JP2005048764A - 真空ポンプ制御システム - Google Patents

Abstract

【要約書】
【課題】１つの制御用コンピュータにより、複数のクライオポンプを制御すると共に、コンプレッサと組み合わされている、クライオポンプ制御システムを提供することにある。
【解決手段】真空ポンプ制御システムは、データ線１１〜１６を介して、複数台の真空ポンプ６と少なくとも１台のコンプレッサ９を制御用コンピュータ２とドライバ３からなる１台の制御装置１７に接続して１ワイヤネットワークを構成する。また、前記制御用コンピュータ２は前記各真空ポンプ用の共通プログラムおよび個別プログラムを選択実行できるように備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空ポンプ制御システムに係り、特にクライオポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオターボポンプおよびドライポンプ等の複数の真空ポンプ、並びに、コンプレッサを制御容易に且つ着脱容易に接続する真空ポンプ制御システムに関する。

真空ポンプ、例えば、クライオポンプは、１段目のクライオパネルで６０〜１００Ｋに冷却して水等を凝縮し、２段目で窒素ガス等を凝縮する特性を有することから、スパッタリング装置等の半導体製造装置における真空チャンバ内を高真空状態にするのに用いられる。

そこで以下の説明は、真空ポンプとしてクライオポンプを用いた制御システムを、スパッタリング装置に適用した実施例について行う。

図４は、従来のスパッタリング装置の平面概略図である。特に高温リフロースパッタリング装置の構成を説明する平面概略図である。

図４に示す高温リフロースパッタリング装置５０は、マルチチャンバタイプの装置であり、基体となるセパレーションチャンバ５１内に中継チャンバＣＨＡ６５とＣＨＢ６６、
バッファーチャンバＢＣＨ５２およびトランスファーチャンバＴＣＨ５３を配置し、このバッファーチャンバＢＣＨ５２およびトランスファーチャンバＴＣＨ５３の周囲に気密に接続されたそれぞれ４つのプロセスチャンバＣＨ１（６１）、ＣＨ２（６２）、ＣＨ３（６３）およびＣＨ４（６４）、２つの前処理（デガス処理：表面の不純物を除去する処理、オリエント処理：ウエハを平らにする処理、等）のためのプリヒートチャンバＣＨＥ５８およびＣＨＦ５９、２つのロードロックチャンバＬＬＡ５６およびＬＬＢ５７、からなるチャンバ配置をとる。

図４の高温リフロースパッタリング装置５０は、説明のためバッファーチャンバＢＣＨ５２とトランスファーチャンバＴＣＨ５３を内部が見えるように破断して示した平面図になっている。

各チャンバＢＣＨ５２、ＴＣＨ５３、ＣＨ１（６１）、ＣＨ２（６２）、ＣＨ３（６３）、ＣＨ４（６４）、ＣＨＥ５８およびＣＨＦ５９は、専用又は兼用の後記する排気系および吸気系を備え、所定の圧力まで排気又は吸気される。各チャンバ同士の接続部分には、ゲートバルブとなるスリットバルブ（図示省略）が設けられている。

バッファーチャンバＢＣＨ５２およびトランスファーチャンバＴＣＨ５３の内部には、チャンバ間でウエハの搬送を行うための搬送機構として多関節のロボットアーム５４、５５を含む多関節ロボットが用いられる。多関節ロボットは、いずれか一方のロードロックチャンバＬＬＡ５６又はＬＬＢ５７からウエハを１枚ずつ取り出し、プリヒートチャンバＣＨＥ５８およびＣＨＦ５９、中継チャンバＣＨＡ６５とＣＨＢ６６、各プロセスチャンバＣＨ１（６１）、ＣＨ２（６２）、ＣＨ３（６３）、ＣＨ４（６４）に送って順次スパッタリング処理を行い、処理終了後、いずれか一方のロードロックチャンバＬＬＡ５６又はＬＬＢ５７に戻す。

バッファーチャンバＢＣＨ５２は、下方にバッファーポンプ６７を連通配置して、チャンバ内を１０^-4Ｐａ（パスカル）に真空引きして高真空に保つ。トランスファーチャンバＴＣＨ５３は、同じく下方にトランスファーポンプ６８を連通配置して、チャンバ内を１０^-5Ｐａに真空引きして高真空に保つ。

プロセスチャンバは、スリットバルブ（図示省略）を備えた気密容器からなり、電気的に接地されている。プロセスチャンバ内は、排気系により、１０^-7Ｐａ程度に排気される。排気系は、ターボ分子ポンプやクライオポンプ等の複数段の真空ポンプを備える。例えばクライオポンプの場合には、排気バルブは、後記する安全バルブ、ラフバルブおよびベントバルブから構成される。

また、スパッタ放電用ガスを導入する放電用ガス導入バルブ(図示省略)が設けられており、アルゴン等のスパッタ率の高いガスをチャンバ内に所定の流量で導入できるようになっている。

この実施例では、プロセスチャンバを４室としたが、製造する製品のプロセス数に応じてチャンバ数および工程数が異なる。これに応じてチャンバ数も変更し、製造工程も変更する。それに伴って、制御手段を制御工程に追加したり制御工程から削除したりする。この変更が従来は困難であった。

この実施例の工程は、高温リフロースパッタリング処理を対象とした例を示した。基本的には、工程数とチャンバ数は整合すればよく任意の数に設定できる。
（クライオポンプ）
前記のバッファーチャンバＢＣＨ５２、トランスファーチャンバＴＣＨ５３、各プロセスチャンバＣＨ１（６１）〜ＣＨ４（６４）、前処理チャンバＣＨＥ５８およびＣＨＦ５９には、その下方にクライオポンプ(図示省略)が配備されている。

図５は、クライオポンプの側部断面図であり、図６におけるｂ−ｂ’断面図である。

図６は、クライオポンプの一部断面を含む平面図であり、図５におけるａ−ａ’断面図である。

図５では、前記各チャンバを真空チャンバ７として示し、その真空チャンバ７の下方にスリットバルブ７１を介してクライオポンプ７３が配置されている。

クライオポンプ７３は、フランジ部を備えると共に、モータケース部を突設した基体となるハウジング部７５と、前記基体から突出するシリンダ部７６、７７と、輻射シールド板８１、ルーバー８０、クライオパネル８２、真空容器７２から構成される。

１段目のシリンダ部７６は、１段ステージ７８の１ｓｔ温度に設定する。１ｓｔ温度は、８０〜１００Ｋの任意の設定値に制御できる。

２段目のシリンダ部７７は、２段ステージ７９の２ｎｄ温度に設定する。２ｎｄ温度は、２０Ｋ以下となる。２段目のシリンダ部７７は、ルーバー８０を備えた輻射シールド板８１に収納され、２段目のシリンダ部７７の先端部にはクライオパネル８２等を備える。

真空チャンバ７に連設される真空容器７２は、安全弁８３を備えると共に機械的な回転ポンプ（図示省略）で吸引されるラフバルブ８４と、窒素（Ｎ₂）供給用のパージバルブ８５と、ベントバルブ８６を備えて気密に形成される。また、真空容器７２には、クライオポンプ７３の１段ステージ７８および２段ステージ７９の温度を測定する温度センサ（図示省略）に接続されている温度センサコネクタ８７、および、内部の圧力センサ（真空計）（図示省略）に接続されている圧力センサコネクタ８８が突設されている。

クライオポンプ７３は、ルーバー８０、クライオパネル８２等を気体分子の固化温度以下に冷却し、そこへ気体分子の凝縮固化、又は、活性炭の冷却による気体分子の吸着により、高真空を達成する。

クライオポンプ７３は、冷却温度が比較的高い１段ステージ７８には輻射シールド板８１を設け、冷却温度が低い第２段ステージ７８を被服している。輻射シールド板８１は、常温から来る輻射熱を遮断する目的で設けられ、第２段ステージ７９への熱侵入を抑え、冷凍能力を向上させる。輻射シールド板８１の先端にルーバー８０を設け、気体分子の入り口を形成する。ルーバー８０は、輻射シールド板８１によって冷却されているので、比較的固化する温度の高い気体分子等を凝縮する。２段ステージ７９は、２０Ｋ以下まで冷却されるので、酸素、窒素等の凝縮を行う。また、クライオパネル８２に含まれる活性炭を冷却し、活性炭の微細孔にも水素等の凝縮点の低いガスの吸着を行う。

真空引きの工程は、以下の（１）から（３）になる。まず、
（１）プロセスチャンバ内を機械的な回転ポンプ（図示省略）によりラフバルブ８４を介して粗く１０Ｐａ程度まで真空引きする。クライオポンプ７３による冷却が開始できるようにある程度以上の真空状態にまで真空引きする。
（２）次に、クライオポンプ７３を運転して、プロセスチャンバＣＨ１（６１）〜ＣＨ４（６４）内を１０^-7Ｐａ程度の高真空にする。
（３）その後、スパッタリングのためのプロセスガスが導入される。

このクライオポンプ７３には、様々なセンサ、バルブやモータ等の制御部品が取り付けられている。このため、クライオポンプはこれら制御部品を制御することにより真空排気を行っている。そのため、チャンバからのクライオポンプの着脱は膨大な時間と手間がかかることになる。

一般的に、１つのスパッタリング装置には複数台のクライオポンプが使われており、それら複数台のクライオポンプを運転するためのコントローラには、様々な方式がある。従来のコントローラには、例えば図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示す方式がある。

図７は従来の複数台のクライオポンプを制御する各種クライオポンプ制御システムを示す説明図である。図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）はそれぞれ従来のクライオポンプ制御システムを説明する説明図である。

図７（ａ）のクライオポンプ制御システム（例えば、特許文献１参照）は、各クライオポンプが個々に専用の演算処理装置内蔵のコントローラを備えており、それら複数台のコントローラがネットワーク統合コントローラにそれぞれ通信ネットワークケーブルにて接続される方式である。

図７（ｂ）のクライオポンプ制御システム（例えば、特許文献２参照）は、各クライオポンプに通信変換部（通信部およびＩ／Ｏ（入出力）処理部）を設けて、それら複数台のクライオポンプを統合コントローラに通信ネットワークにて接続し、複数台運転を行う方式である。

図７（ｃ）のクライオポンプ制御システム（例えば、特許文献３参照）は、図７（ａ）と同様に各クライオポンプ個々に専用の演算処理装置内蔵のコントローラを備えており、それら複数台のコントローラが、ネットワーク統合コントローラにそれぞれ、ＲＳ２３２Ｃケーブルにて接続される方式である。

また、クライオポンプ制御システムには、制御の為の各種センサのデータを取り込む計測システムを設けているが、このような計測システムを含む一般的な計測システム、即ち、複数のセンサ等を計測制御装置に配線接続する従来型計測システムは、動作電圧をとるためのＤＣ（直流）電源線とグラウンド（接地：以下、「ＧＮＤ」という）線が各センサと計測制御装置に共通に配線され、センサ出力信号を取り込むためのアナログ信号線がそれぞれのセンサと計測制御装置の間に配線されており、各センサそれぞれがＤＣ電源線とＧＮＤ線とアナログ信号線に接続されている。
特開２０００−７３９４９号公報 特開２００１−９９０６２号公報 特開平１０−５４３６９号公報

図７（ａ）の各クライオポンプそれぞれに専用の演算処理装置を内蔵したコントローラを設け、前記コントローラを通信ネットワークケーブルでネットワーク統合コントローラに接続する方式の場合、クライオポンプを運転するために必要な装置が全てコントローラに内蔵されているため、コントローラサイズが大きくなり、クライオポンプのサイズおよび重量が増大する。このため、重量の増大した装置の設置、メンテナンス等の作業を行う上でまた扱いにくいという欠点がある。また、複数台のクライオポンプを通信ケーブルにて直列に（連続的）に接続しているため、任意のクライオポンプの増設、取り外しする際、他のクライオポンプの通信ケーブルの付け替えを行う必要があり、作業性も悪い。

図７（ｂ）の各クライオポンプに通信変換部（通信部およびＩ／Ｏ処理）を設け、それら複数台のクライオポンプの通信変換部を統合コントローラと通信ネットワークにて接続し、複数台のクライオポンプの運転を行う方式では、クライオポンプの設置台数に関わらず、必ず統合コントローラが必要となり、クライオポンプ少数運転系統の場合においてコスト増大につながることがある。また、複数台のクライオポンプを同一ネットワークに接続するための接続ターミナルが別途必要となるため、ネットワークの配線が煩雑になる。

図７（ｃ）の各クライオポンプそれぞれに専用の演算処理装置内蔵のコントローラを設け、それら複数のコントローラが、ネットワーク統合コントローラにそれぞれＲＳ２３２Ｃケーブルにて接続される方式では、図７（ａ）と同様にコントローラサイズが大きくなり、クライオポンプのサイズおよび重量も増大する。このため、設置およびメンテナンス等の作業を行う上で扱いにくくなる。また、ネットワーク統合コントローラは１台であるため、クライオポンプの設置台数に関わらず、ＲＳ２３２Ｃコネクタおよびインターフェース部を必ず１系統における最大運転台数分用意しておかなければならず、コスト増につながる。

また、ＲＳ２３２Ｃケーブルにてコントローラとネットワーク統合コントローラを接続するため、接続可能距離が短いという問題もある。

図７（ａ）および図７（ｂ）においては、各クライオポンプが同一ネットワーク上に存在していることから、どのクライオポンプへの指令であるかを判別するために、アドレス等の情報を付記した通信プロトコルの作成が必要となる。このため、アプリケーションソフトウエアを作成する上で作業量が増えると共に、アドレス等の付け替え、確認等のメンテナンス作業が多くなる。

また、従来型計測システムの場合、各センサ単位では、＋５Ｖ電源線とＧＮＤ線とアナログ信号線の都合３本の配線が必要であり、特にセンサが広い範囲に散在している場合、線材の量が増大する。更に、各センサから計測制御装置へのアナログ信号線はセンサの位置に応じて他のアナログ信号線と重複するのでその分配線が輻輳し線材の量が増大する。配線が輻輳すると、配線スペースおよび配線作業量が増大してしまう。また、計測制御装置から電源をまとめて供給すると、各センサのグランド電位にドリフトが発生することがある。すなわち、信号グラウンドを流れる電流などの影響で時間変動する。

また、例えば、スパッタリング工程では複数のプロセスチャンバを使用してスパッタリングを行う。このとき、製作する半導体によっては、使用するプロセスチャンバの数が変更されることもあり、任意のチャンバにおいてクライオポンプを停止させる場合がある。このときに、該当するクライオポンプをメンテナンス（停止等）する必要がある。しかし、従来は１台だけ１連の工程から外すことができなかったが、そのクライオポンプをクライオポンプの通信ネットワークから自由に着脱できると、メンテナンス上有利である。

本発明の目的は、１つの制御装置により、複数の真空ポンプ、コンプレッサを着脱自在に接続すると共に容易に制御する真空ポンプ制御システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、個々の真空ポンプ等の被制御装置のための、マイクロプロセッサや内蔵されたプログラムを有しない、電子的操作モジュールを備えた真空ポンプ制御システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、並列化手段又は直列化手段又はそれら両手段により、前記制御装置の単一データポートへ各ポンプのデータポートを接続するための手段を備えた真空ポンプ制御システムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の解決手段を採用する。

本発明は、複数のクライオポンプ等の真空ポンプやコンプレッサを工程数に応じて１連の工程に組み合わせるために、前記真空ポンプやコンプレッサを取り込んで、１ワイヤデバイスにより１ワイヤネットワークを構成することを特徴とする。この１ワイヤネットワークを１つの制御装置により制御するように構成する。

また、真空ポンプに１ワイヤデバイスからなる操作モジュールを設け、また、コンプレッサに１ワイヤデバイスからなるコンプレッサモジュールを設け、前記両モジュールを含む１ワイヤネットワークを介して制御用コンピュータにより真空ポンプやコンプレッサを制御するように構成する。

具体的には、以下の様になる。
（１）真空ポンプ制御システムは、複数台の真空ポンプと少なくとも１台のコンプレッサがデータ線を介して制御用コンピュータと通信用のドライバからなる１台の制御装置に接続されて１ワイヤネットワークを構成したことを特徴とする。
（２）上記（１）記載の真空ポンプ制御システムは、前記真空ポンプをクライオポンプとしたことを特徴とする。
（３）上記（１）又は（２）記載の真空ポンプ制御システムは、前記制御装置を構成する制御用コンピュータが前記各クライオポンプ用の共通プログラムおよび個別プログラムを選択実行できるように備えたことを特徴とする。
（４）上記（１）乃至（３）のいずれか１項記載の真空ポンプ制御システムは、前記真空ポンプに少なくとも１ワイヤデバイスからなる操作モジュールを設け、前記制御用コンピュータと前記真空ポンプが前記操作モジュールを介して前記データ線により接続されて１ワイヤネットワークを構成したことを特徴とする。
（５）上記（１）乃至（３）のいずれか１項記載の真空ポンプ制御システムは、前記コンプレッサに少なくとも１ワイヤデバイスからなるコンプレッサモジュールを設け、前記制御用コンピュータと前記コンプレッサが前記コンプレッサモジュールを介して前記データ線により接続されて１ワイヤネットワークを構成したことを特徴とする。
（６）上記（４）記載の真空ポンプ制御システムは、前記操作モジュールが、前記真空ポンプを運転するために、前記データ線に接続された、センサの出力信号を伝送するためのアナログ−デジタルコンバータ機能を有する１ワイヤデバイス、インバータ速度指令を伝送するためのデジタルポテンショメータ機能を有する１ワイヤデバイス、バルブ制御指令およびインバータエラー接点検出信号を伝送するための入出力機能を有する１ワイヤデバイス、から構成されていることを特徴とする。
（７）上記（５）記載の真空ポンプ制御システムは、前記コンプレッサモジュールが、コンプレッサを運転するために、前記データ線に接続された、センサの出力信号を伝送するためのアナログ−デジタルコンバータ機能を有する１ワイヤデバイス、インバータ速度指令を伝送するためのデジタルポテンショメータ機能を有する１ワイヤデバイス、バルブ制御指令およびインバータエラー接点検出信号を伝送するための入出力機能を有する１ワイヤデバイス、から構成されていることを特徴とする。

本発明は、１つの制御用コンピュータと通信用のドライバからなる１台の制御装置により、複数の真空ポンプ例えばクライオポンプをコントロールすると共に、コンプレッサと組み合わせて真空ポンプ制御システムを構成したので、前記制御用コンピュータは、前記真空ポンプ制御システムにおける前記真空ポンプおよびコンプレッサそれぞれのための共通の内蔵プログラムを使用するか、又は、個々の真空ポンプ等のための特殊なプログラム要素を使用することができるようになる。

また、個々の真空ポンプ等の被制御装置のための、マイクロプロセッサや内蔵されたプログラムを有しない、電子的な操作モジュールを有するので、個々の操作モジュールの複雑さ（例えばマイクロプロセッサを組み込み動作するように設定する必要がない）、サイズ（例えばマイクロプロセッサ等を組み込むスペースが不要になる）および製造コストを減少させる。特に、制御用コンピュータの内蔵プログラムを変更するだけで、システムに用いられている制御アルゴリズムを変更したりアップグレードしたりできるようになる。

また、並列化手段又は直列化手段又はそれら両手段により、前記制御装置、特に制御用コンピュータの単一データポートへ各真空ポンプ等のデータポートを接続するための手段を構成したので、配線ルートの変更の柔軟性、経済性、冗長性が許容される。

また、制御信号および測定データの伝送系、または通信系が、１ワイヤデバイスの分岐接続用ハブ（分岐用ＩＣ ＤＳ２４０９）およびプロセッサを不要とする各種機能素子（汎用Ｉ／ＯデバイスＤＳ２４０５、センサデバイスＤＳ２４５０およびＤＳ２８９０）を用いて１ワイヤネットワークとして構成したので、制御装置の制御用コンピュータは、コンプレッサや真空ポンプ（クライオポンプ等）の運転状態を表す各種センサからの検出データを取り込んで、必要な運転指令を作成し、その運転指令を着脱自在に設けたコンプレッサモジュールおよび操作モジュールへ容易に伝送することができる。

１ワイヤシステムを用いるので、従来設けることができなかった程の多数のデバイスを長いケーブル長で広範囲に配置できるので、従来の制御方式では接続できなかった多数の制御対象を着脱自在に且つ広範囲に接続制御することができるようになる。

インバータで発生する高周波ノイズを隣接配置されるフィルタにより減衰させるので、半導体製造装置等の高周波ノイズをきらう装置に取り付けられる真空ポンプおよび操作モジュールが発生するノイズの影響を抑制できるようになる。

本発明に用いる真空ポンプ制御システムは、基本的に、制御用コンピュータと通信ドライバからなる１台の制御装置に、１ワイヤシステムに基づく１ワイヤネットワークを介して、被制御装置および測定器を接続したことを特徴とする。本発明は、特に真空ポンプとしてクライオポンプを用いた制御システムに代表される。以下、被制御装置を、操作モジュール、コンプレッサモジュールに限定し、全体をクライオポンプの制御システムに限定して説明する。

１ワイヤシステム（１線式システム）とは、現在のところダラス・セミコンダクタ社が開発した計測制御用のバスシステムに代表され、基本的には、１本（シグナルグラウンド（接地：ＳＧ）線も入れるとデータ線（データバス）とで合計２本になる）の信号線で、分岐用ハブを介して長く配線され、測定データや制御指令等の信号の伝送と、接続されている１ワイヤデバイスへの動作電力の供給を行い、広範囲の計測制御を可能にするシステムである。このシステムは、制御用コンピュータに所定（例えば２００ｍ）範囲に散在する数十個（例えば３０個）のセンサや制御ポートを１ワイヤデバイスにより芋づる式に接続し、各センサの情報を収集したり、給電したり、簡単な制御を行うことができ、１ワイヤプロトコルにより動作する。以下、１ワイヤシステムの説明に用いる各種デバイスとして、ダラス・セミコンダクタ社製のデバイスを「ＤＳ」を付けて用いる。

１ワイヤデバイスは、１ワイヤシステムを構成し、信号伝送や給電等の機能を有する前記各種デバイスを意味する。１ワイヤデバイスはＩＣチップとして構成される。前記ＩＣチップは、小さなキャパシタンスを内蔵しているので、データ線（データバス）から通信用の電力をチャージして電源を構成することができる。

１ワイヤシステムを構成するケーブルは、合計２線で、データ線又はデータバスと前記ＳＧ線とからなる。

１ワイヤネットワークは、被制御対象を特定せずに、１ワイヤシステムとして動作するように構成したネットワークを意味する。

１ワイヤシステムでは、計測制御装置とそれぞれのセンサに共通のＧＮＤ線とデジタルデータ線を配線し、各センサをそれぞれＧＮＤ線とデジタルデータ線に接続する。各センサの内蔵ＩＣでＡ／Ｄ変換を行い、デジタル信号を計測制御装置に送るので、アナログの微弱信号線に発生するドリフトの問題が起こらない。

また、この１ワイヤシステムではデジタルデータ線を使ってセンサ等のデバイスに動作電力を供給する。

１ワイヤシステムに用いる３端子素子は、内蔵のパワー・サプライ・センサによって、自動的に給電方法を切り換えるようになっている。

デバイス毎のＩＤコードは、デバイスの種類を特定する８ビットファミリコード、４８ビットシリアル番号コード、エラーチェックコードとなる８ビットＣＲＣ（サイクリック冗長チェック）コードから構成される。

図１は本発明の真空ポンプ制御システムのブロック構成図である。真空ポンプ（例えば、クライオポンプ等）、コンプレッサ、真空チャンバー、および相互接続データ線だけではなく、ホストコンピュータ、制御用コンピュータ、ドライバー、および操作モジュールの相互接続を示す真空ポンプ制御システムのブロック図である。

図１は、複合真空チャンバ７、真空ポンプ６、コンプレッサ９からなる代表的な真空システムの基本配置を示す。

システムは、すべての真空システム、物質操作、およびプロセスを制御するために、特にホストコンピュータ１を備える。このシステムは、存在する技術およびオペレーティングシステムのいくつかを用いる。

制御用コンピュータ２は、多種の真空ポンプ６およびコンプレッサ９を制御する。制御用コンピュータ２は、真空ポンプ６の機能を管理するソフトウエアを実行するようになっている。特に、ホストコンピュータ１は、ＲＳ−２３２プロトコル又は他の適用可能なプロトコルを用いることができるデータ線１０を介して制御用コンピュータ２に接続される。

同様に、制御用コンピュータ２は、ＲＳ−２３２プロトコル又は他のプロトコルで動作している他のデータ線１１を介してドライバ３に接続されている。

ドライバ３は、コンピュータレベルで用いられているプロトコルを操作モジュール５に組み込まれているプロトコルに変換する。

ドライバ３と任意の操作モジュール５、コンプレッサモジュール８、又は他の機能のモジュールの間で、データバスが構成されている。

このシステムを制御するためには、制御用コンピュータ２とドライバ３からなる制御装置１７が必要となる。ホストコンピュータ１は、このシステムをクライアント（客先）が使用するために接続する。

操作モジュール５は、半導体デバイスからなる１ワイヤシステムのための、ダラスセミコンダクタ株式会社、ダラス、ＴＸ（テキサス州）により開発されたプロトコルを使用する。（なお、ダラスセミコンダクタ株式会社の１ワイヤデバイスを含む１ワイヤシステムに関する技術は、以下のＵＲＬにアクセスすることにより、その詳細を知ることができる。
（ｈｔｔｐ：／／ｊａｐａｎ．ｍａｘｉｍ−ｉｃ．ｃｏｍ／ｐｌ＿ｌｉｓｔ．ｃｆｍ／ｆｉｌｔｅｒ／２１／Ｉｎ／ｊｐ）
操作モジュール５は、真空ポンプの各コンポーネントの制御用電源を有し、個別のケーブルにて接続されている。

正確には、一本の線（グランド（ＧＮＤ：接地）線を含めて２本）がデータの送信とデバイスへの給電を行い、他の線が共通接地線を形成する。

実際には、データ線と共通接地線を構成する１対の撚線を用いることにより配信システムを構成する。

１ワイヤ規格のデバイス（１ワイヤデバイス）は、スイッチ、ポテンショメータ、温度センサ、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、タイマー、およびメモリを含む。

各デバイスは、アドレスコードを供給すると共にデバイスの機能を同定するために用いられる独自の６４ビットシリアルナンバーを有する。

重要なことは、これらデバイスが基本的にコンピュータの能力を有しないことである。
ハイ（２．８−６．０ボルト）からロー（２．３−０ボルト）の入力線の電圧レベルを変えることにより作り出されるパルスの連続からなるコマンドおよび戻りの応答信号がデバイスに与えられる。

その結果、デバイスは、アクション（例えば、デバイス中のスイッチを開放する）を行うか又はコード化された値（例えば、Ａ／Ｄコンバータにより変換された電圧）を送信する。すべてのデバイスは、外部からのコマンドによりアクションを行う。

すべての１ワイヤデバイスは同じデータ入力線に接続されている。この場合、入力線は常時オンラインですべてのデバイスにバスとして関係付けられる。すべてのデバイスは、バスに入るためのコマンドに含まれるアドレスをデコードする。複数種類のデバイスは、個々の専用アドレスが与えられたときにのみ、コマンドに従った動作を行う。

命令を出すために参照される、制御用コンピュータ２のソフトウエア中に作られているデバイスのリスト又はマップは、デバイスに送られる。

制御用コンピュータソフトウエアが参照するデバイスは種々のモジュール中に設けられている。

コマンドはデバイスに取り込まれると共にアドレス指定されるので、対象とするシステムのすべてのデバイスは、基本的にドライバ３及び制御用コンピュータ２にパラレル形式で接続される。

ドライバ３を操作モジュール５又は他のタイプのモジュールへ接続する他の方法でも望む効果を達成することができる。

そのため、ドライバ３は対の撚り線を介して能動的なマルチポートのハブ４ａ、４ｂに接続される。ハブ４ａ、４ｂは任意の点で必要とされるだけのデータ線および共通線の分岐接続を形成する。

基本的には接続されるハブの数に制限はない。例えば、１２ポートハブは、１個の入力ポートと１１個の出力ポートとして使用できる。能動状態のポートの任意の１個は入力ポートとして使用することができる。ハブ４ａから、他のデータ線１３は個々の操作モジュール５又は他のハブ４ｂへ配線される。

実用的な配線案の他の例は、データ線１５を介したハブ４ｂからコンプレッサモジュール８への接続配線として示されている。
コンプレッサモジュール８（又は他の機能モジュール）は、ループ状に通過する形式で配線される１対の同一のコネクタを含む。

そのため、両コネクタは一体に接続される共通接地ターミナルおよび一体に接続されるデータ入力線を有する。

コネクタのデータ入力線は、コンプレッサモジュール８中のデバイスに取り付けられる。
このため、丁度、このデータ線１６がハブ４ｂを第２のコンプレッサモジュール８に接続したかのように、他のデータ線１６は、ループ状に通過するコネクタを介して共通データバスを第２のコンプレッサモジュール８へリンクするように用いられ得る。

冗長化の目的のために、ループ状に通過するコネクタの設備は、２個のハブ４ａ、４ｂのように、２つのソースから接続されるデータ線１２〜１５が接続できるようになっている。同様に、ハブ４ａ、４ｂは２以上のパラレルパス（並列経路）を介して接続される。
一般に、ドライバ３からの任意の動作状態の１ワイヤデバイスのトータル長さは、受動的なハブを用いると２００ｍ以上になる。もし必要なら、アクティーブリピータの使用がレンジを延ばすことができる。

この発明に述べられている特別な機構は、低温真空ポンプ６の制御のために用いられていると共にヘリウム用のコンプレッサ９と組み合わされるようになっている。
操作モジュールの使用は、低温真空ポンプ６に制限されるものではなく、ターボ分子真空ポンプおよび他のタイプの制御に応用されうる。

１ワイヤシステムは、広いバンド幅性能を有するので、ドライバ３から延びるシングルデータ線は多くのデバイスを有効に制御できる。

その場合、ドライバ３は、例えば、個々の１ワイヤデータバスを経由するように、ＲＳ−２３２データを取り込むためにマルチ１ワイヤ出力ポートを有するように構成される。

同様に、制御用コンピュータ２はマルチＲＳ−２３２（又は他のフォーマット）データポートとして構成される。

制御用コンピュータ２のソフトウエアは、種々のポートによりどのデバイスがアドレスされているのか探知する。

１ワイヤデバイスは、１ワイヤデータ線の２．８−６．０ボルトレベルにより給電される。

しかし、制御モジュール（操作モジュールとコンプレッサモジュール）もまたリレー、バルブアクチュエータソレノイド、ランプおよび他の接続デバイスのような補助デバイスの範囲への給電のタスクを有する。

それゆえ、５０／６０ＨｚのＡＣ（交流）皮相電力２００―２４０ボルトは、電源コードを介して制御モジュールへ給電される。

内部電圧変換器およびＤＣ（直流）電源は、入力電圧をアクセサリーのために必要な電圧レベルへ変換する。このことはバルブソレノイドおよびアクセサリーのリレーコネクタへ供給される２４ＶＡＣ電源を生成する。

加うるに、制御モジュールは、温度センサ、スイッチ終端器からの入力、又はトランジスタロジック（代表的には０−５Ｖ）入力を受け取る。

制御モジュールの内部Ａ／Ｄコンバータはまれに電圧をパルスに変換することから、大きな自由は制御モジュールそれ自身の機能の追加又は変更により得られる。

制御用コンピュータレベルでのソフトウエアのブロックの変更により、例えば、センサーの特性を曲げるようにする異なる校正や応答が容易に調節できるようになる。

コンプレッサモジュール８は独自の機能の組み合わせ（セット）を有する。その機能は、圧力を供給し、圧力を戻すコンプレッサ９の電圧を常時モニターすることにある。加うるに、任意の温度スイッチの状態をモニターする。コンプレッサモジュール８は、コンプレッサモジュール８をコンプレッサ９へ接続するマルチピンコネクタの動作中のピンから電源を引き出す。

以上で説明した真空ポンプは、クライオポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオターボポンプおよびドライポンプ等任意のポンプに、上で述べた態様により同じように対応できる。
（実施例１の効果）
本発明の実施例１は、マイクロプロセッサ、ディスプレイおよびキーボードを１つの制御装置１７に設け、各真空ポンプ（クライオポンプ）６には内蔵していないので、システムを低コストで構成することができる。

また、ソフトウエアが制御用コンピュータ２に内蔵されており、ハードウエア固有のプログラマブルメモリを持っていないので、ソフトウエアのアップグレードが簡単にできるようになる。

真空ポンプ（クライオポンプ）６用の操作モジュール５およびコンプレッサモジュール８にマイクロプロセッサおよびプログラムを持たないので、モジュールの複雑さ、サイズ、および製造コストの低減を図ることができる。

各モジュールが同一通信バスに並列に接続されているので、ハブ４ａ、４ｂを使用することによって、任意のクライオポンプを任意のタイミングで、増設したり取り外したりすることができるようになる。

制御用コンピュータ２のソフトウエアをモデファイおよびアップグレードすることによって、各モジュールのプロトコルのバージョンアップができるようになる。また、各真空ポンプ（クライオポンプ）のプロトコルを共通とするか、個別とするか制御用コンピュータ２のソフトウエアを変更することによって自由に選択できる。

また、制御信号および測定データの伝送系、または通信系が、１ワイヤデバイスの分岐接続用ハブ（分岐用ＩＣ ＤＳ２４０９）およびプロセッサを不要とする各種機能素子（汎用Ｉ／ＯデバイスＤＳ２４０５、センサデバイスＤＳ２４５０およびＤＳ２８９０）を用いて１ワイヤシステムとして構成したので、制御装置１７の制御用コンピュータ２は、コンプレッサ９や真空ポンプ（クライオポンプ）６の運転状態を表す各種センサからの検出データを取り込んで、必要な運転指令を作成し、その運転指令を着脱自在に設けたコンプレッサモジュール８および操作モジュール５へ容易に伝送することができる。

１ワイヤシステムを用いるので、普通に設けても３０デバイスで２００ｍのケーブル長を確保でき、従来の制御方式では接続できなかった多数の制御対象を着脱自在に且つ広範囲に接続制御することができるようになる。

インバータで発生する高周波ノイズを隣接配置されるフィルタにより減衰させるので、半導体製造装置等の高周波ノイズをきらう装置に取り付けられる真空ポンプ（クライオポンプ）および操作モジュールの発生ノイズの影響を問題とする必要が無くなる。

また、１ワイヤシステムはツイストされた通信ケーブル、例えば電話用ツイストペア線を用いるので、ノイズを抑制することが可能となる。

また、信号波形の整形手段としてスルーレート制御とアクテイブプルアップを使用すると信号の誘起電圧や高調波成分をカットすることが可能となる。

１ワイヤシステム用のデバイスには、それぞれＩＤが付されているので、このＩＤをデバイス自体の他にデバイスを取り付けた対象機器のＩＤとして管理することが可能になる。１ワイヤシステム用のデバイスの追加や削除は、各デバイスがＩＤをもっているので、従来のようにＩＤの付け直しをする必要がなくなり、メンテナンスが簡単になる。

１ワイヤシステムではデータ線によって測定データや制御指令の伝送と動作電力の給電ができるので、従来よりも配線数を少なくすることが可能になる。

図２は、本発明の操作モジュールのブロック構成図である。但し、各素子の電源ラインは省略してある。

図３は、本発明の操作モジュールの１部破断した実装構成図である。前記図６の構成と同じものは同じ符号で表してある。

操作モジュール２０は、ＳＧ（シグナルグランド：基準点）を含むバスケーブル（信号線と前記ＳＧ線の２本）と各種負荷の間に接続された１ワイヤデバイス群および、その１ワイヤデバイスにより制御される各種素子群を収納している。

図２の代表的な操作モジュール２０は、センサ、インバータ、バルブ等を対象とした直接通信と負荷の変換を行う機能を備える。

１ワイヤデバイスとしては、センサデバイスＤＳ２４５０（機能：クワッド入力、８ビットＡＤＣ（アナログ・デジタルコンバータ））２１、センサデバイスＤＳ２８９０（機能：シングルチャネル２５６タップ、デジタルポテンショメータ）２２、メモリデバイスＤＳ２４０５（容量１６Ｋｂ、メモリタイプＥＰＲＯＭ、ＩＤ識別用）２３、２４が用いられる。

１ワイヤシステムを構成するデータ線およびＳＧ線にＤＳ２４５０（２１）の一方側端子が接続され、ＤＳ２４５０（２１）の他方側端子と前記ＳＧ線にアンプの一方側端子が接続され、アンプ２５の他方側端子にセンサ３１が接続される。

センサ３１としては、例えば、クライオポンプの１段レベル温度センサ、２段レベル温度センサ、ハウジング温度センサ、真空容器に設けた真空度センサ又は圧力センサ、等が接続される。

同じく、ＤＳ２８９０（２２）の他方側端子と前記ＳＧ線にＤ／Ａコンバータ（デジタル・アナログコンバータ）２６の一方側端子が接続され、Ｄ／Ａコンバータ２６の他方側端子と前記ＳＧ線にインバータ速度指令手段３２が接続される。インバータ速度指令手段３２は、真空ポンプ（クライオポンプ）のモータの速度を制御するために給電電圧又は給電電流を制御する。給電電力は、別電源、例えば２４〜２２０ＶＡＣ電源から供給される。他の例として、インバータ速度指令手段３２の代わりに、ヒータのＰＷＭ制御をインバータ制御手段により行うことも可能である。

一方のＤＳ２４０５（２３）の他方端子にはフォトカプラ２７を介してバルブ制御手段３３が接続される。バルブ制御手段３３は前記ＳＧに接地されている。フォトカプラ２７には、光源用電源ＰＳ１（２８）とバルブ用電源ＰＳ２（２９）が接続される。バルブ制御手段３３として、パージバルブ用ソレノイド、ラフバルブ用ソレノイド、ゲートバルブ用ソレノイド等が接続される。

他方のＤＳ２４０５（２４）の他方端子と前記ＳＧにはインバータエラー接点検出手段（３４）が接続されている。

図３に、操作モジュール５の実装例を例示する。操作モジュール５は、クライオポンプのハウジング部７５に、クライオポンプモータ用のインバータ３５、および、インバータ３５の発生する高周波ノイズを除去するためのフィルタ３６と共にケースに収納されて取り付けられる。この操作モジュール５は、１ワイヤネットワーク（図示省略）に接続されている。これにより、操作モジュールと被制御対象を近接配置して、直接接続する制御線を短くし、長距離の展開に適した１ワイヤネットワークのみを長く配線する。
（実施例２の効果）
１ワイヤシステムを構成するデータ線に、クライオポンプ制御用の操作モジュール５を接続したので、制御システムへのクライオポンプの着脱を、１ワイヤシステムへの操作モジュール単位での着脱によって容易に行えるようになり、工程の変更を容易に行うことができるようになる。

インバータ３５に近接してフィルタ３６を設けたので、インバータ３５で発生するノイズを最短距離で抑制することができる。

インバータ３５とモータの制御線の配線距離を短くできるので、ネットワークから操作モジュールとクライオポンプを容易に着脱できるようになる。

前記実施例２では、被制御対象として真空ポンプ（クライオポンプ）制御用の操作モジュールを説明したが、この実施例３では、コンプレッサ制御用のコンプレッサモジュール８を対象として説明する。

コンプレッサモジュール８のブロック構成図は、基本的に、図２に示したものと同じになる。制御態様は異なる。センサ３１はコンプレッサ９の状態を検出し、インバータ速度指令手段３２はコンプレッサ用のモータを駆動するインバータの速度指令を出力し、バルブ制御手段３３は圧縮空気のタンクのバルブの開閉を制御し、インバータエラー接点検出手段３４はインバータのエラー接点を検出するように切り替わるだけで、この実施例３は前記実施例２の場合と基本的に異ならない。
（実施例３の効果）
１ワイヤシステムを構成するデータ線に、コンプレッサ制御用のコンプレッサモジュールを接続したので、制御システムへのコンプレッサの着脱を、１ワイヤシステムへの操作モジュール単位での着脱により容易に工程の変更を行うことができるようになる。

また、同じく、インバータ３５に近接してフィルタ３６を設けたので、インバータ３５で発生するノイズを最短距離で抑制することができる。インバータ３５とモータの制御線の配線距離を短くできるので、ネットワークから操作モジュールとクライオポンプを容易に着脱できるようになる。

以上に開示された本発明の各モジュールを備えた１ワイヤシステムおよびそれに基づいて構成できる１ワイヤネットワークに関する技術思想は、被制御対象を任意に特定できるものであることから、任意の対象に適用できる。特に、一連の工程の変更が従来困難であったもの、例えば、共通工程の多い少量多品種生産ラインとか、ラインを組むことが困難な生産ライン、特に制御用ケーブルの配線が困難な生産ライン等に特に有用である。

本発明の真空ポンプ制御システムのブロック構成図である。 本発明の操作モジュールのブロック構成図である。 本発明の操作モジュールの１部破断した実装構成図である。 従来のスパッタリング装置の平面概略図である。 クライオポンプの側部断面図であり、図６におけるｂ−ｂ’断面図である。 クライオポンプの一部断面を含む平面図であり、図５におけるａ−ａ’断面図である。 従来の複数台のクライオポンプを制御する各種クライオポンプ制御システムを示す説明図である。

符号の説明

１ ホストコンピュータ（客先装置）
２ 制御用コンピュータ
３ ドライバ
４ａ、４ｂ ハブ
５、２０ 操作モジュール
６ 真空ポンプ
７ 真空チャンバ
８ コンプレッサモジュール
９ コンプレッサ
１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６ データ線（データバス）
１７ 制御装置
２１ センサデバイス（ＤＳ２４５０）
２２ センサデバイス（ＤＳ２８９０）
２３、２４ メモリデバイス（ＤＳ２４０５）
２５ アンプ
２６ Ｄ／Ａコンバータ
２７ フォトカプラ
２８ ＰＳ１（光源用電源）
２９ ＰＳ２（バルブ制御手段用電源）
３１ センサ
３２ インバータ速度指令手段
３３ バルブ制御手段
３４ インバータエラー接点検出手段
３５ インバータ
３６ フィルタ
７１ スリットバルブ
７２ 真空容器
７３ クライオポンプ
７５ ハウジング部
７６ １段目のシリンダ部
７７ ２段目のシリンダ部
７８ １段ステージ
７９ ２段ステージ
８０ ルーバー
８１ 輻射シールド板
８２ クライオパネル

Claims (7)

1. 複数台の真空ポンプと少なくとも１台のコンプレッサがデータ線を介して制御用コンピュータと通信用のドライバからなる１台の制御装置に接続されて１ワイヤネットワークを構成したことを特徴とする真空ポンプ制御システム。
2. 前記真空ポンプをクライオポンプとしたことを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ制御システム。
3. 前記制御装置を構成する制御用コンピュータは前記各真空ポンプ用の共通プログラムおよび個別プログラムを選択実行できるように備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の真空ポンプ制御システム。
4. 前記真空ポンプに少なくとも１ワイヤデバイスからなる操作モジュールを設け、前記制御用コンピュータと前記真空ポンプが前記操作モジュールを介して前記データ線により接続され１ワイヤネットワークを構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の真空ポンプ制御システム。
5. 前記コンプレッサに少なくとも１ワイヤデバイスからなるコンプレッサモジュールを設け、前記制御用コンピュータと前記コンプレッサが前記コンプレッサモジュールを介して前記データ線により接続されて１ワイヤネットワークを構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の真空ポンプ制御システム。
6. 前記操作モジュールは、前記真空ポンプを運転するために、前記データ線に接続された、センサの出力信号を伝送するためのアナログ−デジタルコンバータ機能を有する１ワイヤデバイス、インバータ速度指令を伝送するためのデジタルポテンショメータ機能を有する１ワイヤデバイス、バルブ制御指令およびインバータエラー接点検出信号を伝送するための入出力機能を有する１ワイヤデバイス、から構成されていることを特徴とする請求項４項記載の真空ポンプ制御システム。
7. 前記コンプレッサモジュールは、前記コンプレッサを運転するために、前記データ線に接続された、センサの出力信号を伝送するためのアナログ−デジタルコンバータ機能を有する１ワイヤデバイス、インバータ速度指令を伝送するためのデジタルポテンショメータ機能を有する１ワイヤデバイス、バルブ制御指令およびインバータエラー接点検出信号を伝送するための入出力機能を有する１ワイヤデバイス、から構成されていることを特徴とする請求項４項記載の真空ポンプ制御システム。

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