JP2011163150A - 水素ガスの排気方法及び真空ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水素ガスの排気効率を向上させることができる水素ガスの排気方法及び真空ポンプ装置を提供する。
【解決手段】真空ポンプ装置Ｓは、主ポンプ１０、第２ブースターポンプ２７、及び第１ブースターポンプ５５が直列に接続されるとともに、排気通路での水素ガスの排気方向において第１ブースターポンプ５５及び第２ブースターポンプ２７が主ポンプ１０の上流側に配置されている。真空ポンプ装置Ｓの駆動中は、半導体製造装置からの水素ガスが最初に吸入される第１ブースターポンプ５５の排気口５６ｂに、導入口５６ｃ及び導入管７０を介して、水素ガスより粘性率の高い窒素ガスを供給し、この窒素ガスの粘性を利用して水素ガスの移送性を向上させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気通路での水素ガスの排気方向において副ポンプが主ポンプの上流側にある真空ポンプ装置による水素ガスの排気方法及び真空ポンプ装置に関する。

例えば、半導体製造装置においては、チャンバに反応ガスが導入されて、ＣＶＤやドライエッチングなどのプロセスが行われる。チャンバには真空ポンプが接続され、真空ポンプによりチャンバから水素ガス（プロセスガス）が吸引されて大気に排気されるようになっている。水素ガスを大気に排気する際、真空ポンプでは水素ガスの濃度が基準値以下に希釈されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

図４に示すように、特許文献１の燃焼式除害装置９０において、チャンバ９１には、プロセスガス吸気管９３を介して真空ポンプ９２が接続されるとともに、真空ポンプ９２にはプロセスガス排気管９４が接続されている。そして、真空ポンプ９２によりチャンバ９１から水素ガスが吸引されるようになっている。

また、プロセスガス排気管９４は、燃焼式除害装置９０の燃焼室９０ａに接続されている。燃焼室９０ａの外周には、希釈ガスとしての窒素ガスを輸送する窒素ガス配管９６が巻き付けられている。この窒素ガス配管９６は、窒素ガス分岐管９６ａ，９６ｂに分岐されている。一方の窒素ガス分岐管９６ａは真空ポンプ９２に接続されるとともに、他方の窒素ガス分岐管９６ｂはプロセスガス排気管９４の入口側に接続されている。

そして、窒素ガス配管９６に送出された窒素ガスは、燃焼室９０ａからの発熱により加熱され、加熱された窒素ガスの一部は、一方の窒素ガス分岐管９６ａを介して真空ポンプ９２内に送られる。そして、この窒素ガスにより、真空ポンプ９２内で水素ガスの濃度が基準値以下に希釈されるようになっている。

特開２００４−２００３６４号公報

ところが、水素ガスは粘性率が非常に低いガスであるため、真空ポンプ９２による水素ガスの移送性が悪く、真空ポンプ９２による水素ガスの排気効率が悪いという問題があった。特に、大容量の真空ポンプ（３０００ｍ^３／ｈ以上）の場合、真空ポンプ内部のクリアランスが増加するため、水素ガスの排気効率がより顕著に悪化していく。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、水素ガスの排気効率を向上させることができる水素ガスの排気方法及び真空ポンプ装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、水素ガスの排気通路上に設けられ、主ポンプ及び少なくとも１つの副ポンプが直列に接続されるとともに、前記排気通路での水素ガスの排気方向において前記副ポンプが前記主ポンプの上流側に配置された真空ポンプ装置による水素ガスの排気方法である。そして、前記真空ポンプ装置の駆動中は、前記排気通路の水素ガスが最初に吸入される副ポンプの排気領域に、前記水素ガスより粘性率の高い希釈ガスを供給し、該希釈ガスの粘性を利用して前記水素ガスの移送性を向上させる。

また、請求項５に記載の発明は、水素ガスの排気通路上に設けられ、主ポンプ及び少なくとも１つの副ポンプが直列に接続されるとともに、前記排気通路での水素ガスの排気方向において前記副ポンプが前記主ポンプの上流側に配置された真空ポンプ装置である。そして、真空ポンプ装置において、前記排気通路からの水素ガスが最初に吸入される副ポンプの排気領域に、前記水素ガスより粘性率の高い希釈ガスを供給する導入通路を連通させ、前記真空ポンプ装置の駆動中は前記導入通路を介して前記排気領域に前記希釈ガスが供給され、該希釈ガスの粘性を利用して前記水素ガスの移送性を向上させるように構成されている。

これによれば、排気通路の上流側で水素ガスに希釈ガスが混合され、この希釈ガスの粘性により、水素ガスと希釈ガスの混合ガスの粘性率を高めることができる。そして、水素ガスの排気方向において、排気通路における希釈ガスの供給位置より下流側では、粘性率の高められた混合ガスが移送されていくことになる。よって、希釈ガス供給後は、混合ガスの粘性率が高まることによって、水素ガスそのものの移送性が向上され、結果として、真空ポンプ装置における水素ガスの排気効率を向上させることができる。

また、前記排気領域への前記希釈ガスの供給量を、前記主ポンプ及び副ポンプの軸受周辺の保護のために供給される前記希釈ガスの供給量より多くしてもよい。
これによれば、軸受周辺への供給量より多い希釈ガスを排気領域へ供給することにより水素ガスの排気効率を向上させることができるとともに、希釈ガスにより軸受周辺を水素ガスから保護することができる。

また、前記主ポンプは、該主ポンプの回転軸の軸方向に沿って複数段のポンプ室が並設されるとともに前記主ポンプの前記水素ガスの吸入口側のポンプ室から排気口側のポンプ室へ向かうに従い前記ポンプ室の容積が同等以下となるように形成された多段式のポンプであり、前記排気領域への前記希釈ガスの供給量の上限を、前記排気口側に位置する最終段のポンプ室への前記希釈ガスの供給量としてもよい。

これによれば、希釈ガスの供給量の上限を設定することで、水素ガスの排気効率向上のために供給される希釈ガス量が過剰になり、水素ガスそのものの排気量が減ってしまうことを防止することができる。

また、前記排気領域への前記希釈ガスの供給量を、前記水素ガスが最初に吸入される前記副ポンプの排気領域たる排気口での希釈ガスの濃度が５％以上になるように設定してもよい。

これによれば、効率良く水素ガスの排気効率を向上させることができる。
また、真空ポンプ装置において、前記導入通路は、前記副ポンプのロータハウジングに設けられるものでもよい。これによれば、導入通路は、副ポンプのロータハウジングに形成される。したがって、簡単な構成で排気通路に希釈ガスを供給して、水素ガスの排気効率を向上させることができる。

本発明によれば、水素ガスの排気効率を向上させることができる。

実施形態の真空ポンプ装置を示す側断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 （ａ）は水素ガスに対する窒素ガスの混合比率と、混合ガスの粘性率との関係を示すグラフ、（ｂ）は排気口の窒素ガス濃度と圧力比との関係を示すグラフ（ｃ）は吸入口での水素ガス流量と圧力との関係を示すグラフ。 背景技術を示す模式図。

以下、本発明を具体化した真空ポンプ装置による水素ガスの排気方法及び真空ポンプ装置の一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。なお、本実施形態では、５０００ｍ
^３／ｈの排気速度を有する真空ポンプ装置に具体化して説明する。

図１に示すように、真空ポンプ装置Ｓは、半導体製造装置Ｈ（水素ガス発生源）からの排気通路上に設けられている。そして、真空ポンプ装置Ｓが、半導体製造装置ＨのチャンバＨａから水素ガス（プロセスガス）を吸引することにより、チャンバＨａの水素ガスが排気通路を介して大気に排気されるようになっている。

真空ポンプ装置Ｓが備える主ポンプ１０は、ルーツ型のポンプである。そして、主ポンプ１０において、ロータハウジング１１の一端にはフロントハウジング１２が連結されるとともに、ロータハウジング１１の他端にはリヤハウジング１３が連結されている。ロータハウジング１１、フロントハウジング１２及びリヤハウジング１３は、主ポンプ１０のポンプハウジングを構成する。

ロータハウジング１１内には複数の隔壁１４が設けられるとともに、フロントハウジング１２と隔壁１４との間、隣合う隔壁１４の間、及びリヤハウジング１３と隔壁１４との間には、それぞれ第１ポンプ室１５、第２ポンプ１６、第３ポンプ室１７、第４ポンプ室１８、及び第５ポンプ室１９が区画されている。第１〜第５ポンプ室１５〜１９は、容積がこの順に小さくなってゆくように形成されている。

また、ロータハウジング１１には、第１パージ口１１ａ、第２パージ口１１ｂ、及び第３パージ口１１ｃが形成されている。第１パージ口１１ａは第３ポンプ室１７に連通するように形成されるとともに、第２パージ口１１ｂは第４ポンプ室１８に連通するように形成されている。また、第３パージ口１１ｃは第５ポンプ室１９に連通するよう形成されている。第１パージ口１１ａには第１パージ分岐管４１ａが接続されるとともに、第２パージ口１１ｂには第２パージ分岐管４１ｂが接続されている。また、第３パージ口１１ｃには第３パージ分岐管４１ｃが接続されている。これら第１〜第３パージ分岐管４１ａ〜４１ｃは第１パージ管４２を介して窒素タンク４１に接続されている。この窒素タンク４１には、主ポンプ１０内で水素ガスを希釈するための窒素ガスが蓄えられている。第１パージ管４２上にはレギュレータＲ及びソレノイドバルブＶが設けられている。

第１パージ分岐管４１ａ上には第１逆止弁４２ａが設けられるとともに、第２パージ分岐管４１ｂ上には第２逆止弁４２ｂが設けられている。また、第３パージ分岐管４１ｃ上には第３逆止弁４２ｃが設けられている。第１〜第３逆止弁４２ａ〜４２ｃは、第３〜第５ポンプ室１７〜１９から窒素タンク４１への窒素ガスの逆流を阻止するようになっている。そして、第３〜第５ポンプ室１７〜１９には、水素ガスの希釈のために、窒素タンク４１の窒素ガスが、第１パージ管４２、第１〜第３パージ分岐管４１ａ〜４１ｃ、及び第１〜第３パージ口１１ａ〜１１ｃを介して供給可能になっている。

フロントハウジング１２とリヤハウジング１３とには回転軸２０が軸受Ｂｒを介して回転可能に支持されるとともに、フロントハウジング１２とリヤハウジング１３とには回転軸２１が軸受（図示せず）を介して回転可能に支持されている（図２参照）。リヤハウジング１３において軸受Ｂｒより第１〜第５ポンプ室１５〜１９側にはオイルシールＳｅが配設されている。また、互いに平行に配置された回転軸２０，２１は、各隔壁１４に通されている。そして、複数段の第１〜第５ポンプ室１５〜１９は、この順序で回転軸２０，２１の軸方向に沿って並設されている。

フロントハウジング１２には軸受Ｂｒ周辺へ窒素ガス（希釈ガス）を供給するための供給口１２ａが形成されるとともに、リヤハウジング１３には軸受Ｂｒ周辺（軸受Ｂｒ及びオイルシールＳｅ）へ窒素ガス（希釈ガス）を供給するための供給口１３ａが形成されている。供給口１２ａ，１３ａには供給管４３ａ，４３ｂが接続されている。そして、供給管４３ａ，４３ｂは第１パージ管４２を介して窒素タンク４１に接続されている。各供給管４３ａ，４３ｂ上には、軸受Ｂｒ周辺（軸受Ｂｒ及びオイルシールＳｅ）へ供給された窒素ガスの窒素タンク４１への逆流を阻止する逆止弁４４ａ，４４ｂが設けられている。

主ポンプ１０において、回転軸２０には複数のロータ２２が一体形成されるとともに、図２に示すように、回転軸２１には同数のロータ２３が一体形成されている。第１〜第５ポンプ室１５〜１９に収容された複数のロータ２２，２３は、回転軸２０，２１の軸方向に見て同形同大の形状をしている。図１に示すように、隣り合う第１〜第５ポンプ室１５〜１９は、隔壁１４内の管１４ａを介して連通している。主ポンプ１０において、リヤハウジング１３にはギヤハウジング２４が組み付けられるとともに、回転軸２０，２１は、リヤハウジング１３及びギヤハウジング２４を通されている。

また、図２に示すように、ギヤハウジング２４内の各回転軸２０，２１には歯車２５，２６が互いに噛合した状態で止着されている。ギヤハウジング２４には電動モータＭｏ（図１参照）が組み付けられている。回転軸２０は、電動モータＭｏによって図２の矢印Ｒ１の方向に回転される。回転軸２１は、歯車２５，２６を介して電動モータＭｏから駆動力を得ており、回転軸２１は、図２の矢印Ｒ２で示すように回転軸２０とは逆方向に回転する。

図１及び図２に示すように、ロータハウジング１１には吸入口１１ｅが第１ポンプ室１５に連通するように形成されるとともに、ロータハウジング１１には排気口１１ｆが第５ポンプ室１９に連通するように形成されている。そして、第１〜第５ポンプ室１５〜１９は、回転軸２０，２１の軸方向に沿って、吸入口１１ｅ側の第１ポンプ室１５から排気口１１ｆ側の第５ポンプ室１９へ向かうに従いポンプ室の容積が小さくなるように形成されている。

吸入口１１ｅから第１ポンプ室１５に導入された水素ガスは、第１ポンプ室１５から第２〜第５ポンプ室１６〜１９の順に隣りのポンプ室へ移送される。また、第３〜第５ポンプ室１７〜１９には、窒素タンク４１の窒素ガスが供給されるとともに、この窒素ガスにより水素ガスが基準濃度以下にまで希釈されるようになっている。

本実施形態では、真空ポンプ装置Ｓの駆動中、第３〜第５ポンプ室１７〜１９には、水素ガスの濃度に応じて、適宜設定された濃度の窒素ガスが供給されて水素ガスが希釈されるようになっている。所謂、窒素ガス（希釈ガス）による一般的な窒素パージが行われる。主ポンプ１０の最終段のポンプ室たる第５ポンプ室１９は、容積が最も小さく、第５ポンプ室１９へ移送された水素ガスの濃度は最も高くなる。このため、第５ポンプ室１９には、水素ガス希釈のための窒素ガスとしては、濃度範囲の中で最も高い濃度の窒素ガスが供給される可能性がある。そして、主ポンプ１０では、第１〜第５ポンプ室１５〜１９で希釈された水素ガスは、排気口１１ｆからロータハウジング１１外（大気）へ排出される。

図１に示すように、真空ポンプ装置Ｓは、副ポンプとしてルーツ型の第２ブースターポンプ２７を備える。第２ブースターポンプ２７において、ロータハウジング２９の一端にはフロントハウジング３０が連結されるとともに、ロータハウジング２９の他端にはリヤハウジング３１が連結されている。ロータハウジング２９、フロントハウジング３０及びリヤハウジング３１は、第２ブースターポンプ２７のポンプハウジングを構成する。

第２ブースターポンプ２７のロータハウジング２９内には単一のポンプ室３２が形成されている。図２に示すように、ポンプ室３２にはロータ３３，３４が互いに噛合した状態で収容されている。ロータ３３は、回転軸３５に一体形成されるとともに、ロータ３４は、回転軸３６に一体形成されている。図１に示すように、第２ブースターポンプ２７において、リヤハウジング３１にはギヤハウジング３７が組み付けられるとともに、回転軸３５，３６は、リヤハウジング３１及びギヤハウジング３７を通されている。

また、図２に示すように、ギヤハウジング３７内の各回転軸３５，３６には歯車３８，３９が互いに噛合した状態で止着されている。ギヤハウジング３７には電動モータＭ２（図１参照）が組み付けられている。そして、回転軸３５は、電動モータＭ２によって図２の矢印Ｒ３の方向に回転される。回転軸３６は、歯車３８，３９を介して電動モータＭ２から駆動力を得ており、回転軸３６は、図２の矢印Ｒ４で示すように回転軸３５とは逆方向に回転する。

図１に示すように、フロントハウジング３０とリヤハウジング３１とには回転軸３５が軸受Ｂｒを介して回転可能に支持されるとともに、回転軸３６が軸受（図示せず）を介して回転可能に支持されている（図２参照）。リヤハウジング３１において軸受Ｂｒよりポンプ室３２側にはオイルシールＳｅが配設されている。フロントハウジング３０には軸受Ｂｒ周辺へ窒素ガス（希釈ガス）を供給するための供給口３０ａが形成されるとともに、リヤハウジング３１には、軸受Ｂｒ周辺（軸受Ｂｒ及びオイルシールＳｅ）へ窒素ガスを供給するための供給口３１ａが形成されている。供給口３０ａ，３１ａには供給管４５ａ，４５ｂが接続されている。そして、供給管４５ａ，４５ｂは第２パージ管４６及び第１パージ管４２を介して窒素タンク４１に接続されている。各供給管４５ａ，４５ｂ上には、軸受Ｂｒ周辺（軸受Ｂｒ及びオイルシールＳｅ）へ供給された窒素ガスの窒素タンク４１への逆流を阻止する逆止弁４７ａ，４７ｂが設けられている。

第２ブースターポンプ２７において、ロータハウジング２９には吸入口２９ａ及び排気口２９ｂが形成されている。吸入口２９ａ及び排気口２９ｂは、ポンプ室３２に接続されている。また、第２ブースターポンプ２７の排気口２９ｂと、主ポンプ１０の吸入口１１ｅとは、第２排気管２８を介して連通している。

真空ポンプ装置Ｓは、副ポンプとしてルーツ型の第１ブースターポンプ５５を備える。第１ブースターポンプ５５において、ロータハウジング５６の一端にはフロントハウジング５７が連結されるとともに、ロータハウジング５６の他端にはリヤハウジング５８が連結されている。ロータハウジング５６、フロントハウジング５７及びリヤハウジング５８は、第１ブースターポンプ５５のポンプハウジングを構成する。

第１ブースターポンプ５５のロータハウジング５６内には単一のポンプ室５９が形成されている。図２に示すように、ポンプ室５９にはロータ６０，６１が互いに噛合した状態で収容されている。ロータ６０は、回転軸６２に一体形成されるとともに、ロータ６１は、回転軸６３に一体形成されている。図１に示すように、第１ブースターポンプ５５において、リヤハウジング５８にはギヤハウジング６４が組み付けられるとともに、回転軸６２，６３は、リヤハウジング５８及びギヤハウジング６４を通されている。

また、図２に示すように、ギヤハウジング６４内の各回転軸６２，６３には歯車６５，６６が互いに噛合した状態で止着されている。ギヤハウジング６４には電動モータＭ１（図１参照）が組み付けられている。そして、回転軸６２は、電動モータＭ１によって図２の矢印Ｒ５の方向に回転される。回転軸６３は、歯車６５，６６を介して電動モータＭ１から駆動力を得ており、回転軸６３は、図２の矢印Ｒ６で示すように回転軸６２とは逆方向に回転する。

図１に示すように、フロントハウジング５７とリヤハウジング５８とには回転軸６２が軸受Ｂｒを介して回転可能に支持されるとともに、回転軸６３が軸受（図示せず）を介して回転可能に支持されている（図２参照）。リヤハウジング５８において軸受Ｂｒよりポンプ室５９側にはオイルシールＳｅが配設されている。フロントハウジング５７には軸受Ｂｒ周辺へ窒素ガスを供給するための供給口５７ａが形成されるとともに、リヤハウジング５８には、軸受Ｂｒ周辺（軸受Ｂｒ及びオイルシールＳｅ）へ窒素ガスを供給するための供給口５８ａが形成されている。供給口５７ａ，５８ａには供給管４８ａ，４８ｂが接続されている。そして、供給管４８ａ，４８ｂは第３パージ管４９、第２パージ管４６、及び第１パージ管４２を介して窒素タンク４１に接続されている。各供給管４８ａ，４８ｂ上には、軸受Ｂｒ周辺（軸受Ｂｒ及びオイルシールＳｅ）へ供給された窒素ガスの窒素タンク４１への逆流を阻止する逆止弁５０ａ，５０ｂが設けられている。

第１ブースターポンプ５５において、ロータハウジング５６には吸入口５６ａ及び排気口５６ｂが形成されている。吸入口５６ａ及び排気口５６ｂは、ポンプ室５９に接続されている。第１ブースターポンプ５５の排気口５６ｂと第２ブースターポンプ２７の吸入口２９ａとは、第１排気管５１を介して連通している。

そして、上記構成の真空ポンプ装置Ｓでは、第１ブースターポンプ５５における電動モータＭ１が作動すると、ロータ６０，６１が回転し、半導体製造装置ＨのチャンバＨａ内の水素ガスが吸入口５６ａを経由してポンプ室５９へ吸入される。ポンプ室５９へ吸入された水素ガスは、ロータ６０，６１の回転によって、排気口５６ｂへ向けて移送されるとともに、排気口５６ｂから第１排気管５１へ排気される。

さらに、第２ブースターポンプ２７における電動モータＭ２の作動によるロータ３３，３４の回転によって、第１排気管５１の水素ガスが吸入口２９ａを経由してポンプ室３２へ吸入される。ポンプ室３２へ吸入された水素ガスは、ロータ３３，３４の回転によって、排気口２９ｂから第２排気管２８へ排気される。

さらに、主ポンプ１０における電動モータＭｏの作動によるロータ２２，２３の回転によって、第２排気管２８の水素ガスが吸入口１１ｅを経由して第１ポンプ室１５へ吸入される。第１ポンプ室１５へ吸入された水素ガスは、ロータ２２，２３の回転によって、第１〜第５ポンプ室１５〜１９を移送される。第３〜第５ポンプ室１７〜１９内での水素ガスの濃度に応じて適宜濃度設定された窒素ガスが供給されて、水素ガスが希釈された後、希釈後の水素ガスは第５ポンプ室１９から排気口１１ｆを経由してロータハウジング１１外（大気）へ排気される。

よって、本実施形態では、第１ブースターポンプ５５、第１排気管５１、第２ブースターポンプ２７、第２排気管２８、及び主ポンプ１０が排気通路を構成している。そして、半導体製造装置Ｈから排気された水素ガスは、真空ポンプ装置Ｓによって排気通路を排気方向へ流れて大気へ排気される。また、この排気通路では、第２ブースターポンプ２７は、主ポンプ１０に対して排気通路上で直列になるように、排気通路での水素ガスの排気方向において主ポンプ１０の上流側に配置された副ポンプである。また、第１ブースターポンプ５５は、第２ブースターポンプ２７に対して排気通路上で直列になるように、排気通路での水素ガスの排気方向において第２ブースターポンプ２７の上流側に配置された副ポンプである。また、第１ブースターポンプ５５は、半導体製造装置Ｈからの水素ガスが最初に吸入される副ポンプである。

真空ポンプ装置Ｓの駆動中、各軸受Ｂｒ周辺（軸受Ｂｒ及びオイルシールＳｅ）には、供給管４３ａ，４３ｂ，４５ａ，４５ｂ，４８ａ，４８ｂ及び供給口１２ａ，１３ａ，３０ａ，３１ａ，５７ａ，５８ａを介して窒素ガスが供給される。この窒素ガスの供給は、各軸受Ｂｒ周辺、すなわち各回転軸２０，２１，３５，３６，６２，６３の支持部及びオイルシールＳｅの周辺を水素ガスから保護することを目的としている。そして、本実施形態では、各軸受Ｂｒ周辺（軸受Ｂｒ及びオイルシールＳｅ）への窒素ガスの供給量は０．１ｓｌｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ＝１０^−３ｓｃｃｍ）に設定されている。

上記構成の真空ポンプ装置Ｓにおいて、図２に示すように、第１ブースターポンプ５５のロータハウジング５６には、導入口５６ｃが排気口５６ｂに連通するように形成されるとともに、この導入口５６ｃには導入管７０が接続されている。この導入管７０は窒素タンク４１に接続されている。そして、真空ポンプ装置Ｓの駆動中には、排気口５６ｂ内には、窒素タンク４１から窒素ガスが供給され、排気通路を流通する水素ガスに窒素ガスが供給されるようになっている。すなわち、排気通路での水素ガスの排気方向において、排気方向の上流側で水素ガスに窒素ガスが供給されるようになっている。本実施形態では、排気口５６ｂへの窒素ガスの供給量は２０ｓｌｍに設定されている。

ここで、第１ブースターポンプ５５において、ロータ６０，６１及びポンプ室５９内面によって区画された空間であり吸入口５６ａに連通する空間（吸入口５６ａを含む）を、第１ブースターポンプ５５の吸入空間Ｗ１とする。これに対し、ロータ６０，６１及びポンプ室５９内面によって区画された空間であり排気口５６ｂに連通する空間（排気口５６ｂを含む）を、第１ブースターポンプ５５の排気空間Ｗ２とする。さらに、第１排気管５１内は、排気口５６ｂに連通しているため、排気空間Ｗ２に連通している。また、第２ブースターポンプ２７において、ロータ３３，３４及びポンプ室３２内面によって区画された空間であり吸入口２９ａに連通する空間（吸入口２９ａを含む）を、第２ブースターポンプ２７の吸入空間Ｗ３とする。この吸入空間Ｗ３は、第１排気管５１を介して排気空間Ｗ２に連通している。そして、第１ブースターポンプ５５の排気空間Ｗ２、第１排気管５１内、及び第２ブースターポンプ２７の吸入空間Ｗ３は、同圧の第１ブースターポンプ５５の排気領域となっている。

したがって、本実施形態では、半導体製造装置Ｈ（水素ガス発生源）からの水素ガスが最初に吸気される第１ブースターポンプ５５（副ポンプ）において、その排気領域（排気口５６ｂ）には、導入管７０及び導入口５６ｃからなる導入通路が連通している。なお、導入管７０上には、排気口５６ｂへ供給された窒素ガスの窒素タンク４１への逆流を阻止する逆止弁７０ａが設けられている。

ここで、窒素ガスの粘性率は、０．００００１８Ｐａ・ｓであり、低粘性のガスである。また、水素ガスの粘性率は、０．０００００９Ｐａ・ｓである。すなわち、窒素ガスは水素ガスよりも粘性率が高くなっている。このため、一般に真空ポンプでは、粘性率の高い窒素ガスの方が水素ガスよりも移送性が高く、窒素ガスの方が水素ガスより排気しやすくなっている。そして、本実施形態では、粘性率の高い窒素ガスを、水素ガスに供給することにより、窒素ガスと水素ガスの混合ガスの粘性率を高め、排気通路で混合ガス中の水素ガスを移送しやすくしている。

また、本実施形態では、排気口５６ｂへの窒素ガスの供給量は、水素ガス希釈のために供給される、第３〜第５ポンプ室１７〜１９への窒素ガスの供給量より多くなるように設定される。なお、排気口５６ｂへの窒素ガスの供給量の上限は、第３〜第５ポンプ室１７〜１９へ供給される窒素ガスの供給量のうち、最終段の第５ポンプ室１９への供給量と同じになるように設定されている。また、排気口５６ｂへの窒素ガスの供給量は、各軸受Ｂｒ周辺への窒素ガスの供給量より多くなっている。

ここで、図３（ａ）のグラフに、水素ガスに対する窒素ガスの混合比率（窒素ガス／水素ガス）と、水素ガスと窒素ガスの混合ガスにおける粘性率の関係を示す。図３（ａ）のグラフでは、水素ガスに対する窒素ガスの混合比率（窒素ガス濃度）が高くなると、混合ガスの粘性率が高くなることが示されている。特に、混合比率が０％を越えた直後から２５％までは、粘性率が急激に高くなることが示され、２５％を越えてから６０％までは、粘性率が緩やかに高くなることが示されている。一方、混合比率が６０％を越えると、粘性率がほとんど上昇しないことが示されている。

本実施形態の真空ポンプ装置Ｓに図３（ａ）のグラフを当てはめると、混合ガスの混合比率が０％のときは、水素ガス１００％のときであり、真空ポンプ装置Ｓにおいては、第１ブースターポンプ５５の吸入口５６ａに、半導体製造装置Ｈからの水素ガスが吸入されたときのことである。そして、本実施形態では、導入通路を介して、第１ブースターポンプ５５の排気口５６ｂで、排気通路内の水素ガスに窒素ガスを供給し、排気通路で混合ガスの粘性率を高めるようにしている。このため、排気口５６ｂへの窒素ガスの供給量は、混合ガスの粘性率の高めるという目的から、吸入口５６ａでの水素ガス量に対し５〜６０％（排気口５６ｂでの混合ガスの窒素ガス濃度が５〜６０％）に設定されるのが好ましい。また、排気口５６ｂで水素ガスに供給される窒素ガスの量が多いと（窒素ガス濃度が高いと）、混合ガスにおける水素ガスの量が減ってしまい、真空ポンプ装置Ｓによる水素ガスの排気量が減ってしまう。また、排気口５６ｂで水素ガスに供給される窒素ガスの量が少ないと（窒素ガス濃度が低いと）、混合ガスの粘性率が低くなってしまう。このため、排気口５６ｂへの窒素ガスの供給量は、吸入口５６ａでの水素ガス量に対し１５〜２５％（排気口５６ｂでの窒素ガス濃度が１５〜２５％）に設定されるのがより好ましい。そして、粘性率を好適に高め、さらに、窒素ガスの供給量が過剰にならないようにするために、排気口５６ｂへの窒素ガスの供給量は、吸入口５６ａでの水素ガス量に対し２０％（排気口５６ｂでの窒素ガス濃度が２０％）に設定されるのが特に好ましい。

そして、本実施形態の真空ポンプ装置Ｓにおいては、その駆動中、導入通路及び排気口５６ｂを介して、排気通路を流通する水素ガスに窒素ガスが供給される。すると、排気通路の下流側では、粘性率の高められた混合ガスが移送されていく。

さらに、図３（ｂ）に、真空ポンプ装置Ｓによる水素ガス排気時と、窒素ガス排気時における、第１ブースターポンプ５５（最上段の副ポンプ）における排気口５６ｂの窒素ガス濃度（希釈ガス濃度）と圧力比の関係を示す。窒素ガス濃度５％の領域では、真空ポンプ装置Ｓの排気性能が水素ガスのみを排気した時に比べて約５０％改善されており、通常使用時を考慮すると、同出力の真空ポンプ装置Ｓの台数を半分にすることができるということが理解できる。また、窒素ガス濃度が１５％では、窒素ガスのみを排気した時と同等の圧力比（排気性能）に近づく。なお、窒素ガス濃度が２５％以上の領域では、圧力比は窒素ガス濃度が２０％の場合と同等であり、窒素ガス濃度が高くなるほど、真空ポンプ装置Ｓの消費電力が増加していくのみで、窒素ガス濃度を高めても排気性能を向上させる効果が薄まる。

ここで、図３（ｃ）に、真空ポンプ装置Ｓの第１ブースターポンプ５５における吸入口５６ａでの圧力と、吸入口５６ａでの水素ガスの流量との関係を表すグラフを示す。図３（ｃ）の破線のグラフに、排気口５６ｂに水素ガスの移送性を向上させるための窒素ガスを供給しなかった場合の、吸入口５６ａでの圧力と流量を示す。なお、軸受Ｂｒ周辺のみへは０．１ｓｌｍの窒素ガスが供給されているものとする。また、図３（ｃ）の実線のグラフに、排気口５６ｂに水素ガスの移送性を向上させるための窒素ガスを供給した場合の、吸入口５６ａでの圧力と流量を示す。なお、軸受Ｂｒ周辺にも０．１ｓｌｍの窒素ガスが供給されているものとする。図３（ｃ）の実線のグラフに示すように、排気口５６ｂに水素ガスの移送性を向上させるための窒素ガスを供給することにより、吸入口５６ａの圧力が低下するとともに、排気口５６ｂに水素ガスの移送性を向上させるための窒素ガスを供給しない場合と比べると、水素ガスの流量が増加していることが示された。吸入口５６ａでの水素ガス流量が増加することは、真空ポンプ装置Ｓによる水素ガスの吸引力が向上したことを示しており、結果として、水素ガスの排気効率が向上したことが示された。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、真空ポンプ装置Ｓの駆動中は、半導体製造装置Ｈからの水素ガスが最初に吸入される第１ブースターポンプ５５における排気口５６ｂに、窒素ガスを供給するようにした。このため、排気通路の上流側で水素ガスに窒素ガスが供給されることとなり、排気通路における窒素ガスの供給位置（排気口５６ｂ）より下流側では、粘性率の高められた混合ガスが移送されていくことになる。よって、窒素ガス供給後は、窒素ガスの粘性を利用して水素ガスの移送性を向上させることができ、真空ポンプ装置Ｓを用いた水素ガスの排気効率を向上させることができる。

（２）主ポンプ１０の第３〜第５ポンプ室１７〜１９には窒素ガスが供給されて、一般的な窒素パージによる水素ガスの希釈が行われる。本実施形態では、この窒素パージとは別に、排気通路の上流側で水素ガスに窒素ガスを供給することで、混合ガスの粘性率を高め、水素ガスの排気効率を向上させることができる。

（３）排気口５６ｂへの窒素ガスの供給量は、窒素パージによる第３〜第５ポンプ室１７〜１９への窒素ガスの供給量より多くなっている。すなわち、排気通路の上流側（排気口５６ｂ）で、敢えて窒素パージより多い量の窒素ガスを水素ガスに供給することで、水素ガスの希釈目的よりも水素ガスの排気効率の向上という目的を達成することができる。

（４）排気口５６ｂへの窒素ガスの供給量の上限を、窒素パージによる第５ポンプ室１９（最終段のポンプ室）への窒素ガスの供給量に設定した。第５ポンプ室１９への窒素ガスの供給量は、他の第３及び第４ポンプ室１７，１８への窒素ガスの供給量より多く、窒素パージに関して最大量になっている。よって、窒素ガスの供給量の上限を、第５ポンプ室１９への供給量に設定することで、水素ガスの排気効率向上のために供給される窒素ガス量が過剰になって水素ガスそのものの排気量が減ってしまうことを防止することができる。

（５）排気口５６ｂへの窒素ガスの供給量は、第１ブースターポンプ５５の吸入口５６ａでの水素ガス量の１５〜２５％（排気口５６ｂでの混合ガスの窒素ガス濃度１５〜２５％）に設定した。図３（ａ）のグラフに示すように、水素ガスに対する窒素ガスの供給量が０％を越えてから２５％に達するまでは、窒素ガスと水素ガスの粘性率が急激に上昇し、２５％を越えてからは粘性率は緩やかに上昇する。また、窒素ガスの供給量が０％を越えた直後では、混合ガスの粘性率が低く、２５％を越えてからは粘性率の上昇が緩やかである上、窒素ガスの供給量が多くなることになる。このため、窒素ガスの供給量は、吸入口５６ａでの水素ガス量の１５〜２５％に設定することで、過剰に窒素ガスを供給することなく混合ガスの粘性率を好適に向上させることができる。

（６）本実施形態では、第１ブースターポンプ５５における排気口５６ｂに、窒素ガスを供給するようにし、窒素ガスにより混合ガスの粘性率を高めて水素ガスの排気効率を向上させることができる。排気口５６ｂに供給される窒素ガスは、窒素タンク４１から供給されるが、窒素タンク４１は半導体製造装置Ｈを備える工場内では複数箇所に常備されているものである。したがって、水素ガスの排気効率を向上させるために、新たに装置を設けたりする必要がなく、安価で簡単に水素ガスの排気効率を向上させることができる。

（７）本実施形態では、第１ブースターポンプ５５における排気口５６ｂに、窒素ガスを供給するようにし、窒素ガスにより混合ガスの粘性率を高めて水素ガスの排気効率を向上させることができる。排気口５６ｂは、第１ブースターポンプ５５における排気領域であり、第１ブースターポンプ５５における吸入空間Ｗ１とは区画された領域である。したがって、水素ガス排気効率を向上させるために供給される窒素ガスが、吸入空間Ｗ１へ導出されて第１ブースターポンプ５５外へ排気されてしまうことを抑制して、排気通路での水素ガスに効率良く窒素ガスを供給することができる。

（８）水素ガスの排気効率を向上させるために排気通路に供給される窒素ガスは、第１ブースターポンプ５５の排気口５６ｂに連通する導入通路（導入口５６ｃ及び導入管７０）を介して供給される。導入口５６ｃは、ロータハウジング５６を孔加工するだけで形成することができ、その導入口５６ｃに導入管７０を接続するだけで導入通路が形成される。したがって、簡単な構成で排気通路に窒素ガスを供給して、水素ガスの排気効率を向上させることができる。

（９）軸受Ｂｒ周辺（軸受Ｂｒ及びオイルシールＳｅ）の保護のために用いられる希釈ガスと、混合ガスの粘性率を向上させるために用いられる希釈ガスは、同じ窒素ガスである。そして、窒素ガスは、窒素タンク４１から供給されるが、窒素タンク４１は半導体製造装置Ｈを備える工場内では複数箇所に常備されているものである。よって、例えば、軸受Ｂｒ周辺（軸受Ｂｒ及びオイルシールＳｅ）の保護用と、混合ガスの粘性率向上用とで用いる希釈ガスを変える場合と比べると、簡単に水素ガスの排気効率を向上させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 希釈ガスとして窒素ガスを排気口５６ｂに常時供給するようにしてもよい。また、混合ガスの粘性率を向上させ、水素ガスの排気効率を向上できるのであれば、希釈ガス（窒素ガス）は間欠的に供給してもよい。

○ 実施形態では、導入通路を第１ブースターポンプ５５の排気口５６ｂに連通させたが、導入通路を、ポンプ室５９の排気空間Ｗ２、第１排気管５１内、又は第２ブースターポンプ２７の吸入空間Ｗ３（吸入口２９ａ）に連通させてもよい。すなわち、導入通路を連通させる位置は、排気領域であれば如何なる位置でもよい。

○ 真空ポンプ装置Ｓにおいて、副ポンプは第１ブースターポンプ５５と第２ブースターポンプ２７の２つにしたが、１つだけでもよく、３つ以上でもよい。
○ 実施形態では、主ポンプ１０、第１ブースターポンプ５５、及び第２ブースターポンプ２７をルーツ型としたが、ポンプ形式は変更してもよい。

○ 実施形態では、主ポンプ１０を、第１〜第５ポンプ室１５〜１９までの５段式にしたが、主ポンプ１０のポンプ室の段数は１〜４段でもよいし、６段式以上でもよい。なお、この場合、複数段のポンプ室は、水素ガスの吸入口側のポンプ室から排気口側のポンプ室へ向かうに従いポンプ室の容積が同等以下となるように形成されている。

○ 実施形態では、真空ポンプ装置Ｓを５０００ｍ^３／ｈの排気速度を有する真空ポンプ装置Ｓに具体化して説明したが、真空ポンプ装置Ｓは３０００ｍ^３／ｈ以上の排気速度を有する真空ポンプ装置Ｓであってもよい。

○ 実施形態では、水素ガス発生源として半導体製造装置Ｈに具体化したが、水素ガス発生源は半導体製造装置Ｈに限定されず他の装置や他の発生源であってもよい。

Ｂｒ…軸受、Ｓ…真空ポンプ装置、１０…主ポンプ、１１ｅ…主ポンプの吸入口、１１ｆ…主ポンプの排気口、１５〜１９…第１〜第５ポンプ室、２０，２１…回転軸、２７…副ポンプとしての第２ブースターポンプ、５５…水素ガスが最初に吸入される副ポンプとしての第１ブースターポンプ、５６…ロータハウジング、５６ａ…水素ガスが最初に吸入される副ポンプの吸入口、５６ｂ…排気領域としての排気口。

Claims (6)

1. 水素ガスの排気通路上に設けられ、主ポンプ及び少なくとも１つの副ポンプが直列に接続されるとともに、前記排気通路での水素ガスの排気方向において前記副ポンプが前記主ポンプの上流側に配置された真空ポンプ装置による水素ガスの排気方法であって、
   前記真空ポンプ装置の駆動中は、前記排気通路の水素ガスが最初に吸入される副ポンプの排気領域に、前記水素ガスより粘性率の高い希釈ガスを供給し、該希釈ガスの粘性を利用して前記水素ガスの移送性を向上させることを特徴とした水素ガスの排気方法。
2. 前記排気領域への前記希釈ガスの供給量を、前記主ポンプ及び副ポンプの軸受周辺の保護のために供給される前記希釈ガスの供給量より多くしたことを特徴とする請求項１に記載の水素ガスの排気方法。
3. 前記主ポンプは、該主ポンプの回転軸の軸方向に沿って複数段のポンプ室が並設されるとともに前記主ポンプの前記水素ガスの吸入口側のポンプ室から排気口側のポンプ室へ向かうに従い前記ポンプ室の容積が同等以下となるように形成された多段式のポンプであり、前記排気領域への前記希釈ガスの供給量の上限を、前記排気口側に位置する最終段のポンプ室への前記希釈ガスの供給量としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水素ガスの排気方法。
4. 前記排気領域への前記希釈ガスの供給量を、前記水素ガスが最初に吸入される前記副ポンプの排気領域たる排気口での希釈ガスの濃度が５％以上になるように設定したことを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の水素ガスの排気方法。
5. 水素ガスの排気通路上に設けられ、主ポンプ及び少なくとも１つの副ポンプが直列に接続されるとともに、前記排気通路での水素ガスの排気方向において前記副ポンプが前記主ポンプの上流側に配置された真空ポンプ装置において、
   前記排気通路からの水素ガスが最初に吸入される副ポンプの排気領域に、前記水素ガスより粘性率の高い希釈ガスを供給する導入通路を連通させ、前記真空ポンプ装置の駆動中は前記導入通路を介して前記排気領域に前記希釈ガスが供給され、該希釈ガスの粘性を利用して前記水素ガスの移送性を向上させるように構成された真空ポンプ装置。
6. 前記導入通路は、前記副ポンプのロータハウジングに設けられる請求項５に記載の真空ポンプ装置。

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