JP6988726B2 - 堆積物監視装置および真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、堆積物監視装置および真空ポンプに関する。

エッチング装置などに代表される半導体製造装置にターボ分子ポンプを用いた場合、ターボ分子ポンプ内部に、プロセスガスに起因する生成物が堆積しやすい（例えば、特許文献１参照）。生成物堆積によりターボ分子ポンプの排気効率が低下すると、同一ガス流量を排気する場合でも排気に要するエネルギー（すなわちモータ消費電力）が生成物の堆積量に応じて増加する。特許文献１に記載の堆積物検知装置では、生成物堆積によるモータ電流値の変化に基づいてポンプ内の堆積物を検知し、報知を行うようにしている。

特許第５７６７６３２号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、モータ電流値の変化のみで堆積物検知を行っているので、堆積物検知の精度が不十分である。

本発明の好ましい態様による堆積物監視装置は、ロータをモータで回転駆動してガスを排気する真空ポンプの堆積物監視装置であって、前記モータの消費電力の変化量、インバータ電流の変化量、前記真空ポンプを駆動制御するポンプ電源装置の入力電流値または消費電力の変化量、および、前記ロータの回転数の所定回転数に対する変化量の少なくとも一つを算出する演算部と、前記演算部で算出された変化量に基づいて、真空ポンプ内の堆積物が過剰であるか否かを判定する判定部とを備える。
さらに好ましい態様では、前記変化量の閾値を記憶する記憶部をさらに備え、前記判定部は、前記演算部で算出された変化量が前記閾値を超過した場合に、真空ポンプ内の堆積物が過剰であると判定する。
さらに好ましい態様では、前記モータを駆動するインバータと、前記インバータのスイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ信号生成部とを備え、前記演算部は、前記ＰＷＭ信号生成部で生成された前記ＰＷＭ制御信号に基づいて前記モータの消費電力の変化量を算出する。
さらに好ましい態様では、前記演算部は、複数の前記変化量の少なくとも一つとモータ電流値の変化量とを算出し、前記判定部は、前記演算部で算出された複数の前記変化量の少なくとも一つと、前記演算部で算出されたモータ電流値の変化量とに基づいて、真空ポンプ内の堆積物が過剰であるか否かを判定する。
さらに好ましい態様では、前記ロータは磁気軸受により非接触支持され、前記演算部は、前記モータの消費電力の変化量、前記インバータ電流の変化量、前記真空ポンプを駆動制御するポンプ電源装置の入力電流値または消費電力の変化量、前記ロータの回転数変化量および前記磁気軸受の電磁石電流値の変化量の少なくとも一つを算出する。
さらに好ましい態様では、前記磁気軸受は、前記ロータを挟んで対向対置される複数対の電磁石を有し、前記複数対の電磁石の各電磁石電流値に基づいて、前記複数対の電磁石から鉛直方向上側に配置された電磁石を推定する推定部を備え、前記演算部は前記推定部により推定された電磁石の電磁石電流値の変化量を算出する。
本発明の好ましい態様による真空ポンプは、ロータおよび前記ロータを回転駆動するモータを備えるポンプ本体と、前記ポンプ本体を駆動制御するポンプ電源装置と、上述した態様による堆積物監視装置と、を備える。

本発明によれば、真空ポンプ内の堆積物の過剰をより正確に判定することができる。

図１は、ターボ分子ポンプの概略構成を示す断面図である。 図２は、ポンプ電源装置の概略構成を示すブロック図である。 図３は、制御部の詳細を示すブロック図である。 図４は、複数のプロセスが行われる場合のモータ電力の時間的変化の一例を示す図である。 図５は、サンプリングされたモータ電力の分布を示す図である。 図６は、堆積量の変化に伴うモータ電力の変化を示す図である。 図７は、第２の実施の形態におけるポンプ電源装置の概略構成を示すブロック図である。 図８は、３つのプロセスが順に行われる場合のガス導入直後の回転数低下量を、模式的に示す図である。 図９は、磁気軸受電磁石の配置を示す模式図である。 図１０は、横向き姿勢の場合の軸受電磁石の配置を示す図である。

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。
−第１の実施の形態−
図１は本発明の一実施の形態を示す図であり、ターボ分子ポンプ１の概略構成を示す断面図である。ターボ分子ポンプ１は、真空排気を行うポンプ本体１ａと、ポンプ本体１ａを駆動制御するポンプ電源装置１ｂとを備えている。

ポンプ本体１ａは、回転翼２１と固定翼３１とで構成されるターボポンプ段と、円筒部２２とステータ３２とで構成されるネジ溝ポンプ段とを有している。ネジ溝ポンプ段においては、ステータ３２または円筒部２２にネジ溝が形成されている。回転翼２１および円筒部２２はポンプロータ２ａに形成されている。ポンプロータ２ａはシャフト２ｂに締結されている。ポンプロータ２ａとシャフト２ｂとによって回転体ユニット２が構成される。

軸方向に配置された複数段の回転翼２１に対して、複数段の固定翼３１が交互に配置されている。各固定翼３１は、スペーサリング３３を介してベース３上に載置される。ポンプケーシング３０をベース３にボルト固定すると、積層されたスペーサリング３３がベース３とポンプケーシング３０の係止部３０ａとの間に挟持され、固定翼３１が位置決めされる。

シャフト２ｂは、ベース３に設けられた磁気軸受３４，３５，３６によって非接触支持される。詳細な図示は省略したが、各磁気軸受３４〜３６は電磁石と変位センサとを備えている。変位センサによりシャフト２ｂの浮上位置の変位が検出される。シャフト２ｂはモータ１０により回転駆動される。モータ１０は、ベース３に設けられたモータステータ１０ａと、シャフト２ｂに設けられたモータロータ１０ｂとから成る。

磁気軸受が動作していない時には、シャフト２ｂは非常用のメカニカルベアリング３７ａ，３７ｂによって支持される。回転体ユニット２がモータ１０により高速回転されると、ポンプ吸気口側のガスは、ターボポンプ段（回転翼２１、固定翼３１）およびネジ溝ポンプ段（円筒部２２、ステータ３２）により順に排気され、排気ポート３８から排出される。

図２は、ポンプ電源装置１ｂの概略構成を示すブロック図である。外部からのＡＣ入力は、ポンプ電源装置１ｂに設けられたＤＣ電源４０によって交流から直流に変換される。ＤＣ電源４０は、インバータ４１用の電源、励磁アンプ４５用の電源、制御部４４用の電源をそれぞれ生成する。モータ１０に電流を供給するインバータ４１には、複数のスイッチング素子が備えられている。これらのスイッチング素子のオンオフを制御部４４によって制御することにより、モータ１０が駆動される。

図２に示した複数の電磁石４６は、各磁気軸受３４，３５，３６に設けられている電磁石を示している。図１に示したターボ分子ポンプに用いられている磁気軸受は５軸制御型磁気軸受であって、ラジアル方向の磁気軸受３４，３５は各々２軸の磁気軸受であって、それぞれ２対（４個）の電磁石４６を備えている。また、アキシャル方向の磁気軸受３６は１軸の磁気軸受であって、１対（２個）の電磁石４６を備えている。各電磁石４６に対応して、変位センサ４３がそれぞれ設けられている。各変位センサ４３には、センサ回路４２がそれぞれ設けられている。電磁石４６に電流を供給する励磁アンプ４５は、１０個の電磁石４６のそれぞれに対して設けられている。

モータ１０の駆動および磁気軸受３４〜３６の駆動を制御する制御部４４は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のデジタル演算器とその周辺回路により構成される。制御部４４は、インバータ４１に設けられている複数のスイッチング素子をオンオフ制御するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号３０１をインバータ４１へ入力する。モータ１０の電流は電流検知部４７で検出され、検出されたモータ電流情報３０７は制御部４４に入力される。モータ１０の電圧は電圧検知部４８で検出され、検出されたモータ電圧情報３０８は制御部４４に入力される。

制御部４４は、励磁アンプ４５に設けられたスイッチング素子をオンオフ制御するためのＰＷＭ制御信号３０３を各励磁アンプ４５へ入力する。各励磁アンプ４５は、各電磁石４６の電磁石電流信号３０４を制御部４４へ入力する。また、制御部４４は、センサキャリア信号（搬送波信号）３０５を各センサ回路４２へ入力する。各センサ回路４２は、シャフト２ｂの変位により変調されたセンサ信号３０６を制御部４４へ入力する。

図３は制御部４４におけるモータ制御機能およびモータ電力推定機能を示すブロック図である。図３を参照してモータ１０の消費電力（以下では、モータ電力と称す）に基づく堆積物監視について説明する。制御部４４には、モータ駆動制御に関する正弦波駆動制御部４００と、堆積物監視に関する演算部４１０，判定部４１１、記憶部４１２および報知部４１３とを備えている。正弦波駆動制御部４００は、速度制御部４０１，Ｉd・Ｉq設定部４０２，等価回路電圧変換部４０３，dq−２相電圧変換部４０４，２相-３相電圧変換部４０５，ＰＷＭ信号生成部４０６および回転速度・磁極位置推定部４０７を備えている。本実施の形態では、モータ１０はモータロータの回転位置を検出する回転センサを有しないセンサレスのモータであって、モータ電流情報３０７およびモータ電圧情報３０８に基づいて回転速度、磁極位置を推定している。

モータ１０に流れる３相電流は電流検知部４７により検出され、検出された電流検知信号はローパスフィルタ４２７に入力される。一方、モータ１０の３相電圧は電圧検知部４８により検出され、検出された電圧検知信号はローパスフィルタ４２８に入力される。ローパスフィルタ４２７を通過した電流検知信号（すなわちモータ電流情報３０７）およびローパスフィルタ４２８を通過した電圧検知信号（すなわちモータ電圧情報３０８）は、それぞれ正弦波駆動制御部４００の回転速度・磁極位置推定部４０７に入力される。

回転速度・磁極位置推定部４０７は、電流検知信号および電圧検知信号に基づいて、モータ１０の回転速度ωおよび磁極位置（電気角θ）を推定する。なお、ここでは回転速度ωおよび磁極位置（電気角θ）の推定演算の詳細は省略するが、例えば、特開２０１４−１４７１７０号公報等に記載されている。磁極位置は電気角θで表されるので、以下では、磁極位置のことを磁極電気角θと呼ぶことにする。算出された回転速度ωは速度制御部４０１，Ｉd・Ｉq設定部４０２および等価回路電圧変換部４０３に入力される。また、算出された磁極電気角θはdq−２相電圧変換部４０４に入力される。

速度制御部４０１は、入力された目標回転速度ωiと推定された現在の回転速度ωとの差分に基づいて、ＰＩ制御（比例制御および積分制御）あるいはＰ制御（比例制御）を行い、電流指令Ｉを出力する。Ｉd・Ｉq設定部４０２は、電流指令Ｉに基づき、回転座標dq系における電流指令Ｉd，Ｉqを設定する。

等価回路電圧変換部４０３は、回転速度・磁極位置推定部４０７で算出された回転速度ωおよびモータ１０の電気等価回路定数に基づいて、電流指令Ｉd，Ｉqを回転座標dq系における電圧指令Ｖd，Ｖqに変換する。なお、等価回路はモータコイルの抵抗成分ｒおよびインダクタンス成分Ｌに分けられる。電気等価回路定数ｒ、Ｌの値はモータ仕様等から得られ、予め記憶部４１２に記憶されている。

dq-２相電圧変換部４０４は、変換後の電圧指令Ｖd，Ｖqと回転速度・磁極位置推定部４０７から入力された磁極電気角θとに基づいて、回転座標dq系における電圧指令Ｖd，Ｖqを固定座標αβ系の電圧指令Ｖα，Ｖβに変換する。２相-３相電圧変換部４０５は、２相の電圧指令Ｖα，Ｖβを３相電圧指令Ｖu，Ｖv，Ｖwに変換する。ＰＷＭ信号生成部４０６は、３相電圧指令Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいてインバータ４１に設けられたスイッチング素子をオンオフ（導通または遮断）するためのＰＷＭ制御信号を生成し、出力する。インバータ４１は、ＰＷＭ信号生成部４０６から出力されたＰＷＭ制御信号に基づいてスイッチング素をオンオフし、モータ１０に駆動電圧を印加する。

ポンプ本体１ａ内には、排気するガスに起因する生成物が堆積しやすい。特にポンプ下流領域に生成物が堆積した場合、ネジ溝ポンプ段の円筒部２２とステータ３２との隙間寸法は小さいので、ネジ溝ポンプ段における生成物の堆積量が過剰になると円筒部２２とステータ３２とが接触するおそれがある。一方、生成物がポンプ内に堆積すると排気性能が低下する。排気性能低下によってポンプ下流側圧力が上昇すると、ロータ回転維持に必要なモータ電力が上昇する。そのため、モータ電力の変化に基づいて生成物の堆積状況を推定することができる。

そこで、堆積量が過剰と判定されるモータ電力の閾値（以下では、過剰判定値と称する）を予め制御部４４の記憶部４１２に記憶させておく。制御部４４に設けられた演算部４１０は、モータ電流情報３０７およびモータ電圧情報３０８に基づいてモータ電力を算出する。判定部４１１は、演算部４１０で算出されたモータ電力の変化量が過剰判定値を超過したか否か、すなわち、生成物の堆積量が許容堆積量を超過したか否かを判定する。モータ電力の変化量が過剰判定値を超過した場合には、判定部４１１は、生成物堆積に関するメンテナンスが必要であることを知らせる報知信号を報知部４１３から出力させる。

ところで、一つのプロセスチャンバで複数のプロセスが順に行われる場合、プロセス毎に排気条件が異なるためモータ電力もプロセスに応じて異なることになる。そのため、モータ電力を堆積量の指標として使用する場合には、同一のポンプ使用条件（同一プロセス）におけるモータ電力を抽出する必要がある。

図４は、複数のプロセスが行われる場合のモータ電力の時間的変化の一例を示す図である。ラインＬ１はモータ電力を示す。なお、ラインＬ１上に示した複数の黒丸はサンプリングデータを示している。図４に示す例では、一回の処理において符号Ａ、Ｂ、Ｃで示す３つのプロセスが行われ、それらが繰り返し実行されることになる。

Ａ、Ｂ、Ｃの各プロセスは、ガスの種類、ガス流入量、処理圧力、処理時間がそれぞれ異なっているためポンプ負荷がそれぞれ異なり、モータ電力もそれぞれ異なる。ターボ分子ポンプ１をプロセスチャンバに装着する場合には、一般的に、ポンプ本体１ａとプロセスチャンバとの間には開度調整可能な圧力調整バルブが設けられる。各プロセス時には、プロセスチャンバ内の圧力がそれぞれの処理圧力となるようにガス流入量と圧力調整バルブの開度が調整される。図４に示す例では、Ａプロセスにおけるモータ電力はＷａ、Ｂプロセスにおけるモータ電力はＷｂ、Ｃプロセスにおけるモータ電力はＷｃであり、Ｗａ＞Ｗｃ＞Ｗｂである。

各プロセスの前後においては処理ガスの流入が停止され、プロセスチャンバ内の圧力をいったん低下させるために圧力調整バルブの開度を大きくする。図４では、ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７の期間において処理ガスの流入が停止されバルブ開度が大きくされる。そのため、この期間においてはモータ電力がＷａ〜Ｗｃよりも低下する。このようなプロセスにおいて真空ポンプを長期間使用すると、ポンプ内の生成物の堆積量が増加し、それにつれてモータ電力が増加する。ただし、図４に示すような短時間におけるモータ電力の変化は非常に小さく、特に、処理を開始してからそれほど時間が経過していない堆積量がほぼゼロとみなせる期間では、モータ電力の変化はほとんどゼロとみなしても良い。

（ポンプ使用条件の判定方法）
図４に示すように、プロセスに応じてモータ電力が異なり、また、プロセス中と非プロセス中とではモータ電力が大きく異なる。例えば、ポンプメンテナンス後の処理開始直後においては、生成物堆積の影響のないモータ電力Ｗａ，Ｗｂ，ＷｃがＡプロセス、Ｂプロセス、Ｃプロセスにおいて検出される。各モータ電力Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃが継続して検出される時間は、各プロセスの処理時間（すなわち、処理ガスが流される期間）にほぼ対応している。また、Ａ，Ｂ，Ｃプロセスのプロセス間には、モータ電力が大きく低下する期間（すなわち、処理ガスが流れていない期間）が存在する。

任意の一定期間（例えば、図４の時刻ｔ１から時刻ｔ７までの期間よりも長い期間）にサンプリングされた多数のモータ電力の分布を見ると、図５に示すようにモータ電力Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗ０の近傍にデータが集まっている。最も電力値の大きなデータ群Ｇ１はＡプロセス中にサンプリングされたものであり、最も電力値の小さなデータ群Ｇ２はガス流入が無いときにサンプリングされたものであると考えることができる。すなわち、データ群Ｇ１の電力平均値を算出するとほぼＷａとなり、データ群Ｇ２の電力平均値を算出するとほぼＷ０となる。もちろん、データ群Ｇ１のいずれか一つのデータの電流値を堆積量指標としてのモータ電力Ｗａとし、データ群Ｇ２のいずれか一つのデータの電流値を堆積量指標としてのモータ電力Ｗ０としても良い。

なお、以下では、電力平均値を用いる場合もばらついている個々のモータ電力を用いる場合も、モータ電力Ｗａと記載することにする。

上述したように、堆積量指標としてのモータ電力Ｗａは、図６のＷa1、Ｗa2のようにポンプ使用時間の経過と共に増加し、曲線Ｌ２のように変化する。ΔＷthは、前述した過剰判定値である。図３の演算部４１０は、サンプリングされたモータ１０の電流値と電圧値とに基づいてモータ電力を算出し、図５に示すような処理を行いＡプロセスのモータ電力Ｗa1、Ｗa2を抽出する。抽出されたモータ電力Ｗa1、Ｗa2は判定部４１１へ入力され、判定部４１１は、モータ電力の変化量（Ｗa1−Ｗａ），（Ｗa2−Ｗａ）が過剰判定値ΔＷthを超過しているか否かを判定する。判定部４１１で変化量が過剰判定値ΔＷthを超過していると判定されると、判定部４１１は上述したように報知部４１３から報知信号を出力させる。この報知信号は、堆積物クリーニングのメンテナンス時期であることを報知する信号である。

上述した説明では、Ａプロセスにおけるモータ電力Ｗａを堆積物過剰判定に使用したが、ＢまたはＣプロセスのモータ電力Ｗｂ，Ｗｃを堆積物過剰判定に用いてもよい。その場合には、モータ電力Ｗｂ，Ｗｃに関する過剰判定値ΔＷthを予め記憶部４１２に記憶しておき、判定に使用する。モータ電力ＷｂまたはＷｃを抽出してＢまたはＣプロセスを抽出する場合も、Ａプロセスの場合と同様に行われる。ただし、堆積量の増加に対するモータ電力の増え方はガス流量が大きい場合ほど顕著になるので、ガス流量の最も大きなＡプロセスにおけるモータ電力を用いて生成物の堆積量を判定するのが好ましい。

上述した実施の形態では、モータ１０はセンサレスのモータであって、回転速度や磁極位置の推定に用いられるモータ電流情報３０７およびモータ電圧情報３０８に基づくモータ電力を用いて堆積量の判定を行った。しかしながら、回転センサを有するモータであっても、モータ電流およびモータ電圧を検出する検出部を備える構成であれば、同様に適用できる。

上述した第１の実施の形態では、モータ電力の変化量が過剰判定値ΔＷthを超過した場合に、ポンプ内の堆積物の量が過剰であると判定した。そのため、その判定結果を利用することで、例えば、判定結果に基づいて報知信号を出力することで、堆積物に関するメンテナンス時期となったことを容易に知ることができる。さらに、また、堆積量過剰の指標としてモータ電力の変化量を用いているので、モータ電流の変化だけでなくモータ電圧の変化も反映され、モータ電流の変化量のみを用いる場合に比べてより正確に堆積量過剰を判定することができる。

なお、上述した実施の形態では、モータ電流値およびモータ電圧値から算出されるモータ電力の変化量に基づいて堆積物過剰の判定を行ったが、例えば、ポンプ電源装置１ｂの消費電力や電流値の変化や、図３のインバータ４１のインバータ電流の変化、図３のＰＷＭ信号生成部４０６が出力するＰＷＭ制御信号のいずれかに基づいて堆積量の判定を行うようにしても良い。ＰＷＭ制御信号を使用する場合には、ＰＷＭ制御信号のデューティ比から公知の計算式を用いてモータ電力が演算され、演算されたモータ電力の変化量に基づいて堆積物過剰の判定が行われる。後述するように、ポンプ内に生成物が堆積すると電磁石電流が増加して、磁気軸受消費電力が増加する。そのため、ポンプ電源装置１ｂの消費電力を用いる場合、ポンプ電源装置１ｂの消費電力の変化にはモータ消費電力の増加と磁気軸受消費電力の増加とが含まれ、堆積物過剰となるときの消費電力変化量がより大きくなる。ポンプ電源装置１ｂの電流値の変化を用いる場合も同様で、電流値変化量がより大きく現れる。そのため、堆積物過剰の判定をより正確に行うことができる。

−第２の実施の形態−
図７は第２の実施の形態を説明する図であり、上述した図２の場合と同様にポンプ電源装置１ｂの概略構成を示すブロック図である。図７に示すブロック図では、図２で設けられていた電流検知部４７および電圧検知部４８に代えて、ロータ回転数（すなわち、図１のシャフト２ｂの回転数）を検出する回転数センサ２３を設けた。回転数センサ２３で検出された回転数情報３０２は制御部４４に入力される。制御部４４には、図３の場合と同様に、演算部４１０，判定部４１１，記憶部４１２および報知部４１３が設けられている。

プロセス処理を行う場合には、一般的に、プロセスガスを導入する前にプロセスチャンバをいったん高真空とし、その後、プロセスガスを導入してチャンバ内圧力が所定プロセス圧力となったならばプロセス処理が開始される。ターボ分子ポンプ１では、回転数センサ２３で検出されるロータ回転数が所定回転数（一般には定格回転数）から変化すると、モータ電流を制御して変化したロータ回転数を所定回転数へと戻すようにしている。そのため、ガス導入直後は、ガス負荷の急激な変化によりロータ回転数が所定回転数から低下する。

ガス導入直後の回転数低下量は、ガス負荷が大きいほど大きく、また、生成物の堆積量が多いほど大きい。図８は、３つのプロセスが順に行われる場合の、ガス導入直後の回転数低下量を模式的に示した図である。図８では、矢印で示した各処理区間Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、Ａプロセス，Ｂプロセス，Ｃプロセスが行われる。各処理区間Ａ，Ｂ，Ｃのいずれにおいても、ガス導入、プロセス処理、ガス停止の順に処理が進み、ガス導入直後にロータ回転数が所定回転数Ｎ０から低下して、再び所定回転数Ｎ０に戻った後にプロセス処理が行われる。処理区間Ｃの後にはウェハ交換区間においてウェハ搬出・搬入処理が行われ、その後、交換後のウェハに対してＡプロセス，Ｂプロセス，Ｃプロセスが順に行われる。

図８に示す例では、ガス導入量はＡプロセスが最も大きく、Ｃプロセス、Ｂプロセスの順に小さくなる。そのため、各処理区間Ａ，Ｂ，Ｃのガス導入直後におけるロータ回転数低下量ΔＮａ，ΔＮｂ，ΔＮｃの大小関係はΔＮａ＞ΔＮｃ＞ΔＮｂとなる。なお、ロータ回転数低下量はガス導入量だけでなくガス分子量等にも依存するが、ここでは話を簡単にするためにガス導入量だけを考える。

図７に示した制御部４４の演算部４１０は、回転数センサ２３からの回転数情報３０２に基づいてロータ回転数低下量ΔＮａ，ΔＮｂ，ΔＮｃを算出する。例えば、Ａプロセスの区間Δｔにおいてサンプリングされるロータ回転数データＮ(m)に関して、差分＝Ｎ(m)−Ｎ(m-1)はマイナス値になる。そのため、差分がマイナス値となる区間における差分の和の絶対値は、ロータ回転数低下量ΔＮａとなる。または、差分＝Ｎ(m)−Ｎ(m-1)の符号がマイナスからプラスに転じたタイミングのロータ回転数データＮ(m-1)を用いて、Ｎ０−Ｎ(m-1)をロータ回転数低下量ΔＮａとしても良い。

なお、ガス導入直後でない場合もロータ回転数が所定回転数Ｎ０から僅かにずれる場合があるので、演算部４１０は、ロータ回転数の変化が所定変化量を超過した場合にのみロータ回転数低下量ΔＮａ，ΔＮｂ，ΔＮｃの演算を行うようにしても良い。

ロータ回転数低下量ΔＮａを堆積物過剰判定に用いる場合には、所定時間（例えば、処理区間Ａ，Ｂ，Ｃの和よりも長い時間）の間にサンプリングされた複数の回転数低下量から最も低下量の大きなデータをロータ回転数低下量ΔＮａとする。このようなロータ回転数低下量ΔＮａの抽出は演算部４１０で行われる。判定部４１１は、ロータ回転数低下量ΔＮａと記憶部４１２に記憶されている閾値ΔＮthとを比較し、ΔＮａ＞ΔＮthか否かを判定する。ΔＮａ＞ΔＮthと判定されると、判定部４１１は報知部４１３から堆積物メンテナンスに関する報知信号を出力させる。なお、ロータ回転数低下量ΔＮｂまたはΔＮｃを用いて堆積量の判定を行うようにしても良い。その場合には、使用するロータ回転数低下量ΔＮｂ，ΔＮｃに応じた閾値Ｎthが記憶部４１２に記憶されている。

このように、本実施の形態では、ロータ回転数の低下量がその閾値を超過した場合に堆積量過剰と判定しているので、モータ電圧の変化を考慮することなくモータ電流値の変化量だけで堆積量過剰を判定する場合に比べて、より正確に判定を行うことができる。なお、第１の実施の形態の図２，３に示すように回転数センサを設けずに、回転速度・磁極位置推定部４０７により推定されたモータ１０の回転速度ωからロータ回転数を算出するような構成の場合にも、本実施の形態を適用することができる。

−第３の実施の形態−
上述した第１の実施の形態ではモータ電力等の電力値の変化量に基づいて堆積物過剰判定を行い、第２の実施の形態ではロータ回転数の低下量に基づいて堆積物過剰判定を行ったが、第３の実施の形態では、電磁石電流値の変化量に基づいて堆積物過剰判定を行うようにした。

図９は、各磁気軸受３４〜３６の電磁石のシャフト２ｂに対する配置を模式的に示した図である。シャフト２ｂの軸芯方向を、５軸制御型磁気軸受を構成する磁気軸受３４〜３６のｚ軸方向とした。磁気軸受３４は、シャフト２ｂを挟んでｘ１軸に沿って配置された１組の電磁石３４ｘ１１，３４ｘ１２と、シャフト２ｂを挟んでｙ１軸に沿って配置された１組の電磁石３４ｙ１１，３４ｙ１２とを備えている。磁気軸受３５は、シャフト２ｂを挟んでｘ２軸に沿って配置された１組の電磁石３５ｘ２１，３５ｘ２２と、シャフト２ｂを挟んでｙ２軸に沿って配置された１組の電磁石３５ｙ２１，３５ｙ２２とを備えている。磁気軸受３６は、シャフト２ｂのスラストディスク２００を挟んで対向配置された１組の電磁石３６ｚ１，３６ｚ２を備えている。これら１０個の電磁石３４ｘ１１，３４ｘ１２，３４ｙ１１，３４ｙ１２，３５ｘ２１，３５ｘ２２，３５ｙ２１，３５ｙ２２，３６ｚ１および３６ｚ２は、図２や図７に示した電磁石４６に対応している。

各電磁石に流れる電磁石電流は、機能別で成分に分けると、バイアス電流ｉｂ、浮上制御電流ｉｃから構成される。ここで、対向する電磁石に流れる電磁石電流の各成分は、磁気浮上制御の必要性および位置信号（変位信号）を良好に検出する必要性から、バイアス電流は同符号、浮上制御電流は逆符号となるように構成される。例えば、磁気軸受３４のｘ１軸の正方向に配置された電磁石３４ｘ１１の電磁石電流をＩp、負方向に配置された電磁石３４ｘ１２の電磁石電流をＩmとすると、電磁石電流ＩpおよびＩmは次式（１），（２）のように表される。
Ｉp＝ｉｂ＋ｉｃ …（１）
Ｉm＝ｉｂ−ｉｃ …（２）

バイアス電流ｉｂは直流あるいは極めて低い周波数帯であり、回転体に作用する重力との釣り合い力、浮上力の直線性改善、変位センシングのためのバイアス用として用いられる。浮上制御電流ｉｃは、シャフト２ｂを所定位置に浮上させる制御力用として用いられる電流である。浮上制御電流ｉｃは浮上位置の変動に応じて変化するので、その周波数帯は直流から１ｋＨｚオーダとなる。

通常、ターボ分子ポンプ１を正立姿勢で用いる場合には、図９のｚ軸正方向と鉛直上方向とが一致する。一般的には、シャフト２ｂがラジアル磁気軸受である磁気軸受３４，３５の中心位置に支持されると共に、シャフト２ｂに設けられたスラストディスク２００が電磁石３６ｚ１と電磁石３６ｚ２との中間位置に支持されるように各電磁石の電磁石電流が制御される。正立姿勢の場合には、重力の影響を相殺して中間位置に支持されるように、電磁石３６ｚ１の吸引力の方が大きくなるように浮上制御電流ｉｃが制御される。電磁石３６ｚ１の電磁石電流を式（１）のＩpで表し，電磁石３６ｚ２の電磁石電流を式（２）のＩmで表わすと、Ｉp＞Ｉmのように制御されている。一方、倒立姿勢で用いられる場合には、Ｉm＞Ｉpのように制御されることになる。

また、ターボ分子ポンプ１を横向き姿勢で用いる場合には、図１０（ａ）または図１０（ｂ）に示すようなポンプ姿勢で用いられる。図１０は、横向き姿勢の場合の磁気軸受３４の電磁石３４ｘ１１，３４ｘ１２，３４ｙ１１，３４ｙ１２の配置を示したものである。図１０（ａ）に示すポンプ姿勢では、電磁石３４ｙ１１，３４ｙ１２が鉛直方向に沿って配置される。図１０（ｂ）に示すポンプ姿勢では、電磁石３４ｘ１１，３４ｘ１２が配置される軸ｘ１と電磁石３４ｙ１１，３４ｙ１２が配置される軸ｙ１とが、それぞれ鉛直方向に対して４５degの角度を成している。

いずれの場合も、重力の影響を相殺してシャフト２ｂが磁気軸受３４の中央に磁気浮上されるように浮上制御電流ｉｃが制御される。図１０（ａ）の場合、電磁石３４ｙ１１の電磁石電流Ｉpが電磁石３４ｙ１２の電磁石電流Ｉmよりも大きくなるように制御され、図１０（ｂ）の場合、電磁石３４ｘ１１，３４ｙ１１の電磁石電流Ｉpが電磁石３４ｘ１２，３４ｙ１２の電磁石電流Ｉmよりも大きくなるように制御される。

図９の正立姿勢、図１０（ａ），（ｂ）の横向き姿勢および倒立姿勢（不図示）のいずれのポンプ姿勢の場合も、一対の電磁石の内の鉛直方向上側に配置される電磁石の電磁石電流が他方の電磁石の電磁石電流よりも大きくなる。図９の場合には、５軸の内、ｚ軸の電磁石電流Ｉp，ＩmはＩp＞Ｉmのように制御され、他のｘ１軸、ｘ２軸、ｙ１軸およびｙ２軸の電磁石電流Ｉp，ＩmはＩp＝Ｉmのように制御されている。図１０（ａ）の場合には、５軸の内、ｙ１軸およびｙ２軸の電磁石電流Ｉp，ＩmはＩp＞Ｉmのように制御され、他のｘ１軸、ｘ２軸およびｚ軸の電磁石電流Ｉp，ＩmはＩp＝Ｉmのように制御されている。図１０（ｂ）の場合には、５軸の内、ｘ１軸、ｘ２軸、ｙ１軸およびｙ２軸の電磁石電流Ｉp，ＩmはＩp＞Ｉmのように制御され、他のｚ軸の電磁石電流Ｉp，ＩmはＩp＝Ｉmのように制御されている。そのため、磁気軸受２４，２５，２６の各電磁石電流Ｉp，Ｉmを比較することで、ターボ分子ポンプ１がどのようなポンプ姿勢で配置されているかを認識することができる。

ところで、ポンプロータ２ａに生成物が堆積するとポンプロータ２ａの重量が増加する。その結果、図９，図１０（ａ），（ｂ）の鉛直方向上側に配置されている電磁石の電流が増加する。上述のように鉛直方向上側に配置されている電磁石は磁気軸受２４，２５，２６の各電磁石電流Ｉp，Ｉmを比較することで分かるので、鉛直方向上側と認識された電磁石の電磁石電流の変化（増加量）を、生成物の堆積物過剰の判定に用いることができる。

前述したモータ電力やロータ回転数の変化量は、プロセスによってガス流量やガス分子量が異なるのでプロセスの影響を受けやすい。しかしながら、電磁石電流の変化量はポンプロータ２ａに堆積した生成物の重量に依存し、プロセスの影響を受けない。よって、プロセスの影響を受けることなく、堆積物過剰を判定することができる。

制御部４４（図７参照）の演算部４１０は、電磁石電流信号３０４に基づいて鉛直方向上側に配置されている電磁石を推定し、推定した電磁石の電磁石電流増加量を算出して判定部４１１に入力する。例えば、図９のポンプ姿勢（正立姿勢）の場合には電磁石３６ｚ１が鉛直方向上側に配置されている電磁石と推定され、電磁石３６ｚ１の電磁石電流増加量が判定部４１１に入力される。判定部４１１は、入力された電磁石電流増加量と記憶部４１２に記憶されている電磁石電流増加量の閾値とを比較し、（電磁石電流増加量）＞（閾値）か否かを判定する。（電磁石電流増加量）＞（閾値）と判定された場合には、判定部４１１は報知部４１３から堆積物メンテナンスに関する報知信号を出力させる。

（Ｃ１）上述したように、堆積物監視装置である制御部４４は、モータ１０の消費電力の変化量、ターボ分子ポンプ１のポンプ本体１ａを駆動制御するポンプ電源装置１ｂの入力電流値または消費電力の変化量およびポンプロータ２ａの回転数の変化量の少なくとも一つを算出する演算部４１０と、前記変化量の閾値が記憶される記憶部４１２と、演算部４１０で算出された変化量がその変化量の閾値を超過した場合に、ポンプ本体１ａ内の堆積物が過剰であると判定する判定部４１１とを備える。

このように、モータ１０の消費電力の変化量やポンプロータ２ａの回転数の変化量を用いて堆積物過剰の判定を行う場合、モータ電圧の変化を考慮せずモータ電流値の変化量だけで判定を行う場合に比べてより正確に判定を行うことができる。また、ポンプ本体１ａを駆動制御するポンプ電源装置１ｂの入力電流値または消費電力の変化量を用いて堆積物過剰の判定を行う場合には、モータ１０の消費電力や電流値の変化量だけでなく、磁気軸受の消費電力の変化も含まれるので、変化量がより大きくなり堆積物過剰をより正確に判定することができる。なお、ＤＣ電源４０の電流値および電圧値を検出する検出部を設けることで、その検出部の検出結果に基づいてポンプ電源装置１ｂの消費電力や入力電流値を求めることができる。

さらに、異なる複数の変化量について堆積物過剰の判定を行うことにより、判定の信頼性向上を図ることができる。その場合、複数の変化量の全てが各々の閾値を超過した場合に報知信号を出力するようにしても良いし、複数の変化量のいずれか一つが閾値を超過した場合に報知信号を出力するようにしても良い。

（Ｃ２）図３に示すようにモータ１０を駆動するインバータ４１と、インバータ４１のスイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ信号生成部４０６とを備え、演算部４１０において、ＰＷＭ信号生成部４０６で生成されたＰＷＭ制御信号に基づいてモータ１０の消費電力の変化量を算出するようにしても良い。

（Ｃ３）さらに、演算部４１０は、モータ１０の消費電力の変化量、ポンプ電源装置１ｂの入力電流値または消費電力の変化量およびロータ回転数の変化量の少なくとも一つと、モータ電流値の変化量とを算出し、演算部４１０で算出された変化量がその変化量の閾値を超過した場合に、ポンプ本体１ａ内の堆積物が過剰であると判定するようにしても良い。図２の電流検知部４７で検出されるモータ電流値の変化量に加えて、モータ１０の消費電力の変化量、ポンプ電源装置１ｂの入力電流値または消費電力の変化量およびロータ回転数の変化量の少なくとも一つを用いて堆積物過剰の判定を行うことにより、判定の信頼性向上を図ることができる。

（Ｃ４）ロータが磁気軸受により非接触支持される真空ポンプの場合には、堆積物過剰の判定の変化量として磁気軸受の電磁石電流値の変化量を用いても良い。電磁石電流値の変化量を用いた場合、プロセスの影響を受けることなく堆積物過剰を判定することができる。また、電磁石電流値の変化量と他の変化量（モータ消費電力の変化量、ポンプ電源装置１ｂの消費電力や入力電流値の変化量、ロータ回転数の変化量）と組み合わせて堆積物過剰の判定を行っても良い。それにより、判定の信頼性向上を図ることができる。

（Ｃ５）電磁石電流値の変化量を用いて堆積物過剰の判定を行う場合、演算部４１０で、複数対の電磁石の各電磁石電流値に基づいて鉛直方向上側に配置された電磁石を推定する構成とすることにより、堆積物過剰の判定に使用すべき電磁石電流値が自動的に決定される。もちろん、真空ポンプ設置時のポンプ姿勢をオペレータが確認して、そのポンプ姿勢において堆積物過剰判定に使用すべき電磁石電流を、オペレータがポンプ電源装置１ｂの入力部（不図示）から制御部４４に入力して設定するような構成としても良い。

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、上述した第１〜第３の実施の形態を組み合わせて適用しても良い。また、上述した実施の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、磁気軸受式でないターボ分子ポンプやネジ溝ポンプ等にも適用することができる。

１…ターボ分子ポンプ、１ａ…ポンプ本体、１ｂ…ポンプ電源装置、２…回転体ユニット、２ａ…ポンプロータ、２ｂ…シャフト、１０…モータ、２３…回転数センサ、３４，３５，３６…磁気軸受、４０…ＤＣ電源、４１…インバータ、４４…制御部、４６…電磁石、４７…電流検知部、４８…電圧検知部、４０６…ＰＷＭ信号生成部、４１０…演算部、４１１…判定部、４１２…記憶部、４１３…報知部

Claims (7)

1. ロータをモータで回転駆動してガスを排気する真空ポンプの堆積物監視装置であって、
   前記真空ポンプへのガス導入直後の前記ロータの回転数の所定回転数から低下した変化量を算出する演算部と、
   前記演算部で算出された変化量に基づいて、真空ポンプ内の堆積物が過剰であるか否かを判定する判定部とを備える、堆積物監視装置。
2. ロータをモータで回転駆動してガスを排気する真空ポンプの堆積物監視装置であって、
   前記真空ポンプにおいて複数のプロセスが順に繰り返し行われる場合、前記複数のプロセスのうち同一プロセスにおける前記モータの消費電力の平均値の変化量を算出する演算部と、
   前記演算部で算出された変化量に基づいて、真空ポンプ内の堆積物が過剰であるか否かを判定する判定部とを備える、堆積物監視装置。
3. ロータをモータで回転駆動してガスを排気する真空ポンプの堆積物監視装置であって、
   前記ロータは磁気軸受により非接触支持され、
   前記磁気軸受は、前記ロータを挟んで対向対置される複数対の電磁石を有し、
   前記複数対の電磁石の各電磁石電流値に基づいて、前記複数対の電磁石から鉛直方向上側に配置された電磁石を推定する推定部と、
   前記推定部により推定された電磁石の電磁石電流値の変化量を算出する演算部と、
   前記演算部で算出された変化量に基づいて、真空ポンプ内の堆積物が過剰であるか否かを判定する判定部と、を備える、
   堆積物監視装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の堆積物監視装置において、
   前記変化量の閾値を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記判定部は、前記演算部で算出された変化量が前記閾値を超過した場合に、真空ポンプ内の堆積物が過剰であると判定する、堆積物監視装置。
5. 請求項２に記載の堆積物監視装置において、
   前記同一プロセスは、前記複数のプロセスのうちガス流量が最も大きなプロセスである、堆積物監視装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の堆積物監視装置において、
   前記演算部は、前記変化量とモータ電流値の変化量とを算出し、
   前記判定部は、前記演算部で算出された前記変化量と、前記演算部で算出されたモータ電流値の変化量とに基づいて、真空ポンプ内の堆積物が過剰であるか否かを判定する、堆積物監視装置。
7. ロータおよび前記ロータを回転駆動するモータを備えるポンプ本体と、
   前記ポンプ本体を駆動制御するポンプ電源装置と、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の堆積物監視装置と、を備える真空ポンプ。

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