JPH02115594A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主として半導体製造分野におけるウェハーチ
ャンバーの真空引きなどに使用する真空ポンプに関する
。

（従来の技術） 高１１空度を達成する真空ポンプとしては、実公昭６０
−９４３９号公報等に開示され、かつ、第４図に示すよ
うに、多数の静翼（Ｆ）と動翼（Ｒ）とを交互に積層し
て構成される所謂ターボ分子式のものや、実開昭８３−
５１１９５号公報等に開示され、かつ、第５図に示すよ
うに、ネジ溝（Ｎ）を有した回転内筒（Ａ）と、これに
近接される静止外筒（Ｂ）とを備えて構成される所謂ネ
ジ渦式のものが知られている。尚、第４図及び第５図に
おいて、（Ｌ）は吸気口、（Ｈ）は排気口、（Ｄ）は気
体流路、（Ｍ）はモータである。

（発明が解決しようとする課題） 以上のような真空ポンプのうち、ターボ分子式のものは
、多数の静翼（Ｆ）と動ｇ　（Ｄ）とを必要とすること
から、構造上複雑で高価となり、しかも、これらｇ（Ｆ
）（Ｒ）によるｔｎ気作用では、気体分子の少ない所謂
分子流域である高真空域（１０−’　〜１０−’　Ｔｏ
ｒｒ）では、良好な排気性能が得られるが、その反面、
気体分子の多い所謂粘性流域又はこれに近い領域である
低真空域（大気圧〜ＩＴｏｒｒ）並びに中真空域（１〜
１０−’Ｔｏｒｒ）では排気性能が急激に劣り、この範
囲内での使用に耐えない問題がある。

方、ネジ渦式のものは、前記ターボ分子式のものに比べ
、回転内筒（Ａ）と静止外筒（Ｂ）とを組合わせた簡単
な構造で安価であり、又、前記低真空域及び中真空域で
は良好な排気性能が得られるのであるが、ネジ溝（Ｎ）
に沿って排気を行う構造上の特質や、低・中真空域つま
り粘性流域でのモータ（Ｍ）の負担増からくる定常回転
数の制約から到達圧力が多い目にみても、１０−”〜１
Ｏ−Ｔｏｒｒ程度に抑えられてしまう問題がある。

ところで、例えばＣＶＤ　（Ｃｈｅｍｉ　ｃａ　１Ｖａ
ｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｊｏｎ）やエツチングなどの
半導体製造装置で各種作業を行うときには、ウェハーチ
ャンバーを予め１０−＠〜１Ｏ−１Ｔｏｒｒ程度に真空
引きして、クリーンな状態にしておき、しかる後に各種
ガスを導入して１０−〜１０Ｔｏ　ｒ　ｒ程度に保持し
、この状態で各種作業を行うという使用要求がある。

この場合、ターボ分子式のものは、１０−”Ｔ。

ｒｒをカバーできないことから該ターボ分子式を単独で
使用する場合には上記要求を滴たされず使用は全く不可
である。又、ネジ渦式のものは、その到達圧力が使用要
求１０−６〜１０−７とは≦一致し、−見使用に耐え得
ることが見込まれるが、到達圧力１０−１′〜１０−７
のもとでは、排気口（Ｈ）からυト出される気体分子の
数は限りなく０に近くυト気性能自体は著しく悪化され
ることになるため、実際に、前記チャンバーを１０−〜
１０−　に引くには、１桁から２桁の余裕が必要で、こ
れまたネジ溝式単独使用では、上記要求を漬たすことは
出来なかったのである。

そのため、現実には上記２種類のポンプを併用使用する
他はなく、運転管理面、コスト面で不利な対応を余儀な
くされていたのである。

本発明は以上のような問題に鑑みてなしたもので、その
目的は、構造簡単で安価なネジ溝式ポンプに若目し、又
、その排気時のモータ負荷の特質について検討を加えて
、到達圧力を単に高真空域にまで拡げることを可能とし
、低真空域から高真空域までの広範囲な使用を実現する
ことができる真空ポンプを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、吸気口（２）か
ら排気口（３）に至る気体流路（２１）内に、可変速モ
ータ（６）で回転される回転内筒（４）と、これに近接
する静止外筒（１）とを備え、一方側にネジＦｉ１４（
５１）を形成したポンプ要素（５）を配設し、前記ネジ
溝（５１）に沿って気体の排気を行うようにした真空ポ
ンプにおいて、前記吸気口（２）側の圧力に基づいて変
化する前記モータ（６）の回転負荷を検出する検出手段
（８）と、該検出手段（８）により低負荷状態が検出さ
れるとき、前記モータ（６）の回転数を高負荷時の定常
回転数よりも増加させる回転数制御手段（９）とを設け
たことを特徴とするものである。

（作用） 以上のような真空ポンプを使用して、ウェハーチャンバ
ーなどの真空引きを行う場合で、該チャンバーの内部が
低真空域若しくは中真空域にあって、前記吸気口（２）
側の圧力が未だ高いときには、前記気体流路（２１）を
排気される気体分子の数が多く、該気体分子が前記ポン
プ要素（５）に与える接触損が大となって、前記モータ
（６）が高負荷状態にあることから、前記回転数制御手
段（９）を介して前記モータ（６）が定常回転数で駆動
される。

また、前記モータ（６）の定常回転による真空引きが進
行して、前記吸気口（２）側の圧力が所定値以下となっ
たときは、前記気体流路（２１）を排気される気体分子
の数が少なくなり、該気体分子が前記ポンプ要素（５）
に与える接触損が小となって、前記モータ（６）の負荷
が軽減されることから、前記検出手段（８）の検出結果
に基づく前記制御手段（９）からの指令により、前記モ
ータ（６）の回転数が前記定常回転数に対し増大され、
前記ポンプ要素（５）の高速回転が行われて、高真空域
まで真空引きが行われるのである。

以−Ｌのように、前記気体流路（２１）を排気される気
体分子が前記ポンプ要素（５）に与える接触１口が小で
、前記モータ（６）が低負荷状態にあるときには、動力
（電流）の著しい増大を招くことがないため、前記モー
タ（６）を定常回転数よりも高速回転させることが可能
となり、その到達圧力を更に高真空域まで拡げることが
可能となるのである。

（実施例） 第１図に示すものは、概略円筒形状をなす静止外筒（１
）の上部側に、フランジ（２０）を介してウェハーチャ
ンバー（Ｃ）に接続される吸気口（２）を設け、かつ前
記静止外筒（１）の下部側に排気口（３）を形成すると
共に、これら吸気口（２）とυ１１口（３）とを連通ず
る気体流路（２１）に、前記静止外筒（１）の内周面に
近接する外周面をもった回転内筒（４）を配設する一方
、前記回転内筒（４）の外周部位に、前記吸気口（２）
から排気口（３）側へと螺進する螺旋状のネジ溝（５１
）に設けてポンプ要素（５）を構成したものである。

また、前記回転内筒（４）の内部には、概略円筒形状の
架構（６１）を配設して、該架構（６１）内に形成した
モータ室（６２）に、可変速モータ（６）を収容すると
共に、このモータ（６）の駆動軸（７）を前記回転内筒
（４）に連結させて、前記モータ（６）に伴う回転内筒
（４）の高速回転により、前記ポンプ要素（５）のネジ
溝（５１）を分子速度に近い速度で回転させて、前記ウ
ェハーチャンバー（Ｃ）内の真空引きを行うようにして
いる。

しかして以上の真空ポンプにおいて、前記吸気口（２）
側の圧力に基づいて、前記モータ（６）の可変速制御を
行うようになすと共に、該モータ（６）の回転負荷を検
出する検出手段（８）と、この検出手段（８）で前記モ
ータ（６）の低負荷状態を検出したとき、該モータ（６
）の回転数を高負荷時の定常回転数に対し増大させる回
転数制御手段（９）とを設けたのである。

前記検出手段（８）としては、例えば、前記モータ（６
）の電力（電流）を検出する電流検出器を用い、又は前
記吸気口（２）側の圧力を検出する圧力検出器を使用し
、若しくは前記排気口（３）からの排気ガス温度を検出
する温度検出器を用い、これら各機器による検出結果に
基づいて前記回転数制御手段（９）を作動させ、この制
御手段（９）で前記モータ（６）の回転制御を行うので
ある。

又、前記回転数制御手段（９）は、前記モータ（６）へ
の供給電源周波数を変更するインバータ制御回路で構成
される。

次に、以上のような真空ポンプの実際の使用態様につい
て、具体的に説明する。

第２図は、ガスによる化学反応を利用して基板（＋、Ｖ
　）の表面に膜形成を行うＣＶＤ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
　　Ｖａｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を示し
ており、このＣＶＤ装置におけるウェハチャンバー（Ｃ
）の排気側に、前記真空ポンプの吸気口（２）を接続す
ると共に、前記チャンバー　（Ｃ）の吸気側に、パルプ
（Ｖ）と流量制御弁（Ｋ）を介してＳ　ｉ　Ｈａガスや
０□ガスを供給するようになすと共に、前記チャンバー
（Ｃ）の内？ｙｌζで前記基板（Ｗ）との対向部位には
、加熱ヒータ（Ｑ）を設けている。

第３図は、横軸に吸気圧力（Ｔｏ　ｒ　ｒ）を、また縦
軸に排気速度（％）と所要動力（電流、％）とをとり、
モータ（６）の高負荷時の定常回転時（例えば３Ｅ３０
００ｒｐｍ）と低負荷時の増速回転時（例えば４２００
０ｒｐｍ）における各特性を示したものである。

しかして、前記ウェハーチャンバー（Ｃ）内で前記基板
（”ｉＶ）の表面に膜形成を行うときには、先ず、前記
チャンバー（Ｃ）内を予め１０１〜１０−’Ｔｏｒｒ程
度の高真空域まで真空引きして、クリーンな状憶にして
おき、しかる後に前記５ＩＨ４ガスや０□ガスを供給す
ることにより、前記チャンバー（Ｃ）内をＩＣＩ’　〜
１０Ｔｏｒｒ程度に保持するのであるが、斯かる真空引
きは、次のようにして行われるのである。

即ち、真空運転当初から所定時間を経過するまでは、前
記真空ポンプにおける吸気口（２）側の圧力が高く、前
記気体流路（２１）を排気される気体分子ｎの数が多く
て、前記モータ（６）が高負荷状態にあることから、前
記検出手段（８）からの検出結果に基づく前記回転数制
御手段（９）により、前記モータ（６）が定常回転数（
３６０００ｒｐｍ）で駆動される。

斯かるモータ（６）の定常回転による駆動時には、第３
図で明らかなごとく、後述するような増速回転時と比べ
て、その所要動力は少なくなり、特に１（Ｉ’Ｔｏｒｒ
程度を越えた高真空域においては、所要動力は低い値に
はと一定に推移されることになる。

そして、前記モータ（６）の定常回転数による真空引き
が進行して、前記チャンバー（Ｃ）の内部が、第３図に
示した１０−’Ｔｏｒｒ程度の高真空域となったときに
は、前記吸気口（２）側の圧力が低下し、前記気体流路
（２１）を排気される気体分子の数が少なくなって、前
記モータ（６）が低負荷となることから、前記検出手段
（８）の検出結果に基づく前記制御手段（９）からの指
令により、前記モータ（６）の回転数が前記定常回転数
に対し、例えば４２００Ｏｒｐｍ程度に増速され、１１
り記ポンプ要素（５）の晶速回転が行われて、ｎＵ記チ
ャンバー（Ｃ）内をクリーンイ大態にするのである。

この場合、増速回転時の到達圧力は（！０−”〜１０−
”Ｔｏｒｒ）程度にまで拡大できること＼なるため、上
記チャンバー内の要求圧力１０−’〜１０　　の範囲で
は、十分な排気速度を確保でき、良好な真空引きが行わ
れるのである。

また、前記モータ（６）は、高真空域 （１０−’Ｔｏｒｒ）を越えた領域で、増速回転が行わ
れるが、このときの所要動力は、ごくわずかしか増加せ
ず、許容範囲内に十分収まるため、前記モータ（６）の
負担増も問題とはならないのである。

更に、前記モータ（６）の増速時には、到達圧力を下方
側に拡大できる他、排気速度も大きくなり、前記チャン
バー（Ｃ）内を所定の真空圧力にするまでの時間が短縮
されるのである。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の真空ポンプでは、吸気口（
２）側の圧力変動に基づいて回転数が変化するモータ（
６）の回転負荷を検出する検出手段（８）と、該検出手
段（８）により低負荷状態が検出されたとき、前記モー
タ（６）の回転数を高負荷時の定常回転数よりも増加さ
せる回転数制御手段（９）とを設けたから、構造簡単で
安価なネジ式でありながら、到達圧力を高真空域側に拡
大でき、低ｒ〔空域から高真空域までの広範囲にわたっ
て良好な排気性能を発揮させ得るに至ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる真空ポンプの全体構造を示す縦
断面図、第２図は同真空ポンプの実際の使用態様を示す
簡略的な断面図、第３図は同真空ポンプの吸気圧力対排
気速度及び所要モータ動力を示す図面、第４図及び第５
図は従来例の縦断面図である。 （１）・・・−・静止外筒 （２）・・・−・吸気口 （３）・・・・・を非気口 （２１）・−・・気体流路 （４）・・・・・回転内筒 （５）・・・・・ポンプ要素 （５１）・・・・ネジ溝 （６）・・・・・可変速モータ （８）・・・・・検出手段 （９）・・・・・回転数制御手段 第２図 し、−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）吸気口（２）から排気口（３）に至る気体流路（２
   １）内に、可変速モータ（６）で回転される回転内筒（
   ４）と、これに近接する静止外筒（１）とを備え、一方
   側にネジ溝（５１）を形成したポンプ要素（５）を配設
   し、前記ネジ溝（５１）に沿って気体の排気を行うよう
   にした真空ポンプにおいて、前記吸気口（２）側の圧力
   に基づいて変化する前記モータ（６）の回転負荷を検出
   する検出手段（８）と、該検出手段（８）により低負荷
   状態が検出されるとき、前記モータ（６）の回転数を高
   負荷時の定常回転数よりも増加させる回転数制御手段（
   ９）とを設けたことを特徴とする真空ポンプ。