JP2004019493A

JP2004019493A - 排気装置

Info

Publication number: JP2004019493A
Application number: JP2002172946A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Sato; 佐藤　信太郎; Takeshi Goto; 後藤　剛
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】排気装置に関し、ターボ分子ポンプの有効排気速度を低下させることなく、また、グリース等の塗布材を用いることなく、剥離或いは反跳パーティクルのプロセス室への逆流を抑止して製品の製造歩留りを向上させようとする。
【解決手段】ロータ本体から放射状に延び出た複数のブレードをもつ回転翼が複数段に亙って配設され且つ該複数段の回転翼の段間に放射状に延び出た複数のブレードをもつ静止翼が複数段に亙って各別に介在させてなるターボ分子ポンプに於いて、少なくとも最も吸気側に位置する回転翼ブレード１１に於ける排気方向Ｚ_１と対向する吸気側平面部１２が排気方向Ｚ_１と吸気側平面部１２の内向き法線Ｚ_２とのなす角を傾き角θとして０〔度〕以上に傾けてある。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
本発明は、プロセス室に反応生成物などのパーティクルが逆流することを低減させた排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、成膜、或いは、ドライ・エッチングなどを行う半導体製造装置に於いては、反応生成物からなるパーティクルやプロセス室などの内壁に堆積した物質が剥離したパーティクルなどがプロセス室で発生し、それ等パーティクルの一部はウエハ上に付着し、半導体デバイスの欠陥となることが知られている。
【０００３】
従来、そのようなパーティクルを制御するには、プロセス室に於けるパーティクルのみを考慮すれば済むと思われてきたのであるが、近年、プロセス室下流に取り付けた排気装置に於けるターボ分子ポンプに起因すると思われるパーティクルがプロセス室に逆流することが指摘されていて、この問題は、近年の半導体製造プロセス圧力低減化の傾向に伴って深刻なものとなりつつある。
【０００４】
ターボ分子ポンプは、ガス分子に対して、ガス分子と同程度の速度をもつ回転翼に依って吸気口から排気口に向かう方向に運動量を与え、排気作用を行うものである。
【０００５】
前記プロセス室へのパーティクル逆流現象の原因としては、
（１）　ターボ分子ポンプの回転翼に付着した堆積膜が剥離し、高速回転している回転翼に依って、排気と反対方向の運動量を与えられる、
（２）　ターボ分子ポンプの上流で発生したパーティクルが高速回転している翼に衝突して反跳する、
と云う二つの原因が考えられる。
【０００６】
前記した逆流するパーティクルは、ガス圧力が例えば１〔Ｔｏｒｒ〕以上であるなど、ある程度高い場合には、ガスの抵抗力が比較的大きい為、プロセス室に到達することは困難であるが、近年のように、低圧のプロセスを多用されるようになると、ガス圧力の低下に伴って逆流距離は延びてきて、例えば１０〔ｍＴｏｒｒ〕の圧力では容易にプロセス室に逆流する。
【０００７】
前記（１）で説明した原因は、半導体装置の製造現場で長期間使用して汚れたターボ分子ポンプを清浄なものと交換することでプロセス室に於けるパーティクル・レベルは減少する事実に依って間接的に確認されている。
【０００８】
ここで、本発明者等が行った実験について説明するが、これは、本発明に依る排気管を理解する上で有用と思われる。
【０００９】
半導体製造装置のプロセス室と堆積物が付着しているターボ分子ポンプとの間を結ぶゲート・バルブを開閉し、プロセス室に載置したシリコン・ウエハに付着するパーティクルの数量を調べ、次に、ターボ分子ポンプを駆動した場合、ゲート・バルブを開けたときのみ、パーティクルがシリコン・ウエハに付着することが確認された。
【００１０】
比較の為、別系統の排気系で圧力をプロセスで使用される典型的な値に設定した後、ターボ分子ポンプを停止し、ゲート・バルブを開けた場合及び閉めた場合のシリコン・ウエハに付着したパーティクルの数を調べたが、この場合には、シリコン・ウエハにパーティクルは付着しなかった。従って、パーティクルはプロセス室に於けるものではなく、ターボ分子ポンプからのものが存在することは明らかである。
【００１１】
また、ターボ分子ポンプの回転翼に付着した堆積膜の一部が剥離して生成されたパーティクルが排気方向とは逆向きの運動量を与えられたものと考えることができるので、パーティクルは排気管断面に対して浅い角度で放出され、排気管内部で何度も衝突しながらプロセス室に到達したと考えられる。
【００１２】図１３はプロセス室とターボ分子ポンプとの間を結ぶ従来の排気管を説明する為の要部切断側面図であり、図に於いて、２１はプロセス室とターボ分子ポンプとの間を結ぶ排気管、２２はターボ分子ポンプ、２３Ａは回転翼ブレード、２３Ｂは静止翼ブレードをそれぞれ示している。
【００１３】
一般に、ターボ分子ポンプ２２の回転翼ブレード２３Ａに於ける堆積膜の一部が剥離して生成されたパーティクルは、最も単純な場合を考えれば、回転翼ブレード２３Ａから剥離するときの排気方向と全く逆向きの初期速度ｖ_ｉと回転翼ブレード２３Ａの接線方向速度ｖ_ｔで決定される方向に飛ばされる。
【００１４】
図示されているように、排気管２１の内壁が平坦な場合、パーティクルの大部分は内壁で鏡面反射し、やがてはプロセス室に達してしまう。
【００１５】
さて、前記（２）で説明した原因は、本発明に関連した実験で初めて確認されたことが多くあるので、ここで詳細に説明する。
【００１６】
通常、上流からガスに乗って流れてきたパーティクルは、ターボ分子ポンプを通過できることが知られているが（Ｋｉｎｎｅｙ　ｅｔ　ａｌ．，１９９７）、本発明者等は、パーティクルの一部はターボ分子ポンプの回転翼等との衝突に依って反跳し、排気方向とは逆方向に向かう場合があることを実験に依って確認した。
【００１７】
図１４は排気管内に於いてパルス・レーザを照射することで可視化した反跳パーティクルの軌跡をＩＣＣＤカメラで撮影し、得られた写真を忠実に模写した図であり、Ａは導入パーティクル、Ｂは反跳パーティクルの軌跡をそれぞれ示し、ターボ分子ポンプは撮影箇所から矢印Ｃ方向に約２０〔ｃｍ〕下流に設置されている。
【００１８】
反跳パーティクルの速度に於ける排気方向と逆向き成分が充分に大きい場合、反跳パーティクルはプロセス室に到達することが可能であり、一般に反跳パーティクルは排気方向と垂直方向（図１４では水平方向）の成分を持ち、従って、パーティクルは排気管の内壁に衝突しながらプロセス室方向に向かうことになる。
【００１９】
このような反跳は、主としてターボ分子ポンプに於ける最上流側回転翼ブレードに於ける吸気側平面部で起こることが判っている。
【００２０】
図１５はターボ分子ポンプの翼部分の一部を表す説明図であり、（Ａ）は要部切断側面、（Ｂ）は回転翼の一部を拡大した要部切断側面をそれぞれ示し、図に於いて、３１は回転翼、３１Ａは回転翼ブレード、３１Ｂは回転翼ブレードの吸気側平面部、３２は静止翼、３３はパーティクルである。
【００２１】
パーティクルの反跳が主として吸気側平面３１Ｂで起こることは、本発明者等が反跳パーティクルの測定を行った際、前記吸気側平面部にシリコーン・グリース等を塗布したところ、パーティクルがシリコーン・グリースに捕捉されて反跳粒子が減少したところからも確認されている。尚、シリコーン・グリースを用いることは別に目新しいことではなく、例えば、パーティクルを基板に収集する用途で使われるインパクター等の機器に於いて、基板でのパーティクルの反跳を防止する為に用いられた例がある（Ｈｉｎｄｓ，１９８２）。
【００２２】
図１５を参照しつつ前記反跳のメカニズムを更に詳細に説明する。（Ｂ）に見られるように、回転翼ブレード３１Ａの吸気側平面部３１Ｂには、微視的に見ると大小の突起が存在する。
【００２３】
前記突起は回転翼ブレード３１Ａの回転と共に高速で動くことになり、これ等突起にパーティクルが衝突した場合、パーティクルは回転翼ブレード３１Ａの接線速度方向以外の方向にも散乱され、これ等の散乱されたパーティクルのうち、排気と逆向き方向の速度成分が充分に大きなパーティクルは、逆流してプロセス室に到達する。
【００２４】
反跳パーティクルの入射パーティクルに対する比率は、前記最上段回転翼ブレードのみに依る反跳に限れば、回転翼の吸気側から見込んだ部分の面積に対して占める回転翼ブレードの吸気側平面部に於ける合計面積の割合に比例する。
【００２５】
図１６はターボ分子ポンプの要部を説明する為の要部説明図であり、（Ａ）は回転翼を吸気側から見込んだ要部平面、（Ｂ）はバッフルを用いた場合の概略であり、図１５に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００２６】
（Ａ）に於いて、斜線を施した領域が回転翼を吸気側から見込んだ要部平面であり、（Ｂ）は上流にバッフル３４を設けたターボ分子ポンプ３５を説明する概略であり、この構成に依って前記のようなパーティクルの逆流を防ごうとしているのであるが、特開平８−１４１８８号公報の開示されている通り、コンダクタンスが小さくなって、有効排気速度が減少してしまう旨の問題が起こる。
【００２７】
また、前記特開平８−１４１８８号公報に開示された発明では、静止翼を回転翼の上流側に配置することに依って、逆流パーティクル、及び、有効排気速度の低下を共に防止することができるとしているが、有効排気速度の維持に関する見解には根拠が乏しく、有効排気速度の減少は回避できないと考えられる。
【００２８】
前記のような対策の他、反跳に対しては、シリコーン・グリース等を回転翼に塗布することに依る防止策も考えられようが、塗布物自体に依ってウエハが汚染されることもあるので、最善の方法であると言い難い。
【００２９】
また、前記回転翼を限りなく薄くすること、即ち、吸気側平面部を０に近付けることで、反跳を防止することは可能かと思われるが、回転翼を薄くするには機械強度の面から限界が在ることは当然である。
【００３０】
回転翼からの剥離パーティクルについては、汚れたターボ分子ポンプを清浄なものと交換すれば解決できるのであるが、その為には例えば半導体製造装置を最低１日は停止しなければならず、稼働率は大きく低下してしまう。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、ターボ分子ポンプの有効排気速度を低下させることなく、また、グリース等の塗布材を用いることなく、剥離或いは反跳パーティクルのプロセス室への逆流を抑止して製品の製造歩留りを向上させようとする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明に依る排気装置に於いては、ロータ本体から放射状に延び出た複数のブレードをもつ回転翼が複数段に亙って配設され且つ該複数段の回転翼の段間に放射状に延び出た複数のブレードをもつ静止翼が複数段に亙って各別に介在させてなるターボ分子ポンプに於いて、回転翼のうち、少なくとも最も吸気側に位置する回転翼ブレードに於ける排気方向と対向する吸気側平面部が排気方向と吸気側平面部の内向き法線とのなす角である傾き角として０〔度〕以上となるように傾けた構成、或いは、一般にターボ分子ポンプの吸気側に接続する排気管の内壁に排気方向と交わる方向にＶ字溝を形成した構成が基本になっている。
【００３３】
前記手段を採ることに依り、ターボ分子ポンプに於ける回転翼ブレードなどに依る反跳パーティクルが例えば半導体製造装置のプロセス室などに逆流するのを著しく低減させることができるので、半導体装置等の製造歩留りを向上するのに有効である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の排気装置に於けるターボ分子ポンプの構造を説明する為の要部切断側面図であり、図示されたターボ分子ポンプは、半導体製造装置に於けるプロセス室等からのガスを回転翼１と静止翼２に依って下流側に移送するターボ分子ポンプ部、及び、ターボ分子ポンプ部からガスが送り込まれ、このガスをねじ溝ポンプに依って更に移送して排出するねじ溝ポンプ部を備えている。
【００３５】
ターボ分子ポンプは、円筒形状のポンプ・ハウジング３と、ポンプ・ハウジング３の中心に位置するロータ軸４と、ロータ軸に固着されてロータ軸と共に回転するロータ５と、ステータ６とを備えている。
【００３６】
上部には、半導体製造装置に於けるプロセス室等に取り付ける為のフランジをもつ吸気口７、そして、反対側の下部には排気口８がそれぞれ形成されている。
【００３７】
ロータ５は、ロータ軸４の外周に配置されたロータ本体９を備えていて、回転翼１が多段に形成されている。
【００３８】
図２は一段分の回転翼と一段分の静止翼を表す要部平面図であり、（Ａ）は回転翼を、（Ｂ）は静止翼をそれぞれ示している。
【００３９】
回転翼は内側円環部１０及び円環部１０の外周に等間隔且つ放射状に設けられた複数の回転翼ブレード１１で構成され、回転翼ブレード１１は吸気口側が回転方向に傾斜している。
【００４０】
回転翼ブレード１１の吸気側平面部１２は、通常、排気方向に対して垂直を成しているが、本発明では傾斜していることが特徴になっていて、この点は重要であるから後に詳述する。
【００４１】
ターボ分子ポンプ部に在るステータ６はスペーサ１３及び回転翼１の各段の間に配置された静止翼２を備え、また、ネジ溝ポンプ部にはネジ溝部スペーサ１４が設けられている。
【００４２】
静止翼２は、外側円環部１５、内側円環部１６、それ等の円環部間に両端が放射状に所要角度で支持された複数の静止翼ブレード１７で構成され、静止翼ブレード１７は回転翼ブレード１１と反対方向に傾斜するように形成されている。
【００４３】
ネジ溝部スペーサ１４は、内側壁がロータ本体９の外周面に近接する位置まで張り出す厚みをもっていて、それに対向するネジ溝ポンプ部のロータ本体９の外周面には、らせん構造のネジ溝１８が複数条に亙って形成されている。
【００４４】
ネジ溝１８は、静止翼２と回転翼１との間に生成されている間隙と連通していて、排出されてきた気体がネジ溝１８に導入されて排気方向に向かうようになっている。
【００４５】
ターボ分子ポンプは、ロータ軸４を支持する軸受１９と、ロータ軸４にトルクを発生させるモータ２０を備えている。
【００４６】
ネジ溝ポンプ部から移送されてきた気体はターボ分子ポンプに於けるポンプ・ハウジング３の下部に配設されている排気口８から外部に排出される。
【００４７】
本発明に於けるターボ分子ポンプに於いては、ターボ分子ポンプからのパーティクルの反跳を防ぐ為、回転翼ブレード１１に於ける吸気側平面部１２を排気方向と平面の内向き法線のなす角度、即ち、吸気側平面部１２の傾き角が０〔度〕を越えるように傾けることが特徴になっている。
【００４８】
図３は吸気側平面部の傾き角について説明する為の回転翼の一部を表す要部切断側面図であり、図に於いて、１１は回転翼ブレード、１２は回転翼ブレードに於ける吸気側平面部、Ｚ_１は排気方向、Ｚ_２は吸気側平面部内向き法線、θは傾き角をそれぞれ示している。
【００４９】
図４は反跳パーティクルを抑止するメカニズム及びその作用について説明する為の回転翼ブレードなどを表す要部説明図であり、後に詳細に説明するが、図１乃至図３及び図１５に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００５０】
前記したように、本発明では、ターボ分子ポンプからのパーティクルの反跳を防ぐ為、回転翼ブレード１１の吸気側平面部１２を排気方向と平面の内向き法線のなす角度θが０〔度〕を越えるように傾けることで目的を達成しているので、その傾き角θをどのようにして定めるかが重要となる。
【００５１】
図１乃至図４を適宜に参照しながら、傾き角θを決定する方法について詳細に説明する。
【００５２】
その傾き角θは、考え得る最大の排気方向パーティクル速度ｖ_ｐと回転翼ブレード１１の最小接線方向速度ｖ_{ｔ，ｍｉｎ}の関数として、
ｔａｎ^−１（ｖ_ｐ／ｖ_{ｔ，ｍｉｎ}）　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・（１）
以上にすれば良い。
【００５３】
回転翼ブレード１１に於ける各部位に於ける接線方向速度は各部位の回転中心からの距離ｒに比例するから、最小接線方向速度は、通常、前記距離ｒが最短の部位で達成される。
【００５４】
回転翼ブレード１１に於ける吸気側平面部１２の傾き角θは、ブレード１１の各部位の回転中心からの距離ｒに依存して変化させることで好結果が得られ、
ｔａｎ^−１（ｖ_ｐ／ｒω）　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・（２）
ω：回転翼の角速度
以上であることが望ましく、そのような傾き角θを選択すれば、ブレード１１の全ての部位でｔａｎ^−１（ｖ_ｐ／ｖ_ｔ）以上になるから、パーティクルの反跳は防止される。
【００５５】
さて、図４は回転翼ブレード１１の吸気側平面部１２を傾けた場合の要部切断側面を示していて、回転翼ブレード１１を吸気側から見た場合に於ける吸気側平面部１２の接線方向幅をＬとする。
【００５６】
今、パーティクル３３が図示の位置に在って、速度ｖ_ｐで排気方向に進行しているとし、吸気側平面部１２の傾き角をθ、回転翼ブレード１１の接線方向速度をｖ_ｔとする。
【００５７】
パーティクル３３が回転翼ブレード１１の吸気側平面部１２に衝突しない為には、回転翼ブレード１１が接線方向に距離Ｌ_１だけ移動する時間ｔ_１の間にパーティクル３３の鉛直方向の移動距離ｖ_ｐｔ_１がＬｔａｎθ以下であれば良い。
【００５８】
即ち、
ｖ_ｐｔ_１＝ｖ_ｐＬ_１／ｖ_ｔ＜Ｌｔａｎθ　　　　　　　　　　　・・・・（３）
この（３）式から、前記位置に在るパーティクル３３が吸気側平面部１２に衝突しない為の傾き角θは、
ｔａｎθ＞Ｌ_１ｖ_ｐ／（Ｌｖ_ｔ）
θ＞ｔａｎ^−１（Ｌ_１ｖ_ｐ／Ｌｖ_ｔ）　　　　　　　　　　　　　・・・・（４）
となる。
【００５９】
また、傾き角θがｔａｎ^−１（Ｌ_１ｖ_ｐ／Ｌｖ_ｔ）と等しい場合、図４に見られるパーティクル３３の位置よりも右方に位置するパーティクル（高さは同じとする）は、吸気側平面部１２に衝突して散乱されることになる。
【００６０】
即ち、傾き角θをｔａｎ^−１（Ｌ_１ｖ_ｐ／Ｌｖ_ｔ）にした場合、衝突確率は、傾きがない場合を１としたとき、１−Ｌ_１／Ｌ、になることを意味し、従って、吸気側平面部１２を傾けることに依って、衝突し且つ散乱されるパーティクル３３を減少することが証明された。
【００６１】
前記したところを逆の面から云えば、若し、衝突確率を傾きがない場合に比較して１−Ｌ_１／Ｌに低減したければ、傾き角θをｔａｎ^−１（Ｌ_１ｖ_ｐ／Ｌｖ_ｔ）にすれば良いことになり、従って、衝突確率０は、傾き角θをｔａｎ^−１（ｖ_ｐ／ｖ_ｔ）以上にすることで達成される。
【００６２】
○　ターボ分子ポンプの具体的実施例に関する説明
ターボ分子ポンプの回転翼、従って、ブレードの半径を１５〔ｃｍ〕、ブレードの最も回転軸に近い部分の半径を５〔ｃｍ〕とし、回転翼の回転速度を３００００〔ｒｐｍ〕とする。
【００６３】
回転速度を角速度に変換すると約３１４２〔ｒａｄ／ｓ〕となるので、これからブレードの接線方向の速度を求めると最外周部で４７１〔ｍ／ｓ〕、最内周部で１５７〔ｍ／ｓ〕となり、最内周部から最外周部に至る間では、半径に比例して接線速度は変化する。
【００６４】
次に、パーティクルの速度を見積もるが、その為には、ターボ分子ポンプ上流の排気ガス速度を求めることが必要であり、ポンプの排気速度を１０００〔ｌ／ｓ〕とし、ポンプ上流部の排気管の内径を３０〔ｃｍ〕とすると、ガス速度は平均で約１４．１〔ｍ／ｓ〕となる。
【００６５】
若し、排気管内で流れが発達していて、放物型の速度分布をもっているとすると、その最大ガス速度は、その２倍の約２８．３〔ｍ／ｓ〕となる。ここで、パーティクルが排気ガスにのってターボ分子ポンプまで運ばれるとした場合、パーティクルの最大速度は２８．３〔ｍ／ｓ〕である。
【００６６】
前記したところからすると、回転翼ブレードの最小接線方向速度は１５７〔ｍ／ｓ〕であって、パーティクルの最大速度は２８．３〔ｍ／ｓ〕になることが判るので、これ等の数値を前記式（１）に代入して最小傾き角を求めると１０．２〔度〕となる。
【００６７】
従って、この場合、回転翼ブレードの吸気側平面部の傾きを１０．２〔度〕以上にすれば、パーティクルの反跳を抑止することができる。尚、パーティクルの速度がガスの速度に比較して大きいことが予想される場合は、ｖ_ｐとして、予想される最大速度を用いて角度を求める必要がある。
【００６８】
前記式（２）に依れば、ｔａｎ^−１（ｖ_ｐ／３１４２ｒ）が得られ、ここで括弧中の分母３１４２ｒは、ブレード各部の半径に依存した接線方向の速度であり、ここで、ｖ_ｐ＝２８．３〔ｍ／ｓ〕と仮定した場合、ブレード各部の吸気側平面部の傾き角は図５に見られる通りである。
【００６９】
図５は回転翼ブレードの吸気側平面部に於ける各部位の回転中心からの距離に依存した傾き角を例示する線図であり、横軸に回転中心からの距離ｒ〔ｃｍ〕、縦軸に傾き角〔度〕をそれぞれ採ってある。
【００７０】
図示されているように、回転翼ブレードの吸気側平面部は回転中心からの距離ｒに応じて傾き角が小さくなるように滑らかに変化させることが好ましいのであるが、そのような加工が困難である場合、傾き角を半径に依存して段階的に変化させることも有効である。
【００７１】
図６は吸気側平面部の傾き角を半径に依存して段階的に変化させた回転翼ブレードを表す要部切断斜面図であり、図１乃至図３に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００７２】
図に於いて、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは半径に依存して異なった傾きをもつ吸気側平面部をそれぞれ示している。
【００７３】
前記実施の形態では、吸気側に最も近い位置に在る回転翼ブレードについて説明したが、その他の回転翼ブレードについても有効であり、また、回転翼ブレードの吸気側平面部の傾き角を計算通りに加工することが困難な場合、それ以下の角度であっても、充分な反跳防止効果は得られないものの、０〔度〕の場合よりは遙に反跳パーティクルが少なくなる。
【００７４】
ところで、前記説明したターボ分子ポンプを用いた場合、反跳パーティクルは著しく少なくなることは事実なのであるが、確実に零にすることができるとは限らないので、そのような場合、発生したパーティクルに排気方向の運動量を与えることができれば、プロセス室に戻るパーティクルを零にするのに大きく寄与することができる。
【００７５】図１３について説明したように、従来、半導体製造装置に於けるプロセス室などとターボ分子ポンプとの間は排気管で結合されているので、本発明では、この排気管の内壁構造を特殊な形状に加工し、プロセス室に戻ろうとするパーティクルに排気方向の運動量を与えるようにしている。
【００７６】
図７は本発明の排気管を説明する為の要部切断側面図であり、図１３に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００７７】
図７に見られる排気管４１の内壁には、Ｖ字状をなす溝４１Ａが形成されていて、反跳パーティクルが矢印ｒ１で示した方向に向かい、溝４１Ａをもつ内壁に衝突して矢印ｒ２で示した方向、即ち、排気方向に反射されてターボ分子ポンプに吸引される。
【００７８】
溝４１Ａで反射された反跳パーティクルの一部は回線翼ブレード４３Ａで再び排気方向と逆向きに反射されることも有り得るが、その場合にも、溝４１Ａの作用で再び排気方向に反射され、ターボ分子ポンプに吸引されることになる。
【００７９】
○　排気管の具体的実施例に関する説明
図８は内壁にＶ字状を成す溝を形成した排気管の効果を確認する為の実験を行った装置を表す要部説明図である。
【００８０】
実際の工程で発生するパーティクルを模擬する為、ポリスチレンラテックスの標準粒子を用いて粒子ビームを生成させて、その粒子ビームをターボ分子ポンプ５１の回転翼に照射し、そして、回転翼で跳ね返ってきたと考えられる粒子を回転翼に付着した堆積膜から剥離してきたパーティクルと見做して実験を行った。
【００８１】
標準粒子の形状は直径０．５〔μｍ〕の球形であって、流量が０．１４〔リットル／分〕の窒素ガスをキャリヤ・ガスとして真空装置に導入する。
【００８２】
その導入方法は、先ず、アトマイザー５２に依って霧状とし、ドライヤー５３で乾燥させ、分級器５４に於いて静電気力で直径０．５〔μｍ〕のものだけを選別する。このとき、分級器５４で粒子が帯電するので、中和器５５の作用で中和する。
【００８３】
標準粒子は直径１００〔μｍ〕の二つのオリフィスを介して粒子導入部５６に導入され、粒子ビーム集束系５７で集束されて粒子ビームとなり、その粒子ビームは半値幅が約１０〔ｍｍ〕程度のガウス分布を成している。
【００８４】
集束された標準粒子は、圧力を１０〔ｍＴｏｒｒ〕程度に設定した長さ８００〔ｍｍ〕の減速管５９を通過して観測室６１に導入されるものであって、図には減速管５９中を通過しつつある標準粒子６０が示されている。尚、粒子ビーム集束系５７と減速管５９との間に介挿されているＸＹＺステージ５８は、標準粒子６０が最下部のターボ分子ポンプ５１に到達する位置を制御するものである。
【００８５】
減速管５９の直下には観測室６１が配設され、その観測室６１ではレーザ散乱法に依って粒子を観測するようになっていて、３方向に直径２００〔ｍｍ〕のポートが設けられているので、その中の二つのポートを使ってレーザ・ビームが観測室６１の略中心を通過するように制御する。
【００８６】
レーザ・ビームは幅２５〔ｍｍ〕、厚さ４〔ｍｍ〕のシート状ビームであり、そのレーザ光源６２としては、波長が５２７〔ｎｍ〕であるＹＬＦ結晶を使用したパルス・レーザを用い、出力は３〔Ｗ〕、パルス周波数１〔ｋＨｚ〕、パルス幅５０〔ｎｓｅｃ〕である。
【００８７】
レーザ光に標準粒子が当たると散乱光が発生するので、その散乱光をＩＣＣＤカメラ（冷却ＣＣＤカメラ）７０で撮影するのであるが、ＩＣＣＤカメラ７０のシャッタ機能を利用し、そのシャッタ開放の期間をレーザ・パルスの照射期間と位相を合わせることでＳ／Ｎを向上させている。
【００８８】
レーザ・ビームは入射角がブリュースター角になるように設置された窓と二段のスリット６３を通して観測室６１に入射して、更に二段のスリット６４を通して最後にビーム・ダンパ６５で終端させた。
【００８９】
ＩＣＣＤカメラ７０で捉えた標準粒子からの散乱光の画像は、制御用ＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ）７１に転送され、境界追跡法に依って標準粒子として識別され、レーザ・ビームと平行な方向の位置で分解されながらカウントされる。尚、その際の分解能は０．２〔ｍｍ〕である。
【００９０】
さて、観測室６１の直下には試験用排気管６６を介してターボ分子ポンプ５１を接続してあり、このターボ分子ポンプ５１は、回転翼ブレードの吸気側平面部に傾きをもたない通常の構造のものである。
【００９１】
図９はターボ分子ポンプの要部説明図であり、（Ａ）は要部平面を、（Ｂ）は要部切断側面をそれぞれ示している。
【００９２】
図に於いて、８１は回転軸、８２は最上段にある回転翼のブレード、８３は次段にある固定翼のブレード、８４は次次段にある回転翼のブレード、８５はレーザ・ビームの焦点位置、Ｒ１は翼全体の直径、Ｒ２は回転軸の直径、Ｒ３はブレードの半径方向の長さ、Ｒ４はブレードの半径方向の長さの１／２の長さをそれぞれ示している。
【００９３】
図示例では、直径５０〔ｍｍ〕の回転軸８１の周囲にブレードが配置されていて、ブレードの長さは何れも４５〔ｍｍ〕であり、ブレードの半径方向の長さの１／２の長さＲ４、従って、２２．５〔ｍｍ〕の箇所にレーザ・ビームの焦点位置８５を設定してある。
【００９４】
図１０は本発明に依る排気管を表す要部切断側面図であり、図７に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。尚、排気管のベースになっているのは、内径が１６０〔ｍｍ〕のＳＵＳ３０４（ＪＩＳステンレス鋼記号）のものであって、これを２本用意し、一本は本発明を実施したもの、即ち、内壁にＶ字溝を形成したもの、他の一本は内壁表面が平坦なままのものである。
【００９５】
図に於いて、４１Ｈは排気管４１の長さ、４１Ｒは内径、４１ＤはＶ字溝４１Ａの深さ、４１ＷはＶ字溝４１Ａの表面側幅をそれぞれ示していて、これ等は以下のような寸法になっている。
４１Ｈ：１００〔ｍｍ〕
４１Ｒ：１６０〔ｍｍ〕
４１Ｄ：０．５〔ｍｍ〕
４１Ｗ：０．５〔ｍｍ〕
【００９６】
図１１は内壁にＶ字溝がない試験用排気管を用いた場合に於ける標準粒子のカウント結果を表す線図であり、横軸には回転翼中心からの位置を、縦軸にはパーティクル・カウント数をそれぞれ採ってある。尚、図１１並びに図１２に限っては、「回転翼」は「回転翼ブレード」と考えると良い。
【００９７】
図示のデータは、標準粒子を１０〔分〕間に亙ってカウントした結果を纏めたものであり、標準粒子がレーザ・ビームを横切って散乱光を放出したときにカウントが行われる。
【００９８】
排気管の内壁にＶ字溝がない場合では、回転翼の中央部分にはパーティクル・ビームが存在して最大値をとるのであるが、回転軸に近いパーティクル・ビームの右側の肩部分、即ち、破線で囲んだ部分に於いては、左側の肩部分に比較して多くのパーティクルがカウントされていて、これ等はターボ分子ポンプの回転翼に衝突し、且つ、跳ね返ってきた標準粒子であると考えられる。
【００９９】
図１２は内壁にＶ字溝を形成した本発明の排気管を用いた場合に於ける標準粒子のカウント結果を表す線図であり、横軸には回転翼中心からの位置を、縦軸にはパーティクル・カウント数をそれぞれ採ってある。
【０１００】
排気管の内壁にＶ字溝がある場合では、標準粒子ビームに依る分布しか確認することができず、図１１に見られる跳ね返ってきた標準粒子に依ると考えられるパーティクルのカウント数は減少していることが判り、従って、排気方向とは逆方向に向かう標準粒子（パーティクル）がＶ字溝の効果に依って排気方向に再び反射されてターボ分子ポンプに吸引されることが確認された。
【０１０１】
前記説明した内壁にＶ字溝を形成した本発明の排気管は、本発明に依るターボ分子ポンプと組み合わせた場合に極めて有効であるが、従来のターボ分子ポンプと組み合わせた場合にも、完全とは言えないがターボ分子ポンプからプロセス室へ向かうパーティクルを排気方向へと向かわせるのに有効である。
【０１０２】
本発明に於いては、前記説明した実施の形態を含め、多くの形態で実施することができ、以下、それを付記として例示する。
【０１０３】
（付記１）
ロータ本体から放射状に延び出た複数のブレードをもつ回転翼が複数段に亙って配設され且つ該複数段の回転翼の段間に放射状に延び出た複数のブレードをもつ静止翼が複数段に亙って各別に介在させてなるターボ分子ポンプに於いて、
前記回転翼のうち、少なくとも最も吸気側に位置する回転翼ブレードに於ける排気方向と対向する吸気側平面部が該排気方向と該吸気側平面部の内向き法線とのなす角である傾き角として０〔度〕以上となるように傾けられてなるターボ分子ポンプ
を備えてなることを特徴とする排気装置。
【０１０４】
（付記２）
回転翼ブレードに於ける吸気側平面部の傾き角が、最大の排気方向パーティクル速度ｖ_ｐ及び該回転翼ブレードの最小接線方向速度ｖ_{ｔ，ｍｉｎ}の関数として、　ｔａｎ^−１（ｖ_ｐ／ｖ_{ｔ，ｍｉｎ}）
以上であること
を特徴とする（付記１）記載の排気装置。
【０１０５】
（付記３）
回転翼ブレードに於ける吸気側平面部の各部位に於ける傾き角は該吸気側平面部の各部位の回転中心からの距離ｒに依存して変化させたものであること
を特徴とする（付記１）或いは（付記２）記載の排気装置。
【０１０６】
（付記４）
吸気側平面部の各部位の回転中心からの距離ｒに依存する傾き角が
ｔａｎ^−１（ｖ_ｐ／ｒω）
ω：回転翼ブレードの角速度
としたこと
を特徴とする（付記１）或いは（付記３）記載の排気装置。
【０１０７】
（付記５）
ロータ本体から放射状に延び出た複数のブレードをもつ回転翼が複数段に亙って配設され且つ該複数段の回転翼の段間に放射状に延び出た複数のブレードをもつ静止翼が複数段に亙って各別に介在させてなるターボ分子ポンプと、
該ターボ分子ポンプの吸気側に配設され且つ吸気口及び排気口間の内壁に於ける少なくとも一部に排気方向と交わる方向に形成されたＶ字溝をもつ排気管と
を備えてなることを特徴とする排気装置。
【０１０８】
（付記６）
ターボ分子ポンプが、その回転翼のうち、少なくとも最も吸気側に位置する回転翼ブレードに於ける排気方向と対向する吸気側平面部が該排気方向と該吸気側平面部の内向き法線とのなす角である傾き角として０〔度〕以上となるように傾けられてなること
を特徴とする（付記５）記載の排気装置。
【０１０９】
（付記７）
吸気口側が半導体製造装置のプロセス室に連結されてなること
を特徴とする（付記５）或いは（付記６）記載の排気装置。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明に依る排気装置に於いては、ロータ本体から放射状に延び出た複数のブレードをもつ回転翼が複数段に亙って配設され且つ該複数段の回転翼の段間に放射状に延び出た複数のブレードをもつ静止翼が複数段に亙って各別に介在させてなるターボ分子ポンプに於いて、回転翼のうち、少なくとも最も吸気側に位置する回転翼ブレードに於ける排気方向と対向する吸気側平面部が排気方向と吸気側平面部の内向き法線とのなす角である傾き角として０〔度〕以上となるように傾けた構成、或いは、一般にターボ分子ポンプの吸気側に接続する排気管の内壁に排気方向と交わる方向にＶ字溝を形成した構成が基本になっている。
【０１１１】
前記構成を採ることに依り、ターボ分子ポンプに於ける回転翼ブレードなどに依る反跳パーティクルが例えば半導体製造装置のプロセス室などに逆流するのを著しく低減させることができるので、半導体装置等の製造歩留りを向上するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気装置に於けるターボ分子ポンプの構造を説明する為の要部切断側面図である。
【図２】一段分の回転翼と一段分の静止翼を表す要部平面図である。
【図３】吸気側平面部の傾き角について説明する為の回転翼の一部を表す要部切断側面図である。
【図４】反跳パーティクルを抑止するメカニズム及びその作用について説明する為の回転翼ブレードなどを表す要部説明図である。
【図５】回転翼ブレードの吸気側平面部に於ける各部位の回転中心からの距離に依存した傾き角を例示する線図である。
【図６】吸気側平面部の傾き角を半径に依存して段階的に変化させた回転翼ブレードを表す要部切断斜面図である。
【図７】本発明の排気管を説明する為の要部切断側面図である。
【図８】内壁にＶ字状を成す溝を形成した排気管の効果を確認する為の実験を行った装置を表す要部説明図である。
【図９】ターボ分子ポンプの要部説明図である。
【図１０】本発明に依る排気管を表す要部切断側面図である。
【図１１】内壁にＶ字溝がない試験用排気管を用いた場合に於ける標準粒子のカウント結果を表す線図である。
【図１２】内壁にＶ字溝を形成した本発明の排気管を用いた場合に於ける標準粒子のカウント結果を表す線図である。
【図１３】プロセス室とターボ分子ポンプとの間を結ぶ従来の排気管を説明する為の要部切断側面図である。
【図１４】排気管内に於いてパルス・レーザを照射することで可視化した反跳パーティクルの軌跡をＩＣＣＤカメラで撮影し、得られた写真を忠実に模写した図である。
【図１５】ターボ分子ポンプの翼部分の一部を表す説明図である。
【図１６】ターボ分子ポンプの要部を説明する為の要部説明図である。
【符号の説明】
１１　回転翼ブレード
１２　回転翼ブレードに於ける吸気側平面部
Ｚ_１　排気方向
Ｚ_２　吸気側平面部内向き法線
θ　傾き角

Claims

ロータ本体から放射状に延び出た複数のブレードをもつ回転翼が複数段に亙って配設され且つ該複数段の回転翼の段間に放射状に延び出た複数のブレードをもつ静止翼が複数段に亙って各別に介在させてなるターボ分子ポンプに於いて、
前記回転翼のうち、少なくとも最も吸気側に位置する回転翼ブレードに於ける排気方向と対向する吸気側平面部が該排気方向と該吸気側平面部の内向き法線とのなす角である傾き角として０〔度〕以上となるように傾けられてなるターボ分子ポンプ
を備えてなることを特徴とする排気装置。
回転翼ブレードに於ける吸気側平面部の傾き角が、最大の排気方向パーティクル速度ｖ_ｐ及び該回転翼ブレードの最小接線方向速度ｖ_{ｔ，ｍｉｎ}の関数として、　ｔａｎ^−１（ｖ_ｐ／ｖ_{ｔ，ｍｉｎ}）
以上であること
を特徴とする請求項１記載の排気装置。
回転翼ブレードに於ける吸気側平面部の各部位に於ける傾き角は該吸気側平面部の各部位の回転中心からの距離ｒに依存して変化させたものであること
を特徴とする請求項１或いは請求項２記載の排気装置。
ロータ本体から放射状に延び出た複数のブレードをもつ回転翼が複数段に亙って配設され且つ該複数段の回転翼の段間に放射状に延び出た複数のブレードをもつ静止翼が複数段に亙って各別に介在させてなるターボ分子ポンプと、
該ターボ分子ポンプの吸気側に配設され且つ吸気口及び排気口間の内壁に於ける少なくとも一部に排気方向と交わる方向に形成されたＶ字溝をもつ排気管と
を備えてなることを特徴とする排気装置。
ターボ分子ポンプが、その回転翼のうち、少なくとも最も吸気側に位置する回転翼ブレードに於ける排気方向と対向する吸気側平面部が該排気方向と該吸気側平面部の内向き法線とのなす角である傾き角として０〔度〕以上となるように傾けられてなること
を特徴とする請求項４記載の排気装置。