JP2017031892A - 真空排気装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンス費用を削減しつつ、生産性の向上を図る。【解決手段】本発明の一形態に係る真空排気装置１は、多段式容積移送型のメインポンプ１０と、補助ポンプ装置２０と、バラストガス導入ライン３０と、逆止弁４０とを備える。メインポンプ１０は、吸気口１１ａと、排気口１１ｂと、吸気口１１ａと排気口１１ｂとの間に設けられた複数段の圧縮空間１３とを有する。補助ポンプ装置２０は、メインポンプ１０の中段又は最終段の圧縮空間１３（１３ｂ）に接続され、吸気口２０ａと排気口２０ｂとを有する。バラストガス導入ライン３０は、メインポンプ１０又は補助ポンプ装置２０に接続され、メインポンプ１０又は補助ポンプ装置２０にバラストガスを導入する。逆止弁４０は、メインポンプ１０の排気口１１ｂに接続された第１の流路１５に設けられ、メインポンプ１０側から大気側への方向を順方向とする。【選択図】図１

Description

本発明は、真空排気装置及びその運転方法に関する。

一般的に、半導体装置や液晶機器等を製造する際の排気プロセスには、ドライ真空ポンプと補助ポンプとを有する真空排気装置が用いられることが多い。

例えば、特許文献１には、多段式ルーツ型ドライ真空ポンプの最終段の排気空間に接続した副排気管に、当該ドライ真空ポンプよりも排気速度が小さい補助ポンプと、ドライ真空ポンプ側から大気側へのガスの流れのみを許容する逆止弁とを相互に並列に設け、補助ポンプをドライ真空ポンプと共に駆動させる真空排気装置が記載されている。

この構成によれば、排気空間の圧力は、補助ポンプの駆動により減圧され、最終段のロータの排気作用にかかる負担が大幅に軽減される。従って、モータの消費電力を従来よりも大幅に削減することができるものとしている。

特開２００８−００８３０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の真空排気装置をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置やＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置等の化学反応を利用した成膜装置の排気プロセスに適用すると、ドライ真空ポンプの耐久性が大幅に低下するという問題がある。これは、成膜時に排気されるガスに含まれる凝縮性の反応ガスが補助ポンプの排気口付近で固化、堆積し、これが原因で補助ポンプのポンプ性能が劣化してドライ真空ポンプの最終段の排気空間の圧力を上昇させ、最終的には当該最終段の排気口にまで反応性ガスの固化物が堆積するためである。このような状態になると、真空排気装置の運転停止を余儀なくされてしまうため生産性が低下し、さらにはドライ真空ポンプの高額なメンテナンス費用が発生するという問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、メンテナンス費用を削減しつつ、生産性の向上を図ることが可能な真空排気装置及びその運転方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空排気装置は、多段式容積移送型のメインポンプと、補助ポンプ装置と、バラストガス導入ラインと、逆止弁とを備える。
上記メインポンプは、吸気口と、排気口と、上記吸気口と上記排気口との間に設けられた複数段の圧縮空間とを有する。
上記補助ポンプ装置は、上記メインポンプの中段又は最終段の圧縮空間に接続され、吸気口と排気口とを有する。
上記バラストガス導入ラインは、上記メインポンプ又は上記補助ポンプ装置に接続され、上記メインポンプ又は上記補助ポンプ装置にバラストガスを導入する。
上記逆止弁は、上記メインポンプの排気口に接続された第１の流路に設けられ、上記メインポンプ側から大気側への方向を順方向とする。

上記真空排気装置においては、例えば起動開始直後のように最終段の圧縮空間が大気圧以上の場合には、メインポンプの排気口から逆止弁を介してガスが排出され、最終段の圧縮空間が大気圧未満の場合には、中段又は最終段の圧縮空間に接続された補助ポンプ装置を介してガスが排気される。これにより、メインポンプの消費電力の削減を図ることが可能となるとともに、到達真空度の向上を図ることが可能となる。

そして、上記真空排気装置においては、メインポンプ又は補助ポンプ装置にバラストガス導入ラインが接続されているため、バラストガスによりメインポンプ又は補助ポンプ装置内の凝縮性の反応ガスが希釈される。これにより、メインポンプ及び補助ポンプ装置内での反応ガスの凝縮固化および当該固化物の堆積が抑制されるので、耐久性の向上により生産性が向上し、さらには、メインポンプから当該固化物を取り除く作業が不要となるため、メンテナンス費用の削減を図ることが可能となる。

上記バラストガス導入ラインは、上記メインポンプの中段又は最終段の圧縮空間に接続されてもよい。
バラストガス導入ラインがメインポンプの中段又は最終段の圧縮空間に接続される場合は、最終段での反応ガスの滞留が抑制され、反応ガスが円滑に補助ポンプ装置に誘導される。これにより、メインポンプの最終段での凝縮性ガスの固体化と固化物の堆積を抑制することができる。

上記補助ポンプ装置は、上記補助ポンプ装置の吸気口と上記中段又は最終段の圧縮空間とを接続する第２の流路を含み、上記バラストガス導入ラインは、上記第２の流路に接続されてもよい。
バラストガス導入ラインの接続箇所を第２の流路とすることによっても、上述と同様の作用効果を得ることができる。また、メインポンプ及び補助ポンプ装置にバラストガスの導入口を設ける等の加工を施す必要がなくなるので、バラストガスを導入するための設計コストを削減することができる。

上記補助ポンプ装置は、上記メインポンプに接続された第１の補助ポンプと、第２の補助ポンプと、上記第１の補助ポンプと上記第２の補助ポンプとを互いに接続する第３の流路と、を含み、上記バラストガス導入ラインは、上記第３の流路に接続されてもよい。
バラストガス導入ラインが第３の流路に接続されることにより、バラストガスが第２の補助ポンプの吸気側およびそのポンプ室に導入される。これにより、第１の補助ポンプ及びこれよりも上流側のメインポンプの各圧縮空間の真空が保たれるため、メインポンプの良好なポンプ特性を長期にわたって維持することが可能となる。

この場合、補助ポンプ装置は、第３の補助ポンプと、上記第２の補助ポンプと上記第３の補助ポンプとを互いに接続する第４の流路と、をさらに含み、上記バラストガス導入ラインは、上記第４の流路に接続されてもよい。
バラストガス導入ラインが第４の流路に接続されることにより、バラストガスが第３の補助ポンプの吸気側およびそのポンプ室に導入される。これにより、メインポンプの良好なポンプ特性をさらに長期にわたって維持することが可能となる。

上記補助ポンプ装置は、上記補助ポンプ装置の排気口に取り付けられるフィルターを含んでもよい。
当該排気口にフィルターが取り付けられることにより、補助ポンプ装置から排気される反応ガスが浄化されるので、真空排気装置の運転時の環境負荷を低減することができる。補助ポンプ装置が複数の補助ポンプで構成される場合、上記フィルターは、最終段の補助ポンプの排気口に取り付けられる。

上記補助ポンプ装置は、排気ガスと直接接触する領域である接ガス領域を有し、上記補助ポンプ装置は、上記接ガス領域を上記排気ガス中の凝縮性反応ガスの固化温度よりも高い温度に加熱する加熱器を含んでもよい。
接ガス領域が反応ガスの固化温度より高い温度に加熱されることで、上記反応ガスを補助ポンプ装置内で固体化させずに排気することができる。

上記補助ポンプ装置は、ダイアフラムポンプであってもよい。
補助ポンプ装置がダイアフラムポンプである場合は、ダイアフラムポンプ内部で凝縮性ガスが固体化し、固化物が堆積したとしても安価な新しいダイアフラムポンプに交換するだけで真空排気装置を復旧させることができる。これにより、真空排気装置のメンテナンス費用を抑えることができる。

上記バラストガス導入ラインは、上記バラストガスを排気ガス中の凝縮性反応ガスの固化温度よりも高い温度に加熱する加熱器を含んでもよい。
バラストガスが反応ガスの固化温度よりも高い温度に加熱されることで、メインポンプ内での反応ガスの固体化と固化物の堆積を抑制することができる。

上記バラストガスには、典型的には、アルゴン等の希ガスあるいは窒素などの不活性ガスが用いられる。

上記真空排気装置は、上記補助ポンプ装置の排気口に接続され、排気ガス中の凝縮性反応ガスを固体化する回収装置をさらに具備してもよい。
回収装置が備えられることにより、上記反応ガスを外気に放出することなく効率的にトラップし、処理することができる。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空排気装置の運転方法は、
多段式容積移送型のメインポンプの吸気口から導入された流体を排気口側の最終段の圧縮空間まで圧縮しながら移送し、
上記メインポンプの中段又は最終段の圧縮空間に接続された補助ポンプ装置により上記圧縮空間を減圧し、
上記メインポンプ又は上記補助ポンプ装置に接続されたバラストガス導入ラインにより上記メインポンプ又は上記補助ポンプ装置にバラストガスを導入する。

本発明によれば、メンテナンス費用を削減しつつ、生産性の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る真空排気装置の構成を示す模式図である。 同本実施形態に係る成膜システムを示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る真空排気装置の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る真空排気装置の構成を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る真空排気装置の構成を示す模式図である。 本発明の真空排気装置に係るメインポンプの内部構成を示す概略断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、これに限定されるものではない。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る真空排気装置１の構成を示す模式図である。本実施形態に係る真空排気装置１は、図１に示すように、メインポンプ１０と、補助ポンプ装置２０と、バラストガス導入ライン３０と、逆止弁４０とを備える。なお、以下の図においてＸ、Ｙ及びＺ軸方向は相互に直交する３軸方向である。

メインポンプ１０は、多段式容積移送型のドライ真空ポンプであり、吸気口１１ａと、排気口１１ｂと、複数段の圧縮空間１３とを有する。

図１に示すように、吸気口１１ａおよび排気口１１ｂは、ケーシング１１に設けられ、それぞれ複数段の圧縮空間１３と連通する。複数段の圧縮空間１３は、ケーシング１１の内部空間であり、吸気口１１ａと排気口１１ｂとの間に設けられる。

本実施形態において、メインポンプ１０は、ルーツ型ドライ真空ポンプで構成される。すなわちメインポンプ１０は、Ｙ軸方向に相隣接して設けられた一対の回転軸１２ａと、一対の回転軸１２ａを相互に逆方向に回転させるモータ１４とを有する。一対の回転軸１２ａは、図６に示すように、その軸方向（Ｘ軸方向）に沿って複数の繭型のロータ１２をそれぞれ備え、Ｙ軸方向に対向した各ロータ１２の組が互いに僅かの隙間を保って逆方向に回転して排気ガスの吸入、排出を行う。メインポンプ１０は、例えば３段から６段（本例では６段）の圧縮空間１３（ポンプ室）を有し、各段の圧縮空間１３で順次ポンプ作用を行うことで、吸気口１１ａから吸入したガスを排気口１１ｂあるいは補助ポンプ装置２０から排出する。

図１に示すように、複数段の圧縮空間１３のうち、吸気口１１ａに連通する最上流側の圧縮空間１３を一段目の圧縮空間１３ａとし、排気口１１ｂに連通する最下流側の圧縮空間を最終段の圧縮空間１３ｂとする。また以下の説明では、一段目の圧縮空間１３ａと最終段の圧縮空間１３ｂとの間の圧縮空間を「中段の圧縮空間」ともいう。

本実施形態では、メインポンプ１０として、ルーツ型の多段式容積移送型のドライ真空ポンプが採用されるが、勿論これに限られず、クロー型やスクリュー型等の他の多段式容積移送型のドライ真空ポンプが採用されてもよい。

補助ポンプ装置２０は、メインポンプ１０の中段の圧縮空間１３又は最終段の圧縮空間１３ｂに接続され、好適には、図１に示すように最終段の圧縮空間１３ｂに接続され、最終段の圧縮空間１３ｂを排気することが可能に構成される。
なお、補助ポンプ装置２０が中段の圧縮空間１３に接続される場合、その接続箇所は特に限定されないが、典型的には、最終段の圧縮空間１３ｂより１つ上流側の圧縮空間１３を排気することが可能な位置に接続される。

補助ポンプ装置２０は、図１に示すように、吸気口２０ａと、排気口２０ｂと、吸気口２０ａとメインポンプ１０の最終段の圧縮空間１３ｂとを相互に接続する第２流路２１とを含む。本実施形態において、補助ポンプ装置２０は、単段（あるいは単一）の補助ポンプで構成される。

補助ポンプ装置２０の排気口２０ｂには、同図に示すように、フィルターＦが取り付けられることができ、さらに排気口２０ｂに接続された配管等の流路Ｐを介して回収装置Ｒ（水冷クーラ等）と接続されることもできる。また、補助ポンプ装置２０は、排気ガスと直接接触する領域である接ガス領域を加熱する加熱器（図示しない）を備えることもできる。当該加熱器は、排気ガス中の凝縮性反応ガスの固化温度よりも高い温度に上記接ガス領域を加熱することが可能に構成される。なお、これらフィルターＦ、回収装置Ｒ及び上記加熱器は、必要に応じて省略されてもよい。

補助ポンプ装置２０は、メインポンプ１０よりも排気速度あるいは排気量が小さい適宜の真空ポンプで構成される。補助ポンプ装置２０には、ダイアフラムポンプが採用されるが、これに限定されず、例えば、ゲーテポンプ、ベーンポンプ、ピストンポンプ、又はスクロールポンプ等が採用されてもよい。補助ポンプ装置２０としてダイアフラムポンプが採用されることにより、比較的安価に補助ポンプ装置２０を構成することが可能となる。

本実施形態に係るバラストガス導入ライン３０は、メインポンプ１０に接続される。具体的には、メインポンプ１０の中段の圧縮空間１３又は最終段の圧縮空間１３ｂに接続され、好適には、図１に示すように、最終段の圧縮空間１３ｂにバラストガスを導入可能に接続される。
なお、バラストガス導入ライン３０が中段の圧縮空間１３に接続される場合、その接続箇所は特に限定されないが、最終段の圧縮空間１３ｂより１つ上流側の圧縮空間１３にバラストガスを導入することが可能な位置に接続される。

本実施形態に係るバラストガス導入ライン３０は、図１に示すように、バラストガスをメインポンプ１０内に導入するための導入路３１と、バラストガス供給源３２と、バラストガスを所定の温度に加熱する加熱器３３から構成される。ここで、本実施形態においては、導入路３１は、メインポンプ１０の最終段の圧縮空間１３ｂに接続される。加熱器３３は、排気ガス中の凝縮性反応ガスの固化温度よりも高い温度にバラストガスを加熱するように構成される。なお、加熱器３３は必要に応じて省略されてもよい。

バラストガスとしては、典型的には、窒素（Ｎ₂）ガスが用いられるが、これに限られず、アルゴンやドライエア等の不活性ガスが用いられてもよい。バラストガスを不活性ガスにすることにより、真空排気装置１に導入される反応ガスと反応させずに当該ガスを希釈して、反応ガスの固体化と固化物の堆積を抑制することができる。

逆止弁４０は、図１に示すように、メインポンプ１０の排気口１１ｂに接続された第１の流路１５に設けられる。ここで、逆止弁４０は、メインポンプ１０側から大気側への方向を順方向としている。本実施形態に係る逆止弁４０は、メインポンプ１０の背圧（最終段の圧縮空間１３ｂの圧力）が大気圧以上の時に開弁するように構成される。

逆止弁４０は、メインポンプ１０の排気口１１ｂと一体的に設けられてもよい。この場合、第１の流路１５は、最終段の圧縮空間１３ｂと排気口１１ｂとを連絡するようにケーシング１１に形成された通路で構成される。

図２は、本実施形態に係る成膜システム１００を示す模式図である。図２に示すように、成膜システム１００は、成膜装置１１０と、コントローラ１２０と、真空排気装置１とを有する。

成膜装置１１０は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置やＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置等の成膜装置であり、図２に示すように、真空チャンバＶＣと成膜ガス導入ラインＬから構成される。

真空チャンバＶＣの内部は、真空排気装置１の吸気口１１ａと連通するように接続される。また、真空チャンバＶＣ内には、基板（図示しない）が配置され、当該基板上に成膜処理を施す際には、真空チャンバＶＣ内に成膜ガス導入ラインＬから成膜ガスが導入される。成膜ガスとしては、原料ガス、あるいはそれとアルゴンとの混合ガス等が真空チャンバＶＣ内に導入される。

成膜プロセス時、真空チャンバＶＣ内の反応ガス（あるいは反応後の生成ガス）は、真空排気装置１により排気される。反応ガスは、成膜すべき材料や成膜条件等に応じて選択され、例えば、ＮＨ_４Ｃｌガス、（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６ガス、ＡｌＣｌ_３ガス、ＴａＦ_５ガス、Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４ガス、Ａｌ（ＯＣ_３Ｈ_５）_３ガス、ＭｏＦ_６ガス、ＳｉＣｌ_４ガス、ＳｉＦ_４ガス、ＷＦ_６ガス等の凝縮性ガスが挙げられるが、勿論これらに限られない。これら凝縮性の反応ガスには、典型的には、大気圧以上の圧力で凝縮固化するガス、あるいは所定温度以下で凝縮固化するガス等が含まれる。

コントローラ１２０は、成膜ガス導入ラインＬと、補助ポンプ装置２０と、バラストガス導入ライン３０とを制御するように構成される。

例えば、成膜ガス導入ラインＬを制御する場合は、成膜ガス供給源Ｓから供給される成膜ガスの流量や、温度、反応ガスの濃度、さらには、真空チャンバＶＣへ成膜ガスを導入するタイミング等が制御される。

補助ポンプ装置２０を制御する場合は、例えば、補助ポンプ装置２０の回転数が制御される。これにより、補助ポンプ装置２０の吸引力あるいは排気速度が制御される。これにより、補助ポンプ装置２０と接続するメインポンプ１０の背圧が制御される。

バラストガス導入ライン３０を制御する場合は、例えば、メインポンプ１０内に導入するバラストガスの流量が制御される。特に、バラストガスの流量をメインポンプ１０の排気速度以下に制御することにより、メインポンプ１０の内圧を過剰に上昇させすぎずに、メインポンプ１０内での反応ガスの滞留を防ぐことができる。これにより、メインポンプ１０のポンプ性能の低下を抑制しつつ、反応ガスを固体化させずに、円滑に反応ガスを補助ポンプ装置２０に誘導することができる。

また、コントローラ１２０は、バラストガス導入ライン３０に係るバラストガスの流量だけではなく、バラストガスの温度を制御し、更には、メインポンプ１０にバラストガスを導入するタイミング等を制御する。

バラストガスの温度制御に際しては、典型的には、バラストガス導入ライン３０が備える加熱器３３が制御される。また、バラストガスの導入制御は、例えば、成膜装置１１０における成膜開始から成膜終了までの間にわたりメインポンプ１０に反応ガスを導入するように制御される。なお、コントローラ１２０は、成膜装置１１０と別に構成される場合に限られず、成膜装置１１０の一部として構成されてもよい。

補助ポンプ装置２０に導かれた反応ガスは排気口２０ｂから排気され、図１及び図２に示すように、排気口２０ｂと配管等の流路Ｐを介して接続されている回収装置Ｒに移送されることができる。そして、排気ガスに含まれる凝縮性反応ガスが回収装置Ｒにより固体化された後、その固化物が回収される。これにより、真空排気装置１から上記反応ガスを外気に放出することなく効率的にトラップし、処理することができる。

次に、真空排気装置１の作用について説明する。

本実施形態に係る真空排気装置１の吸気口１１ａは、図２に示すように、ＣＶＤ装置やＡＬＤ装置等の真空チャンバＶＣと連通するように接続される。そして、モータ１４の駆動により、メインポンプ１０の運転が開始される。

メインポンプ１０の運転開始により、真空チャンバＶＣが排気され、吸気口１１ａと連通する一段目の圧縮空間１３ａに真空チャンバＶＣからの排気ガスが導入される。そして、当該排気ガスが一段目の圧縮空間１３ａから最終段の圧縮空間１３ｂに向かって順次圧縮されながら移送される。真空チャンバＶＣ内は最初、大気圧であるため、最終段の圧縮空間１３ｂに移送された排気ガスは大気圧より大きい圧力を有する。したがって、最終段の圧縮空間１３ａに移送された排気ガスは、第１流路１５から逆止弁４０を開弁させて大気に吐出される。このような状態は、メインポンプ１０の背圧（排気口１１ｂからの排気圧）が大気圧以下になるまで継続される。

補助ポンプ装置２０は、典型的には、メインポンプ１０と同時に起動されるが、これに限られず、メインポンプ１０の背圧が大気圧以下に低下した時点で起動されてもよい。

メインポンプ１０の背圧が大気圧以下となると、真空チャンバＶＣからの排気ガスは、メインポンプ１０と接続している補助ポンプ装置２０により優先的に排気される。これにより、メインポンプ１０内（すなわち最終段の圧縮空間１３ｂ）が大気圧より低い圧力に減圧される。

以上のように本実施形態の真空排気装置１においては、例えば起動開始直後のように最終段の圧縮空間１３ｂが大気圧以上の場合には、メインポンプ１０の排気口１１ｂから逆止弁４０を介してガスが排出され、最終段の圧縮空間が大気圧未満の場合には、最終段の圧縮空間１３ｂに接続された補助ポンプ装置２０を介してガスが排気される。これにより、メインポンプ１０の消費電力の削減を図ることが可能となるとともに、真空チャンバＶＣの到達真空度の向上を図ることが可能となる。

一方、真空チャンバＶＣが目標とする成膜圧力にまで排気された後、成膜装置１１０による成膜処理が実施される。具体的には、成膜ガス導入ラインＬから真空チャンバＶＣ内へ成膜ガスが導入され、所定の成膜処理が実施される。

成膜処理が実施されている間においても、真空排気装置１による真空チャンバＶＣの排気動作が継続される。このとき排気ガスは、補助ポンプ装置２０を介して外気へ排出されることになる。したがって、真空排気装置１の最終段のポンプ室に相当する補助ポンプ装置２０の内部及びその排気口２０ｂは、大気圧以上に加圧されることになるため、当該部位において反応ガスの凝縮固化およびその固化物の堆積が誘発される。その結果、補助ポンプ装置２０のポンプ性能が劣化し、メインポンプ１０の最終段の圧縮空間１３ｂの真空度が低下すると、これが原因で、当該圧縮空間１３ｂにおける反応物の固化、堆積が生じるおそれがある。

このような問題を解消するため、本実施形態では、成膜処理の実行中、バラストガス導入ライン３０を介してバラストガスがメインポンプ１０の圧縮空間１３に導入される。バラストガスの導入により、メインポンプ１０内の反応ガスが希釈され、メインポンプ１０及び補助ポンプ装置２０内での凝縮性ガスの固体化と固化物の堆積が抑制される。これにより、メインポンプ１０及び補助ポンプ装置２０の耐久性が向上し、成膜装置１１０の生産性を高めることができる。さらには、メインポンプ１０から当該固化物を取り除く作業が不要となるため、メンテナンス費用の削減を図ることが可能となる。

また、本実施形態のバラストガス導入ライン３０によれば、加熱器３３でバラストガスを排気ガス中の反応ガスの固化温度よりも高い温度に加熱することができる。これにより、排気ガス中の反応ガスの温度を上昇させて、メインポンプ１０内での反応ガスの固体化と固化物の堆積を抑制することができる。この方法によれば、反応ガスを希釈するというよりはむしろ、反応ガスを加熱してその凝縮を抑制することを目的としている。したがって、メインポンプ１０の仕様、運転条件によっては（圧縮空間１３（１３ｂ）の体積、圧力等によっては）、バラストガスの導入量を、無加熱のバラストガスを導入する場合よりも低減することが可能となるため、真空排気装置１の運転コストが低減されるとともに、メインポンプ１０の背圧上昇に伴う排気効率の低下も抑えることが可能となる。

一方、補助ポンプ装置２０に関しては、反応性ガスの固化物の堆積による性能の劣化を完全に防止することはできないが、補助ポンプ装置２０に比較的安価なダイアフラムポンプが用いられているため、交換に要する費用も抑えられる。
なお、ダイアフラムポンプをメインポンプ１０の補助ポンプとして用いた場合、メインポンプ１０に当該補助ポンプが接続されていない場合と比較して、メインポンプ１０の寿命が約８倍延びることが、本発明者らの実験により確認されている。このことから、ダイアフラムポンプの交換コストは発生するものの、成膜装置１１０の生産性や上述のメインポンプ１０のメンテナンスコスト等を考慮すると十分に採算がとれるものとなるため、補助ポンプの要交換コストは、実施する上で支障となることはないといえる。

さらに本実施形態によれば、補助ポンプ装置２０の運転条件により、メインポンプ１０の最終段の圧縮空間１３ｂの温度を制御することができる。例えば、補助ポンプ装置２０の吸引力が低く設定されれば、メインポンプ１０の背圧が上昇し、これに伴う圧縮熱によってメインポンプ１０内の温度が上昇する。これにより、メインポンプ１０に導入された反応ガスの温度が上昇するので、メインポンプ１０内での反応ガスの固化、堆積が抑制される。

さらに、補助ポンプ装置２０は加熱機（図示しない）により、接ガス領域が凝縮性ガスの固化温度よりも高い温度に加熱されることができる。これにより、接ガス領域を経由する反応ガスをその固化温度より高い温度に加熱することができる。よって、補助ポンプ装置２０の内部における反応ガスの固化、堆積が抑制され、補助ポンプ装置２０の寿命を延ばすことが可能となる。

また、補助ポンプ装置２０の接ガス領域が加熱されるということは、補助ポンプ装置２０が局所的に加熱されるということであるので、補助ポンプ装置２０全体の過度の加熱を回避することができる。よって、加熱に伴うエネルギー消費量を軽減することができるだけでなく、補助ポンプ装置２０の熱損傷を防ぐこともできる。

加えて、補助ポンプ装置２０は、上述のとおり、排気口２０ｂにフィルターＦが取り付けられることができる（図１参照）。これにより、補助ポンプ装置２０から排気される反応ガスが浄化されるので、真空排気装置１の運転時の環境負荷を低減することができる。補助ポンプ装置２０に備えられるフィルターの種類は、特に限定されないが、典型的には活性炭フィルターである。

＜第２の実施形態＞
図３は、本実施形態に係る真空排気装置２００の構成を示す模式図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。

本実施形態に係る真空排気装置２００は、図３に示すように、メインポンプ１０と、補助ポンプ装置２０と、バラストガス導入ライン３０とを有する。

上述の第１の実施形態と異なる点は次の通りである。即ち第１の実施形態では、バラストガス導入ライン３０は、メインポンプ１０に接続される。これに対し、本実施形態に係る真空排気装置２００は、図３に示すように、バラストガス導入ライン３０は、補助ポンプ装置２０の吸気口２０ａとメインポンプ１０の最終段の圧縮空間１３ｂとを接続する第２流路２１に接続される。

バラストガス導入ライン３０が第２流路２１に接続されることにより、バラストガスが第２流路２１を介して、メインポンプ１０内と補助ポンプ装置２０内にバラストガスが導入されることになる。メインポンプ１０にバラストガスが導入されると、メインポンプ１０の背圧が上昇し、これに伴う圧縮熱によってメインポンプ１０内の温度が上昇する。これにより、メインポンプ１０に導入された反応ガスの温度が上昇するので、メインポンプ１０内での凝縮性ガスの固体化と固化物の堆積が抑制される。

従って、真空排気装置２００は、メンテナンスされる上で、排気ガス中の反応ガスの固化物を取り除くためにメインポンプ１０を分解して洗浄し、再び組み直す工程が不要となる。これにより、メンテナンス費用を安価とすることができる。

また、補助ポンプ装置２０にバラストガスが導入されると、補助ポンプ装置２０に導入された反応ガスが希釈されるので、補助ポンプ装置２０の内部での反応ガスの固化とその固化物の堆積が抑制される。また、補助ポンプ装置２０内で反応ガスの滞留を防ぎ、反応ガスを固体化させずに補助ポンプ装置２０から排気することもできる。たとえ、補助ポンプ装置２０の内部で反応ガスが固体化し、固化物が堆積したとしても安価な新しいダイアフラムポンプに交換するだけで真空排気装置２００を復旧させることができる。これにより、真空排気装置２００のメンテナンス費用を抑えることができる。

さらに、バラストガス導入ライン３０の接続箇所を第２流路２１とすることにより、メインポンプ１０及び補助ポンプ装置２０にバラストガスの導入口を設ける等の加工を施す必要がなくなる。従って、バラストガスを導入するための設計コストや加工コストをカットすることもできる。

以上のことから、バラストガス導入ライン３０が第２流路２１と接続する構成である本実施形態の真空排気装置２００においても、上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることが可能となる。

＜第３の実施形態＞
図４は、本実施形態に係る真空排気装置３００の構成を示す模式図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。

本実施形態に係る真空排気装置３００は、図４に示すように、メインポンプ１０と、補助ポンプ装置３１０と、バラストガス導入ライン３０とを有する。メインポンプ１０、バラストガス導入ライン３０は、上述の第１の実施形態と同様の構成を有する。

上述の第１の実施形態と異なる点は次の通りである。即ち第１の実施形態では、補助ポンプ装置２０が、単一のダイアフラムポンプから構成され、バラストガス導入ライン３０がメインポンプ１０に接続される。
これに対し、本実施形態に係る真空排気装置３００においては、図４に示すように、補助ポンプ装置３１０が互いに直列に接続された２つの補助ポンプ（第１の補助ポンプ２２１および第２の補助ポンプ２２２）と、これら２つの補助ポンプ２２１，２２２を互いに接続する第３流路２３とを含む。そして、バラストガス導入ライン３０が第３流路２３に接続される。第１および第２の補助ポンプ２２１，２２２は、典型的には、いずれもダイアフラムポンプで構成される。

バラストガス導入ライン３０が第３流路２３に接続されることにより、バラストガスが第１の補助ポンプ２２１の排気口と第２の補助ポンプ２２２の吸気口との間に導入される。これにより、第２の補助ポンプ２２２に導入される排気ガス中の反応ガスが希釈されるので、第２の補助ポンプ２２２の内部での反応ガスの固化とその固化物の堆積が抑制される。また、たとえ、第２の補助ポンプ２２２の内部で反応ガスの固化物が堆積したとしても、第２の補助ポンプ２２２を新しいダイアフラムポンプに交換するだけで真空排気装置３００を復旧させることができる。これにより、成膜装置１１０の生産性が高められるとともに、真空排気装置３００のメンテナンス費用を抑えることができる。

また、バラストガスを第２の補助ポンプ２２２内に導入することにより、第２の補助ポンプ２２２よりも上流側（第１の補助ポンプ２２１、第２の流路２１、メインポンプ１０の最終段の圧縮空間１３ｂ）の真空度が高まり、バラストガスの導入に伴う真空排気装置３００全体の排気効率に対する影響を最小限に抑えることができる。また、上記上流側の排気経路の真空度が維持されるため、当該排気経路への反応ガスの凝縮、付着が阻止される。

以上のように本実施形態によれば、真空排気装置３００全体の耐久性が高まるため、成膜装置１１０の生産性を向上させつつ、メンテナンスコストの低減を図ることが可能となる。

＜第４の実施形態＞
図５は、本実施形態に係る真空排気装置４００の構成を示す模式図である。以下、第３の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略又は簡略化する。

本実施形態に係る真空排気装置４００は、図５に示すように、メインポンプ１０と、補助ポンプ装置３１０と、バラストガス導入ライン３０とを有する。メインポンプ１０、バラストガス導入ライン３０は、上述の第１の実施形態と同様の構成を有する。

本実施形態に係る真空排気装置４００においては、図５に示すように、補助ポンプ装置３１０が第３の補助ポンプ２２３と、第２の補助ポンプ２２２と第３の補助ポンプ２２３とを互いに接続する第４の流路２４とをさらに有し、バラストガス導入ライン３０が第４の流路２４に接続されている点で、第３の実施形態と異なる。第３の補助ポンプ２２３は、典型的には、第１および第２の補助ポンプ２２１，２２２と同様に、ダイアフラムポンプで構成される。

バラストガス導入ライン３０が第４流路２４に接続されることにより、バラストガスが第２の補助ポンプ２２２の排気口と第３の補助ポンプ２２３の吸気口との間に導入される。これにより、第３の補助ポンプ２２３に導入される排気ガス中の反応ガスが希釈されるので、第３の補助ポンプ２２３の内部での反応ガスの固化及びその固化物の堆積が抑制される。また、たとえ、第３の補助ポンプ２２３の内部で反応ガスの固化物が堆積したとしても、第３の補助ポンプ２２３を新しいダイアフラムポンプに交換するだけで真空排気装置４００を復旧させることができる。これにより、成膜装置１１０の生産性が高められるとともに、真空排気装置４００のメンテナンス費用を抑えることができる。

また、バラストガスを第３の補助ポンプ２２３内に導入することにより、第３の補助ポンプ２２３よりも上流側（第２の補助ポンプ２２２、第１の補助ポンプ２２１、第２の流路２１、メインポンプ１０の最終段の圧縮空間１３ｂ）の真空度が高まり、バラストガスの導入に伴う真空排気装置４００全体の排気効率に対する影響を最小限に抑えることができる。また、上記上流側の排気経路の真空度が維持されるため、当該排気経路への反応ガスの凝縮、付着が阻止される。

以上のように本実施形態によれば、真空排気装置４００全体の耐久性が高まるため、成膜装置１１０の生産性を向上させつつ、メンテナンスコストの低減を図ることが可能となる。補助ポンプ装置３１０を構成する補助ポンプの数は、４台以上であってもよい。補助ポンプの数が多いほど、メインポンプ１０の背圧は低く抑えることができるため、反応ガスの固化物の堆積からメインポンプ１０をより効果的に保護することが可能となる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、成膜システム１００における真空排気系に本発明を適用した例について説明したが、勿論これに限られず、例えばエッチングシステムのように凝縮性の反応ガスを用いる基板処理プロセス（ハードプロセス）における真空排気系にも、本発明は同様に適用可能である。

また、以上の第１の実施形態では、バラストガス導入ライン３０をメインポンプ１０の中段又は最終段の圧縮空間１３，１３ｂに接続する例について説明したが、その接続方法の他の一例として、バラストガス導入ラインが第１の流路１５に接続されてもよい。

さらに、本発明に係る真空排気装置は、ターボ分子ポンプやクライオポンプ等の高真空排気ポンプの後段に接続される補助排気システムとして適用されることも可能である。

１，２００，３００，４００・・・真空排気装置
１０・・・メインポンプ
１３・・・圧縮空間
１５・・・第１流路
２０，３１０・・・補助ポンプ装置
２１・・・第２流路
２３・・・第３流路
２４・・・第４流路
３０・・・バラストガス導入ライン
４０・・・逆止弁
２２１・・・第１の補助ポンプ
２２２・・・第２の補助ポンプ
２２３・・・第３の補助ポンプ

Claims (12)

1. 吸気口と、排気口と、前記吸気口と前記排気口との間に設けられた複数段の圧縮空間とを有する多段式容積移送型のメインポンプと、
   前記メインポンプの中段又は最終段の圧縮空間に接続され、吸気口と排気口とを有する補助ポンプ装置と、
   前記メインポンプ又は前記補助ポンプ装置に接続され、前記メインポンプ又は前記補助ポンプ装置にバラストガスを導入するバラストガス導入ラインと、
   前記メインポンプの排気口に接続された第１の流路に設けられ、前記メインポンプ側から大気側への方向を順方向とする逆止弁と
   を具備する
   真空排気装置。
2. 請求項１に記載の真空排気装置であって、
   前記バラストガス導入ラインは、前記メインポンプの中段又は最終段の圧縮空間に接続される
   真空排気装置。
3. 請求項１に記載の真空排気装置であって、
   前記補助ポンプ装置は、前記補助ポンプ装置の吸気口と前記中段又は最終段の圧縮空間とを接続する第２の流路を含み、
   前記バラストガス導入ラインは、前記第２の流路に接続される
   真空排気装置。
4. 請求項１に記載の真空排気装置であって、
   前記補助ポンプ装置は、
   前記メインポンプに接続された第１の補助ポンプと、
   第２の補助ポンプと、
   前記第１の補助ポンプと前記第２の補助ポンプとを互いに接続する第３の流路と、を含み、
   前記バラストガス導入ラインは、前記第３の流路に接続される
   真空排気装置。
5. 請求項４に記載の真空排気装置であって、
   記補助ポンプ装置は、
   第３の補助ポンプと、
   前記第２の補助ポンプと前記第３の補助ポンプとを互いに接続する第４の流路と、をさらに含み、
   前記バラストガス導入ラインは、前記第４の流路に接続される
   真空排気装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一つに記載の真空排気装置であって、
   前記補助ポンプ装置は、前記補助ポンプ装置の排気口に取り付けられるフィルターを含む
   真空排気装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一つに記載の真空排気装置であって、
   前記補助ポンプ装置は、排気ガスと直接接触する領域である接ガス領域を有し、
   前記補助ポンプ装置は、前記接ガス領域を前記排気ガス中の凝縮性反応ガスの固化温度よりも高い温度に加熱する加熱器を含む
   真空排気装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一つに記載の真空排気装置であって、
   前記補助ポンプ装置は、ダイアフラムポンプである
   真空排気装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一つに記載の真空排気装置であって、
   前記バラストガス導入ラインは、前記バラストガスを排気ガス中の凝縮性反応ガスの固化温度よりも高い温度に加熱する加熱器を含む
   真空排気装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか一つに記載の真空排気装置であって、
    前記バラストガスは、不活性ガスである
    真空排気装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の真空排気装置であって、
    前記補助ポンプ装置の排気口に接続され、排気ガス中の凝縮性反応ガスを固体化する回収装置をさらに具備する
    真空排気装置。
12. 多段式容積移送型のメインポンプの吸気口から導入された流体を排気口側の最終段の圧縮空間まで圧縮しながら移送し、
    前記メインポンプの中段又は最終段の圧縮空間に接続された補助ポンプ装置により前記圧縮空間を減圧し、
    前記メインポンプ又は前記補助ポンプ装置に接続されたバラストガス導入ラインにより前記メインポンプ又は前記補助ポンプ装置にバラストガスを導入する
    真空排気装置の運転方法。

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