JP3107794U

JP3107794U - 真空排気装置

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Publication number: JP3107794U
Application number: JP2004005558U
Authority: JP
Inventors: 義展伊藤; 利明加藤; 雅美加藤; 昌史竹田; 雄二伊藤; 隆志横井; 康名横井
Original assignee: Anlet Co Ltd
Current assignee: Anlet Co Ltd
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2010-09-17

Abstract

【課題】稼働率が高く、消費電力の低減と小型化を図る真空排気装置を提供すること。
【解決手段】真空チャンバの排気側にメカニカルブースタと粗引き真空ポンプの順序でそれらを直列に設けてなる真空排気装置において、その粗引き真空ポンプを多段ルーツ式真空ポンプ１８とし、メカニカルブースタをルーツ式真空ポンプ１３とし、その多段ルーツ式真空ポンプ１８の設計排気速度をルーツ式真空ポンプ１３の排気速度の１／５〜１／２０に設け、そのルーツ式真空ポンプ１３の駆動モータ１４をインバータ方式による回転数制御を行なうことによって当該ルーツ式真空ポンプを大気圧から運転することができるように構成した。
【選択図】図１

Description

本考案は、半導体製造装置等の真空チャンバの真空排気を行なう真空排気装置に関する。

真空チャンバに付設される真空排気装置には、ドライ式真空ポンプや油回転式ポンプが使用される。油回転式ポンプは、真空チャンバ側に油分子が逆流して雰囲気をオイルミストで汚染し製品の品質低下を招くことがあることから、ルーツ式、スクリュー式、クロー式等のドライ式真空ポンプが主に使用されている。

ところが、ドライ式真空ポンプは油回転式ポンプに比べて消費電力が大きく、単独で到達圧力が不十分である。このため、真空排気装置においては、異なる種類の真空ポンプを複数台組み合わせたり、同種の真空ポンプを複数台組み合わせることが一般的であるが、装置が大型化し製造コストが高くなる。さらに、複数の真空ポンプを直列配置している真空排気装置では、それらの内の何れかの真空ポンプの故障により当該装置の稼動ができなくなるという不都合を生ずる。

さらに、ドライ式真空ポンプにおいては圧縮熱の発生が大きいために水冷式構造のものも用いられるが、内部に反応生成物が付着して真空排気装置の稼動効率を低下させる等の問題があった。

従来の真空排気装置の例を図９に示す。この真空排気装置は、真空チャンバ１の排気側に開閉弁３と真空スイッチ４とが介装された配管２を接続し、その配管２に設けられたメカニカルブースタ５に粗引き真空ポンプ６を直列に接続し、そのメカニカルブースタ５と並列に配置したバイパス管７に電磁弁８を介装した構成とされている。しかして、粗引き真空ポンプ６を運転するときには、メカニカルブースタ５のコンダクタンスをなくすためめに真空排気をバイパス管７を通して行い、真空チャンバ１に備えた圧力センサ９が所定圧力を感知したときに、メカニカルブースタ５を起動させると共に電磁弁８によりバイパス管７を閉鎖し、真空チャンバ１の内部が所定圧力に達するまで真空排気を行う。これら粗引き真空ポンプ６とメカニカルブースタ５の設計排気速度比については、１／２〜１／３とされており、その排気速度比が小さいために配管サイズが大きくなり、真空排気装置が大型化している。

特開２０００−３８９９９号公報には、真空チャンバと、その真空チャンバを大気圧開口部へ繋ぐ排気配管と、その排気配管に設けられた回転数可変な真空ポンプと、その真空ポンプの回転数を制御する制御部と、その真空ポンプに直列に設けられたブースタポンプとを設け、真空ポンプの排気能力が不足するときにブースタポンプを起動させるように構成された真空排気装置が開示されている。
特開２０００−３８９９９号公報特開２００３−１３９０８０号公報特開２００３−６５２２９号公報

この考案の目的は、稼働率が高く、消費電力の低減と小型化を図る真空排気装置を提供することにある。

請求項１に記載の考案は、真空チャンバの排気側にメカニカルブースタと粗引き真空ポンプの順序でそれらを直列に設けてなる真空排気装置において、その粗引き真空ポンプを多段ルーツ式真空ポンプとし、前記メカニカルブースタをルーツ式真空ポンプとし、その多段ルーツ式真空ポンプの設計排気速度をルーツ式真空ポンプの排気速度の１／５〜１／２０に設け、そのルーツ式真空ポンプの駆動モータをインバータ方式による回転数制御を行なうことによって当該ルーツ式真空ポンプを大気圧から運転することができるように構成したことを特徴とする。

請求項２に記載の考案は、請求項１に記載の真空排気装置において、前記ルーツ式真空ポンプの排気用管路に複数の多段ルーツ式真空ポンプを並列に設け、その排気用管路に介装された開閉弁を切り替えることにより各々の多段ルーツ式真空ポンプを単独運転可能に設けたことを特徴とするものである。

（請求項１の発明）
この真空排気装置は、多段ルーツ式真空ポンプ（粗引き真空ポンプ）の設計排気速度をルーツ式真空ポンプ（メカニカルブースタ）の排気速度の１／５〜１／２０としているので、従来の真空排気装置に比べて多段ルーツ式真空ポンプの動力が小さくなり、省エネルギー化、省スペース化を図ることができる。加えて、ルーツ式真空ポンプを大気圧から運転することができるので、当該装置の稼働率が向上する。

（請求項２の発明）
この真空排気装置は、複数の多段ルーツ式真空ポンプを単独でも運転することができるので、大気圧から１ｋＰａ程度までの間を全数にて運転して排気時間の短縮化を図り、１ｋＰａ程度に達したところで単独運転に切り替えるという運転方法を採ることにより、省エネルギー化を図ることができる。加えて、保守点検等の場合に、点検対象の多段ルーツ式真空ポンプの運転を停止して他の多段ルーツ式真空ポンプを運転させることにより、真空排気装置を停止させることなく稼動することができる。

以下に、本考案の最良の形態例を図面に基づいて説明する。図１は第１実施例の真空排気装置の説明図、図２は第２実施例の真空排気装置の説明図、図３は同、真空排気装置の正面図、図４は第２実施例の真空排気装置における圧力と排気速度との関係を示すグラフ、図５は第２実施例の真空排気装置における圧力と動力との関係を示すグラフ、図６は第３実施例の真空排気装置の説明図、図７は第３実施例の真空排気装置における圧力と排気速度との関係を示すグラフ、図８は第３実施例の真空排気装置における圧力と動力との関係を示すグラフである。

（第１実施例）
図１に示す第１実施例の真空排気装置Ｖ_１は、半導体製造装置等の真空チャンバｃの真空排気を行なうものである。その真空チャンバｃの排気側には、メカニカルブースタとしてのルーツ式真空ポンプ１３を開閉弁１２が介装された配管１１によって接続し、そのルーツ式真空ポンプ１３の後段に粗引き真空ポンプとしての多段ルーツ式真空ポンプ１８を配管１６により直列に接続している。

１４はルーツ式真空ポンプ１３の駆動モータ、１５はルーツ式真空ポンプ１３を大気圧から運転することができるように当該駆動モータ１４を公知のインバータ方式による回転数制御を行なう制御部である。１９は多段ルーツ式真空ポンプ１８の駆動モータである。２０は多段ルーツ式真空ポンプ１８に接続された排気管である。

上記多段ルーツ式真空ポンプ１８とルーツ式真空ポンプ１３との設計排気速度比は、１／５〜１／２０に設けるものとする。これにより、多段ルーツ式真空ポンプ１８の動力を小さくすることができ、省エネルギー化、省スペース化を得られる。

以上により、第１実施例の真空排気装置Ｖ_１が構成される。この真空排気装置Ｖ_１では、多段ルーツ式真空ポンプ１８とルーツ式真空ポンプ１３との設計排気速度比が大きいため、ルーツ式真空ポンプ１３の大気圧付近における運転時に駆動モータ１４の定格電流値を超えないように制御部１５によって制御が行われる。しかして、このルーツ式真空ポンプ１３では、大気圧付近で回転数を低く、高真空域で定常回転するように制御される。

（第２実施例）
図２に示すように、第２実施例の真空排気装置Ｖ_２は、メカニカルブースタとしてのルーツ式真空ポンプの排気用管路に粗引き真空ポンプとしての複数の多段ルーツ式真空ポンプを並列に設けている。
即ち、真空チャンバｃの排気側には、ルーツ式真空ポンプ２３を開閉弁２２が介装された配管２１によって接続している。そのルーツ式真空ポンプ２３の排気用管路２６には、２台の多段ルーツ式真空ポンプ２８を並列に接続している。

２４はルーツ式真空ポンプ２３の駆動モータ、２５はルーツ式真空ポンプ２３を大気圧から運転することができるように当該駆動モータ２４をインバータ方式による回転数制御を行なう制御部である。２７は排気用管路２６の分岐管２６ａ，２６ｂに夫々介装された開閉弁、２９は多段ルーツ式真空ポンプ２８の駆動モータである。３０は多段ルーツ式真空ポンプ２８に夫々接続された排気管である。

第２実施例の真空排気装置Ｖ_２において、多段ルーツ式真空ポンプ（２．２ｋＷ、２台）２８とルーツ式真空ポンプ（３．７ｋＷ）２３との設計排気速度比を１／１０とした場合の外観図を図３に示す。この真空排気装置Ｖ_２の大きさは、横１６００ｍｍ、奥行き５９０ｍｍ、高さ１２５０ｍｍである。

なお、図９に示す従来の真空排気装置において、粗引き真空ポンプ（１１ｋＷ）とメカニカルブースタ（３．７ｋＷ）の設計排気速度比を１／３とした場合の大きさは、横１５００ｍｍ、奥行き１２００ｍｍ、高さ１１５０ｍｍとなる。しかして、本発明の真空排気装置Ｖ_２は、従来の真空排気装置に比べて設置スペースが約５２％、容積が約５７パーセントとなった。

以上により、開閉弁２７を切り替えることにより各多段ルーツ式真空ポンプ２８を単独運転可能に設けた第２実施例の真空排気装置Ｖ_２が構成される。この真空排気装置Ｖ_２では、例えば保守点検等の場合に、点検対象の多段ルーツ式真空ポンプの運転を停止して他の多段ルーツ式真空ポンプを運転させることにより、当該装置を停止させることなく稼動することができる。

第２実施例の真空排気装置Ｖ_２において、圧力と排気速度との関係を測定した結果を図４のグラフに、圧力と動力との関係を測定した結果を図５のグラフに示す。ここで、多段ルーツ式真空ポンプ：２．２ｋＷ、２台、ルーツ式真空ポンプ：３．７ｋＷ、設計排気速度比：１／１０とした。
なお、上記グラフは、２台の多段ルーツ式真空ポンプ２８を一緒に運転している状態のデータである。

上記測定結果によれば、本考案の真空排気装置Ｖ_２は、排気速度については従来の真空排気装置と比べて少なくなるが、２４時間連続運転して真空保持を施すには支障がなく、動力については従来の真空排気装置と比べて最大で６０％、全体で５０％程度であることが確認された。

（第３実施例）
図６に第３実施例の真空排気装置Ｖ_３を示す。この真空排気装置Ｖ_３は、前述した第２実施例の真空排気装置Ｖ_２の構成に準じた構成とされている。
即ち、真空チャンバｃの排気側には、ルーツ式真空ポンプ３３を開閉弁３２が介装された配管３１によって接続している。そのルーツ式真空ポンプ３３の排気用管路３６には、２台の多段ルーツ式真空ポンプ３８を並列に接続している。

３４はルーツ式真空ポンプ３３の駆動モータ、３５はルーツ式真空ポンプ３３を大気圧から運転することができるように当該駆動モータ３４をインバータ方式による回転数制御を行なう制御部である。３７は排気用管路３６の分岐管３６ａ，３６ｂに夫々介装された開閉弁、３９は多段ルーツ式真空ポンプ３８の駆動モータである。４０は多段ルーツ式真空ポンプ３８に夫々接続された排気管である。４１は真空チャンバｃに接続した圧力センサ、４２は真空チャンバｃと駆動モータ３９との間に設けられた圧力制御部である。

以上により、開閉弁３７を切り替えることにより各多段ルーツ式真空ポンプ３８を単独運転可能に設けた第３実施例の真空排気装置Ｖ_３が構成される。この真空排気装置Ｖ_３は、多段ルーツ式真空ポンプ３８を単独でも運転することができ、大気圧から１ｋＰａ程度までの間を２台で運転して排気時間の短縮化を図り、１ｋＰａ程度に達したところで単独運転に切り替えるという運転方法を採ることができる。

第３実施例の真空排気装置Ｖ_３において、圧力と排気速度との関係を測定した結果を図７のグラフに、圧力と動力との関係を測定した結果を図８のグラフに示す。ここで、多段ルーツ式真空ポンプ：２．２ｋＷ、２台、ルーツ式真空ポンプ：３．７ｋＷ、設計排気速度比：１／１０とした。

上記測定結果によれば、２台の多段ルーツ式真空ポンプ３８の運転を１ｋＰａに達したところで単独運転に切り替えるという運転方法を採ることにより、動力については２台運転時に比べて約５０％程度低下し、排気速度については２台運転時に比べて若干低下するが、２４時間連続運転して真空保持を施すには全く問題がないことが確認された。

以上に述べた通り、この真空排気装置は、多段ルーツ式真空ポンプ（粗引き真空ポンプ）の設計排気速度をルーツ式真空ポンプ（メカニカルブースタ）の排気速度の１／５〜１／２０としているので、従来の真空排気装置に比べて多段ルーツ式真空ポンプの動力が小さくなり、省エネルギー化、省スペース化を図ることができる。

第１実施例の真空排気装置の説明図第２実施例の真空排気装置の説明図同、真空排気装置の正面図第２実施例の真空排気装置における圧力と排気速度との関係を示すグラフ第２実施例の真空排気装置における圧力と動力との関係を示すグラフ第３実施例の真空排気装置の説明図第３実施例の真空排気装置における圧力と排気速度との関係を示すグラフ第３実施例の真空排気装置における圧力と動力との関係を示すグラフ従来の真空排気装置の説明図従来の真空排気装置における圧力と排気速度との関係を示すグラフ従来の真空排気装置における圧力と動力との関係を示すグラフ

符号の説明

ｃ・・・真空チャンバ
Ｖ_１・・・第１実施例の真空排気装置
１３・・・ルーツ式真空ポンプ（メカニカルブースタ）
１４・・・駆動モータ
１５・・・制御部
１８・・・多段ルーツ式真空ポンプ（粗引き真空ポンプ）
Ｖ_２・・・第２実施例の真空排気装置
２３・・・ルーツ式真空ポンプ（メカニカルブースタ）
２４・・・駆動モータ
２５・・・制御部
２７・・・開閉弁
２８・・・多段ルーツ式真空ポンプ（粗引き真空ポンプ）
Ｖ_３・・・第３実施例の真空排気装置

Claims

真空チャンバの排気側にメカニカルブースタと粗引き真空ポンプの順序でそれらを直列に設けてなる真空排気装置において、
その粗引き真空ポンプを多段ルーツ式真空ポンプとし、前記メカニカルブースタをルーツ式真空ポンプとし、その多段ルーツ式真空ポンプの設計排気速度をルーツ式真空ポンプの排気速度の１／５〜１／２０に設け、そのルーツ式真空ポンプの駆動モータをインバータ方式による回転数制御を行なうことによって当該ルーツ式真空ポンプを大気圧から運転することができるように構成したことを特徴とする真空排気装置。
前記ルーツ式真空ポンプの排気用管路に複数の多段ルーツ式真空ポンプを並列に設け、その排気用管路に介装された開閉弁を切り替えることにより各々の多段ルーツ式真空ポンプを単独運転可能に設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空排気装置。