JP3090110U - 真空装置用省エネユニット - Google Patents

真空装置用省エネユニット

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JP3090110U
JP3090110U JP2002002919U JP2002002919U JP3090110U JP 3090110 U JP3090110 U JP 3090110U JP 2002002919 U JP2002002919 U JP 2002002919U JP 2002002919 U JP2002002919 U JP 2002002919U JP 3090110 U JP3090110 U JP 3090110U
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chamber
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鋭司 田尾
毅 土屋
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Choshu Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 チャンバを高真空にするためのクライオポン
プとこのクライオポンプに圧縮したヘリウムを供給する
ためのコンプレッサとを含む真空装置全体の消費電力を
大幅に低減させることができる、真空装置用省エネユニ
ットを提供する。 【構成】 コンプレッサのモータに所望の周波数の電力
を供給するためのインバータと、チャンバ又はクライオ
ポンプの状態に応じてインバータからの出力周波数を可
変するためのシーケンサとを備え、チャンバ内に凍らせ
るべき気体分子が存在しているかどうか、チャンバ内に
どれだけの量の放電用不活性ガスが導入されているか
（チャンバ内を高真空にするためのクライオポンプの負
荷量）、クライオポンプの温度変化などのデータに基づ
いて、シーケンサが、コンプレッサの消費電力量を最小
にするようにインバータからの出力電力の周波数を制御
するようにした真空装置用省エネユニットである。

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本考案は、半導体の製造プロセスに使用するチャンバとこれを高真空（真空又 は真空に近い状態）にするためのクライオポンプとを含む真空装置の消費電力を 低減するための真空装置用省エネニユットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体の製造プロセスの放電用など使用するチャンバを高真空にす るための装置としてクライオポンプが使用されている。このクライオポンプは、 コンプレッサからの圧縮されたヘリウムを膨張させることにより発生する気化熱 を利用して隣接するチャンバ内の気体分子を凍らせることにより、チャンバ内を 高真空にするものである。
【０００３】 ところで、このクライオポンプに冷媒を供給するコンプレッサは、従来は、前 記チャンバ内に凍らせるべき気体分子が存在しているかどうか、前記チャンバ内 にどれだけの量の放電用不活性ガスが導入されているか（クライオポンプの負荷 量）、クライオポンプの温度変化などのチャンバ又はクライオポンプの状態に拘 わらず、常に連続定格で連続運転されている。そのため、前記コンプレッサの消 費電力量はその連続運転の時間に比例したものとなり、真空装置全体の消費電力 も高止まりしていた。
【０００４】
【考案が解決しようとする課題】
本考案はこのような従来技術の問題点に着目したものであって、コンプレッサ が消費する電力量を、前記チャンバ内に凍らせるべき気体分子が存在しているか どうか、前記チャンバ内にどれだけの量の放電用不活性ガスが導入されているか （クライオポンプの負荷量）、クライオポンプの温度変化などの諸要因に応じて 最適に可変させることにより、前記コンプレッサを含む真空装置全体の消費電力 を大幅に低減させることができる、真空装置用省エネユニットを提供することを 目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するための本考案による真空装置用省エネユニットは 、内部で半導体製造のための放電などのプロセスを行なうためのチャンバと、ヘ リウムを圧縮するためのコンプレッサと、前記コンプッサからの圧縮されたヘリ ウムを膨張させて、これにより発生する気化熱を利用して隣接する前記チャンバ 内の気体分子を凍らせて前記チャンバ内を真空又はこれに近い状態にするための クライオポンプとを含む真空装置の消費電力を低減させるための真空装置用省エ ネユニットであって、前記コンプレッサの駆動用モータに所定周波数の電力を供 給するためのインバータと、前記チャンバ又はクライオポンプの状態に応じて前 記インバータからの出力電力の周波数を可変するように前記インバータを制御す るためのシーケンサと、を備えたことを特徴とするものである。
【０００６】 また、本考案による真空装置用省エネユニットは、内部で半導体製造のための 放電などのプロセスを行なうためのチャンバと、ヘリウムを圧縮するためのコン プレッサと、前記コンプッサからの圧縮されたヘリウムを膨張させて、これによ り発生する気化熱を利用して隣接する前記チャンバ内の気体分子を凍らせて前記 チャンバ内を真空又はこれに近い状態にするためのクライオポンプとを含む真空 装置の消費電力を低減させるための真空装置用省エネユニットであって、前記コ ンプレッサの駆動用モータに所定周波数の電力を供給するためのインバータと、 前記チャンバ内に凍らせるべき気体分子が存在しない待機状態にある場合は、前 記チャンバ内に凍らせるべき気体分子が存在している運転状態にある場合よりも 低い周波数の電力を供給するように前記インバータを制御するためのシーケンサ と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】 また、本考案による真空装置用省エネユニットは、内部で半導体製造のための 放電などのプロセスを行なうためのチャンバと、ヘリウムを圧縮するためのコン プレッサと、前記コンプッサからの圧縮されたヘリウムを膨張させて、これによ り発生する気化熱を利用して隣接する前記チャンバ内の気体分子を凍らせて前記 チャンバ内を真空又はこれに近い状態にするためのクライオポンプとを含む真空 装置の消費電力を低減させるための真空装置用省エネユニットであって、前記コ ンプレッサの駆動用モータに所定周波数の電力を供給するためのインバータと、 前記クライオポンプの温度を検出するための温度センサと、前記温度センサから の出力に基づいて、前記クライオポンプの温度変化に応じた最適な周波数の電力 を供給するように前記インバータを制御するためのシーケンサと、を備えたこと を特徴とするものである。
【０００８】 また、本考案による真空装置用省エネユニットは、内部で半導体製造のための 放電などのプロセスを行なうためのチャンバと、ヘリウムを圧縮するためのコン プレッサと、前記コンプッサからの圧縮されたヘリウムを膨張させて、これによ り発生する気化熱を利用して隣接する前記チャンバ内の気体分子を凍らせて前記 チャンバ内を真空又はこれに近い状態にするためのクライオポンプとを含む真空 装置の消費電力を低減させるための真空装置用省エネユニットであって、前記コ ンプレッサの駆動用モータに所定周波数の電力を供給するためのインバータと、 前記チャンバ内に導入する放電用不活性ガスの量、すなわち、クライオポンプの 負荷量に応じて最適な周波数の電力を供給するように前記インバータを制御する ためのシーケンサと、を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
【考案の実施の形態】
図１は、本考案の一実施形態による真空装置用省エネユニットを説明するため の概略ブロック図である。図１において、１は冷媒としてのヘリウムを冷却しな がら圧縮するためのコンプレッサ、２は前記コンプレッサ１からの圧縮されたヘ リウムを膨張させて、これにより発生する気化熱を利用して隣接するチャンバ（ 図示せず）内の気体分子を凍らせることにより、前記チャンバ内を高真空にする ためのクライオポンプ、３は前記コンプレッサ１からの圧縮されたヘリウムを前 記クライオポンプ２に送るためのＨｅ Ｓｕｐｐｌｙ配管、４は前記クライオポ ンプ２で使用されたヘリウムを前記コンプレッサ１に戻すためのＨｅ Ｒｅｔｕ ｒｎ配管、５は前記クライオポンプ２の温度を検出するための温度センサ、６は 前記コンプレッサ１のモータ１ａを駆動するための商用電源（端子台）、７は前 記商用電源６からの電力を所望の周波数に変換して前記モータ１ａに供給するた めのインバータ（ＰＩＤ制御）、８は前記温度センサ５からの出力信号又はその 他の信号に基づいて前記インバータ７を制御するためのシーケンサ、である。
【００１０】 本実施形態では、前記インバータ７及び前記シーケンサ８が、前記コンプレッ サ１を含む真空装置の消費電力を低減するための省エネユニットとして、真空装 置に追加されている。
【００１１】 本実施形態では、後述のように、コンプレッサ１が消費する電力量を、前記チ ャンバ内に凍らせるべき気体分子が存在しているかどうか、前記チャンバ内にど れだけの量の放電用不活性ガスが導入されているか（クライオポンプ２の負荷量 ）、クライオポンプ２の温度変化などの諸要因に応じて最適に可変させることに より、前記コンプレッサ１を含む真空装置全体の消費電力を低減させるようにし ている。
【００１２】 次に、本実施形態の動作を説明する。まず、一般に真空装置においては、前記 チャンバは常時高真空に保たれているが、その間でも、前記チャンバ内に放電用 不活性ガス（アルゴンガスや窒素ガスなど）が導入されていない場合や、半導体 製品が存在していない場合（半導体製品が存在している場合は、その半導体製品 からガスが発生することがある）などがある。そのような場合、すなわち、前記 チャンバ内に凍らせるべき気体分子が存在しないためにクライオポンプ２が待機 状態である場合は、前記コンプレッサ１の駆動電力を低周波数とすることが可能 である。そこで、本実施形態では、前記シーケンサ８が前記チャンバ内に凍らせ るべき気体分子が存在しているかどうかを判断して（ユーザーが前記気体分子が 存在しているかどうかを手入力してもよい）、前記チャンバ内に凍らせるべき気 体分子が存在していない場合は、前記インバータ７を制御してその出力電力の周 波数を通常よりも所定の値だけ低い周波数のものとするようにしている。
【００１３】 次に、一般に真空装置においては、前記チャンバ内に導入される放電用不活性 ガス（アルゴンガスや窒素ガスなど）の量により、クライオポンプ２の負荷量が 変化する。そこで、本実施形態では、前記シーケンサ８が前記チャンバ内に導入 されている不活性ガスの量を判断して（ユーザーが前記不活性ガスの量を手入力 してもよい）、前記チャンバ内に導入されている不活性ガスの量（クライオポン プ２の負荷量）に応じた最適な周波数の電力を出力するように、前記インバータ ７を制御するようにしている。
【００１４】 さらに、一般に真空装置においては、前記チャンバ内で放電が行なわれている かどうかなどによりクライオポンプ２の温度が変化する。そこで、本実施形態で は、前記シーケンサ８が前記温度センサ５からの出力信号に基づいて前記クライ オポンプ２の温度をリアルタイムに把握して、前記クライオポンプ２の温度に応 じた最適な周波数の電力を出力するように（例えば、前記クライオポンプ２の温 度が標準値よりも高いときは所定の値だけ高い周波数の電力を出力するように） 、前記インバータ７を制御するようにしている。
【００１５】 以上のように、本実施形態では、前記チャンバ内に凍らせるべき気体分子が存 在しているかどうか、前記チャンバ内にどれだけの量の放電用不活性ガスが導入 されているか（クライオポンプ２の負荷量）、及び、クライオポンプ２の温度変 化により、前記シーケンサ８が、前記インバータ７からの出力電力の周波数を制 御して、前記コンプレッサ１の消費電力量を最小にするようにしているので、真 空装置全体の消費電力を従来に比べて大幅に低減させることができる。
【００１６】 最後に、本実施形態による省エネユニットを従来の真空装置に追加した場合に 実際に消費電力の低減の効果が出るかどうかを確認するために本考案者が行なっ たＡｒガス負荷試験の内容とその結果を記しておく。
【００１７】 商用電源（６０Ｈｚ）とインバータ使用時（６０Ｈｚ、５０Ｈｚ、４０Ｈｚ、 ３０Ｈｚ、２０Ｈｚ）について、常温Ａｒガス負荷試験を行った。Ａｒガスの流 量−温度特性を図２に示す。この結果から、ガス流量が増加するに従って、温度 が上昇することが分かる。また、周波数が低下すると、温度が上昇することが分 かる。特に、流量が大きい領域に注目すると、周波数の低下に伴う温度上昇が大 きい事が分かる（尚、２０Ｈｚの測定結果で３０Ｋ〜４０Ｋで温度が急激に上昇 しているが、これは、吸蔵ガスの温度が上昇したことによるガス気化が影響して いると思われる）。図２から、Ａｒガス流量が少ないときは６０Ｈｚ、５０Ｈｚ 、４０Ｈｚのいずれの周波数でもほぼ同じ温度が達成でき、Ａｒガス流量が多い ときでも６０Ｈｚ、５０Ｈｚのいずれの周波数でもほぼ同じ温度が達成できてい る。このことから、本実施形態のインバータ７及びシーケンサ８を使用すること でコンプレッサ１の消費電力を落とすことができることが確認できた。
【００１８】
【考案の効果】
以上に説明したように、本考案によれば、チャンバ内に凍らせるべき気体分子 が存在しているかどうか、チャンバ内にどれだけの量の放電用不活性ガスが導入 されているか（チャンバ内を真空又はこれに近い状態にするためのクライオポン プの負荷量）、及び、クライオポンプの温度変化などのデータに基づいて、前記 シーケンサが、前記インバータからの出力電力の周波数を制御して、前記コンプ レッサの消費電力量を最小にするようにしているので、真空装置全体の消費電力 を従来に比べて大幅に低減させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本考案の一実施形態による真空装置用省エネ
ユニットを示す概略ブロック図。
【図２】 本実施形態の省エネ効果を確認するための常
温Ａｒガス負荷試験の結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１ コンプレッサ １ａ モータ ２ クライオポンプ ３ Ｈｅ Ｓｕｐｐｌｙ配管 ４ Ｈｅ Ｒｅｔｕｒｎ配管 ５ 温度センサ ６ 商用電源 ７ インバータ ８ シーケンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 土屋 毅 東京都府中市四谷５−８−１ アネルバテ クノビジネス株式会社内

Claims (4)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部で半導体製造のための放電などのプ
    ロセスを行なうためのチャンバと、ヘリウムを圧縮する
    ためのコンプレッサと、前記コンプッサからの圧縮され
    たヘリウムを膨張させて、これにより発生する気化熱を
    利用して隣接する前記チャンバ内の気体分子を凍らせて
    前記チャンバ内を真空又はこれに近い状態にするための
    クライオポンプとを含む真空装置の消費電力を低減させ
    るための真空装置用省エネユニットであって、 前記コンプレッサの駆動用モータに所定周波数の電力を
    供給するためのインバータと、 前記チャンバ又はクライオポンプの状態に応じて前記イ
    ンバータからの出力電力の周波数を可変するように前記
    インバータを制御するためのシーケンサと、を備えたこ
    とを特徴とする真空装置用省エネユニット。
  2. 【請求項２】 内部で半導体製造のための放電などのプ
    ロセスを行なうためのチャンバと、ヘリウムを圧縮する
    ためのコンプレッサと、前記コンプッサからの圧縮され
    たヘリウムを膨張させて、これにより発生する気化熱を
    利用して隣接する前記チャンバ内の気体分子を凍らせて
    前記チャンバ内を真空又はこれに近い状態にするための
    クライオポンプとを含む真空装置の消費電力を低減させ
    るための真空装置用省エネユニットであって、 前記コンプレッサの駆動用モータに所定周波数の電力を
    供給するためのインバータと、 前記チャンバ内に凍らせるべき気体分子が存在しない待
    機状態にある場合は、前記チャンバ内に凍らせるべき気
    体分子が存在している運転状態にある場合よりも低い周
    波数の電力を供給するように前記インバータを制御する
    ためのシーケンサと、を備えたことを特徴とする真空装
    置用省エネユニット。
  3. 【請求項３】 内部で半導体製造のための放電などのプ
    ロセスを行なうためのチャンバと、ヘリウムを圧縮する
    ためのコンプレッサと、前記コンプッサからの圧縮され
    たヘリウムを膨張させて、これにより発生する気化熱を
    利用して隣接する前記チャンバ内の気体分子を凍らせて
    前記チャンバ内を真空又はこれに近い状態にするための
    クライオポンプとを含む真空装置の消費電力を低減させ
    るための真空装置用省エネユニットであって、 前記コンプレッサの駆動用モータに所定周波数の電力を
    供給するためのインバータと、 前記クライオポンプの温度を検出するための温度センサ
    と、 前記温度センサからの出力に基づいて、前記クライオポ
    ンプの温度変化に応じた最適な周波数の電力を供給する
    ように前記インバータを制御するためのシーケンサと、
    を備えたことを特徴とする真空装置用省エネユニット。
  4. 【請求項４】 内部で半導体製造のための放電などのプ
    ロセスを行なうためのチャンバと、ヘリウムを圧縮する
    ためのコンプレッサと、前記コンプッサからの圧縮され
    たヘリウムを膨張させて、これにより発生する気化熱を
    利用して隣接する前記チャンバ内の気体分子を凍らせて
    前記チャンバ内を真空又はこれに近い状態にするための
    クライオポンプとを含む真空装置の消費電力を低減させ
    るための真空装置用省エネユニットであって、 前記コンプレッサの駆動用モータに所定周波数の電力を
    供給するためのインバータと、 前記チャンバ内に導入する放電用不活性ガスの量、すな
    わち、クライオポンプの負荷量に応じて最適な周波数の
    電力を供給するように前記インバータを制御するための
    シーケンサと、を備えたことを特徴とする真空装置用省
    エネユニット。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011007652A1 (ja) * 2009-07-15 2011-01-20 株式会社 アルバック 減圧システム及び真空処理装置

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