CN100348865C - 真空排气装置以及真空排气装置的运转方法 - Google Patents

真空排气装置以及真空排气装置的运转方法 Download PDF

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Abstract

在由多级罗茨型干式真空泵构成的主泵(20)的主体(21)内，分别设置由马达(22)旋转驱动的一对转子R1、R2、R3、R4、R5以及R6。另外，在主体(21)的左端上壁部设置与转子R1的转子室连通的吸入口(23)，具有静音装置(26)的排气配管(25)连接在与最后级的转子R6的转子室的排出侧连通的排出部(24)上，而且通过配管(27)与止回阀(28)连接。该止回阀(28)以通向大气侧的方向为正方向。另外，比主泵(20)的排气量小的辅助泵(30)连接在排出部(24)或中间级的排出部(24′)上。若驱动马达(22)，则通过各转子R1到R6的旋转而排出的气体，从各自的转子室依次向下游侧移送，排出到与吸入口(23)连接的真空处理室。最后级的排出部(24)通过辅助泵(30)的驱动进行减压排气。因此，可以减轻通过最后级的转子R6或中间级的转子R5进行的排气作用的负担。即，可以使马达(22)的电力消耗与以往相比大幅减小。

Description

真空排气装置以及真空排气装置的运转方法
技术领域
本发明涉及例如半导体制造装置用的真空排气装置，特别是涉及谋求降低电力消耗的节能型的真空排气装置以及该真空排气装置的运转方法。
背景技术
作为初期的半导体制造装置用的真空泵，大多使用油旋转真空泵。该泵一般是电力消耗小、容易得到较低的到达压力的构造的真空泵，在用于半导体制造装置的情况下，有必要留意以下几点。
①在用于半导体制造装置中的气体中，大多为反应性强的气体，若对这样的气体进行排气，则由于与真空泵油的反应，产生反应生成物，据此，有或是泵不能旋转、或是泵油劣化引起润滑不良的问题。
②真空泵油的蒸汽扩散到真空处理室内，产生污染。
③在使用过的真空泵油中，含有砷化合物、磷化合物等的有毒物质的情况很多，在作为产业废弃物的处理上，需要花费高额的处理费用，另一方面，在管理上也需要工时。
因为这些理由，在近年，代替油旋转真空泵，使用不使用真空泵油的干式真空泵。在这里所述的干式真空泵，可从大气压开始真空排气，是在吸入室不具有密封油(真空泵油)的机械式真空泵，多使用变容型的罗茨型、爪型(クロ一型)、螺旋型。这些泵均为双轴构造，一对转子通过保持相互间微小的间隙，向反方向旋转，进行真空排气，因为没有接触的部分，所以寿命长，也可以将在从半导体制造装置中吸入的气体中所含有的固形成分排出，即使相对于腐蚀性气体，也可以容易地具有耐腐蚀性。
象这样，将在半导体制造装置中所使用的真空泵，更换为不使用真空泵油的干式真空泵，干式真空泵与油旋转真空泵相比，有电力消耗大的问题。特别是因为从环境上的问题出发，产生了需要抑制能源消耗、以及降低半导体制造成本的要求，所以产生了希望将干式真空泵的电力消耗抑制在50％以下的愿望。
例如，罗茨型干式真空泵，是沿旋转轴相邻接设置具有多个转子的旋转体，相对向的转子保持相互间微小的间隙，向反方向旋转，进行气体的吸入、排气，由3级或6级的泵室构成，在各级的泵室，顺次进行泵作用。在该泵中，伴随着排气的气体从前级部向后级部的移动，由于气体压力上升，所以排气量后级部也可以小于前级部。在同一轴上，设置多级罗茨型转子的情况下，各自的转子为了便于加工以及便于转子间的同步的保持，所以现状为具有相同的外形形状。因此，为了使排气量从气体的吸入侧向排出侧阶段性减小，通过使转子的厚度阶段性变薄来对应。
在这里，在罗茨型干式真空泵中排气的气体的压缩，是排出到由转子表面的凹部和壳体构成的空间气体一旦被封入，通过转子的旋转，该空间与排出侧空间连通，在这瞬间，通过排出侧的气体逆流到上述空间内来进行。在罗茨型干式真空泵中，可得到1～0Pa左右的到达压力，从到达压力到3kPa附近，作为常用压力。排出口压力是大气压为一定。因此，为了保持吸入口侧为真空，需要在压缩行程中，将逆流到转子室的气体进行推回，在阻挡来自大气压的逆流的最终级中，为了推回气体，要使用泵全体所需动力的约70％到80％左右。
在上述多级罗茨型干式真空泵中，最终级的工作是推回的气体量越小则变少。因此，如上所述，减薄转子厚度，减小泵后级部的排气量。象这样，现状是通过将最终级的排气量设置成比较小，来抑制在泵的常用压力范围所需的动力，以用于节能化。
爪型干式真空泵与罗茨型只是在转子形状上不同，排气原理完全相同。另一方面，螺旋型干式真空泵是使由2根螺丝的螺丝槽构成的空间，沿轴方向移动，输送气体，排出部的气体流入由螺丝槽构成的空间进行压缩这点与罗茨型一样。因为螺丝槽是连续的，所以可以获得如罗茨型、爪型那样、使向后级的排气量任意减小，而使螺丝槽的间距连续地减小的构造。但是，因为对于改变螺丝槽的间距存在界限，所以要进行将间距不同的转子组合为块状、缩小最终级的排气量等的努力。
若对此进一步进行说明，如图18所示，若各转子尺寸相同，则如图21所示，相对于吸入压力的排气速度如a那样变化，若如图19所示，前级的2个为相同尺寸，中级比它小，后级的2个转子最小，则吸入压力与排气速度的关系如b那样变化。另外，如图20所示，若最终级的转子更小，则排气速度如图21中的c所示发生变化。图22是表示相对于这些图18、19以及图20的情况的吸入压力的电力消耗，如c′、b′、a′所示，在作为半导体制造装置用的常用压力的102Pa以下的情况下，电力消耗在图20的情况最小，接着是图19，图18为最大。
最终级的排气量的设定根据该泵的用途不同而不同。例如在多级罗茨型干式真空泵中，相对于第1级，将最终级的排气量设定为50％左右是在常用压力范围内更多地产生压缩热。即，在半导体制造装置的减压CVD装置或蚀刻装置中，在反应的过程所产生的气体中，含有在真空排气装置内，作为超过饱和蒸汽压的浓度的固体而析出的物质，为了对这些气体进行排气，有必要使干式真空泵的温度为100～60℃左右的高温，以防止析出。从该目的出发，由于压缩热，采用可以将干式真空泵更有效地加热的50％左右的排气速度比。
另外，在喷镀装置或蒸镀装置等中，被排出的气体主要是氩或氦等的惰性气体，因为无需提高干式真空泵的温度，所以要求电力消耗尽可能小的干式真空泵。在该情况下，将最终级的排气量设定在相对于第1级的20～5％左右。在该设定中，相对于作为最终级的排气量为第1级的排气量的50％左右的干式真空泵，可以使到达压力时的电力消耗降低30～60％。
但是，在没有必要用于高温的干式真空泵中，通过使最终级的排气量相对于第1级的排气量为20％以下，可以进一步谋求节能化，但在机械方面产生了障碍。例如，在使最终级的排气量相对于第1级为25％左右的情况下，在最大排气速度为80m3/Hr级别的干式真空泵中，第1级的转子厚度为30mm左右的情况很多，在该情况下，最终级的转子厚度为7.5mm，因为转子自身的强度减小，所以在加工时，产生了难以获得转子侧面与轴心的垂直角度、难以确保转子侧面与隔壁间的间隙为从0.1mm到0.2mm的问题。
另一方面，在特开平6-129384号公报中，公开了一种真空排气装置，通过将可得到大排气量的第1真空泵与排气量小但能得到充足的低压的第2真空泵连结，来降低总的电力消耗，特别是如图23所示，公开了一种真空排气装置2，用排气管7连结第1排气孔5和第2排气孔6，在其途中，设置开闭该排气管7的控制阀8，通过上述第1泵3的进气侧压力，开闭该控制阀8，使总的电力消耗进一步降低，该第1排气孔5在上述第1泵3和第2泵4的连结部分的中间部上形成，该第2排气孔6在第2泵4的排气侧形成。另外，在图23中，第1真空泵3是使用直动式的真空泵，使之标准化，9是用于处理在排出气体中所含有的反应气体的吸附塔。
该真空排气装置2的启动如下那样进行。图23表示排气开始之后的状态，控制阀8开启。即，第1泵3和第2泵4启动，第1泵3的吸入压与大气压为同一等级，排出气体量大，同时也通过被驱动的第2泵4，在第1泵3的排出部没有达到大气压以下的期间，控制阀8开启，将密度充分高的气体通过第1泵3和第2泵4排出。
其后，若第1泵3的排出侧通过第2泵4排气，达到大气压以下的规定压力，则控制阀8关闭，只有在第2泵4的排气侧上形成的第2排气孔6与泵外部的排气侧连结。此时，因为通过第2泵4，第1泵3的排出侧维持充分低的压力，所以可以大幅减少向第1泵3的回流气体，能切实降低向回流气体推回的必要的动力，可以谋求第1泵3的电力消耗的节能化。
但是，根据该真空排气装置2，虽然可以切实地降低第1泵3的电力消耗，但在从包括第2泵4的真空排气系统整体来看的情况下，不一定能够谋求常时的高效节能化。
但是，以往，与制造半导体装置的真空处理室连接的真空排气装置是如图24所示那样的配管图。在图24中，真空排气装置10是在排气管12上配置口径大的主阀13，该排气管12连通真空处理室1和排气速度1000L/min的干式真空泵20，与主阀13并列安装口径小的旁通阀14，在排气管12上安装用于测量真空处理室1的压力的压力计19。
一般，在半导体制造装置中，因为存在于真空处理室1内的微粒子飞扬，附着于在真空处理室1内放置的半导体晶片等上，因此会有产生不良品的情况，所以在从大气压对真空处理室1进行真空排气的情况下，采用下述启动方法，在主阀13、旁通阀14关闭的状态下，启动干式真空泵20，通过开启旁通阀14进行缓慢排气，在或是确认真空处理室1达到规定的压力、或是确认经过了规定的排气时间后，开启主阀13。
在通过该阀操作的缓慢排气，即通过设置在主阀13上的旁通阀14，进行缓慢排气的情况下，除设置旁通阀14外，需要根据真空处理室1的压力使主阀13打开的控制装置。
作为除此以外的进行缓慢排气的方法，也有下述方法，代替主阀13、旁通阀14，设置可控制阀体的开度的蝶形阀，在排气的初期使开度小，随着真空处理室1的压力的降低，使开度增大，在该情况下，因为蝶形阀自身以及阀体的开度控制装置价格高，导致成本上升。
另外，在图23所示的特开平6-129384号公报的真空排气装置2中，在排气开始时，通过第1泵3和第2泵4进行排气的启动方法，在微粒子存在于真空处理室1内的情况下，微粒子飞扬，也容易导致半导体晶片等的污染。
本发明的目的是提供一种真空排气装置，该真空排气装置仅在通用的干式真空泵上附加简单的构成，即可得到高节能的效果。
再有，本发明的目的是提供一种运转方法，该运转方法涉及上述真空排气装置的运转方法，不必设置用于缓慢排气的仪器装置，即可以进行缓慢排气。
发明内容
本发明的真空排气装置及其运转方法为了达到上述目的，为下述那样的构成。
本发明的真空排气装置是辅助泵的吸入侧与主泵的中间级或最后级的泵室的排出侧连接。最好该辅助泵是比主泵排气量小的泵，另外最好使主泵的后级部的至少一个泵室小于前级部。排出用配管与主泵的最后级的泵室的排出侧连接，在该排出用配管上连接止回阀，该止回阀仅允许气体向大气侧流动，最好辅助泵和止回阀并列连接。该止回阀也可以是直列连接多个，最好是具有在阀体内可浮动的球形阀体，若该球形阀体在主泵的排出气体的压力达到规定的值以上，则上浮而开阀，若在其压力以下，则因自重而落于下方的阀座而闭阀。另外，最好其球形阀体是由空心的金属球构成，表面被橡胶类覆盖。再有，最好在直列连接2个止回阀的情况下，连接2个止回阀的空间与辅助泵的吸入侧连接。
另外，本发明的真空排气装置，具有主泵、止回阀和辅助泵，该止回阀与该主泵的排出侧连接，仅允许气体从主泵向大气侧流动，该辅助泵相对于止回阀，并列配置在主泵的排出侧，比主泵的排气量小，最好辅助泵是以主泵的吸入压力在400Pa时小于或等于主泵的排气速度的3％的排气速度运转的泵。在该情况下，最好主泵是变容型的干式真空泵或是将该干式真空泵多级直列连接的复合型泵。再有，也可以将主泵多台并列配置，使辅助泵的吸入侧与各主泵的排出侧连接。另外，辅助泵的到达压力小于或等于20kPa，最好是旋翼型(盖德型)、活塞型、隔膜型(膜型)或者涡旋型的真空泵。
再有，本发明的运转方法是通过真空排气装置，在从大气压或其附近，对真空处理室进行排气时，首先启动辅助泵，真空处理室到达规定的压力后，启动主泵，不必设置用于缓慢排气的仪器装置，即可进行缓慢排气，该真空排气装置具有：与真空处理室连接的主泵；与该主泵的排出侧连接，仅允许气体从主泵向大气侧流动的止回阀；相对于止回阀，并列配置在主泵的排出侧，比主泵的排气量小的辅助泵。另外，该运转方法也可以是首先启动辅助泵，在真空处理室到达规定的压力前，启动主泵，使其以小排气量低速旋转，按照真空处理室的压力，使转数逐渐增大。
附图说明
图1是表示在本发明的实施方式中的真空排气装置的图，是作为主泵，在采用多级罗茨型干式真空泵的情况下的模式图。
图2是表示在本发明的实施方式中的真空排气装置的变型例的图，是作为主泵，在采用多级罗茨型干式真空泵的情况下的模式图。
图3是表示在本发明的实施方式中的真空排气装置的变型例的图，是作为主泵，在采用多级罗茨型干式真空泵的情况下的模式图。
图4是表示在本发明的实施方式中的真空排气装置的变型例的图，是作为主泵，在采用多级罗茨型干式真空泵的情况下的模式图。
图5是表示在本发明的实施方式中的真空排气装置的变型例的图，是作为主泵，在采用多级罗茨型干式真空泵的情况下的模式图。
图6是表示在本发明的真空排气装置中所使用的止回阀的一例的剖视图。
图7是表示在本发明的实施方式中的真空排气装置的变型例的概略配管构成图。
图8是表示在本发明的图7中所示的真空排气装置中所使用的止回阀的一例的剖视图。
图9是表示在本发明的实施方式中的真空排气装置的变型例的概略配管构成图。
图10是表示在本发明的图9中所示的真空排气装置中所使用的止回阀的一例的剖视图。
图11是表示在本发明的实施方式中的真空排气装置的概略配管构成图。
图12是说明在本发明的实施方式中的真空排气装置的作用的图，表示主泵的吸入压力与装置全体的电力消耗的关系。
图13是说明在本发明的实施方式中的真空排气装置的作用的图，表示辅助泵相对于主泵的排气速度比与电力消耗比的关系。
图14是表示代表性的辅助泵的排气速度与电力消耗的关系的图。
图15是表示在本发明的实施方式中的真空排气装置的电力消耗特性的图。
图16是表示在本发明的实施方式中的真空排气装置的吸入压力与排气速度的关系的图。
图17是表示在本发明的实施方式中的真空排气装置的变型例的概略配管构成图。
图18是表示多级罗茨型干式真空泵的模式图，表示多级的转子尺寸相等的情况。
图19是表示多级罗茨型干式真空泵的模式图，表示通过前级、中级、后级改变转子的尺寸的情况。
图20是表示多级罗茨型干式真空泵的模式图，表示与图19相比，使后级的2个转子更小的情况。
图21是表示在使用图18、图19以及图20的转子的情况下的多级罗茨型干式真空泵的吸入压力与排气速度的关系的图。
图22是表示在使用图18、图19以及图20的转子的情况下的多级罗茨型干式真空泵的吸入压力与电力消耗的关系的图。
图23是表示可以降低电力消耗的以往的真空排气装置的模式图。
图24是以往的真空排气装置的概略配管构成图。
具体实施方式
关于本发明的真空排气装置的实施方式，首先以将多级罗茨型干式真空泵作为主泵来使用的情况为例，参照图1～图5进行说明。在这些图中，模式地表示多级罗茨型干式真空泵。
即，在图1所示的真空排气装置10的实施方式中，在多级罗茨型干式真空泵20(主泵)的主体21内，分别设置通过马达22旋转驱动的一对转子R1、R2、R3、R4、R5及R6。另外，在主体21的左端上壁部，设置与转子R1的转子室连通的吸入口23，具有静音装置26的排气配管25连接在与最后级的转子R6的转子室的排出侧连通的排出部24上，再有通过配管27，与止回阀28连接。该止回阀28以向大气侧的方向为正方向。这样还有，比主泵20的排气量小的辅助泵30连接在排出部24上。
接着，就其作用进行说明。
若驱动马达22，则通过各转子R1、R2、R3、R4、R5、R6的旋转进行排气的气体，从各自的转子室依次向下游侧移送，排出到与吸入口23连接的真空处理室(无图示)。最后级的排出部24的压力与大气压最接近，若根据本发明，则可以通过辅助泵30的驱动进行减压排气。因此，可大幅减轻通过最后级的转子进行的排气作用的负担。即，可以使马达22的电力消耗与以往相比大幅减少。
图2是表示在本发明的实施方式中的真空排气装置10的变型例，对与图1的实施方式对应的部分标注相同的符号，省略其详细的说明。
即，根据本实施方式，主泵20′的最后级的排出部24通过主体21′的开口，与具有静音装置26的排气配管25连接，再有通过配管27，与止回阀28连接，向大气连通。再有通过与排气配管25并列的配管31，辅助泵30被连接。该辅助泵30的排出口通过配管32，与止回阀28的大气侧连接。在该实施方式中，不仅可达到与图1的实施方式相同的节能效果，而且因为辅助泵30与排气配管25以及止回阀28并列连接，所以在对大容量的气体进行排气时，在排气配管25中流动，即使辅助泵30发生故障，也可以保持主泵20′的性能。
图3是表示在图2的实施方式中的真空排气装置10的变型例，若根据本实施方式，则因为辅助泵30通过配管31、32，与止回阀28并列连接，所以即可明白可达到与图2的实施方式相同的效果。
图4以及图5是表示在图1以及图2的实施方式中的真空排气装置10的变型例，若根据这些实施方式，则在主泵20A、20B的中间级，设置不同于最后级的排出部24的排出部24′，将辅助泵30′连接在该排出部24′上。这样一来，对主泵20A、20B的中间级的压力进行减压，通过减轻由中间级的转子所进行的排气作用的负担，也减轻了由最后级的转子所进行的排气作用的负担。即，马达22的电力消耗与以往相比减少。
在上述的实施方式中，分别成对的各转子R1、R2、R3、R4、R5、R6全部为相同的尺寸，代替这些，也可以如图19、图20所示，使转子的尺寸随着从前级向后级逐渐减小。在该情况下，即可明白与上述的实施方式相比，可以进一步减小电力消耗。
另外，主泵20不仅限于多级罗茨型干式真空泵，在变容型的干式真空泵，例如螺旋型或爪型中也可以得到同样的效果。
接着，对在本发明的实施方式中所使用的止回阀28的构成，参照图6进行说明。
止回阀28具有壳体40、阀室44、环状的阀座45、球形阀体46以及挡块47，该壳体40是由位于大气侧的筒状的上主体41和位于主泵20侧的筒状的下主体42构成的；该阀室44形成于上主体41和下主体42之间；该环状的阀座45形成于阀室44的下主体42侧端部；该球形阀体46相对于阀座45可下座或离座；该挡块47用于限制在阀室44的上主体41侧形成的球形阀体46的规定以上的升起动作。
通过在上主体41和下主体42的结合面上，安装有环状的密封环48，同时用多根螺栓部件43，将上主体41与下主体42结合，使两者密封一体化。球形阀体46是由例如空心的不锈钢球构成，用薄的橡胶膜覆盖其表面。在本实施方式中，球形阀体46的自重约为50g，若止回阀28的入口侧的压力比大气压高约700Pa，则在图6中，向上方提升(升起)。挡块47如图所示，是由4根爪构成的，该爪沿上主体41的筒状的下端部的圆周方向，以90°间隔，向下方突出。因此，提升球形阀体46，使流入阀室44内的气体，穿过构成挡块47的各爪之间，流出到大气侧。
因为上述构成的止回阀28其流体阻力小，通过入口侧的微小的压力上升即可开阀，所以也可以追随早期的压力变动。一般，在作为主泵20所使用的变容型泵中，泵排出部24的气体由于反复进行或是逆流到转子室内或是从转子室推出的动作，所以泵排出部24的气体产生脉动，若主泵20的吸入气体量减少，则阀体因在这里的脉动的影响，反复进行相对于阀座的下座、离座。在该情况下，若阀体相对于脉动的追随性不良，则没有了阀体下座在阀座上的时间，辅助泵30的吸入侧保持向大气压开放，不能对主泵20的排出部24进行减压。因此，在本实施方式中，使止回阀28的阀体为球形(46)，仅通过其自重，即可进行止回阀28的开闭，提高了对脉动的追随性。
但是，若主泵20的转子的转数增大，则有不能追随的情况。例如，在螺旋型的干式真空泵的情况下，在转子的转数达到3600rpm之前，完全追随，若达到6000rpm，则止回阀28的球形阀体46不能追随排出部24的气体压力的脉动，产生在应该下座于阀座45时，完全不下座的情况。因此，虽然可以考虑使用弹簧系数小，追随性良好的弹簧，将球形阀体46按压到阀座45上的方法，但是该方法由于弹簧的存在，不仅排气管线上的压力损失大，而且还增大了仅使球形阀体46上浮相当于弹簧的按压力的量，来开启止回阀28所需的气体压力。另外，虽然也可以考虑增大辅助泵30的排气量，使主泵20的排出部24的气体压力尽早降低的方法，但是该方法使电力消耗增大，节能效果降低。
因此，在这种情况下，如图7的真空排气装置10所示，是直列连接2个止回阀28a、28b。直列连接的止回阀不仅限于2个，3个以上也可以。另外，第1止回阀28a和第2止回阀28b如图8所示，是直列连接与图6所示的止回阀28同样构成的同一形状的东西。
这样，在图7的真空排气装置10中，作为主泵20，使使用螺旋型干式真空泵的转子以6000rpm旋转，进行真空处理室的排气，第1止回阀28a和第2止回阀28b不受螺旋型干式真空泵20的排出部的压力脉动的影响，正确地进行动作，与单纯使用螺旋型干式真空泵的情况相比，可降低电力消耗约70％。
再有，作为该实施方式的变型例，如图9以及图10所示，也可以通过配管29，将第1止回阀28a和第2止回阀28b的连接部连接到辅助泵30的吸入侧。据此，可以进行更稳定地减压。
另外，图11是表示基于本发明的实施方式的真空排气装置10的概略配管构成。主阀13和真空度测量用的压力计19安装在排气配管12上，该排气配管12连结真空处理室1和由单一的干式真空泵构成的主泵20，在主泵20的排气配管25上，连接有止回阀28，还连接有与止回阀28并列的辅助泵30。在辅助泵30上，使用排气速度为主泵20的10％左右的干式泵，在止回阀28上，与图6所示同样，使用具有在阀室内能浮动的球形阀体，通过比大气压高约700Pa的压力上浮而开阀，在比其低的压力中，通过自重下座在下方的阀座而闭阀的止回阀。排气配管15的下游侧与排气处理装置(无图示)连接。另外，也可以在主泵20的上流侧，连接涡轮分子泵等的高真空排气用泵。
在本实施方式中的主泵20是由变容型的罗茨型干式真空泵构成的，当然并非仅限于此，也可以使用所谓的爪型或螺旋型的其他的变容型的干式真空泵。
在辅助泵30上，使用电力消耗小、具有效率优良的构造的泵。即，作为泵构造，只要是在泵的压缩行程中，可以减少排出气体的体积的构造即可。具体地说，适用于旋翼型(盖德型)、活塞型、隔膜型(膜型)、涡旋型。于是，辅助泵30的排气速度根据所期待的真空排气装置10的能力，在从主泵20的排气速度的几％到20％左右的范围内适宜地选择。
接着，结合在如上述构成的本发明的实施方式中的真空排气装置10的作用，就本发明详细进行说明。
真空处理室1通过主泵20，从大气压向规定的真空度进行排气。辅助泵30在主泵20运转时，一直运转。因为主泵20的排出气体量多，所以在即使通过辅助泵30对主泵20的排出侧进行排气仍未达到大气压以下的情况下，打开止回阀28，使排出气体向在图1中的箭头a所示的方向排出。另一方面，若真空处理室1的排气作用持续，则主泵20的吸入压力降低，与此相伴，主泵20的排出口24的气体量也降低。
若通过辅助泵30的排气作用，主泵20的排出侧为可以作为大气压以下的气体流量，则止回阀28成为反复开闭的脉动状态。在本实施方式中，如上所述，因为止回阀28为提高了相对于脉动的追随性的构造，所以可以在确保高信赖性的条件下，运转本发明的真空排气装置。
若主泵20的排出侧在大气压以下，则止回阀28完全关闭，以后，在图11中的箭头a方向的气体的流动消失，仅存在因辅助泵30的排气作用而产生的向箭头b的方向的排气。据此，因为主泵20的排出压力开始降低，使向主泵30的逆流气体量减低，所以减少了主泵20的电力消耗。
还有，在止回阀28开阀前后，主泵20的排出气体量大的状态下，辅助泵30基本不发挥作用，将主泵20的电力消耗和辅助泵30的电力消耗结合的真空排气装置全体的电力消耗，与使辅助泵30不运转时相比要大。但是，因为例如在半导体制造装置中，真空处理室的体积在100升以下的情况很多，辅助泵30达到起作用的压力的时间为几分钟，所以从节能这点看，可以忽略。
图12是表示真空排气装置的相对于主泵20的吸入压力的电力消耗(主泵20+辅助泵30)的特性，该真空排气装置是在排气速度为150m3/Hr的主泵20的后级(排出侧)上，安装排气速度为1.8m3/Hr的辅助泵30。主泵20如上所述，是将最后级的排气量设定为相对于第1级的排气量的25％的节能型泵。在图12中，单点虚线表示没有安装辅助泵30的情况，实线表示安装辅助泵30以及止回阀28的情况。另外，横轴(吸入压力)为对数刻度。
如图12所示，通过安装辅助泵30，在1kPa以下的压力范围中，电力消耗急剧下降，若与没有安装辅助泵30的情况相比，则在到达压力时，1.35kW的电力消耗为0.32kW，得到了约76％的节能率(电力消耗削减率)。另外，在主泵20的吸入压力为400Pa的情况下，相对于没有辅助泵的情况的电力消耗为1.4kW，安装辅助泵30时的电力消耗为0.67kW，节能率约为52％。
另外，若辅助泵30的排气速度增大，则主泵20的电力消耗开始减少的压力为从图示的1kPa附近，向图中右侧，即向吸入压力高的一方移动，扩大了成为有效节能的压力范围。但是，若辅助泵30的排气速度增大，则辅助泵的电力消耗增加，减小了节能效果。一般，在半导体制造装置中所使用的真空排气系统中，少量的工业废气流入到真空处理室1，一边保持规定的压力，一边进行成膜等的处理。此时的主泵20的吸入压力由于即使在高的情况下，也就是1500Pa左右，所以只要在3000Pa左右以下的吸入压力范围内，若能得到节能效果，即达到了本发明的目的。
接着，图13是假想将作为主泵的干式真空泵作为涡轮分子泵的后级侧泵使用的情况，表示将相互排气速度不同的主泵和辅助泵组合时的排气速度比与电力消耗比的关系。主泵的吸入压力为400Pa。
在这里，排气速度比是指辅助泵的排气速度与主泵的排气速度的比，电力消耗比是指使用辅助泵时的电力消耗与不使用辅助泵时的电力消耗的比，因此，电力消耗比为100％是指节能效果完全不存在的情况。另外，使用辅助泵时的电力消耗表示主泵和辅助泵合计的电力消耗的意思，不使用辅助泵时的电力消耗表示主泵的电力消耗的意思。
从图13中即可明白，排气速度比越大，电力消耗越低，因此节能效果高。另外，若排气速度比在3％附近，则可以认为电力消耗比的降低率减小，对于其原因，后面叙述。从上述可以看出，在主泵的吸入压力为400Pa时，通过使用具有排气速度相对于该主泵的排气速度的3％以下的排气速度的辅助泵，可以高效地达到节能化。
在本实施方式中，由于主泵20与辅助泵30的排气速度比是1.2％，所以满足上述条件。
通过增大辅助泵相对于主泵的排气速度比，显现主泵的节能效果的吸入压力如上所述，向高压侧移动，反之，辅助泵的电力消耗增大，结合主泵和辅助泵的电力消耗要大于不使用辅助泵的情况下的电力消耗。对此，参照图14以及图15进行说明。
在这里，图14是表示相对于可以作为辅助泵使用的泵的排气速度的电力消耗的代表值。另外，图15是以作为在本实施方式中的主泵20的排气速度为150m3/Hr的干式真空泵为例，在使相对于主泵吸入压力400Pa的排气速度的图14所示的特性的辅助泵的排气速度比发生变化的情况下的电力消耗。
在图15中，单点虚线仅为主泵20的电力消耗，通过使辅助泵的排气速度比增大，电力消耗急剧减少，在排气速度比为4％左右以上时，收敛进主泵20的机械损失值内。虚线是表示将图14所示的特性的辅助泵的电力消耗转换为与排气速度比的关系。这样，实线是这些的和，它是作为真空排气装置的电力消耗。
从图15的实线所示的结果即可明白，表示上述辅助泵30相对于主泵20的排气速度比在3％左右时，为最低的电力消耗。若在主泵20的吸入压力在400Pa时，研究得到节能率在50％(参照图12)的情况，则上述排气速度比为1.2％或9.4％的任一个均可，排气速度比为9.4％的辅助泵与1.2％的辅助泵(即在本实施方式中的辅助泵30)相比为大型，在用于设置空间以及制造泵的能源的比较中，产生了问题。因此，可以看出，若选择排气速度比小于或等于3％的辅助泵，则可以得到整体节能率高的真空排气装置，另一方面，在排气速度比超过3％的辅助泵中，反而会消除节能效果。
另一方面，如图12中的实线所示，在10Pa以下的吸入压力范围内，电力消耗基本为水平。该状态在主泵20的排出部压力降低，小到可以忽略泵室内的压缩工作的情况下，在这里的电力消耗表示为主泵20的机械损失(机械损失)。若主泵20的吸入压力逐渐增高，则电力消耗也逐渐上升。这是表示在主泵20的最后级的压缩工作(在这里是推回逆流气体的工作)逐渐成为可视的形式。因为主泵20的电力消耗，保持与排出部压力成比例的关系，所以为得到在图12的实线中所示的低电力消耗，必需使辅助泵具有可以排气达到在这里测定时的排出压的能力。
因此，使用各种排气速度不同的干式泵，进行从到达压力时的电力消耗到上升10％的电力消耗的吸入气体量的设定，若调查此时的辅助泵的压力，则可以得到从6.5kPa到20kPa的值。这表示若作为辅助泵30，不使用具有可排气到20kPa以下的压力的能力的泵，则在到达压力时，不能获得与主泵20的机械损失等同的电力消耗。
接着，图16的实线是表示将在本实施方式中的真空排气装置的排气速度特性，与由单点虚线所示的没有辅助泵的情况下的排气速度特性进行比较。在1kPa以下的吸入压力中，与没有辅助泵的情况相比，增大了约10％的排气速度。再有，到达压力从2Pa提高了1Pa。这是因为由于主泵20的排出口压力降低，逆流气体量减小，从而提高了有效容积率。附加辅助泵30，不仅可以得到减小电力消耗的效果，而且还具有提高排气速度以及到达压力的效果。
如上所述，根据本实施方式，因为通过具有小排气能力的辅助泵，可以高效地降低主泵的电力消耗，所以可以谋求作为真空排气装置整体的有效的节能化。
以上，就本发明的实施方式进行了说明，当然，本发明并非仅限于此，可以根据本发明的技术思想，进行各种变型。
例如，在以上的实施方式中，就作为主泵20使用单一的干式真空泵进行了说明，但并非仅限于此，例如，也可以将通过多级直列连接罗茨型干式真空泵而构成的复合型泵作为上述主泵来使用。
另外，在以上的实施方式中，就将辅助泵30连接在单一的主泵20的排出侧的构成进行了说明，例如如图17所示，通过一台辅助泵3，对并列配置的多台(在图中为3台)主泵20A～20C的排出侧进行排气的构成也可以适用于本发明。图示的例是与主泵20A～20C分别对应，设置止回阀28A～28C，同时在与辅助泵30之间，设置开闭阀11A～11C。各主泵20A～20C与相互不同的真空处理室连结。因为在该情况下，可根据主泵20A～20C的动作台数，改变辅助泵30的吸入气体量，所以希望辅助泵的排气速度(转数)可以根据主泵20A～20C的动作台数而改变。
另外，关于本发明的真空排气装置的运转方法，参照图11的真空排气装置10，进行具体说明。
在通过真空排气装置10，从大气压对真空处理室1进行真空排气时，通过首先启动辅助泵30，开启主阀13，开始排气。于是，在通过压力计19，确认真空处理室1的真空度达到104Pa的瞬间，启动主泵20，使转子的转数为例如3600rpm，进行排气使真空处理室1的真空度达到1Pa。通过采用这样的启动方法，可以防止在真空处理室1内的微粒子的飞扬。即，通过从大气压开始排气时，仅启动辅助泵30，即使不设置如以往那样的与主阀13并列的小口径的旁通阀14，也可以进行缓慢排气。另外，在真空度达到1Pa后，接着就进入正常运转，但因为在该时点，排气量小，止回阀28关闭，仅通过辅助泵30进行排气，所以可以降低真空排气装置10的电力消耗，也可以抑制噪音。另外，在图11的排气配管15上，使用公称直径40A的管子，因为在通过辅助泵30进行排气及与其连接的主泵20的排气中，排气量小，所以可以置换为例如公称直径10A(口径10mm3/8英寸)的管，因为该口径的管可以进行弯曲加工，所以可以降低配管的施工费用。
以上，通过实施例，就本发明的真空排气装置的运转方法进行了说明，当然本发明并非仅限于此，可以根据本发明的技术思想，进行各种变型。
例如，在本实施例中，在通过辅助泵的排气，使真空处理室达到规定的真空度后，启动主泵时，是使转子以3600rpm旋转，也可以在真空处理室达到规定的真空度前，转换控制主泵，使转数根据真空处理室的真空度，从小排气量的低转数开始逐渐增大，因此，可以避免在主泵启动时的剧烈的压力变化，可以启动主泵，而不致成为辅助泵的负荷。
根据本发明的真空排气装置以及真空排气装置的运转方法，不仅可以通过简单的构成达到与以往相比的大幅的节能，而且可以轻易地进行缓慢排气。

Claims (9)

1.一种真空排气装置，具有主泵、止回阀和辅助泵，该止回阀与该主泵的排出侧连接，仅允许气体从上述主泵向大气侧流动，该辅助泵相对于上述止回阀并列配置在上述主泵的排出侧，比上述主泵的排气量小，其特征在于，上述辅助泵是以上述主泵的吸入压力在400Pa时小于或等于上述主泵的排气速度的3％的排气速度运转的泵。
2.如权利要求1所述的真空排气装置，其特征在于，上述辅助泵是具有小于等于20kPa的到达压力的真空泵。
3.如权利要求1所述的真空排气装置，其特征在于，上述止回阀，具有通过自重而落于阀座上的球形的阀体，在比大气压高约700kPa以上的压力时上浮而离开阀座，在不足该压力的压力时下落而落于阀座，并且可追随上述主泵的转子转数为3600rpm时的压力变动。
4.如权利要求3所述的真空排气装置，其特征在于，上述球形的阀体是由空心的金属球构成，表面被橡胶类覆盖。
5.如权利要求3所述的真空排气装置，其特征在于，上述止回阀是串联连接多个止回阀而构成，以便可以追随上述主泵的转子转数为6000rpm时的压力变动。
6.如权利要求5所述的真空排气装置，其特征在于，将上述多个止回阀串联连接的空间与上述辅助泵的吸入侧连接。
7.如权利要求1所述的真空排气装置，其特征在于，上述主泵多台并列配置，上述辅助泵的吸入侧与上述各主泵的排出侧连接而成。
8.一种使用权利要求1～7中的任一项所述的真空排气装置的缓慢排气方法，其特征在于，所述真空排气装置具有：与真空处理室连接的主泵，与该主泵的排出侧连接、仅允许气体从上述主泵向大气侧流动的止回阀，以及相对于上述止回阀并列配置在上述主泵的排出侧、比上述主泵的排气量小的辅助泵；在通过上述真空排气装置对上述真空处理室从大气压或其附近进行排气时，首先启动上述辅助泵，上述真空处理室到达规定的压力后，启动上述主泵。
9.一种使用权利要求1～7中的任一项所述的真空排气装置的缓慢排气方法，其特征在于，所述真空排气装置具有：与真空处理室连接的主泵，与该主泵的排出侧连接、仅允许气体从上述主泵向大气侧流动的止回阀，以及相对于上述止回阀并列配置在上述主泵的排出侧、比上述主泵的排气量小的辅助泵；在通过上述真空排气装置对上述真空处理室从大气压或其附近进行排气时，首先启动上述辅助泵，上述真空处理室到达规定的压力前启动上述主泵，使其以小排气量低速旋转，按照上述真空处理室的压力，使转数逐渐增大。
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