JP2790936B2 - ターボ分子ポンプによる排気方法及び装置 - Google Patents

ターボ分子ポンプによる排気方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造装置等の被排
気室内をターボ分子ポンプにより排気する排気方法及び
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一度大気開放された被排気室を排気する
場合、排気の初期には被排気室内にもとから存在するガ
スが排気され、被排気室内の圧力は指数関数的に降下す
る。このような指数関数的な急激な圧力降下は低真空領
域(〜10-2Pa)で終わり、その後はゆっくりと圧力
が降下する領域になる。
【0003】すなわち、10-2Pa〜10-7Paの圧力
領域(第1圧力領域)においては、被排気室の内表面に
吸着しているガス分子が脱離し、その脱離したガスが排
気され、圧力は時間にほぼ反比例して降下する。この離
脱してくるガスの大部分は水蒸気であり、ターボ分子ポ
ンプは水蒸気に対して良好な排気性能を有していない。
【0004】さらに圧力が降下し、10-7Pa以下の超
高真空領域(第2圧力領域)になると、被排気室の構成
材料中に固溶している水素が被排気室の内表面まで拡散
してきて脱離する。この領域では、圧力はさらにゆっく
りと降下し、ターボ分子ポンプは水素に対して良好な排
気性能を有していない。
【0005】図2は従来方法及び装置の第1例(特開平
2−5792号)の構成を示す説明図である。図2にお
いてターボ分子ポンプ4の吸気口21はゲートバルブ2
を介して被排気室1に接続されており、ターボ分子ポン
プ4の排気口にはバルブ5を介して油回転ポンプ6が接
続されている。ターボ分子ポンプ4の吸気口21内に熱
交換器10が設けられ、熱交換器10は冷媒配管22を
介して冷凍機20に接続されている。
【0006】この第1従来例は熱交換器10に冷凍機2
0により冷媒を循環させることにより水蒸気を氷結捕集
し、水蒸気に対する排気性能を向上させる例である。
【0007】図3は従来方法及び装置の第2例の構成を
示す説明図である。この第2従来例はターボ分子ポンプ
4の吸気配管内に水素吸蔵合金素子14を挿入固定し、
水素吸蔵合金素子14に水素を選択的に吸蔵させて排気
させ、水素に対する排気性能を向上させる例である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記第1従来例
にあっては、熱交換器10がターボ分子ポンプ4の吸気
口21内に固定されているため、水素を排気する場合に
ターボ分子ポンプ4の吸気口21におけるガス分子の通
過確率が小さくなり、水素に対する排気性能が低下する
という課題がある。
【0009】又、上記第2従来例にあっては、排気され
るガス中に水蒸気などの水素以外のガスが多く含まれる
と、水素吸蔵合金素子14は水蒸気などの水素以外のガ
スを吸着し、該水素吸蔵合金素子14の水素排気性能が
低下する。
【0010】さらに、水素吸蔵合金素子14に吸蔵され
た水素は加熱により放出されるが、水蒸気などの水素以
外のガスは水素吸蔵合金素子14中に蓄積されるため、
水蒸気などの水素以外のガスを吸着した水素吸蔵合金素
子14の寿命が短くなる。
【0011】また水蒸気を多く含んだガスを排気する場
合、水素吸蔵合金素子14がターボ分子ポンプ4の吸気
配管内に挿入固定してあるため、ターボ分子ポンプ吸気
口へのガス分子の通過確率が小さくなり、水蒸気に対す
るターボ分子ポンプ4の排気性能が低下する等の課題が
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明方法は上記の課題
を解決するため、図1に示すように被排気室1に連結さ
れたターボ分子ポンプ4の吸気配管3に、第1仕切り手
段8を介して室内に冷却可能な熱交換手段10を有する
伸縮可能な第1退避室7と、第2仕切り手段12を介し
て室内に水素吸蔵体14を有する伸縮可能な第2退避室
11を設け、排気されるガス中に水蒸気が多く含まれる
第1圧力領域では第1仕切り手段8を開き、吸気配管3
内に熱交換手段10を第1進退手段9により挿入して冷
却された熱交換手段10に水蒸気を氷結捕集し、第1圧
力領域外で第1退避室7内に熱交換手段10を第1進退
手段9により退け、第1仕切り手段8を閉じて封じ込
め、排気されるガス中に水素が多く含まれる第2圧力領
域では第2仕切り手段12を開き、吸気配管3内に水素
吸蔵体14を第2進退手段13により挿入して水素吸蔵
体14に水素を吸蔵し、第2圧力領域外で第2退避室1
1内に水素吸蔵体14を第2進退手段13により退け、
第2仕切り手段12を閉じて封じ込めることを特徴とす
る。
【0013】本発明装置は同じ課題を解決するため、図
1に示すように被排気室1に連結されたターボ分子ポン
プ4の吸気配管3に、室内に冷却可能な熱交換手段10
を有する伸縮可能な第1退避室7と、室内に水素吸蔵体
14を有する伸縮可能な第2退避室11を設け、第1退
避室7と吸気配管3間に、排気されるガス中に水蒸気が
多く含まれる第1圧力領域内,外でそれぞれ開,閉され
る第1仕切り手段8を設け、第2退避室11と吸気配管
3間に、排気されるガス中に水素が多く含まれる第2圧
力領域内,外でそれぞれ開,閉される第2仕切り手段1
2を設け、第1,第2退避室7,11にはそれぞれ吸気
配管3内と第1,第2退避室7,11内に熱交換手段1
0及び水素吸蔵体14を挿入,退避する第1,第2進退
手段9,13を設けてなる。
【0014】
【作 用】被排気室1をターボ分子ポンプ4により排気
する場合、排気されるガス中に水蒸気が多く含まれる第
1圧力領域では第1仕切り手段8を開き、吸気配管3内
に熱交換手段10を第1進退手段9により挿入すると、
冷却された熱交換手段10に水蒸気が氷結捕集される。
この時、水素吸蔵体14は第2仕切り手段12により第
2退避室11内に封じ込められている。
【0015】排気されるガス中に水素が多く含まれる第
2圧力領域では第1退避室7内に熱交換手段10を第1
進退手段9により退け、第1仕切り手段8を閉じて封じ
込め、熱交換手段10に氷結捕集された水蒸気を排気で
きることになる。
【0016】一方、第2仕切り手段12を開き、吸気配
管3内に水素吸蔵体14を第2進退手段13により挿入
すると、水素吸蔵体14に水素が吸蔵される。水素が吸
蔵された水素吸蔵体14を第2進退手段13により第2
退避室11内に退け、第2仕切り手段12を閉じて封じ
込め、水素吸蔵体14に吸蔵された水素をこれより放出
し排気できることになる。
【0017】このように、水蒸気を排気する場合には熱
交換手段10を併用し、水素を排気する場合には水素吸
蔵体14を併用することにより、被排気室1をターボ分
子ポンプ4により急速に排気できる。
【0018】
【実施例】図1は本発明方法及び装置の1実施例の構成
を示す説明図である。図1において半導体製造装置等の
被排気室1の排気口にはゲートバルブ2が配置され、ゲ
ートバルブ2の下流側にはターボ分子ポンプ4の吸気配
管3とターボ分子ポンプ4が配置されている。ターボ分
子ポンプ4の排気口にはバルブ5を介して油回転ポンプ
6が配管により接続されている。
【0019】吸気配管3には第1ゲートバルブ8が配置
され、第1ゲートバルブ8にはベローズと底面からなる
第1退避室7が接続されている。第1退避室7内には冷
却可能な熱交換器10が底面を貫通して設けられてい
る。更に底面を貫通した熱交換器10の大気側の端末は
冷媒配管22により冷凍機20に接続されている。
【0020】また、吸気配管3には第2ゲートバルブ1
2が配置され、第2ゲートバルブ12にはベローズと底
面からなる第2退避室11が接続されている。第2退避
室11内には水素吸蔵合金素子14が底面を貫通して設
けられている。
【0021】第1,第2退避室7,11の排気口にはそ
れぞれ可撓性配管19A,19Bにより第1,第2真空
ポンプ18A,18Bが接続されており、第1,第2退
避室7,11の外部には第1,第2ヒータ16,17が
設けられている。第1,第2退避室7,11の底面には
それぞれ第1,第2エアシリンダ9,13が接続されて
いる。
【0022】又、被排気室1に真空計15が設けられ、
真空計15から出力される被排気室1内の圧力に関する
信号により第1,第2ゲートバルブ8,12及び第1,
第2エアシリンダ9,13の作動を制御する構成になっ
ている。
【0023】上記構成の本実施例においてゲートバルブ
2およびバルブ5を開け、油回転ポンプ6を起動する。
この油回転ポンプ6により、ターボ分子ポンプ4を介し
て被排気室1をターボ分子ポンプ4が起動可能となる圧
力まで排気する。その後、油回転ポンプ6は運転状態の
ままターボ分子ポンプ4を起動し、被排気室1の圧力が
10-2Pa程度になるまではターボ分子ポンプ4単体で
被排気室1を排気する。
【0024】被排気室1の圧力が10-2Pa〜10-7
aの第1圧力領域になれば、ベローズから成る第1退避
室7とターボ分子ポンプ吸気配管3間の第1ゲートバル
ブ8を開け、第1退避室7に付属する第1エアシリンダ
9を作動させ、A方向に第1退避室7を移動させる。こ
の移動により、第1退避室7の底部フランジに取付けて
ある熱交換器10は、第1退避室7と共にA方向に移動
し、第1ゲートバルブ8の開口部を通ってターボ分子ポ
ンプ吸気配管3内に挿入される。
【0025】この熱交換器10は第1退避室7の底部フ
ランジにおいて冷媒配管22により接続されている冷凍
機20から循環供給される冷媒により冷却されている。
したがって、水蒸気は冷却された熱交換器10に選択的
に氷結捕集されるために、ターボ分子ポンプ4の水蒸気
に対する排気性能が向上する。
【0026】さらに被排気室1の圧力が低下し10-7
a以下の第2圧力領域になると、熱交換器10は第1エ
アシリンダ9によりB方向に移動させられ、第1退避室
7内に退避し、第1ゲートバルブ8を閉じることにより
第1退避室7内に封じ込められる。その時、ベローズか
ら成る第2退避室11とターボ分子ポンプ吸気配管3間
の第2ゲートバルブ12を開け、第2退避室11に付属
する第2エアシリンダ13を作動させ、C方向に第2退
避室11を移動させる。この移動により、第2退避室1
1の底部フランジに取付けてある水素吸蔵合金素子14
は、第2退避室11と共にC方向に移動し、第2ゲート
バルブ12の開口部を通ってターボ分子ポンプ吸気配管
3内に挿入される。
【0027】10-7Pa以下の第2圧力領域で排気され
るガス中には水素が多く含まれ、水素吸蔵合金素子14
は水素を選択的に吸蔵するため、ターボ分子ポンプ4の
水素に対する排気性能が向上する。ターボ分子ポンプ4
をこのように運転することにより、超高真空状態あるい
は極高真空状態を容易に達成することができる。
【0028】又、熱交換器10あるいは水素吸蔵合金素
子14の再生は、第1退避室7内あるいは第2退避室1
1内に熱交換器10あるいは水素吸蔵合金素子14を封
じ込めた状態で、第1退避室7あるいは第2退避室11
に装着された第1ヒータ16あるいは第2ヒータ17に
より熱交換器10あるいは水素吸蔵合金素子14を加熱
し、熱交換器10より蒸発した水蒸気あるいは水素吸蔵
合金素子14から放出された水素を第1真空ポンプ18
A又は第2真空ポンプ18Bで排気することにより行わ
れる。
【0029】なお、本発明においては、被排気室1に取
付けられた真空計15の指示に従って上記操作を行って
もよいが、真空計15からの圧力信号により上記操作を
自動制御してもよく、このようにすることが望ましい。
【0030】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、被排気室
1の圧力状態すなわち排気すべきガスの主成分に応じて
熱交換手段10あるいは水素吸蔵体14の利用が可能で
あるため、水蒸気あるいは水素に対するターボ分子ポン
プ4の排気性能を向上でき、被排気室1の急速な排気が
可能となり、超高真空状態あるいは極高真空状態を容易
に得ることができる。
【0031】また、水素吸蔵体14を利用する時には、
排気ガス中に水素以外のガスが余り含まれていないた
め、水素以外のガスの吸着による水素吸蔵体14の寿命
劣化が少なく、水素吸蔵体14の寿命を延長することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法及び装置の1実施例の構成を示す説
明図である。
【図2】従来方法及び装置の第1例(特開平2−579
2号)の構成を示す説明図である。
【図3】従来方法及び装置の第2例の構成を示す説明図
である。
【符号の説明】
1 被排気室 3 吸気配管 4 ターボ分子ポンプ 7 第1退避室 8 第1仕切り手段(ゲートバルブ) 9 第1進退手段(エアシリンダ) 10 熱交換手段(器) 11 第2退避室 12 第2仕切り手段(ゲートバルブ) 13 第2進退手段(エアシリンダ) 14 水素吸蔵体(合金素子) 15 圧力測定手段(真空計) 16 第1加熱手段(ヒータ) 17 第2加熱手段(ヒータ) 18A 第1排気手段(真空ポンプ) 18B 第2排気手段(真空ポンプ) 20 冷凍機

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被排気室(1)に連結されたターボ分子
    ポンプ(4)の吸気配管(3)に、第1仕切り手段
    (8)を介して室内に冷却可能な熱交換手段(10)を
    有する伸縮可能な第1退避室(7)と、第2仕切り手段
    (12)を介して室内に水素吸蔵体(14)を有する伸
    縮可能な第2退避室(11)を設け、排気されるガス中
    に水蒸気が多く含まれる第1圧力領域では第1仕切り手
    段(8)を開き、吸気配管(3)内に熱交換手段10を
    第1進退手段(9)により挿入して冷却された熱交換手
    段(10)に水蒸気を氷結捕集し、第1圧力領域外で第
    1退避室(7)内に熱交換手段(10)を第1進退手段
    (9)により退け、第1仕切り手段(8)を閉じて封じ
    込め、排気されるガス中に水素が多く含まれる第2圧力
    領域では第2仕切り手段(12)を開き、吸気配管
    (3)内に水素吸蔵体(14)を第2進退手段(13)
    により挿入して水素吸蔵体(14)に水素を吸蔵し、第
    2圧力領域外で第2退避室(11)内に水素吸蔵体(1
    4)を第2進退手段(13)により退け、第2仕切り手
    段(12)を閉じて封じ込めることを特徴とするターボ
    分子ポンプによる排気方法。
  2. 【請求項2】 第1,第2退避室(7,11)にそれぞ
    れ第1,第2加熱手段(16,17)及び第1,第2排
    気手段(18A,18B)を設け、第1,第2退避室
    (7,11)内に封じ込められた熱交換手段(10),
    水素吸蔵体(14)をそれぞれ第1,第2加熱手段(1
    6,17)により加熱して熱交換手段(10)に氷結捕
    集された水蒸気を蒸発させ,水素吸蔵体(14)に吸蔵
    された水素を放出させ、第1,第2排気手段(18A,
    18B)により排気することを特徴とする請求項1のタ
    ーボ分子ポンプによる排気方法。
  3. 【請求項3】 被排気室(1)に圧力測定手段(15)
    を設け、圧力測定手段(15)からの圧力信号により第
    1,第2仕切り手段(8,12)及び第1,第2進退手
    段(9,13)の作動を制御することを特徴とする請求
    項1及び2のターボ分子ポンプによる排気方法。
  4. 【請求項4】 被排気室(1)に連結されたターボ分子
    ポンプ(4)の吸気配管(3)に、室内に冷却可能な熱
    交換手段(10)を有する伸縮可能な第1退避室(7)
    と、室内に水素吸蔵体(14)を有する伸縮可能な第2
    退避室(11)を設け、第1退避室(7)と吸気配管
    (3)間に、排気されるガス中に水蒸気が多く含まれる
    第1圧力領域内,外でそれぞれ開,閉される第1仕切り
    手段(8)を設け、第2退避室(11)と吸気配管
    (3)間に、排気されるガス中に水素が多く含まれる第
    2圧力領域内,外でそれぞれ開,閉される第2仕切り手
    段(12)を設け、第1,第2退避室(7,11)には
    それぞれ吸気配管(3)内と第1,第2退避室(7,1
    1)内に熱交換手段(10)及び水素吸蔵体(14)を
    挿入,退避する第1,第2進退手段(9,13)を設け
    てなるターボ分子ポンプによる排気装置。
  5. 【請求項5】 第1,第2退避室(7,11)にそれぞ
    れ該各室(7,11)内に封じ込められた熱交換手段
    (10),水素吸蔵体(14)をそれぞれ加熱して熱交
    換手段(10)に氷結捕集された水蒸気を蒸発させ,水
    素吸蔵体(14)に吸蔵された水素を放出させる第1,
    第2加熱手段(16,17)及び水蒸気,水素を排気す
    る第1,第2排気手段(18A,18B)を設けてなる
    請求項4のターボ分子ポンプによる排気装置。
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