JP2002339864A - 低熱伝導率ガスをポンピングするためのシステム - Google Patents

低熱伝導率ガスをポンピングするためのシステム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低熱伝導率ガスをポンピングする時に、ドラ
イ一次ポンプの破壊を回避する新しい真空ポンピングシ
ステム構造を提供する。 【解決手段】 本発明による真空ポンピングシステムに
おいて、ルーツまたはクロー多段ドライ一次ポンプは、
逆止め弁１１を含む予備排気パイプ７と並列に接続され
た増設ピストンまたはメンブレンポンプ６を含む排気口
段に排出する。排気口段は、一次ポンプ１の加熱を大幅
に低減し、これによって、真空ポンピングシステムが、
アルゴンまたはキセノンなどの低熱伝導率を持つガスを
効率的に、かつ損傷なくポンピングすることを可能にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多段のルーツまた
は「クロー」マルチローブドライ一次ポンプを備えた真
空ポンプシステムに関し、該システムにおいて、一次ポ
ンプの吸気口はポンピングされるガスを受け取り、一次
ポンプの排気口はポンピングされたガスを大気中、また
はポンピングされたガスをリサイクルするためのシステ
ムに排出する。
【０００２】
【従来の技術】様々な産業、例えば半導体産業では、真
空ポンピングシステムに接続された真空エンクロージャ
内の制御低圧雰囲気における製造プロセスを採用してい
る。
【０００３】真空エンクロージャ内の真空度を確立し、
維持するために、真空ポンピングシステムは、最初に、
真空を作るために、比較的大きな流量のガスをポンピン
グしなければならない。続いて、真空ポンピングシステ
ムは、残りのガス、または制御雰囲気製造プロセスの様
々なステップの間に真空エンクロージャ内に意図的に導
入された処理用ガスを、真空エンクロージャから引き出
す。したがって、真空ポンピングシステムによってポン
ピングされるガスの流量は少なくなる。
【０００４】特に半導体産業における恒久的な問題は、
真空エンクロージャに含まれるガスを高純度に維持する
ことである。この目的のために、真空ポンピングシステ
ムから逆方向の汚染を回避することが必要となる。特に
このため、液封真空ポンプを含む真空ポンピングシステ
ムが使用できない。今日の技術において、真空ポンピン
グシステムは、ルーツまたはクロードライポンプを基本
としている。
【０００５】他方、真空エンクロージャに意図的に導入
された処理ガスは、高価なガスであることが多いので、
真空ポンピングシステムからの排気口において、ポンピ
ングされたガスのリサイクルシステムによって、これら
のガスをリサイクルすることが、後に、制御された方法
で真空エンクロージャ内へ再び導入するために、有利で
ある。したがって、真空ポンピングシステムを通過する
間に、これらのガスが汚染されることを回避することが
必要となり、これが、オイルシールを備えた従来の一次
ポンプではなく、ルーツまたはクロードライ一次ポンプ
を使用する第２の理由である。
【０００６】したがって、ルーツまたはクロードライ一
次ポンプを使用する従来技術の真空ポンピングシステム
において、一次ポンプの吸気口は、真空エンクロージャ
から直接、または、ターボ分子ポンプでもよい二次ポン
プを介して間接にのいずれかで、ポンピングされるガス
を受け取る。一次ポンプは、ポンピングされたガスを、
大気中に直接、またはポンピングされたガスのリサイク
ルシステムに直接排出する。
【０００７】様々な産業では、アルゴンまたはキセノン
などの純粋な低熱伝導率ガスをポンピングしてリサイク
ルしなければならない。これは、特に、これらのガス
が、新世代電子回路を製造するためのフォトリソグラフ
ィ装置において、遠紫外スペクトルにおける放射を行う
光源に使用されている半導体産業の場合である。
【０００８】このタイプの適用例において、これらの非
常に純粋なガスは、真空エンクロージャ内で低圧で使用
され、ルーツ多段ドライ一次ポンプまたはクローマルチ
ローブドライ一次ポンプを使用するポンピングシステム
によって排気される。
【０００９】多段ポンプにおいて、排気されるガスは、
ポンプの第１段によって吸引され、続いて、続く段にお
いて、最終段の排気口における大気圧より僅かに大きな
圧力に圧縮され、続いて、大気中に解放されるか、また
はポンピングされたガスのリサイクルシステムに排出さ
れる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ルーツ多段ドライポン
プまたはクローマルチローブドライポンプを使用する従
来技術の真空ポンピングシステムは、アルゴンまたはキ
セノンなどの純粋な低熱伝導率ガスが、プロセスステッ
プの間に真空エンクロージャに導入された場合、深刻な
問題を有することが見出されている。これは、ポンピン
グされたガス中に、アルゴンまたはキセノンなどの純粋
な低熱伝導率ガスが高濃度に存在すると、ドライ一次ポ
ンプの拘束（ｂｉｎｄｉｎｇ）および破壊が非常に急速
に生じるためである。
【００１１】ポンプの急速な拘束および破壊は、ポンプ
の最終段、すなわち大気圧に近い圧力でガスを排出する
段の拘束によるものである。
【００１２】このことに対する説明は、以下の分析に見
出されている。すなわち、多段ドライポンプにおいて、
その技術に関係なく、ガスは、第１段の吸気口における
吸引圧力から、最終段の排気口における大気圧まで、ポ
ンプの後続段において圧縮される。各圧縮段において、
ガスは加熱され、隣接するポンプの各部分を加熱する。
圧縮は一定ではないが、最大の圧縮は最終段で行われ
る。５×１０４パスカルより大きい圧縮は、一般に最終
段で得られる。したがって、ガスが最も加熱され、した
がって、熱の形態のエネルギーのほとんどが放散される
のは最終段である。
【００１３】ドライ一次ポンプの構造は、２つの機械的
に結合された回転子が回転し、互いに対して横方向にず
れている固定子を含む。回転子は、ベアリングによって
支持され、回転子と、固定子またはポンプ本体との間の
機械的な隙間にあるガスの薄い層によって、回転子から
分離されている。ポンプの段における熱の非常に小さな
部分は、回転子のシャフトを介しポンプ本体への伝導に
よって放散され、熱の大きな部分は、回転子と固定子と
の間のガスの薄い層を介した伝導によって放散される。
【００１４】低熱伝導率ガスをポンピングする時に、ガ
スは、回転子と固定子との間の熱の伝達を妨害する。こ
の結果、多段一次ポンプの最終段において、回転子の温
度は、非常に高い温度まで急速に上昇し、その結果、回
転子が固定子と接触するような回転子の膨張が起こり、
一次ポンプの拘束および破壊をもたらす。
【００１５】この現象を防止するために、既に提案され
ている１つの解決策は、ポンプの中間段に、窒素または
ヘリウムなどの高熱伝導率ガスを注入することを必要と
している。しかし、これらの添加ガスは、続いて純粋な
ガスと混合され、簡単なリサイクルを妨害する。
【００１６】他の従来技術の解決策は、最終段の圧縮比
を低下させるために、最終段の機能的隙間を意図的に増
大させることを必要とし、これによって、排出する熱を
削減している。しかし、ポンプは、必要な性能を達成す
ることはもはや可能ではなく、したがって、ポンプを複
雑で大きなものにする多数の補助段にわたる圧縮比の損
失を分配することが必要となる。
【００１７】したがって、本発明によって対処される問
題は、低熱伝導率ガスをポンピングする時に、ドライ一
次ポンプの破壊を回避する新しい真空ポンピングシステ
ム構造を構成することであり、これは、従来技術の多段
ドライ一次ポンプを変形することなく使用し、適用可能
な場合は、同じリサイクル技術を保持し、したがって、
新しいポンプを開発する必要性を回避する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上述のおよび他の目的を
達成するために、本発明による真空ポンピングシステム
は、ポンピングされるガスを受け取るように構成された
吸気口、およびポンピングされたガスを、大気またはポ
ンピングされたガスのリサイクルシステムへ排出するよ
うに構成された排気口を有する、ルーツまたはクロー多
段ドライ一次ポンプを含む。本発明によれば、真空ポン
ピングシステムは、一次ポンプの排気口に接続された吸
気口、および大気またはポンピングされたガスのリサイ
クルシステムに排出する排気口を有する増設ポンプを含
む。予備排気パイプは、増設ポンプに並列に接続され、
一次ポンプから入来するガスを通過させるように構成さ
れた逆止め弁を含む。増設ポンプは、ルーツまたはクロ
ー技術以外の技術を使用し、ポンピングされたガスの最
終圧縮による温度上昇に、損傷なく耐えるように構成さ
れたドライポンプである。
【００１９】第１の実施形態において、増設ポンプはメ
ンブレンポンプである。
【００２０】他の実施形態において、増設ポンプは、ピ
ストンポンプである。
【００２１】増設ポンプは、例えば真空エンクロージャ
において実行される低圧製造プロセスステップの間にプ
ロセスガスの流量をポンピングするために、低圧におい
て真空をポンピングするステップの間、真空ポンピング
システムを介して通過するガスの流量の全てをポンピン
グすることが可能であるような定格でなければならな
い。
【００２２】増設ポンプは、低圧において真空をポンピ
ングする時に、ガスの前記流量をちょうどポンピングで
きるような定格にできるのが好ましい。したがって、小
型で安価であるが、ドライ一次ポンプの破壊の問題を排
除するのに十分である増設ポンプを使用することができ
る。
【００２３】予備排気パイプは、真空エンクロージャの
予備排気ステップの間、大流量のガスを通過させるよう
な定格でなければならない。
【００２４】本発明による真空ポンピングシステムは、
低熱伝導率ガスを含む、または、低熱伝導率ガスが注入
される真空用エンクロージャに接続することができる。
【００２５】低熱伝導率ガスは、アルゴンまたはキセノ
ンを含むことができる。
【００２６】ポンピングされたガスは、真空ポンピング
システムの排気口において、ポンピングされたガスのリ
サイクルシステムに有利に排出される。ポンピングされ
たガスのリサイクルシステムは、前記低熱伝導率ガス
を、真空エンクロージャ内に制御された方法で再注入す
るために、低熱伝導率ガスを抽出し、リサイクルする。
【００２７】本発明の他の目的、特徴、および長所は、
本発明の特定の実施形態の以下の説明から明らかになる
だろう。説明は、添付の図面を参照して行われる。
【００２８】
【発明の実施の形態】図１に模式的に示す実施形態にお
いて、本発明による真空ポンピングシステムは、吸気口
２が真空エンクロージャ３からポンピングされるガスを
受け取り、排気口４が、増設ポンプ６および予備排気パ
イプ７を含む排気口段５にポンピングされたガスを排出
する、ルーツまたはクロー多段ドライ一次ポンプ１を含
む。
【００２９】増設ポンプ６は、一次ポンプ１の排気口４
に接続された吸気口８、および外部大気に、またはポン
ピングされたガスのリサイクルシステム１０に、排出す
る排気口９を有する。
【００３０】予備排気パイプ７は、増設ポンプ６と並列
に接続されている。すなわち、その吸気口は、増設ポン
プ６の吸気口８および一次ポンプ１の排気口４に接続さ
れ、その排気口は、増設ポンプ６の排気口９、および大
気またはポンピングされたガスのリサイクルシステム１
０に接続されている。予備排気パイプ７は、ガスが吸気
口から排気口へ通過することを可能にし、排気口から吸
気口に流れることを防止する逆止め弁１１を含む。した
がって、逆止め弁１１は、一次ポンプ１の排気口４から
入来するガスを通過させる。
【００３１】増設ポンプ６は、一次ポンプ１のために使
用されたルーツまたはクロー技術以外の技術を使用する
ドライポンプであり、ポンピングされたガスが、大気ま
たはポンピングされたガスのリサイクルシステム１０に
排出される前に、ポンピングされたガスの最終圧縮によ
る温度上昇に、損傷なく耐えるように構成されている。
【００３２】適切な増設ポンプの第１の例は、図３に模
式的に示すメンブレンポンプである。このようなメンブ
レンポンプは、ドライポンプ、すなわち液体によってシ
ールされていないポンプである。メンブレンポンプの構
造は、ポンピングされたガスの薄い層によって固定子か
ら絶縁された回転子を含まない。
【００３３】適切な増設ポンプの第２の例は、当技術分
野においてよく知られている構造のピストンポンプであ
る。このようなピストンポンプには、ポンピングされた
ガスの薄い層によって固定子から絶縁された回転子がな
い。
【００３４】ピストンポンプおよびメンブレンポンプ技
術の双方において、ポンプの全ての構成要素は、強制冷
却回路によってそれ自体が冷却されるポンプの外部本体
からの伝導によって冷却することができ、この種類の増
設ポンプが、ポンピングされたガスの最終圧縮の結果得
られる大量の熱を排出することが可能となる。
【００３５】増設ポンプ６は、低圧で真空をポンピング
する時に、真空ポンピングシステムを介して、通過する
プロセスガスの全流量をポンピングすることが可能であ
るような定格でなければならない。ポンピングされたガ
スが低圧にあるこれらのステップの間、ガス流量は比較
的小さい。したがって、増設ポンプが、前記ガス流量を
ポンピングすることがちょうど可能であるような定格と
することで十分であり、そうであれば、増設ポンプ６の
吸気口８は、大気圧よりはるかに低い圧力になり、した
がって、一次ポンプ１は低圧縮比を提供しなければなら
ず、これは、これを通過するガスの加熱、およびその結
果として起こるその構成要素各部の加熱を結果的に低減
する。増設ポンプ６の吸気口８においてガス圧の満足で
きる低減を達成するために、逆止め弁１１が、増設ポン
プ６の吸気口８と排気口９との間の圧力差を維持して、
増設ポンプ６が、通常の作動条件下でガス流量の全てを
ポンピングすることが可能であることで十分である。
【００３６】真空エンクロージャ３の排気の開始におい
て、一次ポンプ１が排気しなければならない大きな流量
におけるガスの流れに対しては、予備排気パイプ７が必
要である。この場合、ポンピングされたガスは、通常、
いかなる低熱伝導率ガスも含まず、一次ポンプ１の最終
段によって提供される圧縮は、一次ポンピングシステム
が通常の作動条件下、すなわち、真空エンクロージャ３
における圧力が非常に低い時に提供しなければならない
圧縮よりも小さい。したがって、一次ポンプ１はそれ自
身で、予備排気パイプ７を介して、真空エンクロージャ
３の予備排気を達成することが可能であり、増設ポンプ
６は、システムの動作に重大な影響を及ぼさない。予備
排気パイプ７は、真空エンクロージャ３の予備排気の
間、大きなガス流量を通過させるような定格としなけれ
ばならない。
【００３７】図１に示す実施形態において、ポンピング
されたガスのリサイクルシステム１０は、リサイクルさ
れたガスの流れを発生させる。リサイクルされたガスの
流れは、プログラムされた動作ステップの間、真空エン
クロージャ３内に適切な量のガスを注入するために、注
入パイプ１３によって真空エンクロージャ３に、今度
は、接続されている制御ガス供給源１２にリサイクリン
グパイプ１１０を介して向けられる。
【００３８】一次ポンプ１は、例えば、図２にさらに明
確に示すルーツ多段ドライポンプである。この種類のル
ーツ多段ポンプにおいて、固定子１４は、ガスが隣接す
る圧縮チャンバの間を連続して通過するガス通路を備え
た、回転子２０などの２つの並列かつ機械的に結合され
た回転子によって搬送されるルーツコンプレッサのロー
ブが回転する、連続した圧縮チャンバ、例えば、圧縮チ
ャンバ１５、１６、および１７を画定する。
【００３９】回転子２０などの回転子は、ベアリング内
に取り付けられた回転部品であり、コンプレッサのロー
ブと固定子１４の壁との間には、隙間が必ず存在する。
したがって、回転子のコンプレッサローブと固定子１４
の塊との間には、ガスの薄い層が存在する。低熱伝導率
ガスをポンピングする時、ガスの薄い層は、固定子から
回転子のコンプレッサローブを効果的に絶縁し、したが
って、回転子から固定子１４への熱の流れを妨害する。
これは、回転子２０などの回転子の加熱をもたらす。
【００４０】加熱は、ガスの最大の圧縮が行われる段で
ある一次ポンプの最終段１７において、さらに強まる。
【００４１】図１に示す本発明による真空ポンピングシ
ステムは、一次ポンプ１の排気口４において圧力を低減
し、そのため、一次ポンプ１の最終段の加熱を低減す
る。
【００４２】これは、低熱伝導率ガスをポンピングする
時に特に有利であり、一次ポンプ１の急速な破壊を防止
する。
【００４３】本発明によるシステムは、以下の通りに動
作する。ポンピングの開始において、ガスは真空エンク
ロージャ３内に存在し、大気圧に近い圧力で一次ポンプ
１の排気口４においてガスを排出するために、一次ポン
プ１は、その吸気口２においてガスを吸引し、ガスを圧
縮する。ガス流量は大きく、ポンピングされたガス混合
物は、一般に、良好な熱伝導率を備えたガスを含む。し
たがって、ルーツ多段一次ポンプ１は、予備排気ステッ
プの間、このガス流量をポンピングすることが可能であ
る。一次ポンプ１の排気口４において放出されたガス
は、主に、予備排気パイプ７および逆止め弁１１を介し
て大気に逃される。増設ポンプ６は、排出されたガス流
量の小部分のみを通過させ、そのポンピング能力は低
い。
【００４４】低圧が真空エンクロージャ３内に確立され
た時、真空プロセスステップ、例えば、半導体製造プロ
セスステップを行うことができる。これらのステップの
間、すなわち通常の動作の間、プロセスガスは、注入パ
イプ１３を介してガス供給源１２から真空エンクロージ
ャ３に注入される。これらのプロセスガスは、これらの
ガスが、例えば遠紫外スペクトルにおいて放射する光源
に使用されるプロセスステップにおいて、アルゴンまた
はキセノンなどの絶縁ガスでもよい。ポンピングされた
ガスの流量が小さいため、増設ポンプ６は、排気口４を
介して一次ポンプ１を出るガス全流量をポンピングする
ことができ、予備排気パイプ７には流れはない。この結
果、増設ポンプ６は、その吸気口８、すなわち一次ポン
プ１の排気口４において、圧力降下を起こす。したがっ
て、一次ポンプ１は、その構成要素の加熱を強めること
なく、ポンピングされたガスの流れにおいて、アルゴン
またはキセノンなどの低熱伝導率ガスの存在に耐えるこ
とができる。
【００４５】ポンピングされた低熱伝導率ガスは、一般
に、リサイクルすることが有益である高価なガスであ
る。これが、システムからの排気口において、ガスが、
ポンピングされたガスのリサイクルシステム１０に放出
される理由であり、システム１０は、それ自体が、真空
用エンクロージャ３への後に続く再注入のために、リサ
イクルされたガスを、リサイクルパイプ１１０を介して
ガス供給源１２へ戻す。
【００４６】本発明は、明示的に開示された実施形態に
限定されないが、当業者には明らかとなるであろう、そ
れらの変形および一般化も含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】真空エンクロージャに接続された本発明による
真空ポンピングシステムの一実施形態の一般的な模式図
である。
【図２】考えられる多段ルーツポンプの構造を示す垂直
断面の側面図である。
【図３】考えられるメンブレンポンプの構造を示す垂直
断面の側面図である。
【符号の説明】
１ 多段ドライ一次ポンプ ２、８ 吸気口 ３ 真空エンクロージャ ４、９ 排気口 ５ 排気口段 ６ 増設ポンプ ７ 予備排気パイプ １０ リサイクルシステム １１ 逆止め弁 １２ ガス供給源 １４ 固定子 １５、１６、１７ 圧縮チャンバ ２０ 回転子 １１０ リサイクルパイプ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一次ポンプ（１）の吸気口（２）がポン
    ピングされるガスを受け取るように構成され、および一
    次ポンプ（１）の排気口（４）がポンピングされたガス
    を大気中またはポンピングされたガスのリサイクルシス
    テム（１０）へ排出するように構成された、ルーツまた
    はクロー多段ドライ一次ポンプ（１）を含む真空ポンピ
    ングシステムであって、 前記一次ポンプ（１）の前記排気口（４）に接続された
    吸気口（８）、および、大気または前記ポンピングされ
    たガスのリサイクルシステム（１０）に排出する排気口
    （９）を有する増設ポンプ（６）と、 前記増設ポンプ（６）に並列に接続され、前記一次ポン
    プ（１）から入来するガスを通過させるように構成され
    た逆止め弁（１１）を含む予備排気パイプ（７）を含
    み、 増設ポンプ（６）が、ルーツまたはクロー技術以外の技
    術を使用し、ポンピングされたガスの最終圧縮による温
    度上昇に、損傷なく耐えるように構成されたドライポン
    プであることを特徴とする真空ポンピングシステム。
  2. 【請求項２】 前記増設ポンプ（６）が、メンブレンポ
    ンプであることを特徴とする、請求項１に記載の真空ポ
    ンピングシステム。
  3. 【請求項３】 前記増設ポンプ（６）が、ピストンポン
    プであることを特徴とする、請求項１に記載の真空ポン
    ピングシステム。
  4. 【請求項４】 前記増設ポンプが、真空を低圧でポンピ
    ングする時に、前記真空ポンピングシステムを介して通
    過するガスの全流量をポンピングするような定格である
    ことを特徴とする、請求項１に記載の真空ポンピングシ
    ステム。
  5. 【請求項５】 前記増設ポンプ（６）が、真空を低圧で
    ポンピングする時に、前記ガスの流量をポンピングする
    ことがちょうど可能であるような定格であることを特徴
    とする、請求項４に記載の真空ポンピングシステム。
  6. 【請求項６】 前記予備排気パイプ（７）が、真空エン
    クロージャ（３）の予備排気ステップの間、大きなガス
    流量を通過させるような定格であることを特徴とする、
    請求項１に記載の真空ポンピングシステム。
  7. 【請求項７】 低熱伝導率ガスを含む、または低熱伝導
    率ガスが注入される真空エンクロージャ（３）に接続さ
    れていることを特徴とする、請求項１に記載の真空ポン
    ピングシステム。
  8. 【請求項８】 前記低熱伝導率ガスが、アルゴンまたは
    キセノンを含む、請求項７に記載の真空ポンピングシス
    テム。
  9. 【請求項９】 前記ポンピングされたガスが、前記低熱
    伝導率ガスを抽出しかつリサイクルするポンピングされ
    たガスのリサイクルシステム（１０）に排出されること
    を特徴とする、請求項７に記載の真空ポンピングシステ
    ム。
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