JP2011033007A - 真空排気装置および真空排気装置の使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排気能力の向上、再生時間の短縮化およびバルブの駆動系の簡素化が実現可能な真空排気装置および真空排気装置の使用方法を提供する。
【解決手段】真空排気装置１０２は、真空槽１０内を排気できる主ポンプ１１と、主ポンプ１１の排気口１１Ａの開閉に用いられ、互いに対置された弁体２２および弁座２３を有するバルブ２０と、を備える。そして、バルブ２０による排気口１１Ａの閉栓時に、排気口１１Ａから隔離された副ポンプ２５が配された副ポンプ隔離室２７が、弁体２２および弁座２３によって形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は真空排気装置および真空排気装置の使用方法に関する。特に、本発明は、主ポンプの他に、副ポンプ（例えば、コールドトラップ）を併設させた真空排気装置および真空排気装置の使用方法の改良技術に関する。

真空槽内に残留するガス（例えば、水蒸気）の凍結トラップ用のコールドトラップが、真空排気装置の主ポンプに併設される場合がある。このようなコールドトラップは、例えば、極低温のフロン系混合冷媒を循環させるコイル状の配管により構成されている。

これにより、当該配管の表面に、冷媒によって凍結された水蒸気が凍結トラップされるので、真空槽内の残留ガスの排気速度が速くなる。

ところで、真空排気装置のコールドトラップの使用形態として、従来から様々な方式が提案されている。

第１に、真空槽内にコールドトラップを配置する方式の真空槽内配置型コールドトラップがある（ 例えば、特許文献１、２参照） 。

本方式のコールドトラップでは、真空槽内に直接にコールドトラップを配置しているので、コールドトラップによる残留ガスの凍結トラップ効率が高い。よって、本方式のコールドトラップは、真空槽内の残留ガスの排気速度を向上できるという利点がある。

しかし、この場合、真空槽に大気を導入（ ベント） する都度、コールドトラップを常温に戻し、コールドトラップの表面での多量の霜発生を防止する必要がある。よって、本方式のコールドトラップは、コールドトラップの温度操作に長時間を要する。また、コールドトラップを真空槽から隔離できないので、コールドトラップの短時間の再生にも支障をきたす。

第２に、真空槽内と主ポンプ（ 例えば油拡散ポンプ） とを仕切るためのメインバルブの下流側であって、主ポンプの上流側の連通配管にコールドトラップを配置する方式の配管内配置型コールドトラップもある（例えば、特許文献３）。

本方式のコールドトラップでは、真空槽内の大気開放時でも、コールドトラップが、メインバルブによって真空槽と仕切られ、大気に曝されなくなるので、真空槽の大気開放の都度、コールドトラップを常温に戻す必要が無いという利点がある。また、メインバルブの駆動系を簡易に構成できるという利点もある。

しかし、この場合、コールドトラップが、真空槽内からメインバルブを介して離れた位置に置かれるので、コールドトラップと真空槽内との間を接続する連通配管等の流体抵抗によって、コールドトラップの排気能力には一定の限度がある。また、主ポンプの連通配管内にコールドトラップが配されているので、主ポンプの排気能力を阻害する場合がある。更に、コールドトラップを主ポンプと一緒に、真空槽から隔離しているので、コールドトラップの短時間の再生において支障をきたす場合もある。

第３に、主ポンプと隔離させた別室にコールドトラップを配置する方式の別室配置型コールドトラップ（例えば、特許文献４、５）もある。

本方式のコールドトラップでは、真空槽内の大気開放時でも、コールドトラップと真空槽との間をバルブで仕切ることにより、コールドトラップが、大気に曝されなくなるので、真空槽の大気開放の都度、コールドトラップを常温に戻す必要が無いという利点がある。また、コールドトラップは専用のコールドトラップ室内に真空槽および主ポンプから隔離できるので、コールドトラップの短時間の再生に都合がよい。

しかし、この場合、コールドトラップ室の排気入口を開閉するバルブの駆動系を、主ポンプのバルブの駆動系とは別個に設ける必要がある。また、コールドトラップの排気能力の向上において、バルブ駆動系が大型かつ複雑になる可能性がある。

特開平８ −１４４０５０号公報 特許第２６７４５９１号明細書 特開２００９−１９５００号公報 特開平７−１６９６６３号公報 特開２００３−６５２２９号公報

従来方式の真空排気装置は、上述のとおり、コールドトラップの排気能力の向上、コールドトラップの再生時間の短縮化、およびバルブの駆動系の簡素化の何れかについて欠点を内包しており、何れの方式でも、未だ改善の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、排気能力の向上、再生時間の短縮化およびバルブの駆動系の簡素化が実現可能な真空排気装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような真空排気装置の使用方法を提供することも目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、真空槽内を排気できる主ポンプと、前記主ポンプの排気口の開閉に用いられ、互いに対置された弁体および弁座を有するバルブと、
を備え、
前記バルブによる前記排気口の閉栓時に、前記排気口から隔離された副ポンプが配された副ポンプ隔離室が、前記弁体および前記弁座によって形成されている真空排気装置を提供する。

なお、ここで、本発明の真空排気装置では、前記副ポンプが、前記弁体と前記弁座との間に配され、前記真空槽内のガスを凍結トラップできるコールドトラップであってもよい。そして、前記副ポンプ隔離室は、前記コールドトラップを格納できるコールドトラップ室であってもよい。

以上の構成により、真空排気装置の排気能力の向上、再生時間の短縮化およびバルブの駆動系の簡素化が実現可能となる。

なお、本発明の真空排気装置では、環状の前記コールドトラップ室を、前記排気口の周囲に形成してよい。そして、環状の前記コールドトラップを、前記コールドトラップ室に配してもよい。

また、本発明の真空排気装置では、前記コールドトラップ室を気密に保つことができる二重環構造のシール部材が、前記弁体に配されてもよい。

ここで、本発明の真空排気装置では、前記バルブの開閉用の駆動力を発生できる駆動装置を備えてもよい。そして、前記弁体が、前記駆動装置のピストンロッドに連結され、前記ピストンロッドの往復運動によって、前記バルブによる前記コールドトラップ室の開閉および前記排気口の開閉を同時に行ってもよい。

以上の構成により、バルブの駆動系を簡易に構成できる。

また、本発明の真空排気装置では、前記弁体および前記弁座のうちの少なくとも一方が、前記ピストンロッドの軸方向に平行に延びる筒状壁を含んでもよい。そして、コールドトラップ室を仕切る二重筒構造の内壁および外壁を前記筒状壁によって構成してもよい。

また、前記バルブによる前記排気口の閉栓時において、前記外壁によって押圧されている環状のシール部材を、前記コールドトラップ室と前記真空槽との間の気密性の確保に用いてもよい。

また、前記バルブによる前記排気口の閉栓時において、前記内壁によって押圧されている環状のシール部材を、前記コールドトラップ室と前記主ポンプとの間の気密性の確保に用いてもよい。

以上の構成により、真空槽内および主ポンプ内を大気開放せずに、コールドトラップ室のみに大気を導入でき、コールドトラップの再生を効率的に行える。よって、本発明の真空排気装置では、コールドトラップの再生を短時間で行える。

また、本発明の真空排気装置では、前記弁体が、前記弁座に向かって立設する前記外壁を含んでもよい。そして、前記バルブによる前記排気口の開栓時において、前記コールドトラップが前記真空槽内に露出してもよい。

このようにして、弁体がピストンロッドの軸方向に移動すると、コールドトラップを遮る部材が全く存在しなくなり、真空槽内の残留ガスのトラップを、コールドトラップによって効率的に行え、コールドトラップの排気能力を向上できる。

また、本発明の真空排気装置では、前記弁座が、前記弁体に向かって立設する前記内壁を含んでもよい。そして、前記内壁に囲まれた領域が、前記排気口となっていてもよい。

以上の構成により、コールドトラップの再生時に発生する水の主ポンプへの浸入を、主ポンプの上方に向かって延びる内壁を用いて抑制できる。また、主ポンプとして、例えば、油拡散ポンプを使用する場合、主ポンプから排気口を介して逆流する真空槽内への油の逆拡散を、内壁を用いて抑制できる。

また、本発明の真空排気装置では、前記弁体は、前記ピストンロッドの軸方向に直交するように配された平板状の弁板を含んでもよい。そして、前記弁板は、前記排気口を塞ぐ第１領域と、前記第１領域を囲み、前記コールドトラップ室を仕切る環状の第２領域とを有してもよい。更に、前記バルブによる前記排気口の閉栓時において、前記真空槽が大気に開放され、前記主ポンプが減圧された場合、前記真空槽の内圧と前記主ポンプの内圧との間の差圧が、前記コールドトラップ室の密閉を保つ方向に前記第１領域に作用してもよい。

以上の構成により、過大な差圧荷重（大気圧荷重）がピストンロッドに加わらないので、弁体を適切に動かせる程度の駆動力が発生する簡易なバルブ駆動系（例えば、簡易なエアシリンダ）を選定できる。

また、本発明の真空排気装置では、前記弁体は、前記真ピストンロッドの軸方向に直交するように配された平板状の弁板を含んでもよい。そして、前記弁板は、前記排気口を塞ぐ第１領域と、前記第１領域を囲み、前記コールドトラップ室を仕切る環状の第２領域とを有してもよい。更に、前記バルブによる前記排気口の閉栓時において、前記コールドトラップ室が大気に開放され、前記真空槽および前記主ポンプが減圧された場合、前記真空槽の内圧と前記コールドトラップ室の内圧との間の差圧が、前記第２領域のみに作用してもよい。

以上の構成により、過大な差圧荷重（大気圧荷重）がピストンロッドに加わらないので、弁体を適切に動かせる程度の駆動力が発生する簡易なバルブ駆動系（例えば、簡易なエアシリンダ）を選定できる。

また、本発明は、主ポンプを用いて真空槽内を排気するとともに、コールドトラップを用いて前記真空槽内のガスを凍結トラップする工程と、前記主ポンプの排気口をバルブによって閉めると同時に、前記コールドトラップを格納するコールドトラップ室を前記バルブによって形成される工程と、を備える真空排気装置の使用方法も提供する。

以上の方法により、真空排気装置の排気能力の向上、再生時間の短縮化およびバルブの駆動系の簡素動作が実現可能となる。

また、本発明の真空排気装置の使用方法では、前記コールドトラップ室に格納された前記コールドトラップを再生する工程と、前記コールドトラップを再生する工程の後、前記排気口を前記バルブによって開くと同時に、前記コールドトラップ室を前記バルブによって開放する工程と、を更に備えてもよい。

以上の方法により、排気口の開閉とコールドトラップ室の開閉とをバルブによって同時に行うので、バルブの駆動系を簡易に動作できる。また、コールドトラップ室をバルブによって開放するので、コールドトラップの排気能力を向上できる。

また、本発明の真空排気装置の使用方法では、前記コールドトラップを再生する工程は、前記コールドトラップを常温に戻す工程と、前記主ポンプおよび前記真空槽を気密した状態で、前記コールドトラップ室に大気を導入する工程と、を備えてもよい。

以上の方法により、真空槽内および主ポンプ内を大気開放せずに、コールドトラップ室のみに大気を導入でき、コールドトラップの再生を効率的に行える。よって、本発明の真空排気装置では、コールドトラップの再生を短時間で行える。

本発明によれば、排気能力の向上、再生時間の短縮化およびバルブの駆動系の簡素化が実現可能な真空排気装置が得られる。また、本発明によれば、このような真空排気装置の使用方法も得られる。

本発明の実施形態の真空排気装置を備えた真空装置の一例を模式的に示した図である。 本発明の実施形態による真空排気装置の構成の説明に用いる断面図である。（ａ）では、メインバルブによって主ポンプの排気口を開いた状態が図示されている。（ｂ）では、メインバルブによって主ポンプの排気口を閉めた状態が図示されている。 図２（ｂ）のＡ領域に相当する真空排気装置のコールドコイル室を示した拡大図である。 本発明の実施形態による真空排気装置の弁体への差圧荷重の一例を説明する図である。 本発明の実施形態による真空排気装置の弁体への差圧荷重の一例を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

なお、以下の説明の便宜上、真空装置１００において重力の作用する方向を「下方」といい、その反対方向を「上方」という場合がある。また、このような上下方向に直交する方向を「水平方向」という場合がある。

図１は、本発明の実施形態の真空排気装置を備えた真空装置の一例を模式的に示した図である。

本実施形態の真空装置１００は、図１に示すように、適宜の真空処理が行われる真空槽１０と、真空槽１０の内部を減圧可能な真空排気装置１０２と、を備える。

なお、真空槽１０は、真空装置１００を蒸着装置やスパッタリング装置などの真空成膜装置に用いる場合には、真空成膜室に該当するが、このような真空成膜室は周知である。よって、ここでは、真空槽１０の詳細な構成説明および内部の図示は省略する。

真空排気装置１０２は、図１に示すように、真空槽１０内を数Ｐａ程度にまで排気できる粗引ポンプ１３（低真空ポンプ）と、真空槽１０内を真空処理が行われる高真空度になるまで排気できる主ポンプ１１（高真空ポンプ）と、主ポンプ１１の排気口１１Ａ（図２参照）を開閉できるメインバルブ２０と、メインバルブ２０の開閉用の駆動力を発生できるシリンダ２１（駆動装置）と、を備える。

ここで、真空排気装置１０２は、メインバルブ２０の弁体２２（図２参照）と弁座２３（図２参照）との間の排気口１１Ａの周囲に、副ポンプとしての環状のコールドトラップが、副ポンプ隔離室（後述）に配置される構造を特徴としており、このような構造の詳細な説明は後述する。

なお、コールドトラップとは、真空槽１０内の残留ガス（例えば、水蒸気）を凍結トラップすることにより、残留ガスを吸着排気できる真空ポンプの一種であり、極低温（雰囲気の圧力での飽和蒸気圧に対する温度以下；例えば、−１４０℃〜−１２０℃程度）のフロン系混合冷媒を循環できる金属配管からなるコールドコイル（図２参照）や板状のコールドパネルなどの冷却部品を用いて構成できる。

粗引ポンプ１３には、メカニカルブースタポンプや油回転ポンプ、または、これらのポンプの組合せなどを用いることができる。主ポンプ１１には、油蒸気噴射式の油拡散ポンプやターボ分子ポンプなどを用いることができる。

また、メインバルブ２０内の空間は、真空槽１０内と主ポンプ１１内との間の排気通路２０Ａとなっている。そして、上述の粗引ポンプ１３は、粗引バルブ１４を介して排気通路２０Ａおよび真空槽１０内と連通している。このような粗引ポンプ１３により、粗引バルブ１４が開くと、真空槽１０内のガスが粗引ポンプ１３を用いて排気される。

また、この粗引ポンプ１３は、フォアラインバルブ１６を介して主ポンプ１１内に接続されている。フォアラインバルブ１６が開くと、粗引ポンプ１３が、主ポンプ１１の起動を可能にする圧力にまで主ポンプ１１内を減圧できる。

次に、真空排気装置１０２の構成（特にメインバルブ２０およびその周辺構成）について図面を参照しながら詳しく説明する。

図２は、本発明の実施形態による真空排気装置の構成の説明に用いる断面図である。図２（ａ）では、メインバルブ２０によって主ポンプ１１の排気口１１Ａを開いた状態が図示されている。図２（ｂ）では、メインバルブ２０によって主ポンプ１１の排気口１１Ａを閉めた状態が図示されている。

なお、図２では、便宜上、真空排気装置１０２の構成要素のうちの一部（例えば、粗引バルブ１４など）の図示を省略している。

メインバルブ２０は、図２に示すように、弁体２２と弁座２３とによって構成され、メインバルブ２０による排気口１１Ａの閉栓時には、弁体２２によって主ポンプ１１と真空槽１０とが仕切られる。

これらの弁体２２および弁座２３が、コールドコイル２５（詳細は後述）を挟むようにして互いに対置され、排気通路２０Ａに曝されている。

シリンダ２１は、弁体２２の駆動系として機能する装置であり、図２に示すように、シリンダ本体２１Ａ（駆動部）とピストンロッド２１Ｂ（駆動力伝達部）とからなる。

シリンダ本体２１Ａは、適宜の固定手段によって、排気通路２０Ａを形成する通路上壁に固定されている。ピストンロッド２１Ｂは、排気通路２０Ａを気密状態に保ちながら、排気通路２０Ａ内に延びており、その先端部が弁体２２の中央部に連結されている。

なお、ここでは、弁体２２の上方に、シリンダ２１のシリンダ本体２１Ａが配され、弁体２２の下方に弁座２３が配されているが、これらの部材２１Ａ、２２、２３の配置関係は様々に構成できる。

但し、本実施形態の真空排気装置１０２の如く、シリンダ本体２１Ａを、排気通路２０Ａを形成する通路上壁に固定すると、真空装置１００のスペースの有効利用が図れるので都合がよい。

弁体２２は、図２に示すように、排気口１１Ａおよびコールドコイル２５の両方を完全に覆うことができる程度の外寸に構成された平板状の弁板２２Ｂと、この弁板２２Ｂの周縁部において一体に形成された筒状（例えば、円筒状や矩形状）の外壁２２Ａと、を備える。

弁板２２Ｂは、ピストンロッド２１Ｂの軸方向に直交するように配されている。外壁２２Ａは、ピストンロッド２１Ｂと同心状にその軸方向に沿って平行に、かつ、弁座２３に向かって立設するように、弁板２２Ｂの周縁部から延びている。

また、弁体２２は、その中心部においてシリンダ２１のピストンロッド２１Ｂの先端部に連結されており、このピストンロッド２１Ｂの伸縮によって、上下動できるように構成されている。

弁座２３は、環状の鍔板２３Ｂと、この鍔板２３Ｂの内周の縁部において一体に形成され、主ポンプ１１の排気口１１Ａを区画する筒状（例えば、円筒状や矩形状）の内壁２３Ａとを備える。

鍔板２３Ｂは、ピストンロッド２１Ｂの軸方向に直交するように配されている。内壁２３Ａは、ピストンロッド２１Ｂと同心状にその軸方向に沿って平行に、かつ、弁体２２に向かって立設するように、鍔板２３Ｂの内周の縁部から延びている。

つまり、内壁２３Ａに囲まれた領域が、主ポンプ１１の排気口１１Ａとなっている。これにより、コールドコイル２５の再生時に発生する水の主ポンプ１１への浸入を、主ポンプ１１の上方に向かって延びる内壁２３Ａを用いて抑制できる。また、主ポンプ１１として、例えば、油拡散ポンプを使用する場合、主ポンプ１１から排気口１１Ａを介して逆流する真空槽１０内への油の逆拡散を、内壁２３Ａを用いて抑制できる。

なお、弁座２３は、図２に示すように、排気通路２０Ａを形成する通路下壁によって形成され、部品点数の削減が図られている。

次に、本実施形態の真空排気装置１０２のコールドコイル２５を格納できるコールドコイル室２７の構成について述べる。

図３は、図２（ｂ）のＡ領域に相当する真空排気装置のコールドコイル室を示した拡大図である。

コールドコイル室２７は、本実施形態の真空排気装置１０２の副ポンプ隔離室に相当する。つまり、コールドコイル室２７は、メインバルブ２０による主ポンプ１１の排気口１１Ａの閉栓時に、図２（ｂ）に示すように、弁体２２および弁座２３によって排気口１１Ａの周囲において、排気口１１Ａからコールドコイル２５を隔離させるよう、形成されている。

詳しくは、コールドコイル室２７は、四角形断面をなして、排気口１１Ａの周囲に環状（例えば、円環状や矩形の額縁状）に形成されている。コールドコイル室２７の水平方向においては、弁座２３の内壁２３Ａおよび弁体２２の外壁２２Ａが、二重筒を構成しており、これらの内壁２３Ａおよび外壁２２Ａによって、コールドコイル室２７が仕切られる。コールドコイル室２７の上下方向においては、弁座２３の鍔板２３Ｂと弁体２２の弁板２２Ｂと、が重なる周縁部によって、コールドコイル室２７が仕切られる。

なお、図３に示すように、コールドコイル２５は、冷凍機３０からのフロン系混合冷媒を循環可能な金属配管を、上下方向に複数段（ここでは、４段）に亘って、コイル状に巻いて構成されており、本実施形態の真空排気装置１０２の副ポンプに相当する。そして、このコールドコイル２５は、排気口１１Ａの周囲の、コールドコイル室２７内の適所に固定されている（固定手段の図示は省略）。

また、図２（ａ）の拡大図に示すように、弁体２２の外壁２２Ａの先端部に環状のシール部材２２Ｃ（例えば、Ｏリング）が配され、弁体２２の弁板２２Ｂの、内壁２３Ａの先端部と対向する部分にも環状のシール部材２２Ｄ（例えば、Ｏリング）が配されている。これらのシール部材２２Ｃ、２２Ｄにより、コールドコイル２５を格納するコールドコイル室２７の真空シールが適切に行われる。

つまり、本実施形態の真空排気装置１０２では、コールドコイル室２７を気密に保つことができる二重環構造のシール部材２２Ｃ、２２Ｄがそれぞれ、弁体２２の外壁２２Ａの先端部および弁板２２Ｂに配されている。

このようにして、図３に示すように、メインバルブ２０による主ポンプ１１の排気口１１Ａの閉栓時において、弁体２２の外壁２２Ａの先端部と弁座２３の鍔板２３Ｂとによって押圧されている環状のシール部材２２Ｃが、コールドコイル室２７と真空槽１０との間の気密性の確保に用いられる。

また、メインバルブ２０による主ポンプ１１の排気口１１Ａの閉栓時において、弁座２３の内壁２３Ａの先端部と弁体２２の弁板２２Ｂとによって押圧されている環状のシール部材２２Ｄが、コールドコイル室２７と主ポンプ１１との間の気密性の確保に用いられる。

更に、図３に示すように、コールドコイル室２７の下壁（弁座２３の鍔板２３Ｂ）にベントバルブ２８が設けられている。

これにより、ベントバルブ２８を用いてコールドコイル２５をデフロスト（霜取りによる再生）することができる。

また、図３に示すように、コールドコイル室２７内の鍔板２３Ｂには環状の受皿２６が載っている。この受皿２６は、コールドコイル２５の再生時に発生する水滴を受けることができる。なお、受皿２６に溜まった水は、受皿２６の底面に配された配管およびバルブ（いずれも図示せず）を用いて外部に排水するとよい。

以上の構成により、図２に示すように、シリンダ２１の駆動力によって、ピストンロッド２１Ｂは、シリンダ２１のシリンダ本体２１Ａに支持されて上下方向（ピストンロッド２１Ｂの軸方向）に往復運動できる。

そして、ピストンロッド２１Ｂが上下方向に往復運動すると、メインバルブ２０によるコールドコイル室２７の開閉（コールドコイル室２７の開放と形成）および主ポンプ１１の排気口１１Ａの開閉が同時に行われる。

よって、本実施形態の真空排気装置１０２は、簡易なバルブ駆動系を用いて、真空槽１０および主ポンプ１１からコールドコイル２５を隔離させる専用のコールドコイル室２７を形成できるので、以下のような様々な効果を奏する。

まず、シリンダ２１の駆動力によってピストンロッド２１Ｂのストロークが縮むと、弁体２２が、図２（ａ）に示すように、弁座２３から離れ、上方に移動する。すると、主ポンプ１１の排気口１１Ａが、メインバルブ２０によって開かれ、かつ、コールドコイル室２７も、メインバルブ２０によって開放されている。

これにより、コールドコイル２５が真空槽１０内に露出して、真空槽１０を速やかに排気できる。特に、本実施形態の真空排気装置１０２では、弁体２２が上方に移動すると、コールドコイル２５を遮る部材が全く存在しなくなり、真空槽１０内の残留ガスのトラップを、コールドコイル２５によって効率的に行え、コールドコイル２５の排気能力を向上できる。

一方、シリンダ２１の駆動力によってピストンロッド２１Ｂのストロークが伸びると、弁体２２の外壁２２Ａの先端部が、図２（ｂ）に示すように、弁座２３の鍔板２３Ｂに当接する。同時に、弁座２３の内壁２３Ａの先端部が、弁体２２の弁板２２Ｂに当接する。すると、主ポンプ１１の排気口１１Ａが、メインバルブ２０によって閉じられ、かつ、コールドコイル室２７が、メインバルブ２０によって形成（密閉）されている。このため、真空槽１０内とコールドコイル室２７内との間、および、コールドコイル室２７内と主ポンプ１１内との間を、メインバルブ２０によって気密状態にできる。

これにより、本実施形態の真空排気装置１０２では、真空槽１０内および主ポンプ１１内を大気開放せずに、コールドコイル室２７に配されたベントバルブ２８を用いてコールドコイル室２７のみに大気を導入すると、コールドコイル２５の再生を効率的に行える。よって、コールドコイル２５の再生を短時間で行える。

なお、この場合、真空排気装置１０２のバルブ駆動系の選定においても都合がよい。以下、この理由を説明する。

図４に示すように、弁体２２の弁板２２Ｂは、主ポンプ１１の排気口１１Ａを塞ぐ第１領域Ｓ_１と、この第１領域Ｓ_１を囲み、コールドコイル室２７を仕切る環状の第２領域Ｓ_２とを有する。上述のとおり、コールドコイル室２７内が大気に開放された状態にあり、真空槽１０内および主ポンプ１１内が減圧された状態にある場合には、排気通路２０Ａ（真空槽１０）の内圧（負圧：Ｐ_１）とコールドコイル室２７の内圧（大気圧：Ｐ_２）との間の差圧（Ｐ_２−Ｐ_１）は、第２領域Ｓ_２のみに作用する。つまり、シリンダ２１は、差圧（Ｐ_２−Ｐ_１）による弁体２２への作用力ｆ_１（Ｐ_２−Ｐ_１）に打ち勝てる程度の駆動力Ｆを発生できればよい。

よって、本実施形態の真空排気装置１０２では、過大な差圧荷重（大気圧荷重）がピストンロッド２１Ｂに加わらないので、弁体２２を適切に動かせる程度の駆動力Ｆが発生する簡易なバルブ駆動系（例えば、簡易なエアシリンダ）を選定できる。

また、本実施形態の真空排気装置１０２では、真空装置１００が、例えば、バッチ式の真空成膜装置の場合、真空槽１０内の基板（図示せず）の入れ替え時に、冷媒循環中のコールドコイル２５および運転中の主ポンプ１１を大気に曝さなくて済む。よって、基板入れ替え時においても主ポンプ１１およびコールドコイル２５の使用条件を変えずに連続的に動作できる。

なお、この場合、真空排気装置１０２のバルブ駆動系の選定においても都合がよい。以下、この理由を説明する。

図５に示すように、真空槽１０内が大気に開放された状態にあり、主ポンプ１１内が減圧された状態にある場合には、排気通路２０Ａ（真空槽１０）の内圧（大気圧：Ｐ_２）と排気口１１Ａ（主ポンプ１１）の内圧（負圧：Ｐ_１）との間の差圧（Ｐ_２−Ｐ_１）は、コールドコイル室２７の密閉を保つ方向に第１領域Ｓ_１に作用する。

つまり、コールドコイル室２７の内圧が大気圧であっても負圧であっても、基板入れ替え時に、少なくとも、上述の差圧（Ｐ_２−Ｐ_１）による弁体２２への作用力ｆ_２（Ｐ_２−Ｐ_１）が、ピストンロッド２１Ｂに伝達される駆動力Ｆを付勢する方向に作用している。

よって、本実施形態の真空排気装置１０２では、過大な差圧荷重（大気圧荷重）がピストンロッド２１Ｂに加わらないので、弁体２２を適切に動かせる程度の駆動力Ｆが発生する簡易なバルブ駆動系（例えば、簡易なエアシリンダ）を選定できる。

次に、本実施形態の真空排気装置１０２の動作を説明する。まず、真空排気装置１０２の通常の動作例を述べる。

なお、ここでは、バッチ式の真空成膜装置を使用する場合の真空排気装置１０２の動作を例示する。また、真空装置１００は、真空槽１０内への基板入れ替え直後の状態にあると仮定する。

真空槽１０内の基板入れ替えが終了すると、真空槽１０を密閉した後、粗引バルブ１４を開ける。これにより、真空槽１０内および排気通路２０Ａが、粗引ポンプ１３により減圧される。真空槽１０内および排気通路２０Ａの圧力が所定の真空度にまで減圧されると、粗引バルブ１４を閉める。

次いで、メインバルブ２０を開ける。これにより、真空槽１０内および排気通路２０Ａが、主ポンプ１１のガス排気およびコールドコイル２５のガストラップにより更に減圧される。この場合、コールドコイル２５は、真空槽１０内に露出しているので、コールドコイル２５の排気能力が高い。

そして、真空槽１０内および排気通路２０Ａの圧力が所定の高真空状態にまで減圧されると、真空槽１０内において基板に適宜の成膜が行われる。

基板の成膜が終わると、メインバルブ２０を閉める。なお、ここでは、主ポンプ１１の連続運転を前提としているので、フォアラインバルブ１６は、常時、開いている。

その後、適宜のベントバルブ（図示せず）を用いて、真空槽１０内に大気に導入して、再び、基板の入れ替えを行う。

このようにして、バッチ式の真空装置１００による成膜処理の一サイクルが実行される。

次に、真空排気装置１０２のコールドコイル２５の再生の動作例を述べる。

コールドコイル２５の再生は、メインバルブ２０を閉めることにより行われる。メインバルブ２０を閉めると、上述（図２）のとおり、コールドコイル２５を格納する密閉状態のコールドコイル室２７を形成できる。

この状態で、冷凍機３０によるコールドコイル２５への冷媒循環を止めて、コールドコイル２５を常温に戻し、その後、ベントバルブ２８を用いてコールドコイル室２７に大気を導入する。

なお、この場合、主ポンプ１１および真空槽１０を減圧状態（気密状態）に維持できる。よって、コールドコイル２５の再生を短時間で行える。

次いで、コールドコイル２５の再生が行われた後、コールドコイル室２７が減圧される。

なお、コールドコイル室２７の減圧は、例えば、コールドコイル室２７に配された適宜の粗引バルブ（図示せず）を用いて粗引ポンプ１３により減圧するとよい。

次いで、コールドコイル２５への冷媒循環を開始して、コールドコイル２５を再び極低温まで冷やす。

このようにして、コールドコイル２５の再生が実行される。

なお、コールドコイル２５の再生の後、メインバルブ２０を開けると、コールドコイル２５を格納するコールドコイル室２７の開放が行われる。

これにより、真空槽１０内および排気通路２０Ａが、主ポンプ１１のガス排気および再生後のコールドコイル２５のガストラップにより減圧される。

以上のとおり、本実施形態の真空排気装置１０２は、真空槽１０内を排気できる主ポンプ１１と、主ポンプ１１の排気口１１Ａの開閉に用いられ、互いに対置された弁体２２および弁座２３を有するメインバルブ２０と、弁体２２と弁座２３との間に配され、真空槽内のガスを凍結トラップできるコールドコイル２５（副ポンプ）と、を備える。

そして、メインバルブ２０による主ポンプ１１の排気口１１Ａの閉栓時に、コールドコイル室２７（副ポンプ隔離室）が、弁体２２および弁座２３によって排気口１１Ａからコールドコイル２５を隔離させるよう、形成されている。

以上の構成により、コールドコイル２５を備えた真空排気装置の排気能力の向上、コールドコイル２５の再生時間の短縮化、および、メインバルブ２０の駆動系の簡素化が実現可能となる。

具体的には、本実施形態の真空排気装置１０２では、メインバルブ２０の開閉用の駆動力を発生できるシリンダ２１を備えており、弁体２２が、シリンダ２１のピストンロッド２１Ｂに連結され、ピストンロッド２１Ｂの往復運動によって、メインバルブ２０によるコールドコイル室２７の開閉および排気口１１Ａの開閉が同時に行われる。

これにより、メインバルブ２０の駆動系を簡易に構成できる。

また、本実施形態の真空排気装置１０２では、弁体２２および弁座２３のうちの少なくとも一方が、ピストンロッド２１Ｂの軸方向に平行に延びる筒状壁を含み、コールドコイル室２７を仕切る二重筒構造の内壁２３Ａおよび外壁２２Ａが、この筒状壁によって構成されている。

以上の構成により、メインバルブ２０による排気口１１Ａの閉栓時において、外壁２２Ａによって押圧されている環状のシール部材２２Ｃを、コールドコイル室２７と真空槽１０との間の気密性の確保に用いることができ、内壁２３Ａによって押圧されている環状のシール部材２２Ｄを、コールドコイル室２７と主ポンプ１１との間の気密性の確保に用いることができる。

このため、真空槽１０内および主ポンプ１１内を大気開放せずに、コールドコイル室２７に配されたベントバルブ２８を用いてコールドコイル室２７のみに大気を導入でき、コールドコイル２５の再生を効率的に行える。よって、本実施形態の真空排気装置１０２では、コールドコイル２５の再生を短時間で行える。

更に、本実施形態の真空排気装置１０２では、メインバルブ２０による排気口１１Ａの開栓時において、弁体２２がピストンロッド２１Ｂの軸方向に移動することにより、コールドコイル２５が真空槽１０内に露出する。

このようにして、本実施形態の真空排気装置１０２では、弁体２２が上方に移動すると、コールドコイル２５を遮る部材が全く存在しなくなり、真空槽１０内の残留ガスのトラップを、コールドコイル２５によって効率的に行え、コールドコイル２５の排気能力を向上できる。

（変形例１）
本実施形態の真空排気装置１０２では、コールドコイル２５の個数と、主ポンプ１１の個数と、が一対一に対応する例を述べたが、これに限らない。

例えば、水平方向において多重に並べたコールドコイルを、単一の主ポンプの周囲に配してもよい。逆に、複数の主ポンプの排気口の周囲を囲むように、単一のコールドコイルを配してもよい。

（変形例２）
本実施形態の真空排気装置１０２では、コールドトラップの一例として、金属配管からなるコールドコイル２５を例示したが、これに限らない。

例えば、コールドコイル室２７内に、板状かつ環状のコールドパネルに配してもよい。また、コールドコイル室２７を区画する内壁２３Ａや外壁２２Ａに中空部を形成して、この中空部に冷媒を循環させると、内壁２３Ａや外壁２２Ａを、コールドトラップとして機能させることもできる。

（変形例３）
本実施形態の真空排気装置１０２では、外壁２２Ａと弁板２２Ｂとが一体に構成され、内壁２３Ａと鍔板２３Ｂとが一体に構成されている例を述べたが、これに限らない。

例えば、外壁２２Ａと弁板２２Ｂとを別体にして、両者を固定手段（ねじなど）によって連結してもよい。同様に、内壁２３Ａと鍔板２３Ｂとを別体にして、両者を固定手段（ねじなど）によって連結してもよい。

（変形例４）
本実施形態の真空排気装置１０２では、弁体２２が外壁２２Ａを含み、弁座２３が内壁２３Ａを含む例を述べたが、これに限らない。

例えば、弁体２２が内壁を含み、弁座２３が外壁を含んでもよい。また、弁体２２が内壁および外壁の両方を含み、弁座２３を鍔板２３Ｂのみで構成してもよい。逆に、弁座２３が内壁および外壁の両方を含み、弁体２２を弁板２２Ｂのみで構成してもよい。

つまり、弁体２２および弁座２３のうちの少なくとも一方が、ピストンロッド２１Ｂの軸方向に平行に延びる１以上の筒状壁を含むとよい。

（変形例５）
本実施形態の真空排気装置１０２では、二重環構造のシール部材２２Ｃ、２２Ｄを弁体２２に設ける例を述べたが、これに限らない。

例えば、二重環構造のシール部材２２Ｃ、２２Ｄを弁座２３に設けてもよい。また、シール部材２２Ｃを弁体２２に設け、シール部材２２Ｄを弁座に設けてもよく、逆に、シール部材２２Ｄを弁体２２に設け、シール部材２２Ｃを弁座に設けてもよい。

つまり、メインバルブ２０による排気口１１Ａの閉栓時において、外壁２２Ａによって押圧されている環状のシール部材２２Ｃが、コールドトラップ室２７と真空槽１１との間の気密性の確保に用いられ、内壁２３Ａによって押圧されている環状のシール部材２２Ｄが、コールドトラップ室２７と主ポンプ１１との間の気密性の確保に用いられるとよい。

更に、シール部材２２Ｃ、２２Ｄとして、Ｏリングを例示したが、これに限らない。

例えば、シール部材２２Ｃ、２２Ｄとして、リップタイプのゴムシールを用いてもよい。

（変形例６）
本実施形態の真空排気装置１０２では、コールドコイル２５が、弁座２３の近傍に固定されている例を述べたが、これに限らない。

例えば、コールドコイル２５を、弁体２２と一緒に上下動するように構成してもよい。

（変形例７）
本実施形態の真空排気装置１０２では、副ポンプ隔離室としてのコールドコイル室２７が、弁体２２および弁座２３によって排気口１１Ａからコールドコイル２５を隔離させるよう、形成されている例を述べたが、これに限らない。

例えば、真空ポンプとして、従来から機械式ポンプやドライ系ポンプなど様々な種類の排気装置がある。

よって、特定の空間から気体を排気できる様々な種類の排気装置によって副ポンプを構成でき、副ポンプ隔離室は、各種の排気装置を格納する空間を構成してもよい。

本発明の真空排気装置および真空排気装置の使用方法によれば、排気能力の向上、再生時間の短縮化およびバルブの駆動系の簡素化が実現できる。よって、本発明の真空排気装置は、真空装置の排気システムに利用できる。

１０ 真空槽
１１ 主ポンプ
１１Ａ 排気口
１３ 粗引ポンプ
１４ 粗引バルブ
１６ フォアラインバルブ
２０ メインバルブ
２０Ａ 排気通路
２１ シリンダ
２１Ａ シリンダ本体
２１Ｂ ピストンロッド
２２ 弁体
２２Ａ 外壁
２２Ｂ 弁板
２２Ｃ、２２Ｄ シール部材
２３ 弁座
２３Ａ 内壁
２３Ｂ 鍔板
２５ コールドコイル（副ポンプ；コールドトラップ）
２６ 受皿
２７ コールドコイル室（副ポンプ隔離室；コールドトラップ室）
２８ ベントバルブ
３０ 冷凍機
４０ 先端部
４１ 支持部
４２ 水平方向の面内
１００ 真空装置
１０２ 真空排気装置
Ｓ_１ 第１領域
Ｓ_２ 第２領域
Ｐ_１ 負圧
Ｐ_２ 大気圧

Claims (15)

1. 真空槽内を排気できる主ポンプと、
   前記主ポンプの排気口の開閉に用いられ、互いに対置された弁体および弁座を有するバルブと、
   を備え、
   前記バルブによる前記排気口の閉栓時に、前記排気口から隔離された副ポンプが配された副ポンプ隔離室が、前記弁体および前記弁座によって形成されている真空排気装置。
2. 前記副ポンプが、前記弁体と前記弁座との間に配され、前記真空槽内のガスを凍結トラップできるコールドトラップであり、前記副ポンプ隔離室が、前記コールドトラップを格納できるコールドトラップ室である請求項１に記載の真空排気装置。
3. 環状の前記コールドトラップ室が、前記排気口の周囲に形成されており、環状の前記コールドトラップが、前記コールドトラップ室に配されている請求項２に記載の真空排気装置。
4. 前記コールドトラップ室を気密に保つことができる二重環構造のシール部材が、前記弁体に配されている請求項３に記載の真空排気装置。
5. 前記バルブの開閉用の駆動力を発生できる駆動装置を備え、
   前記弁体が、前記駆動装置のピストンロッドに連結され、前記ピストンロッドの往復運動によって、前記バルブによる前記コールドトラップ室の開閉および前記排気口の開閉が同時に行われる請求項２に記載の真空排気装置。
6. 前記弁体および前記弁座のうちの少なくとも一方が、前記ピストンロッドの軸方向に平行に延びる筒状壁を含み、
   前記コールドトラップ室を仕切る二重筒構造の内壁および外壁が、前記筒状壁によって構成されている請求項５に記載の真空排気装置。
7. 前記バルブによる前記排気口の閉栓時において、前記外壁によって押圧されている環状のシール部材が、前記コールドトラップ室と前記真空槽との間の気密性の確保に用いられる請求項６に記載の真空排気装置。
8. 前記バルブによる前記排気口の閉栓時において、前記内壁によって押圧されている環状のシール部材が、前記コールドトラップ室と前記主ポンプとの間の気密性の確保に用いられる請求項６に記載の真空排気装置。
9. 前記弁体が、前記弁座に向かって立設する前記外壁を含み、
   前記バルブによる前記排気口の開栓時において、前記コールドトラップが前記真空槽内に露出する請求項６に記載の真空排気装置。
10. 前記弁座が、前記弁体に向かって立設する前記内壁を含み、
    前記内壁に囲まれた領域が、前記排気口となっている請求項６に記載の真空排気装置。
11. 前記弁体は、前記ピストンロッドの軸方向に直交するように配された平板状の弁板を含み、
    前記弁板は、前記排気口を塞ぐ第１領域と、前記第１領域を囲み、前記コールドトラップ室を仕切る環状の第２領域とを有しており、
    前記バルブによる前記排気口の閉栓時において、前記真空槽が大気に開放され、前記主ポンプが減圧された場合、前記真空槽の内圧と前記主ポンプの内圧との間の差圧が、前記コールドトラップ室の密閉を保つ方向に前記第１領域に作用している請求項５に記載の真空排気装置。
12. 前記弁体は、前記真ピストンロッドの軸方向に直交するように配された平板状の弁板を含み、
    前記弁板は、前記排気口を塞ぐ第１領域と、前記第１領域を囲み、前記コールドトラップ室を仕切る環状の第２領域とを有しており、
    前記バルブによる前記排気口の閉栓時において、前記コールドトラップ室が大気に開放され、前記真空槽および前記主ポンプが減圧された場合、前記真空槽の内圧と前記コールドトラップ室の内圧との間の差圧が、前記第２領域のみに作用している請求項５に記載の真空排気装置。
13. 主ポンプを用いて真空槽内を排気するとともに、コールドトラップを用いて前記真空槽内のガスを凍結トラップする工程と、
    前記主ポンプの排気口をバルブによって閉めると同時に、前記コールドトラップを格納するコールドトラップ室を前記バルブによって形成する工程と、
    を備える真空排気装置の使用方法。
14. 前記コールドトラップ室に格納された前記コールドトラップを再生する工程と、
    前記コールドトラップを再生する工程の後、前記排気口を前記バルブによって開くと同時に、前記コールドトラップ室を前記バルブによって開放する工程と、
    を更に備える請求項１３に記載の真空排気装置の使用方法。
15. 前記コールドトラップを再生する工程は、前記コールドトラップを常温に戻す工程と、前記主ポンプおよび前記真空槽を気密した状態で、前記コールドトラップ室に大気を導入する工程と、を備える請求項１３に記載の真空排気装置の使用方法。
    

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