JPH0291491A - 半導体製造装置に用いるドライスクリュ真空ポンプ - 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、スクリュ式ドライ真空ポンプに係り、特に、
半導体製造装置の排気系に用いられる粗引用真空ポンプ
に好適なドライ真空ポンプに関する。

〔従来の技術〕

従来のスクリュ式ドライ真空ポンプは、排気側軸封部に
Ｎ２ガスを導入する構造にはなうていない〔発明が解決
しようとする課題〕 上記従来技術は、空気や窒素ガスなどの一般的なガスに
対する真空ポンプとして用いるときには何ら問題はない
が、これらを半導体製造用の低圧ＣＶＤ装置で窒化膜を
生成するプロセスなどに用いると、ロータがロックして
ポンプが運転不能になることがある。これは、スクリュ
ーロータの吐出側、特に圧縮・吐出作用をする歯溝面と
、これに相当するケーシングｊＩＩＩｉｉに多量の反応
生成物が堆積するためである。

本発明の目的はポンプ内部に反応生成物が堆積すること
を防止し、ポンプの信頼性を向上させ、上記目的は、圧
線行程中の作動室に不活性ガスを導入するための不活性
ガス導入手段を備え、この不活性ガス導入手段から不活
性ガスを導入し、ポンプ内のプロセスガスを希釈させ、
希釈用の不活性ガスを２ｉ［１のオイルセパレータ、【
よす油分゛を分離した後、本配′ｄに戻すことにより達
成できる。

〔作用〕

低圧ＣＶＬ）装置の代表的なシリコン鼠化膜生成プロセ
スでの反応は以下の通りであり、鯛反応生成物として塩
化アンモニュウムを発生する。

””Ｈ２（１，＋ｉｏＮ残→Ｓ　ｉ　Ｎ、＋６ＮＨ，Ｃ
Ｉ＋６４ この塩化アンモニエクムはその蒸気圧特性から、圧力が
高くなるほど析出しｆすい、このため、スクリュー真空
ポンプでは、圧縮・吐出行程をなすロータやケーシング
壁面に塩化アンモニュウムが堆積する。これらの作動室
に窒素ガスなどの不活性ガスを導入すると、導入ガスと
塩化ア／モニュウムの混合ガスにおける塩化アンモニュ
クムの分圧が低くなるので、塩化アンモニュクムが析出
しにくくなり、ポンプの信頼を同上させることができる
。

又、この導入した不活性ガスの一部は駆動側ギヤケーシ
ングからオイルセパレータを介して本配管に戻される。

その際、オイルセパレータに分離された油は、入口側と
出口側に各々バルブを有する油タンクを介して定期的に
戻すことによりメンテナンスの軽減を計ることができる
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第２図〜第６図により説明す
る。

ケーシングｌは主ケーシング１１、吐出側ケーシング１
２及びエンドカバ１８により構成されている。主ケーシ
ング１１内には、複数の螺旋状の陵部と溝部とを有し、
互いに噛合う雄、雌一対のスクリューロータ傷、５が収
められてｓ’　Ｄ　ｓ　これら鳩、雌一対のロータ４．
５は、主ケーシング１１と吐出側ケーシング１２との間
に作ｄ憲６を形成している。主ケーシング１１には、作
動室６に連通ずる吸入口１４と不活性ガス導入手段とし
てのガスパージ孔１６が形成されてｓ’　Ｄ　、吐出側
ケーシング１２には作動室６に通する吐出口１５が形成
されている。また、ケーシングｌには、クォータジャケ
ット２が形成されており、作動中の雄、＃にロータ４．
５やケーシング１の冷却が行われる。

塩ロータ４、雌ロータ５は、それぞれ吸入側及び吐出側
の谷ロータ軸４Ａ、５Ａ及び４Ｂ　、　５Ｂをそれぞれ
軸受７．８で支持され、雄ロータ４の吐出側ロータ軸４
Ｂに取付けた塩タイミングギヤ９、塩ロータ５の吐出側
ロータ軸５Ｂに取付けられ、塩タイミングギヤ９と噛合
う雌タイミングギヤｌＯで微少間隙を保持して、互いに
噛合い、同期して回転するようになっている。また、前
述の軸受８及びタイミングギヤ９，１０の部分には、図
示はされていないが、外部に設置されているオイルポン
プにより＠滑油が供給される。これら雄ロータ４と雌ロ
ータ５の吸入側軸支部及び吐出側軸支部には軸封手段に
係る軸封部１７及び１８が設けられている。これら軸封
部１７，１８は、前記転がり軸受７．８やタイミングギ
ヤ９，１０などに供給した１％ｉ／を油が、作動１６側
へ漏れ込まなりようにシールを行うものでおる。

油＄Ｉｋき用のスリング１９＆：ｔ、この実施例では雌
ロータ５のローター先端に取付けられている。このスリ
ンガ１ｚは、王ケーシングｌの一部とエンドカバ８とで
形成さｎた油溜り２０の濶清油を跳ね飛ばして松がＤｋ
ａ受７に供給するものである。

第４図ｒｉ第８図の主ケーシング１の雉、雌ボア交線ａ
を中心としたロータ歯溝の展開図である。

第４図において、二点鎖線、−点鎖線及び破線は、そｊ
ｔぞれ主ケーシング１１に形成された吸入ボート２４、
吐出ポート２，５、ガスパー７孔１６の相当位置な茨わ
す。作動室Ｕは吸入口１６側から吸入作！Ｉｂ寛５ａ、
移送作動室６ｂ、圧縮作動室６ｃ、吐出作動嵐６ｄとな
る。

このスクリュー真空ポンプは、吸入口側に、例えば、半
導体製造装置の容器を遅結し、この容器内を真空にする
ように作動するものである。

このように構成された実施例の動作について、ジクロー
ルシラン（ＳｉＨ２Ｃ１＊）とアンモニア（ＮＨｓ）を
プロセスガスとしたシリコン窒化膜の生成プロセスにス
クリュー真空ポンプを使用した例で、次に説明する。ス
クリュー真空ポンプが外部駆動機Ｉｔ（図示せず）によ
って［動されると、雄、雌ロータ４．５の回転に伴い、
吸入口１４から吸入ポート２４を介してプロセスガスが
吸入作＃呈６ａに吸入される。さらに移送作動室６ｂｔ
圧縮作ｍＷｉＢＧとガスが搬送され、最後に吐出作動Ｎ
６ｄ円のガスが吐出ボート２５を介して吐出口１５に吐
出される。すなわち、プロセスガスは、吸入行程、移送
行程、圧縮行程、吐出行程を順次行い、吸入口１４から
吐出口１５に流れる。

プロセスガスが流れているときの谷作ｒｄＪ室の圧力レ
ベルを見ると、第５図のよう７２：Ｐ−Ｖ線図となる図
においてｅ　−ｆ間は吸入行ｄ、ｆ−ｇ間は移送行程、
ｇ−ｈ間は圧縮行程、ｈ−ｉ閣は吐出行程である。排気
速度１０００Ｊ／ｍクラスの真空ポンプを必要とするプ
ロセスにおいては、通常数１０　ＣＣ／　ｍ　Ｏジ／ａ
−ルシ９ンと数１００ｃｃ／ｉのアンモニアをプロセス
ガスとして流す、第５図かられかるように、圧縮性４、
吐出行程におけるこれらのガスによる圧力は著しく大き
くなるが、ガスパージ孔１６から屋素ガスやアルゴンガ
ス等の不活性ガスを数１／ｍから数１０１／ｍ１ＪＪｔ
射することによって、従来の上〜土の分圧とすることか
できも。

本実施例によれば、ポンプ内のプロセスガスの分圧を著
しく低減させ、塩化アンモニュウム（ＮＨ，Ｃ）が雄、
雌ロータ慟、５ケーシングｌに堆積するのを防止する効
果がある。

第７図、８８図は本発明の他の実施例である。

この実施例においては、不活性ガス導入手段としてのガ
スパージ孔１ｕが、吐出側の軸封部１８に対向するよう
に吐出側ケーシング１２に設けられている。

そして、ポンプ作動時は、ガスパージ孔１６から」素ガ
スあるいはアルゴンガス等の不活性ガスを軸封部１８の
適当な個所より導入する。すると不活性ガスの一部は、
軸受８の万一へ、他は作動室６側へと分れて各々流れて
いく。

作動室６側へは、第７図に示す排気側端面すきま５０が
負圧の為、この不活性ガスが吸引され、そのままｉ、ｍ
ロータ４，５とケーシング１により構成される作動室６
により断熱圧縮される。その熱により、雄、ｍロータ４
．５とケーシング１の壁面は加熱され、熱くなる。その
為、半導体製造過程により生成される異物がポンプ内に
付着することなく排気されることになる。

又、反応ガスそのものも、このパージガスにより薄めら
れる為、生成物も生成しにくくなる。

ま九、軸受８の方向へ流れるガスにより、軸受８から軸
封部１８．を経て作動室６方向への油もれがしにくくな
る。

前述の吐出側の軸封部１８の詳細を第８図に示す。

軸受８１１４＋の潤滑油侵入を防止する軸封部１８にハ
、シールリング５１、スペーサ５２、カーボンリング５
８、ねじシール５４（雄−一部の吸入側、雌ロータの吐
出側）あるいはねじシール５５（雄ロータの吐出側、雌
ロータの吸入同へシール押え５６、および油切りとして
作用する２ビリンス５７が装着されてお９、シュパンリ
ング５８、なみばね５９は、前記の各シール部材を挾持
するように、軸封部を軸方向に固定する役割を果たして
いる。まえ、前述のカーボンリング５４には、吐出側ケ
ーシング１２に設けられたガスパージ孔１６に対向する
部分にガス案内溝５４ａが形成されている。これにより
、ガスパージ孔１６から導入される不活性ガスはスムー
ズに軸封部１８１（流入される。

また、本実施例では、軸封部１８における前記各シール
部材にガロえて、雄、ｍロータ１，５の噛み合う作動室
６側にフェルトシール５０を装置している。このフェル
トシール５０ｒｉ、ケーシング１に取付は用の溝を形設
して裏層したもので、フェルトシール５０は、雉、１！
ｓロータ４．５の吐出側のｑ！ｒｏ−夕ｄ１４Ｂ−５８
の外周面に接触しているものでめる。そして、これによ
って、作動室６から吐出口１５にかけて発生するダスト
、例えば半導体製造装置で用いらｔするｉ櫨ガスから発
生し析出する生成物が、軸封部１８から情愛７，８へ混
入することを防止するとともに、作功室６の負圧部のシ
ール性を向上して、吸入側（真空とすべき谷器備）の到
達圧力を改善することができる。

不活性ガス４人手段であるガスパージ孔１６から導入さ
れた不活性ガスは、一部は、雉、雌ロータ４，５とケー
シング１により構成される作動室６へ吸引される。その
ガスは、そこで圧縮され、それに伴い熱を発生させ、ロ
ータとケーシング表面を熱する。一般に、半導体製造プ
ロセスに伴う生成物は、熱せられると、ガスのまま排気
されていき、固形物として析出されてくるようなことは
なく、シたがって、ポンプを詰まらせることもなく、ガ
スを吐出口１５から排気することができるなお、第７図
は、軸封部１８の詳細構造について示しているが、軸封
部１７もパージガス孔１６を除いて同様の構造となって
いる。

また、この軸封ｇ１７も、第８図に示す構造と同様にし
、両方の軸封部１７．１８から不活性ガスを導入するよ
うにしてもよい。

この実施例によれば、軸封部１８に適当な量、例えば雄
−雌ロータ４，５とケージ／グｌＶｃ構成される作ｇｌ
ｈ室６壁面か、生成物が付着しなくなる温度迄熱させら
れる断熱圧縮仕事が得られる量の不活性ガスを導入する
ことにより、半導体製造装置の多量に生成物が発生する
ラインの、虫刺用としてスクリエ式ドライ真空ポンプが
提供することができる。

又、通常、ＣＶＤｆｉ置の場合、安全上の対策から真空
ポンプの吐出口直匝に、崖索ガスによりプロセスガスな
希釈してからスクラバー等へ排気している。この希釈ガ
スを軸封部に導入させれば、吐出口直後の窒素ガスは不
要となる。さらにガス自身をポンプ内部で希釈してしま
う為、より安全なポンプを提供できる。

また、軸受８及びタイミング９．１０の潤滑油が軸封部
１８を経て作動室６側へ流れ込む油もれを防止できる。

前述したように、吐出側のｊ封部１８の適当な箇所にｊ
ｌ素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスを導入する。す
ると一部は、作動室６１１Ｉｌへ、他は、軸受８の方向
へと流れていく。

軸受８の方向へと（ｌＬｎていくガスは、前述の潤滑油
をタイミングギヤ９．工０が収められたギヤケース側へ
押し流す劾きなする。その作用により、油が作動室６へ
混入せず、油に汚染されていないクリーンな真空が得ら
れる。

ギヤケースにもれていく不活性ガスにより、ギヤケース
内は圧力が高くなるため、ガス抽出手段によりガス抜き
をする必要がある。一方、この不活性ガスには、前述の
油分を多量に含んでいるため、この油をガスより分離さ
せ、ギヤケース内の油だまりに戻した方がよい。

第１図に示す実施例は、上記の点を考慮し、ガス抽出手
段を備えたものである。

ケーシング１に遅結するギヤケース６０は、その内部に
タイミングギヤ９，１０、タイミングギヤ９に噛合いモ
ータ６１の回＠＠ｖこ嵌合する増速ギヤ６２が収納され
ている。

このギヤケース＋５０内には、ギヤケース６０に設けた
給油ノズル（図示せず）から、図示はされていないオイ
ルポンプによって供給されてくる潤滑油が所定量貯留さ
れている。

ギヤケース６０の頂部にはその一８２ｉ１部が連設され
た第一の圧力バランス配管６８、大きな油滴をとるオイ
ルセパレータ６４が設けられており、オイルセパレータ
６４の下部には油戻り配管６６が設けられており、油は
自動的にギヤケース内に落下する。理由はセパレータ６
４は、ただ遠心作用で油分をとる程度であるため圧損が
なく、セパレータ６４とギヤケース６０内には圧力差が
なく、油は自然落下できる。さらにオイルセパレータ６
慟には、細かい油分をとるオイルセパレータ６５がつい
ており、これには圧損があるのでセパレータされた油は
そのままでは自然落下できない。そこで、オイルセパレ
ータ６５の下に戻り配管８０、油タンク８８、戻り配管
８４、および、油タンク８８の入口、出口にバルブ８１
．８２を設ける。そして、オイルセパレータ６５内に油
がたまったならば、Ｅｌのバルブを閉め、８１のバルブ
を開けてオイルセパレータ６５内の油を油タンク８８へ
と自然落下させ、しかる後、バルブ８１を閉め、バルブ
８２を開けて油タンク８８内の油を時間をかけて自然落
下させる。

第２の圧力バランス配管６７は、その一端部が油質り２
０の頂部に他瑞部が吸入口１４に連設されており、フォ
アライトラップ６８を有している前述のｍｌの圧力バラ
ンス配管６８には、セパレータ６５と吐出管側端部との
間に例えば８方電磁弁などの切換弁６９が配設されてい
る。

そして、この切換弁６９は、ポンプ起動時には一定時間
、ギヤケース６０を吸入口側に連通し一定時間後は、吐
出口側と連通ずるように作動するものであり、これらは
不活性ガス抽出時におけるギヤケース６０の圧力バラン
ス機構として機能するものである。

真空とすべき容器内のガスは、矢印に示すように吸入口
１４から真空ポンプ本体のケーシング１内の作動室６を
経て、吐出口１５、図示はされていない吐出管およびサ
イレンサを介して矢印に示すように大気側に排出される
。

調滑油は、ギヤケース６０内の底部に貯溜され、図示（
ｉｉχしていないオイルポンプ、オイルクー２及び給油
配管を経由して各部に供給される。

以上述べたよりに、この実施例によれば、排気側軸封装
置に不活性ガスを導入し、ギヤケース側に流入する油分
を含んだ不活性ガスを、作業者の手を油分にふれたりす
ることなく処理することができ、メンテナンスの軽減さ
れたスクリュー式ドライ真空ポンプを提供することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、反応生成物の堆
積防止用に導入した不活性ガスを簡便に処理することが
でき、メンテナンス作業が４１減され、さらにクリーン
ルームをメンテナンスにより油分で汚染することがない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す真空ポンプの全体構成
図、第２図は本発明のスクリュー真空ポンプの要部の縦
断面図、第８図は第２図のロータ中心■−厘線にンける
横断面一、第４図は第２図のｆｆ　−ｆｆ　＋ｉ組析面
図、第５図は第４図のケーシングの雄、鳩ボア交線ａを
中心としたロータ歯溝の展開図、第６図はスクリュー真
空ポンプのＰ−Ｖ線図、第７図は本発明の実施例の要部
の縦断面図、第８図は第７因における軸封部の拡大断面
図でるる。 １・・・ケーシング　　４・・・雄ロータ　　５・・・
維ロータ　　６・・・作動室　　７．８・・・軸受　　
９．１０・・・タイミングギヤ　　１４・・・吸入口　
　１５・・・吐出口　　１６−・・ガスパージ孔　　１
７．１８・・・軸封部　　８１・・・反応室　　６０・
・・ギヤケース６８・・・第１の圧力バランス配管　　
６４・・・第１のセパレータ　　６５・・−ｇ２のセパ
レータ　　６７・・・第２の圧力バランス配管　　６８
・・・フォアライントラップ　　６９・・・切換弁。 −口 ［有］　ｍ　ゞ −Ｊ／ｌ　　勺

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸入ポート及び吐出ポートを有するポンプケーシングと
   、このケーシング内に両端部が軸支され互いに噛合いな
   がら同期して回転するように配置された対の雄ロータ及
   び雌ロータと、それぞれの軸支部に設けられた軸封手段
   と、前記対の雄ロータ及び雌ロータに回転力を伝えるギ
   ヤを収納するギヤケースと、前記軸封手段のうち吐出ポ
   ート側に設けた軸封手段に不活性ガスを導入する不活性
   ガス導入手段と、前記ギヤケース内の不活性ガスを抽出
   する不活性ガス抽出手段を備え、前記不活性ガス抽出手
   段は、ガスと油とを分離するセパレータと、このセパレ
   ータにより分離された油をギヤケースに戻す管路と、さ
   らに細かい油分をとるセパレータと、分離された油をギ
   ヤケースに戻す２個のバルブとタンクを介在した管路を
   有することを特徴とするスクリュー真空ポンプ。