JPH10227290A

JPH10227290A - 油回転ポンプ

Info

Publication number: JPH10227290A
Application number: JP28414597A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Takehisa Nitta; 雄久新田
Original assignee: URUTORA CLEAN TECHNOL KAIHATSU; URUTORA CLEAN TECHNOL KAIHATSU KENKYUSHO KK
Current assignee: URUTORA CLEAN TECHNOL KAIHATSU; URUTORA CLEAN TECHNOL KAIHATSU KENKYUSHO KK
Priority date: 1996-12-11
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、稼働している油回転ポンプの油中
に含まれた、気体成分、金属片などの異物、又は／及び
水分を取り除くことにより、広範囲な圧力範囲で高い排
気速度を有する油回転ポンプを提供する。【解決手段】本発明の油回転ポンプは、油が供給され
たシリンダの内部をロータが回転する構造体をケースに
内蔵した油回転ポンプにおいて、前記シリンダの外部に
油の循環機構を有し、前記循環機構が、油の循環用ポン
プと、脱気モジュールと、脱気モニタにより構成されて
いることを特徴とする。また、前記循環機構は、フィル
タや熱交換装置を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油回転ポンプに係る。
より詳細には、稼働中の油回転ポンプにおいて、油中に
混入した気体成分および異物を除去できる油回転ポンプ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶分野などでは、リアクティ
ブイオンエッチング（ＲＩＥ）や気相成長法（ＣＶ
Ｄ）、スパッタリングなど真空を利用するプロセスが多
数存在する。これらのプロセスでは、不純物を徹底的に
低減することが必要であることから、プロセスチャンバ
内部を超高真空まで排気して不純物を除去した後、所望
の圧力で各種プロセスを行っている。

【０００３】チャンバを超高真空まで排気する手段とし
ては、複数のポンプを多段に接続したものが多用され
る。例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）とバックポン
プとの組み合わせが挙げられる。バックポンプとして
は、通常ドライポンプが使用されているが、ドライポン
プは文字どおり潤滑油などの油類を使用しておらず、さ
らにターボ分子ポンプに磁気軸受型のＴＭＰを使用すれ
ば、ポンプからの不純物（油）がチャンバ汚染すること
がなく、チャンバ内部は清浄に保たれる。

【０００４】ところで、これらのポンプは「真空技術」
として開発されたものである。すなわち、チャンバ内部
の圧力が十分低い（高真空の）場合に、極少量のガス
（例えば、チャンバ内表面から脱離するＨ₂Ｏ）を排気
するために開発されたものである。しかしながら、半導
体分野ではウェハ表面で反応を起こす必要があることか
ら、比較的高い圧力（例えば、１０Ｐａ〜１０^-2Ｐａ
台）で、かつ大量のガス（例えば、数百ｓｃｃｍ）を流
しながらプロセスを行っている。ここに大きな違いがあ
るため、現在半導体分野で使用しているポンプは、半導
体プロセスには適しているとは言えない。

【０００５】図１１は、従来の代表的なドライポンプの
特性曲線（排気速度と吸気口圧の関係）と、１０００
（ｓｃｃｍ）の窒素ガスを流したときのガス負荷直線と
を示したグラフである。ドライポンプの吸気口圧が１
（Ｔｏｒｒ）より低くなると、排気速度が急激に減少し
ていることが分かる。ドライポンプの特性曲線とガス負
荷直線の交点が、１０００（ｓｃｃｍ）のガスを流した
ときのドライポンプの吸気口圧、すなわちＴＭＰの背圧
である。ＴＭＰのカタログに載っているデータには、ガ
ス分子の圧縮比がその背圧の関数として与えられている
が、ほとんどの場合は背圧が０．１〜１（Ｔｏｒｒ）の
領域で急激に圧縮比が劣化する。これは背圧の上昇に伴
い、ＴＭＰ内で粘性流の領域が低真空側から次第に広が
っていくためで、二次側の不純物の一次側への逆流が増
えることを意味している。１０００（ｓｃｃｍ）のガス
を流しながら、かつ劣化が起こらない領域、例えば背圧
０．１（Ｔｏｒｒ）でＴＭＰを使用するためには、ＴＭ
Ｐの背圧すなわちドライポンプの吸気口圧０．１（Ｔｏ
ｒｒ）でのドライポンプの排気速度を、図１１の点Ａま
で上げる必要があるが、これは非常に困難である。

【０００６】ところで、ドライポンプ以外の代表的なバ
ックポンプとしては、例えば図１２に示すような回転翼
形油回転ポンプが挙げられる。

【０００７】図１２において、１２０１は油回転ポンプ
本体のケース、１２０２はシリンダ、１２０３はロー
タ、１２０４は翼板、１２０５はばね、１２０６は排気
弁、１２０７は油回転ポンプの油、１２０８は吸気口、
１２０９は排気口である。

【０００８】このような油回転ポンプは、油を使用して
排気するポンプであり、０．０１〜１（Ｔｏｒｒ）付近
のやや分子流領域に入ったところでの気密シールは、機
械的なシールであるドライポンプより、油でシールする
油回転ポンプの方が圧倒的に優れているが、油回転ポン
プは油を使用しているため、以下に示すような種々の問
題が存在する。

【０００９】（ａ）油中に気体成分が混入してしまうた
め、ポンプの排気性能が悪くなってしまう。（ｂ）ポンプ内部で磨耗して発生した金属片や、プロセ
スガスが原因で発生した異物が油中に混入して異物かみ
こみによるトラブルが発生するうえ、加工精度を高めら
れないのでポンプが大型化してしまう。（ｃ）ポンプを運転していると、その熱によって油回転
ポンプで使用している油が蒸発してチャンバに逆拡散す
る。これは不純物を非常に嫌う半導体プロセスにとって
は致命的な問題である。（ｄ）排気するガス中に半導体プロセスで多用されてい
る臭素や塩素といった腐蝕性ガスがふくまれると、油中
に含有されている水分（チャンバから混入した水分と大
気側から混入した水分）とがあいまって油が劣化するた
め、油の交換のために装置を停止する必要がある、すな
わち装置の稼働率が低下してしまう。

【００１０】上述した問題を解決する方法としては、次
のような技術が開示されている。（１）オイルボックスの底部にフィルタを設け、油回転
ポンプの排気弁を前記フィルタ下部の沈殿部に通し、水
分や異物を取り除いた油だけ再び油回転ポンプに戻して
利用する方法（特開昭５８−１３１８６号公報）。（２）油回転ポンプの油中に含まれるガス（プロセスガ
ス）を、ガス吸着性中和性フィルタ（例えば、モレキュ
ラーシーブ）で除去する方法（特開昭６０−５１５１１
号公報）。（３）油回転ポンプの油中に含まれる固形の異物はフィ
ルタで除去し、溶存ガスはヒータで加熱して蒸発させて
除去する方法（特開昭５９−２３０６０２号公報）。（４）油回転ポンプのオイルケースを仕切板によって上
下二室に分離し、かつ油をフィルタで浄化し、浄化され
た油を再び油回転ポンプに戻して利用する方法（特開昭
６１−８１５９６号公報）。（５）油の浄化装置にＮ₂バブリング装置を設け、油中
に溶存しているプロセスガスを排出する方法（特開昭６
２−７４０８号公報）。（６）油回転ポンプにエアーを送り込んで、油中に含ま
れる水分の蒸発を促進する方法（特開平４−１４０４９
３号公報）。

【００１１】しかしながら、上記従来技術には、次のよ
うな問題点があった。上記（１）及び（４）の技術では、溶存ガスの除去
ができない。上記（２）の技術では、ガスの脱気は不十分。上記（３）の技術では、油の消費が早く、低コスト
での運用が難しい。上記（５）の技術では、Ｎ₂をバブリングすること
により、油中にＮ₂が溶解してしまう。上記（６）の技術では、水分以外の溶存気体は除去
できない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、稼働してい
る油回転ポンプの油中に含まれた、気体成分、金属片な
どの異物、又は／及び水分を取り除くことにより、広範
囲な圧力範囲で高い排気速度を有する油回転ポンプを提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の油回転ポンプ
は、油が供給されたシリンダの内部をロータが回転する
構造体をケースに内蔵した油回転ポンプにおいて、前記
シリンダの外部に油の循環機構を有し、前記循環機構
が、油の循環用ポンプと、脱気モジュールと、脱気モニ
タにより構成されているため、油の循環用ポンプで油中
の気体成分を含む油全体を誘導し、脱気モジュールで油
中の気体成分を取り除き、脱気モニタで油中に残存する
気体成分の量を管理しながら、油回転ポンプを稼働させ
ることができる。その結果、油中に含まれる気体成分の
量を、低水準に安定して維持できるため、優れた排気特
性の油回転ポンプが得られる。

【００１４】また、前記循環機構がフィルタを有するこ
とにより、油中に含まれている異物も除去できるため、
油回転ポンプの排気特性が向上する。常に異物が除去さ
れてから、清浄な油が油回転ポンプに供給されるため、
異物かみこみによるトラブル発生が低減する。ポンプの
メンテナンス周期や寿命を延ばすことができるため、油
回転ポンプの稼働率が向上する。また、加工精度を高め
ることができるため、ポンプの大きさが同じでも、排気
速度の向上が可能となる。

【００１５】さらに、前記循環機構が熱交換装置を有す
ることにより、循環機構を経て稼働中の油回転ポンプに
戻る油の温度を所望の温度とすることができる。特に、
熱交換装置を水冷構造とすることにより、油の温度上昇
を防ぐとともに、油の温度を室温付近に保つことが可能
となり、油の蒸発量が減少し、油成分が油回転ポンプの
吸気口側に逆流するのを防ぐことができる。すなわち、
吸気口側が接続された各種チャンバの内部を汚染するこ
とが無い油回転ポンプが得られる。また、稼働中の油回
転ポンプに、制御された温度の油が安定して供給される
ため、排気特性がさらに改善する。

【００１６】またさらに、前記ケース又は／及び前記シ
リンダに冷却する手段を設けたことにより、油回転ポン
プの内部にある油の温度を所定の温度に維持できるた
め、ポンプ全体さらには油の温度上昇を抑えることがで
き、油成分が油回転ポンプの吸気口側に逆流するのを防
ぐことができる。その結果、より安定な排気特性を有す
る油回転ポンプが得られる。

【００１７】次に、油回転ポンプの吸気口側に、該油回
転ポンプが排気する真空チャンバ内で行われるプロセス
に影響しないガスの導入手段を有することにより、油成
分が油回転ポンプの吸気口側に逆流するのを防ぐことが
できる。また、排気口側に不活性気体の導入手段を有す
ることにより、油と大気成分（特に水分）が混合するこ
とを防ぐことができる。その結果、油の劣化を防ぐこと
が可能となり、油の交換が不要になる、もしくは交換頻
度が大幅に減少する。

【００１８】また、油回転ポンプのロータがスクリュー
構造であり、かつ、そのスクリュー構造の回転軸を重力
の働く方向と平行に配置するとともに、油回転ポンプの
吸気口をスクリュー構造の上方に、油回転ポンプの排気
口は該スクリュー構造の下方に、それぞれ設けた場合
は、スクリュー構造の回転軸を重力の働く方向と垂直に
配置した場合に比べて、３０％程度油の逆拡散を抑制す
ることができる。

【００１９】さらに、油回転ポンプのロータがスクリュ
ー構造であり、かつ、そのスクリュー構造は、減圧側か
ら大気圧側に近づくにつれてスクリューのピッチが徐々
に狭くなっている又は／及びスクリューの傾斜角が小さ
くなっているので、同じ容量のポンプでも、ポンプ本体
の大きさを小さくすることができる。換言すれば、ポン
プ本体の大きさが従来のポンプと同じ場合は、より排気
速度が大きく、排気特性の優れた油回転ポンプが得られ
る。

【００２０】またさらに、シリンダの内部へ油を供給す
る油供給口を、スクリュー構造の回転軸と平行に配置さ
れたシリンダの側壁に設けたことにより、スクリューの
ピッチの設定やスクリューの傾斜角の設定に影響される
ことなく、油回転ポンプの吸気口と排気口との間におい
て任意の位置から油の供給が可能となる。

【００２１】特に、スクリュー構造の回転軸と平行に配
置されたシリンダの側壁に設けた油供給口の位置を、油
回転ポンプの吸気口と排気口の中間領域に設けることに
よって、油の逆拡散を低く抑えるとともに、ポンプの吸
気口における到達真空度を向上させることができる。

【００２２】また、油回転ポンプの吸気口に流れ込むガ
スの流量に応じて、ロータの回転速度を制御する手段を
備えたことにより、該油回転ポンプが排気する真空チャ
ンバ内でプロセスが中断されている場合には、ロータの
回転速度を下げることが可能となる。油回転ポンプの吸
気口に所定の流量ガスを流すことによって、ロータの回
転速度を下げても、真空チャンバ内への逆拡散の発生を
防ぐことができる。その結果、ポンプの電力使用量を抑
えることが可能となり、大幅なランニングコストの低減
を図ることができる。

【００２３】さらに、油回転ポンプのシリンダがガスに
接触する部分の温度を１２０℃以上に均一に保持する手
段を備えたことによって、長期間使用した際に発生した
シリンダ内部への堆積膜の付着量を著しく減らすことが
可能となる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る油回転ポン
プの一例を示す概略図である。図１において、１０１は
油が供給されたシリンダの内部をロータが回転する構造
からなる油回転ポンプ本体、１０２は前記シリンダの外
部に設けた前記シリンダの内部にある油の循環機構であ
る。

【００２５】ポンプ本体１０１は、真空排気される内部
空間を有するチャンバ（不図示）に繋がる吸気口（不図
示）と、吸気口から取り込んだ気体をポンプ本体１０１
の外（すなわち大気圧空間）に排出する排気口（不図
示）を有する。

【００２６】油の循環機構１０２は、油の循環用ポンプ
１０３と、脱気モジュール１０４と、脱気モニタ１０５
により構成されている。

【００２７】油の循環用ポンプ１０３は、油回転ポンプ
本体１０１のケース内部にある油を、油の循環機構１０
２に設けた脱気モジュール１０４へ強制的に移動させる
ための手段である。

【００２８】脱気モジュール１０４としては、例えば図
２に示すものが挙げられる。図２において、２０１は脱
気モジュール本体、２０２は脱気モジュール本体の中に
設けられた多数の中空糸状の脱気膜、２０３は中空糸の
中を排気する排気手段（不図示）に繋がる排気口、２０
４は脱気モジュール本体２０１の内壁と脱気膜２０２と
の間に形成された空間に油を供給する供給口であり、２
０５は排出口である。脱気膜２０２の中は、排気手段
（不図示）により適宜減圧状態にあり、脱気モジュール
本体２０１の内壁と脱気膜２０２との間に供給された油
から、気体のみを吸引・除去することができる。油中に
含まれた気体が除去された油は、排出口２０５を通して
脱気モジュール１０４から排出される。このとき脱気膜
２０２を形成する中空糸としては、例えば太さが外径
０．６ｍｍ、内径０．４ｍｍ程度のシリコンゴムからな
るものが好適に用いられる。また、図２では、脱気膜２
０２の中を減圧し、脱気モジュール本体２０１の内壁と
脱気膜２０２との間に油を供給したが、減圧と油の供給
を逆にしても構わない。すなわち、脱気膜２０２の中に
油を流し、脱気モジュール本体２０１の内壁と脱気膜２
０２との間を減圧する構造としても良い。

【００２９】脱気モニタ１０５は、脱気モジュール１０
４から排出された油に含有される残存ガスを調べる手段
である。例えば、Ｎ₂モニタ、ＣＯ₂モニタなど、熱伝導
を利用した各種モニタが好適に用いられる。脱気モニタ
１０５を常時ｏｎ又は適宜ｏｎしながら、油の循環機構
１０２を動作させることによって、油回転ポンプを稼働
させながら油中の残存ガス量の監視が可能となる。

【００３０】図４は、本発明に係る油回転ポンプの他の
一例を示す概略図であり、図１における油の循環用ポン
プ１０３と脱気モジュール１０４との間に、フィルタ１
０６を設けた場合である。フィルタ１０６としては、例
えば日本ポール社製のＰＭＭメタルメンブレン（０．１
μｍを９０％）からなるフィルタなどが挙げられる。

【００３１】図５は、本発明に係る油回転ポンプの他の
一例を示す概略図であり、図１における脱気モニタ１０
５の後に熱交換装置１０７を設けた場合である。熱交換
装置７０７としては、例えば図６に示すような構造を有
するものが挙げられる。図６の熱交換装置は、伝熱性が
高く、強度的にも優れた材料（例えば、ステンレス）か
らなる隔壁６０１を設け、隔壁一方の側に油を流し、他
方の側に冷却水を流すことによって、油の温度を減少さ
せることができる。

【００３２】図７は、本発明に係る油回転ポンプの他の
一例を示す概略図であり、図１における油回転ポンプ本
体１０１のケース又は／及びシリンダに、冷却する手段
１０８を設けた場合である。シリンダを冷却する手段１
０８は、シリンダの内壁及び外壁に接している油の温度
上昇を抑えることが目的である。

【００３３】図８は、本発明に係る油回転ポンプの他の
一例を示す概略図であり、図１における油回転ポンプ本
体１０１の吸気口側又は／及び排気口側に、不活性気体
の導入手段１０９を設けた場合である。不活性気体と
は、窒素ガス、希ガス（Ｈｅガス、Ａｒガス、Ｘｅガス
等）を指す。不活性気体の導入手段１０９は、不活性気
体の供給源と、その供給量を制御する機構からなり、供
給量は適宜調整される。

【００３４】図９は、本発明に係る油回転ポンプのロー
タがスクリュー構造からなっている状態を示す概略図で
ある。図９（ａ）はロータの外観を示しており、図９
（ｂ）は、そのスクリュー構造は、減圧側から大気圧側
に近づくにつれてスクリューのピッチが徐々に狭くなっ
ている様子を示す模式図である。

【００３５】図９において、９０１は油回転ポンプの外
壁、９０２はシリンダ、９０３は油回転ポンプの油、９
０４はスクリュー構造のロータ、９０５はモータ、９０
６はモータ９０５の回転をロータに伝える回転軸、９０
７は排気弁である。

【００３６】図９において、不図示の油供給口からポン
プ内に注入された油回転ポンプの油９０３は、シリンダ
とモータ軸の接する部分（付近）からシリンダ内部に供
給される。その油はモータ軸を伝わって、あるいはシリ
ンダ内部に滴下したあと、ロータ外周部に回り込み、ロ
ータとシリンダとの間でシール材として作用する。その
のち、気体を含んだ油は、他の気体とともに排気弁９０
７からシリンダ外に出て、再び油９０３と混合される。
油９０３は、油循環機構１０２によって脱気、浄化、室
温まで冷却され、再び油９０３と混合する。

【００３７】また、図１０に示すように、油回転ポンプ
のロータが２個のスクリュー構造からなるもの（９０４
ａ、９０４ｂ）であっても構わない。図１０において、
実線で示したものがスクリュー構造からなるロータ（９
０４ｂ）の回転軸である。

【００３８】ここで、図９及び図１０は模式図であり、
図中に示した構造物のサイズは実際のサイズとは異な
る。また、スクリューの凹凸形状や凹凸の差などピッチ
以外の因子は、適宜調整して構わない。

【００３９】図１３は、２個のスクリュー構造からなる
ロータを備えた油回転ポンプの一例を示す模式的な断面
図である。

【００４０】図１３において、１３０１はスクリュー構
造の回転軸と平行に配置されたシリンダの側壁すなわち
ステーター、１３０２はロータとして機能する２個のス
クリュー構造、１３０３は吸気口、１３０４は排気口、
１３０５は２つのベアリング、１３０６はタイミングギ
ヤ、１３０７はモータ、１３０８、１３０９は油供給口
である。

【００４１】図１３に示した油回転ポンプでは、モータ
１３０７の回転は、タイミングギヤ１３０６を介して２
つのベアリング（１３０５ａ、１３０５ｂ）に伝えら
れ、これによって２個のスクリュー構造（１３０２ａ、
１３０２ｂ）は互いに同じ回転数で逆に回転する。

【００４２】不図示のガス供給手段を用いて、吸気口に
はプロセスに影響しないガスを、排気口には不活性ガス
を適宜流すことにより、油の逆拡散や油と大気成分（特
に水分）の混合を防ぐことができる。

【００４３】吸気口へプロセスに影響しないガスを流し
た場合の効果を調べるための測定系としては、例えば図
１５に示すものが挙げられる。図１５において、１５０
１は油回転ポンプ、１５０２は吸気口、１５０３は吸気
口へ導入するプロセスに影響しないガス（例えばＮ₂ガ
ス）の流量を調べるマスフローコントローラ、１５０４
は流量調節弁、１５０５はターボ分子ポンプ、１５０６
はバックポンプ、１５０７は四重極質量分析装置、１５
０８はＢ−Ａゲージからなる真空計、１５０９はシュル
ツゲージからなる真空計である。これらは、図１５に示
すように配管によって接続されている。ここで、吸気口
にはプロセスに影響しないガスを流す手段は、マスフロ
ーコントローラ１５０３とガスを吸気口に導く配管部で
あり、油の逆拡散を把握する手段は、四重極質量分析装
置１５０７である。吸気口における到達真空度を調べる
手段は、真空計１５０９を用いる。

【００４４】また、スクリュー構造１３０２は、減圧側
から大気圧側に近づくにつれてスクリューのピッチが徐
々に狭くする又は／及びスクリューの傾斜角を小さくす
ることで、排気速度が向上するため好ましい。すなわ
ち、図１４に示した、等ピッチ・等傾斜角のスクリュー
構造（ａ）に比べて、不等ピッチ・不等傾斜角のスクリ
ュー構造（ｂ）の方が、優れた排気特性が得られる。

【００４５】さらに、シリンダの内部へ油を供給する油
供給口（１３０８、１３０９）を、スクリュー構造の回
転軸と平行に配置されたシリンダの側壁すなわちステー
ター１３０１に設けることで、油回転ポンプの吸気口と
排気口との間において任意の位置から油の供給が可能な
り、特に、油回転ポンプの吸気口と排気口の中間領域に
設けることによって、油の逆拡散が抑制でき、かつ、ポ
ンプの吸気口における到達真空度も向上できる。

【００４６】また、シリンダのガスに接触する部分の温
度を１２０℃以上に均一に保持する手段を備えること
で、シリンダ内部への堆積膜の付着量が減少できる。

【００４７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の油回転ポンプ
を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。

【００４８】（実施例１）本例では、図１に示した油回
転ポンプを用い、油回転ポンプの吸気側に流す窒素ガス
の流量を変えることにより油回転ポンプの吸気側の圧力
を変化させて、油回転ポンプの排気速度を調べた。窒素
ガスは、油回転ポンプの吸気側に接続した、ほぼ球形の
内壁を有するテスト・ドーム内に導入した。吸気側の圧
力は、テスト・ドームに設けた真空計で測定した。

【００４９】図１の油回転ポンプ本体１０１としては、
ゲーデ型油回転ポンプを用いた。ポンプ本体のケース内
にある油の循環機構１０２を設けた。油の循環機構１０
２は、油の循環用ポンプ１０３と、脱気モジュール１０
４と、脱気モニタ１０５により構成されている。

【００５０】ポンプ本体のケース内にある油は、油の循
環用ポンプ１０３を用いて単位時間あたり４０リットル
循環させた。脱気モジュール１０４は図中に示すよう
に、多数の中空糸状の脱気膜から構成されている。中空
糸の外側に油を流し、中空糸の内側は不図示のポンプで
真空に排気した。このため、油に含有されている気体成
分のみ中空糸の外側から内側に排気される。脱気モニタ
１０５は、脱気モジュール１０４を通過した油に残存し
ている気体の量、すなわち脱気の程度を調べれるために
設けた。

【００５１】図３は、油回転ポンプの吸気側の圧力と、
油回転ポンプの排気速度との関係を調べた結果を纏めた
グラフである。図３における曲線が、油の循環機構１
０２を設けて油を脱気した本例の結果である。

【００５２】（比較例１）本例では、油回転ポンプに油
の循環機構を用いなかった点が実施例１と異なる。すな
わち、本例は、脱気モジュールを持たない従来例に相当
する。他の点は、実施例１と同様とした。

【００５３】図３における曲線が、油の循環機構１０
２を設けず油を脱気しなかった本例の結果である。

【００５４】図３から、実施例１の油の循環機構１０２
を有する油回転ポンプは、吸気側の広い圧力範囲に対し
て高い排気速度が得られることが分かった。また、実施
例１の油の循環機構１０２を有する油回転ポンプでは、
排気速度が急激に低下する吸気口圧力が比較例１に比べ
て１桁程度低圧側にシフトしており、高い排気速度が安
定して得られる吸気口圧力の範囲が広くなっていること
も確認された。

【００５５】また、脱気モニタの測定から、実施例１の
油の循環機構１０２を有する油回転ポンプを用いた場合
には、油中に含まれる窒素ガスの量が著しく減っている
ことが分かった。

【００５６】（実施例２）本例では、図５に示す油の循
環機構１０２を有する油回転ポンプを検討した。すなわ
ち、油の循環用ポンプ１０３と脱気モジュール１０４と
の間に、フィルタ１０６を付加した点が実施例１と異な
る。他の点は、実施例１と同様とした。

【００５７】実施例１と同様に、油回転ポンプの吸気側
に流す窒素ガスの流量を変えることにより油回転ポンプ
の吸気側の圧力を変化させて、油回転ポンプの排気速度
を調べた。

【００５８】図３における曲線が、油の循環機構１０
２にフィルタを設けた本例の結果である。

【００５９】図３の曲線は、曲線より高い排気速度
が得られることが分かった。また、排気速度が急激に低
下する吸気口圧力も、さらに低圧側にシフトしており、
高い排気速度が安定して得られる吸気口圧力の範囲も広
がった。

【００６０】また、上記排気特性を調べた後、油の循環
機構１０２に設けたフィルタの表面分析を行った。その
結果、油に含有していた異物が多数検出された。

【００６１】（実施例３）本例では、図５に示す油の循
環機構１０２を有する油回転ポンプを検討した。すなわ
ち、脱気モニタ１０５の後に熱交換装置１０７を付加し
た点が実施例２と異なる。他の点は、実施例２と同様と
した。

【００６２】実施例１と同様に、油回転ポンプの吸気側
に流す窒素ガスの流量を変えることにより油回転ポンプ
の吸気側の圧力を変化させて、油回転ポンプの排気速度
を調べた。

【００６３】図３における曲線が、油の循環機構１０
２に熱交換装置を設けた本例の結果である。

【００６４】図３の曲線は、曲線に比べて排気速度
が急激に低下する吸気口圧力が、さらに低圧側にシフト
しており、高い排気速度が安定して得られる吸気口圧力
の範囲が広がることが分かった。

【００６５】（実施例４）本例では、図７に示すとお
り、油回転ポンプ本体１０１のケースに、冷却する手段
１０８を付加した点が実施例３と異なる。他の点は、実
施例３と同様とした。

【００６６】実施例１と同様に、油回転ポンプの吸気側
に流す窒素ガスの流量を変えることにより油回転ポンプ
の吸気側の圧力を変化させて、油回転ポンプの排気速度
を調べた。

【００６７】図３における曲線が、油の循環機構１０
２に熱交換装置を設けた本例の結果である。

【００６８】図３の曲線は、曲線に比べて排気速度
が急激に低下する吸気口圧力が、さらに低圧側にシフト
しており、高い排気速度が安定して得られる吸気口圧力
の範囲が広がることが分かった。

【００６９】（実施例５）本例では、図８に示すとお
り、油回転ポンプ本体１０１の吸気口側又は／及び排気
口側に、不活性気体の導入手段１０９を設けた点が実施
例１と異なる。他の点は、実施例１と同様とした。

【００７０】実施例１と同様に、油回転ポンプの吸気側
に流す腐食性ガス（例えば塩素ガス）の流量を変えるこ
とにより油回転ポンプの吸気側の圧力を変化させて、油
回転ポンプの排気速度を調べた。

【００７１】図３における曲線が吸気口側に不活性気
体の導入手段１０９を設けた場合の結果である。また、
曲線が排気口側に不活性気体の導入手段１０９を設け
た場合の結果である。

【００７２】図３の曲線及びは、曲線に比べて排
気速度が急激に低下する吸気口圧力が、さらに低圧側に
シフトしており、高い排気速度が安定して得られる吸気
口圧力の範囲も広がることが分かった。

【００７３】さらに、５００時間ポンプ稼働後、油回転
ポンプの油を分析した。その結果、不活性ガスを導入し
なかった場合は油が著しく劣化していたが、不活性ガス
を導入した場合は油の変化が全く見られなかった。

【００７４】（実施例６）本例では、図９に示すとお
り、油回転ポンプのロータをスクリュー構造とし、か
つ、そのスクリュー構造は、減圧側から大気圧側に近づ
くにつれてスクリューのピッチが徐々に狭くなるものを
用いた点が実施例１と異なる。他の点は、実施例１と同
様とした。

【００７５】実施例１と同様に、油回転ポンプの吸気側
に流す窒素ガスの流量を変えることにより油回転ポンプ
の吸気側の圧力を変化させて、油回転ポンプの排気速度
を調べた。

【００７６】図３における曲線が、スクリュー構造の
ロータを有する油回転ポンプを用いた本例の結果であ
る。

【００７７】図３の曲線は曲線に比べて、吸気側の
圧力に依存せず排気速度が著しく向上することが分かっ
た。また、本例に係るスクリュー構造のロータを有する
油回転ポンプでは、排気速度が急激に低下する吸気口圧
力も実施例１（曲線）に比べて半桁程度低圧側にシフ
トしており、高い排気速度が安定して得られる吸気口圧
力の範囲も広がることが確認された。

【００７８】また、脱気モニタの測定から、油中に含ま
れる水分の量が著しく減っていることが分かった。さら
に、テスト・ドーム中に設けた質量分析計の測定から、
油回転ポンプからテスト・ドーム内へ逆流する油成分の
量が減少していることが確認された。

【００７９】さらに、スクリューのピッチが、減圧側は
一定のピッチで、途中から大気圧側に近づくにつれてス
クリューのピッチが徐々に狭くなる場合も、本例と同様
の結果が得られることも分かった。

【００８０】（実施例７）本例では、図１０に示すよう
にロータが２つのスクリュー構造からなる図１３に示す
構成の油回転ポンプを用い、シリンダの内部へ油を供給
する効果について述べる。スクリュー構造は、等ピッチ
・等傾斜角構造（図１４（ａ））とした。

【００８１】図１５に示す排気特性の測定系における油
回転ポンプ１５０１として図１３の油回転ポンプを接続
し、油を入れて運転した場合と、油を入れないで運転し
た場合の、排気特性の違いを調べた。

【００８２】但し、本例では、スクリュー構造の回転軸
を重力の働く方向と平行に配置するとともに、、油回転
ポンプの吸気口をスクリュー構造の上方に、油回転ポン
プの排気口は該スクリュー構造の下方に、それぞれ設け
た（以後、油回転ポンプを垂直に配置した場合と呼
ぶ）。

【００８３】油を供給する場合、スクリュー構造１３０
２の回転軸と平行に配置されたシリンダの側壁（ステー
ター１３０１）に設けた油供給口の位置は、油回転ポン
プの吸気口と排気口の中間領域にある油供給口１３０９
から、脱気ユニット（不図示）により脱気した油を供給
した。油の供給量は、０．３（ｌ／ｍｉｎ）に固定し
た。

【００８４】なお、本例で用いた油回転ポンプは、図１
６に示すようなスクリューの回転数と到達真空度との関
係を有しており、スクリューの回転数が６０００（ｒｐ
ｍ）の場合は十分に安定な到達真空度が得られる回転数
であることが確認されている。

【００８５】まず、図１５に示す排気特性の測定系を、
スクリューの回転数が６０００（ｒｐｍ）における到達
真空度まで排気した。

【００８６】次いで、吸気口１５０２に設置したマスフ
ローコントローラーに１５０３を用いてＮ₂ガスを０〜
５０００（ｓｃｃｍ）まで徐々に導入し、そのときの吸
気口１５０２の真空度を真空計１５０９で測定し、排気
速度を算出した。

【００８７】上記試験を、油を入れて運転した場合と、
油を入れないで運転した場合について行った。

【００８８】図１８は、排気速度（縦軸）と吸気口の到
達真空度（横軸）との関係を示すグラフである。図１８
において、○印は油を供給しない場合、●印は油を供給
した場合を示す。

【００８９】図１８から、シリンダ内に油を導入した場
合、油によるシール性が向上し、排気速度の向上すると
ともに、吸気口の圧力をより低い真空度まで排気できる
ことが分かった。

【００９０】（実施例８）本例では、図１０に示すよう
にロータが２つのスクリュー構造からなる図１３に示す
構成の油回転ポンプを用い、シリンダの内部へ油を供給
して稼働させる際に、油回転ポンプを垂直に配置した場
合と水平に配置した場合とを比較検討した。

【００９１】ここで、油回転ポンプを垂直に配置した場
合とは、スクリュー構造の回転軸を重力の働く方向と平
行に配置するとともに、油回転ポンプの吸気口をスクリ
ュー構造の上方に、油回転ポンプの排気口は該スクリュ
ー構造の下方に、それぞれ設けた場合を指す。一方、油
回転ポンプを水平に配置した場合とは、スクリュー構造
の回転軸を重力の働く方向と垂直に配置するとともに、
油回転ポンプの吸気口をスクリュー構造の上方に、油回
転ポンプの排気口は該スクリュー構造の下方に、それぞ
れ設けた場合を指す。

【００９２】実施例７と同様に、図１５に示す排気特性
の測定系における油回転ポンプ１５０１として上記２通
りに配置したポンプを接続し、質量分析計１５０７を用
いて吸気口１５０２における油の逆拡散を調べた。その
際、油の供給量は、０．３（ｌ／ｍｉｎ）に固定し、吸
気口に導入するＮ₂ガス流量を変化させた。

【００９３】図１７は、吸気口に導入したＮ₂ガス流量
と油に起因する不純物のイオン電流強度との関係を示し
たグラフである。ここで、縦軸は質量数１２０のピーク
のイオン強度である。

【００９４】図１７から、吸気口にＮ₂ガスをわずか数
ｓｃｃｍ程度導入することによって油の逆拡散が著しく
低減でき、特に油回転ポンプを垂直に配置した場合は水
平に配置した場合に比べて、さらに３０％程度油の逆拡
散を抑制できることが分かった。

【００９５】（実施例９）本例では、スクリュー構造に
おけるピッチと傾斜角を変化させて、ポンプの排気特性
を調べた点が実施例７と異なる。スクリュー構造の種類
としては、等ピッチ・等傾斜角構造、等ピッチ・不等傾
斜角構造、不等ピッチ・等傾斜角構造、及び、不等ピッ
チ・不等傾斜角構造の４種類を検討した。

【００９６】傾斜角は、等傾斜角の場合、７−１５度の
間で一定とした。不等傾斜角の場合は、吸気口側で傾斜
角度が大きく、排気口側で傾斜角度が小さくなるよう
に、５−４０度の間で変化させた。

【００９７】また、ポンプの大きさは、スクリュー構造
に依存せず、内容積＝６０００００（ｍｍ²：底面積）
×１０００（ｍｍ：高さ）に固定した。

【００９８】他の点は、実施例７と同様とした。

【００９９】図１９は、排気速度（縦軸）と吸気口の到
達真空度（横軸）との関係を示すグラフである。図１９
において、●印は等ピッチ・等傾斜角構造の場合、▲印
は等ピッチ・不等傾斜角構造の場合、□印は不等ピッチ
・等傾斜角構造の場合、○印は不等ピッチ・不等傾斜角
構造の場合を示す。

【０１００】図１９から、ポンプの排気性能は、不等ピ
ッチ・不等傾斜角構造とした場合が最も優れることが分
かった。次に優れた排気特性を有するポンプは、等ピッ
チ・不等傾斜角構造とした場合と不等ピッチ・等傾斜角
構造とした場合であり、同程度の排気特性であった。そ
して、等ピッチ・等傾斜角構造を有するポンプの排気性
能は一番劣っていることが明らかとなった。

【０１０１】従って、不等ピッチ・不等傾斜角構造を有
するポンプは、それ以外の３つの構造を有するポンプの
場合と比較して、同体積にも関わらず、さらに高い到達
真空度と排気速度を実現できることが分かった。換言す
れば、不等ピッチ・不等傾斜角構造を用いてポンプを製
作した場合には、それ以外の３つの構造を用いてポンプ
を製作した場合より、小さな体積で、同じ排気速度を有
するポンプが実現できることを意味する。

【０１０２】（実施例１０）本例では、シリンダに油を
供給する場合、スクリュー構造１３０２の回転軸と平行
に配置されたシリンダの側壁（ステーター１３０１）に
設けた油供給口の位置を変えて、油の逆拡散を調べた。

【０１０３】等ピッチ・等傾斜角構造を有するポンプを
垂直に配置して用いた。

【０１０４】油を供給する場合、スクリュー構造１３０
２の回転軸と平行に配置されたシリンダの側壁（ステー
ター１３０１）に設けた油供給口の位置は、次の２種類
とした。・油供給口：油回転ポンプの吸気口近傍に設けた油供
給口１３０８・油供給口：油回転ポンプの吸気口と排気口の中間領
域に設けた油供給口１３０９他の点は、実施例８と同様とした。

【０１０５】図２０は、吸気口に導入したＮ₂ガス流量
（横軸）とオイルに起因する不純物のイオン電流強度
（縦軸）との関係を示したグラフである。ここで、縦軸
は質量数１２０のピークのイオン強度である。

【０１０６】図２０から、吸気口にＮ₂ガスをわずか数
ｓｃｃｍ程度導入することによって油の逆拡散が著しく
低減でき、特に油供給口を、ポンプ吸気口と排気口の中
間位置でかつポンプ側面につけた場合（油供給口）の
方が、ポンプ吸気口付近に設けた場合（油供給口）よ
りも、油の逆拡散を低く抑えられることが明らかとなっ
た。

【０１０７】（実施例１１）本例では、シリンダに油を
供給する場合、スクリュー構造１３０２の回転軸と平行
に配置されたシリンダの側壁（ステーター１３０１）に
設けた油供給口の位置を、吸気口側から排気口側まで変
化させて、油の逆拡散と吸気口の到達真空度を調べた。
他の点は、実施例１０と同様とした。

【０１０８】図２１は、油の逆拡散と吸気口の到達真空
度を示すグラフである。図２１において、横軸は吸気口
に導入したＮ₂ガス流量であり、縦軸は油に起因するピ
ークのイオン電流強度と、吸気口の到達真空度である。

【０１０９】図２１から、以下の点が明らかとなった。（１）油供給口を、ポンプの吸気口から遠ざけるにつ
れ、油成分の逆拡散を低く抑えることができる。（２）しかし、ポンプ吸気口の到達真空度は油供給口を
吸気口と排気口の中間位置付近に設けた場合に向上す
る。

【０１１０】上記（１）と（２）の結果は、油供給口が
ポンプの吸気口に近すぎると油の蒸気圧により到達真空
度が下がり、油供給口がポンプの吸気口から遠すぎると
油のシール性の劣化により到達真空度が下がることを意
味する。

【０１１１】従って、油供給口の位置は、油回転ポンプ
側面の吸気口と排気口の中間領域に設けたとき、油成分
の逆拡散が防げるとともに、吸気口の到達真空度も向上
できることが分かった。

【０１１２】（実施例１２）本例では、油回転ポンプの
シリンダがガスに接触する部分の温度が均一に変化でき
る構成とし、その温度を０〜１６０（℃）の範囲の一定
値に固定して、この油回転ポンプを多結晶シリコン成膜
用プラズマＣＶＤ装置のバックアップポンプとして、１
８０時間成膜に使用した際に発生したシリンダ内部への
堆積膜の付着量（すなわち反応副生成物の付着量）を調
べた。但し、本例において温度が均一とは±５℃以内に
温度制御することを意味する。

【０１１３】等ピッチ・等傾斜角構造を有するポンプを
垂直に配置して用いた。他の点は、実施例１０と同様と
した。

【０１１４】図２２は、シリンダ内部の接ガス部の温度
（横軸）とシリンダ内部に発生した反応生成物の成長レ
ート（縦軸）との関係を示すグラフである。

【０１１５】図２２から、以下の点が明らかとなった。（１）シリンダ内部の接ガス部の温度を均一に上げるこ
とによって、シリンダ内部への反応生成物の付着量は減
少した。（２）特に、シリンダ内部の接ガス部の温度を１２０
（℃）以上とした場合、シリンダ内部への反応生成物の
付着はほとんど防止できることが分かった。

【０１１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
稼働している油回転ポンプの油中に含まれた、気体成
分、金属片などの異物、又は／及び水分を取り除くこと
により、広範囲な圧力範囲で高い排気速度を有する油回
転ポンプが得られる。

【０１１７】その結果、テスト・ドームに代えてプロセ
スチャンバを設けた場合、従来よりクリーン度の高い真
空環境をプロセスチャンバ内に実現できる。また、高い
排気速度が安定して得られる吸気口圧力の範囲が広がる
ため、プロセスチャンバ内の圧力を従来より広く制御で
きる。さらに、ポンプの小型化が可能となり、高価なク
リーンルームを有効に活用することができる。

【０１１８】したがって、緻密な薄膜形成や微細な薄膜
加工などを行う半導体製造プロセスに最適な油回転ポン
プの提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る油回転ポンプの一例を示す概略図
であり、油の循環機構に脱気モジュールを設けた場合を
示す。

【図２】本発明に係る脱気モジュールの一例を示す概略
図である。

【図３】油回転ポンプの吸気側の圧力と油回転ポンプの
排気速度との関係を示したグラフである。

【図４】本発明に係る油回転ポンプの他の一例を示す概
略図であり、油の循環機構にフィルタを設けた場合を示
す。

【図５】本発明に係る油回転ポンプの他の一例を示す概
略図であり、油の循環機構に熱交換装置を設けた場合を
示す。

【図６】本発明に係る熱交換装置の一例を示す概略図で
ある。

【図７】本発明に係る油回転ポンプの他の一例を示す概
略図であり、油回転ポンプのケースに冷却する手段を設
けた場合を示す。

【図８】本発明に係る油回転ポンプの他の一例を示す概
略図であり、油回転ポンプの吸気口側又は／及び排気口
側に不活性気体の導入手段を設けた場合を示す。

【図９】本発明に係る油回転ポンプの他の一例を示す概
略図であり、油回転ポンプのロータが１つのスクリュー
構造からなる場合を示す。

【図１０】本発明に係る油回転ポンプの他の一例を示す
概略図であり、油回転ポンプのロータが２つのスクリュ
ー構造からなる場合を示す。

【図１１】従来のドライポンプの特性曲線（排気速度と
吸気口圧の関係）とガス負荷直線とを示したグラフであ
る。

【図１２】従来の油回転ポンプの一例を示す概略図であ
る。

【図１３】２個のスクリュー構造からなるロータを備え
た油回転ポンプの一例を示す模式的な断面図である。

【図１４】等ピッチ・等傾斜角のスクリュー構造（ａ）
と不等ピッチ・不等傾斜角のスクリュー構造（ｂ）の模
式的な断面図である。

【図１５】吸気口へプロセスに影響しないガスを流した
場合の効果を調べるための測定系を示す概略図である。

【図１６】スクリューの回転数と到達真空度との関係を
示すグラフである。

【図１７】吸気口に導入したＮ_２ガス流量と油に起因す
る不純物のイオン電流強度との関係を示したグラフであ
る。

【図１８】排気速度と吸気口の到達真空度との関係を示
すグラフである。

【図１９】排気速度と吸気口の到達真空度との関係を示
すグラフである。

【図２０】吸気口に導入したＮ_２ガス流量とオイルに起
因する不純物のイオン電流強度との関係を示したグラフ
である。

【図２１】油の逆拡散と吸気口の到達真空度を示すグラ
フである。

【図２２】シリンダ内部の接ガス部の温度とシリンダ内
部に発生した反応生成物の成長レートとの関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１０１油回転ポンプ本体、１０２油の循環機構、１０３油の循環用ポンプ、１０４脱気モジュール、１０５脱気モニタ、１０６フィルタ、１０７熱交換装置、１０８冷却する手段、１０９不活性気体の導入手段２０１脱気モジュール本体、２０２脱気膜、２０３排気口、２０４油の供給口、２０５油の排出口、６０１隔壁、９０１油回転ポンプの外壁、９０２シリンダ、９０３油回転ポンプの油、９０４スクリュー構造のロータ、９０５モータ、９０６回転軸、９０７排気弁、１２０１油回転ポンプ本体のケース、１２０２シリンダ、１２０３ロータ、１２０４翼板、１２０５ばね、１２０６排気弁、１２０７油回転ポンプの油、１２０８吸気口、１２０９排気口、１３０１ステーター、１３０２スクリュー構造、１３０３吸気口、１３０４排気口、１３０５ベアリング、１３０６タイミングギヤ、１３０７モータ、１３０８、１３０９油供給口、１５０１油回転ポンプ、１５０２吸気口、１５０３マスフローコントローラ、１５０４流量調節弁、１５０５ターボ分子ポンプ、１５０６バックポンプ、１５０７四重極質量分析装置、１５０８Ｂ−Ａゲージからなる真空計、１５０９シュルツゲージからなる真空計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新田雄久東京都文京区本郷４−１−４株式会社ウルトラクリーンテクノロジー開発研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】油が供給されたシリンダの内部をロータ
が回転する構造体をケースに内蔵した油回転ポンプにお
いて、前記シリンダの外部に油の循環機構を有し、前記循環機構が、油の循環用ポンプと、脱気モジュール
と、脱気モニタにより構成されていることを特徴とする
油回転ポンプ。
【請求項２】前記循環機構が、フィルタを有すること
を特徴とする請求項１に記載の油回転ポンプ。
【請求項３】前記循環機構が、熱交換装置を有するこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の油回転ポンプ。
【請求項４】前記ケース又は／及び前記シリンダに冷
却する手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至３の
いずれか１項に記載の油回転ポンプ。
【請求項５】油回転ポンプの吸気口側に、該油回転ポ
ンプが排気する真空チャンバ内で行われるプロセスに影
響しないガスの導入手段を有することを特徴とする請求
項１乃至４のいずれか１項に記載の油回転ポンプ。
【請求項６】油回転ポンプの排気口側に、不活性気体
の導入手段を有することを特徴とする請求項１乃至５の
いずれか１項に記載の油回転ポンプ。
【請求項７】前記ロータはスクリュー構造からなり、
該スクリュー構造の回転軸を重力の働く方向と平行に配
置し、前記油回転ポンプの吸気口を該スクリュー構造の
上方に、該油回転ポンプの排気口は該スクリュー構造の
下方に、それぞれ設けたことを特徴とする請求項１乃至
６のいずれか１項に記載の油回転ポンプ。
【請求項８】前記ロータはスクリュー構造からなり、
該スクリュー構造が、減圧側から大気圧側に近づくにつ
れてスクリューのピッチが徐々に狭くなる又は／及びス
クリューの傾斜角が小さくなることを特徴とする請求項
１乃至７のいずれか１項に記載の油回転ポンプ。
【請求項９】前記シリンダの内部へ油を供給する油供
給口を、前記スクリュー構造の回転軸と平行に配置され
た該シリンダの側壁に設けたことを特徴とする請求項１
乃至８のいずれか１項に記載の油回転ポンプ。
【請求項１０】前記スクリュー構造の回転軸と平行に
配置された前記シリンダの側壁に設けた油供給口の位置
が、前記油回転ポンプの吸気口と排気口の中間領域であ
ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記
載の油回転ポンプ。
【請求項１１】前記油回転ポンプの吸気口に流れ込む
ガスの流量に応じて、前記ロータの回転速度を制御する
手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいず
れか１項に記載の油回転ポンプ。
【請求項１２】前記シリンダのガスに接触する部分の
温度を１２０℃以上に均一に保持する手段を備えたこと
を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の
油回転ポンプ。