JP2018013109A - 排気システムおよび制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空ポンプおよび真空バルブを使用する装置において、制御装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。
【解決手段】制御装置４は、ターボ分子ポンプ２およびターボ分子ポンプ２の吸気口側に設けられる真空バルブ３のそれぞれを制御し、ターボ分子ポンプ２のポンプモータ２３を駆動するモータ駆動部４４と、真空バルブ３の弁体モータ３２を駆動する弁体駆動部４８と、モータ駆動部４４および弁体駆動部４８を制御する主制御部４３とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気システムおよび制御装置に関する。

半導体、フラットパネルディスプレイ、タッチスクリーンパネル等の製造に用いられる成膜装置やエッチング装置等の真空装置においては、ガスの供給を制御してチャンバ内圧力を調整した状態で、薄膜処理やエッチング処理などのプロセスが行われる。そのため、チャンバの排気には、ターボ分子ポンプの吸気口側にコンダクタンス調整可能な真空バルブを設けた排気システムが用いられることが多い。コンダクタンス調整可能な真空バルブとしては、特許文献１に記載されているような真空バルブが知られている。

特開２０１１−１３７５３７号公報

しかしながら、排気システムを構成するターボ分子ポンプおよび真空バルブは、それぞれ個別に提供されているため、一つの排気システムにポンプ用の制御装置とバルブ用の制御装置とが備えられ、それぞれの制御装置が個別に装置側上位コントローラと通信する構成となっている。そのため、二つの制御装置を配置するスペースが必要となり、排気システムとしての設置スペースが大きくなってしまうという欠点がある。また、コストの点でも問題があった。

本発明の好ましい実施形態による制御装置は、真空ポンプおよび前記真空ポンプの吸気口側に設けられる真空バルブのそれぞれを制御する制御装置であって、前記真空ポンプのロータ駆動用モータを駆動するモータ駆動部と、前記真空バルブの弁体駆動用モータを駆動する弁体駆動部と、前記モータ駆動部および前記弁体駆動部を制御する制御部とを備える。
さらに好ましい実施形態では、交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記モータ駆動部、前記弁体駆動部および前記制御部のそれぞれに供給する電源部を備える。
さらに好ましい実施形態では、バルブ動作に関する通信およびポンプ動作に関する通信を、共通の通信インターフェースにより外部装置との間で行う通信部を備える。
本発明の好ましい実施形態による排気システムは、真空ポンプと、前記真空ポンプの吸気口に装着される真空バルブと、制御装置とを備える。

本発明によれば、真空ポンプおよび真空バルブを使用する装置において、制御装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。

図１は、排気システムの外観図である。 図２は、排気システムの概略構成を示すブロック図である。 図３は、制御装置の第２の配置例を示す図である。 図４は、制御装置の第３の配置例を示す図である。 図５は、制御装置の第４の配置例を示す図である。 図６は、排気システムの変形例を示す図である。

図１は、本実施の形態に係る排気システム１の外観を示す図である。排気システム１は、ターボ分子ポンプ２と、ターボ分子ポンプ２の吸気口側に設けられる真空バルブ３と、ターボ分子ポンプ２および真空バルブ３のそれぞれを制御する制御装置４を備えている。ターボ分子ポンプ２はケーブル２１により制御装置４に接続され、真空バルブ３はケーブル３５により制御装置４に接続される。真空バルブ３の吸気口３４が、不図示の真空チャンバまたは真空チャンバの配管に接続される。

真空バルブ３は、弁体３１が弁体モータ３２により揺動駆動され、弁体３１の開度を調整することにより、バルブコンダクタンスの変更が可能な調圧バルブとして機能させることができる。弁体３１の開度は、弁体モータ３２に設けられた位置検出器３３の検出値に基づいて算出される。位置検出器３３には、ロータリーエンコーダ等が用いられる。

図２は、排気システム１の概略構成を示すブロック図である。ターボ分子ポンプ２に設けられたポンプロータ２２は、ポンプモータ２３により回転駆動される。ポンプロータ２２の回転軸は、磁気軸受２４によって非接触支持されている。真空バルブ３は、上述したように弁体モータ３２および位置検出器３３を備えている。ターボ分子ポンプ２のケーブル２１および真空バルブ３のケーブル３５は、それぞれ制御装置４のインターフェースパネル４１に設けられたコネクタ（不図示）に接続される。

制御装置４には、電源部４２、主制御部４３、ポンプモータ駆動部４４、磁気軸受駆動部４５、弁体駆動部４８、通信部４９、操作部５０、表示部５１等を備えている。ポンプモータ駆動部４４はインバータ４４１およびインバータ制御部４４２を備えている。磁気軸受駆動部４５は、励磁アンプ４５１および磁気軸受制御部４５２を備えている。

排気システム１は、真空装置側のコントローラであるメインコントローラ１００からの指令に基づいて動作する。図１に示す例では、インターフェースパネル５３に設けられた通信端子５３０に、メインコントローラ１００からの指令が入力される。なお、主制御部４３には、通信部４９を介して、排気システム１が装着されている真空チャンバの圧力計測値が入力される。主制御部４３は、この圧力計測値に基づいて弁体駆動を制御する。

電源部４２には、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２２、電源供給部４２３が設けられている。商用電源（不図示）から電源入力部５２に入力された交流電力は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２１により所定電圧の直流電力に変換される。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２１の出力はインバータ４４１およびＤＣ／ＤＣコンバータ４２２に入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２１からの直流電力をさらに電圧の低い直流電力に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２２から出力された直流電力は、電源供給部４２３を介して制御装置４の各部に供給される。

ターボ分子ポンプ２のポンプモータ２３に電力を供給するインバータ４４１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インバータ制御部４４２によって制御することで、ポンプモータ２３が回転駆動される。インバータ制御部４４２は主制御部４３からの指令に基づいて、スイッチング素子のオンオフ制御を行う。

一般的に、磁気軸受２４には５軸制御型磁気軸受が用いられる。磁気軸受２４には回転軸の変位を検出する変位センサ（不図示）が設けられており、センサ信号は磁気軸受制御部４５２にフィードバック入力される。磁気軸受２４は１軸当たり１対の電磁石を備えているので、５軸制御型磁気軸受の場合には５対１０個の電磁石を備えている。励磁アンプ４５１は電磁石毎に設けられているので、制御装置４には１０個の励磁アンプ４５１が設けられていることになる。磁気軸受制御部４５２から各励磁アンプ４５１へは、励磁アンプ４５１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制御信号が入力される。各励磁アンプ４５１から磁気軸受制御部４５２には、各電磁石に流れている電流値を示す電流信号が入力される。

真空バルブ３を駆動するための指令は、真空装置側のメインコントローラ１００から通信部４９を介して主制御部４３に入力される。主制御部４３は、受信した指令に基づいて弁体駆動部４８を制御する。なお、図示は省略したが、弁体モータ３２を駆動する弁体駆動部４８も、ポンプモータ２３を駆動するポンプモータ駆動部４４の場合と同様に、インバータとインバータ制御部とで構成されている。弁体駆動部４８は、主制御部４３からの制御信号に基づいて弁体モータ３２を駆動し、図１の弁体３１を目標位置へ移動させる。

オペレータは、制御装置４に設けられた操作部５０を手動操作することで、種々の指令やデータ設定等を行うことができる。表示部５１には、ターボ分子ポンプ２および真空バルブ３の状態や設定等が表示される。

主制御部４３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。ＦＰＧＡを使用する場合、主制御部４３だけでなく、インバータ制御部４４２、磁気軸受制御部４５２および弁体駆動部４８の制御系もＦＰＧＡに集約することができる。その結果、制御装置４の低コスト化および小型化を図ることができる。

図１，２に示す実施例では、別置きの制御装置４とターボ分子ポンプ２および真空バルブ３との接続をケーブル２１，３５を用いて行った。しかしながら、接続方法はこれに限らず、例えば、図３〜５に示すような構成であっても良い。図３に示す第２の例では、制御装置４はターボ分子ポンプ２のベース底面に設けられている。制御装置４と真空バルブ３との接続は、制御装置４に設けられたコネクタ６１と真空バルブ３に設けられたコネクタ６２との間をケーブル３５で接続することにより行われる。制御装置４の内部構成は図２に示したものと同様である。

図４に示す第３の例では、制御装置４は弁体モータ３２が収納されている筐体の側面に設けられている。制御装置４とターボ分子ポンプ２との接続は、制御装置４に設けられたコネクタ６４とターボ分子ポンプ２に設けられたコネクタ６３との間をケーブル２１で接続することにより行われる。制御装置４の内部構成は図２に示したものと同様である。

図５に示す第４の例では、制御装置４はターボ分子ポンプ２のベース側面に設けられている。制御装置４と真空バルブ３とは、コネクタ６５によって直接接続されている。制御装置４の内部構成は図２に示したものと同様である。

従来、ターボ分子ポンプと真空バルブとを用いる構成においては、ターボ分子ポンプにはポンプ用制御装置が設けられ、真空バルブにはバルブ用制御装置が設けられている。ポンプ用制御装置は上述した制御装置４の場合と同様に、商用のＡＣ電源をＡＣ／ＤＣコンバータで直流化し、ＤＣ／ＤＣコンバータで所望の直流電圧に変換する構成としている。一方、真空バルブのバルブ用制御装置の場合、コンバータを内蔵すると制御装置に容積が大きくなって装置取り付けの際のスペース制約による干渉等の問題が生じやすい。そのため、バルブ制御装置の外部にＤＣ電源を設ける構成が一般的である。そのため、コストアップ要因となっていた。

また、本実施の形態では、共通の制御装置とすることで、ポンプ側の動作とバルブ側の動作とは主制御部４３により制御される。そのため、ポンプ側とバルブ側とで協働して行う動作、例えば、大気突入時の危険回避動作等において、連係動作をより適切に行うことが可能となる。

本実施の形態では、ポンプ用制御装置とバルブ用制御装置とを一体化した制御装置４とすることで、共通の電源部４２からポンプ関係の回路およびバルブ関係の回路の両方に直流電力を供給する構成とすることができ、コスト低減を図ることができる。また、ポンプ用制御装置およびバルブ用制御装置を個別に設ける場合に比べて、制御装置４のトータルでの大きさを、より小さくすることができる。

また、従来のように個別にポンプ用制御装置およびバルブ用制御装置を設ける構成では、図２の主制御部４３に相当する制御部はそれぞれの制御装置に設けられる。一方、本実施の形態では一つの主制御部４３でそれらを制御するので、コスト低減を図ることができる。さらに、ＦＰＧＡを用いることで主制御部４３、インバータ制御部４４２および磁気軸受制御部４５２の機能を一つのＦＰＧＡに担わせることが可能となり、小型化およびコスト低減を図ることができる。

本実施の形態では、バルブ動作に関する通信もポンプ動作に関する通信も、共通のインターフェースにより真空装置と通信をする構成となっている。一方、制御装置がポンプ用とバルブ用とで個別になっている従来の構成では、真空装置側のインターフェースとの通信系統として、ポンプ用インターフェースおよびバルブ用インターフェースの２系統が必要となり、通信構造が繁雑になるという欠点があった。

（変形例）
ところで、真空チャンバで行われるプロセスの種類によっては、例えば、エッチング処理が行われる場合には、排気システム１の内部（真空バルブ３の内部やターボ分子ポンプ２の内部）に生成物が堆積しやすい。そのため、変形例では、生成物堆積を抑制するために、ターボ分子ポンプ２および真空バルブ３をヒータで加熱して所定目標温度に温度調整する温調機能を追加した。

図６は、変形例における排気システム１の構成の一例を示す図である。ターボ分子ポンプ２にはヒータ７１が装着され、真空バルブ３にはヒータ７２が装着されている。ヒータ７１，７２の電流は温調部７０によってオンオフされる。温調部７０には、電源入力部５２に入力された交流電力が入力される。温調部７０は、主制御部４３から入力される制御信号に基づいてヒータ７１，７２への電力をオンオフする。その結果、非加熱部の温度が所定の目標温度となるように制御される。ターボ分子ポンプ２および真空バルブ３には、非加熱部の温度またはヒータ温度を検出する温度センサ（不図示）が設けられている。主制御部４３は、温度センサからの温度検出情報に基づいて温調部７０にオンオフの制御信号を出力する。

従来のようにポンプ用制御装置とバルブ用制御装置とが個別に設けられている場合には、温調部もそれぞれの制御部に設けられることになる。一方、図６に示す制御装置４では、一つの温調部７０によりポンプ側のヒータ７１とバルブ側のヒータ７２とを制御しているので、従来に比べてコストを削減することができる。

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、磁気軸受を使用しないターボ分子ポンプや、ターボ分子ポンプ以外の真空ポンプを用いる排気装置にも適用できる。また、上述した制御装置４をターボ分子ポンプ単体の制御装置として使用しても良い。

１…排気システム、２…ターボ分子ポンプ、３…真空バルブ、４…制御装置、２３…ポンプモータ、２４…磁気軸受、３１…弁体、３２…弁体モータ、４２…電源部、４３…主制御部、４４…ポンプモータ駆動部、４５…磁気軸受駆動部、４８…弁体駆動部、４９…通信部、７０…温調部、４２１…ＡＣ／ＤＣコンバータ、４４１…インバータ、４４２…インバータ制御装置、４５１…励磁アンプ、４５２…磁気軸受制御部、７１，７２…ヒータ

Claims (4)

1. 真空ポンプおよび前記真空ポンプの吸気口側に設けられる真空バルブのそれぞれを制御する制御装置であって、
   前記真空ポンプのロータ駆動用モータを駆動するモータ駆動部と、
   前記真空バルブの弁体駆動用モータを駆動する弁体駆動部と、
   前記モータ駆動部および前記弁体駆動部を制御する制御部とを備える、制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記モータ駆動部、前記弁体駆動部および前記制御部のそれぞれに供給する電源部を備える、制御装置。
3. 請求項１または２に記載の制御装置において、
   バルブ動作に関する通信およびポンプ動作に関する通信を、共通の通信インターフェースにより外部装置との間で行う通信部を備える、制御装置。
4. 真空ポンプと、
   前記真空ポンプの吸気口に装着される真空バルブと、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の制御装置とを備える、排気システム。

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