(1)
M=(T/ΔT)×ΔM …(1)
なお、上述した実施の形態では、堆積量Mを式(1)により算出したが、複数のプロセス処理はレシピに応じて、累積時間Tと堆積量Mとの相関関係M=H(T)を予め記憶しておき、この相関関係M=H(T)に累積時間Tを代入して堆積量Mを推定しても良い。
上述した実施の形態では、生成物の堆積量の指標として、ポンプ運転状態を示す運転状態量の一つである累積運転時間を用いる場合について説明した。堆積量の指標として使用できる運転状態量としては種々の量が考えられ、例えば、モータ電流値やモータ電力値(例えば、特開2020-20272号公報参照)、ポンプ背圧(例えば、特開2020-176555号公報参照)、ロータ振れ回り量(例えば、特開2017-166458号公報参照)などがある。いずれの運転状態量も、生成物の堆積量の変化に応じて変化する。変形例1では、運転状態量としてモータ電流値を用いる場合について説明する。変形例1では、図2に示した推定部102は、検出されたモータ電流値Imに基づいて堆積量Mを推定し、その堆積量Mに基づいて目標回転数Ntを算出する。目標回転数Ntはモータ制御部101へ入力される。
ステップS100では、k=0と設定する。ステップS110では、現在の設定目標回転数Ns(=Nk)を相関関係Mk+1=Fk+1(N,Im)のNに代入して、現在のkに対するモータ電流値Im(k+1)kを算出する。ステップS120では、堆積量Mが上限値Muである相関関係Mk=Fk(N,Im)に、現在の設定目標回転数Ns(=Nk)を代入して、設定目標回転数Nsにおける堆積量Mの上限値Muに対応するモータ電流値Imukを算出する。ステップS130では、モータ電流値Imを計測する。
ステップS160では、現在のポンプ状態(N,Im,M)を表す点(Nk,Im(k+1)k,Mk)が乗っているラインLk+1とラインL10との交点に関して、交点における目標回転数Nt(=Nk+1)が、真空ポンプ1の上限回転数Nuより大きいか否かを判定する。ステップS160でNk+1>Nuと判定された場合には、ステップS170へ進む。一方、ステップS160でNt>Nuでないと判定された場合には、ステップS162へ進んで設定目標回転数NsをNkからNk+1に変更し、ステップS164でkの値を1だけ増加させて、ステップS110へ戻る。ステップS162で設定目標回転数NsがNkからNk+1に変更されると、回転数Nが現在のNkからNk+1へと増加するように制御される。
図7,8は、変形例2を説明する図である。ターボ分子ポンプのようにポンプロータが高速回転する真空ポンプでは、ポンプロータは遠心力によって高引張応力の状態となる。また、多量のガスを排気する場合、ポンプロータは排気に伴うガスの圧縮熱や摩擦熱によって高温状態となる。このような高温でかつ高引張応力の状態では、ポンプロータにクリープ変形が生じる。一般に、クリープ変形は、一定の荷重または応力の下に時間の経過とともに歪みが増加する塑性変形である。クリープ変形は温度と密接な関係にあり、通常、材料により定まる所定の温度以上において顕著となる。
ε=u×t=Aσnt …(2)
式(2)は予め記憶部103に記憶されている。応力σは遠心力に比例、すなわち、回転数の2乗に比例するので、クリープ変形量εは回転数Nの関数ε(N)=Aσ(N)ntのように表すことができる。
例えば、推定部102は、上述した式(1)により堆積量Mを推定し、その推定した堆積量Mに応じて、設定目標回転数Nsを少なくとも大きな値に変更する。その結果、ポンプ回転数が上昇し、生成物堆積による排気速度低下を抑制することができる。
例えば、図4に示すように、堆積量Mに基づいて、目標回転数Ntを定格排気速度Sp0が達成可能な推奨回転数として算出し(ステップS40)、設定目標回転数Nsを算出された目標回転数Ntに設定するので、真空ポンプの回転数が目標回転数Ntに上昇し、真空ポンプの排気速度が定格排気速度Sp0に維持される。
上述した実施の形態および変形例では、運転状態量がポンプ駆動累積時間またはモータ電流値の場合について説明したが、モータ電力値、ポンプロータの振れ回り量、ポンプ背圧を運転状態量として用いることもできる。
例えば、上述した実施の形態に示すように、ポンプ駆動累積時間である累積運転時間T、試料の搬入から搬出までの処理時間ΔTおよび堆積増加量ΔMを用いて、堆積量Mを「M=(T/ΔT)×ΔM」で算出し、堆積量Mと記憶部103に記憶されている相関関係Nt=G(M)とから、推奨回転数としての目標回転数Ntを算出する。このように、運転状態量である累積運転時間Tから推奨回転数を求めることができる。
例えば、上述した変形例1(図5,6)では、堆積量Mk、モータ電流値Imおよびポンプ回転数Nの間の第1の相関関係Mk=Fk(N,Im)に現在(k=0)の設定目標回転数N0を代入して、堆積量M1(ラインM1)に対応するモータ電流値Im10(ラインM1上の点b1のモータ電流値)を推定し(ステップS110)、計測されるモータ電流値Imが推定したモータ電流値Im10に達したか否か、すなわち、ポンプ内の堆積量が推定した堆積量M1に達したか否かをステップS150で判定する。達したと判定されると、定格排気速度Sp0が達成可能な目標回転数Ntと堆積量Mとの第2の相関関係Nt=G(M)(図5のラインL10)と、推定されたモータ電流値Im10に対応する堆積量M1とに基づいて推定される推奨回転数N1を、設定目標回転数Nsに設定する(ステップS162)。
例えば、図4に示すように、推奨回転数として推定された目標回転数Ntが回転数の上限値Nu以上であった場合には、上限回転数Nuを設定目標回転数Nsに設定する(ステップS50およびステップS60)。このような制御を行うことで、堆積量Mに応じて設定目標回転数を変更する場合においても、真空ポンプ1の回転数Nが許容上限値Nuを越えることがない。
例えば、ポンプ内の堆積物を除去するメンテナンスの後に、図2の初期化部106を操作することで、記憶部103に記憶された設定目標回転数Nsは、初期値である定格回転数N0にリセットされる。その結果、設定目標回転数Nsは堆積量M=0に対応する定格回転数N0に設定され、真空ポンプの排気速度は定格排気速度Sp0に維持される。
例えば、変形例2(図7,8)では、ポンプロータ2aのクリープ変形量ε(N)を設定目標回転数Nsに応じて推定し(ステップS300)、推定されたクリープ変形量ε(Ns)に基づいてポンプ寿命を推定する(ステップS310)。その結果、堆積量Mに応じて設定目標回転数Nsを変更しても、クリープ寿命の判定を適切に行うことができる。
Claims (9)
- ポンプロータと、
前記ポンプロータを設定目標回転数で回転駆動するモータと、
ポンプ内における生成物の堆積量を推定する推定部と、
前記推定した堆積量に応じて、堆積量が増加するほど前記設定目標回転数が大となるよう、前記設定目標回転数を変更する設定目標回転数変更部と、を備える真空ポンプ。 - 請求項1に記載の真空ポンプにおいて、
前記推定部が、ポンプ内における生成物の堆積量を、前記堆積量に応じて変化するポンプの運転状態量に基づいて推定し、推定された堆積量に基づいて所定の定格排気速度が達成可能な推奨回転数を推定し、
前記設定目標回転数変更部は、推定された推奨回転数を前記ポンプロータの設定目標回転数に設定する、真空ポンプ。 - 請求項2に記載の真空ポンプにおいて、
前記運転状態量は、ポンプ駆動累積時間、モータ電流値、モータ電力値、前記ポンプロータの振れ回り量、ポンプ背圧のいずれかを含む、真空ポンプ。 - 請求項2に記載の真空ポンプにおいて、
前記運転状態量はポンプ駆動累積時間であって、
前記推定部は、
ポンプ駆動累積時間と、真空ポンプが装着されたチャンバへの試料の搬入から搬出までの処理時間と、その処理時間における生成物の基準堆積量とに基づいて堆積量を推定し、
定格排気速度が達成可能な回転数と堆積量との相関関係と、前記推定された堆積量とに基づいて前記推奨回転数を推定する、真空ポンプ。 - 請求項2に記載の真空ポンプにおいて、
前記運転状態量はモータ電流値であって、
前記推定部は、
堆積量、モータ電流値およびポンプ回転数の間の第1の相関関係と、設定目標回転数と、計測されるモータ電流値とに基づいて、ポンプ内の堆積量を推定し、
定格排気速度が達成可能な回転数と堆積量との第2の相関関係と、前記推定された堆積量とに基づいて、前記推奨回転数を推定する、真空ポンプ。 - 請求項2から請求項5までのいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
前記推定部は、前記推奨回転数が所定上限回転数以上の場合には、前記推奨回転数に代えて前記所定上限回転数を前記ポンプロータの設定目標回転数に設定する、真空ポンプ。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
前記設定目標回転数をポンプ出荷時の初期値にリセットする初期化部を、さらに備える真空ポンプ。 - 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
前記ポンプロータのクリープ変形量を前記設定目標回転数に応じて推定し、推定されたクリープ変形量に基づいてポンプ寿命を推定するポンプ寿命推定部をさらに備える、真空ポンプ。 - モータによりポンプロータを設定目標回転数で駆動する真空ポンプ制御方法であって、
ポンプ内における生成物の堆積量を推定し、
前記推定した堆積量に応じて、堆積量が増加するほど前記設定目標回転数が大となるよう、前記設定目標回転数を変更する、真空ポンプ制御方法。
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