JP2663549B2 - 真空装置の圧力制御方法 - Google Patents
真空装置の圧力制御方法Info
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- JP2663549B2 JP2663549B2 JP63219792A JP21979288A JP2663549B2 JP 2663549 B2 JP2663549 B2 JP 2663549B2 JP 63219792 A JP63219792 A JP 63219792A JP 21979288 A JP21979288 A JP 21979288A JP 2663549 B2 JP2663549 B2 JP 2663549B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は真空装置の圧力制御方法に関し、特に半導体
製造装置等において排気系として使用される広域ターボ
分子ポンプ或いはネジ溝式分子ポンプを含む真空装置の
圧力制御方法に関する。
製造装置等において排気系として使用される広域ターボ
分子ポンプ或いはネジ溝式分子ポンプを含む真空装置の
圧力制御方法に関する。
［従来の技術］ 従来の半導体製造装置では、半導体ガス導入管に供給
ガス流量調節弁を設けると共に、真空容器と広域ターボ
分子ポンプとの間に真空容器内圧力調節弁を設けてい
る。供給ガス流量調節弁では、半導体ガス導入管のガス
流量を熱線流量計等によつて計測し、この計測データに
基づいてその弁開度を高精度にフイードバツク制御さ
れ、真空容器内圧力調節弁では、真空容器に取り付けら
れた高精度ダイヤフラム式真空計等で得られた圧力信号
に基づいてその弁開度をフイードバツク制御される。こ
れにより、半導体ガスの流量と真空容器内の圧力とをそ
れぞれ所望の値に保ち、この状態で均一の薄膜を形成す
ることを可能にしている。
ガス流量調節弁を設けると共に、真空容器と広域ターボ
分子ポンプとの間に真空容器内圧力調節弁を設けてい
る。供給ガス流量調節弁では、半導体ガス導入管のガス
流量を熱線流量計等によつて計測し、この計測データに
基づいてその弁開度を高精度にフイードバツク制御さ
れ、真空容器内圧力調節弁では、真空容器に取り付けら
れた高精度ダイヤフラム式真空計等で得られた圧力信号
に基づいてその弁開度をフイードバツク制御される。こ
れにより、半導体ガスの流量と真空容器内の圧力とをそ
れぞれ所望の値に保ち、この状態で均一の薄膜を形成す
ることを可能にしている。
［発明が解決しようとする課題］ 従来の半導体製造装置の排気系装置では、真空容器内
の真空度を所望の値に正確に設定するために、その真空
容器内圧力調節弁に、ステツピングモータ等を用いた高
分解能を有する高価な可変圧力調節弁が必要とされた。
また、半導体製造装置の製造工程では、真空容器内にウ
エハ搬入後に広域ターボ分子ポンプで真空容器内を10-4
〜10-6Torr程度の高い真空状態とし、その後この状態に
半導体ガスを定常流量で流すとともに可変圧力調節弁を
フイードバツク制御して10-1Torr程度の圧力状態に維持
する。従つて、稼動初期の圧力と定常圧力との差が大き
いこと、及びガス流量調節弁が一定流量を流すだけの制
御であることのため、真空容器内の圧力が定常に保たれ
るまでに長い時間を要するという不具合があつた。
の真空度を所望の値に正確に設定するために、その真空
容器内圧力調節弁に、ステツピングモータ等を用いた高
分解能を有する高価な可変圧力調節弁が必要とされた。
また、半導体製造装置の製造工程では、真空容器内にウ
エハ搬入後に広域ターボ分子ポンプで真空容器内を10-4
〜10-6Torr程度の高い真空状態とし、その後この状態に
半導体ガスを定常流量で流すとともに可変圧力調節弁を
フイードバツク制御して10-1Torr程度の圧力状態に維持
する。従つて、稼動初期の圧力と定常圧力との差が大き
いこと、及びガス流量調節弁が一定流量を流すだけの制
御であることのため、真空容器内の圧力が定常に保たれ
るまでに長い時間を要するという不具合があつた。
本発明の目的は、上記問題に鑑み、従来の半導体製造
装置等の排気系装置において使用されていた可変圧力調
節弁を不要とすることによつて排気系装置の簡素化、低
廉化を図るとともに、定常状態に移行するまでの時間を
短縮化する真空装置の圧力制御方法を提供することにあ
る。
装置等の排気系装置において使用されていた可変圧力調
節弁を不要とすることによつて排気系装置の簡素化、低
廉化を図るとともに、定常状態に移行するまでの時間を
短縮化する真空装置の圧力制御方法を提供することにあ
る。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば次の圧力制御方法が提供される。
真空容器内の圧力を決定するとともに、定常状態時に
前記真空容器内に所定の流体流量が供給されたとき、前
記真空容器内を所定の真空状態に保つ真空ポンプを含む
真空装置において、 前記真空ポンプを所定の回転速度で回転させて、前記
真空容器内を定常状態よりも高い真空状態にする高真空
形成段階と、 前記高真空形成段階で形成された真空状態が、定常状
態に近づく回転速度である目標回転速度を算出する算出
段階と、 回転速度を前記目標回転速度に設定して前記真空ポン
プを作動させることで前記真空容器内の圧力を定常状態
に近づける第１の回転速度設定段階と、 前記第１の回転速度設定段階で設定された前記真空容
器内の圧力に基づいて前記真空ポンプの回転速度をフィ
ードバック制御する第２の回転速度設定段階と 備えることを特徴とする真空装置の圧力制御方法。
前記真空容器内に所定の流体流量が供給されたとき、前
記真空容器内を所定の真空状態に保つ真空ポンプを含む
真空装置において、 前記真空ポンプを所定の回転速度で回転させて、前記
真空容器内を定常状態よりも高い真空状態にする高真空
形成段階と、 前記高真空形成段階で形成された真空状態が、定常状
態に近づく回転速度である目標回転速度を算出する算出
段階と、 回転速度を前記目標回転速度に設定して前記真空ポン
プを作動させることで前記真空容器内の圧力を定常状態
に近づける第１の回転速度設定段階と、 前記第１の回転速度設定段階で設定された前記真空容
器内の圧力に基づいて前記真空ポンプの回転速度をフィ
ードバック制御する第２の回転速度設定段階と 備えることを特徴とする真空装置の圧力制御方法。
［実施例］ 以下に本発明の実施例を添付図面に従つて説明する。
第１図は半導体製造装置における真空装置の一実施例
を示す。１は半導体基板が収容される真空容器、2,3は
それぞれガス導入管に取り付けられた流量調節弁、2a,3
aは流量検出器、４は真空容器１内の圧力を検出するダ
イヤフラム式真空計等の圧力検出器である。５は内部に
誘導モータを含む広域ターボ分子ポンプ、６は広域ター
ボ分子ポンプ５の回転速度制御装置である。回転速度制
御装置６は圧力検出器４からの圧力信号と広域ターボ分
子ポンプ５の回転速度状態に係る信号と流量検出器2a,3
aからの流量に係る信号とを入力し、広域ターボ分子ポ
ンプ５に対し回転速度制御信号を供給する。また、７は
油回転ポンプ、8,9,10は空気圧式操作弁、11は排気管で
ある。
を示す。１は半導体基板が収容される真空容器、2,3は
それぞれガス導入管に取り付けられた流量調節弁、2a,3
aは流量検出器、４は真空容器１内の圧力を検出するダ
イヤフラム式真空計等の圧力検出器である。５は内部に
誘導モータを含む広域ターボ分子ポンプ、６は広域ター
ボ分子ポンプ５の回転速度制御装置である。回転速度制
御装置６は圧力検出器４からの圧力信号と広域ターボ分
子ポンプ５の回転速度状態に係る信号と流量検出器2a,3
aからの流量に係る信号とを入力し、広域ターボ分子ポ
ンプ５に対し回転速度制御信号を供給する。また、７は
油回転ポンプ、8,9,10は空気圧式操作弁、11は排気管で
ある。
上記広域ターボ分子ポンプ５の詳細な構造の一例を第
２図、第３図、第４図に基づいて説明する。内部に配置
された回転体101は、上部において多段に配設された動
翼群101aと、下部において回転体101の外周に数条に形
成されたネジ溝部101bとからなる。回転体101は、互い
に隣接し合う動翼の間に配置された静翼群102とネジ溝
部101bに対向する円筒形のステータ103のそれぞれに接
触しない状態で高速回転することにより、ポンプ作用を
生じる。動翼と静翼の正面図を第３図に示し、回転体10
1の外周に形成されるネジ溝部101bの正面図を第４図に
示す。図示された実施例では、軸受け部材として上下２
組のラジアル磁気軸受け104a,104bと、１組のスラスト
磁気軸受け105とを用いており、回転手段として一般的
なアウタロータ形式のかご形三相誘導モータ106を用い
ている。この構成により、回転体101は、各磁気軸受け
の部分で完全に浮上し、動翼群101aが静翼群102と、ネ
ジ溝部101bがステータ103および上下の各補助軸受け10
7,108等と全く接触せず、これにより高速回転を可能に
する。また、図中109及び110は回転体101の挙動を常時
計測する非接触変位センサ、111は回転体101の回転速度
を非接触状態で計測する回転速度センサである。回転体
101が浮動状態で回転しているときには、上記非接触変
位センサの出力によつて上記磁気軸受け部分にかかる電
圧や電流がPID制御され、上記回転速度センサの出力に
よつて誘導モータ106にかかる印加電圧が制御される。
２図、第３図、第４図に基づいて説明する。内部に配置
された回転体101は、上部において多段に配設された動
翼群101aと、下部において回転体101の外周に数条に形
成されたネジ溝部101bとからなる。回転体101は、互い
に隣接し合う動翼の間に配置された静翼群102とネジ溝
部101bに対向する円筒形のステータ103のそれぞれに接
触しない状態で高速回転することにより、ポンプ作用を
生じる。動翼と静翼の正面図を第３図に示し、回転体10
1の外周に形成されるネジ溝部101bの正面図を第４図に
示す。図示された実施例では、軸受け部材として上下２
組のラジアル磁気軸受け104a,104bと、１組のスラスト
磁気軸受け105とを用いており、回転手段として一般的
なアウタロータ形式のかご形三相誘導モータ106を用い
ている。この構成により、回転体101は、各磁気軸受け
の部分で完全に浮上し、動翼群101aが静翼群102と、ネ
ジ溝部101bがステータ103および上下の各補助軸受け10
7,108等と全く接触せず、これにより高速回転を可能に
する。また、図中109及び110は回転体101の挙動を常時
計測する非接触変位センサ、111は回転体101の回転速度
を非接触状態で計測する回転速度センサである。回転体
101が浮動状態で回転しているときには、上記非接触変
位センサの出力によつて上記磁気軸受け部分にかかる電
圧や電流がPID制御され、上記回転速度センサの出力に
よつて誘導モータ106にかかる印加電圧が制御される。
ここで、第１図に示された広域ターボ分子ポンプ５と
油回転ポンプ７の各ポンプ作用を真空容器１の内圧制御
との関連で説明する。半導体製造用の真空容器１は、広
域ターボ分子ポンプ５で真空容器内を一度高真空まで引
くことにより大気中に含まれる水蒸気等のガスを排出さ
れ、その後、流量調節弁2,3を介して反応ガス等を定流
量だけ真空容器１へ流し続けると共に広域ターボ分子ポ
ンプ５で真空容器１内圧力を一定に保つのに必要なガス
量を真空容器１から引くことにより、真空容器内の反応
ガスの流量と真空容器内の圧力を一定に保つように操作
される。この状態で真空容器内に搬入されたウエハ等に
薄膜が形成される。ポンプ５による前記操作は、ウエハ
等に一層の薄膜を形成するたびに行われる。前記操作の
関連で、真空容器１側に設けられた広域ターボ分子ポン
プ５、次段に設けられた油回転ポンプ７は次のように用
いられる。広域ターボ分子ポンプ５において、真空容器
１側の翼部は、吸気口側圧力10-2Pa程度以下でその性能
を発揮し、数10/sec〜数1000/secの排気速度を有
し、半導体生成前の真空容器内のガス排出を行う。また
広域ターボ分子ポンプ５の排気側のネジ溝部は、吸気口
側圧力10-2〜102Pa程度で性能を発揮し、数10SCCM〜数1
000SCCMの排気流量を有し、半導体製造中の反応ガス等
の排気作用を行う。また、油回転ポンプ７は、広域ター
ボ分子ポンプ５等が排気効果を発揮できる圧力にまで真
空容器１を低真空に引く粗引きポンプであり、102Pa程
度以上で性能を発揮する。これらのポンプ5,7の性能を
第５図に示す。実線は広域ターボ分子ポンプ５の排気性
能を示し、破線はねじ溝部を有しないターボ分子ポンプ
の排気性能を示し、一点鎖線は油回転ポンプ７の排気性
能を示す。この図からもわかるように、本実施例で用い
る広域ターボ分子ポンプ５は、10-2Pa〜102Pa程度にお
いて、従来のターボ分子ポンプに較べ多くの流量を流せ
る。なお、第５図の試験結果は、排気速度1000/sを有
する複合分子ポンプとターボ分子ポンプ、及び240m3/hr
の排気速度を有する油回転ポンプの性能を示している。
油回転ポンプ７の各ポンプ作用を真空容器１の内圧制御
との関連で説明する。半導体製造用の真空容器１は、広
域ターボ分子ポンプ５で真空容器内を一度高真空まで引
くことにより大気中に含まれる水蒸気等のガスを排出さ
れ、その後、流量調節弁2,3を介して反応ガス等を定流
量だけ真空容器１へ流し続けると共に広域ターボ分子ポ
ンプ５で真空容器１内圧力を一定に保つのに必要なガス
量を真空容器１から引くことにより、真空容器内の反応
ガスの流量と真空容器内の圧力を一定に保つように操作
される。この状態で真空容器内に搬入されたウエハ等に
薄膜が形成される。ポンプ５による前記操作は、ウエハ
等に一層の薄膜を形成するたびに行われる。前記操作の
関連で、真空容器１側に設けられた広域ターボ分子ポン
プ５、次段に設けられた油回転ポンプ７は次のように用
いられる。広域ターボ分子ポンプ５において、真空容器
１側の翼部は、吸気口側圧力10-2Pa程度以下でその性能
を発揮し、数10/sec〜数1000/secの排気速度を有
し、半導体生成前の真空容器内のガス排出を行う。また
広域ターボ分子ポンプ５の排気側のネジ溝部は、吸気口
側圧力10-2〜102Pa程度で性能を発揮し、数10SCCM〜数1
000SCCMの排気流量を有し、半導体製造中の反応ガス等
の排気作用を行う。また、油回転ポンプ７は、広域ター
ボ分子ポンプ５等が排気効果を発揮できる圧力にまで真
空容器１を低真空に引く粗引きポンプであり、102Pa程
度以上で性能を発揮する。これらのポンプ5,7の性能を
第５図に示す。実線は広域ターボ分子ポンプ５の排気性
能を示し、破線はねじ溝部を有しないターボ分子ポンプ
の排気性能を示し、一点鎖線は油回転ポンプ７の排気性
能を示す。この図からもわかるように、本実施例で用い
る広域ターボ分子ポンプ５は、10-2Pa〜102Pa程度にお
いて、従来のターボ分子ポンプに較べ多くの流量を流せ
る。なお、第５図の試験結果は、排気速度1000/sを有
する複合分子ポンプとターボ分子ポンプ、及び240m3/hr
の排気速度を有する油回転ポンプの性能を示している。
従つて、真空容器１は、先ず油回転ポンプ７により10
2Pa程度の低真空状態に粗引きされ、その後、広域ター
ボ分子ポンプ５によつて、前述の通り、最初に半導体製
造前のガス排出のため高い真空状態まで引かれ、次に半
導体製造のため設定圧力となるよう内圧を調整される。
ただし、真空容器１内の圧力を上記の設定圧力に制御す
ることにおいて、後述の如く、広域ターボ分子ポンプ５
の回転速度に関し更に２段階の回転速度制御が行われ
る。
2Pa程度の低真空状態に粗引きされ、その後、広域ター
ボ分子ポンプ５によつて、前述の通り、最初に半導体製
造前のガス排出のため高い真空状態まで引かれ、次に半
導体製造のため設定圧力となるよう内圧を調整される。
ただし、真空容器１内の圧力を上記の設定圧力に制御す
ることにおいて、後述の如く、広域ターボ分子ポンプ５
の回転速度に関し更に２段階の回転速度制御が行われ
る。
次に、前述の如く真空容器１内の圧力を調整する広域
ターボ分子ポンプ５の回転速度を制御する回転速度制御
装置６の具体的回路構成を第６図に基づいて説明する。
第６図中一点鎖線で示された６が前述の回転速度制御装
置である。回転速度制御装置６は、制御演算回路201と
電圧制御回路202とブレーキ制御回路203とモータ駆動回
路204と回転速度検出回路205とから構成される。制御演
算回路201には、圧力検出器４からの真空容器内の圧力
に係る信号、回転速度検出回路205において上記の回転
速度センサの出力信号に基づいて検出される回転速度に
係る信号、流量調節弁2,3の流量検出器2a,3aからのガス
流量に係る信号がそれぞれ入力される。制御演算回路20
1はこれらの入力信号によつて与えられるデータを参考
にして広域ターボ分子ポンプ５の回転速度が後述する如
き予め定められた状態で変化するように制御するための
指示値を出力する。電圧制御回路202は制御演算回路201
から与えられた回転速度を決める指示値を対応する電圧
信号に変換し、ブレーキ制御回路203は制御演算回路201
から与えられた回転速度を低下させるための指示値を電
圧信号に変換する。電圧制御回路202とブレーキ制御回
路203の各出力信号はモータ駆動回路204に供給され、こ
こで広域ターボ分子ポンプ５内の誘導モータを駆動でき
る電圧レベルに変換する。なお、電圧制御回路202の出
力信号は制御演算回路201にフイードバツクされ、これ
により広域ターボ分子ポンプ５の回転速度が正確かつ迅
速に目標値になるように制御される。
ターボ分子ポンプ５の回転速度を制御する回転速度制御
装置６の具体的回路構成を第６図に基づいて説明する。
第６図中一点鎖線で示された６が前述の回転速度制御装
置である。回転速度制御装置６は、制御演算回路201と
電圧制御回路202とブレーキ制御回路203とモータ駆動回
路204と回転速度検出回路205とから構成される。制御演
算回路201には、圧力検出器４からの真空容器内の圧力
に係る信号、回転速度検出回路205において上記の回転
速度センサの出力信号に基づいて検出される回転速度に
係る信号、流量調節弁2,3の流量検出器2a,3aからのガス
流量に係る信号がそれぞれ入力される。制御演算回路20
1はこれらの入力信号によつて与えられるデータを参考
にして広域ターボ分子ポンプ５の回転速度が後述する如
き予め定められた状態で変化するように制御するための
指示値を出力する。電圧制御回路202は制御演算回路201
から与えられた回転速度を決める指示値を対応する電圧
信号に変換し、ブレーキ制御回路203は制御演算回路201
から与えられた回転速度を低下させるための指示値を電
圧信号に変換する。電圧制御回路202とブレーキ制御回
路203の各出力信号はモータ駆動回路204に供給され、こ
こで広域ターボ分子ポンプ５内の誘導モータを駆動でき
る電圧レベルに変換する。なお、電圧制御回路202の出
力信号は制御演算回路201にフイードバツクされ、これ
により広域ターボ分子ポンプ５の回転速度が正確かつ迅
速に目標値になるように制御される。
回転速度制御装置６による広域ターボ分子ポンプ５の
回転速度制御方法の原理を次に説明する。回転速度の制
御はサイリスタを利用した一次電圧制御方式によつて行
われる。真空容器１内の圧力を圧力検出器４を介してフ
イードバツクすることにより回転速度を制御する場合に
は、誘導モータの１次回路に加える電圧の実効値Ｖは、
基本的に （但し、P;真空容器内圧力、C1〜C3;定数）の式で与え
られる。このように制御すれば、広域ターボ分子ポンプ
５の回転速度と排気流量との間に第７図に示す関係があ
るので、真空容器内の圧力を安定させることができる。
回転速度制御方法の原理を次に説明する。回転速度の制
御はサイリスタを利用した一次電圧制御方式によつて行
われる。真空容器１内の圧力を圧力検出器４を介してフ
イードバツクすることにより回転速度を制御する場合に
は、誘導モータの１次回路に加える電圧の実効値Ｖは、
基本的に （但し、P;真空容器内圧力、C1〜C3;定数）の式で与え
られる。このように制御すれば、広域ターボ分子ポンプ
５の回転速度と排気流量との間に第７図に示す関係があ
るので、真空容器内の圧力を安定させることができる。
ところが、式による制御方式では真空容器１内の圧
力を設定状態にまで移行させるのに時間がかかる。そこ
で、本発明では、設定状態に安定させるために要する時
間を短縮化するために、更に誘導モータのモータ駆動回
路204に加える電圧を２段階に分けて制御することとす
る。つまり、真空容器１内の圧力を高い真空状態から設
定状態まで移行させるにあたつて、真空容器内の圧力と
設定圧力との差が大きい状態では、第１の段階として、
真空容器１の容積と、ガス導入管に取り付けられた流量
調節弁2,3からのガス流量に係る信号と、広域ターボ分
子ポンプ５の排気性能とによつて目標とする回転速度を
算出し、誘導モータに対して直流制動又は回生制動をか
けて目標回転速度に到達した状態又は目標回転速度に接
近した状態とし、その後第２段階として真空容器内の圧
力をフイードバツクすることにより回転速度を制御す
る。この場合の理論的な制御性について次に述べる。
力を設定状態にまで移行させるのに時間がかかる。そこ
で、本発明では、設定状態に安定させるために要する時
間を短縮化するために、更に誘導モータのモータ駆動回
路204に加える電圧を２段階に分けて制御することとす
る。つまり、真空容器１内の圧力を高い真空状態から設
定状態まで移行させるにあたつて、真空容器内の圧力と
設定圧力との差が大きい状態では、第１の段階として、
真空容器１の容積と、ガス導入管に取り付けられた流量
調節弁2,3からのガス流量に係る信号と、広域ターボ分
子ポンプ５の排気性能とによつて目標とする回転速度を
算出し、誘導モータに対して直流制動又は回生制動をか
けて目標回転速度に到達した状態又は目標回転速度に接
近した状態とし、その後第２段階として真空容器内の圧
力をフイードバツクすることにより回転速度を制御す
る。この場合の理論的な制御性について次に述べる。
半導体製造時の真空容器１内の圧力は10-1〜102Torr
以下という真空状態であり、その排気速度は数100〜数1
000SCCMであるため、ポンプの圧縮仕事に必要なトルク
は、ポンプの回転部と対向する静止部の面積及び間隙、
圧縮ガス流体の粘性、回転速度により決まる摩擦損失に
必要なトルクに比較して小さなものとなり、約107分の
１程度である。そこでポンプ回転中の回転体のトルクに
ついて状態方程式を求めると、上述のポンプの圧縮仕事
に必要なトルクは無視できるので、 Ｊ＝Tm−TR − 但し、J;回転体の慣性モーメント ；回転角加速度 Tm;モータの出力トルク TR;回転体の摩擦損失トルク ここで三相モータでは なるトルクの式、及び、 なる関係があるから、両式より誘導モータのトルクとモ
ータ駆動回路にかける電圧との関係は、 で表わされる。
以下という真空状態であり、その排気速度は数100〜数1
000SCCMであるため、ポンプの圧縮仕事に必要なトルク
は、ポンプの回転部と対向する静止部の面積及び間隙、
圧縮ガス流体の粘性、回転速度により決まる摩擦損失に
必要なトルクに比較して小さなものとなり、約107分の
１程度である。そこでポンプ回転中の回転体のトルクに
ついて状態方程式を求めると、上述のポンプの圧縮仕事
に必要なトルクは無視できるので、 Ｊ＝Tm−TR − 但し、J;回転体の慣性モーメント ；回転角加速度 Tm;モータの出力トルク TR;回転体の摩擦損失トルク ここで三相モータでは なるトルクの式、及び、 なる関係があるから、両式より誘導モータのトルクとモ
ータ駆動回路にかける電圧との関係は、 で表わされる。
但し、NP;モータ極数 f;回転周波数 I;1次側コイル１相当たりに流す電流 r1;1次側抵抗 r2;1次側に換算した２次側抵抗 V;1次側にかける電圧の実効値 x;モータ回路の漏れリアクタンス ここで、特にｆ＝AV＋Ｂなる制御を行うものとし、ま
た、回転体の慣性モーメントＪが非常に大きいので電圧
Ｖと電流Ｉの位相が同相であり、Ｓが小さいとすると、
式は更に、 となる。但し、K1,A,Bは定数。
た、回転体の慣性モーメントＪが非常に大きいので電圧
Ｖと電流Ｉの位相が同相であり、Ｓが小さいとすると、
式は更に、 となる。但し、K1,A,Bは定数。
一方、負荷トルクは、ガスによる摩擦損失TRだけを考
えてよいから、 但し、μ；ガスの粘性係数 δ；回転体と対向する静止壁との間隙 Sr;摩擦損失を生じる回転体表面積 Rr;回転中から、摩擦損失を生じる面までの距離 ；角速度 K2,K3;定数 で表わされ、は式より となる。これらの係数をより簡単に表わせば、 Ｊ＝K4V−K5−K2−K3 − となり、モータの一次電圧Ｖを制御することにより、回
転速度を常に安定に制御することができることがわか
る。
えてよいから、 但し、μ；ガスの粘性係数 δ；回転体と対向する静止壁との間隙 Sr;摩擦損失を生じる回転体表面積 Rr;回転中から、摩擦損失を生じる面までの距離 ；角速度 K2,K3;定数 で表わされ、は式より となる。これらの係数をより簡単に表わせば、 Ｊ＝K4V−K5−K2−K3 − となり、モータの一次電圧Ｖを制御することにより、回
転速度を常に安定に制御することができることがわか
る。
また先に述べた真空容器１内の圧力に関する制御性に
ついて述べる。理想気体の状態方程式（真空中では、十
分希薄であるので、理想気体であると考えてよい）の関
係より、真空容器内の状態方程式として P;真空容器内圧力 Vo;真空容器内体積 Qi;ガス吸入体積流量 Qo;ガス排気体積流量 Rg;ガス定数 T;真空容器内温度 が成り立つ。更に、広域ターボ分子ポンプ５の排気流量
と吸気圧との間には、第８図に示す関係がある。第８図
によれば、排気流量は、約10-1Torr〜10Torrの吸気圧に
対し、ほぼ一定であり、この範囲では回転速度のみの関
数であると考えられるから、 Qo＝K6＋K7 − K6,K7;定数 とおくことができる。式を式に代入して なる関係が成立つ。式を変形して、 ＝−K10＋K11 − ＝−K10 − が成り立つから、この両式を式に代入し −JK10＝K4V＋K10（K2＋K5） −（K2＋K5）K11−K3 ∴JK10＝−K4V−K10（K2＋K5） ＋（K2＋K5）K11＋K3 が得られる。これより、先と同様に、真空容器１内の圧
力Ｐに関してフイードバツクし、誘導モータの一次電圧
Ｖを制御することにより、真空容器内の圧力Ｐを制御す
ることができる。
ついて述べる。理想気体の状態方程式（真空中では、十
分希薄であるので、理想気体であると考えてよい）の関
係より、真空容器内の状態方程式として P;真空容器内圧力 Vo;真空容器内体積 Qi;ガス吸入体積流量 Qo;ガス排気体積流量 Rg;ガス定数 T;真空容器内温度 が成り立つ。更に、広域ターボ分子ポンプ５の排気流量
と吸気圧との間には、第８図に示す関係がある。第８図
によれば、排気流量は、約10-1Torr〜10Torrの吸気圧に
対し、ほぼ一定であり、この範囲では回転速度のみの関
数であると考えられるから、 Qo＝K6＋K7 − K6,K7;定数 とおくことができる。式を式に代入して なる関係が成立つ。式を変形して、 ＝−K10＋K11 − ＝−K10 − が成り立つから、この両式を式に代入し −JK10＝K4V＋K10（K2＋K5） −（K2＋K5）K11−K3 ∴JK10＝−K4V−K10（K2＋K5） ＋（K2＋K5）K11＋K3 が得られる。これより、先と同様に、真空容器１内の圧
力Ｐに関してフイードバツクし、誘導モータの一次電圧
Ｖを制御することにより、真空容器内の圧力Ｐを制御す
ることができる。
上記の如く、最終的に真空容器１内の圧力を圧力検出
器４で検出し、圧力検出器４の出力する圧力信号のみで
ポンプ回転速度を制御する。本発明による回転速度制御
方法によれば、真空容器内圧力を一定に保つことができ
るのみでなく、真空容器内圧力と目標圧力との間におい
て例えば0.2Torr以上の差がある場合、真空容器１の内
容積と、広域ターボ分子ポンプ５の排気特性と、吸入ガ
ス流量と、目標圧力等から算出される目標回転速度ま
で、誘導モータの回転速度を直ちに制御し、その後圧力
検出器４の出力する圧力信号により誘導モータの回転速
度を制御することにより、迅速な真空容器内圧力の定常
化を図ることができる。第９図は真空容器１内の圧力を
高い真空状態から定常状態へと移行する際の真空容器内
圧力の収束状態を示す。第９図において半導体ガス導入
時を０分とし、導入後１分経過後制御開始とする。
器４で検出し、圧力検出器４の出力する圧力信号のみで
ポンプ回転速度を制御する。本発明による回転速度制御
方法によれば、真空容器内圧力を一定に保つことができ
るのみでなく、真空容器内圧力と目標圧力との間におい
て例えば0.2Torr以上の差がある場合、真空容器１の内
容積と、広域ターボ分子ポンプ５の排気特性と、吸入ガ
ス流量と、目標圧力等から算出される目標回転速度ま
で、誘導モータの回転速度を直ちに制御し、その後圧力
検出器４の出力する圧力信号により誘導モータの回転速
度を制御することにより、迅速な真空容器内圧力の定常
化を図ることができる。第９図は真空容器１内の圧力を
高い真空状態から定常状態へと移行する際の真空容器内
圧力の収束状態を示す。第９図において半導体ガス導入
時を０分とし、導入後１分経過後制御開始とする。
次に回転速度制御装置６によつて前述した回転速度制
御方法が行われる時の回転速度制御装置６の動作状態を
第10図に基づいて説明する。広域ターボ分子ポンプ５の
誘導モータは、前述の通りＶ−ｆインバータで制御さ
れ、その印加電圧を変化させることにより回転速度を制
御される。直流電源電圧をサイリスタを通して誘導モー
タに加え、サイリスタのゲートに加えるパルスを制御
し、サイリスタの休止時間と導通時間との比tf/tnを変
えることにより誘導モータに加わる平均電圧Vtは、 で表わされ、誘導モータの回転速度を電圧制御で変化さ
せることができる。この駆動回路は従来より広く知られ
ている。回転速度制御装置６は、半導体製造前の真空容
器１内のガス排出中においては回転速度検出回路205と
電圧制御回路202を用いた制御を行い、内圧が設定圧力
になるまで広域ターボ分子ポンプ５を最高回転速度（例
えば、24000rpm）で回転させる。真空容器１のガス排出
終了後、半導体ガスを流量調節弁2,3より所定の流量流
し続けると共に、一方回転速度制御装置６は半導体ガス
流量と真空容器１の容積と広域ターボ分子ポンプ５の排
気性能とによつて求められる広域ターボ分子ポンプ５の
目標回転速度まで広域ターボ分子モータ５の回転速度を
低下させるため回転速度検出回路205とブレーキ制御回
路203を用いた回生制動又は逆相制動を行う。目標回転
速度に到達後、回転速度制御装置６は第10図に示される
制御を施し、真空容器１内の圧力に係る信号で広域ター
ボ分子ポンプ５の回転速度をPID制御し、真空容器１内
の圧力を所定値にて一定に保つ。
御方法が行われる時の回転速度制御装置６の動作状態を
第10図に基づいて説明する。広域ターボ分子ポンプ５の
誘導モータは、前述の通りＶ−ｆインバータで制御さ
れ、その印加電圧を変化させることにより回転速度を制
御される。直流電源電圧をサイリスタを通して誘導モー
タに加え、サイリスタのゲートに加えるパルスを制御
し、サイリスタの休止時間と導通時間との比tf/tnを変
えることにより誘導モータに加わる平均電圧Vtは、 で表わされ、誘導モータの回転速度を電圧制御で変化さ
せることができる。この駆動回路は従来より広く知られ
ている。回転速度制御装置６は、半導体製造前の真空容
器１内のガス排出中においては回転速度検出回路205と
電圧制御回路202を用いた制御を行い、内圧が設定圧力
になるまで広域ターボ分子ポンプ５を最高回転速度（例
えば、24000rpm）で回転させる。真空容器１のガス排出
終了後、半導体ガスを流量調節弁2,3より所定の流量流
し続けると共に、一方回転速度制御装置６は半導体ガス
流量と真空容器１の容積と広域ターボ分子ポンプ５の排
気性能とによつて求められる広域ターボ分子ポンプ５の
目標回転速度まで広域ターボ分子モータ５の回転速度を
低下させるため回転速度検出回路205とブレーキ制御回
路203を用いた回生制動又は逆相制動を行う。目標回転
速度に到達後、回転速度制御装置６は第10図に示される
制御を施し、真空容器１内の圧力に係る信号で広域ター
ボ分子ポンプ５の回転速度をPID制御し、真空容器１内
の圧力を所定値にて一定に保つ。
なお、本発明では、誘導モータを２段階で制御するば
かりでなく、ガス排出終了後直ちに真空容器１の内圧力
に係る信号で誘導モータの回転速度をPID制御すること
も可能である。
かりでなく、ガス排出終了後直ちに真空容器１の内圧力
に係る信号で誘導モータの回転速度をPID制御すること
も可能である。
また、制御演算回路201をマイコンで実現し、マイコ
ンの入力部にデジタルスイツチを設けることにより、真
空容器１の容積や複合分子ポンプの目標回転速度等を入
力できるようにしておけばより操作性が増す。
ンの入力部にデジタルスイツチを設けることにより、真
空容器１の容積や複合分子ポンプの目標回転速度等を入
力できるようにしておけばより操作性が増す。
さらに、前記実施例では広域ターボ分子ポンプを用い
た例を説明したが、ネジ溝式分子ポンプの場合でも本発
明を同様に適用することができる。
た例を説明したが、ネジ溝式分子ポンプの場合でも本発
明を同様に適用することができる。
［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように本発明によれば、真空装
置における広域ターボ分子ポンプやネジ溝式分子ポンプ
等の真空ポンプの回転速度を直接制御することによつて
従来装置で必要とされた可変圧力調節弁を使用しなくて
も済むので、真空装置の排気系を簡素化、低廉化するこ
とができると共に、真空ポンプの回転速度の制御を所定
の複数段階に分けて行うようにしたため、真空装置にお
いて短時間で目的とする状態を得ることができ、特に半
導体製造装置等に適用した場合には製造プロセスに要す
る時間の短縮化を達成することができる。
置における広域ターボ分子ポンプやネジ溝式分子ポンプ
等の真空ポンプの回転速度を直接制御することによつて
従来装置で必要とされた可変圧力調節弁を使用しなくて
も済むので、真空装置の排気系を簡素化、低廉化するこ
とができると共に、真空ポンプの回転速度の制御を所定
の複数段階に分けて行うようにしたため、真空装置にお
いて短時間で目的とする状態を得ることができ、特に半
導体製造装置等に適用した場合には製造プロセスに要す
る時間の短縮化を達成することができる。
第１図は半導体製造装置に適用された本発明に係る真空
装置の一実施例を示す構成図、 第２図は広域ターボ分子ポンプの詳細な構造を示す縦断
面図、 第３図は広域ターボ分子ポンプの動翼と静翼の正面図、 第４図は広域ターボ分子ポンプのネジ溝部の正面図、 第５図は各種ポンプの性能を示す特性図、 第６図は回転速度制御装置の具体的構成を示す回路図、 第７図は広域ターボ分子ポンプの回転速度と排気流量と
の関係を示す特性図、 第８図は広域ターボ分子ポンプの吸気圧力と排気流量と
の関係を示す特性図、 第９図は真空容器内圧力の変化を示す特性図、 第10図は回転速度制御装置の動作状態を示した回路図で
ある。 ［符号の説明］ １……真空容器 2,3……ガス流量調節弁 2a,3a……流量検出器 ４……圧力検出器 ５……広域ターボ分子ポンプ ６……回転速度制御装置 ７……油回転ポンプ
装置の一実施例を示す構成図、 第２図は広域ターボ分子ポンプの詳細な構造を示す縦断
面図、 第３図は広域ターボ分子ポンプの動翼と静翼の正面図、 第４図は広域ターボ分子ポンプのネジ溝部の正面図、 第５図は各種ポンプの性能を示す特性図、 第６図は回転速度制御装置の具体的構成を示す回路図、 第７図は広域ターボ分子ポンプの回転速度と排気流量と
の関係を示す特性図、 第８図は広域ターボ分子ポンプの吸気圧力と排気流量と
の関係を示す特性図、 第９図は真空容器内圧力の変化を示す特性図、 第10図は回転速度制御装置の動作状態を示した回路図で
ある。 ［符号の説明］ １……真空容器 2,3……ガス流量調節弁 2a,3a……流量検出器 ４……圧力検出器 ５……広域ターボ分子ポンプ ６……回転速度制御装置 ７……油回転ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−138291（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−124079（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−176110（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】真空容器内の圧力を決定するとともに、定
常状態時に前記真空容器内に所定の流体流量が供給され
たとき、前記真空容器内を所定の真空状態に保つ真空ポ
ンプを含む真空装置において、 前記真空ポンプを所定の回転速度で回転させて、前記真
空容器内を定常状態よりも高い真空状態にする高真空形
成段階と、 前記高真空形成段階で形成された真空状態が、定常状態
に近づく回転速度である目標回転速度を算出する算出段
階と、 回転速度を前記目標回転速度に設定して前記真空ポンプ
を作動させることで前記真空容器内の圧力を定常状態に
近づける第１の回転速度設定段階と、 前記第１の回転速度設定段階で設定された前記真空容器
内の圧力に基づいて前記真空ポンプの回転速度をフィー
ドバック制御する第２の回転速度設定段階と を備えることを特徴とする真空装置の圧力制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63219792A JP2663549B2 (ja) | 1988-09-02 | 1988-09-02 | 真空装置の圧力制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63219792A JP2663549B2 (ja) | 1988-09-02 | 1988-09-02 | 真空装置の圧力制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0267472A JPH0267472A (ja) | 1990-03-07 |
| JP2663549B2 true JP2663549B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=16741097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63219792A Expired - Lifetime JP2663549B2 (ja) | 1988-09-02 | 1988-09-02 | 真空装置の圧力制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2663549B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103982409A (zh) * | 2014-05-27 | 2014-08-13 | 台州市耀达工贸有限公司 | 水泵恒压变频控制器 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3004022B2 (ja) * | 1989-08-29 | 2000-01-31 | エヌティエヌ株式会社 | 真空ポンプ用モータ制御装置 |
| JP3077285B2 (ja) * | 1991-07-26 | 2000-08-14 | 大同特殊鋼株式会社 | 真空式金属熱処理炉 |
| JP3550879B2 (ja) * | 1996-05-30 | 2004-08-04 | ダイキン工業株式会社 | 真空排気装置 |
| JPH10177222A (ja) * | 1996-12-19 | 1998-06-30 | Fuji Photo Film Co Ltd | Ｘ線画像撮影装置 |
| JP3560476B2 (ja) * | 1998-08-18 | 2004-09-02 | Ｎｅｃマシナリー株式会社 | 排気装置 |
| EP1043645B1 (fr) * | 1999-04-07 | 2004-10-20 | Alcatel | Système de régulation de pression d'une enceinte sous vide, groupe de pompage à vide pourvu d'un tel système |
| JP4027564B2 (ja) * | 2000-04-11 | 2007-12-26 | 株式会社荏原製作所 | 真空排気システム |
| FR2808098B1 (fr) * | 2000-04-20 | 2002-07-19 | Cit Alcatel | Procede et dispositif de conditionnement de l'atmosphere dans une chambre de procedes |
| FR2883934B1 (fr) * | 2005-04-05 | 2010-08-20 | Cit Alcatel | Pompage rapide d'enceinte avec limitation d'energie |
| JP2014148703A (ja) * | 2013-01-31 | 2014-08-21 | Ulvac Japan Ltd | スパッタリング装置 |
| JP6798426B2 (ja) * | 2017-05-31 | 2020-12-09 | 株式会社島津製作所 | 真空ポンプ用モータの回転速度制御装置、真空ポンプ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60138291A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-22 | Tokuda Seisakusho Ltd | ガス圧力制御装置 |
-
1988
- 1988-09-02 JP JP63219792A patent/JP2663549B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103982409A (zh) * | 2014-05-27 | 2014-08-13 | 台州市耀达工贸有限公司 | 水泵恒压变频控制器 |
| CN103982409B (zh) * | 2014-05-27 | 2016-08-17 | 浙江耀达智能科技股份有限公司 | 水泵恒压变频控制器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0267472A (ja) | 1990-03-07 |
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