JP6125242B2

JP6125242B2 - 真空ポンプ装置およびその運転方法

Info

Publication number: JP6125242B2
Application number: JP2013010756A
Authority: JP
Inventors: 圭亮松島; 崇史穂積; 吉田　真也; 真也吉田; 中澤　敏治; 敏治中澤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: JP2014141925A

Description

本発明は半導体製造装置に使用されるプロセスチャンバなどの真空チャンバを真空排気するための真空ポンプ装置およびその運転方法に関するものである。

半導体製造装置などにおいては、真空チャンバ内のガスを排出するために、ドライ真空ポンプが用いられる。ドライ真空ポンプの代表例として、一対のポンプロータが互いに反対方向に回転し、真空チャンバ内のガスをポンプロータの上流側（すなわち、ポンプの吸気側）から下流側（すなわち、ポンプの排気側）に移送して排気する容積式ドライ真空ポンプがある。

真空チャンバ内のガスの種類によっては、温度低下に伴って副生成物を生成するものがある。このような副生成物は、例えば真空チャンバの内壁面に付着することがある。このような副生成物が真空チャンバの内壁面に堆積すると、真空チャンバ内の処理環境に悪影響を及ぼす。このため、副生成物を除去するガス（いわゆるクリーニングガス）を真空チャンバ内に供給して、真空チャンバの内壁面に付着した副生成物を除去するクリーニングプロセスが行われる。

真空ポンプを駆動してクリーニングガスを真空チャンバから排出するとき、ポンプの回転速度を通常の運転時よりも低下させることで省エネルギー化が図られている。しかしながら、ポンプの回転速度を低下させると、ポンプロータで空気を圧縮したときに発生する熱（圧縮熱）が十分に得られなくなり、ポンプの温度が低下する。ポンプの温度が低下すると、副生成物がポンプケーシング内で析出してしまい、ポンプロータが副生成物を噛み込むことがある。

特開２００１−２８９１８６号公報特開２００２−６１５８９号公報特開２０１０―１２７１５７号公報

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプの回転速度を低下させた場合でもポンプの温度低下を抑制することができる真空ポンプ装置を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような真空ポンプ装置の運転方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明の一態様は、ドライ真空ポンプと、前記ドライ真空ポンプを駆動するモータとを備えた真空ポンプ装置であって、前記モータは、モータロータとステータコアと前記ステータコアに巻かれたコイルとをモータケーシングに収容して構成され、前記ドライ真空ポンプは、１対のポンプロータと、前記ポンプロータを収容するポンプケーシングと、前記１対のポンプロータを同期回転させるタイミングギヤと、前記タイミングギヤを収容するギヤケースとを備えており、前記ポンプケーシングの外壁面と内壁面との間には、前記ポンプロータを囲むように密閉室が形成されており、前記密閉室内に真空を形成することで前記ポンプケーシングの保温性を高めるように構成されたことを特徴とする。

前記ドライ真空ポンプの吸気ポートと前記密閉室とを連通する第１の流路をさらに備えたことを特徴とする。
前記密閉室は、螺旋状に形成されていることを特徴とする。
ドライ真空ポンプと、前記ドライ真空ポンプを駆動するモータとを備えた真空ポンプ装置であって、前記ドライ真空ポンプは、１対のポンプロータと、前記ポンプロータを収容するポンプケーシングとを備えており、前記ポンプケーシングには、前記ポンプロータを囲むように密閉室が形成されており、前記真空ポンプ装置は、前記密閉室内に真空を形成することで前記ポンプケーシングの保温性を高めるように構成されており、前記ドライ真空ポンプの吸気ポートと前記密閉室とを連通する第１の流路と、前記第１の流路に取り付けられた第１の開閉弁と、前記ドライ真空ポンプの周囲空間と前記密閉室とを連通する第２の流路と、前記第２の流路に取り付けられた第２の開閉弁とをさらに備えたことを特徴とする。
前記ポンプケーシングを加熱する発熱体を前記密閉室の内周面に接触するように配置したことを特徴とする。
前記発熱体はシート状のヒーターであることを特徴とする。

ブースターポンプと、前記ブースターポンプの排気ポートに接続されたメインポンプと、前記ブースターポンプおよび前記メインポンプをそれぞれ駆動するモータとを備えた真空ポンプ装置であって、前記ブースターポンプのポンプケーシングには、前記ブースターポンプのポンプロータを囲むように第１の密閉室が形成されており、前記メインポンプのポンプケーシングには、前記メインポンプのポンプロータを囲むように第２の密閉室が形成されており、前記真空ポンプ装置は、前記第１の密閉室内および前記第２の密閉室内に真空を形成することで前記ブースターポンプのポンプケーシングおよび前記メインポンプのポンプケーシングの保温性を高めるように構成されており、前記第１の密閉室と前記第２の密閉室とを連通する連通流路と、前記メインポンプの吸気ポートと前記連通流路とを連通する第１の流路とをさらに備えていることを特徴とする。
前記第１の流路に取り付けられた第１の開閉弁と、前記メインポンプの周囲空間と前記第２の密閉室とを連通する第２の流路と、前記第２の流路に取り付けられた第２の開閉弁とをさらに備えたことを特徴とする。
ブースターポンプと、前記ブースターポンプの排気ポートに接続されたメインポンプと、前記ブースターポンプおよび前記メインポンプをそれぞれ駆動するモータとを備えた真空ポンプ装置であって、前記ブースターポンプのポンプケーシングには、前記ブースターポンプのポンプロータを囲むように第１の密閉室が形成されており、前記メインポンプのポンプケーシングには、前記メインポンプのポンプロータを囲むように第２の密閉室が形成されており、前記真空ポンプ装置は、前記第１の密閉室内および前記第２の密閉室内に真空を形成することで前記ブースターポンプのポンプケーシングおよび前記メインポンプのポンプケーシングの保温性を高めるように構成されており、前記第１の密閉室と前記メインポンプの吸気ポートとを連通する第１の流路と、前記第１の密閉室と前記第２の密閉室とを連通する連通流路を備えたことを特徴とする。
前記第２の密閉室と前記メインポンプの周囲空間とを連通する第２の流路と、前記第２の流路に取り付けられた第２の開閉弁とをさらに備えたことを特徴とする。

上記真空ポンプ装置の運転方法であって、前記ドライ真空ポンプを駆動し、前記第１の開閉弁を開くことで、前記ドライ真空ポンプにより前記密閉室内の気体を吸引することを特徴とする。
前記第１の開閉弁を閉じ、前記第２の開閉弁を開くことで、前記密閉室内を大気開放することを特徴とする。
前記第１の開閉弁を閉じて、前記第２の開閉弁を開き、前記密閉室に連通するガス導入管を通じて気体を該密閉室に導入して、前記ドライ真空ポンプの温度を低下させることを特徴とする。

上記真空ポンプ装置の運転方法であって、前記メインポンプを駆動し、前記第１の開閉弁を開き、前記第１の密閉室および前記第２の密閉室の気体を前記メインポンプにより吸引して前記第１の密閉室内および前記第２の密閉室内に真空を形成することを特徴とする。
前記第１の開閉弁を閉じて、前記第２の開閉弁を開き、前記第１の密閉室に連通するガス導入管を通じて気体を該第１の密閉室および前記第２の密閉室に導入して、前記ブースターポンプおよび前記メインポンプの温度を低下させることを特徴とする。

上記真空ポンプ装置の運転方法であって、前記メインポンプを駆動し、前記第１の流路に取り付けられた第１の開閉弁を開くことで、前記メインポンプにより前記第１の密閉室内および前記第２の密閉室内の気体を吸引することを特徴とする。

上記真空ポンプ装置の運転方法であって、前記第１の流路に取り付けられた第１の開閉弁および前記第２の開閉弁を開き、気体を前記第２の流路を通じて前記第２の密閉室に導入して該気体を加熱し、前記加熱された気体を、前記連通流路を通じて前記第２の密閉室から前記第１の密閉室に移送して、前記ブースターポンプを加熱することを特徴とする。
前記ポンプロータは多段ポンプロータであり、前記密閉室は、前記多段ポンプロータの配置方向に沿って延びていることを特徴とする。

本発明によれば、ポンプケーシング内に密閉室を形成し、この密閉室内を真空にすることで、ポンプケーシングの保温性を向上させる。これにより、ポンプの温度の低下を抑制することができる。

第１の実施形態に係る真空ポンプ装置を示す図である。ポンプおよびモータの断面図である。ポンプの拡大図である。螺旋状の密閉室を示す模式図である。ガス導入管が接続されたポンプを示す図である。第２の実施形態に係る真空ポンプ装置を示す図である。メインポンプユニットおよびブースターポンプユニットを示す断面図である。第１の密閉室を示す模式図である。バルブの開閉動作シーケンスとモータの回転速度および真空チャンバ内の圧力との関係を示す図である。メインポンプおよびブースターポンプの温度を低下させずに、真空チャンバをクリーニングするときのバルブの開閉動作シーケンスとモータの回転速度および真空チャンバ内の圧力との関係を示す図である。メインポンプおよびブースターポンプの温度を低下させて、真空チャンバをクリーニングするときのバルブの開閉動作シーケンスとモータの回転速度および真空チャンバ内の圧力との関係を示す図である。第３の実施形態に係る真空ポンプ装置を示す図である。メインポンプに形成された螺旋状の第２の密閉室を示す模式図である。ブースターポンプの加熱方法を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１から図１４において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る真空ポンプ装置１を示す図である。この真空ポンプ装置１は、ポンプ２と、ポンプ２を駆動するモータ３と、モータ３に可変周波数の電圧を印加するインバータ４と、インバータ４の動作を制御する制御装置５とを備えている。インバータ４は商用電源などの電源６に接続されている。制御装置５は予め設定された目標回転速度でモータ３を駆動するようにインバータ４に対して指令を出し、インバータ４は、制御装置５からの指令を受けて目標回転速度に対応する電圧をモータ３に印加する。

ポンプ２は、気体の流路内にオイルを使用しないドライ真空ポンプである。ポンプ２とモータ３とインバータ４とで１つのポンプユニットが構成される。ポンプ２には図示しない外部空間（例えば真空チャンバであり、以下、外部空間を真空チャンバとして説明する）に連通する吸気ポート１０と、吸引した気体を排出するための排気ポート１１とが設けられている。ポンプ２の運転により真空チャンバ内の気体は、吸気ポート１０を通ってポンプ２に吸い込まれ、排気ポート１１から排出される。

ポンプ２およびモータ３の詳細について図２を参照しつつ説明する。図２は、ポンプ２およびモータ３の断面図である。本実施形態で説明するポンプはルーツ型真空ポンプであるが、ルーツ型真空ポンプの他にスクリュー型真空ポンプなどを選択することができる。図２に示すように、ポンプ２は、ポンプケーシング２０と、ポンプケーシング２０内に配置された一対の多段ポンプロータ（ルーツロータ）２１とを有している。一対のポンプロータ２１は一対の回転軸２３にそれぞれ固定されている。回転軸２３は、軸受２４，２５によって回転自在に支持されている。回転軸２３の一端部には、互いに噛み合う一対のタイミングギヤ２７が設けられており、これらタイミングギヤ２７はギヤケース２８内に収容されている。なお、図２には一方のポンプロータ２１、一方の回転軸２３、および一方のタイミングギヤ２７のみが描かれている。

モータ３は、回転軸２３の他端部に固定された一対のモータロータ３１（図２では片方のモータロータ３１のみを図示する。）と、ステータコア３２と、ステータコア３２に巻かれたコイル３３と、これらモータロータ３１、ステータコア３２、およびコイル３３を収容するモータケーシング３０とを備えている。ステータコア３２はモータロータ３１の周囲を囲むように配置されており、モータケーシング３０の内周面に固定されている。モータ３の駆動により一対のポンプロータ２１が互いに反対方向に回転すると、真空チャンバ内の気体は、吸気ポート１０を通じてポンプ２に吸い込まれ、ポンプロータ２１によって圧縮され、排気ポート１１から外部に排出される。

図３は、ポンプ２の拡大図である。図３に示すように、ポンプケーシング２０の外壁面２０ａと内壁面２０ｂとの間には密閉室４０が形成されている。この密閉室４０内には真空が形成されるようになっており、その真空断熱効果によってポンプケーシング２０の保温性が高められるようになっている。密閉室４０は、ポンプロータ２１を囲むようにポンプケーシング２０の全周に亘って螺旋状に形成されている。図４は、螺旋状の密閉室４０を示す模式図である。図４では、螺旋状の密閉室４０の一部は点線で示されている。このように密閉室４０を螺旋状に形成することにより、ポンプケーシング２０の強度を維持することができる。ただし、密閉室４０は螺旋状の形状に限定されることはなく、例えば楕円円筒形状であってもよい。ポンプケーシング２０を上下２つに分割し、上下に分割したポンプケーシングを組み合わせることでポンプケーシング２０を形成するようにしてもよい。

図３に示すように、密閉室４０内にヒーターなどの発熱体４１を配置することが好ましい。この発熱体４１は密閉室４０の内周面に接触するように配置される。これは、発熱体４１の熱を効率的にポンプケーシング２０の内壁面２０ｂに伝達させるためである。このように配置された発熱体４１により、ポンプケーシング２０の内部空間およびポンプケーシング２０内に配置されたポンプロータ２１を効率よく加熱することができる。発熱体４１としてシート状のヒーターを使用することが好ましい。これは、発熱体４１の内面を密閉室４０の内周面に接触させつつ、発熱体４１の外面上に空間を形成することができるためである。このように配置されたシート状の発熱体４１により、発熱体４１の熱を効率的にポンプケーシング２０の内壁面２０ｂに伝達させることができる。

図３に示すように、吸気ポート１０と密閉室４０とを連通する第１の流路４５が設けられており、さらにポンプ２の周囲空間（大気空間）と密閉室４０とを連通する第２の流路４６が設けられている。本実施形態では、第２の流路４６は排気ポート１１に接続されており、排気ポート１１と密閉室４０とを連通している。第１の流路４５および／または第２の流路４６は配管から構成されてもよいし、または気体の通路が内部に形成されたブロック材であってもよい。第１の流路４５には、第１の開閉弁４７が取り付けられている。さらに、第１の流路４５には、密閉室４０内の圧力を測定する圧力計４８が取り付けられている。第２の流路４６には、第２の開閉弁４９が取り付けられている。なお、図３において、圧力計４８は第１の流路４５に取り付けられているが、第２の流路４６に取り付けてもよい。

密閉室４０内を真空にするときの動作について図２を参照しつつ説明する。モータ３を駆動してポンプ２を運転すると、真空チャンバ内の気体が吸気ポート１０を通じてポンプロータ２１に移送される。この状態で、第２の開閉弁４９を閉じて、第１の開閉弁４７を開くと、吸気ポート１０内は負圧になっているため、密閉室４０内の気体は第１の流路４５を通って吸気ポート１０に吸引され、密閉室４０内は真空になる。このように、ポンプ２は、それ自身が有する排気機能で密閉室４０内を真空にすることができる。他の実施形態として、ポンプ２とは別のポンプを密閉室４０に接続し、このポンプにより密閉室４０内の気体を吸引して、密閉室４０内を真空にしてもよい。

密閉室４０内を真空にすることで真空断熱効果が得られ、ポンプケーシング２０の保温性が向上する。ポンプケーシング２０の保温性が向上することで、ポンプ２の温度の低下を抑制することができる。その結果、ポンプケーシング２０内での副生成物の析出を防止することができる。さらに、密閉室４０内に配置された発熱体４１でポンプケーシング２０を加熱することで、ポンプケーシング２０内での副生成物の析出をより確実に防止することができる。

このように、ポンプケーシング２０の温度を真空断熱効果により維持することができるので、ポンプ２の昇温時間を短縮することができる。さらに、ポンプ２の温度を上昇させるために必要な電力も削減することができるため、省エネルギー化を図ることができる。

真空チャンバのクリーニングプロセスで使用されるクリーニングガスの種類によっては、金属との反応性が高いものがあり、高温状態のポンプ２がクリーニングガスを吸引すると、ポンプ２がクリーニングガスによって腐食するおそれがある。このような場合は、密閉室４０内の真空圧状態を解除してポンプ２の温度を低下させる必要がある。そこで、第１の開閉弁４７を閉じ、第２の開閉弁４９を開くことで、第２の流路４６を通じて大気圧の空気が密閉室４０内に流入し、密閉室４０内が大気開放される。これにより、ポンプケーシング２０の保温性が低下するため、ポンプ２の温度を下げることができる。

密閉室４０内を大気開放する方法のほか、窒素ガス（不活性ガス）などの気体を密閉室４０内に導入してポンプ２の温度を下げてもよい。図５に示す例では、密閉室４０には、ガス導入バルブ５１が取り付けられたガス導入管５０が接続されている。ガス導入管５０は図示しないガス供給源に接続されている。第１の開閉弁４７を閉じてガス導入バルブ５１および第２の開閉弁４９を開き、窒素ガスをガス導入管５０から密閉室４０内に導入する。密閉室４０内に導入された窒素ガスは密閉室４０内を流れ、第２の流路４６から外部に排出される。このような窒素ガスの流れを密閉室４０内に形成することにより、ポンプ２の温度を下げることができる。なお、窒素ガスに変えて、空気などの他の気体をガス導入管５０を通じて密閉室４０に供給してもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態に係る真空ポンプ装置６０を示す図である。真空ポンプ装置６０は、真空チャンバ内の気体を大気圧から排出するメインポンプユニット６１と、真空チャンバ内の気体をさらに排出して真空度を高めるブースターポンプユニット６２と、メインポンプユニット６１およびブースターポンプユニット６２を制御する制御装置５とを備えている。メインポンプユニット６１は、図１に示すポンプユニットと同じ構成を有しており、ポンプ２と、モータ３と、インバータ４とを備えているので、その重複する説明を省略する。以下の説明では、ポンプ２をメインポンプ２と呼ぶ。

ブースターポンプユニット６２は、ブースターポンプ６６と、このブースターポンプ６６を駆動するモータ６７と、モータ６７に可変周波数の電圧を印加するインバータ６８とを備えている。モータ６７の構成は、メインポンプユニット６１のモータ３と同じ構成を有しているので、その重複する説明を省略する。また、特に説明しないブースターポンプユニット６２の構成は、メインポンプユニット６１と同じである。ブースターポンプ６６はモータ６７に接続されており、モータ６７はインバータ６８に接続されている。インバータ４およびインバータ６８の近傍にはインバータ４およびインバータ６８の動作を制御する制御装置５が配置されている。

第２の実施形態に係る真空ポンプ装置６０の詳細について図７を参照しつつ説明する。図７はメインポンプユニット６１およびブースターポンプユニット６２を示す断面図である。図７に示すように、ブースターポンプ６６はメインポンプ２より少ない段数の一対のポンプロータ８２と、ポンプロータ８２を収容するポンプケーシング８０とを備えている。ブースターポンプ６６は、真空チャンバに接続される吸気ポート８３と、吸引された気体を排出する排気ポート８４とを備えている。ブースターポンプ６６の排気ポート８４は、メインポンプ２の吸気ポート１０に接続されている。

ブースターポンプ６６のポンプケーシング８０の外壁面８０ａと内壁面８０ｂとの間には第１の密閉室８１が形成されている。図８は、第１の密閉室８１を示す模式図である。図８では、螺旋状の第１の密閉室８１の一部は点線で示されている。第１の密閉室８１は、ポンプロータ８２を囲むようにポンプケーシング８０の全周に亘って螺旋状に形成されている。第１の密閉室８１には、ガス導入バルブ９０が取り付けられたガス導入管９１が接続されている。ガス導入管９１は、図示しないガス供給源に接続されている。図７に示すように、ブースターポンプ６６の第１の密閉室８１とメインポンプ２の密閉室４０（以下、第２の密閉室４０という）とを連通する連通流路１００と、連通流路１００と吸気ポート１０とを連通する第１の流路９２が設けられている。第１の流路９２には、第１の開閉弁９３が取り付けられている。連通流路１００には第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内の圧力を測定する圧力計４８が取り付けられている。

次に、本実施形態の真空ポンプ装置を用いて第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内を真空にする動作について図７を参照しつつ説明する。第１の開閉弁９３、第２の開閉弁４９、およびガス導入バルブ９０を閉じた状態で、モータ３を駆動してメインポンプ２を運転し、真空チャンバ内の気体を排出する。メインポンプ２の起動と同時、またはメインポンプ２の起動後にモータ６７を駆動してブースターポンプ６６を運転し、真空チャンバ内の気体をさらに排出する。この状態で、第１の開閉弁９３を開くと、第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内の気体は、連通流路１００および第１の流路９２を通って吸気ポート１０に移送され、第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内は真空になる。第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内を真空にすることにより、ポンプケーシング８０およびポンプケーシング２０の保温性が向上するため、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２の温度の低下を抑制することができる。なお、予め第２の開閉弁４９およびガス導入バルブ９０を閉じて第１の開閉弁９３を開いておき、その後にメインポンプ２を起動してもよい。

第１の密閉室８１および第２の密閉室４０に発熱体９５および発熱体４１をそれぞれ配置してもよい。この発熱体９５および発熱体４１は、それぞれ第１の密閉室８１および第２の密閉室４０の内周面に接触するように配置されている。これは、発熱体９５，４１の熱を効率的にポンプケーシング８０の内壁面８０ｂおよびポンプケーシング２０の内壁面２０ｂに伝達するためである。このように配置された発熱体９５および発熱体４１により、ポンプケーシング８０，２０の内部空間およびポンプケーシング８０，２０内に配置されたポンプロータ８２，２１を効率よく加熱することができる。これにより、ポンプケーシング８０およびポンプケーシング２０内での副生成物の析出をより確実に防止することができる。

図９は、第１の開閉弁９３、第２の開閉弁４９、およびガス導入バルブ９０の開閉動作シーケンスとモータの回転速度および真空チャンバ内の圧力との関係を示す図である。図９において、横軸は時間を示し、右側の縦軸はモータの回転速度を示し、左側の縦軸は真空チャンバ内の圧力を示す。モータ３の回転速度とモータ６７の回転速度とは異なるが、モータ３およびモータ６７の回転速度の変化は同じであるため、図９、図１０、および図１１において、右側の縦軸に示すモータの回転速度はモータ３の回転速度を表す。図９に示すように、モータ３の起動時は、第１の開閉弁９３、第２の開閉弁４９およびガス導入バルブ９０は閉じられている。モータ３を起動した後、モータ３の回転速度は定格速度まで上昇し、真空チャンバ内は目標の真空圧まで減圧される。真空チャンバ内を減圧しているとき、第２の開閉弁４９およびガス導入バルブ９０を閉じたまま、第１の開閉弁９３を所定時間開くことで、第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内は真空になる。モータ３の回転速度が定格速度に到達し、真空チャンバ内の圧力が目標の圧力になると、モータ３の回転速度を定格速度に維持し、真空チャンバ内を真空状態に維持する。その後、モータ３の回転速度を徐々に低下させて、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２を待機運転（アイドル運転）させる。モータ３の回転速度を低下させると、真空チャンバ内の真空度が低くなる（真空チャンバ内の圧力が大気圧に近づく）。待機運転が終了すると、再度モータ３の回転速度を定格速度まで上昇させ、真空チャンバ内を目標の真空圧まで減圧する。

一般に、モータの回転速度を低下させると、ポンプの温度が低下してしまうが、本実施形態では、第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内を真空にすることで、真空断熱効果によりポンプケーシング８０およびポンプケーシング２０の保温性が向上する。これにより、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２の温度の低下を抑制することができ、ポンプケーシング８０およびポンプケーシング２０内での副生成物の析出を防止することができる。ポンプケーシング８０およびポンプケーシング２０の温度を真空断熱効果により維持することができるので、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２の昇温時間を短縮することができる。さらに、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２の温度を上昇させるために必要な電力を削減することができるため、省エネルギー化を図ることができる。

次に、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２の温度を低下させる場合の動作について図７を参照しつつ説明する。ガス導入バルブ９０および第１の開閉弁９３を閉じた状態で、第２の開閉弁４９を開くことで、第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内は大気開放される。第１の密閉室８１および第２の密閉室４０を大気開放することで、ポンプケーシング８０およびポンプケーシング２０の保温性が低下するため、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２の温度を下げることができる。

窒素ガスを第１の密閉室８１および第２の密閉室４０に導入してポンプケーシング８０およびポンプケーシング２０の温度を低下させてもよい。この場合は、第１の開閉弁９３を閉じて、第２の開閉弁４９およびガス導入バルブ９０を開く。窒素ガスをガス導入管９１から第１の密閉室８１内に導入することで、窒素ガスは第１の密閉室８１内を流れ、連通流路１００を通って第２の密閉室４０に移送される。窒素ガスはさらに第２の密閉室４０内を流れ、第２の流路４６を通り外部へ排出される。このような窒素ガスの流れを第１の密閉室８１および第２の密閉室４０に形成することにより、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２の温度が低下する。窒素ガスに代えて、他の不活性ガスまたは空気を用いてもよい。

図１０は、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２の温度を低下させずに、真空チャンバをクリーニングするときの第１の開閉弁９３、第２の開閉弁４９、およびガス導入バルブ９０の開閉動作シーケンスとモータ３の回転速度および真空チャンバ内の圧力との関係を示す図である。図１０において、横軸は時間を示し、右側の縦軸はモータ３の回転速度を示し、左側の縦軸は真空チャンバ内の圧力を示す。図１０に示すように、真空ポンプ装置６０の起動から真空チャンバのクリーニング開始までのモータ３、第１の開閉弁９３、第２の開閉弁４９、およびガス導入バルブ９０の動作は図９で示す動作と同一であるため、その説明を省略する。真空チャンバ内のクリーニングは、第１の開閉弁９３、第２の開閉弁４９、およびガス導入バルブ９０を閉じたままの状態で行われる。クリーニングガスが真空チャンバ内に供給されることで、真空チャンバの内壁面に付着した副生成物を除去する。このとき、モータ３の回転速度を若干低下させることで、省エネルギー化が図られる。その後、再度モータ３の回転速度を定格速度まで上昇させ、真空チャンバ内を目標の真空圧まで減圧させる。このとき、第１の開閉弁９３を所定時間開き、第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内を真空にする。

図１１は、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２の温度を低下させて、真空チャンバをクリーニングするときの第１の開閉弁９３、第２の開閉弁４９、およびガス導入バルブ９０の開閉動作シーケンスとモータ３の回転速度および真空チャンバ内の圧力との関係を示す図である。図１１において、横軸は時間を示し、右側の縦軸はモータ３の回転速度を示し、左側の縦軸は真空チャンバ内の圧力を示す。上述したように、クリーニングプロセスで使用されるクリーニングガスの種類によっては、金属との反応性が高いものがあり、高温状態のブースターポンプ６６およびメインポンプ２がクリーニングガスを吸引すると、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２がクリーニングガスによって腐食するおそれがある。そのため、このようなクリーニングガスを使用する場合は、第１の密閉室８１および第２の密閉室４０に窒素ガスを導入してブースターポンプ６６およびメインポンプ２の温度を低下させることが好ましい。

クリーニングガスを真空チャンバ内に供給して、真空チャンバの内壁面に付着した副生成物を除去するとき、図１１に示すようにモータ３の回転速度が下げられる。このとき、第１の開閉弁９３を閉じたままにして第２の開閉弁４９およびガス導入バルブ９０を開き、窒素ガスをガス導入管９１から第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内に導入し、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２の温度を低下させる。クリーニングガスを導入している間、第２の開閉弁４９およびガス導入バルブ９０は開かれたままである。クリーニングガスの導入が終了すると、第２の開閉弁４９およびガス導入バルブ９０を閉じる。次いで、第１の開閉弁９３を開き、再度、モータ３の回転速度を定格速度まで上昇させ、真空チャンバ内を目標の真空圧まで減圧する。

図１２は、第３の実施形態に係る真空ポンプ装置を示す図である。図１２に示すように、第１の密閉室８１には連通流路１００の一端部が接続され、第２の密閉室４０には連通流路１００の他端部が接続されている。この連通流路１００により、第１の密閉室８１と第２の密閉室４０とは連通している。さらに、第２の密閉室４０とメインポンプ２の周囲空間とを連通する第２の流路１０５が設けられている。この第２の流路１０５には第２の開閉弁１０６が取り付けられている。吸気ポート１０と第１の密閉室８１とを連通する第１の流路１０１が設けられている。第１の流路１０１には第１の開閉弁１０２が取り付けられている。第１の流路１０１には第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内の圧力を測定する圧力計４８が取り付けられている。

図１３は、メインポンプ２に形成された螺旋状の第２の密閉室４０を示す模式図である。図１３では、第２の密閉室４０の一部は点線で示されている。図１３に示す第２の密閉室４０は、図４に示す密閉室４０とは異なる螺旋形状を有しているが、図４と同じ螺旋形状を有してもよい。

次に、本実施形態の真空ポンプ装置を用いて第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内を真空にする動作について図１２を参照しつつ説明する。第１の開閉弁１０２および第２の開閉弁１０６を閉じた状態で、モータ３を駆動してメインポンプ２を運転し、真空チャンバ内の気体を排出する。メインポンプ２の起動と同時、またはメインポンプ２の起動後にモータ６７を駆動してブースターポンプ６６を運転し、真空チャンバ内の気体をさらに排出する。この状態で、第１の開閉弁１０２を開くと、第１の密閉室８１内の気体は第１の流路１０１を通って吸気ポート１０に移送され、第２の密閉室４０内の気体は連通流路１００および第１の密閉室８１内を通って吸気ポート１０に移送される。これにより、第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内は真空になる。第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内を真空にすることにより、ポンプケーシング８０およびポンプケーシング２０の保温性が向上するため、ブースターポンプ６６およびメインポンプ２の温度の低下を抑制することができる。なお、予め第２の開閉弁１０６を閉じて第１の開閉弁１０２を開いておき、その後にメインポンプ２を起動してもよい。

第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内に真空を形成した後、第１の開閉弁１０２を閉じ、第２の開閉弁１０６を開くことで、第２の流路１０５を通じて大気圧の空気が第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内に流入し、第１の密閉室８１内および第２の密閉室４０内が大気開放される。これにより、ポンプケーシング２０の保温性が低下するため、ポンプ２の温度を下げることができる。

図１２に示すように、メインポンプ２は多段ポンプロータ２１を備えるので、メインポンプ２の吸気側と排気側との圧力差は大きくなる。したがって、メインポンプ２では高い圧縮熱が発生する。これに対し、ブースターポンプ６６は単段ポンプロータ８２を備える。このため、ブースターポンプ６６の吸気側と排気側との圧力差は小さく、ブースターポンプ６６で発生する圧縮熱はメインポンプ２で発生する圧縮熱よりも低い。その結果、ブースターポンプ６６の温度は、メインポンプ２よりも低くなってしまう。

そこで、メインポンプ２で発生した熱をブースターポンプ６６に伝達して、ブースターポンプ６６を加熱することが好ましい。ブースターポンプ６６の加熱方法について図１４を参照しつつ説明する。第２の流路１０５を図示しないガス供給源に接続し、第２の開閉弁１０６および第１の開閉弁１０２を開き、窒素ガスを第２の流路１０５から第２の密閉室４０内に導入する。第２の密閉室４０内に導入された窒素ガスはメインポンプ２で発生する圧縮熱で加熱される。図１４の矢印に示すように、加熱された窒素ガスは連通流路１００を通り、第１の密閉室８１に導入される。そして、加熱された窒素ガスが第１の密閉室８１内を流れることにより、ブースターポンプ６６が加熱される。第１の密閉室８１内を流れた窒素ガスは、第１の流路１０１からメインポンプ２内に流入し、排気ポート１１を通じて外部に排出される。本実施形態では、第２の流路１０５は、気体を第１の密閉室８１および第２の密閉室４０に導入するガス導入管としても機能する。なお、窒素ガスに代えて、他の不活性ガスまたは空気を用いてもよい。

第２の密閉室４０で加熱された窒素ガスを第１の密閉室８１に導入することにより、より早く、かつ効率的にブースターポンプ６６を加熱することができる。

これまで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限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１，６０真空ポンプ装置
２ポンプ、メインポンプ
３，６７モータ
４，６８インバータ
５制御装置
６電源
１０，８３吸気ポート
１１，８４排気ポート
２０，８０ポンプケーシング
２１，８２ポンプロータ（ルーツロータ）
２３回転軸
２４，２５軸受
２７タイミングギヤ
２８ギヤケース
３０モータケーシング
３１モータロータ
３２ステータコア
３３コイル
４０密閉室、第２の密閉室
４１，９５発熱体
４５第１の流路
４６第２の流路
４７第１の開閉弁
４８圧力計
４９第２の開閉弁
５０，９１ガス導入管
５１，９０ガス導入バルブ
６１メインポンプユニット
６２ブースターポンプユニット
６６ブースターポンプ
８１第１の密閉室
９２第１の流路
９３第１の開閉弁
１００連通流路
１０１第１の流路
１０２第１の開閉弁
１０５第２の流路
１０６第２の開閉弁

Claims

ドライ真空ポンプと、
前記ドライ真空ポンプを駆動するモータとを備えた真空ポンプ装置であって、
前記モータは、モータロータとステータコアと前記ステータコアに巻かれたコイルとをモータケーシングに収容して構成され、
前記ドライ真空ポンプは、１対のポンプロータと、前記ポンプロータを収容するポンプケーシングと、前記１対のポンプロータを同期回転させるタイミングギヤと、前記タイミングギヤを収容するギヤケースとを備えており、
前記ポンプケーシングの外壁面と内壁面との間には、前記ポンプロータを囲むように密閉室が形成されており、
前記密閉室内に真空を形成することで前記ポンプケーシングの保温性を高めるように構成されたことを特徴とする真空ポンプ装置。
前記ドライ真空ポンプの吸気ポートと前記密閉室とを連通する第１の流路をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ装置。
前記密閉室は、螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の真空ポンプ装置。
ドライ真空ポンプと、
前記ドライ真空ポンプを駆動するモータとを備えた真空ポンプ装置であって、
前記ドライ真空ポンプは、１対のポンプロータと、前記ポンプロータを収容するポンプケーシングとを備えており、
前記ポンプケーシングには、前記ポンプロータを囲むように密閉室が形成されており、
前記真空ポンプ装置は、前記密閉室内に真空を形成することで前記ポンプケーシングの保温性を高めるように構成されており、
前記ドライ真空ポンプの吸気ポートと前記密閉室とを連通する第１の流路と、
前記第１の流路に取り付けられた第１の開閉弁と、
前記ドライ真空ポンプの周囲空間と前記密閉室とを連通する第２の流路と、
前記第２の流路に取り付けられた第２の開閉弁とをさらに備えたことを特徴とする真空ポンプ装置。
前記ポンプケーシングを加熱する発熱体を前記密閉室の内周面に接触するように配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の真空ポンプ装置。
前記発熱体はシート状のヒーターであることを特徴とする請求項５に記載の真空ポンプ装置。
ブースターポンプと、
前記ブースターポンプの排気ポートに接続されたメインポンプと、
前記ブースターポンプおよび前記メインポンプをそれぞれ駆動するモータとを備えた真空ポンプ装置であって、
前記ブースターポンプのポンプケーシングには、前記ブースターポンプのポンプロータを囲むように第１の密閉室が形成されており、
前記メインポンプのポンプケーシングには、前記メインポンプのポンプロータを囲むように第２の密閉室が形成されており、
前記真空ポンプ装置は、前記第１の密閉室内および前記第２の密閉室内に真空を形成することで前記ブースターポンプのポンプケーシングおよび前記メインポンプのポンプケーシングの保温性を高めるように構成されており、
前記第１の密閉室と前記第２の密閉室とを連通する連通流路と、
前記メインポンプの吸気ポートと前記連通流路とを連通する第１の流路とをさらに備えていることを特徴とする真空ポンプ装置。
前記第１の流路に取り付けられた第１の開閉弁と、
前記メインポンプの周囲空間と前記第２の密閉室とを連通する第２の流路と、
前記第２の流路に取り付けられた第２の開閉弁とをさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の真空ポンプ装置。
ブースターポンプと、
前記ブースターポンプの排気ポートに接続されたメインポンプと、
前記ブースターポンプおよび前記メインポンプをそれぞれ駆動するモータとを備えた真空ポンプ装置であって、
前記ブースターポンプのポンプケーシングには、前記ブースターポンプのポンプロータを囲むように第１の密閉室が形成されており、
前記メインポンプのポンプケーシングには、前記メインポンプのポンプロータを囲むように第２の密閉室が形成されており、
前記真空ポンプ装置は、前記第１の密閉室内および前記第２の密閉室内に真空を形成することで前記ブースターポンプのポンプケーシングおよび前記メインポンプのポンプケーシングの保温性を高めるように構成されており、
前記第１の密閉室と前記メインポンプの吸気ポートとを連通する第１の流路と、
前記第１の密閉室と前記第２の密閉室とを連通する連通流路を備えたことを特徴とする真空ポンプ装置。
前記第２の密閉室と前記メインポンプの周囲空間とを連通する第２の流路と、
前記第２の流路に取り付けられた第２の開閉弁とをさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載の真空ポンプ装置。
請求項４に記載の真空ポンプ装置の運転方法であって、
前記ドライ真空ポンプを駆動し、前記第１の開閉弁を開くことで、前記ドライ真空ポンプにより前記密閉室内の気体を吸引することを特徴とする真空ポンプ装置の運転方法。
前記第１の開閉弁を閉じ、前記第２の開閉弁を開くことで、前記密閉室内を大気開放することを特徴とする請求項１１に記載の真空ポンプ装置の運転方法。
前記第１の開閉弁を閉じて、前記第２の開閉弁を開き、
前記密閉室に連通するガス導入管を通じて気体を該密閉室に導入して、前記ドライ真空ポンプの温度を低下させることを特徴とする請求項１１に記載の真空ポンプ装置の運転方法。
請求項８に記載の真空ポンプ装置の運転方法であって、
前記メインポンプを駆動し、前記第１の開閉弁を開き、前記第１の密閉室および前記第２の密閉室の気体を前記メインポンプにより吸引して前記第１の密閉室内および前記第２の密閉室内に真空を形成することを特徴とする真空ポンプ装置の運転方法。
前記第１の開閉弁を閉じて、前記第２の開閉弁を開き、
前記第１の密閉室に連通するガス導入管を通じて気体を該第１の密閉室および前記第２の密閉室に導入して、前記ブースターポンプおよび前記メインポンプの温度を低下させることを特徴とする請求項１４に記載の真空ポンプ装置の運転方法。
請求項９に記載の真空ポンプ装置の運転方法であって、
前記メインポンプを駆動し、前記第１の流路に取り付けられた第１の開閉弁を開くことで、前記メインポンプにより前記第１の密閉室内および前記第２の密閉室内の気体を吸引することを特徴とする真空ポンプ装置の運転方法。
請求項１０に記載の真空ポンプ装置の運転方法であって、
前記第１の流路に取り付けられた第１の開閉弁および前記第２の開閉弁を開き、気体を前記第２の流路を通じて前記第２の密閉室に導入して該気体を加熱し、
前記加熱された気体を、前記連通流路を通じて前記第２の密閉室から前記第１の密閉室に移送して、前記ブースターポンプを加熱することを特徴とする真空ポンプ装置の運転方法。
前記ポンプロータは多段ポンプロータであり、
前記密閉室は、前記多段ポンプロータの配置方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ装置。