JPWO2018198288A1 - ポンプ監視装置、真空処理装置および真空ポンプ - Google Patents

Abstract

同一のチャンバに接続されている複数の真空ポンプの異常を検出するポンプ監視装置であって、ポンプ監視装置は、複数の前記真空ポンプの各々のポンプロータの回転状態を表す信号を比較した結果に基づいて、複数の前記真空ポンプのいずれかに異常が生じていることを推定する。

Description

本発明は、ポンプ監視装置、真空処理装置および真空ポンプに関する。

半導体や液晶パネルの製造におけるドライエッチングやＣＶＤ等の工程では、高真空のプロセスチャンバ内で処理を行うため、プロセスチャンバ内のガスを排気し高真空を維持する手段として、例えば、ターボ分子ポンプのような真空ポンプが用いられる。ドライエッチングやＣＶＤ等のプロセスチャンバ内のガスを排気する場合、ガスの排気に伴ってポンプ内に反応生成物が堆積する。

このような反応生成物の堆積に関して、特許文献１には、ポンプ内に堆積した生成物を検知する方法が開示されている。特許文献１に開示されている堆積物検知方法では、ポンプの回転体を回転駆動するモータの電流値を計測し、モータ電流初期値に対する計測値の変化量が所定値以上の場合に警告を発するようにしている。

日本国特許第５７６７６３２号公報

しかしながら、実際には、単一のプロセス内においても排気されるガス流量は大きく変動するので、ガス流量の変動に伴って回転体を回転駆動するモータの電流値も大きく変動することになる。そのため、ガス流量の変動によるモータ電流値が変動した場合も警告を発してしまい、誤判定が避けられないという課題があった。

本発明の第１の態様によると、ポンプ監視装置は、同一のチャンバに接続されている複数の真空ポンプの異常を検出するポンプ監視装置であって、複数の前記真空ポンプの各々のポンプロータの回転状態を表す信号を比較した結果に基づいて、複数の前記真空ポンプのいずれかに異常が生じていることを推定する。
本発明の第２の態様によると、第１の態様のポンプ監視装置において、前記回転状態を表す信号は、前記ポンプロータを回転駆動するモータのモータ電流値であって、互いに異なる前記真空ポンプの前記モータ電流値の差に基づいて、複数の前記真空ポンプのいずれかに異常が生じていることを推定する。
本発明の第３の態様によると、第１の態様のポンプ監視装置において、前記ポンプロータは磁気軸受によって磁気浮上支持され、前記回転状態を表す信号は前記磁気軸受の磁気軸受制御量に基づいて算出される。
本発明の第４の態様によると、第１の態様のポンプ監視装置において、チャンバを真空排気する複数の真空ポンプを備える一以上の真空処理装置から、複数の前記真空ポンプの前記回転状態を表す信号が入力される入力部を備え、前記真空処理装置毎に複数の前記真空ポンプのいずれかに異常が生じていることを推定する。
本発明の第５の態様によると、真空処理装置は、チャンバと、前記チャンバを真空排気する複数の真空ポンプと、第１の態様のポンプ監視装置と、を備える。
本発明の第６の態様によると、真空ポンプは、第１の態様のポンプ監視装置と、モータにより回転駆動されるポンプロータと、他の真空ポンプからの回転状態を表す信号が入力される入力部と、を備え、前記ポンプ監視装置は、前記ポンプロータの回転状態を表す信号と前記入力部から入力される回転状態を表す信号とを比較してポンプ異常を推定する。

本発明によれば、真空ポンプの異常検出の際の誤判定を防止することができる。

図１は、第１の実施の形態における半導体製造装置を示す図である。 図２は、ポンプ本体の詳細を示す断面図である。 図３は、モータ電流計測値の一例を示す図である。 図４は、真空ポンプおよびポンプ監視装置を示すブロック図である。 図５は、変位センサの構成を示す図である。 図６は、異常判定処理の一例を示すフローチャートである。 図７は、磁気軸受制御を説明するブロック図である。 図８は、ＸＹ値の一例を示す図である。 図９は、第２の実施の形態における異常判定処理の一例を示すフローチャートである。 図１０は、第３の実施の形態を説明する図である。 図１１は、第４の実施の形態を説明する図である。

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、第１の実施の形態における半導体製造装置１０を示す図である。半導体製造装置１０はエッチング装置等の真空処理装置である。図１に示す例では、２台の真空ポンプ１Ａ，１Ｂがプロセスチャンバ１００に取り付けられているが、３台以上が取り付けられている場合にも同様に適用することができる。

真空ポンプ１Ａはバルブ３Ａを介してプロセスチャンバ１００に取り付けられ、真空ポンプ１Ｂはバルブ３Ｂを介してプロセスチャンバ１００に取り付けられている。半導体製造装置１０は、真空ポンプ１Ａ、１Ｂおよびバルブ３Ａ，３Ｂを含む製造装置全体を制御する主制御装置１１０を備える。主制御装置１１０には、真空ポンプ１Ａ、１Ｂが異常か否かを監視する監視装置４を備えている。真空ポンプ１Ａ，１Ｂは同一機種の真空ポンプであり、それぞれポンプ本体１１と、ポンプ本体１１を駆動制御するコントローラ１２とを備えている。真空ポンプ１Ａ，１Ｂの各コントローラ１２は、通信ライン４０を介して半導体製造装置１０の主制御装置１１０に接続されている

図２は、ポンプ本体１１の詳細を示す断面図である。本実施の形態における真空ポンプ１Ａ，１Ｂは磁気軸受式のターボ分子ポンプであり、ポンプ本体１１には回転体Ｒが設けられている。回転体Ｒは、ポンプロータ１４と、ポンプロータ１４に締結されたロータシャフト１５とを備えている。

ポンプロータ１４には、上流側に回転翼１４ａが複数段形成され、下流側にネジ溝ポンプを構成する円筒部１４ｂが形成されている。これらに対応して、固定側には複数の固定翼ステータ６２と、円筒状のネジステータ６４とが設けられている。図２に示す例ではネジステータ６４側にネジ溝が形成されているが、円筒部４ｂにネジ溝を形成しても構わない。各固定翼ステータ６２は、スペーサリング６３を介してベース６０上に載置される。

ロータシャフト１５は、ベース６０に設けられたラジアル磁気軸受１７Ａ，１７Ｂとアキシャル磁気軸受１７Ｃとによって磁気浮上支持され、モータ１６により回転駆動される。各磁気軸受１７Ａ〜１７Ｃは電磁石と変位センサとを備えおり、変位センサによりロータシャフト１５の浮上位置が検出される。ロータシャフト１５の回転数は回転数センサ１８により検出される。磁気軸受１７Ａ〜１７Ｃが作動していない場合には、ロータシャフト１５は非常用のメカニカルベアリング６６ａ，６６ｂによって支持される。

ベース６０には、吸気口６１ａが形成されたポンプケーシング６１がボルト固定されている。ベース６０の排気口６０ａには排気ポート６５が設けられ、この排気ポート６５にバックポンプが接続される。ポンプロータ１４が締結されたロータシャフト１５をモータ１６により高速回転すると、吸気口６１ａ側の気体分子は排気ポート６５側へと排気される。

ベース６０には、ヒータ１９と、冷却水などの冷媒が流れる冷媒配管２０とが設けられている。反応生成物の堆積しやすいガスを排気する場合には、ネジ溝ポンプ部分や下流側の回転翼１４ａへの生成物堆積を抑制するために、ヒータ１９のオンオフおよび冷媒配管２０を流れる冷媒のオンオフを行うことにより、例えばネジステータ固定部付近のベース温度が所定温度となるように温度調整を行う。なお、図示は省略したが、冷媒配管２０には、冷媒をオンオフするための電磁弁が設けられている。

ところで、同一のプロセスチャンバ１００に取り付けられた２つの真空ポンプ１Ａ，１Ｂは、使用条件がほぼ同一であるとみなすことができる。また、反応生成物の堆積によるポンプメンテナンスも同一タイミングで行われる。そのため、使用時間の経過に伴う真空ポンプ１Ａおよび真空ポンプ１Ｂにおける反応生成物の堆積状態は、ほぼ同一であると考えられる。

図３は、真空ポンプ１Ａおよび真空ポンプ１Ｂのモータ電流の計測値の一例を示す図であり、反応生成物の堆積が進行した状態における計測値を示す。図３において、横軸は時間を表し、縦軸はモータ電流値を表している。実線で示すラインＭＡは真空ポンプ１Ａのモータ電流値を示し、破線で示すラインＭＢは真空ポンプ１Ｂのモータ電流値を示す。符号Ｂで示す期間はプロセスチャンバ１００内へのガス導入が行われ、モータ電流値ＭＡ，ＭＢが上昇している。

図３のようにガスの導入および停止が繰り返される運転状態では、ガス流量の変動に伴ってモータ電流値が大きく変動することになる。しかし、真空ポンプ１Ａ，１Ｂは、同一機種の真空ポンプであって、使用条件もほぼ同一なので、図３に示すように、ガス導入量の変化によらずモータ電流値ＭＡ，ＭＢはほぼ同様の変化傾向を示し、モータ電流値ＭＡ，ＭＢ間の差も小さい。

しかしながら、反応生成物の堆積量が増大した状態においては、図３の符号Ａで示すような瞬間的なモータ電流値の上昇が見られる。これは、反応生成物の堆積が進行すると、堆積物によって図２に示す円筒部１４ｂとネジステータ６４とのギャップが小さくなり、ポンプロータ１４が揺れた場合に円筒部１４ｂとネジステータ６４とが偶発的に接触し、モータ電流値の瞬間的な上昇が発生するものと推定される。図３に示す例では、真空ポンプ１Ａのモータ電流値ＭＡに瞬間的な上昇が発生している。このような現象は、反応生成物の堆積量が過大になると発生し、モータ電流値の瞬間的な上昇が発生した後、数日〜２週間程度で堆積物による不具合（例えば、円筒部１４ｂとネジステータ６４との接触によるポンプ起動不能）が発生することが分かった。

そこで、本実施の形態では、真空ポンプ１Ａのモータ電流値ＭＡと真空ポンプ１Ｂのモータ電流値ＭＢとの差を算出し、その差の大きさが予め設定した閾値を超えた場合（例えば、図３の符号Ａで示すような状況の場合）に、ユーザへ警告を発生するようにした。

図４は、半導体製造装置１０に設けられた真空ポンプ１Ａ，１Ｂの構成を示すブロック図である。真空ポンプ１Ａ，１Ｂは同一機種の真空ポンプであって、ポンプ本体１１はモータ１６，磁気軸受１７および回転数センサ１８を備え、コントローラ１２は通信ポート２１，磁気軸受制御部２２，モータ制御部２３および記憶部２４を備えている。なお、図４では、図２のラジアル磁気軸受１７Ａ，１７Ｂおよびアキシャル磁気軸受１７Ｃを、まとめて磁気軸受１７と記載した。また、主制御装置１１０は、ポンプ監視装置１２０および表示部１３０および通信ポート４４を備えている。

モータ制御部２３は、回転数センサ１８で検出した回転信号に基づいてロータシャフト１５の回転数を推定し、推定された回転数に基づいてモータ１６を所定目標回転数に制御する。なお、ガス流量が大きくなるとポンプロータ１４への負荷が増加するので、負荷に応じてモータ電流を制御することにより所定目標回転数を維持するようにしている。磁気軸受１７は、軸受電磁石と、ロータシャフト１５の浮上位置を検出するための変位センサとを備えている。

図５は変位センサの構成を示す図である。図２のラジアル磁気軸受１７Ａはｘ軸およびｙ軸の２軸分の磁気軸受で構成されており、ｘ軸に関して一対の変位センサＸ１ａ，Ｘ１ｂを備え、ｙ軸に関して一対の変位センサＹ１ａ，Ｙ１ｂを備えている。同様に、図２のラジアル磁気軸受１７Ｂはｘ軸およびｙ軸の２軸分の磁気軸受で構成されており、ｘ軸に関して一対の変位センサＸ２ａ，Ｘ２ｂを備え、ｙ軸に関して一対の変位センサＹ２ａ，Ｙ２ｂを備えている。また、アキシャル磁気軸受１７Ｃに関しては、ロータシャフト１５の軸方向の変位を検出する変位センサｚを備えている。

図４に戻って、真空ポンプ１Ａのコントローラ１２に設けられた磁気軸受制御部２２には、真空ポンプ１Ａのポンプ本体１１に設けられた変位センサＸ１ａ，Ｘ１ｂ，Ｙ１ａ，Ｙ１ｂ，Ｘ２ａ，Ｘ２ｂ，Ｙ２ａ，Ｙ２ｂ，ｚから、それぞれの検出信号が入力される。同様に、真空ポンプ１Ｂのコントローラ１２に設けられた磁気軸受制御部２２には、真空ポンプ１Ｂのポンプ本体１１に設けられた変位センサＸ１ａ，Ｘ１ｂ，Ｙ１ａ，Ｙ１ｂ，Ｘ２ａ，Ｘ２ｂ，Ｙ２ａ，Ｙ２ｂ，ｚから、それぞれの検出信号が入力される。

コントローラ１２の磁気軸受制御部２２は、変位センサＸ１ａ，Ｘ１ｂ，Ｙ１ａ，Ｙ１ｂ，Ｘ２ａ，Ｘ２ｂ，Ｙ２ａ，Ｙ２ｂ，ｚの検出信号に基づいて、ロータシャフト１５が目標浮上位置に磁気支持されるように磁気軸受１７の励磁電流を制御する。コントローラ１２の記憶部２４には、モータ制御や磁気軸受制御に必要なパラメータが記憶されると共に、真空ポンプ１Ａ，１Ｂの機種データが記憶されている。

上述したように、主制御装置１１０に設けられたポンプ監視装置１２０は、プロセスチャンバ１００に取り付けられた真空ポンプ１Ａ，１Ｂに異常（すなわち、反応生成物の過剰な堆積）が生じていないか否かを監視する装置である。真空ポンプ１Ａ，１Ｂのコントローラ１２と主制御装置１１０とは、通信により情報の授受が行われる。図４に示す例では、シリアル通信により信号のやり取りが行われる場合について示した。コントローラ１２には通信ポート２１が設けられ、主制御装置１１０にも通信ポート４４が設けられている。コントローラ１２の通信ポート２１は通信ライン４０によって主制御装置１１０の通信ポート４４に接続されている。

（監視方法の説明）
ポンプ監視装置１２０は、真空ポンプ１Ａ，１Ｂの異常を検出するための情報として、各ポンプロータ１４の回転状態を表す信号を用いる。本実施の形態では、ポンプロータ１４の回転状態を表す信号として真空ポンプ１Ａ，１Ｂのモータ電流値ＭＡ，ＭＢを用いる場合について説明する。

コントローラ１２のモータ制御部２３においては、回転数センサ１８の検出値に基づいてモータ１６の回転速度を算出し、検出される回転速度が目標回転速度となるようにフィードバック制御している。図３のように一連のプロセスが行われている状態では、モータ制御部２３は回転速度を定格回転速度に維持する定常運転制御を行っている。前述したように、符号Ｂで示す区間ではプロセスチャンバ１００内へのガス導入が行われるので、ポンプロータ１４への負荷が増加する。モータ制御部２３はモータ回転速度を定格回転速度に維持する制御を行っているので、ガス負荷の増加に伴ってモータ電流値ＭＡ，ＭＢが上昇する。

ポンプ監視装置１２０には、通信ライン４０を介して取得した真空ポンプ１Ａ，１Ｂのモータ電流値ＭＡ，ＭＢが入力される。ポンプ監視装置１２０は、モータ電流値ＭＡ，ＭＢの差ΔＭ（＝ＭＡ−ＭＢ）を算出する。ポンプ監視装置１２０は、差ΔＭの大きさ|ΔＭ|が所定の閾値αを超えた場合に異常と判定する。例えば、図３の時刻ｔ１ではモータ電流値ＭＡ，ＭＢの差ΔＭは|ΔＭ|＜αを満たしているので異常と判定されないが、時刻ｔ２では|ΔＭ|＞αとなっているので異常と判定される。

真空ポンプ１Ａ，１Ｂは使用環境がほぼ同じであり、反応生成物の堆積状況もほぼ同じである。反応生成物の堆積量が過大になると、円筒部１４ｂとネジステータ６４との偶発的接触に起因すると推定されるモータ電流値の瞬間的な上昇が発生する。しかしながら、そのようなモータ電流値の上昇は偶発的に発生するものであって、真空ポンプ１Ａ，１Ｂのいずれに発生するかについても分からない。本実施形態では、差ΔＭの大きさ|ΔＭ|と閾値αとを比較しているので、真空ポンプ１Ａ，１Ｂのいずれに異常（すなわち、モータ電流値の上昇）が発生した場合でも、その異常を検出することができる。

閾値αに関しては、予め設定された値を用いても良いし、実際に稼働している真空ポンプ１Ａ，１Ｂのモータ電流値ＭＡ，ＭＢに基づいて設定するようにしても良い。稼働状態におけるモータ電流値ＭＡ，ＭＢに基づいて閾値αを設定する場合、真空ポンプ１Ａ，１Ｂを使用開始してからの使用期間が浅い初期状態のモータ電流値ＭＡ，ＭＢに基づいて設定しても良いし、使用開始時点から異常判断時までのモータ電流値ＭＡ，ＭＢに基づいて閾値αを設定しても良い。

初期状態においては生成物の堆積量も少ないので、生成物堆積に影響されることなく閾値σを設定することができる。また、初期状態においては、図３の符号Ａで示すようなモータ電流値の瞬間的な上昇も、ほぼ発生することがない。ポンプ監視装置１２０は、モータ電流値ＭＡ，ＭＢに関して経時的に多数のデータを取得し、それらに基づいて差ΔＭの標準偏差σを算出する。異常時の|ΔＭ|は正常時の|ΔＭ|に比べて格段に大きいので、誤検出を避ける意味で、標準偏差σに対して例えば６σのように大きめの値を閾値に設定する。

図６は、ポンプ監視装置１２０による異常判定処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１００では、初期状態のモータ電流値ＭＡ，ＭＢに基づく閾値αを設定する。具体的には、真空ポンプ１Ａ，１Ｂをプロセスチャンバ１００に取り付けた後、ポンプ運転開始から所定期間までの初期状態において、一定時間間隔でモータ電流値ＭＡ，ＭＢをサンプリングする。この場合、モータ電流値ＭＡ，ＭＢのサンプリングは同一タイミングで行われる。得られた複数対のモータ電流値ＭＡ，ＭＢに関して差ΔＭ＝ＭＡ−ＭＢを求め、差ΔＭの標準偏差σを算出する。そして、６σを閾値αに設定する。閾値α＝６σは図４のポンプ監視装置１２０に設けられた記憶部（不図示）に記憶される。

次いで、ステップＳ１１０でモータ電流値ＭＡ，ＭＢを読み込み、続くステップＳ１２０において差ΔＭの大きさ|ΔＭ|を算出する。ステップＳ１３０では、|ΔＭ|と閾値αとの大小関係が|ΔＭ|＞αであるか否かを判定する。ステップＳ１３０おいて|ΔＭ|＞αと判定されると、ステップＳ１４０に進んで警告処理を実行する。例えば、主制御装置１１０の表示部１３０に警告表示を行うことで、プロセスチャンバ１００に取り付けられている真空ポンプ１Ａ，１Ｂのメンテナンスが必要であることをユーザに知らせる。

一方、ステップＳ１３０において|ΔＭ|≦αと判定された場合には、ステップＳ１１０に戻って、ステップＳ１１０からステップＳ１３０までの処理を再び実行する。ステップＳ１１０からステップＳ１３０までの処理は、ステップＳ１３０でｙｅｓと判定されるまで、所定時間間隔で繰り返し実行される。

（Ｃ１）以上説明したように、同一のプロセスチャンバ１００に接続されている複数の真空ポンプ１Ａ，１Ｂの異常を検出するポンプ監視装置１２０は、複数の真空ポンプ１Ａ，１Ｂの各々のポンプロータ１４の回転状態を表す信号を比較した結果に基づいて、真空ポンプ１Ａ，１Ｂのいずれかに異常が生じていることを推定する。

真空ポンプ１Ａ，１Ｂは同一のプロセスチャンバ１００に接続されているので、反応生成物の堆積量のようなポンプ状態はほぼ同一となり、ガス流量の変動によるモータ電流値が変動した場合でも、ポンプロータ１４の回転状態を表す信号は同様の傾向を示す。そのため、回転状態を表す信号を比較することで、図３の時刻ｔ２におけるように回転状態を表す信号（図３の例ではモータ電流値ＭＡ，ＭＢ）が相互に乖離するような場合には、真空ポンプ１Ａ，１Ｂのいずれかに異常が生じていることを容易に推定することができ、従来のような誤判定を防止することができる。

（Ｃ２）例えば、上述の回転状態を表す信号としては、ポンプロータ１４を回転駆動するモータ１６のモータ電流値ＭＡ，ＭＢを使用することができる。その場合、互いに異なる真空ポンプ１Ａ，１Ｂのモータ電流値ＭＡ，ＭＢの差に基づいて、例えば、モータ電流値ＭＡ，ＭＢの差ΔＭの大きさ|ΔＭ|を閾値αと比較することで、真空ポンプ１Ａ，１Ｂのいずれかに異常が生じていることを推定する。

（Ｃ５）また、図１に示すように、プロセスチャンバ１００とプロセスチャンバ１００を真空排気する複数の真空ポンプ１Ａ，１Ｂとを備える真空処理装置である半導体製造装置１０に、上述したポンプ監視装置１２０を備えるようにしても良い。オペレータは、ポンプ監視装置１２０からの警告により、プロセスチャンバ１００に取り付けられた真空ポンプ１Ａ，１Ｂのメンテナンスタイミングを的確に知ることができる。

なお、上述した実施の形態では、異常か否かを判定する際の閾値αを設定する場合に、差＝ＭＡ−ＭＢの標準偏差σを用いてα＝６σのように設定したが、差の平均値を用いて設定しても良い。

上述した実施の形態ではプロセスチャンバ１００に真空ポンプが２台取り付けられている場合を例に説明したが、３台以上取り付けられている場合にも適用できる。真空ポンプが３台以上取り付けられている場合も、それぞれの真空ポンプは同一条件で使用されているので、複数台の真空ポンプのいずれか１台に異常（すなわち、反応生成物の堆積の過剰）が検出された場合には、ポンプ監視装置１２０は、プロセスチャンバ１００に取り付けられた複数台の真空ポンプの全てについてメンテナンスを行う必要があることを警告する。

ポンプ監視装置１２０は、プロセスチャンバ１００に取り付けられた複数台の真空ポンプから任意の２台からモータ電流値をそれぞれ取得し、その２つのモータ電流値の差の大きさ|ΔＭ|が|ΔＭ|＞αか否かを判定する。任意の２台に関するこのような判定を、複数台の真空ポンプの全てについて行う。例えば、５台の真空ポンプ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅがプロセスチャンバ１００に取り付けられている場合には、（１Ａ，１Ｂ），（１Ｃ，１Ｄ），（１Ｅ，１Ａ）の３種類の組み合わせに関して|ΔＭ|＞αか否かを判定する。そして、３種類の組み合わせの少なくとも１つについて|ΔＭ|＞αであった場合には、５台の真空ポンプ１Ａ〜１Ｅの全てについてメンテナンスを警告する。

なお、３種類の組み合わせ（１Ａ，１Ｂ），（１Ｃ，１Ｄ），（１Ｅ，１Ａ）には、プロセスチャンバ１００に取り付けられている真空ポンプ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅの全てが含まれているので、３種類の組み合わせに関して上述の異常検出処理を行うことで、全ての真空ポンプ１Ａ〜１Ｅについて異常判定を行ったことになる。

−第２の実施の形態−
上述した第１の実施の形態では、ポンプロータ１４の回転状態を表す信号としてモータ電流値ＭＡ，ＭＢを用いたが、第２の実施の形態では変位センサの変位信号に基づいて生成される磁気軸受制御量に基づいて、回転状態を表す信号を算出するようにした。図５に示したように、ラジアル磁気軸受１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃには、それぞれロータシャフト１５の浮上位置を検出するための変位センサが設けられている。以下では、ラジアル方向の浮上位置を検出する変位センサＸ２ａ，Ｘ２ｂ，Ｙ２ａ，Ｙ２ｂの変位信号を、回転状態を表す信号として使用する場合について説明する。

図５に示すように、ラジアル磁気軸受１７Ａはロータシャフト１５を挟むように配置された二対の電磁石を備えている。ｘ軸方向に配置された一方の電磁石対に対しては一対の変位センサＸ２ａ，Ｘ２ｂが設けられ、ｙ軸方向に配置された他方の電磁石対に対しては一対の変位センサＹ２ａ，Ｙ２ｂが設けられている。

図７は、変位センサＸ２ａ，Ｘ２ｂに関する磁気軸受制御を説明するブロック図である。変位センサＹ２ａ，Ｙ２ｂに関するブロック図も図７の場合と全く同様となる。変位センサＸ２ａ，Ｘ２ｂの変位信号は、変位センサＸ２ａ，Ｘ２ｂとロータシャフト１５とのギャップの大きさに応じて変化する。変位センサＸ２ａ，Ｘ２ｂからの変位信号は差動アンプ６０２に入力される。差動アンプ６０２からはそれらの差分値である差動信号Ｖdifが出力される。

差動信号ＶdifはＰＩＤ制御回路５３に入力される。ＰＩＤ制御回路５３は、差動信号Ｖdifがゼロになるように、すなわち、ロータシャフト１５が変位センサＸ２ａ，Ｘ２ｂの中央に支持されるように、電磁石３７ｘに流すべき電流値をＰＩＤ演算し、磁気軸受制御量として電流アンプ５５に出力する。電流アンプ５５は、入力された磁気軸受制御量に応じた電磁石電流を、電磁石３７ｘに供給する。

本実施の形態では、ＰＩＤ制御回路５３から電流アンプ５５に出力される磁気軸受制御量に基づいて、ポンプロータ１４の回転状態を示す信号であるＸＹ値を算出するようにした。以下では、ｘ軸方向の磁気軸受制御量をＰＩＤ-ＩＸと表し、ｙ軸方向の磁気軸受制御量をＰＩＤ-ＩＹと表すことにする。ポンプ監視装置１２０は、これらの磁気軸受制御量ＰＩＤ-ＩＸ，ＰＩＤ-ＩＹを真空ポンプ１Ａ，１Ｂのそれぞれから読み込み、式（１）で示すＸＹ値を算出する。
ＸＹ＝｛（ＰＩＤ-ＩＸ）^２＋（ＰＩＤ-ＩＹ）^２｝^１／２ ・・・（１）

式（１）で表されるＸＹ値は、ポンプロータ１４に加わる水平方向の力、すなわち、目標浮上位置に対するポンプロータ１４の軸芯の偏差を表す指標として導入したものである。水平方向の力が大きいほどすなわち目標浮上位置に対するポンプロータ１４の軸芯の偏差が大きいほど、ＸＹ値は大きな値となる。反応生成物の堆積量が増加して円筒部１４ｂとネジステータ６４とが接触してポンプロータ１４に力が加わると、ポンプロータ１４の回転状態である軸芯の偏差が大きくなり、ＸＹ値も大きくなる。

図８は、ＸＹ値の一例を示す図である。図８は、同一プロセスチャンバに取り付けられた２台の真空ポンプ１Ａ，１Ｂにおいて検出されたＸＹ値を示したものであり、ポンプ状態は図３に示した場合とほぼ同時期の状態である。図８において縦軸はＸＹ値、横軸は時間であり、実線で示すラインＳＡは真空ポンプ１ＡのＸＹ値を示し、破線で示すラインＳＢは真空ポンプ１ＢのＸＹ値を示している。

各区間ＣにおけるＸＹ値ＳＡ，ＳＢの変化パターンは、いずれの区間Ｃでも同様なパターンとなっている。しかしながら、時刻ｔ３におけるＸＹ値ＳＡとＸＹ値ＳＢとの差の大きさ|ΔＸＹ|は、他の時刻における|ΔＸＹ|よりも大きくなっている。このような|ΔＸＹ|の瞬間的な上昇は、円筒部１４ｂとネジステータ６４との接触に起因していると考えられる。実際に、図３の符号Ａで示すようなモータ電流値の瞬間的な上昇が発生する場合には、図８に示すような|ΔＸＹ|の瞬間的な上昇も同時に発生している。

なお、外乱がポンプロータ１４に作用したり、ガス負荷の急激な変化があったりした場合にもポンプロータ１４が揺れるので、磁気軸受制御量ＰＩＤ-ＩＸ，ＰＩＤ-ＩＹはその揺れを抑えるように変動する。そのため、円筒部１４ｂとネジステータ６４との接触が無い状態においても、ＸＹ値はある程度変動することになる。

本実施の形態では、ポンプ監視装置１２０は、真空ポンプ１Ａ，１ＢのＸＹ値をそれぞれ算出する。そして、算出された２つのＸＹ値の差ΔＸＹの大きさが|ΔＸＹ|が所定の閾値よりも大きくなった場合には、真空ポンプ１Ａ，１Ｂの何れかに異常（すなわち、反応生成物の過剰な堆積）が発生したと警告する。すなわち、真空ポンプ１Ａ，１Ｂのメンテナンスが必要なことを警告する。なお、閾値αの設定方法については第１の実施の形態の場合と同様に考えることができ、例えば、差ΔＸＹの標準偏差をσとした場合に、６σを閾値αとすれば良い。

図９は、第２の実施の形態における異常判定処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ２００では、第１の実施の形態の場合と同様に、初期状態のＸＹ値ＳＡ，ＳＢに基づく閾値αを設定する。これは第１の実施の形態の場合のモータ電流値ＭＡ，ＭＢをＸＹ値ＳＡ，ＳＢに置き換えて、図６のステップＳ１００と同様の処理を行えば良く、ここでは詳細説明を省略する。算出された閾値αはポンプ監視装置１２０に設けられた記憶部（不図示）に記憶される。

次いで、ステップＳ２１０でＸＹ値ＳＡ，ＳＢを読み込み、ステップＳ２２０においてＸＹ値の差の大きさ|ΔＸＹ|＝|ＳＡ−ＳＢ|を算出する。ステップＳ２３０では、|ΔＸＹ|と閾値αとの大小関係が|ΔＸＹ|＞αであるか否かを判定する。ステップＳ２３０において|ΔＸＹ|＞αと判定されると、ステップＳ２４０に進んで第１の実施の形態のステップＳ１４０における警告処理と同様の警告処理を実行する。

一方、ステップＳ２３０において|ΔＸＹ|≦αと判定された場合には、ステップＳ２１０に戻って、ステップＳ２１０からステップＳ２３０までの処理を再実行する。ステップＳ２１０からステップＳ２３０までの処理は、ステップＳ２３０でｙｅｓと判定されるまで、所定時間間隔で繰り返し実行される。

（Ｃ３）上述のように、第２の実施の形態では、ポンプロータ１４を磁気軸受によって磁気浮上支持する際の磁気軸受制御量ＰＩＤ-ＩＸ，ＰＩＤ-ＩＹに基づいて、回転状態を表す信号であるＸＹ値を算出するようにした。そして、真空ポンプ１Ａ，１Ｂに関してＸＹ値ＳＡ，ＳＢをそれぞれ算出し、それらの差の大きさ|ΔＸＹ|を閾値αと比較することで、真空ポンプ１Ａ，１Ｂのいずれかに異常が生じていることを推定する。

ＸＹ値は、目標浮上位置に対するポンプロータ１４の軸芯の偏差を表しており、反応生成物の堆積量が増加して円筒部１４ｂとネジステータ６４とが接触してポンプロータ１４に力が加わると、ポンプロータ１４の回転状態である軸芯の偏差が大きくなり、ＸＹ値も大きくなる。そのため、真空ポンプ１Ａ，１Ｂに関して、それぞれのＸＹ値の差の大きさ|ΔＸＹ|を閾値αと比較することで、真空ポンプ１Ａ，１Ｂのいずれかに異常（すなわち、反応生成物の過剰な堆積）を容易に検出することができる。

なお、ＸＹ値の差ΔＸＹと上述したモータ電流値の差ΔＭの両方を用いて、真空ポンプ１Ａ，１Ｂのいずれかに異常が生じたことを検出するようにしても良い。

上述した説明では、ポンプロータ１４とネジステータ６４との接触を検出する場合、軸方向においてポンプロータ１４に近い変位センサＸ２ａ，Ｘ２ｂ，Ｙ２ａ，Ｙ２ｂの変位信号を用いるようにしたが、変位センサＸ１ａ，Ｘ１ｂ，Ｙ１ａ，Ｙ１ｂの変位信号を用いても構わない。

−第３の実施の形態−
図１０は第３の実施の形態を説明する図であり、図４と同様に半導体製造装置１０に設けられた真空ポンプ１Ａ，１Ｂの構成を示すブロック図である。上述した第１および第２の実施の形態では、ポンプ監視装置１２０が半導体製造装置１０の主制御装置１１０に設けられていた。一方、第３の実施の形態では、ポンプ監視装置１２０は真空ポンプ１Ａ，１Ｂ毎にコントローラ１２内に設けられている。その他の構成は、図４に示す構成と同様である。

真空ポンプ１Ａのコントローラ１２に設けられたポンプ監視装置１２０は、真空ポンプ１Ａのポンプロータ１４の回転状態を示す信号を取得すると共に、通信ライン４０を介して他の真空ポンプ１Ｂのポンプロータ１４の回転状態を示す信号を真空ポンプ１Ｂから取得する。同様に、真空ポンプ１Ｂのコントローラ１２に設けられたポンプ監視装置１２０は、真空ポンプ１Ｂのポンプロータ１４の回転状態を示す信号を取得すると共に、通信ライン４０を介して他の真空ポンプ１Ａのポンプロータ１４の回転状態を示す信号を真空ポンプ１Ａから取得する。

ポンプロータ１４の回転状態を示す信号としては、第１の実施の形態で説明したモータ制御部２３から取得されるモータ電流値ＭＡ，ＭＢでも良いし、第２の実施の形態で説明した磁気軸受制御部２２から取得される磁気軸受制御量ＰＩＤ-ＩＸ，ＰＩＤ-ＩＹから算出されるＸＹ値であっても良い。いずれの信号を用いた場合であっても、各真空ポンプ１Ａ，１Ｂは、真空ポンプ１Ａ，１Ｂの何れか一方に異常（すなわち、反応生成物の過剰な堆積）が発生したことをそれぞれ検出する。

真空ポンプ１Ａ，１Ｂのそれぞれにおいて検出された異常検出結果は、通信ライン４０を介して主制御装置１１０に送信される。主制御装置１１０は、真空ポンプ１Ａ，１Ｂの少なくとも一方から異常検出結果が入力されたならば、真空ポンプ１Ａ，１Ｂのメンテナンス時期が来たことを知らせる警告表示を表示する。

（Ｃ６）本実施の形態では、図１０に示すように真空ポンプ１Ａのコントローラ１２にポンプ監視装置１２０が設けられ、コントローラ１２の信号入力部である通信ポート２１には他の真空ポンプ１Ｂからの回転状態を表す信号であるモータ電流値ＭＢが入力される。そして、ポンプ監視装置１２０は、真空ポンプ１Ａのポンプロータ１４の回転状態を表す信号であるモータ電流値ＭＡと通信ポート２１から入力されるモータ電流値ＭＢとを比較することで、すなわち差ΔＭ＝ＭＡ−ＭＢの大きさ|ΔＭ|を閾値αと比較することで、ポンプ異常を推定する。

このように、真空ポンプ１Ａ，１Ｂのそれぞれがポンプ異常推定を行うので、両方の推定結果を用いることにより異常検出についての冗長性が増し、真空ポンプ１Ａ，１Ｂの異常を確実に検出することができる。

−第４の実施の形態−
図１１は、第４の実施の形態を説明する図である。第４の実施の形態では、ポンプ監視装置１２０は、複数の半導体製造装置のそれぞれのプロセスチャンバに取り付けられた真空ポンプについて，異常（すなわち、反応生成物の過剰な堆積）が発生したことを検出する。図１１に示す例では、ポンプ監視装置１２０は３つの半導体製造装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのプロセスチャンバ１００Ａ〜１００Ｂに取り付けられた真空ポンプ１Ａ〜１Ｆを監視する。

各半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃには、無線方式の通信装置１４０がそれぞれ設けられている。また、ポンプ監視装置１２０にも無線方式の通信装置２００が設けられており、通信装置１４０と通信装置２００との間で情報の授受を行うことができる。ポンプ監視装置１２０は、通信装置１４０，２００を介して各半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃから真空ポンプ１Ａ〜１Ｆのポンプロータの回転状態を示す信号を取得することができる。以下では、回転状態を示す信号がモータ電流値である場合を例に説明する。

３つの半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃが同一の装置であった場合でも、それぞれの半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃに設けられた真空ポンプ１Ａ〜１Ｆの直近のメンテナンス時期が異なる場合には、各半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃにおける真空ポンプの次回メンテナンス時期は異なることになる。そのため、ポンプ監視装置１２０は、半導体製造装置１０Ａ〜１０Ｃ毎に真空ポンプの異常検出を行う。

真空ポンプ１Ａ，１Ｂの異常を判定する場合には、半導体製造装置１０Ａから真空ポンプ１Ａ，１Ｂのモータ電流値ＭＡ，ＭＢを取得する。モータ電流値ＭＡ，ＭＢに基づく異常検出処理は第１の実施の形態の図６に示す異常検出処理と同様である。すなわち、演算部２１０は、初期状態におけるモータ電流値ＭＡ，ＭＢに基づいて異常判定に用いる閾値αを設定する。その閾値αは記憶部２２０に記憶される。演算部２１０は、所定時間間隔でモータ電流値ＭＡ，ＭＢを半導体製造装置１０Ａから取得し、モータ電流値ＭＡ，ＭＢの差の大きさ|ΔＭ|＝|ＭＡ−ＭＢ|が|ΔＭ|＞αか否かを判定する。そして、|ΔＭ|＞αであった場合には、真空ポンプ１Ａ，１Ｂの何れかに異常が発生したと判定し、表示部２３０に真空ポンプ１Ａ，１Ｂのメンテナンスを促す警告表示を表示する。

半導体製造装置１０Ｂ，１０Ｃの真空ポンプ１Ｃ，１Ｄおよび１Ｅ，１Ｆに関しても、半導体製造装置１０Ａの真空ポンプ１Ａ，１Ｂの場合と同様の異常判定処理を半導体製造装置１０Ｂ，１０Ｃ毎に個別に行う。

（Ｃ４）第４の実施の形態では、ポンプ監視装置１２０は、一以上の半導体製造装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから、それぞれに設けられた真空ポンプ１Ａ〜１Ｆからのモータ電流値ＭＡ〜ＭＦが入力される入力部としての通信装置２００を備え、半導体製造装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ毎に、それぞれの半導体製造装置に設けられた２つの真空ポンプのいずれかに異常が生じていることを推定する。

このようなポンプ監視装置１２０を設けることで、複数の半導体製造装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに対して、それらに設けられている真空ポンプの異常を個別に検出することができる。

なお、図１１に示す例では、通信装置２００を無線方式としたが有線方式でも構わない。無線方式とすることで、遠隔での一括管理を容易に行うことができる。

上記では、種々の実施の形態を説明したが、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。また、複数の実施形態を組み合わせても良い。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ…真空ポンプ、１０…半導体製造装置、１１…ポンプ本体、１２…コントローラ、１４…ポンプロータ、１６…モータ、１７…磁気軸受、１７Ａ，１７Ｂ…ラジアル磁気軸受、１７Ｃ…アキシャル磁気軸受、２１，４４…通信ポート、２２…磁気軸受制御部、２３…モータ制御部、１００，１００Ａ…プロセスチャンバ、１１０…主制御装置、１２０…ポンプ監視装置、ＭＡ，ＭＢ…モータ電流値、ＳＡ，ＳＢ…ＸＹ値、Ｘ１ａ，Ｘ１ｂ，Ｙ１ａ，Ｙ１ｂ，Ｘ２ａ，Ｘ２ｂ，Ｙ２ａ，Ｙ２ｂ，ｚ…変位センサ

本発明の第１の態様によると、ポンプ監視装置は、同一のチャンバに接続されている複数の真空ポンプの異常を検出するポンプ監視装置であって、前記複数の真空ポンプがそれぞれ有するポンプロータの回転状態を表す信号の比較結果を示す値を算出し、経時的に取得された前記信号から前記比較結果を示す値の散布度を算出する算出部と、前記散布度に基づき閾値を設定し、前記比較結果を示す値が前記閾値を超えたと判定すると、前記複数の真空ポンプのいずれかに異常が生じていることを推定する判定部とを備える。
本発明の第２の態様によると、第１の態様のポンプ監視装置において、前記信号は、前記ポンプロータを回転駆動するモータのモータ電流値であって、前記判定部は、互いに異なる前記複数の真空ポンプの前記モータ電流値の差に基づいて、前記複数の真空ポンプのいずれかに前記異常が生じていることを推定する。
本発明の第３の態様によると、第１の態様のポンプ監視装置において、前記ポンプロータは磁気軸受によって磁気浮上支持され、前記信号は、前記磁気軸受の磁気軸受制御量に基づいて算出される。
本発明の第４の態様によると、第１の態様のポンプ監視装置において、前記チャンバを真空排気する前記複数の真空ポンプを備える一以上の真空処理装置から、前記複数の真空ポンプの前記回転状態を表す前記信号が入力される入力部をさらに備え、前記判定部は、前記真空処理装置毎に前記複数の真空ポンプのいずれかに前記異常が生じていることを推定する。
本発明の第５の態様によると、真空処理装置は、前記チャンバと、前記チャンバを真空排気する前記複数の真空ポンプと、第１の態様のポンプ監視装置と、を備える。
本発明の第６の態様によると、真空ポンプは、第１の態様のポンプ監視装置と、モータにより回転駆動されるポンプロータと、他の真空ポンプからの回転状態を表す信号が入力される入力部と、を備え、前記ポンプ監視装置の前記算出部は、前記ポンプロータの前記回転状態を表す信号と前記入力部から入力される前記回転状態を表す前記信号とを比較して前記比較結果を示す値を算出し、前記ポンプ監視装置の前記判定部は、前記比較結果を示す値に基づきポンプ異常を推定する。
本発明の第７の態様によると、第１の態様のポンプ監視装置において、前記複数の真空ポンプは第１真空ポンプおよび第２真空ポンプを含み、前記比較結果を示す値は、前記第１真空ポンプおよび前記第２真空ポンプがそれぞれ有する前記ポンプロータの前記回転状態を表す前記信号の差分である。
本発明の第８の態様によると、第１の態様のポンプ監視装置において、前記散布度は、前記比較結果を示す値の標準偏差である。

Claims (6)

1. 同一のチャンバに接続されている複数の真空ポンプの異常を検出するポンプ監視装置であって、
   複数の前記真空ポンプの各々のポンプロータの回転状態を表す信号を比較した結果に基づいて、複数の前記真空ポンプのいずれかに異常が生じていることを推定する、ポンプ監視装置。
2. 請求項１に記載のポンプ監視装置において、
   前記回転状態を表す信号は、前記ポンプロータを回転駆動するモータのモータ電流値であって、
   互いに異なる前記真空ポンプの前記モータ電流値の差に基づいて、複数の前記真空ポンプのいずれかに異常が生じていることを推定する、ポンプ監視装置。
3. 請求項１に記載のポンプ監視装置において、
   前記ポンプロータは磁気軸受によって磁気浮上支持され、
   前記回転状態を表す信号は前記磁気軸受の磁気軸受制御量に基づいて算出される、ポンプ監視装置。
4. 請求項１に記載のポンプ監視装置において、
   チャンバを真空排気する複数の真空ポンプを備える一以上の真空処理装置から、複数の前記真空ポンプの前記回転状態を表す信号が入力される入力部を備え、
   前記真空処理装置毎に複数の前記真空ポンプのいずれかに異常が生じていることを推定する、ポンプ監視装置。
5. チャンバと、
   前記チャンバを真空排気する複数の真空ポンプと、
   請求項１に記載のポンプ監視装置と、を備える真空処理装置。
6. 請求項１に記載のポンプ監視装置と、
   モータにより回転駆動されるポンプロータと、
   他の真空ポンプからの回転状態を表す信号が入力される入力部と、を備え、
   前記ポンプ監視装置は、前記ポンプロータの回転状態を表す信号と前記入力部から入力される回転状態を表す信号とを比較してポンプ異常を推定する、真空ポンプ。

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