TWI601881B - Dry vacuum pump device and control device using the dry vacuum pump - Google Patents

Dry vacuum pump device and control device using the dry vacuum pump Download PDF

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Atsushi Oyama
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Description

乾式真空泵浦裝置及使用該乾式真空泵浦之控制裝置
本發明是關於一種乾式真空泵浦裝置及使用該乾式真空泵浦之控制裝置。
一般來說，乾式真空泵浦裝置具備：乾式真空泵浦；馬達，驅動乾式真空泵浦；變頻器(inverter)，控制馬達旋轉速度(旋轉頻率)；以及控制裝置，控制變頻器的動作。雖然乾式泵浦是用來排出半導體製造裝置的真空腔內的氣體，但由於氣體種類會有因畫學反應產生生成物(反應生成物)的狀況。當排出此類氣體，在泵浦內產生生成物，泵浦轉子會有咬入生成物的狀況。又，真空腔的內壁附著的生成物被剝落，泵浦轉子會有咬入生成物的狀況。結果，泵浦的旋轉速度降低。
真空腔與泵浦之間設有載鎖腔(load lock chamber)，所謂載鎖方式的真空排氣系統。載鎖腔是在晶圓出入於保持真空的真空腔時，用來進行由大氣壓減壓到真空，以及從真空昇壓到大氣壓的的小室。真空腔原則上是經常處於真空狀態。此真空腔內的真空空間與大氣壓空間之間，可以進行搬送晶圓者為載鎖腔。晶圓在真空腔內處理，晶圓出入於真空腔的時間變短，會達到整體的產出量提升。因此，需要將載鎖腔內的氣體迅速排氣，在該載鎖腔內形成真空。因此，當將載鎖腔內從大氣壓排氣到真空時，對馬達造成過度負載，馬達旋轉速度降低，泵浦的排氣速度會有降低的狀況。
如此，在對馬達造成過度負載時，為了維持泵浦的旋轉速度，需要使用大容量的馬達。因此，在半導體製造裝置等，選定並使用比在平常運轉時所需的馬達更大容量的馬達。
本發明的目的是為了解決上述的過去問題，所以提出一種乾 式真空泵浦裝置，即使負載增加，仍可使用相對容量較小的馬達來穩定地運轉。又，本發明的目的是提供使用於如此乾式真空泵浦裝置的控制裝置。
為了達成上述目的，本發明的一態樣為一種乾式真空泵浦裝置，其特徵在於具備至少一泵浦單元以及控制前述泵浦單元的控制裝置，前述泵浦單元，具備：乾式真空泵浦；馬達，驅動前述乾式真空泵浦；以及變頻器，控制馬達旋轉速度，前述控制裝置具有將前述變頻器的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值的功能，前述第一電流限制值是前述變頻器可連續地流到前述馬達的電流最大值的連續定額電流值，前述第二電流限制值是超過前述連續定額電流值的值。
本發明的較佳態樣，其特徵在於：根據來自設於前述乾式真空泵浦裝置的外部的外部指令裝置的指令，將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第一電流限制值切換到前述第二電流限制值。
本發明的較佳態樣，其特徵在於：前述控制裝置在前述變頻器輸出相當於前述第一電流限制值的電流時，若前述乾式真空泵浦的旋轉速度低於特定目標旋轉速度，則將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第一電流限制值切換到前述第二電流限制值。
本發明的較佳態樣，其特徵在於：當前述控制裝置檢測到在前述泵浦的旋轉速度回歸到前述目標旋轉速度，則將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第二電流限制值切換到前述第一電流限制值。
本發明的較佳態樣，其特徵在於：前述控制裝置在相當於前述第二電流限制值的電流的輸出時間超過特定閾值的狀況下，將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第二電流限制值切換到前述第一電流限制值。
本發明的較佳態樣，其特徵在於更具備：至少一溫度感測器，測量前述泵浦單元的溫度，當前述控制裝置以前述溫度感測器所測量的前述溫度超過特定閾值，則將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第二電流限制值切換到前述第一電流限制值。
本發明的較佳態樣，其特徵在於前述至少一溫度感測器係從測量前述乾式真空泵浦的泵浦外殼溫度的溫度感測器、測量前述乾式真空泵浦的的軸承溫度的溫度感測器、測量前述馬達溫度的溫度感測器、測量 前述乾式真空泵浦的泵浦轉子溫度的溫度感測器、測量前述乾式真空泵浦的吸氣氣體溫度的溫度感測器以及測量前述乾式真空泵浦的排氣氣體溫度的溫度感測器中選擇。
本發明的較佳態樣，其特徵在於前述至少一泵浦單元是排出 大氣壓氣體的主泵浦單元與排出真空壓氣體的增壓泵浦單元，將前述主泵浦單元與前述增壓泵浦單元運轉成供給至前述乾式真空泵浦裝置的電力不超過預設值。
本發明的較佳態樣為一種使用乾式真空泵浦裝置的控制裝 置，其特徵在於具備乾式真空泵浦；馬達，驅動前述乾式真空泵浦；以及變頻器，控制前述馬達的旋轉速度，前述控制裝置具有將前述變頻器的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值的功能，前述第一電流限制值是前述變頻器可連續地流到前述馬達的電流最大值的連續定額電流值，前述第二電流限制值是超過前述連續定額電流值的值。
本發明的較佳態樣，其特徵在於：前述控制裝置根據來自設 於前述乾式真空泵浦裝置的外部的外部指令裝置的指令，將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第一電流限制值切換到前述第二電流限制值。
本發明的較佳態樣，其特徵在於：前述控制裝置在前述變頻 器輸出相當於前述第一電流限制值的電流時，若前述乾式真空泵浦的旋轉速度低於特定目標旋轉速度，則將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第一電流限制值切換到前述第二電流限制值。
本發明的較佳態樣，其特徵在於：當前述控制裝置檢測到在 前述泵浦的旋轉速度回歸到前述目標旋轉速度，則將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第二電流限制值切換到前述第一電流限制值。
本發明的較佳態樣，其特徵在於：前述控制裝置在相當於前 述第二電流限制值的電流的輸出時間超過特定閾值的狀況下，將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第二電流限制值切換到前述第一電流限制值。
根據本發明，當負載大時，變頻器的輸出電流限制值暫時切換成第二電流限制值，可維持旋轉速度並穩定地運轉乾式真空泵浦。
1、90‧‧‧乾式真空泵浦裝置
2‧‧‧乾式真空泵浦
3、103、107‧‧‧馬達
4、104、108‧‧‧變頻器
5‧‧‧控制裝置
7‧‧‧商用電源
8、111、130‧‧‧吸氣管
9、131‧‧‧排氣管
11‧‧‧真空腔
12‧‧‧連接配管
13‧‧‧流量感測器
14、120‧‧‧泵浦溫度感測器
20、121‧‧‧泵浦外殼
21‧‧‧泵浦轉子
22‧‧‧轉子外殼
23‧‧‧旋轉軸
24、25、123‧‧‧軸承
27‧‧‧定時齒輪
28‧‧‧齒輪箱
30‧‧‧馬達外殼
35‧‧‧馬達轉子
36‧‧‧永久磁石
37‧‧‧定子鐵心
39‧‧‧磁極齒
40、126‧‧‧線圈
41‧‧‧上位控制器
42、122‧‧‧軸承溫度感測器
43、124‧‧‧轉子溫度感測器
44、125‧‧‧馬達溫度感測器
45、127‧‧‧吸氣溫度感測器
46、128‧‧‧排氣溫度感測器
50‧‧‧載鎖腔
51‧‧‧連通管
52‧‧‧閘閥
53‧‧‧吸入閥
92‧‧‧增壓泵浦單元
93‧‧‧主泵浦單元
102‧‧‧增壓泵浦
106‧‧‧主泵浦
110‧‧‧控制裝置
115‧‧‧操作面板
第一圖係表示關於本發明的第一實施形態的具備乾式真空泵浦裝置的真空排氣系統的圖。
第二圖係乾式真空泵浦以及馬達的剖面圖。
第三圖係第二圖的Ⅲ-Ⅲ線剖面圖。
第四圖係第二圖的Ⅳ-Ⅳ線剖面圖。
第五圖係表示乾式真空泵浦的控制順序圖。
第六圖係表示泵浦單元內的溫度感測器的配置處的圖。
第七圖係表示第一電流限制值與第二電流限制值的切換圖。
第八圖係表示乾式真空泵浦的運轉控制的一例的圖。
第九圖係用來說明輸出電流限制值的切換判斷的圖。
第十(a)圖係表示將變頻器的輸出電流限制值設定為第一電流限制值狀況下的變頻器輸出電力與馬達旋轉速度的關係圖。
第十(b)圖係表示變頻器輸出電力與馬達旋轉速度的關係圖。
第十(c)圖係表示變頻器輸出電力與馬達旋轉速度的關係圖。
第十一(a)圖係表示將變頻器的輸出電流限制值設定為第二電流限制值狀況下的變頻器輸出電力與馬達旋轉速度的關係圖。
第十一(b)圖係表示變頻器輸出電力與馬達旋轉速度的關係圖。
第十一(c)圖係表示變頻器輸出電力與馬達旋轉速度的關係圖。
第十二圖係表示具備乾式真空泵浦裝置的真空排氣系統的其他例的圖。
第十三圖係表示關於本發明的第二實施形態的泵浦裝置的概略圖。
第十四圖係表示代替操作面板做為外部指令裝置，將上位控制器連接於控制裝置狀態的概略圖。
第十五圖係概略地表示第十三及十四圖所示的泵浦裝置的系統的圖。
第十六圖係表示增壓泵浦及主泵浦的運轉控制的一例的圖。
第十七(a)圖係表示增壓泵浦優先運轉時的主泵浦單元的變頻器的輸出電力與馬達的旋轉速度的關係的圖。
第十七(b)圖係表示主泵浦單元的變頻器的輸出電力與馬達的旋轉速度的 關係的圖。
第十七(c)圖係表示主泵浦單元的變頻器的輸出電力與馬達的旋轉速度的關係的圖。
第十八(a)圖係表示增壓泵浦優先運轉時的增壓泵浦單元的變頻器的輸出電力與馬達的旋轉速度的關係的圖。
第十八(b)圖係表示增壓泵浦單元的變頻器的輸出電力與馬達的旋轉速度的關係的圖。
第十八(c)圖係表示增壓泵浦單元的變頻器的輸出電力與馬達的旋轉速度的關係的圖。
以下參照圖式來說明關於本發明的實施形態。第一圖係表示關於本發明的第一實施形態的具備乾式真空泵浦裝置的真空排氣系統的圖。此真空排氣系統具備：乾式真空泵浦裝置1；及真空腔11，連接於乾式真空泵浦裝置1。如第一圖所示，乾式真空泵浦裝置1具備：泵浦2；馬達3，驅動泵浦2；變頻器4，控制馬達3的旋轉速度；及控制裝置5，控制變頻器4的動作。泵浦2是在氣體流路內部使用油的乾式真空泵浦。由泵浦2、馬達3與變頻器4構成一個泵浦單元。控制裝置5，其內部內藏中央運算處理裝置(CPU)，以通訊訊號傳達手段或接點連接於變頻器4。乾式真空泵浦裝置1被連接於商用電源7。泵浦2的吸氣管8與真空腔11係以連接配管12連接，由於泵浦2的運轉，真空腔11內的氣體通過連接配管12從泵浦2的排氣管9排出。
在吸氣管8，安裝有流量感測器13，流量感測器13測量流入泵浦2的氣體流量。測量到的氣體流量被流量感測器13變換成流量訊號，送到控制裝置5。在泵浦2安裝有泵浦溫度感測器14，泵浦溫度感測器14測量泵浦2的溫度。測量到的泵浦2的溫度被泵浦溫度感測器14變換成溫度訊號，送到控制裝置5。再者，以泵浦溫度感測器14所取得的溫度訊號，從控制裝置5送到後述的上位控制器41。
第二圖係泵浦2以及馬達3的剖面圖。雖然在本實施形態說明的泵浦為魯氏真空泵浦，但除了魯氏真空泵浦以外，可以選擇螺旋泵浦 等其他類型的真空泵浦。如第二圖所示，在泵浦外殼20內配置有複數個泵浦轉子(魯氏轉子)21。泵浦轉子21被收容於轉子外殼22內，在泵浦轉子21與轉子外殼22之間形成有小縫隙。泵浦轉子21被固定於旋轉軸23。 雖然圖未顯示，但配置有與泵浦轉子21平行的其他泵浦轉子，此泵浦轉子也固定於旋轉軸(圖未顯示)。旋轉軸23被軸承24、25支持成自由旋轉。 在旋轉軸23的一端部，設有彼此嚙合的一對定時齒輪(timing gear)27，定時齒輪27被收容於齒輪箱28內。在旋轉軸23的另一端部，設有馬達3。
參照第三及四圖來說明關於馬達3的具體結構。第三圖係第 二圖的Ⅲ-Ⅲ線剖面圖。如第三圖所示，在馬達外殼30內收容有一對馬達轉子35、35。馬達轉子35、35的外周面，是由永久磁石36、36所形成，定子鐵心(stator core)37被設成包圍馬達轉子35、35的周圍。
第四圖係第二圖的Ⅳ-Ⅳ線剖面圖。如第四圖所示，馬達外 殼30內的定子鐵心37，具有磁極齒39，磁極齒39被配列成包圍馬達轉子35、35。在各磁極齒39纏繞有線圈40。藉由將電流流到線圈40，在磁極齒39形成磁場，由於此磁場，馬達轉子35、35會旋轉。
由於馬達3的驅動，泵浦轉子彼此在相反方向旋轉，真空腔 11內的氣體被封入泵浦轉子與轉子外殼22之間，被移送到排氣管9。由於連續地進行如此的氣體移送，所以真空腔11內的氣體被真空排氣。
接下來，參照第五圖來說明關於泵浦裝置1的控制順序。第 五圖係表示泵浦裝置1的控制順序圖。在泵浦裝置1的外部，設有上位控制器41來做為外部指令裝置。泵浦裝置1與上位控制器41係經由通訊訊號傳達手段或接點來連接。當上位控制器41產生泵浦2的起動指令訊號，則起動指令訊號被傳達至控制裝置5。泵浦2起動。上位控制器41為例如控制半導體製造裝置的動作的控制裝置。也可以設置操作面板於泵浦1的外部來做為外部指令裝置，由作業者的操作將泵浦2的起動指令訊號從操作面板傳送至控制裝置5。
當控制裝置5接受泵浦2的起動指令訊號，則控制裝置5對變頻器4發出指令，以預設的目標旋轉速度驅動馬達3。當變頻器4接受來自控制裝置5的指令，則供給對應目標旋轉速度的電力至馬達3。施加於 馬達3的電壓的最適值是從線圈40的類型來決定。例如，在永久磁石型DC馬達的狀況，由於馬達3的旋轉速度幾乎與供給電壓成比例，所以與旋轉速度成比例的電壓被施加於馬達3。馬達3的力矩是由供給至馬達3的電流大小來控制。控制裝置5控制變頻器4的輸出電力成馬達3以目標旋轉速度來旋轉。馬達3的旋轉速度可以由圖未顯示的旋轉感測器來檢測，或是，也可以將流至馬達3的電流回饋至控制裝置5，從該電流算出馬達3的旋轉速度。或者是，也可以將流至馬達3的電流回饋至變頻器4，變頻器4從該電流算出馬達3的旋轉速度。
在泵浦裝置1，除了泵浦溫度感測器14之外，也安裝有複 數個溫度感測器。參照第六圖來說明關於這些溫度感測器。第六圖係表示泵浦裝置1內的溫度感測器的配置處的圖。泵浦溫度感測器14被安裝於泵浦外殼20，測量泵浦外殼20的溫度。軸承溫度感測器42被配置在泵浦2的軸承25附近，測量軸承25的溫度。轉子溫度感測器43被配置於泵浦2的內部，測量泵浦轉子21的溫度。馬達溫度感測器44被安裝於馬達3的線圈40，測量馬達3的溫度。吸氣溫度感測器45被安裝於吸氣管8，測量流入泵浦2的氣體溫度。排氣溫度感測器46被安裝於排氣管9，測量從泵浦2排出的氣體溫度。以這些溫度感測器檢測的溫度，被各溫度感測器變換成溫度訊號，送至控制裝置5。再者，以各溫度感測器所取得的溫度訊號，從控制裝置5被送到上位控制器41。在安裝溫度感測器於線圈40為困難的狀況下，控制裝置5也可以從變頻器4的輸出電流估計線圈40的溫度。
將超過連續定額電流值的電流供給至馬達3的結果，是當馬 達3及變頻器4的熱超過泵浦裝置1本身的冷卻能力，則馬達3及變頻器4會過熱。但是，在變頻器4及馬達3過熱前若降低電流值，則可以暫時流動比連續定額電流值更大的電流。在本說明書，此可暫時流動的最大電流值稱為瞬時定額電流值。
控制裝置5具有在馬達3驅動中將變頻器4輸出的電流限制 值在第一電流限制值與第二電流限制值之間切換的功能。第一電流限制值是上述的連續定額電流值，第二電流限制值是上述的瞬時定額電流值。這些第一電流限制值及第二電流限制值預先記憶於控制裝置5。參照第七圖來 說明關於具體的切換。
第七圖係表示第一電流限制值與第二電流限制值的切換 圖。如第七圖所示，控制裝置5可以切換第一電流限制值與第二電流限制值。為了防止馬達3及變頻器4的故障，第一電流限制值被設定成馬達3的連續定額電流值及變頻器4的連續定額電流值中的較小者。同樣地，第二電流限制值被設定成馬達3的瞬時定額電流值及變頻器4的瞬時定額電流值中的較小者。在第七圖中，由於馬達3的連續定額電流值比變頻器4的連續定額電流值更小，所以馬達3的連續定額電流值被設定成第一電流限制值。由於馬達3的瞬時定額電流值比變頻器4的瞬時定額電流值更小，所以馬達3的瞬時定額電流值被設定成第二電流限制值。
瞬時定額電流值的大小是由電流流動時間來決定。因此，電 流流動時間為短的狀況，相較於電流流動時間為長的狀況，可以流動更大的電流。第二電流限制值被設定成從連續定額電流值的數倍到數十倍。
控制裝置5計算從第一電流限制值切換到第二電流限制值 的次數的累積值，在此累積值高於特定閾值的狀況下，控制裝置5較佳為降低第二電流限制值本身。或者是，控制裝置5計算從第一電流限制值切換到第二電流限制值的頻率，在此頻率比特定閾值更高的狀況下，控制裝置5也可以降低第二電流限制值本身。
參照第八圖來說明關於切換第一電流限制值與第二電流限 制值的條件。第八圖係表示泵浦2的運轉控制的一例的圖。在第八圖中，將對應15kW電力的電流限制值做為第一電流限制值，將對應20kW的電力的電流限制值做為第二電流限制值。在第八圖所示之例，是以泵浦溫度感測器14、馬達溫度感測器44及軸承溫度感測器42來測量泵浦溫度、馬達溫度及軸承溫度。各溫度的上限值設定在100℃。又，第八圖所示的運轉條件並不受限於此，可以設定任意的運轉條件。例如，由於溫度感測器檢測的溫度因設置處而不同，所以各溫度的上限值不受限於此。又，因為第一電流限制值與第二電流限制值也因採用的變頻器及馬達而不同，所以不受限於圖示例。
在連續運轉泵浦2的狀況下(條件1)，變頻器4的輸出電 流限制值被設定成第一電壓限制值。在起動泵浦2的狀況下(條件2)，控制裝置5將變換器4的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值。藉此，馬達2的力矩增大，可迅速地使泵浦2加速至定額速度為止。從泵浦2的起動經過特定時間(在第八圖為30秒間)後，控制裝置5將變換器4的輸出電流限制值從第二電流限制值切換到第一電流限制值。藉此，不會使馬達3及變頻器4故障，可穩定地運轉泵浦2。
當泵浦3咬入生成物，馬達3的負載會增大，妨礙泵浦2的運轉。在除去咬入的生成物的狀況下(條件3)，控制裝置5依來自上位控制器41的指令，將變頻器4的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值。當泵浦2的溫度超過其上限值100℃而成為120℃，則控制裝置5將變頻器4的輸出電流限制值從第二電流限制值切換到第一電流限制值。當泵浦2的溫度在100℃以下，則依來自上位控制器41的指令，控制裝置5再度將變頻器4的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值。
在排出真空腔11內的大氣壓的氣體的狀況下(條件4)，控制裝置5在相同於條件3所示的運轉條件下進行變頻器4的控制，在泵浦2起動時，為了防止泵浦2的旋轉速度降低，依來自上位控制器41的指令，控制裝置5將變頻器4的輸出電流限制值切換到第二電流限制值。當馬達3的溫度為120℃，馬達溫度感測器44檢測到此狀況，則控制裝置5將變頻器4的輸出電流限制值從第二電流限制值切換到第一電流限制值。當馬達3的溫度在100℃以下，則依來自上位控制器41的指令，控制裝置5再度將變頻器4的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值。
雖然上述從第一電流限制值到第二電流限制值的切換，是以來自上位控制器41的指示來進行，但是也可以用控制裝置5來進行變頻器4的輸出電流限制值的切換判斷。參照第九圖來說明關於具體的輸出電流限制值的切換判斷。第九圖係用來說明輸出電流限制值的切換判斷的圖。第九圖所示的橫軸表示變頻器4的輸出電流，縱軸表示泵浦2的旋轉速度。在泵浦2的負載足夠小的狀況下，變頻器4輸出比第一限制電流值更小的電流，以定額速度運轉泵浦2(P1)。控制裝置5對應泵浦2的負載來調整 變頻器4的輸出電流成泵浦2的旋轉速度為固定。當泵浦2的負載增大，則變頻器4輸出相當於第一電流值的電流，以定額速度運轉泵浦2(P2)。
當泵浦2的負載進一步增大，則泵浦2的旋轉速度降低 (P3)。在變頻器4輸出相當於第一電流限制值的電流時，當控制裝置5檢測到泵浦2的旋轉速度降低，則控制裝置5將變頻器4的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值。藉此，將變頻器4的輸出電流上升至第二電流限制值為止(P4)。由於變頻器4將相當於第二電流限制值的電流供給至馬達3，所以馬達3的力矩會增大，泵浦2的旋轉速度會回歸到定額速度(P5)。負載若變小，控制裝置5將變頻器4的輸出電流限制值從第二電流限制值切換到第一電流限制值(P2)。在負載依然大的狀況下，以對應第二電流限制值的電力驅動馬達3。為了防止馬達3及變頻器4的過熱，在第二電流限制值的馬達3的運轉時間超過特定時間的狀況，控制裝置5將變頻器4的輸出電流限制值從第二電流限制值切換到第一電流限制值(P2)。
在泵浦2的待機運轉中，控制裝置5控制變頻器4成將馬達 3的旋轉速度下降至必要最低限度的旋轉速度為止(P6)。由於來自上位控制器41的訊號或操作面板的操作，泵浦2會立刻回歸至定額速度為止。
由於控制裝置5防止因泵浦單元的過熱導致的故障，所以具 有故障迴避功能。例如，以溫度感測器14、42、43、44、45及46中之至少一溫度感測器所測量的溫度超過特定閾值的狀況下，控制裝置5的故障迴避功能會運作，將變頻器4的輸出電流限制值從第二電流限制值切換到第一電流限制值。控制裝置5在上述溫度感測器的檢測溫度超過特定閾值的狀況下，也可以降低第二電流限制值本身。
在上述例，在相當於第二電流限制值的電流輸出時間超過特定時間的狀況下，控制裝置5從第二電流限制值切換到第一電流限制值。控制裝置5也可以從以流量感測器13檢測的氣體流量將變頻器4的輸出電流限制值從第二電流限制值切換到第一電流限制值來代替。例如，在將大量氣體排氣的狀況下，接受來自上位控制器41或操作面板，控制裝置5將變頻器4的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值，在 被流量感測器13所測量的流量降低至特定值時，將變頻器4的輸出電流限制值從第二電流限制值切換到第一電流限制值。
儘管被流量感測器13所測量的流量少，在變頻器4的輸出 電流大的狀況下，被認為生成物會附著於泵浦轉子21。因此，在此類狀況下，藉由將變頻器4的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值來除去生成物為較佳。具體來說，在以流量感測器13所測量的流量在特定閾值以下，且變頻器4的輸出電流在特定閾值以上的狀況下，控制裝置5將變頻器4的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值為較佳。在流量感測器13所測量的流量大，且變頻器4的輸出電流也大的狀況下，這些被認為是一般運轉狀態，所以變頻器4的輸出電流限制值被維持在第一電流限制值。
又，在變頻器4的輸出電流的累積值超過特定閾值的狀況 下，控制裝置5也可以將變頻器4的輸出電流限制值從第二電流限制值切換到第一電流限制值。具體來說，控制裝置5記憶在每一特定單位時間(例如0.1秒)的變頻器4的輸出電力，算出經過特定期間(例如數秒)的上述每一特定單位時間的輸出電力的累積值，在此累積值超過特定閾值的狀況下，將變頻器4的輸出電流限制值從第二電流限制值切換到第一電流限制值。
在從第一電流限制值到第二電流限制值的切換頻繁地發生 的狀況下，被認為因異物咬入等外部原因導致泵浦2的停止風險變高。因此，控制裝置5較佳為從第一電流限制值切換到第二電流限制值的頻率在超過特定閾值的狀況下發出警告者。又，藉由通訊訊號傳達手段或接點接觸，在上位控制器41或操作面板通報警告者為較佳。
如上述，由於控制裝置5暫時地將變頻器4的輸出電力限制值變大，所以可以防止泵浦單元的過熱，並穩定地運轉泵浦單元。
第十(a)圖係表示將變頻器4的輸出電流限制值設定為第一電流限制值狀況下的變頻器輸出電力與馬達旋轉速度的關係圖，第十(b)圖係表示變頻器4的輸出電力與馬達3的旋轉速度的關係圖，第十(c)圖係表示變頻器4的輸出電力與馬達3的旋轉速度的關係圖。在第十(a)圖 中，當起動馬達3，則馬達3的旋轉速度提升至定額速度為止。變頻器4輸出電力成將馬達3的旋轉速度保持固定。當施加於泵浦2的負載增加，則如第十(b)圖所示，變頻器4的輸出電流達到第一電流限制值。當施加於泵浦2的負載進一步增加，比馬達3的旋轉力矩變得更大，則變頻器4的輸出電流值被持續維持在第一電流限制值，馬達3的旋轉速度降低。當馬達3的旋轉速度降低，則如第十(c)圖所示，變頻器4的輸出電流降低，隨之，如第十(a)圖所示，變頻器4的輸出電流會降低。
第十一(a)圖係表示將變頻器4的輸出電流限制值設定為 第二電流限制值狀況下的變頻器4的輸出電力與馬達3的旋轉速度的關係圖，第十一(b)圖係表示變頻器4的輸出電力與馬達3的旋轉速度的關係圖，第十一(c)圖係表示變頻器4的輸出電力與馬達3的旋轉速度的關係圖。第十一(a)圖所示的虛線，與第十(a)圖的圖相同，第十一(b)圖所示的虛線，與第十(b)圖所示的圖相同。變頻器4的電力被控制成維持馬達3的旋轉速度在定額速度。當泵浦2的負載增大，如第十一(b)圖所示，變頻器4的輸出電流到達第二電流限制值。當施加於泵浦2的負載進一步增加，比馬達3的旋轉力矩變得更大，則變頻器4的輸出電流值被持續維持在第二電流限制值，馬達3的旋轉速度降低。如第十一(c)圖所示，變頻器4的輸出電壓降低，隨之，如第十一(a)圖所示，變頻器4的輸出電力會降低。
如第十一(a)圖所示，在將變頻器4的輸出電流限制值設 定在第二電流限制值並驅動馬達3的狀況下，其電力相較於驅動第十(a)圖所示的馬達的狀況，僅增加相當於長度L的程度。因此，馬達3的力矩增加，即使負載增加，旋轉速度也難以降低。
第十二圖係表示具備乾式真空泵浦裝置的真空排氣系統的 其他例的圖。此真空排氣系統具備：泵浦裝置1；載鎖腔50，連接於泵浦裝置1；以及真空腔11，連接於載鎖腔50。在真空腔11與泵浦裝置1之間配置有載鎖腔50。載鎖腔50與真空腔11係以連通管51連接，在連通管51安裝有可開閉的閘閥52。藉由關閉閘閥52，遮蔽真空腔11與載鎖腔50之間的氣體連通。載鎖腔50為例如用於半導體製造裝置者，可持續將真空 腔11內維持在真空狀態，並將基板出入於真空腔11。
真空腔11內總是維持真空。將晶圓放入載鎖腔50，以泵浦 2將載鎖腔50內排氣。若載鎖腔50內成真空，則閘閥52開啟，晶圓從載鎖腔50搬入至真空腔11。以真空腔11處理晶圓後，將晶圓從真空腔11移送至載鎖腔50，在關閉閘閥52後，將載鎖腔50內的氣壓回到大氣壓，將晶圓從載鎖腔50取出。
載鎖腔50內的排氣如下所述來進行。以定額速度運轉泵浦 2，在此狀態下，將載鎖腔50與泵浦2之間的吸入閥53打開。如此，載鎖腔50內的大氣壓的氣體迅速地被吸引到泵浦2，載鎖腔50內係從大氣壓被排氣成真空。在此真空排氣步驟中，在打開吸入閥53時，載鎖腔50內的氣體被迅速地流入泵浦2，在泵浦2施加有過大的負載。因此，會有馬達3的旋轉速度降低，泵浦2的排氣速度降低的狀況。
為解決此問題，在本實施形態，打開吸入閥53後經過特定 時間為止，在變頻器4的輸出電流限制值設定在第二電流限制值的條件下驅動馬達3。以打開吸入閥53為契機，控制裝置5將變頻器4的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值。吸入閥53打開後，也可以僅在預設時間將泵浦2的旋轉速度從比定額速度的數個%上昇到十數個%。藉由提昇泵浦2的旋轉速度，可以提昇泵浦2的排氣速度。藉此，載鎖腔50內的排氣時間被縮短，生產性會提昇。
第十三圖係表示關於本發明的第二實施形態的乾式真空泵 浦裝置90的概略圖。與第一實施形態相同或相當的構成要素，賦予相同元件符號並省略重複說明。如第十三圖所示，乾式真空泵浦裝置90具備：增壓泵浦單元92，經由連接配管12連接於真空腔11；以及主泵浦單元93，連接於增壓泵浦單元92。增壓泵浦單元92具備：增壓泵浦102、馬達103以及變頻器104。主泵浦單元93具備：主泵浦106、馬達107以及變頻器108。主泵浦106係將真空腔11內的氣體從大氣壓排出者，增壓泵浦102係將真空腔11內的氣體進一步排出來提高真空度者。也可以在起動將主泵浦106後，起動增壓泵浦102，也可以同時起動這些泵浦102、106。
在本實施形態的主泵浦106具有如第二圖所示的泵浦2的相 同結構。主泵浦106的吸氣管111被連接於增壓泵浦102的排氣口。增壓泵浦102是由比主泵浦106更少段數的泵浦轉子所構成。增壓泵浦102具有比主泵浦106更大的排氣速度。
增壓泵浦102被連接於馬達103，馬達103被連接於變頻器 104。主泵浦106被連接於馬達107，馬達107被連接於變頻器108。在變頻器104及變頻器108的附近，配置有控制裝置110，控制裝置110控制變頻器104及變頻器108的動作。控制裝置110被連接於設在泵浦裝置90外部的操作面板(外部指令裝置)115，操作者藉由操作操作面板115，將變頻器104及/或變頻器108的輸出電流限制值在第一電流限制值與第二電流限制值之間切換的指令訊號傳送到控制裝置110。未特別說明的控制裝置110的結構及動作，由於與上述控制裝置5相同，所以省略其重複說明。
在增壓泵浦單元92及主泵浦單元93，安裝有測量這些泵浦 單元92、93內溫度的溫度感測器。雖然圖未顯示，在主泵浦單元93，安裝有與增壓泵浦單元92相同的溫度感測器。以下，說明關於安裝於增壓泵浦單元92的溫度感測器，省略重複的溫度感測器的說明。
溫度感測器120安裝於增壓泵浦102的泵浦外殼121，測量 泵浦外殼121的溫度。軸承溫度感測器122配置在增壓泵浦102的軸承123附近，測量軸承123的溫度。轉子溫度感測器124配置在增壓泵浦102的內部，測量圖未顯示的泵浦轉子的溫度。馬達溫度感測器125安裝於馬達103的線圈126，測量馬達103的溫度。吸氣溫度感測器127安裝於增壓泵浦102的吸氣管130，測量流入至增壓泵浦102的氣體溫度。排氣溫度感測器128安裝於主泵浦106的排氣管131，測量從主泵浦106排出的氣體溫度。
控制裝置110為了防止因泵浦轉子的過熱導致的故障，具有 故障迴避功能。例如，在安裝於增壓泵浦單元92及主泵浦單元93的溫度感測器中的至少一溫度感測器所檢測的溫度超過特定閾值的狀況下，控制裝置110的故障迴避功能會運作，將變頻器104或變頻器108的輸出電流限制值從第二電流限制值切換成第二電流限制值。控制裝置110在上述溫度感測器的檢測溫度超過特定閾值的狀況下，也可以降低第二電流限制值本身。
第十四圖係表示代替操作面板115做為外部指令裝置，將上 位控制器41連接於控制裝置110狀態的概略圖。控制裝置110根據從上位控制器41傳送的切換指令訊號，將變頻器104及/或變頻器108的輸出電流限制值從第一電流限制值切換成第二電流限制值。
第十五圖係概略地表示第十三及十四圖所示的泵浦裝置90 的系統的圖。如第十五圖所示的溫度感測器，包括性地表示溫度感測器120、122、124、125、127及128。如第十五圖所示，安裝於增壓泵浦單元92及主泵浦單元93的溫度感測器，經由通訊訊號傳達手段或接點，與控制裝置110連接。以各溫度感測器所取得的溫度訊號，從控制裝置110傳送至上位控制器41或操作面板115。控制裝置110也連接於變頻器104及變頻器108，根據來自操作面板115或上位控制器41的訊號，控制變頻器104及變頻器108的動作。
第十六圖係表示增壓泵浦102及主泵浦106的運轉控制的一 例的圖。在第十六圖中，將對應15kW電力的電流限制值作為第一電流限制值，將對應20kW電力的電流限制值作為第二電流限制值，將對應10kW電力的電流限制值作為第三電流限制值。如第十六圖所示，當供給至泵浦裝置90的總電力做為30kW，在通常運轉泵浦裝置90的狀況下(條件1)，變頻器1047、108的輸出電流限制值設定成第一電流限制值。因此，最大各供給15kW電力至增壓泵浦單元92及主泵浦單元93。
說明關於起動泵浦裝置90的狀況(條件2)。在泵浦裝置90的起動時，優先運轉主泵浦106的狀況下，變頻器108的輸出電流限制值被切換成第二電流限制值，變頻器104的輸出電力限制值被設定成比第一電流限制值更低的第三電流限制值。因此，變頻器108係最大供給20kW電力至馬達107，變頻器104係最大供給10kW電力至馬達103。接下來，優先地運轉增壓泵浦102。在此狀況下，變頻器108的輸出電流限制值被切換成第三電流限制值，變頻器104的輸出電流限制值被切換成第二電流限制值。因此，變頻器104係最大供給20kW電力至馬達103，變頻器108係最大供給10kW電力至馬達107。之後，泵浦裝置90係以通常運轉模式運轉。在此通常運轉中，變頻器104、108的輸出電流限制值被切換成第一電流限 制值。因此，變頻器104、108係最大各供給15kW電力至馬達103、107。
在除去生成物的狀況下(條件3)，進行增壓泵浦優先運轉。 也就是說，變頻器104的輸出電流限制值被切換成第二電流限制值，變頻器108的輸出電流限制值被切換成第三電流限制值。因此，變頻器104係最大供給20kW電力至馬達103，變頻器108係最大供給10kW電力至馬達107。由於變頻器104係最大供給20kW電力至馬達103，所以馬達103的力矩增大，除去生成物。
在從大氣壓排出真空腔11內的氣體的狀況下(條件4)，首 先，進行主泵浦優先運轉。也就是說，變頻器108的輸出電流限制值被切換成第二電流限制值，變頻器104的輸出電流限制值被切換成第三電流限制值。因此，變頻器108係最大供給20kW電力至馬達107，變頻器104係最大供給10kW電力至馬達103。若真空腔11內的氣體被排出一定程度，接下來進行增壓泵浦優先運轉。也就是說，變頻器104的輸出電流限制值被切換成第二電流限制值，變頻器108的輸出電流限制值被切換成第三電流限制值。因此，變頻器104係最大供給20kW電力至馬達103，變頻器108係最大供給10kW電力至馬達107。如此類運轉條件下，藉由運轉增壓泵浦102及主泵浦106，可以高速排出真空腔11內的氣體。結果，可以縮短形成目標真空為止的時間。又，在第十六圖所示的運轉條件並不受限於此，可以任意地設定運轉條件。
第十七(a)圖係表示增壓泵浦優先運轉時的主泵浦單元93 的變頻器108的輸出電力與馬達107的旋轉速度的關係的圖，第十七(b)圖係表示變頻器108的輸出電力與馬達107的旋轉速度的關係的圖，第十七(c)圖係表示變頻器108的輸出電力與馬達107的旋轉速度的關係的圖。 第十七(a)圖的虛線係表示在將變頻器108的輸出電流限制值設定成第一電流限制值時的馬達107的旋轉速度與變頻器108的輸出電力的關係，第十七(a)圖的實線係表示在將變頻器108的輸出電流限制值設定成第三電流限制值時的馬達107的旋轉速度與變頻器108的輸出電力的關係。
當起動馬達107，則馬達107的旋轉速度上昇至定額速度為止。變頻器108輸出電力成將馬達107的旋轉速度保持固定。當施加於主 泵浦106的負載增大，則如第十七(b)圖所示，變頻器108的輸出電流到達第三電流限制值。當施加於主泵浦106的負載進一步增大，則變頻器108的輸出電流持續維持在第三電流限制值，馬達107的旋轉速度降低。當馬達107的旋轉速度降低，則如第十七(c)圖所示，變頻器108的輸出電流降低，隨之，如第十七(a)圖所示，變頻器108的輸出電力會降低。
在使增壓泵浦102優先地運轉的狀況下，由於供給至馬達 107的電力，比對應第一電流限制值的電力更小，所以如第十七(a)及十七(b)圖的實線所示，比通常運轉時的電流更小的電流被供給至馬達107。
第十八(a)圖係表示增壓泵浦優先運轉時的增壓泵浦單元 92的變頻器104的輸出電力與馬達103的旋轉速度的關係的圖，第十八(b)圖係表示增壓泵浦優先運轉時的變頻器104的輸出電力與馬達103的旋轉速度的關係的圖，第十八(c)圖係表示增壓泵浦優先運轉時的變頻器的輸出電力與馬達的旋轉速度的關係的圖。
第十八(a)圖的虛線係表示在將變頻器104的輸出電流限 制值設定成第一電流限制值時的馬達103的旋轉速度與變頻器104的輸出電力的關係，第十八(a)圖的實線係表示在將變頻器104的輸出電流限制值設定成第二電流限制值時的馬達103的旋轉速度與變頻器104的輸出電力的關係。如第十八(a)圖所示，將變頻器104的輸出電流限制值從第一電流限制值切換成第二電流限制值的狀況下的電力值，係僅增加相當於長度L的程度。藉此，馬達103的力矩增大，即使負載增加，增壓泵浦102的旋轉速度被維持在固定。第十八(a)~十八(c)圖所示的圖係與第十一(a)~十一(c)圖所示的圖相同。
目前為止說明了關於本發明實施形態，但本發明並不受限於上述實施形態，當然在其技術思想的範圍內可以各種不同的形態來實施。

Claims (11)

  1. 一種乾式真空泵浦裝置，其具備：至少一泵浦單元；控制裝置，控制前述泵浦單元；及至少一溫度感測器，測量前述泵浦單元的溫度，其中前述泵浦單元，具備：乾式真空泵浦；馬達，驅動前述乾式真空泵浦；及變頻器，控制前述馬達之旋轉速度，其中前述控制裝置具有將前述變頻器的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值的功能，前述第一電流限制值是前述變頻器可連續地流到前述馬達的電流最大值的連續定額電流值，前述第二電流限制值是超過前述連續定額電流值的值；當以前述溫度感測器所測量的前述溫度超過特定閾值，則前述控制裝置將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第二電流限制值切換到前述第一電流限制值。
  2. 一種乾式真空泵浦裝置，其具備：至少一泵浦單元；及控制裝置，控制前述泵浦單元，其中前述泵浦單元，具備：乾式真空泵浦；馬達，驅動前述乾式真空泵浦；及變頻器，控制前述馬達之旋轉速度，其中前述控制裝置具有將前述變頻器的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值的功能，前述第一電流限制值是前述變頻器可連續地流到前述馬達的電流最大值的連續定額電流值，前述第二電流限制值是超過前述連續定額電流值的值；當前述變頻器的輸出電流限制值從前述第一電流限制值切換到前述第二電流限制值的頻率在超過特定閾值的狀況下，前述控制裝置發出警告。
  3. 一種乾式真空泵浦裝置，其具備：至少一泵浦單元；及控制裝置，控制前述泵浦單元，其中前述泵浦單元，具備：乾式真空泵浦； 馬達，驅動前述乾式真空泵浦；及變頻器，控制前述馬達之旋轉速度，其中前述控制裝置具有將前述變頻器的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值的功能，前述第一電流限制值是前述變頻器可連續地流到前述馬達的電流最大值的連續定額電流值，前述第二電流限制值是超過前述連續定額電流值的值；前述控制裝置計算前述變頻器的輸出電流限制值從前述第一電流限制值切換到前述第二電流限制值的次數的累積值，在此累積值高於特定閾值的狀況下，或者是，前述控制裝置計算前述變頻器的輸出電流限制值從前述第一電流限制值切換到前述第二電流限制值的頻率，在此頻率比特定閾值更高的狀況下，前述控制裝置降低前述第二電流限制值本身。
  4. 一種乾式真空泵浦裝置，其具備：至少一泵浦單元；控制裝置，控制前述泵浦單元；及流量感測器，測量流入前述泵浦單元的氣體的流量，其中前述泵浦單元，具備：乾式真空泵浦；馬達，驅動前述乾式真空泵浦；及變頻器，控制前述馬達之旋轉速度，其中前述控制裝置具有將前述變頻器的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值的功能，前述第一電流限制值是前述變頻器可連續地流到前述馬達的電流最大值的連續定額電流值，前述第二電流限制值是超過前述連續定額電流值的值；在以前述流量感測器所測量的流量在特定閾值以下，且前述變頻器的輸出電流在特定閾值以上的狀況下，前述控制裝置將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第一電流限制值切換到前述第二電流限制值。
  5. 一種乾式真空泵浦裝置，其具備：至少一泵浦單元；及控制裝置，控制前述泵浦單元，其中前述泵浦單元，具備：乾式真空泵浦；馬達，驅動前述乾式真空泵浦；及變頻器，控制前述馬達之旋轉速度，其中前述控制裝置具有將前述變 頻器的輸出電流限制值從第一電流限制值切換到第二電流限制值的功能，前述第一電流限制值是前述變頻器可連續地流到前述馬達的電流最大值的連續定額電流值，前述第二電流限制值是超過前述連續定額電流值的值；在前述變頻器的輸出電力的累積值超過特定閾值的狀況下，前述控制裝置將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第二電流限制值切換到前述第一電流限制值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的乾式真空泵浦裝置，其中前述控制裝置在前述變頻器輸出相當於前述第一電流限制值的電流時，若前述乾式真空泵浦的旋轉速度低於特定目標旋轉速度，則將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第一電流限制值切換到前述第二電流限制值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的乾式真空泵浦裝置，其中當前述控制裝置檢測到在前述泵浦的旋轉速度回歸到前述目標旋轉速度，則將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第二電流限制值切換到前述第一電流限制值。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的乾式真空泵浦裝置，其中前述控制裝置在相當於前述第二電流限制值的電流的輸出時間超過特定閾值的狀況下，將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第二電流限制值切換到前述第一電流限制值。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的乾式真空泵浦裝置，其中前述至少一溫度感測器係從測量前述乾式真空泵浦的泵浦外殼溫度的溫度感測器、測量前述乾式真空泵浦的的軸承溫度的溫度感測器、測量前述馬達溫度的溫度感測器、測量前述乾式真空泵浦的泵浦轉子溫度的溫度感測器、測量前述乾式真空泵浦的吸氣氣體溫度的溫度感測器以及測量前述乾式真空泵浦的排氣氣體溫度的溫度感測器中選擇。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的乾式真空泵浦裝置，其中根據來自設於前述乾式真空泵浦裝置的外部的外部指令裝置的指令，將前述變頻器的輸出電流限制值從前述第一電流限制值切換到前述第二電流限制值。
  11. 如申請專利範圍第1~10項中任一項所述的乾式真空泵浦裝置，其中前述至少一泵浦單元是排出大氣壓氣體的主泵浦單元與排出真空壓氣體的增壓泵浦單元，將前述主泵浦單元與前述增壓泵浦單元運轉成供給至前述乾式真空泵浦裝置的電力不超過預設值。
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