JP3969947B2 - 真空排気システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造工程で用いられる真空排気システムに関し、特に、真空処理室等から比較的大流量のガスを排気することができる真空排気システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体製造装置や液晶製造装置は、一般的に、例えば、エッチングやＣＶＤ処理等を行なう装置である真空チャンバと、真空チャンバ内からプロセスガスを排気し、且つ、真空チャンバを所望の圧力に減圧する真空ポンプから構成されている。真空ポンプとしては、中真空領域の到達圧力を有する、ルーツ型真空ポンプ等が一般的に用いられているが、更に高い真空度が求められる場合には、ターボ分子ポンプ等のターボ型真空ポンプをメインポンプとし、ルーツ型ドライポンプ等、中真空領域を到達圧力とする真空ポンプを補助ポンプとしてメインポンプの後流側に設置し、メインポンプ背圧を補助ポンプで許容背圧以下に排気することが広く行われている。このメインポンプと補助ポンプは、配管で接続され、この配管内に必要な弁装置が配置されている。ここでいうターボ型真空ポンプとしては、到達圧力が超高真空領域であり、大気圧への排気が不可であるターボ分子ポンプやモレキュラードラッグポンプがある。
【０００３】
補助ポンプは、メインポンプの近傍に配置するのが通常であるが、場合によってはこれから離れた場所や、異なる階に設置する。補助ポンプ排気速度（Ｌ／ｍｉｎ）については、メインポンプの排気速度（Ｌ／ｓｅｃ）と補助ポンプの排気速度（（Ｌ／ｍｉｎ）の比が０．２〜１．０程度のものが現在一般的に選定されており、補助ポンプは比較的大型で高コストである。
【０００４】
メインポンプと補助ポンプの間を連絡する配管の径は、補助ポンプが装置ユニットから離れた場所や異なる階に設置されている場合であって配管長が長い場合は、通常、内径φ４０ｍｍ以上の太い配管が用いられている。補助ポンプが装置ユニットの近傍に有って配管長が短い場合でも、内径φ２５mm以上の配管が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような真空排気システムにおいて、配管径と補助ポンプの性能（特に、排気速度）は、プロセスガス流量、配管長、メインポンプの許容背圧を考慮して決定する。しかしながら、一般的に、メインポンプの許容背圧とは、その背圧条件で連続運転（警報の出力がなく、定格回転数を維持）が可能であることを意味しているだけである。例えば、メインポンプとして広域型ターボ分子ポンプを考えた場合、実際には、図６を参照して後述するように、背圧が許容背圧に到達する前に、低背圧時の排気性能を維持できなくなってしまう。
【０００６】
従って、ポンプを実際の半導体製造装置や液晶製造装置で使う場合は、排気性能を十分発揮することができるように、許容背圧に対して十分なマージンを取らなければならず、その結果、配管径は大きくなってしまう。
【０００７】
しかしながら、このような大径の配管を用いた排気系においては、特に配管長が長い場合に、配管自体がクリーンルーム内の高価なスペースを占有してしまい、工場設備コストを上昇させるという課題が有る。さらに、従来の大径配管の場合は、図２１（ｂ）に示すように、予め現場に合わせた長さの直管４ａ，４ａと屈曲部Ｂを構成するエルボー４ｂを用意し、これを溶接していたが、これにはエルボー４ｂ等の部品が必要になって、調達やハンドリングコストが嵩み、さらに、事前に現地の調査が必要であり、溶接による施工作業自体の他に多くの作業費がかかっていた。大径の場合には、ベンダーのような曲げ工具は使用できず、できた場合でも強度的な問題が生じる。これは、現合配管にフレキシブルチューブを用いる場合も同様である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、全体としての省スペース化、及び配管施工作業の簡略化等を通してコストダウンを図ることができる真空排気システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、真空チャンバと、該真空チャンバにガスを導入する手段と、前記真空チャンバを排気して該真空チャンバの圧力を所望の圧力に減圧するメインポンプと、前記メインポンプの後流側に設置される補助ポンプと、前記メインポンプと前記補助ポンプを接続する配管を備え、前記メインポンプと補助ポンプを接続する配管としての連絡配管の外径は１／２ｉｎｃｈ（１２．７ｍｍ）以下であり、前記連絡配管の長さと前記補助ポンプの能力は、前記メインポンプ背圧が５Ｔｏｒｒ以上になるように組み合わせられており、前記連絡配管には、配管昇温用のヒータまたは生成物除去用トラップが設けられていることを特徴とする真空排気システムである。
【００１０】
以下に、この発明の概念を構成するに至る経過を説明する。連絡配管の前後における圧力と配管径及び長さの関係は、連絡配管を直管として扱うと、一般的に、次式（１）で表される。
【数１】
Ｑ ：真空チャンバに導入されるガスの流量（Ｐａ・ｍ３／Ｓ）
Ｄ ：配管内径（ｍ）
Ｌ ：配管長（ｍ）
Ｐ１ ：メインポンプ背圧 （Ｐａ）
Ｐ２ ：補助ポンプ吸気口圧力（Ｐａ）
補助ポンプ排気速度Ｓ（ｍ３／ｓ）とすると、Ｐ２＝Ｑ／Ｓ
η ：真空チャンバに導入されるガスの粘性係数（Ｐａ・Ｓ）
【００１１】
真空処理室において、８ｉｎｃｈのウエハをエッチングする場合を想定し、ガス流量条件をＮ２ガスを最大流量として流す場合、式（１）により計算されるメインポンプ背圧は、設置条件を考慮して配管長を設定した場合、従来の内径が２５ｍｍ又は４０ｍｍの場合には表１に示すようになる。この場合、メインポンプの許容背圧は、２．０Ｔｏｒｒ以上あれば充分である。
【００１２】
【表１】
【００１３】
一方、同じ条件に対して配管内径を現合が可能なφ１０mmに小径化した場合の計算結果を表２に示す。ここで、現合配管とは、例えば、ベンダー等の配管用の曲げ工具を用い、装置が設置されている、あるいは設置される現地で配管を曲げて施工する配管方法を指す。例えば、図２０に示すように、真空排気システムのうちメインポンプ３までを上階に設置し、補助ポンプ５を階下に設置する場合、図２１（ａ）に示すように、屈曲部Ｂをベンダー等の曲げ工具で曲げて施工する。このような加工は、同一階に配置する場合でも、ほとんどの場合に必要である。なお、現合配管の方法として、連絡配管の外径が１／２ｉｎｃｈ（１２．７ｍｍ）以下である場合には、フレキシブルチューブを用いることもできる。
【００１４】
【表２】
【００１５】
表２の結果より、補助ポンプが装置から配管長２ｍの近傍に設置されている場合に、配管を内径φ１０mm以下に小径化するには約５Ｔｏｒｒの許容背圧を有するメインポンプが必要になる。また、補助ポンプが同一階で装置から離れた場所に設置されており、あるいは階上階下に設置されていて、それぞれ配管長が５ｍ及び２０ｍの場合に、配管を内径φ１０mm以下に小径化するには、それぞれ、約７Ｔｏｒｒ、１５Ｔｏｒｒの許容背圧を有するメインポンプが必要になることが分かる。
【００１６】
本発明は、このような認識に基づき、配管径を現合可能な小径とした配管経路と、その場合に想定される必要背圧を維持して運転できるような真空ポンプとを組み合わせた構成とした。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、前記メインポンプは、回転翼と固定翼が交互に配置された翼排気部を有し、前記翼排気部の少なくとも一部は、前記回転翼又は固定翼の互いに対向する面の少なくとも一方に凹凸が形成された径方向翼排気部として構成されてい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である。
【００２０】
このような新たなタイプのターボ型真空ポンプを用いることにより、比較的高い背圧条件でも安定な排気動作を行なうことができる。メインポンプを、前記翼排気部に加えてねじ溝排気部を設けた広域型としてもよい。
【００２１】
メインポンプに、吸気口を開閉自在に覆う弁体と、該弁体を開閉駆動する弁駆動機構とを一体に設けてもよい。これにより、一つの弁装置で開閉弁（ゲートバルブ）と開度調整弁（ＡＰＣバルブ）を兼用することができるので、チャンバ回りの排気系をコンパクトに構成することができる。
【００２２】
メインポンプと補助ポンプをつなぐ配管部の任意位置に配管昇温用のヒータを設けてもよい。本発明の真空排気システムでは、メインポンプと補助ポンプ間の圧力が従来の真空排気システムに比べて高いため、排気ガスがメインポンプと補助ポンプ間に固形生成物として堆積しやすい。そこで、配管の閉塞等を防ぐために、配管温度を排気ガスの飽和蒸気圧温度以上に高めることが有効である。
【００２３】
同様に、メインポンプと補助ポンプ間に生成物除去用の冷却トラップもしくは加熱型トラップの少なくとも一方を設けてもよい。これにより、排気ガスが固形生成物として配管に堆積する前に、強制的に冷却して固化させ、もしくは熱化学反応を起こさせて別物質にした後に除去することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して、本発明が適用される真空排気システムを説明する。このシステムは、例えば、エッチングやＣＶＤ処理を行なうための真空チャンバ１と、真空チャンバ１内から配管２を介してプロセスガスを排気し、且つ、真空チャンバ１を所望の圧力に減圧するメインポンプ（ターボ型真空ポンプ）３と、メインポンプ３の後流側に連絡配管４を介して設置され、背圧を許容背圧以下に排気するための補助ポンプ５と、これらの配管２，４に配置された流量調整弁６、開閉弁７，８を有している。
【００２５】
メインポンプ３と補助ポンプ５を連絡する連絡配管４は外径１／２ｉｎｃｈ以下となっており、その配管長さＬは約２ｍである。このように、配管外径が小さいので、配管が占有するスペースが小さく、高価なクリーンルーム内の空間を有効利用することができる。また、配管外径が小さいので現合配管が可能であり、設備コストも大幅に低減することができる。
【００２６】
このターボ型真空ポンプ３の許容背圧は少なくとも５Ｔｏｒｒである。このターボ型真空ポンプ３は、図２に示すように、筒状のポンプケーシング１０の内部にロータ（回転部）Ｒとステータ（固定部）Ｓが収容され、これらの間に軸方向翼排気部Ｌ１及び径方向翼排気部Ｌ２が構成されている。ポンプケーシング１０の上下端部にはフランジ１２ａ，１２ｂが形成され、上部フランジ１２ａには排気すべき真空チャンバ１から延びる配管２が接続されている。
【００２７】
ステータＳは、ポンプケーシング１０の下部を覆うように下部フランジ１２ｂに接合される基部１４と、その中央に立設された筒状の固定筒状部１６と、軸方向翼排気部Ｌ１及び径方向翼排気部Ｌ２の固定側部分とを備え、基部１４には排気口１７が形成されている。また、ロータＲは、固定筒状部１６の内部に挿入された主軸１８と、それに取り付けられた回転筒状部２０を有している。
【００２８】
主軸１８の外周面と固定筒状部１６の内周面には、ロータＲを回転する駆動用モータ２２と、ロータＲを非接触で支持する上部ラジアル軸受２４、下部ラジアル軸受２６及びアキシャル軸受２８が設けられている。アキシャル軸受２８は主軸１８の下端のターゲットディスク２８ａと、ステータＳ側の上下の電磁石２８ｂを有している。このような構成によって、ロータＲは５軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。固定筒状部１６の上下２ヶ所には、タッチダウン軸受２９ａ，２９ｂが形成されている。
【００２９】
軸方向翼排気部Ｌ１の回転筒状部２０の上部外周には円盤状の回転翼３０が一体に形成され、ポンプケーシング１０の内面には、固定翼３２が回転翼３０と交互に配置されて設けられている。各固定翼３２は、その縁部を固定翼スペーサ３４で上下から押さえられて固定されている。回転翼３０には、内周部のハブ３０ａと外周部のフレーム３０ｂの間に径方向に延びる傾斜した羽根（図示略）が放射状に設けられており、これの高速回転によって気体分子に軸方向の衝撃を与えて排気を行なうようになっている。
【００３０】
径方向翼排気部Ｌ２は、軸方向翼排気部Ｌ１の下流側つまり下方に設けられており、軸方向翼排気部Ｌ１とほぼ同様に、回転筒状部２０の外周に円盤状の回転翼３６が一体に形成され、ポンプケーシング１０の内面には、固定翼３８が回転翼３６と交互に配置されて設けられている。各固定翼３８は、その縁部を固定翼スペーサ４０で上下から押さえられて固定されている。
【００３１】
固定翼３８はそれぞれ中空の円板状に形成されており、図３に示すように、その表裏面に、中央の穴４２と周縁部４４の間に渡って螺旋状（渦巻状）の突条４６が設けられ、それら突条４６の間に溝４８が形成されている。各固定翼３８の表の面すなわち上側の面の螺旋状突条４６は、図３（ａ）に矢印Ａで示す回転翼３６の回転に伴い、気体分子が、実線の矢印Ｂで示すように内側に向かって流れるように形成されており、一方、各固定翼３８の裏の面すなわち下側の面の螺旋状突条４６は、回転翼３６の回転に伴い、気体分子が、破線の矢印Ｃで示すように外側に向かって流れるように形成されている。このような固定翼３８は、通常半割体として形成し、これを回転翼３６と交互になるように固定翼スペーサ４０を介して組み上げてからケーシング１０内に挿入する。
【００３２】
上記のような構成によって、この実施の形態のターボ型真空ポンプでは、径方向翼排気部Ｌ２において、軸方向の短いスパンの間に固定翼３８と回転翼３６の間をジグザグに上から下へ向かって進む長い排気経路が構成される。従って、全体として軸方向の長さを大きくすることなく、高い排気・圧縮性能を有するようなターボ型真空ポンプが提供される。
【００３３】
以下、このようなターボ型真空ポンプをメインポンプ３として用いた真空排気システムの性能を、図４を参照しつつ説明する。ここでは、許容背圧が３．０Ｔｏｒｒ以下であるような従来の真空ポンプを用いた従来の真空排気システムと比較して説明する。図中、▲１▼がある条件（Ｐ１，Ｄ，η，Ｑ）に対する従来の真空排気システムの構成曲線である。従来の構成範囲は曲線の右側（下側）領域の組み合わせになる。ここで、配管内径をＤ（φ２５mm以上）からＤ′（φ１０mm以下）に小径化すると、▲２▼従来の真空排気システムの配管長Ｌのリミットは短くなって図の下側に下がり（図中▲３▼）、真空排気システムの構成領域はさらに狭まる。
【００３４】
ここで、▲４▼は、同じ条件（Ｐ１′（５．０Ｔｏｒｒ以上），Ｄ′（φ１０mm以下），η，Ｑ）に対する許容背圧がＰ１′（５．０Ｔｏｒｒ以上）であるような真空ポンプをメインポンプ３とした本発明の真空排気システムの構成曲線であり、構成範囲は曲線の右側（下側）領域になる。このように、このターボ型真空ポンプを用いれば、従来の真空排気システムに比べてメインポンプの許容背圧が高いため、配管長Ｌを長く、また、補助ポンプ５の排気速度Ｓを小さくすることができる（図中▲６▼→▲７▼へ）。
【００３５】
また、図５に示すように、上記のターボ型真空ポンプにおいては、背圧が１５Ｔｏｒｒの場合であっても、排気速度、到達真空度等の性能を維持しつつ運転することができる。これに対して、許容背圧が３．０Ｔｏｒｒであるような従来のターボ分子ポンプでは、図６に示すように、背圧が３．０Ｔｏｒｒの場合は、０．３Ｔｏｒｒの場合に比べて排気速度が大きく低下してしまい、実用性が無い。
【００３６】
特に、補助ポンプ排気速度Ｓの小さい領域の真空排気システム構成にすれば、上記配管径の小径化と合わせ、真空排気システムのコストダウンと省スペース化を達成することができる。また、その他のメリットとして、補助ポンプ５を小型化することにより、補助ポンプ５を階下等の離れたユーティリティ用のスペースに設置せず、装置ユニットの傍、または、メインポンプ３の傍（装置ユニット内）に設置することができ、図７に示すように、比較的狭い設置床９内に配置することができ、排気系の大幅な省スペース化あるいは、ユニット化を図ることができる。
【００３７】
図８に示すのは、この発明の真空排気システムのメインポンプ３に用いることができる他の実施の形態のターボ型真空ポンプであり、ここでは螺旋状の突条５０がロータ側に形成されている。すなわち、回転翼３６表裏面の外縁部に形成されており、その間に螺旋状の溝５２が形成され、固定翼３８の表面は平坦に形成されている。各回転翼３６の表の面すなわち上側の面の螺旋状突条５０は、図８（ａ）に矢印Ａで示す回転翼の回転に伴い、気体分子が、実線の矢印Ｂで示すように外側に向かって流れるように形成されており、一方、各回転翼３６の裏の面すなわち下側の面の螺旋状突条５０は、回転翼３６の回転に伴い、気体分子が、破線の矢印Ｃで示すように内側に向かって流れるように形成されている。
【００３８】
この実施の形態においても、先の場合と同様に、径方向翼排気部Ｌ２では、図２の軸線を含む断面において、固定翼３８と回転翼３６の間をジグザグに上から下へ向かって進む長い排気経路が構成され、従って、全体として軸方向の長さを大きくすることなく、高い排気・圧縮性能を有するようなターボ型真空ポンプが提供される。
【００３９】
このターボ型真空ポンプを従来のねじ溝排気部を有する広域型のターボ分子ポンプと比較すると、以下のような利点が有る。すなわち、従来のねじ溝排気部には、クリアランスがロータとステータの間に半径方向に形成されており、ロータ回転時の弾性変形、ロータ昇温時の熱変形、さらにはロータの高温での連続運転によるクリープ変形に伴って変化しやすいので、安定した性能を得ることが難しい。これに対して、この実施の形態のターボ型真空ポンプにおける径方向翼排気部Ｌ２においては、クリアランスは２枚のディスクの間に軸方向に形成されており、シャフト及びケーシングは、弾性負荷や温度変化を受けにくい。従って、弾性変形、熱変形、クリープ変形を起こしても、クリアランスが変化しにくい。従って、安定な性能を維持することができ、また、過負荷運転に対する耐久性に優れている。
【００４０】
図９は、図２に示すターボ型真空ポンプの変形例を示すもので、この真空ポンプは、吸気口を開閉自在に覆う弁体６２と、該弁体６２を開閉駆動する弁駆動機構６４とを有しており、弁駆動機構６４はポンプ本体と一体に設けられている。この弁装置は、開度の調整が可能であり、一つの弁装置で開閉弁（ゲートバルブ）と開度調整弁（ＡＰＣバルブ）を兼用することができる。このように、弁装置を一体化し、さらに開度調整弁を兼用することで、チャンバ回りの排気系をよりコンパクトに構成することができる。
【００４１】
図１０ないし図１２はターボ型真空ポンプの他の実施の形態を示すもので、図１０は、軸方向翼排気部Ｌ１と径方向翼排気部Ｌ２の間にねじ溝排気部Ｌ３を設けた３段の排気構成としたものである。すなわち、回転筒状部２０の中段部分の外周面にねじ溝５４ａを有するねじ溝部５４が形成され、ステータ側のこれに対向する箇所にはねじ溝排気部スペーサ５６が設けられ、これによりロータの高速回転で気体分子をドラッグしながら排気するようになっている。図１１は、ねじ溝排気部Ｌ３を径方向翼排気部Ｌ２の下流側に設けたものである。
【００４２】
図１２も、ねじ溝排気部Ｌ３を径方向翼排気部Ｌ２の下流側に設けた実施の形態である。このねじ溝排気部Ｌ３は径方向翼排気部Ｌ２を構成する回転筒状部２０の裏面側に設けられている。すなわち、回転筒状部２０の径方向翼排気部Ｌ２に対応する箇所の内側には、ステータＳの固定筒状部１６の外面との間に隙間が形成されており、ここに、外面にねじ溝５４ａが形成されたねじ溝排気部スリーブ５８が挿入されている。ねじ溝排気部スリーブ５８は下部のフランジ体５８ａを介して基部１４の上に固定されている。
【００４３】
このねじ溝５４ａは、ロータＲの回転によるドラッグ作用により気体分子を下から上に向かって排気するように形成されている。これにより、径方向翼排気部Ｌ２の最下段から回転筒状部２０とねじ溝排気部スリーブ５８の間を上昇し、さらにねじ溝排気部スリーブ５８と固定筒状部１６の間の隙間を下降して排気口１７に至る流路が形成される。この実施の形態によれば、径方向翼排気部Ｌ２とねじ溝排気部Ｌ３を軸方向に重複するように設けたことにより、全体として軸方向の長さを大きくすることなく、さらに高い排気・圧縮性能を有するようなターボ型真空ポンプが提供される。
【００４４】
図１３は、ターボ型真空ポンプの他の実施の形態を示すもので、軸方向翼排気部を設けておらず、全段が径方向翼排気部Ｌ２から構成されている多段式のターボ型真空ポンプを示すものである。この実施の形態は、上述の軸方向翼排気部との組み合わせのタイプに比べ、通常のターボ分子ポンプが用いられる分子流領域よりも圧力が高い領域において高流量を圧送することができるという効果を発揮する。
【００４５】
図１４は、図１３の実施の形態の後段にねじ溝排気部Ｌ３を設けたもので、ここでは、回転筒状部２０と固定筒状部１６の間に溝排気部スリーブ（第２の固定筒状部）６０を設け、この第２の固定筒状部の外面に螺旋状の突条６０ａを形成して、回転筒状部２０と溝排気部スリーブ６０の間にねじ溝排気部Ｌ３を形成している。これにより、軸方向に往復する排気流路を形成して、コンパクトでかつ高排気量を得られるポンプを構成することができる。
【００４６】
図１５は、この発明のさらに他の実施の形態のターボ型真空ポンプを示すもので、前段に、ねじ溝５４ａを有する筒状のねじ溝部５４を有する溝排気部Ｌ３を設け、後段に径方向翼排気部Ｌ２を設けたものである。この実施の形態においては、図２に示す軸方向翼排気部Ｌ１と径方向翼排気部Ｌ２との組み合わせに比較して、以下のような効果を奏する。すなわち、軸方向排気部は、分子流領域でより性能を発揮するのに対し、軸方向ねじ溝排気部は約１〜１０００Ｐａの圧力領域において有効に作用するので、より大気に近い粘性流領域での稼動が可能となる。
【００４７】
なお、上記においては、径方向翼排気部Ｌ２は、図１６Ａに示すように固定翼３８及び回転翼３６の一方に所定形状の凹凸４６，５０を形成しているが、図１６Ｂ〜Ｄ、図１７Ａ〜Ｅに示すように、凹凸４６，５０を固定翼３８及び回転翼３６の対向する面の少なくとも一方に適宜に配置してよく、また、そのような配置を径方向翼排気部Ｌ２の各段で変化させて適用してよい。
【００４８】
図１８は、この発明の実施の形態を示すもので、メインポンプ３と補助ポンプ５をつなぐ配管部の、開閉弁８を含む任意位置に配管昇温用のヒータ６６を設けている。本発明の真空排気システムはメインポンプ３と補助ポンプ５間の圧力が従来の真空排気システムに比べ高いため、排気ガスがメインポンプ３と補助ポンプ５間に固形生成物として堆積しやすく、これにより、配管を閉塞させるような事態が生じやすい。これを防ぐために、ヒータを設け、配管温度を排気ガスの飽和蒸気圧温度以上に高めている。
【００４９】
図１９は、この発明の他の実施の形態を示すもので、メインポンプ３と補助ポンプ５間の配管４に生成物除去用トラップ６８を設けたものである。これは、冷却トラップ６８もしくは加熱型トラップの少なくとも一方であればよい。これにより、排気ガス中の固化しやすい成分が、固形生成物として配管に堆積する前に、強制的に冷却し、もしくは熱化学反応を起こさせて別物質にした後、除去することができる。
【００５０】
なお、上記では、メインポンプ３と補助ポンプ５間の配管サイズを外径φ１／２ｉｎｃｈ以下としているが、メインポンプ３の排気口径、補助ポンプ５の吸気口径、その他メインポンプ３と補助ポンプ５間の真空部品のサイズにより、外径φ１／２ｉｎｃｈよりも太い配管部が存在してもよく、あくまでメインの配管径が外径φ１／２ｉｎｃｈ以下であれば構わない。
【００５１】
図２０は、この発明が適用される他の真空排気システムを示すもので、この真空排気システムでは、真空チャンバ１からメインポンプ３までを上階に設置し、補助ポンプ５を階下に設置している。メインポンプ３と補助ポンプ５を連絡する連絡配管４は外径φ１／２ｉｎｃｈ以下となっており、その配管長さＬは約２０ｍである。連絡配管４は１つの屈曲部Ｂを有しており、これはベンダー等の曲げ工具で曲げて施工されている。この場合には、メインポンプ３の許容背圧は約１５．０Ｔｏｒｒである。
【００５２】
なお、補助ポンプ５としては、一般的に油回転ポンプ、ドライ真空ポンプが使用される。ドライ真空ポンプとしては、ルーツ型真空ポンプ、スクリュー型真空ポンプ、クロー型真空ポンプ、スクロール型真空ポンプ、ねじ溝型真空ポンプ、ピストン型真空ポンプ、ダイヤフラム型真空ポンプが有る。補助ポンプ５の小型化を促進する対策としては、特に、ピストン型真空ポンプ、ダイヤフラム型真空ポンプは構造がシンプルで、ポンプサイズを非常に小型化することが可能である。
【００５３】
また、各図において、メインポンプと補助ポンプは１対１の組み合わせになっているが、補助ポンプに対し複数のメインポンプが組み合わされていても構わない。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、排気系を、施工時に配管どうしを現合することが可能な小径配管の配管経路と、その場合に想定される必要背圧を維持して運転できるような真空ポンプとを組み合わて構成し、配管自体が占めるのスペースの減少及び施工作業の簡略化を図り、真空排気システムの全体としてののコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明が適用される真空排気システムの全体構成と配置を示す図である。
【図２】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプの１つの実施の形態を示す断面図である。
【図３】 （ａ）図２の要部を示す図、（ｂ）その断面図である。
【図４】 この発明の真空排気システムの性能を従来例と比較して示すグラフである。
【図５】 この発明の真空排気システムの排気速度線図である。
【図６】 従来の真空排気システムの排気速度線図である。
【図７】 この発明が適用される他の真空排気システムを示す図である。
【図８】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプの他の実施の形態の、（ａ）要部を示す図、（ｂ）その断面図である。
【図９】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１０】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１１】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１２】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１３】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１４】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１５】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１６】 Ａ〜Ｄは、本発明のターボ分子ポンプの凹凸の付け方の変形例を示す断面図である。
【図１７】 Ａ〜Ｅは、本発明のターボ分子ポンプの凹凸の付け方の他の変形例を示す断面図である。
【図１８】 この発明の真空排気システムの実施の形態を示す図である。
【図１９】 この発明の真空排気システムの他の実施の形態を示す図である。
【図２０】 この発明が適用される更に他の真空排気システムを示す図である。
【図２１】 配管の屈曲部を拡大して示す図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は従来の場合を示す。
【符号の説明】
１ 真空チャンバ
２ 配管
３ メインポンプ
４ 連絡配管
５ 補助ポンプ
６ 流量調整弁
７，８ 開閉弁
９ 設置床
１０ ポンプケーシング
１２ａ，１２ｂ フランジ
１４ 基部
１６ 固定筒状部
１７ 排気口
１８ 主軸
２０ 回転筒状部
２２ 駆動用モータ
２４ 上部ラジアル軸受
２６ 下部ラジアル軸受
２８ アキシャル軸受
２８ａ ターゲットディスク
２８ｂ 電磁石
２９ａ，２９ｂ タッチダウン軸受
３０ 回転翼
３０ａ ハブ
３０ｂ フレーム
３２ 固定翼
３４ 固定翼スペーサ
３６ 回転翼
３８ 固定翼
４０ 固定翼スペーサ
４２ 穴
４４ 周縁部
４６ 突条
４８ 溝
５０ 突条
５２ 溝
５４ａ 溝
５４ 溝部
５６ 溝排気部スペーサ
５８ 溝排気部スリーブ
５８ａ フランジ体
６０ 溝排気部スリーブ
６０ａ 突条
６２ 弁体
６４ 弁駆動機構
６６ ヒータ
６８ トラップ
Ｌ１ 軸方向翼排気部
Ｌ２ 径方向翼排気部
Ｌ３ 溝排気部
Ｂ 屈曲部
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造工程で用いられる真空排気システムに関し、特に、真空処理室等から比較的大流量のガスを排気することができる真空排気システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体製造装置や液晶製造装置は、一般的に、例えば、エッチングやＣＶＤ処理等を行なう装置である真空チャンバと、真空チャンバ内からプロセスガスを排気し、且つ、真空チャンバを所望の圧力に減圧する真空ポンプから構成されている。真空ポンプとしては、中真空領域の到達圧力を有する、ルーツ型真空ポンプ等が一般的に用いられているが、更に高い真空度が求められる場合には、ターボ分子ポンプ等のターボ型真空ポンプをメインポンプとし、ルーツ型ドライポンプ等、中真空領域を到達圧力とする真空ポンプを補助ポンプとしてメインポンプの後流側に設置し、メインポンプ背圧を補助ポンプで許容背圧以下に排気することが広く行われている。このメインポンプと補助ポンプは、配管で接続され、この配管内に必要な弁装置が配置されている。ここでいうターボ型真空ポンプとしては、到達圧力が超高真空領域であり、大気圧への排気が不可であるターボ分子ポンプやモレキュラードラッグポンプがある。
【０００３】
補助ポンプは、メインポンプの近傍に配置するのが通常であるが、場合によってはこれから離れた場所や、異なる階に設置する。補助ポンプ排気速度（Ｌ／ｍｉｎ）については、メインポンプの排気速度（Ｌ／ｓｅｃ）と補助ポンプの排気速度（（Ｌ／ｍｉｎ）の比が０．２〜１．０程度のものが現在一般的に選定されており、補助ポンプは比較的大型で高コストである。
【０００４】
メインポンプと補助ポンプの間を連絡する配管の径は、補助ポンプが装置ユニットから離れた場所や異なる階に設置されている場合であって配管長が長い場合は、通常、内径φ４０ｍｍ以上の太い配管が用いられている。補助ポンプが装置ユニットの近傍に有って配管長が短い場合でも、内径φ２５mm以上の配管が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような真空排気システムにおいて、配管径と補助ポンプの性能（特に、排気速度）は、プロセスガス流量、配管長、メインポンプの許容背圧を考慮して決定する。しかしながら、一般的に、メインポンプの許容背圧とは、その背圧条件で連続運転（警報の出力がなく、定格回転数を維持）が可能であることを意味しているだけである。例えば、メインポンプとして広域型ターボ分子ポンプを考えた場合、実際には、図６を参照して後述するように、背圧が許容背圧に到達する前に、低背圧時の排気性能を維持できなくなってしまう。
【０００６】
従って、ポンプを実際の半導体製造装置や液晶製造装置で使う場合は、排気性能を十分発揮することができるように、許容背圧に対して十分なマージンを取らなければならず、その結果、配管径は大きくなってしまう。
【０００７】
しかしながら、このような大径の配管を用いた排気系においては、特に配管長が長い場合に、配管自体がクリーンルーム内の高価なスペースを占有してしまい、工場設備コストを上昇させるという課題が有る。さらに、従来の大径配管の場合は、図２１（ｂ）に示すように、予め現場に合わせた長さの直管４ａ，４ａと屈曲部Ｂを構成するエルボー４ｂを用意し、これを溶接していたが、これにはエルボー４ｂ等の部品が必要になって、調達やハンドリングコストが嵩み、さらに、事前に現地の調査が必要であり、溶接による施工作業自体の他に多くの作業費がかかっていた。大径の場合には、ベンダーのような曲げ工具は使用できず、できた場合でも強度的な問題が生じる。これは、現合配管にフレキシブルチューブを用いる場合も同様である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、全体としての省スペース化、及び配管施工作業の簡略化等を通してコストダウンを図ることができる真空排気システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、真空チャンバと、該真空チャンバにガスを導入する手段と、前記真空チャンバを排気して該真空チャンバの圧力を所望の圧力に減圧するメインポンプと、前記メインポンプの後流側に設置される補助ポンプと、前記メインポンプと前記補助ポンプを接続する配管を備え、前記メインポンプと補助ポンプを接続する配管としての連絡配管の外径は１／２ｉｎｃｈ（１２．７ｍｍ）以下であり、前記連絡配管の長さと前記補助ポンプの能力は、前記メインポンプ背圧が５Ｔｏｒｒ以上になるように組み合わせられており、前記連絡配管には、配管昇温用のヒータまたは生成物除去用トラップが設けられていることを特徴とする真空排気システムである。
【００１０】
以下に、この発明の概念を構成するに至る経過を説明する。連絡配管の前後における圧力と配管径及び長さの関係は、連絡配管を直管として扱うと、一般的に、次式（１）で表される。
【数１】
Ｄ ：配管内径（ｍ）
Ｌ ：配管長（ｍ）
Ｐ１ ：メインポンプ背圧 （Ｐａ）
Ｐ２ ：補助ポンプ吸気口圧力（Ｐａ）
補助ポンプ排気速度Ｓ（ｍ３／ｓ）とすると、Ｐ２＝Ｑ／Ｓ
η ：真空チャンバに導入されるガスの粘性係数（Ｐａ・Ｓ）
【００１１】
真空処理室において、８ｉｎｃｈのウエハをエッチングする場合を想定し、ガス流量条件をＮ２ガスを最大流量として流す場合、式（１）により計算されるメインポンプ背圧は、設置条件を考慮して配管長を設定した場合、従来の内径が２５ｍｍ又は４０ｍｍの場合には表１に示すようになる。この場合、メインポンプの許容背圧は、２．０Ｔｏｒｒ以上あれば充分である。
【００１２】
【表１】
一方、同じ条件に対して配管内径を現合が可能なφ１０mmに小径化した場合の計算結果を表２に示す。ここで、現合配管とは、例えば、ベンダー等の配管用の曲げ工具を用い、装置が設置されている、あるいは設置される現地で配管を曲げて施工する配管方法を指す。例えば、図２０に示すように、真空排気システムのうちメインポンプ３までを上階に設置し、補助ポンプ５を階下に設置する場合、図２１（ａ）に示すように、屈曲部Ｂをベンダー等の曲げ工具で曲げて施工する。このような加工は、同一階に配置する場合でも、ほとんどの場合に必要である。なお、現合配管の方法として、連絡配管の外径が１／２ｉｎｃｈ（１２．７ｍｍ）以下である場合には、フレキシブルチューブを用いることもできる。
【００１４】
【表２】
表２の結果より、補助ポンプが装置から配管長２ｍの近傍に設置されている場合に、配管を内径φ１０mm以下に小径化するには約５Ｔｏｒｒの許容背圧を有するメインポンプが必要になる。また、補助ポンプが同一階で装置から離れた場所に設置されており、あるいは階上階下に設置されていて、それぞれ配管長が５ｍ及び２０ｍの場合に、配管を内径φ１０mm以下に小径化するには、それぞれ、約７Ｔｏｒｒ、１５Ｔｏｒｒの許容背圧を有するメインポンプが必要になることが分かる。
【００１６】
本発明は、このような認識に基づき、配管径を現合可能な小径とした配管経路と、その場合に想定される必要背圧を維持して運転できるような真空ポンプとを組み合わせた構成とした。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、前記メインポンプは、回転翼と固定翼が交互に配置された翼排気部を有し、前記翼排気部の少なくとも一部は、前記回転翼又は固定翼の互いに対向する面の少なくとも一方に凹凸が形成された径方向翼排気部として構成されてい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である。
【００２０】
このような新たなタイプのターボ型真空ポンプを用いることにより、比較的高い背圧条件でも安定な排気動作を行なうことができる。メインポンプを、前記翼排気部に加えてねじ溝排気部を設けた広域型としてもよい。
【００２１】
メインポンプに、吸気口を開閉自在に覆う弁体と、該弁体を開閉駆動する弁駆動機構とを一体に設けてもよい。これにより、一つの弁装置で開閉弁（ゲートバルブ）と開度調整弁（ＡＰＣバルブ）を兼用することができるので、チャンバ回りの排気系をコンパクトに構成することができる。
【００２２】
メインポンプと補助ポンプをつなぐ配管部の任意位置に配管昇温用のヒータを設けてもよい。本発明の真空排気システムでは、メインポンプと補助ポンプ間の圧力が従来の真空排気システムに比べて高いため、排気ガスがメインポンプと補助ポンプ間に固形生成物として堆積しやすい。そこで、配管の閉塞等を防ぐために、配管温度を排気ガスの飽和蒸気圧温度以上に高めることが有効である。
【００２３】
同様に、メインポンプと補助ポンプ間に生成物除去用の冷却トラップもしくは加熱型トラップの少なくとも一方を設けてもよい。これにより、排気ガスが固形生成物として配管に堆積する前に、強制的に冷却して固化させ、もしくは熱化学反応を起こさせて別物質にした後に除去することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して、本発明が適用される真空排気システムを説明する。このシステムは、例えば、エッチングやＣＶＤ処理を行なうための真空チャンバ１と、真空チャンバ１内から配管２を介してプロセスガスを排気し、且つ、真空チャンバ１を所望の圧力に減圧するメインポンプ（ターボ型真空ポンプ）３と、メインポンプ３の後流側に連絡配管４を介して設置され、背圧を許容背圧以下に排気するための補助ポンプ５と、これらの配管２，４に配置された流量調整弁６、開閉弁７，８を有している。
【００２５】
メインポンプ３と補助ポンプ５を連絡する連絡配管４は外径１／２ｉｎｃｈ以下となっており、その配管長さＬは約２ｍである。このように、配管外径が小さいので、配管が占有するスペースが小さく、高価なクリーンルーム内の空間を有効利用することができる。また、配管外径が小さいので現合配管が可能であり、設備コストも大幅に低減することができる。
【００２６】
このターボ型真空ポンプ３の許容背圧は少なくとも５Ｔｏｒｒである。このターボ型真空ポンプ３は、図２に示すように、筒状のポンプケーシング１０の内部にロータ（回転部）Ｒとステータ（固定部）Ｓが収容され、これらの間に軸方向翼排気部Ｌ１及び径方向翼排気部Ｌ２が構成されている。ポンプケーシング１０の上下端部にはフランジ１２ａ，１２ｂが形成され、上部フランジ１２ａには排気すべき真空チャンバ１から延びる配管２が接続されている。
【００２７】
ステータＳは、ポンプケーシング１０の下部を覆うように下部フランジ１２ｂに接合される基部１４と、その中央に立設された筒状の固定筒状部１６と、軸方向翼排気部Ｌ１及び径方向翼排気部Ｌ２の固定側部分とを備え、基部１４には排気口１７が形成されている。また、ロータＲは、固定筒状部１６の内部に挿入された主軸１８と、それに取り付けられた回転筒状部２０を有している。
【００２８】
主軸１８の外周面と固定筒状部１６の内周面には、ロータＲを回転する駆動用モータ２２と、ロータＲを非接触で支持する上部ラジアル軸受２４、下部ラジアル軸受２６及びアキシャル軸受２８が設けられている。アキシャル軸受２８は主軸１８の下端のターゲットディスク２８ａと、ステータＳ側の上下の電磁石２８ｂを有している。このような構成によって、ロータＲは５軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。固定筒状部１６の上下２ヶ所には、タッチダウン軸受２９ａ，２９ｂが形成されている。
【００２９】
軸方向翼排気部Ｌ１の回転筒状部２０の上部外周には円盤状の回転翼３０が一体に形成され、ポンプケーシング１０の内面には、固定翼３２が回転翼３０と交互に配置されて設けられている。各固定翼３２は、その縁部を固定翼スペーサ３４で上下から押さえられて固定されている。回転翼３０には、内周部のハブ３０ａと外周部のフレーム３０ｂの間に径方向に延びる傾斜した羽根（図示略）が放射状に設けられており、これの高速回転によって気体分子に軸方向の衝撃を与えて排気を行なうようになっている。
【００３０】
径方向翼排気部Ｌ２は、軸方向翼排気部Ｌ１の下流側つまり下方に設けられており、軸方向翼排気部Ｌ１とほぼ同様に、回転筒状部２０の外周に円盤状の回転翼３６が一体に形成され、ポンプケーシング１０の内面には、固定翼３８が回転翼３６と交互に配置されて設けられている。各固定翼３８は、その縁部を固定翼スペーサ４０で上下から押さえられて固定されている。
【００３１】
固定翼３８はそれぞれ中空の円板状に形成されており、図３に示すように、その表裏面に、中央の穴４２と周縁部４４の間に渡って螺旋状（渦巻状）の突条４６が設けられ、それら突条４６の間に溝４８が形成されている。各固定翼３８の表の面すなわち上側の面の螺旋状突条４６は、図３（ａ）に矢印Ａで示す回転翼３６の回転に伴い、気体分子が、実線の矢印Ｂで示すように内側に向かって流れるように形成されており、一方、各固定翼３８の裏の面すなわち下側の面の螺旋状突条４６は、回転翼３６の回転に伴い、気体分子が、破線の矢印Ｃで示すように外側に向かって流れるように形成されている。このような固定翼３８は、通常半割体として形成し、これを回転翼３６と交互になるように固定翼スペーサ４０を介して組み上げてからケーシング１０内に挿入する。
【００３２】
上記のような構成によって、この実施の形態のターボ型真空ポンプでは、径方向翼排気部Ｌ２において、軸方向の短いスパンの間に固定翼３８と回転翼３６の間をジグザグに上から下へ向かって進む長い排気経路が構成される。従って、全体として軸方向の長さを大きくすることなく、高い排気・圧縮性能を有するようなターボ型真空ポンプが提供される。
【００３３】
以下、このようなターボ型真空ポンプをメインポンプ３として用いた真空排気システムの性能を、図４を参照しつつ説明する。ここでは、許容背圧が３．０Ｔｏｒｒ以下であるような従来の真空ポンプを用いた従来の真空排気システムと比較して説明する。図中、▲１▼がある条件（Ｐ１，Ｄ，η，Ｑ）に対する従来の真空排気システムの構成曲線である。従来の構成範囲は曲線の右側（下側）領域の組み合わせになる。ここで、配管内径をＤ（φ２５mm以上）からＤ′（φ１０mm以下）に小径化すると、▲２▼従来の真空排気システムの配管長Ｌのリミットは短くなって図の下側に下がり（図中▲３▼）、真空排気システムの構成領域はさらに狭まる。
【００３４】
ここで、▲４▼は、同じ条件（Ｐ１′（５．０Ｔｏｒｒ以上），Ｄ′（φ１０mm以下），η，Ｑ）に対する許容背圧がＰ１′（５．０Ｔｏｒｒ以上）であるような真空ポンプをメインポンプ３とした本発明の真空排気システムの構成曲線であり、構成範囲は曲線の右側（下側）領域になる。このように、このターボ型真空ポンプを用いれば、従来の真空排気システムに比べてメインポンプの許容背圧が高いため、配管長Ｌを長く、また、補助ポンプ５の排気速度Ｓを小さくすることができる（図中▲６▼→▲７▼へ）。
【００３５】
また、図５に示すように、上記のターボ型真空ポンプにおいては、背圧が１５Ｔｏｒｒの場合であっても、排気速度、到達真空度等の性能を維持しつつ運転することができる。これに対して、許容背圧が３．０Ｔｏｒｒであるような従来のターボ分子ポンプでは、図６に示すように、背圧が３．０Ｔｏｒｒの場合は、０．３Ｔｏｒｒの場合に比べて排気速度が大きく低下してしまい、実用性が無い。
【００３６】
特に、補助ポンプ排気速度Ｓの小さい領域の真空排気システム構成にすれば、上記配管径の小径化と合わせ、真空排気システムのコストダウンと省スペース化を達成することができる。また、その他のメリットとして、補助ポンプ５を小型化することにより、補助ポンプ５を階下等の離れたユーティリティ用のスペースに設置せず、装置ユニットの傍、または、メインポンプ３の傍（装置ユニット内）に設置することができ、図７に示すように、比較的狭い設置床９内に配置することができ、排気系の大幅な省スペース化あるいは、ユニット化を図ることができる。
【００３７】
図８に示すのは、この発明の真空排気システムのメインポンプ３に用いることができる他の実施の形態のターボ型真空ポンプであり、ここでは螺旋状の突条５０がロータ側に形成されている。すなわち、回転翼３６表裏面の外縁部に形成されており、その間に螺旋状の溝５２が形成され、固定翼３８の表面は平坦に形成されている。各回転翼３６の表の面すなわち上側の面の螺旋状突条５０は、図８（ａ）に矢印Ａで示す回転翼の回転に伴い、気体分子が、実線の矢印Ｂで示すように外側に向かって流れるように形成されており、一方、各回転翼３６の裏の面すなわち下側の面の螺旋状突条５０は、回転翼３６の回転に伴い、気体分子が、破線の矢印Ｃで示すように内側に向かって流れるように形成されている。
【００３８】
この実施の形態においても、先の場合と同様に、径方向翼排気部Ｌ２では、図２の軸線を含む断面において、固定翼３８と回転翼３６の間をジグザグに上から下へ向かって進む長い排気経路が構成され、従って、全体として軸方向の長さを大きくすることなく、高い排気・圧縮性能を有するようなターボ型真空ポンプが提供される。
【００３９】
このターボ型真空ポンプを従来のねじ溝排気部を有する広域型のターボ分子ポンプと比較すると、以下のような利点が有る。すなわち、従来のねじ溝排気部には、クリアランスがロータとステータの間に半径方向に形成されており、ロータ回転時の弾性変形、ロータ昇温時の熱変形、さらにはロータの高温での連続運転によるクリープ変形に伴って変化しやすいので、安定した性能を得ることが難しい。これに対して、この実施の形態のターボ型真空ポンプにおける径方向翼排気部Ｌ２においては、クリアランスは２枚のディスクの間に軸方向に形成されており、シャフト及びケーシングは、弾性負荷や温度変化を受けにくい。従って、弾性変形、熱変形、クリープ変形を起こしても、クリアランスが変化しにくい。従って、安定な性能を維持することができ、また、過負荷運転に対する耐久性に優れている。
【００４０】
図９は、図２に示すターボ型真空ポンプの変形例を示すもので、この真空ポンプは、吸気口を開閉自在に覆う弁体６２と、該弁体６２を開閉駆動する弁駆動機構６４とを有しており、弁駆動機構６４はポンプ本体と一体に設けられている。この弁装置は、開度の調整が可能であり、一つの弁装置で開閉弁（ゲートバルブ）と開度調整弁（ＡＰＣバルブ）を兼用することができる。このように、弁装置を一体化し、さらに開度調整弁を兼用することで、チャンバ回りの排気系をよりコンパクトに構成することができる。
【００４１】
図１０ないし図１２はターボ型真空ポンプの他の実施の形態を示すもので、図１０は、軸方向翼排気部Ｌ１と径方向翼排気部Ｌ２の間にねじ溝排気部Ｌ３を設けた３段の排気構成としたものである。すなわち、回転筒状部２０の中段部分の外周面にねじ溝５４ａを有するねじ溝部５４が形成され、ステータ側のこれに対向する箇所にはねじ溝排気部スペーサ５６が設けられ、これによりロータの高速回転で気体分子をドラッグしながら排気するようになっている。図１１は、ねじ溝排気部Ｌ３を径方向翼排気部Ｌ２の下流側に設けたものである。
【００４２】
図１２も、ねじ溝排気部Ｌ３を径方向翼排気部Ｌ２の下流側に設けた実施の形態である。このねじ溝排気部Ｌ３は径方向翼排気部Ｌ２を構成する回転筒状部２０の裏面側に設けられている。すなわち、回転筒状部２０の径方向翼排気部Ｌ２に対応する箇所の内側には、ステータＳの固定筒状部１６の外面との間に隙間が形成されており、ここに、外面にねじ溝５４ａが形成されたねじ溝排気部スリーブ５８が挿入されている。ねじ溝排気部スリーブ５８は下部のフランジ体５８ａを介して基部１４の上に固定されている。
【００４３】
このねじ溝５４ａは、ロータＲの回転によるドラッグ作用により気体分子を下から上に向かって排気するように形成されている。これにより、径方向翼排気部Ｌ２の最下段から回転筒状部２０とねじ溝排気部スリーブ５８の間を上昇し、さらにねじ溝排気部スリーブ５８と固定筒状部１６の間の隙間を下降して排気口１７に至る流路が形成される。この実施の形態によれば、径方向翼排気部Ｌ２とねじ溝排気部Ｌ３を軸方向に重複するように設けたことにより、全体として軸方向の長さを大きくすることなく、さらに高い排気・圧縮性能を有するようなターボ型真空ポンプが提供される。
【００４４】
図１３は、ターボ型真空ポンプの他の実施の形態を示すもので、軸方向翼排気部を設けておらず、全段が径方向翼排気部Ｌ２から構成されている多段式のターボ型真空ポンプを示すものである。この実施の形態は、上述の軸方向翼排気部との組み合わせのタイプに比べ、通常のターボ分子ポンプが用いられる分子流領域よりも圧力が高い領域において高流量を圧送することができるという効果を発揮する。
【００４５】
図１４は、図１３の実施の形態の後段にねじ溝排気部Ｌ３を設けたもので、ここでは、回転筒状部２０と固定筒状部１６の間に溝排気部スリーブ（第２の固定筒状部）６０を設け、この第２の固定筒状部の外面に螺旋状の突条６０ａを形成して、回転筒状部２０と溝排気部スリーブ６０の間にねじ溝排気部Ｌ３を形成している。これにより、軸方向に往復する排気流路を形成して、コンパクトでかつ高排気量を得られるポンプを構成することができる。
【００４６】
図１５は、この発明のさらに他の実施の形態のターボ型真空ポンプを示すもので、前段に、ねじ溝５４ａを有する筒状のねじ溝部５４を有する溝排気部Ｌ３を設け、後段に径方向翼排気部Ｌ２を設けたものである。この実施の形態においては、図２に示す軸方向翼排気部Ｌ１と径方向翼排気部Ｌ２との組み合わせに比較して、以下のような効果を奏する。すなわち、軸方向排気部は、分子流領域でより性能を発揮するのに対し、軸方向ねじ溝排気部は約１〜１０００Ｐａの圧力領域において有効に作用するので、より大気に近い粘性流領域での稼動が可能となる。
【００４７】
なお、上記においては、径方向翼排気部Ｌ２は、図１６Ａに示すように固定翼３８及び回転翼３６の一方に所定形状の凹凸４６，５０を形成しているが、図１６Ｂ〜Ｄ、図１７Ａ〜Ｅに示すように、凹凸４６，５０を固定翼３８及び回転翼３６の対向する面の少なくとも一方に適宜に配置してよく、また、そのような配置を径方向翼排気部Ｌ２の各段で変化させて適用してよい。
【００４８】
図１８は、この発明の実施の形態を示すもので、メインポンプ３と補助ポンプ５をつなぐ配管部の、開閉弁８を含む任意位置に配管昇温用のヒータ６６を設けている。本発明の真空排気システムはメインポンプ３と補助ポンプ５間の圧力が従来の真空排気システムに比べ高いため、排気ガスがメインポンプ３と補助ポンプ５間に固形生成物として堆積しやすく、これにより、配管を閉塞させるような事態が生じやすい。これを防ぐために、ヒータを設け、配管温度を排気ガスの飽和蒸気圧温度以上に高めている。
【００４９】
図１９は、この発明の他の実施の形態を示すもので、メインポンプ３と補助ポンプ５間の配管４に生成物除去用トラップ６８を設けたものである。これは、冷却トラップ６８もしくは加熱型トラップの少なくとも一方であればよい。これにより、排気ガス中の固化しやすい成分が、固形生成物として配管に堆積する前に、強制的に冷却し、もしくは熱化学反応を起こさせて別物質にした後、除去することができる。
【００５０】
なお、上記では、メインポンプ３と補助ポンプ５間の配管サイズを外径φ１／２ｉｎｃｈ以下としているが、メインポンプ３の排気口径、補助ポンプ５の吸気口径、その他メインポンプ３と補助ポンプ５間の真空部品のサイズにより、外径φ１／２ｉｎｃｈよりも太い配管部が存在してもよく、あくまでメインの配管径が外径φ１／２ｉｎｃｈ以下であれば構わない。
【００５１】
図２０は、この発明が適用される他の真空排気システムを示すもので、この真空排気システムでは、真空チャンバ１からメインポンプ３までを上階に設置し、補助ポンプ５を階下に設置している。メインポンプ３と補助ポンプ５を連絡する連絡配管４は外径φ１／２ｉｎｃｈ以下となっており、その配管長さＬは約２０ｍである。連絡配管４は１つの屈曲部Ｂを有しており、これはベンダー等の曲げ工具で曲げて施工されている。この場合には、メインポンプ３の許容背圧は約１５．０Ｔｏｒｒである。
【００５２】
なお、補助ポンプ５としては、一般的に油回転ポンプ、ドライ真空ポンプが使用される。ドライ真空ポンプとしては、ルーツ型真空ポンプ、スクリュー型真空ポンプ、クロー型真空ポンプ、スクロール型真空ポンプ、ねじ溝型真空ポンプ、ピストン型真空ポンプ、ダイヤフラム型真空ポンプが有る。補助ポンプ５の小型化を促進する対策としては、特に、ピストン型真空ポンプ、ダイヤフラム型真空ポンプは構造がシンプルで、ポンプサイズを非常に小型化することが可能である。
【００５３】
また、各図において、メインポンプと補助ポンプは１対１の組み合わせになっているが、補助ポンプに対し複数のメインポンプが組み合わされていても構わない。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、排気系を、施工時に配管どうしを現合することが可能な小径配管の配管経路と、その場合に想定される必要背圧を維持して運転できるような真空ポンプとを組み合わて構成し、配管自体が占めるのスペースの減少及び施工作業の簡略化を図り、真空排気システムの全体としてののコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明が適用される真空排気システムの全体構成と配置を示す図である。
【図２】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプの１つの実施の形態を示す断面図である。
【図３】 （ａ）図２の要部を示す図、（ｂ）その断面図である。
【図４】 この発明の真空排気システムの性能を従来例と比較して示すグラフである。
【図５】 この発明の真空排気システムの排気速度線図である。
【図６】 従来の真空排気システムの排気速度線図である。
【図７】 この発明が適用される他の真空排気システムを示す図である。
【図８】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプの他の実施の形態の、（ａ）要部を示す図、（ｂ）その断面図である。
【図９】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１０】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１１】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１２】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１３】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１４】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１５】 この発明の真空排気システムに用いるターボ型真空ポンプのさらに他の実施の形態の断面図である。
【図１６】 Ａ〜Ｄは、本発明のターボ分子ポンプの凹凸の付け方の変形例を示す断面図である。
【図１７】 Ａ〜Ｅは、本発明のターボ分子ポンプの凹凸の付け方の他の変形例を示す断面図である。
【図１８】 この発明の真空排気システムの実施の形態を示す図である。
【図１９】 この発明の真空排気システムの他の実施の形態を示す図である。
【図２０】 この発明が適用される更に他の真空排気システムを示す図である。
【図２１】 配管の屈曲部を拡大して示す図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は従来の場合を示す。
【符号の説明】
１ 真空チャンバ
２ 配管
３ メインポンプ
４ 連絡配管
５ 補助ポンプ
６ 流量調整弁
７，８ 開閉弁
９ 設置床
１０ ポンプケーシング
１２ａ，１２ｂ フランジ
１４ 基部
１６ 固定筒状部
１７ 排気口
１８ 主軸
２０ 回転筒状部
２２ 駆動用モータ
２４ 上部ラジアル軸受
２６ 下部ラジアル軸受
２８ アキシャル軸受
２８ａ ターゲットディスク
２８ｂ 電磁石
２９ａ，２９ｂ タッチダウン軸受
３０ 回転翼
３０ａ ハブ
３０ｂ フレーム
３２ 固定翼
３４ 固定翼スペーサ
３６ 回転翼
３８ 固定翼
４０ 固定翼スペーサ
４２ 穴
４４ 周縁部
４６ 突条
４８ 溝
５０ 突条
５２ 溝
５４ａ 溝
５４ 溝部
５６ 溝排気部スペーサ
５８ 溝排気部スリーブ
５８ａ フランジ体
６０ 溝排気部スリーブ
６０ａ 突条
６２ 弁体
６４ 弁駆動機構
６６ ヒータ
６８ トラップ
Ｌ１ 軸方向翼排気部
Ｌ２ 径方向翼排気部
Ｌ３ 溝排気部
Ｂ 屈曲部
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ
Claims (2)
- 真空チャンバと、
該真空チャンバにガスを導入する手段と、
前記真空チャンバを排気して該真空チャンバの圧力を所望の圧力に減圧するメインポンプと、
前記メインポンプの後流側に設置される補助ポンプと、
前記メインポンプと前記補助ポンプを接続する配管を備え、
前記メインポンプと補助ポンプを接続する配管としての連絡配管の外径は１／２ｉｎｃｈ（１２．７ｍｍ）以下であり、
前記連絡配管の長さと前記補助ポンプの能力は、前記メインポンプ背圧が５Ｔｏｒｒ以上になるように組み合わせられており、
前記連絡配管には、配管昇温用のヒータまたは生成物除去用トラップが設けられていることを特徴とする真空排気システム。 - 前記メインポンプは、回転翼と固定翼が交互に配置された翼排気部を有し、前記翼排気部の少なくとも一部は、前記回転翼又は固定翼の互いに対向する面の少なくとも一方に凹凸が形成された径方向翼排気部として構成されてい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。
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Family Applications (1)
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-
2000
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