JPH04171277A - 真空排気装置 - 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】 〔概　要〕 真空排気装置、特にターボ分子ポンプとフォアライント
ラップと油回転ポンプとを含んで構成される真空排気装
置に関し、 真空容器内の真空を破壊した後、再び真空排気を開始す
るまでの待機時間を短縮することか可能な真空排気装置
を提供することを目的とし、［１１低温に維持される第
一のトラップを含む第一の排気路と、第一のトラップに
比して高温に維持される第二のトラップを含む第二の排
気路とを有し、第一の排気路と第二の排気路とはそれぞ
れバルブを有して排気経路切り換え可能となるように構
成する。

［２］前記の［１］において、第一の排気路は真空容器
からターボ分子ポンプ、第一のトラップの順にこれらを
経由して油回転ポンプに至り、且つターボ分子ポンプと
第一のトラップとの間及び第一のトラップと油回転ポン
プとの間にはバルブを有し、第二の排気路は真空容器か
らターボ分子ポンプ、第二のトラップの順にこれらを経
由して油回転ポンプに至り、且つターボ分子ポンプと第
二のトラップとの間及び第二のトラップと油回転ポンプ
との間にはバルブを有するように構成する。

［３］前記の［１］において、第一の排気路は真空容器
からターボ分子ポンプ、第一のトラップの順にこれらを
経由して油回転ポンプに至り、且つ真空容器とターボ分
子ポンプとの間及び第一のトラップと油回転ポンプとの
間にはバルブを有し、第二の排気路は真空容器からター
ボ分子ポンプを経由せずに第二のトラップを経由して油
回転ポンプに至り、且つ真空容器と第二のトラップとの
間及び第二のトラップと油回転ポンプとの間にはバルブ
を有するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、真空排気装置、特にターボ分子ポンプとフォ
アライントラップと油回転ポンプとを含んで構成される
真空排気装置に関する。

ターボ分子ポンプは、ステータとロータとに互いに逆向
きの角度がついた羽根を交互に配置し、ロータを高速回
転することにより排気作用を得る真空ポンプである。こ
れは、超高真空領域までの排気が可能である上、排気速
度が大であるから、超高真空を要する各種プロセス装置
や分析装置、或いはこれらの装置の試料交換室等に使用
されている。これらの装置では試料交換等のために比較
的頻繁に真空破壊と真空排気を繰り返すことになるから
、装置稼動の効率化を図るために、真空破壊後、再び排
気して真空に到達するまでの時間は極力短いことが望ま
れている。

〔従来の技術〕

従来の真空排気装置の一例を第５図を参照して説明する
。第５図は従来の真空排気装置の一例を示す概略構成図
である。図中、１は被真空排気物の真空容器であり、１
．１はターボ分子ポンプ、１２は油回転ポンプ、５３は
トラップミ５５及び５６は管路開閉用のバルブ、Ｅは排
気路である。

ターボ分子ポンプ１１はこの真空排気装置の主ポンプて
あり、油回転ポンプ１２は補助ポンプである。

トラップ５３は油回転ポンプ１２で発生する油の蒸気等
が真空室へ逆流せぬようこれを吸着剤に吸着させるもの
である（即ちフォアライン・トラップ）。

この吸着剤は冷却することにより吸着能力か向上するか
ら、高真空時には液体窒素により冷却して使用するか、
低真空時には冷却していると吸着剤か多量のガスを吸着
してその吸着能力が急速に低下するから、室温程度で使
用する。従ってこのトラップ５３は加熱手段（図示は省
略）を備えている。

排気路Ｅは真空容器１からバルブ５５、ターボ分子ポン
プ１１、バルブ５６、トラップ５３の順にこれらを経由
して油回転ポンプ１２に至る管路を指す。

この真空排気装置が真空容器１を高真空に排気している
状態では、バルブ１ａが閉、バルブ５５及び５６が開、
ターボ分子ポンプ１１が運転（定常回転）、油回転ポン
プ１２が運転、トラップ５３が冷却、の状態となってい
る。真空容器１を高真空から大気圧に戻すには、先ずバ
ルブ５５及び５６を閉じ、次にターボ分子ポンプ１１の
運転を止め（制動をかける）、トラップ５３は冷却を止
めて加熱を開始する。その後バルブｌａを開いて真空容
器１内に大気を導入する。再び真空容器１を大気圧から
高真空にするには、ターボ分子ポンプ１１か停止し且つ
トラップ５３が室温程度に昇温した後、トラップ５３の
加熱を止め、バルブ５５及び５６を開く（即ち油回転ポ
ンプ１２による粗引きを始める）。次に真空容器１の真
空度がＩ　Ｔｏｒｒ程度に達した時点でトラップ５３の
冷却を開始し、続いてターボ分子ポンプ１１の運転を開
始する。やがてターボ分子ポンプ１１が定常回転に達し
、真空容器１は所望の高真空となる。

尚、真空容器ｌの排気を開始する際にターボ分子ポンプ
１１を停止させておくのはターボ分子ポンプ１１が過負
荷になることを避けるためである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように、このような従来の真空排気装置では、真
空容器を大気圧に戻した後、ターボ分子ポンプが停止す
ると共にトラップか室温程度に昇温するまで次の真空排
気を開始することが出来ない。ターボ分子ポンプの停止
に要する時間は２００分程であるが（大気導入により制
動をかけた場合は５分程度に短縮出来る）、トラップを
室温まで加熱するには３０〜６０分を要する。これはト
ラップの吸着剤が粒状でしかも真空中にあって熱伝導か
良くないためである。従って、従来の真空排気装置では
、真空容器を大気圧に戻したのち再排気を開始するまで
に長時間の待機を必要とし、特に真空排気と真空破壊を
頻繁に繰り返す用途の場合には、この真空排気装置を組
み込んだ装置の稼動効率か低い、という問題があった。

本発明は、このような問題を解決して、真空容器内の真
空を破壊した後、再び真空排気を開始するまでの待機時
間を短縮することが可能な真空排気装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は、本発明によれば、［１］ターボ分子ポンプ
と油回転ポンプとを有して真空容器内を真空排気する装
置であって、低温に維持される第一のトラップを含む第
一の排気路と、第一のトラップに比して高温に維持され
る第二のトラップを含む第二の排気路とを有し、第一の
排気路と第二の排気路とはそれぞれバルブを有して排気
経路切り換え可能に構成することを特徴とする真空排気
装置とすることで、［２］更に、前記の［１］において
、第一の排気路は真空容器からターボ分子ポンプ、第一
のトラップの順にこれらを経由して油回転ポンプに至り
、且つターボ分子ポンプと第一のトラップとの間及び第
一のトラップと油回転ポンプとの間にはバルブを有し、
第二の排気路は真空容器からターボ分子ポンプ、第二の
トラップの順にこれらを経由して油回転ポンプに至り、
且つターボ分子ポンプと第二のトラップとの間及び第二
のトラップと油回転ポンプとの間にはバルブを有するよ
うに構成することで、［３］更に、前記の［１］におい
て、第一の排気路は真空容器からターボ分子ポンプ、第
一のトラップの順にこれらを経由して油回転ポンプに至
り、且つ真空容器とターボ分子ポンプとの間及び第一の
トラップと油回転ポンプとの間にはバルブを有し、第二
の排気路は真空容器からターボ分子ポンプを経由せずに
第二のトラップを経由して油回転ポンプに至り、且つ真
空容器と第二のトラップとの間及び第二のトラップと油
回転ポンプとの間にはバルブを有するように構成するこ
とで、達成される。

〔作用〕

本発明の真空排気装置は、フォアライン・トラップを二
個備え、一方は常時液体窒素により冷却しておき（吸着
効率が高い）、他方は常時室温のままとしく吸着効率が
低い）、いずれか一方に排気を通すよう排気路を切り換
えることが出来る。

従って高真空排気時には前者のトラップを、粗引き時に
は後者のトラップを使用することにより、真空容器を真
空破壊したのち真空排気を再開する前にトラップを加熱
す、る（吸着効率を低める）必要がなくなり、従って長
時間待機することなく真空排気を再開することが出来る
。

本発明の真空排気装置の排気路の構成２例とそれらの作
用を、第１図及び第２図を参照しなから説明する。

第１図は本発明の基本概念を示す図（そのｌ）であり、
本発明の請求項２に対応する。図中、第５図と同じもの
には同一の符号を付与した。ｌは真空容器であり、１１
はターボ分子ポンプ、１２は油回転ポンプ、１３は第一
のトラップ、１４は第二のトラップ、１５〜１８はバル
ブ、Ａは第一の排気路、Ｂは第二の排気路である。第一
のトラップ１３及び第二のトラップ共に油回転ポンプ１
２の油の蒸気等を吸着するためのフォアライン・トラッ
プであり、第一のトラップ１３は常時液体窒素により冷
却されて低温となっており、第二のトラップ１４は常時
室温程度である。第一の排気路Ａは真空容器１からター
ボ分子ポンプ１１、バルブ１５、第一のトラップ１３、
バルブ１６の順にこれらを経由して油回転ポンプ１２に
至る。第二の排気路Ｂは真空容器ｌからターボ分子ポン
プ１１、バルブ１７、第二のトラップ１４、バルブ１８
の順にこれらを経由して油回転ポンプ１２に至る（真空
容器１からターボ分子ポンプ１１まては第一の排気路Ａ
と共用）。

この真空排気装置が真空装置１を高真空に排気している
状態では、バルブ１５及び１６は開、バルブ１７及び１
８は閉とし、排気は冷却された第一のトラップ１３を通
過する。真空容器１を大気圧に戻す際は、バルブ１５〜
１８は総て閉とし、排気はいずれのトラップをも通過し
ない。真空容器１の真空排気を再開する際（粗引き時）
は、バルブ１５及び１６は閉、１７及び１８は開とし、
排気は室温の第二のトラップ１４を通過する。

第２図は本発明の基本概念を示す図（その２）であり、
本発明の請求項３に対応する。図中、第１図と同一のも
のに対しては同一の符号を付与した。２５．２７はバル
ブ、Ｃは第一の排気路、Ｄは第二の排気路である。第一
の排気路Ｃは真空容器１からバルブ２５、ターボ分子ポ
ンプ１１、第一のトラップＩ３、バルブ１６の順にこれ
らを経由して油回転ポンプ１２に至る。第二の排気路り
は真空容器１からバルブ２７、第二のトラップ１４、バ
ルブＩ８の順にこれらを経由して油回転ポンプ１２に至
る（ターボ分子ポンプ１１を経由しない）。

この真空排気装置が真空装置１を高真空に排気している
状態では、バルブ２５及び托は開、バルブ２７及び１８
は閉とし、排気は冷却された第一のトラップ１３を通過
する。真空容器ｌを大気圧に戻す際は、バルブ２５．１
６．２７．１８は総て閉とし、排気はいずれのトラップ
をも通過しない。真空容器１の真空排気を再開する際（
粗引き時）は、バルブ２５及び１６は閉、２７及び１８
は開とし、排気は室温の第二のトラップ１４を通過する
。

〔実施例〕

本発明に基づく真空排気装置の二つの実施例を、第３図
及び第４図を参照しながら説明する。これらはいずれも
分子線結晶成長装置における基板交換室の真空排気に適
用した例である。

第３図は本発明の第一の実施例の装置構成図である。こ
の装置の排気路の基本構成は前述の第１図と同じである
。図中、第１図と同一のものには同一の符号を付与した
。３０はこの装置で結晶成長を行う基板である。３１は
結晶成長室であり、常時イオンポンプ３２により排気さ
れて超高真空を維持している。この結晶成長室３１はゲ
ートバルブ３３を介して基板交換室３４に連通している
。この基板交換室３４が第１図の真空容器１に相当する
ものであり、大気導入用のバルブ３４ａ（第１図の１ａ
に相当する）１．基板３０を出し入れするための扉３４
ｂ等を備えていると共に、トランスファロッド３５が取
り付けられている。トランスファロッド３５の先端には
基板３０を保持する基板ホルダ３６か取り付けられてい
る。このトランスファロッド３５により基板３０を移動
させる（結晶成長室３１と基板交換室３４との間）。３
７は基板交換室３４とターボ分子ポンプ１１との間を遮
断するためのゲートバルブ、３８はターボ分子ポンプｌ
ｌ内に大気を導入するためのバルブである（通常は閉じ
られている）。

この分子線結晶成長装置は次のように使用する。

結晶成長室３１は常時イオンポンプ３２により排気して
超高真空を維持しておく（ゲートバルブ３３は通常開じ
ておく）。油回転ポンプ１２は常時運転、トラップ１３
は常時冷却、トラップ１４は常時室温である。基板交換
室３４か高真空（ターボ分子ポンプ１１が定常回転）の
状態でゲートバルブ３３を開き、結晶成長を終えた基板
３０を結晶成長室３１から基板ホルダ３６に保持して基
板交換室３４へ移動し、ゲートバルブ３３を閉じる。次
にゲートバルブ３７を閉じてバルブ３４ａを開き、バル
ブ１５及び１６を閉じ、ターボ分子ポンプ１１に制動を
かける。この際、バルブ３８を開いてターボ分子ポンプ
１１内に大気を導入し、制動時間を短縮する。基板交換
室３４か大気圧になった後、扉３４ｂを開いて結晶成長
を終えた基板３０を取り出し、新しい基板３０を入れる
。その後、扉３４ｂを閉じ、バルブ３４ａ及び３８を閉
じ、ゲートバルブ３７とバルブ１７及び１８を開いて基
板交換室３４の粗引きを開始する。基板交換室３４の真
空度かＩＴ。

ｒｒ程度に達した時点でバルブ１７及び１８を閉じると
共にバルブ１５及び１６を開き、続いてターボ分子ポン
プ１１の運転を再開する。基板交換室３４の真空度かＩ
　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ程度に達した時点でゲートバル
ブ３３を開いて基板３０を結晶成長室３１に移動し、再
びゲートバルブ３３を閉じて結晶成長を開始する。

本発明者かこの装置（但し、基板交換室３４の容積か２
Ｑ７）により基板の結晶成長を繰り返した結果、基板交
換室３４への大気導入開始から、基板３０の交換を完了
するまでの所要時間は約５分てあり、一方、基板交換室
３４への大気導入開始と同時に制動をかけたターボ分子
ポンプ１１の回転停止所要時間も約５分であった。従っ
て、基板交換室３４への大気導入開始から５分後、待機
時間ゼロで次の真空排気（粗引き）を開始することか出
来た。従来の分子線結晶成長装置では、冷却していたト
ラップを加熱して室温まで昇温させるのに約４０分を要
し、この間は粗引きを開始出来なかった。即ち、前記の
所要時間か３５分短縮されたことになり、この分子線結
晶成長装置の処理能力が大幅に向上した。

第４図は本発明の第二の実施例の装置構成図である。こ
の装置の排気路の基本構成は前述の第２図と同じである
。図中、第２図及び第３図と同一のものには同一の符号
を付与した。この装置の前述の第一の実施例との装置構
成上の違いは、基板交換室３４にバルブ２７か取り付け
られ、粗引き用の排気路が基板交換室３４からバルブ２
７、第二のトラップ１４、バルブ１８の順にこれらを経
由して油回転ポンプ１２に到っている点だけである。又
、第２図におけるバルブ２５はゲートバルブ３７に置き
換えられ、ターボ分子ポンプ１１と第一のトラップ１３
との間にはバルブ１５が追加されているが、バルブ１５
は通常は開いておくので、基本構成は第２図と変わりは
ない。

この装置の前述の第一の実施例との使用上の違いは、基
板交換室３４の真空を破る際にターボ分子ポンプ１１の
運転を継続する（従ってバルブ３８は開かず、バルブ１
５は閉じない）点、粗引き開始時にゲートバルブ３７を
開かずにバルブ２７を開く点と、粗引き完了時にバルブ
２７を閉じてゲートバルブ３７を開く点だけである。

この装置においても、第一の実施例の装置と同様、基板
交換室３４への大気導入開始から、基板３０の交換を完
了するまでの所要時間は約５分であり、従って、基板交
換室３４への大気導入開始から５分後、待機時間ゼロで
次の真空排気（粗引き）を開始することが出来る。

本発明は以上の実施例に限定されることなく、更に種々
変形して実施出来る。例えば、分子線結晶成長装置以外
の種々の装置に適用出来る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、真空容器内の真
空を破壊した後、再び真空排気を開始するまでの待機時
間を短縮することか可能な真空排気装置を提供すること
か出来、装置の稼動効率か向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念を示す図（その１）、第２図
は本発明の基本概念を示す図（その２）、第３図は本発
明の第一の実施例の装置構成図、第４図は本発明の第二
の実施例の装置構成図、第５図は従来の装置の一例を示
す装置構成図、である。 図中、１は真空容器、 ｌａはバルブ、 １１はターボ分子ポンプ、 １２は油回転ポンプ、 １３は第一のトラップ、 １４は第二のトラップ、 １５〜１８．２５．２７はバルブ、 Ａ、　Ｃは第一の排気路、　　　　 Ｂ、　Ｄは第二の排気路、である。 本脅θＨ／１基オＩ瑚〕色を示すｍとで０１）第　　１
　　図 件 オぽた明のふ不歴り念ゑホす図（で０２）第　２　図 、Ｉを８月の第一の実、方巳脅・Ｉｆ）Ｍｌ構戚図第　
３　団 木を日月の第二ｎ寅方色例ｎ装置構成囚芽　４１２］ 従え既トーチクｊを示す装置購へ反 第　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］ターボ分子ポンプと油回転ポンプとを有して真空
   容器内を真空排気する装置であって、低温に維持される
   第一のトラップを含む第一の排気路と、該第一のトラッ
   プに比して高温に維持される第二のトラップを含む第二
   の排気路とを有し、 該第一の排気路と該第二の排気路とはそれぞれバルブを
   有して排気経路切り換え可能に構成されていることを特
   徴とする真空排気装置。 ［２］前記第一の排気路は前記真空容器から前記ターボ
   分子ポンプ、前記第一のトラップの順にこれらを経由し
   て前記油回転ポンプに至り、且つ該ターボ分子ポンプと
   該第一のトラップとの間及び該第一のトラップと該油回
   転ポンプとの間にはバルブを有し、 前記第二の排気路は該真空容器から該ターボ分子ポンプ
   、前記第二のトラップの順にこれらを経由して該油回転
   ポンプに至り、且つ該ターボ分子ポンプと該第二のトラ
   ップとの間及び該第二のトラップと該油回転ポンプとの
   間にはバルブを有していることを特徴とする請求項１記
   載の真空排気装置。 ［３］前記第一の排気路は前記真空容器から前記ターボ
   分子ポンプ、前記第一のトラップの順にこれらを経由し
   て前記油回転ポンプに至り、且つ該真空容器と該ターボ
   分子ポンプとの間及び該第一のトラップと該油回転ポン
   プとの間にはバルブを有し、 前記第二の排気路は該真空容器から該ターボ分子ポンプ
   を経由せずに前記第二のトラップを経由して該油回転ポ
   ンプに至り、且つ該真空容器と該第二のトラップとの間
   及び該第二のトラップと該油回転ポンプとの間にはバル
   ブを有していることを特徴とする請求項１記載の真空排
   気装置。