JP2023143517A - 真空排気システム、真空ポンプ及び真空ポンプのクリーニング方法 - Google Patents

真空排気システム、真空ポンプ及び真空ポンプのクリーニング方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ドライポンプが停止し、堆積部が真空ポンプのガス流路を塞いで再起動が不能になった停止状態からの復帰を容易に行わせることができる真空排気システム、真空ポンプ及び真空ポンプのクリーニング方法を提供する。【解決手段】凝縮性ガス又は酸化粉塵を含むプロセスガスを排気する真空ポンプと、前記プロセスガスの堆積物が堆積し、停止状態の前記真空ポンプのガス流路に、前記真空ポンプの通常運転時の温度と略等しい温度に昇温するための高温の不活性ガスを導入して、前記真空ポンプが起動できるように前記ガス流路を拡張させる第１の不活性ガス導入ユニットと、クリーニング材料を前記ガス流路に導入して、前記堆積物を除去するクリーニング材料導入ユニットと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、真空排気システム、真空ポンプ及び真空ポンプのクリーニング方法に関するものである。
例えば、半導体製造処理プロセスでは、半導体や絶縁体、金属膜等を、半導体ウエハ上に堆積させ、化学気相反応を利用して成膜するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やドライエッチング処理が行われ、プロセスチャンバにおいて、例えばシラン(ＳｉＨ４)ガス等、各種のガスが使用されている。そして、プロセスチャンバから排出された使用済みのガスは、ドライポンプ等で吸引して、更にガス排気配管を介して除害装置に導入され、その除害装置で除害処理が行われている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１で知られるドライポンプは、特許文献１で使用している符号を用いて使用して説明すると、複数個のポンプ室２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆを有するポンプケーシング２３と、該ポンプ室２２ａ～２２ｆ内にそれぞれ配設されるロータ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆと、これらのロータ２４ａ～２４ｆが各々一体的に固設され、これらのロータ２４ａ～２４ｆを一体に回転させる１対の回転軸２５ａ、２５ｂと、この一対の回転軸２５ａ、２５ｂを同期回転させるための一対のギア２６ａ、２６ｂと、この一対のギア２６ａ、２６ｂを介して回転軸２５ａ、２５ｂを回転させるための回転駆動機構としてのモータ２７と、ポンプケーシング２３に回転軸２５ａ、２５ｂをそれぞれ軸支する軸受２８ａ、２８ａ、２８ｂ、２８ｂと、を有している。
このようなドライポンプは、該ドライポンプの内部に残留するガスが、膜や粉として固形化されて堆積物（主にＳｉＯ２：シリカ）となり、この堆積物が短期間（２～３ヶ月）でドライポンプの内部に付着し、運転不具合を発生させる。
また、メンテナンスやそれ以外の事情でドライポンプを一時的に停止させると、ロータ２４ａ～２４ｆがロックしてしまい再起動が不能になることがある。これは、運転時はポンプ室２２ａ～２２ｆが高温になり、ポンプ室２２ａ～２２ｆが拡がることと、回転軸がスラスト方向に変位することに関係する。これらのことを想定して、ポンプ停止時には、ロータの両側面とポンプ室の両側内面との間のギャップが、片側（左側）が広がり、もう片側（右側）が狭くなるように設計しているためであり、停止時における片側のギャップは数１０～数１００μｍ程度に設計されている。そのため、ドライポンプを停止させると、回転軸によるスラスト方向の変位がなくなるとともに高温状態にあったポンプが冷やされて、ロータの両側面とポンプ室の両側内面との間のギャップが狭まり、その間に堆積している堆積物が詰まって固化し、ロータ２４ａ～２４ｆの再起動を妨げる。
特許第６４１８８３８号公報
上述したように、従来のドライポンプは、ドライポンプの内部に残留するガスの一部が膜や粉として固形化され、堆積物となってドライポンプの内部に付着し、運転不具合を発生させる問題点があった。
さらに、メンテナンスやそれ以外の事情でドライポンプを一時的に停止させると、ロータがロックしてしまい再起動が不能になることが多発しているという問題点があった。そのため、短期間（例えば、２～３ヶ月）でのオーバーホール（例えば、分解掃除及び内部洗浄など）が必要となり、生産性を低下させる要因の一つになっている。また、一度、ロータのロックが生じると、そのロック状態を解除するまでの作業時間を長く必要とし、作業性が悪いという問題点があった。
そこで、ドライポンプが停止し、堆積部が真空ポンプのガス流路を塞いで再起動が不能になった停止状態からの復帰を容易に行わせることができる真空排気システム、真空ポンプ及び真空ポンプのクリーニング方法を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載の発明は、凝縮性ガス又は酸化粉塵を含むプロセスガスを排気する真空ポンプと、前記プロセスガスの堆積物が堆積し、停止状態の前記真空ポンプのガス流路に、前記真空ポンプの通常運転時の温度と略等しい温度に昇温するための高温の不活性ガスを導入して、前記真空ポンプが起動できるように前記ガス流路を拡張させる第１の不活性ガス導入ユニットと、クリーニング材料を前記ガス流路に導入して、前記堆積物を除去するクリーニング材料導入ユニットと、を備えている真空排気システムを提供する。
この構成によれば、プロセスガスの堆積物が原因で真空ポンプのロータがロックされ、真空ポンプが停止した状態から再起動できないとき、真空ポンプのガス流路に、真空ポンプが通常運転時の温度と略等しい温度まで昇温させることができる高温の不活性ガスを導入する。そして、高温の不活性ガスの導入で真空ポンプ内の温度を通常運転時の温度と略等しい温度に戻し、真空ポンプ内に付着している堆積物を昇温された熱により溶かしてロータのロックを解除する。そして、ロータのロックが解除されて、該ロータが回転できる状態で、ガス流路にプロセスガスと反応するクリーニング材料を導入してガス流路内の堆積物を除去すると、真空ポンプ内の堆積物をより速く、かつ綺麗に除去することができる。これにより、メンテナンス等を短時間で綺麗に終え、再稼働が可能になる。ここでの通常運転時の温度と略等しい温度とは、真空ポンプ内に付着している堆積物を溶かしてロータのロックを解除可能な温度範囲である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記第１の不活性ガス導入ユニットは、前記ガス流路の略中間に前記不活性ガスを導入する、真空排気システムを提供する。
この構成によれば、真空ポンプを通常運転時の温度と略等しい温度まで昇温させることができる高温の不活性ガスを、ガス流路の略中間に導入している。これは、ガス流路の略中間でなく、ガス流路の一番端の入口から一番端の出口に向かって不活性ガスを導入すると、一番端の入口側でのポンプ室は高温の不活性ガスの熱で通常運転時の温度まですぐに昇温するが、入口から最も遠い出口側のポンプ室に不活性ガスが届くまでには冷えて、通常運転時の温度まで昇温させるのに時間がかかる。これをガス流路の略中間の位置から導入すると、不活性ガスの熱は中間の位置から入口側と出口側の両方に伝達されて、入口側と出口側の両方のポンプ室を同時に略同じ温度まで昇温できる。これにより、真空ポンプ内の堆積物をより速く、かつ綺麗に除去してメンテナンス作業等を終えることができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、前記真空ポンプのシール部を保護するために不活性ガスを前記ガス流路に導入する第２の不活性ガス導入ユニットをさらに備え、前記第１の不活性ガス導入ユニットが前記不活性ガスを導入する位置と前記第２の不活性ガス導入ユニットが前記ガス流路に導入する位置は、同一である、真空排気システムを提供する。
この構成によれば、第２の不活性ガス導入ユニットがシール用の不活性ガスを導入している入口を使用して、第１の不活性ガス導入ユニットが高温の不活性ガスをガス流路に導入するので、第１の不活性ガス導入ユニットが高温の不活性ガスをガス流路に導入するための新たな入口を設ける必要が無くなり、構造の簡略化が可能になる。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに１項に記載の構成において、前記真空ポンプは、容積式真空ポンプである、真空ポンプを提供する。
この構成によれば、ポンプ内の堆積物をより速く、かつ綺麗に除去してメンテナンス作業等を終えることができる、容積式真空ポンプの実現が可能になる。
請求項５に記載の発明は、凝縮性ガス又は酸化粉塵を含むプロセスガスを排気する真空ポンプのクリーニング方法であって、前記プロセスガスの堆積物が堆積し、停止状態の前記真空ポンプのガス流路に、前記真空ポンプの通常運転時の温度と略等しい温度に昇温するための高温の不活性ガスを導入して、前記ポンプが起動できるように前記ガス流路を拡張させるステップと、クリーニング材料を前記ガス流路に導入して、前記堆積物を除去するステップと、を含む、真空ポンプのクリーニング方法を提供する。
この方法によれば、プロセスガスの堆積物が原因で真空ポンプのロータがロックされ、真空ポンプが停止した状態から再起動できないとき、真空ポンプのガス流路に、真空ポンプが通常運転時の温度と略等しい温度まで昇温させることができる高温の不活性ガスを導入する。そして、高温の不活性ガスの導入で真空ポンプ内の温度を通常運転時の温度と略等しい温度に戻し、真空ポンプ内に付着している堆積物を昇温された熱により溶かしてロータのロックを解除する。そして、ロータが回転できる状態で、ガス流路にプロセスガスと反応するクリーニング材料を導入して堆積物を除去するので、真空ポンプ内の堆積物をより速く、かつ綺麗に除去してメンテナンス等を終えることができる。また、ここでの通常運転時の温度と略等しい温度とは、真空ポンプ内に付着している堆積物を溶かしてロータのロックを解除可能な温度範囲である。
請求項６に記載の発明は、凝縮性ガス又は酸化粉塵を含むプロセスガスを排気する真空ポンプのクリーニング方法であって、前記真空ポンプの停止前に、前記真空ポンプ内のガス流路に前記プロセスガスと反応するクリーニング材料を導入し、前記プロセスガスによる堆積物を除去するステップを含む、真空ポンプのクリーニング方法を提供する。
この方法によれば、真空ポンプが停止する前に、真空ポンプのガス流路に、プロセスガスと反応するクリーニング材料を導入して、真空ポンプ内に付着している堆積物を事前に除去するので、真空ポンプの運転を停止させることなく、真空ポンプ内の堆積物を速く、かつ綺麗に除去できる。したがって、この真空ポンプのクリーニング方法では、真空ポンプを停止させることなく、真空ポンプ内の堆積物の除去を行うことができるので、生産性の向上に寄与する。
本発明によれば、プロセスガスの堆積部が原因で真空ポンプのロータがロックされ、真空ポンプが停止した状態から再起動できないとき、真空ポンプのガス流路に、真空ポンプが通常運転時の温度と略等しい温度まで昇温させることができる高温の不活性ガスを導入して真空ポンプ内の温度を通常運転時の温度に戻し、真空ポンプ内に付着している堆積物を高温の熱で溶かしてロータのロックを解除し、ロータが回転できる状態で、ガス流路にプロセスガスと反応するクリーニング材料を導入してガス流路内の堆積物を除去するので、真空ポンプ内の堆積物をより速く、かつ綺麗に除去することができる。これにより、メンテナンス等を短時間で綺麗に終えることができる。
本発明の実施形態による第１実施例としての半導体製造処理プロセスにおける排ガス処理装置の概略全体構成を示すブロック図である。 同上排ガス処理装置におけるドライポンプの内部構造を模式的に示す概略側面断面図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 ＮＦ３のプラズマによって固体のＳｉＯ２が気体のＳｉＦ４に変化してドライポンプから排出されていく様子を示している一データ一例の図である。 第２実施例としての同上排ガス処理装置における他のドライポンプの内部構造を模式的に示す概略側断面図である。 図５のＢ－Ｂ線断面図である。 制御装置におけるメンテナンス判断基準の一例を示す図である。
本発明は、ドライポンプが停止し、堆積部が真空ポンプのガス流路を塞いで再起動が不能になった停止状態からの復帰を容易に行わせることができる真空排気システム、真空ポンプ及び真空ポンプのクリーニング方法を提供するという目的を達成するために、凝縮性ガス又は酸化粉塵を含むプロセスガスを排気する真空ポンプと、前記プロセスガスの堆積物が前記真空ポンプのガス流路を塞いだ停止状態の前記真空ポンプのガス流路に、前記真空ポンプの通常運転時における前記ガス流路内の温度と略等しい高温の不活性ガスを導入して、前記真空ポンプが起動できるように前記ガス流路を拡張させる第１の不活性ガス導入ユニットと、前記プロセスガスと反応するクリーニング材料を前記ガス流路に導入して、前記堆積物を除去するクリーニング材料導入ユニットと、を備えている構成とすることにより実現した。
以下、本発明の実施形態に係る一実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。
また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。
また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。
また、以下の説明において、上下や左右等の方向を示す表現は、絶対的なものではなく、本発明の真空排気システムの各部が描かれている姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。また、実施例の説明の全体を通じて同じ要素には同じ符号を付している。
図１乃至図３は、本発明の実施形態による１実施例としての半導体製造処理プロセスにおける排ガス処理装置を示すもので、図１は排ガス処理装置の概略全体構成を示すブロック図、図２は排ガス処理装置におけるドライポンプ１７の内部構造を模式的に示す概略側面断面図、図３は図２のＡ－Ａ線断面図である。
まず、排ガス処理装置における全体の概略構成について、図１を主に用い説明する。また、ドライポンプ１７の内部構造としては、図２及び図３を一部用いて説明する。図１に示すように、排ガス処理装置は、制御装置１０内のプログラムにより予め決められた手順に従って制御される。プロセスチャンバ１１の内部には、半導体ウエハ１２が収納され、ガス供給配管１３を通じてプロセス処理のためのプロセスガス、及び、クリーニング処理のためのクリーニングガスがそれぞれ供給されるようになっている。そして、プロセスチャンバ１１よりガス配管１４を介して真空ポンプとしてのドライポンプ１７が接続されており、プロセスチャンバ１１はドライポンプ１７の駆動により高真空にまで減圧されるようになっている。
すなわち、前記プロセスチャンバ１１の内部で処理済みとなった、凝縮性ガス又は酸化粉塵を含むプロセスガス、例えばシラン(ＳｉＨ４)ガス等のプロセスガス及びＣｌＦ３(三フッ化塩素)、ＮＦ３(三フッ化窒素)、ＨＣｌ(塩化水素)等のクリーニングガス(以下、これらプロセスガス及びクリーニングガスを総称して「使用済みのガスＧ１」という)は、ガス配管１４を通って下流のドライポンプ１７に導入される。
そのドライポンプ１７の内部構造は、図２及び図３に示している。そのドライポンプ１７では、プロセスチャンバ１１からの使用済みのガスＧ１を、ガス導入口１７ａよりドライポンプ１７の内部に吸引して取り入れ、その使用済みのガスＧ１をドライポンプ１７内部で６段階に徐々に加圧する、すなわち第１段目ポンプ室２２ａ、第２段目ポンプ室２２ｂ、第３段目ポンプ室２２ｃ、第４段目ポンプ室２２ｄ、第５段目ポンプ室２２ｅ、第６段目ポンプ室２２ｆの順に通して、徐々に加圧するようになっている。
また、図１に示すように、そのドライポンプ１７内で大気圧付近まで加圧された使用済みのガスＧ１は、ガス排出口１７ｂよりガス排気配管１８内に排出され、そのガス排気配管１８から除害装置１９に送られ、その除害装置１９で無害化された後に大気中に排出されるようになっている。したがって、そのガス排気配管１８の一端側はドライポンプ１７のガス排出口１７ｂに接続され、他端側は除害装置１９のガス導入口１９ａに接続されている。
また、ドライポンプ１７には、ドライポンプ１７の停止後、例えばドライポンプ１７内に残留するガスや付着した堆積物（主にＳｉＯ２）によって、図２に示すロータ（２４ａ～２４ｆ）がロックしてしまい、ドライポンプ１７の再起動ができなくなったときに、ドライポンプ１７内の温度を通常運転時の温度と略等しい温度（１００℃～１９０℃）まで昇温させることができる高温（例えば、４００℃）の不活性ガスＧ２（ホットＮ２等）を導入する再起動材料供給配管２１ａと、再起動後にクリーニング材料Ｇ４であるＮＦ３プラズマを導入するプラズマ供給配管２１ｂと、が接続されている。
再起動材料供給配管２１ａは、一端側が第１の不活性ガス導入ユニット２０ａに接続され、他端側が再起動材料導入口１７ｃに開閉弁３１ａを介して接続されている。再起動材料導入口１７ｃは、図２に示すように、複数個(本実施例では６個)のポンプ室２２ａ～２２ｆの中、途中のポンプ室、本実施例では第３段目ポンプ室２２ｃの箇所に対応して、ポンプケーシング２３に設けている。その再起動材料供給配管２１ａからは、開閉弁３１ａの開閉により、第１の不活性ガス導入ユニット２０ａから送られて来る、高温（例えば、４００℃）の不活性ガスＧ２（ホットＮ２等）が、ドライポンプ１７内に導入されるようになっている。開閉弁３１ａの開閉制御は、制御装置１０の制御により行われる。すなわち、開閉弁３１ａが開のときには、高温の不活性ガスＧ２が再起動材料導入口１７ｃよりポンプケーシング２３内に入る。そして、高温の不活性ガスＧ２が再起動材料導入口１７ｃよりポンプケーシング２３内に一定時間（例えば、約２時間）送り込まれると、ポンプケーシング２３内がドライポンプ１７の運転中と略同じ高温の温度となり、ロータ２４ａ～２４ｆの両側面とポンプ室２２ａ～２２ｆの両側内面との間のギャップが拡がり、ロータ２４ａ～２４ｆのロックが解除されて、ドライポンプ１７の運転再起動が可能になる。
次に、ドライポンプ１７の運転状態における、ポンプケーシング２３内のクリーニング方法について説明する。
プラズマ供給配管２１ｂは、図１に示すように、一端側が開閉弁３１ｂ及びガス配管１４を介してポンプケーシング２３のガス導入口１７ａに接続され、他端側はクリーニング材料供給ユニット３０に接続されている。クリーニング材料供給ユニット３０は、ドライポンプ１７の再起動後に開とされる開閉弁３１ｂを介して、ドライポンプ１７内をクリーニングするクリーニング材料Ｇ４であるＮＦ３プラズマ（Ｆラジカル）がガス導入口１７ａを通してポンプケーシング２３内に供給するようになっている。クリーニング材料Ｇ４としては、ＮＦ３プラズマ（Ｆラジカル）の他に、プラズマ（Ｆラジカル）ＨＦ（フッ化水素）、水蒸気、塩化ケイ素等も含まれる。開閉弁３１ｂの開閉制御は、制御装置１０の制御により行われる。すなわち、開閉弁３１ｂが開のときには、クリーニング材料供給ユニット３０からのクリーニング材料Ｇ４が、ガス導入口１７ａを通してポンプケーシング２３内に入るようになっている。
なお、クリーニング材料Ｇ４は、ドライポンプ１７が再起動した後に、ポンプケーシング２３内に流される。そして、ＮＦ３プラズマであるクリーニング材料Ｇ４がポンプケーシング２３内に流されると、生成物がプラズマ内のＦラジカルと反応し、ガスとなって放出され、ドライポンプ１７内の堆積物がほぼ消滅する。そして、ガスとなって放出されたドライポンプ１７内の堆積物は、ガス排出口１７ｂからガス排気配管１８内に流し、除害装置１９内に送り込むことができるようになっている。
次に、図２及び図３を用いては、ドライポンプ１７の内部構造をさらに説明する。図２及び図３に示すドライポンプ１７は、容積式真空ポンプであり、複数個(本実施例では６個)のポンプ室、すなわち第１段目ポンプ室２２ａ、第２段目ポンプ室２２ｂ、第３段目ポンプ室２２ｃ、第４段目ポンプ室２２ｄ、第５段目ポンプ室２２ｅ、第６段目ポンプ室２２ｆを有するポンプケーシング２３と、該ポンプ室２２ａ～２２ｆ内にそれぞれ配設されるロータ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆと、これらのロータ２４ａ～２４ｆが一体的に固設され、これらのロータ２４ａ～２４ｆを各々一体に回転させる１対の回転軸２５ａ、２５ｂと、この一対の回転軸２５ａ、２５ｂを同期回転させるための一対のギア２６ａ、２６ｂと、この一対のギア２６ａ、２６ｂを介して回転軸２５ａ、２５ｂを回転させるための回転駆動機構としてのモータ２７と、ポンプケーシング２３に回転軸２５ａ、２５ｂをそれぞれ軸支する軸受２８ａ、２８ａ、２８ｂ、２８ｂと、を有する。
また、前記ポンプケーシング２３は、図示しないが組立性を考慮して、複数個のステータ２３ａを順に軸方向に積層配置することにより形成されている。さらに、前記ポンプケーシング２３は、図３に示すように、回転軸２５ａ、２５ｂに対して直角に断面された形状が、概略長方形をした状態に形成されている。
次に、このように構成された排ガス処理装置の作用を説明する。まず、ドライポンプ１７を作動させる場合、制御装置１０の始動指令によりドライポンプ１７が作動されると、モータ２７も駆動されて、モータ２７により回転軸２５ａが回転する。このとき、回転軸２５ａと平行に配置されている回転軸２５ｂは、ギア２６ａ、２６ｂの噛み合わせにより同期回転するようになっており、回転軸２５ａとは反対向きに回転軸２５ｂが回転する。
また、それら回転軸２５ａ、２５ｂの回転により、回転軸２５ａに一体的に固設されたロータ２４ａ～２４ｆと、回転軸２５ｂに一体的に固設されたロータ２４ａ～２４ｆとが、ポンプ室２２ａ～２２ｆ内において、互いに逆回転する。なお、図示していないが、本実施例における回転軸２５ａ、２５ｂにそれぞれ取り付けられているロータ２４ａ～２４ｆは、繭型のルーツロータであり、互いに非接触にて微小な隙間を維持しつつ９０°の位相差をもって同期回転する。
これにより、真空対象空間に連通されるガス導入口１７ａから、第１段目ポンプ室２２ａに使用済みのガスＧ１が吸引される。この後、第１段目ポンプ室２２ａから第２段目ポンプ室２２ｂ、第３段目ポンプ室２２ｃ、第４段目ポンプ室２２ｄ、第５段目ポンプ室２２ｅ、第６段目ポンプ室２２ｆへと順番に使用済みのガスＧ１が吸引されて、最終的に、使用済みのガスＧ１が第６段目ポンプ室２２ｆのガス排出口１７ｂと連通しているガス排気配管１８を介してドライポンプ１７から排出され、真空対象空間が真空状態となる。
このとき、使用済みのガスＧ１はそれぞれのポンプ室２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆにおいて圧縮されながら排出されていくので、使用済みのガスＧ１の温度が上昇するとともに、ポンプケーシング２３の温度も上昇する。なお、ポンプ室２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆのうち、吸入側と吐出側における使用済みのガスＧ１の圧力の差が大きい第６段目ポンプ室２２ｆの吐出側において、最も使用済みのガスＧ１の温度が高くなる。ここでの使用済みのガスＧ１の温度は、例えば１５０～２００℃程度の比較的高い温度とされる。
また、第６段目ポンプ室２２ｆより排出された使用済みのガスＧ１は、ガス排気配管１８を通って数ｍ先にある除害装置１９に向かう。
ところで、本実施例のようなドライポンプ１７では、ドライポンプ１７の内部に残留するガスが、膜や粉として固形化されて堆積物（主にＳｉＯ２：シリカ）となり、この堆積物が短期間（２～３ヶ月）でドライポンプの内部に付着し、運転不具合を発生させる。また、メンテナンスやそれ以外の事情でドライポンプ１７を一時的に停止させると、ロータ２４ａ～２４ｆがロックしてしまい再起動が不能になることがある。これは、前述したように、ロータ２４ａ～２４ｆと固定側であるポンプ室２２ａ～２２ｆの内壁面とのギャップを、運転時はポンプ室２２ａ～２２ｆが高温になって、ポンプ室２２ａ～２２ｆが拡がること等を想定して、ポンプ停止時にはロータ２４ａ～２４ｆの両側面とポンプ室２２ａ～２２ｆの両側内面との間のギャップが、片側（左側）が広がり、もう片側（右側）が狭くなるように設計しているためであり、停止時における片側のギャップは数１０～数１００μｍ程度に設計されている。
そこで、ドライポンプ１７を停止して、再起動しようとしたときに、ロータ２４ａ～２４ｆとポンプ室２２ａ～２２ｆの内壁面とのギャップが堆積物で詰まり、ロータ２４ａ～２４ｆがロックされてしまった場合には、制御装置１０を介して開閉弁３１ａを開にし、第１の不活性ガス導入ユニット２０ａから略４００℃の高温の不活性ガスＧ２を、再起動材料導入口１７ｃよりポンプケーシング２３内に略数時間（例えば２時間程度）送り込む。ここでは、再起動材料導入口１７ｃは、第４段目ポンプ室２２ｄに設けられていて、略４００℃の高温の不活性ガスＧ２は、第４段目ポンプ室２２ｄからポンプケーシング２３内に導入され、これが第３段目ポンプ室２２ｃ、第２段目ポンプ室２２ｂ、第１段目ポンプ室２２ａ及び第５段目ポンプ室２２ｅ、第６段目ポンプ室２２ｆと、ガス導入口１７ａ側とガス排出口１７ｂ側の両方に向かって広がり、ポンプケーシング２３内の全体を高速、かつ高温に加熱する。この加熱により、ポンプケーシング２３内の温度がドライポンプ１７の運転中と略同じ高温の温度（略１５０℃～２００℃）となり、ロータ２４ａ～２４ｆの両側面とポンプ室２２ａ～２２ｆの両側内面との間のギャップが拡がるとともに堆積物が溶かされ、ロータ２４ａ～２４ｆのロックが解除されてドライポンプ１７の運転再起動が可能になる。すなわち、ここでの処理は、高温の不活性ガスＧ２を導入して、ポンプケーシング２３内の温度をドライポンプ１７の通常運転時の温度と略等しい温度に加熱し、ドライポンプ１７が起動できるようにガス流路を拡張させるステップある。なお、ポンプケーシング２３内に導入された不活性ガスＧ２は、ガス排気配管１８に流され、除害装置１９内に送り込まれる。また、本実施例では、ポンプケーシング２３内に送り込む不活性ガスＧ２の温度は、ポンプケーシング２３内に導入される前の供給管内での温度低下を見越して、略４００℃であり、ポンプケーシング２３を加熱する温度は略１５０℃～２００℃としているが、ポンプケーシング２３内に固化している堆積物が溶け、ロータ２４ａ～２４のロックが解除される温度であれば、これ以外の温度（低い温度でも高い温度）であっても構わない。
また、ドライポンプ１７の運転再起動が可能になったら、制御装置１０を介して開閉弁３１ｂを開にし、クリーニング材料供給ユニット３０から、ＮＦ３プラズマ（Ｆラジカル）であるクリーニング材料Ｇ４をガス導入口１７ａからポンプケーシング２３内に送り込み、クリーニング材料Ｇ４をポンプケーシング２３内に流す。ここでのクリーニング処理は、クリーニング材料Ｇ４をガス流路に導入して、堆積物を除去するステップである。また、ポンプケーシング２３内に流されたクリーニング材料Ｇ４は、ガス排出口１７ｂからガス排気配管１８を通して除害装置１９内に流される。そして、ポンプケーシング２３内に送り込まれたクリーニング材料Ｇ４は、ポンプケーシング２３内を流れるとき、生成物がプラズマ内のＦラジカルと反応し、ガスとなって放出され、ドライポンプ１７内の堆積物がほぼ消滅する。また、ガスとなって放出されたドライポンプ１７内の堆積物は、ガス排出口１７ｂからガス排気配管１８内にクリーニング材料Ｇ４と共に流され、さらに除害装置１９内に送り込まれる。
図４は、ＮＦ３プラズマであるクリーニング材料Ｇ４をガス導入口１７ａからポンプケーシング２３内に流し、ガス排出口１７ｂから排出される単位時間当たりの、ＮＦ３（三フッ化窒素）プラズマとＳｉＦ４（四フッ化ケイ素）の各濃度（ｐｐｍ）を測定したデータである。なお、図中、縦軸は濃度（ｐｐｍ）、横軸は経過時間Ｔである。
図４のデータでは、ＮＦ３のプラズマ（Ｆイオン）によって固体のＳｉＯ２（シリカ）が気体のＳｉＦ４に変化し、排出されていく様子を示している。すなわち、図４では、ガス導入口１７ａからポンプケーシング２３内にＮＦ３プラズマを導入して、時間Ｔ０から時間Ｔｎまでにガス導入口１７ａから排出されたＮＦ３プラズマの量（濃度）とＳｉＦ４の量（濃度）の変化を各々表している。図中、時間Ｔ１～Ｔ２の期間におけるＮＦ３プラズマの濃度が低いのはＳｉＯ２との反応が進んでいるためである。また、ＳｉＦ４への変化は、時間Ｔ２の前後がピークで、その後におけるＳｉＦ４への変化は緩やかに減少して行く。したがって、このデータからも、ＮＦ３プラズマであるクリーニング材料Ｇ４をガス導入口１７ａからポンプケーシング２３内に流すと、固体のＳｉＯ２が気体のＳｉＦ４に変化してガス排出口１７ｂから排出され、堆積物であるＳｉＯ２がポンプケーシング２３内から消滅していくことがわかる。
したがって、この実施例による排ガス処理装置によれば、プロセスガスの堆積物が原因でドライポンプ１７のロータ２４ａ～２４ｆの回転がロックされて、ドライポンプ１７が停止した状態から再起動できないとき、ドライポンプ１７のガス流路に、ドライポンプ１７の通常運転時の温度と略等しい温度に昇温するための高温の不活性ガスＧ２を導入して、ドライポンプ１７内の温度を通常運転時に近い温度に戻し、ドライポンプ１７内に付着している堆積物を高温の熱で溶かすと、ロータ２４ａ～２４ｆのロックを解除させてロータ２４ａ～２４ｆが回転できる状態にすることができる。
また、ロータ２４ａ～２４ｆが回転できる状態になった後、ガス流路にプロセスガスＧ１と反応するクリーニング材料Ｇ４を導入してガス流路内の堆積物を除去するので、ドライポンプ１７内の堆積物をより速く、かつ綺麗に除去することができる。これにより、メンテナンス等を短時間で綺麗に終えることができる。
なお、第１の実施例では、再起動材料供給配管２１ａを、複数個のポンプ室２２ａ～２２ｆの中の途中のポンプ室、すなわち第４段目ポンプ室２２ｄに対応しているポンプケーシング２３の箇所に再起動材料導入口１７ｃを設け、ポンプケーシング２３内に高温の不活性ガスＧ２を第３段目ポンプ室２２ｃから導入しているが、これは必ずしも第３段目ポンプ室２２ｃでなくても構わない。例えばガス導入口１７ａから導入して第１段目ポンプ室２２ａから流してもよい。しかし、第１段目ポンプ室２２ａからではなく、途中のポンプ室から導入した場合の効果としては、次のようなことがある。
ポンプケーシング２３内に高温の不活性ガスＧ２を、第１段目ポンプ室２２ａから流した場合と途中の第３段目ポンプ室２２ｃ（又は第４段目ポンプ室２２ｄ）から流した場合とを、実験で比較して見ところ、最終の第６段目ポンプし２２ｆの箇所に到達したときの温度は、第１段目ポンプ室２２ａから流した場合の温度は、途中の第３段目ポンプ室２２ｃから流した場合の温度に比べて著しく低下する。そして、再起動が可能になるまでの時間は、第１段目ポンプ室２２ａから流した場合の方が第３段目ポンプ室２２ｃから流した場合に比べて長いという結果が得られた。これは、途中の第３段目ポンプ室２２ｃからポンプケーシング２３内に高温の不活性ガスＧ２を導入すると、不活性ガスＧ２の温度が第３段目ポンプ室２２ｃから、第２段目ポンプ室２２ｂ、第１段目ポンプ室２２ａへと伝達されると共に、第３段目ポンプ室２２ｃから第４段目ポンプ室２２ｄ、第５段目ポンプ室２２ｅ、第６段目ポンプ室２２ｆの順に、中間の位置から入口側と出口側の両方に伝熱されて広がり、ポンプケーシング２３内の全体を通常運転時の温度と略等しい温度にまで効果的に加熱できたと思われる。したがって、途中の第３段目ポンプ室２２ｃや第４段目ポンプ室２２ｄから流した場合の方が、ポンプケーシング２３内の全体を通常運転時の温度と略等しい温度にまで急速に昇温（加熱）させることができ、再起動できるまでの時間を短縮できることが分かった。
図５及び図６は図１に示した排ガス処理装置におけるドライポンプの第２の実施例を示すもので、図５はそのドライポンプ３２の内部構造を模式的に示す概略側面断面図、図６は図５のＢ－Ｂ線断面図である。
図１乃至３に示したドライポンプ１７では、ポンプケーシング２３の外側から再起動材料導入口１７ｃを通して第３段目ポンプ室２２ｃ内にドライポンプ１７の全体の温度が、運転中と略同じ高温の温度（略１５０℃～２００℃）まで昇温させることができる、高温（略４００℃）の不活性ガスＧ２であるポンプ再起動材料を流していたのに対して、ドライポンプ３２の構成では、ポンプケーシング２３のシール用ガス溝３３ａに設けたシール用ガス流路３３にシール用ガスＧ３を導入するための開閉弁３９と開閉弁４１及び、高温の不活性ガスＧ２を導入するための開閉弁４４を設け、開閉弁３９と開閉弁４１及び開閉弁４４を切り換えてシール部を保護するためのシール用ガスＧ３とポンプケーシング２３内を加熱する高温の不活性ガスＧ２とを流すようにしたものである。したがって、以下の説明では、図２及び図３に示した第１の実施例のドライポンプ１７と同じ構成部材には同じ符号付して説明を省略し、異なる構造の部分についてのみ説明する。
図５及び図６において、軸方向に積層配置されてポンプケーシング２３を構成している複数個の各ステータ２３ａは、対向し合う面にシール用ガス溝３３ａが各ポンプ室２２ｄ～２２ｆの外側を囲むようにして形成されている。シール用ガス溝３３ａは、ポンプケーシング２３を形成する際、各ステータ２３ａが積層配置されて組み立てられると、各ポンプ室２２ｄ～２２ｆを形成する部分では、シール用ガス溝３３ａが対向し合ってシール用ガス流路３３を形成するようになっている。なお、シール用ガス流路３３は、シール用ガス溝３３ａがステータ２３ａの両側面にそれぞれ形成されている場合について説明するが、シール用ガス溝３３ａはステータ２３ａの片面のみに形成されていても構わない。また、ポンプケーシング２３の組立時、各ステータ２３ａとの間には、各ポンプ室２２ａ～２２ｆの気密性を保つために、図６に示すように、各ポンプ室２２ｄ～２２ｆの外側を囲むようにしてＯリング用溝３４内にＯリング３５が密に配設される。また、シール用ガス流路３３には、図６に示すように、シール用ガスＧ３及び高温の不活性ガスＧ２を各ポンプ室２２ｄ～２２ｆに取り込むガス取込口４２が設けられている。
ここでのＯリング３５は、前記使用済みのガスＧ１により腐食するので、本実施例のドライポンプ３２では、その腐食を防止するために、ドライポンプ３２の運転中は、第２の不活性ガス導入ユニット２０ｂからシール用ガスＧ３として、不活性ガスであるＮ２ガスをシール用ガス流路３３に導入している。また、各ポンプ室２２ａ～２２ｆ内の圧力は後段に向かうほど高くなっている。そこで本実施例のドライポンプ３２では、後段側である第４、第５、第６段目の各ポンプ室２２ｄ～２２ｆに、Ｎ２ガスであるシール用ガスＧ３を流す(導入する)。これは、より高圧となるポンプ室２２ｄ～２２ｆで腐食性のある使用済みのガスＧ１が圧縮・濃縮されることで、Ｏリング３５の腐食が進みやすくなってシール低下が進むのを防止し、Ｏリング３５と共にシールに寄与するためである。しかし、シール用ガスＧ３を流すポンプ室は、圧力が最も高くなる最終のポンプ室(第６段目ポンプ室２２ｆ)にだけ流すようにしてもよいし、ポンプケーシング２３内の加熱を考慮し、全てのポンプ室２２ａ～２２ｆに対応させてシール用ガス流路３３を設け、全てのシール用ガス流路３３から全てのポンプ室２２ａ～２２ｆ内に高温の不活性ガスＧ２を流すようにしてもよい。
そして、この第２の実施例のドライポンプ３２では、第４、第５、第６段目の各ポンプ室２２ｄ～２２ｆを形成する各ステータ２３ａのシール用ガス溝３３ａには、ステータ２３ａの外表面(ポンプケーシング２３の外表面２９)にシール用ガス導入口３６ａを設けたシール用ガス導入管３８のシール用ガス導入口３６ｂと、同じくステータ２３ａの外表面にシール用ガス排出管接続口３７ａを設けたシール用ガス排出口３７ｂとが設けられている。なお、各シール用ガス導入口３６ａには、シール用ガスＧ３が供給されるシール用ガス導入管３８が開閉弁３９を介して各々接続され、各シール用ガス排出管接続口３７ａには、シール用ガスＧ３が排出されるシール用ガス排出管４０が開閉弁４１を介して各々接続されている。また、シール用ガス排出管４０は、希釈用ガス導入部１８ａを介してガス排気配管１８に接続されている。開閉弁３９、４１には、例えばガス流量の調整が可能な開閉弁を用いるとよい。
また、シール用ガス導入管３８には、ポンプ再起動材料供給配管４３及び開閉弁４４を介して第１の不活性ガス導入ユニット２０ａが接続されている。開閉弁４４の開閉制御は、制御装置１０の制御により行われる。すなわち、不活性ガスＧ２を流すときには、開閉弁３９と開閉弁４１が閉の状態で、開閉弁４４を開にする。すると、第１の不活性ガス導入ユニット２０ａからの高温の不活性ガスＧ２が、ポンプ再起動材料供給配管４３からシール用ガス導入口３６ａを通ってシール用ガス流路３３内に入り、さらにガス取込口４２を通って第４、第５、第６段目の各ポンプ室２２ｄ～２２ｆ内に流れ込む。そして、この高温の不活性ガスＧ２がポンプケーシング２３内の全体に拡がり、ポンプケーシング２３内の昇温を行う。その後、ガス排出口１７ｂを通ってガス排気配管１８内に排出され、ガス排気配管１８を介して除害装置１９へと送られるようになっている。
したがって、この第２の実施例における排ガス処理装置では、プロセスガスの堆積部が原因でドライポンプ３２のロータ２４ａ～２４ｆがロックされ、ドライポンプ３２が停止した状態から再起動できないとき、シール用ガス流路３３内に流す高温の不活性ガスＧ２でドライポンプ３２内の温度を通常運転時の温度と略等しい温度（１００℃～１９０℃）まで昇温させて、ドライポンプ３２内の温度を通常運転時に近い温度に急速に戻すことができる。そして、ドライポンプ１７内に付着している堆積物を高温の熱で溶かし、ロータ２４ａ～２４ｆのロックを解除してロータ２４ａ～２４ｆが回転できる状態にすることができる。
また、ドライポンプ３２の運転再起動が可能になったら、制御装置１０を介して開閉弁３１ｂを開にし、ＮＦ３プラズマであるクリーニング材料Ｇ４をガス導入口１７ａからポンプケーシング２３内に送り込み、クリーニング材料Ｇ４をポンプケーシング２３内に流す。ポンプケーシング２３内に流されたクリーニング材料Ｇ４は、ガス排出口１７ｂからガス排気配管１８を通して除害装置１９内に流される。そして、ポンプケーシング２３内に送り込まれたクリーニング材料Ｇ４は、ポンプケーシング２３内を流れるとき、生成物がプラズマ内のＦラジカルと反応し、ガスとなって放出され、ドライポンプ１７内の堆積物がほぼ消滅する。
また、ガスとなって放出されたドライポンプ１７内の堆積物は、ガス排出口１７ｂからガス排気配管１８内にクリーニング材料Ｇ４と共に流され、さらに除害装置１９内に送り込まれる。
したがって、この実施例による排ガス処理装置によれば、プロセスガスの堆積部が原因でドライポンプ３２のロータ２４ａ～２４ｆがロックされ、ドライポンプ１７が停止した状態から再起動できないとき、シール用ガス流路３３内に高温の不活性ガスＧ２を流してドライポンプ１７内の温度を通常運転時に近い温度に戻すので、ドライポンプ３２内の堆積物をより速く、かつ綺麗に除去することができる。これにより、メンテナンス等を短時間で綺麗に終えることができる。
なお、第１の実施例の構造と第２の実施例の構造は、必要に応じて組み合わせることもできる。
また、各実施例では、ドライポンプ１７及びドライポンプ３２のロータ２４ａ～２４ｆがロックされ、ドライポンプ１７が停止した状態から再起動できないとき、ドライポンプ１７のガス流路に、ドライポンプ１７の通常運転時の温度と略等しい温度まで昇温させるための高温の不活性ガスＧ２を流してドライポンプ１７内の温度を通常運転時に近い温度に戻し、再起動したその後からドライポンプ１７内にクリーニング材料Ｇ４を流して堆積物を消滅するようにした。しかし、ドライポンプ１７及びドライポンプ３２の停止前に、予めドライポンプ１７及びドライポンプ３２のガス流路にプロセスガスと反応するクリーニング材料Ｇ４を流し、プロセスガスＧ１による堆積物（ＳｉＯ２）を除去するようすることも可能である。
ドライポンプ１７及びドライポンプ３２の停止前に、ドライポンプ１７及びドライポンプ３２のガス流路にプロセスガスと反応するクリーニング材料Ｇ４を流し、プロセスガスによる堆積物（ＳｉＯ２）を除去する一例を、図７を用いて図１乃至図３に示したドライポンプ１７の場合について説明する。
図７に示す一例では、制御装置１０により制御する場合である。制御装置１０には、ドライポンプ１７の運転中に、ブースターポンプのスピード１０１とドライポンプ１７のスピード１０２及びドライポンプ１７の電流値１０３とがそれぞれ入力され、これらの各値を約１時間監視する。この１時間の間にドライポンプ１７のスピード１０２がブースターポンプのスピード１０１を数回下回り、また、ドライポンプ１７の電流値１０３が閾値（例えば、４５．０アンペア）を数回超えた場合には、制御装置１０がドライポンプ１７内に堆積物が基準以上堆積されていると判断する。そして、制御装置１０は、ドライポンプ１７の停止前に、第１の不活性ガス導入ユニット２０ａ及び開閉弁３１ｂを制御して、ガス導入口１７ａからポンプケーシング２３内にプロセスガスＧ１と反応するクリーニング材料Ｇ４を一定時間流し、ポンプケーシング２３内に堆積している堆積物を消滅させる。これにより、ドライポンプ１７を停止させることなく、ドライポンプ１７内に付着している堆積物を事前に除去することができる。
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変や組み合わせを成すことができ、そして、本発明が該改変や組み合わせされたものに及ぶことは当然である。
１０ ：制御装置
１１ ：プロセスチャンバ
１２ ：半導体ウエハ
１３ ：ガス供給配管
１７ ：ドライポンプ
１７ａ ：ガス導入口
１７ｂ ：ガス排出口
１７ｃ ：再起動材料導入口
１８ ：ガス排気配管
１９ ：除害装置
２０ａ ：第１の不活性ガス導入ユニット
２０ｂ ：第２の不活性ガス導入ユニット
２１ａ ：再起動材料供給配管
２１ｂ ：プラズマ供給配管
２２ａ ：第１段目ポンプ室
２２ｂ ：第２段目ポンプ室
２２ｃ ：第３段目ポンプ室
２２ｄ ：第４段目ポンプ室
２２ｅ ：第５段目ポンプ室
２２ｆ ：第６段目ポンプ室
２３ ：ポンプケーシング
２４ａ ：ロータ
２４ｂ ：ロータ
２４ｃ ：ロータ
２４ｄ ：ロータ
２４ｅ ：ロータ
２４ｆ ：ロータ
３１ａ ：開閉弁
３１ｂ ：開閉弁
３２ ：ドライポンプ
３３ ：シール用ガス流路
３３ａ ：シール用ガス溝
３６ ：シール用ガス導入通路
３６ａ ：シール用ガス導入口
３６ｂ ：シール用ガス導入口
３７ ：シール用ガス排出通路
３７ａ ：シール用ガス排出管接続口
３７ｂ ：シール用ガス排出口
３８ ：シール用ガス導入管
３９ ：開閉弁
４０ ：シール用ガス排出管
４１ ：開閉弁
４２ ：ガス取込口
４３ ：ポンプ再起動材料供給配管
４４ ：開閉弁
Ｇ１ ：プロセスガス
Ｇ２ ：不活性ガス
Ｇ３ ：シール用ガス
Ｇ４ ：クリーニング材料

Claims (6)

  1. 凝縮性ガス又は酸化粉塵を含むプロセスガスを排気する真空ポンプと、
    前記プロセスガスの堆積物が堆積し、停止状態の前記真空ポンプのガス流路に、前記真空ポンプの通常運転時の温度と略等しい温度に昇温するための高温の不活性ガスを導入して、前記真空ポンプが起動できるように前記ガス流路を拡張させる第１の不活性ガス導入ユニットと、
    クリーニング材料を前記ガス流路に導入して、前記堆積物を除去するクリーニング材料導入ユニットと、
    を備えていることを特徴とする真空排気システム。
  2. 前記第１の不活性ガス導入ユニットは、前記ガス流路の略中間に前記不活性ガスを導入することを特徴とする請求項１に記載の真空排気システム。
  3. 前記真空ポンプのシール部を保護するために不活性ガスを前記ガス流路に導入する第２の不活性ガス導入ユニットをさらに備え、
    前記第１の不活性ガス導入ユニットが前記不活性ガスを導入する位置と前記第２の不活性ガス導入ユニットが前記ガス流路に導入する位置は、同一であることを特徴とする請求項１または２に記載の真空排気システム。
  4. 前記真空ポンプは、容積式真空ポンプであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
  5. 凝縮性ガス又は酸化粉塵を含むプロセスガスを排気する真空ポンプのクリーニング方法であって、
    前記プロセスガスの堆積物が堆積し、停止状態の前記真空ポンプのガス流路に、前記真空ポンプの通常運転時の温度と略等しい温度に昇温するための高温の不活性ガスを導入して、前記真空ポンプが起動できるように前記ガス流路を拡張させるステップと、
    クリーニング材料を前記ガス流路に導入して、前記堆積物を除去するステップと、
    を含むことを特徴とする真空ポンプのクリーニング方法。
  6. 凝縮性ガス又は酸化粉塵を含むプロセスガスを排気する真空ポンプのクリーニング方法であって、
    前記真空ポンプの停止前に、前記真空ポンプ内のガス流路にクリーニング材料を導入し、前記プロセスガスによる堆積物を除去するステップを含むことを特徴とする真空ポンプのクリーニング方法。
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