KR20040030968A - 진공배기장치 및 진공배기장치의 운전방법 - Google Patents

진공배기장치 및 진공배기장치의 운전방법 Download PDF

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KR20040030968A KR10-2004-7002269A KR20047002269A KR20040030968A KR 20040030968 A KR20040030968 A KR 20040030968A KR 20047002269 A KR20047002269 A KR 20047002269A KR 20040030968 A KR20040030968 A KR 20040030968A
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후카우라유우지
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Abstract

다단 루트형 드라이 진공펌프로 되는 주펌프(20)의 본체(21) 내에는, 모터(22)에 의해 회전 구동되는 한쌍의 로터 Rl, R2, R3, R4, R5및 R6이 각각 마련되어 있다. 또, 본체(21)의 좌단 상벽부에는 로터 Rl의 로터실에 이어지는 흡입구(23)가 마련되어 있고, 최후단의 로터 R6의 로터실의 토출측에 이어지는 토출부(24)에는 사이렌서(26)를 갖춘 배기배관(25)이 접속되고, 더욱 배관(27)을 통해 역지밸브(28)에 접속되어 있다. 이 역지밸브(28)는 대기측으로의 방향을 순방향으로 하고 있다. 그리고 또한, 토출부(24) 또는 중간단의 토출부(24')에는 주펌프(20) 보다도 배기용량이 작은 보조펌프(30)가 접속되어 있다. 모터(22)를 구동하면, 각 로터 Rl내지 R6의 회전에 따라 배기되는 가스가 각각의 로터실로부터 순차적으로 하류측으로 이송되고, 흡입구(23)에 접속한 진공처리실이 배기된다. 최후단의 토출부(24)는 보조펌프(30)의 구동에 따라 감압으로 배기된다. 따라서, 최후단의 로터 R6또는 중간단의 로터 R5에 의한 배기작용의 부담은 경감된다. 즉, 모터(22)의 소비전력은 종래보다 대폭적으로 작게 할 수 있다.

Description

진공배기장치 및 진공배기장치의 운전방법{VACUUM PUMPING SYSTEM AND METHOD OF OPERATING VACUUM PUMPING SYSTEM}
초기의 반도체 제조장치용의 진공펌프로써, 기름 회전 진공펌프가 다수 이용되어 있었다. 이 펌프는 일반적으로 소비전력이 작고, 낮은 도달압력이 용이하게 얻어지는 구조의 진공펌프이지만, 반도체 제조장치에 이용되는 경우에는 이하의 점에 유의할 필요가 있다.
①반도체 제조장치에서 이용되는 가스에는 반응성이 강한 가스가 많고, 이와 같은 가스를 배기하면 진공펌프 기름과의 반응에 의해 반응 생성물이 발생하고, 이에 의해 펌프가 회전 불가능하게 되거나, 펌프 기름이 열화해 윤활 불량을 일으키거나 하는 문제가 있다.
②진공펌프 기름의 증기가 진공처리실 내로 확산하고, 오염을 발생하게 한다.
③이용 완료의 진공펌프 기름에는 비소 화합물, 인화합물 등의 독성물질이포함되는 것이 많이 있고, 산업 폐기물로써의 처리에 다액의 처리비용이 드는 한편, 관리상의 어려움도 있다.
이러한 이유에서, 근년에서는 기름 회전 진공펌프에 대신하여, 진공펌프 기름을 이용하지 않는 드라이 진공펌프가 이용되어 있다. 여기에서 말하는 드라이 진공펌프란, 대기압에서의 진공배기가 가능하고, 흡입실에 씰기름(진공펌프 기름)을 가지지 않는 기계적 진공펌프에 있어서, 용적이동형의 루트형, 크로형, 스크류형이 많이 이용되어 있다. 이들 펌프는 모두 2축 구조로, 한 쌍의 로터는 서로 얼마 안된 틈을 지니고 반대방향으로 회전하는 것으로 진공배기를 행하는 것이고, 접촉부분을 가지지 않는 것이어서 수명이 길고, 반도체 제조장치에서 흡입하는 가스중에 포함되는 고형성분도 배기할 수 있고, 부식성 가스에 대해서도 내식성을 용이하게 가지게 할 수 있다.
이렇게 반도체 제조장치에서 이용되는 진공펌프는, 진공펌프 기름을 이용하지 않고 드라이 진공펌프에 옮겨졌지만, 드라이 진공펌프는 기름 회전 진공펌프에 비하여 소비전력이 크다고 하는 문제를 가지고 있다. 특히, 환경상의 문제에서 에너지 소비를 억누를 필요가 발생한 것과 반도체 제조의 비용 다운이 요구되어지기 때문에, 드라이 진공펌프의 소비전력을 50% 이하에 억제하고 싶다 는 요망이 생기고 있다.
예컨대, 루트형 드라이 진공펌프는, 회전축에 따라 복수의 로터를 갖춘 회전체를 서로 인접해 설치하고, 서로 대향한 로터가 서로 얼마 안된 틈을 가지고 역방향으로 회전해 가스의 흡입, 배기를 행하는 것이고, 3단에서 6단의 펌프실로 구성되고, 각 단의 펌프실에서 순차로 펌프작용을 행하는 것이다. 이 펌프에서는, 배기하는 가스가 전단부에서 후단부로 이동하는데 수반해 가스압이 상승하기 때문에, 배기용량은, 후단부는 전단부 보다 작아도 좋다. 동일 축상에 다단의 루트형 로터를 마련하는 경우, 각각의 로터는, 가공의 용이함 및 로터 간의 동기시키기 쉬움 때문에 동일한 외형 형상으로 되는 현상이다. 그렇기 때문에, 가스가 흡입측에서 토출측으로 향하여 배기용량을 단계적으로 작게 하기 위해서는, 로터의 두께를 단계적으로 얇게 하는 것으로 대응하고 있다.
여기서, 루트형 드라이 진공펌프에서의 배기하는 가스의 압축은, 로터 표면의 요부와 케이싱에 의해 구성되는 공간에 배기하는 가스가 일단 밀폐되어 주입되고, 로터가 회전하는 것으로 이 공간이 토출측 공간과 이어지고, 그의 순간에 토출측의 가스가 상기 공간 내로 역류하는 것으로 행된다. 루트형 드라이 진공펌프에서는 1∼10Pa 정도의 도달 압력이 얻어지고, 도달압력에서 3㎪ 부근까지가 상용압력으로 된다. 토출구 압력은 대기압으로 일정하다. 따라서, 흡입구측을 진공으로 유지하기 위해서는, 압축행정에서 로터실에 역류한 가스를 되밀어 줄 필요가 있고, 대기압에서의 역류를 받아 멈추는 최종단에서는, 가스를 되밀기 위해 펌프 전체의 소요 동력의 약 70%에서 80% 정도가 이용된다.
상술한 다단 루트형 드라이 진공펌프에 대해서, 최종단의 일은, 되미는 가스량이 적으면 적게 된다. 그렇기 때문에, 상술한 것처럼 로터 두께를 얇게 해 펌프 후단부의 배기용량을 작게 하고 있다. 이렇게, 최종단의 배기용량을 적게 설정하는 것에 따라 펌프의 상용압력 범위에서의 소요 동력을 억제하여, 에너지 절약화에 유용하게 쓰고 있는 것이 현상이다.
크로형 드라이 진공펌프는, 루트형과는 로터 형상이 다른 것만 빼고 배기원리는 완전히 같다. 한편, 스크류형 드라이 진공펌프는, 2개의 나사의 나사홈에 의해 구성되는 공간을 축 방향으로 따라서 이동시켜 가스를 수송하는 것이고, 토출부의 가스가 나사홈에 의해 구성되는 공간에 흘러들고, 압축이 행되는 것은 루트형과 같다. 나사홈은 연속되어 있기 때문에, 루트형, 크로형 같이 임의로 후단으로 향하여 배기용량을 작게 하기 위해서는 나사홈의 피치를 연속하여 작게 하는 구조가 취되어 있다. 하지만, 나사홈의 피치를 바꾸기에는 한계가 있기 때문에, 피치가 다른 로터를 블록상으로 조합해 최종단의 배기용량을 작게 하는 등의 연구가 행해지고 있다.
이것에 대해 더욱 설명하면, 도 18에 보이듯이 각 로터가 같은 크기라면, 도 21에서 보이듯이 흡입압력에 대한 배기 속도는 a처럼 변화하지만, 도 19에서 보이듯이 전단의 2개는 같은 크기로 하고, 중단은 이것보다 작고, 후단의 2개의 로터는 더욱 작게 하면, 흡입압력과 배기속도와의 관계는 b와 같이 변화한다. 또 도 20에서 보이듯이, 최종단의 로터를 더욱 작게 하면, 도 21에 있어서 c에서 보이듯이 배기 속도는 변화한다. 도 22는 이들 도 18, 19 및 도 20의 경우의 흡입압력에 대한 소비전력을 보이고 있지만, c', b', a'에서 보이듯이, 반도체 제조장치용으로써의 상용압력인 1O2Pa 이하에서는, 소비전력은 도 20의 경우가 가장 작고, 다음으로 도 19가 이어지고, 도 18이 가장 크다.
최종단의 배기용량의 설정은, 그 펌프의 용도에 따라 다르다. 예컨대 다단루트형 드라이 진공펌프에 있어서, 1단째에 대해서 최종단의 배기용량을 50% 정도로 설정한 것은, 상용압력 범위에 있어서 압축 열을 많이 발생한다. 다시 말하면, 반도체 제조장치의 감압 CVD장치와 부식 에칭장치에서는, 반응의 과정에서 발생하는 가스중에 진공배기장치 내에서 포화 증기압을 넘는 농도가 되면 고체로써 석출하는 것이 포함되어 있지만, 이들 가스를 배기하기 위해서는 드라이 진공펌프의 온도를 l00∼160℃ 정도의 고온으로 하야 석출을 방지할 필요가 있다. 이 목적에서 압축 열에 의해 효율 좋게 드라이 진공펌프를 가열할 수 있는 50% 정도의 배기 속도비가 채용된다.
또, 스펫터링장치와 증착장치 등에서는, 배기되는 가스는 아르곤과 헬륨 등의 불활성 가스가 주체이고, 드라이 진공펌프의 온도를 높일 필요가 없기 때문에, 특히 소비 전력이 작은 드라이 진공펌프가 요구되어진다. 이 경우에는, 최종단의 배기용량을 1단째에 대해서 20∼25% 정도로 설정한다. 이 설정에서는, 최종단의 배기용량이 1단째의 배기용량의 50% 정도인 드라이 진공펌프에 대해서, 도달압력 시의 소비 전력을 30∼60% 감소시키는 것이 가능하다.
그런데, 고온으로 할 필요가 없는 용도의 드라이 진공펌프에 있어서는, 최종단의 배기용량을 1단째의 배기용량에 대해서 20% 이하로 하는 것으로, 더욱 에너지 절약화를 도모할 수 있게 되지만, 기계적인 면에서 장애가 발생한다. 예컨대 최종단의 배기용량을 1단째에 대해서 25% 정도로 한 경우, 최대 배기속도가 80㎥/Hr 클레스의 드라이 진공펌프에서는, 1단째의 로터 두께는 30㎜ 정도로 하는 경우가 많지만, 이 경우는, 최종단의 로터 두께는 7.5㎜가 되고, 로터 자체의 강도가 작게되기 때문에 가공시에 로터 측면과 축심과의 직각도를 내기 어렵고, 로터 측면과 격벽간의 틈을 0.l㎜에서 0.2㎜로 유지하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 발생한다.
한편, 특개평 6-129384호 공보에는, 큰 배기량이 얻어지는 제1 진공펌프와 배기량은 작지만 충분하게 낮은 압력이 얻어지는 제2 진공펌프와를 연결하는 것으로 토탈의 소비전력을 줄이도록 한 진공배기장치가 개시되어 있고, 특히 도 23에 보이듯이, 상기 제1 펌프(3)와 제2 펌프(4)와의 연결부분의 중간부에 형성된 제1 배기공(5)과, 제2 펌프(4)의 배기측에 형성된 제2 배기공(6)을 배기관(7)에서 연결하고, 그 도중에 이 배기관(7)을 개폐하는 제어밸브(8)를 설치하고, 당해 제어밸브(8)를 상기 제1 펌프(3)의 흡기측의 압력에 의해 개폐하는 것으로, 더욱 더 토탈의 소비전력을 줄이도록 한 진공배기장치(2)가 개시되어 있다. 역시 도 23에 대해서, 제1 진공펌프(3)는 직동식(直動式)의 진공펌프를 이용해 모델화 되어 있고, 9는 배기되는 가스중에 포함되는 반응가스를 처리하기 위한 흡착탑이다.
이 진공배기장치(2)의 기동은 다음과 같이 하여 이루어진다. 도 23은 배기개시 직후의 상태를 보이고, 제어밸브(8)는 열려 있다. 즉, 제1 펌프(3)와 제2 펌프(4)가 기동되고, 제1 펌프(3)의 흡입압력이 대기압과 같은 오더(Order)에 있어서 배기가스량이 크고, 동시에 구동되는 제2 펌프(4)에 의해도 제1 펌프(3)의 토출부가 대기압 이하로 되지 않는 사이는, 제어밸브(8)가 열려 있고, 밀도가 충분히 높은 가스가 제1 펌프(3)와 제2 펌프(4)에 의해 배기된다.
그 후, 제1 펌프(3)의 토출측이 제2 펌프(4)에 의해 대기압 이하의 소정의압력으로 배기되면 제어밸브(8)가 딛히고, 제2 펌프(4)의 배기측에 형성된 제2 배기공(6)만이 펌프 외부의 배기측과 연결하게 된다. 이때 제1 펌프(3)의 토출측은, 제2 펌프(4)에 의해 충분히 낮은 압력으로 유지되기 때문에, 제1 펌프(3)로의 역류 가스가 대폭 감소하고, 역류 가스의 되밂에 필요로 되는 동력을 확실히 줄이는 것이 가능하게 되고, 제1 펌프(3)의 소비전력의 에너지 절약화를 꾀할 수 있게 된다.
그렇지만, 이 진공배기장치(2)에 의하면 확실히 제1 펌프(3)의 소비전력을 줄이는 것은 가능하게 되지만, 제2 펌프(4)를 포함한 진공배기계 전체에서 본 경우에 반드시 통상 효율이 좋은 에너지 절약화를 꾀할 수 있다고는 한정되지는 아는다.
그런데, 종래, 반도체 장치를 제조하는 진공처리실에 접속되는 진공배기장치는 도 24에 보이는 것 같은 배관도를 하고 있다. 도 24에 대해서, 진공배기장치(10)는, 진공처리실(1)과 배기속도 10OOL/min의 드라이 진공펌프(20)와를 잇는 배기관(12)에 구경이 큰 주밸브(13)를 배치하고, 주밸브(13)와 병렬로 구경이 작은 바이패스 밸브(14)를 달고, 진공처리실(1)의 압력을 계측하기 위한 압력계(19)를 배기관(12)에 단 것이다.
일반적으로 반도체 제조장치에서는, 진공처리실(1) 내에 존재하는 미립자가 날아 올라 진공처리실(1) 내에 두고 있는 반도체 웨이퍼 등에 부착하여 불량품이 생기는 일이 있으므로, 진공처리실(1)을 대기압으로부터 진공배기하는 경우에는, 주밸브(13), 바이패스 밸브(14)를 닫은 상태에서 드라이 진공펌프(20)를 기동하고, 바이패스 밸브(14)를 여는 것에 의해 천천히 배기하여, 진공처리실(1)이 소정의 압력에 이른 이것을 확인하는가, 또는 소정의 배기 시간이 경과한 것을 확인한 후, 주밸브(13)를 여는 기동방법이 채용되어 있다.
이 밸브조작에 의한 느린 배기, 즉 주밸브(13)에 마련한 바이패스 밸브(14)에 의해 천천히 배기를 행하는 경우에는, 바이패스 밸브(14)의 설치 외에, 진공처리실(1)의 압력에 응해 주밸브(13)를 열음으로 하는 제어장치를 필요로 한다.
그 외의 천천히 배기를 하는 방법으로써, 주밸브(13), 바이패스 밸브(14)에 바꾸어, 밸브 개도(開度)의 제어가 가능한 버터플라이 밸브를 설치하고, 배기의 초기에는 개도를 작게 하고, 진공처리실(1)의 압력의 저하에 응해 개도를 크게 하는 방법도 있지만, 이 경우도 버터플라이 밸브 자체 및 밸브의 개도 제어장치가 고액이어서 비용을 상승시킨다.
또, 도 23에 보이는 특개평 6-129384호 공보의 진공배기장치(2)에 대해서, 배기 개시시에 제1 펌프(3)와 제2 펌프(4)와에 의해 배기하는 기동방법도, 진공처리실(1) 내에 미립자가 존재하는 경우에는, 미립자가 날아 올라 반도체 웨이퍼 등의 오염을 부르기 쉽다.
본 발명의 목적은, 범용이 드라이 진공펌프에 간단한 구성을 부가하는 것만으로 큰 에너지 절약 효과가 얻어지는 진공배기장치를 제공하는 것에 있다.
더욱 본 발명의 목적은, 상기 진공배기장치의 운전방법에 관해, 느린 배기를 위한 기기장치를 설치하지 않고 느린 배기를 행할 수 있는 운전방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은 예컨대 반도체 제조장치용의 진공배기장치에 관하여, 특히 소비전력의 저감을 꾀한 에너지절약형의 진공배기장치 및 상기 진공배기장치의 운전방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치를 도시한 도이고, 주펌프로써 다단 루트형 드라이 진공펌프를 이용한 경우의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치의 변형예를 도시한 도이고, 주펌프로써 다단 루트형 드라이 진공펌프를 이용한 경우의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치의 변형예를 도시한 도이고,주펌프로써 다단 루트형 드라이 진공펌프를 이용한 경우의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치의 변형예를 도시한 도이고, 주펌프로써 다단 루트형 드라이 진공펌프를 이용한 경우의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치의 변형예를 도시한 도이고, 주펌프로써 다단 루트형 드라이 진공펌프를 이용한 경우의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 진공배기장치에서 사용되는 역지밸브의 일 예를 보인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치의 변형예를 도시한 개략 배관구성도이다.
도 8은 본 발명의 도 7에 보이는 진공배기장치에서 사용되는 역지밸브의 일 예를 보인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치의 변형예를 보인 개략 배관구성도이다.
도 10은 본 발명의 도 9에 도시한 진공배기장치에서 사용되는 역지밸브의 일 예를 보인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치를 도시한 개략 배관구성도이다.
도 12는 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치의 작용을 설명하는 도이고, 주펌프의 흡입압력과 장치 전체의 소비전력과의 관계를 보인다.
도 13은 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치의 작용을 설명하는 도이고, 주펌프에 대한 보조펌프의 배기속도비와 소비전력비와의 관계를 보인다.
도 14는 대표적인 보조펌프의 배기속도와 소비전력과의 관계를 도시한 도이다.
도 15는 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치의 소비전력 특성을 도시한 도이다.
도 16은 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치의 흡입압력과 배기속도와의 관계를 도시한 도이다.
도 17은 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치의 변형예를 도시한 개략 배관구성도이다.
도 18은 다단 루트형 드라이 진공펌프를 도시한 모식도이고, 다단의 로터의 크기가 같은 경우를 도시한다.
도 19는 다단 루트형 드라이 진공펌프를 도시한 모식도이고, 전단, 중단, 후단으로 로터의 크기를 바꾼 경우를 보인다.
도 20은 다단 루트형 드라이 진공펌프를 도시한 모식도이고, 도 19에 비해 후단 2개의 로터를 더 작게 한 경우를 보인다.
도 21은 도 18, 도 19 및 도 20의 로터를 이용한 경우의 다단 루트형 드라이 진공펌프의 흡입압력과 배기속도와의 관계를 도시한 도이다.
도 22는 도 18, 도 19 및 도 20의 로터를 이용한 경우의 다단 루트형 드라이 진공펌프의 흡입압력과 소비전력과의 관계를 도시한 도이다.
도 23은 소비전력을 감소할 수 있는 종래의 진공배기장치를 도시한 모식도이다.
도 24는, 종래의 진공배기장치의 개략 배관구성도이다.
본 발명의 진공배기장치 및 그 운전방법은, 상기 목적을 달성하기 위해, 다음과 같이 구성된다.
본 발명의 진공배기장치는, 주펌프의 중간단 또는 최후단의 펌프실의 토출측에 보조펌프의 흡입측이 접속되어 있다. 이 보조펌프는 주펌프 보다도 배기량이 작은 펌프인 것이 바람직하고, 또 주펌프의 후단부의 적어도 하나의 펌프실은 전단부 보다 작은 편이 바람직하다. 주펌프의 최후단의 펌프실이 토출측에는 토출용 배관이 접속되고, 이 토출용 배관에는 대기측으로의 가스의 흐름만을 허용하는 역지(逆止)밸브가 접속되어 있고, 바람직하게는, 보조펌프와 역지밸브가 병렬로 접속되어 있다. 이 역지밸브는, 복수 개를 직렬로 접속해도 좋고, 바람직하게는, 밸브 몸통 내에서 떠오를 수 있는 구형(球形) 밸브를 가지는 것이고, 이 구형 밸브가 주펌프의 배기가스의 압력이 소정의 값 이상이 되면 부상해 밸브를 열고, 그 압력 이하에서는 자중에 의해 아랫쪽의 변좌(弁座)에 앉아 밸브를 닫는 것이다. 또, 그 구형 밸브는 중공(中空)의 금속구로 되고, 표면이 고무류로 피복되어 있는 것이 바람직하다. 더구나, 2개의 역지밸브를 직렬로 접속하는 경우, 2개가 역지밸브가 접속되는 공간을 보조펌프의 흡입측에 접속하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 진공배기장치는, 주펌프와, 이 주펌프가 토출측에 접속되는 주펌프에서 대기측으로의 가스의 흐름만을 허용하는 역지밸브와, 주펌프의 토출측에 역지밸브에 대해서 병렬적으로 배치되는 주펌프 보다도 배기용량이 작은 보조펌프를 구비하는 것에 있어서, 보조펌프가, 주펌프의 흡입압력이 40OPa에 있어서의 주펌프 배기속도의 3% 이하인 배기속도에서 운전되는 펌프인 것이 바람직하다. 이경우, 주펌프가 용적(容積)이동형이 드라이 진공펌프, 또는 이 드라이 진공펌프를 복수단 직렬적으로 접속한 복합형 펌프인 것이 바람직하다. 더욱이, 주펌프를 병렬적으로 복수대 배치하고, 보조펌프의 흡입측이 각 주펌프의 토출측에 접속되도록 해도 좋다. 또, 보조펌프는 도달 압력이 2O㎪ 이하이고, 회전날개형(게이데형), 피스톤형, 다이어프레임형(멘브렌형) 또는 스크롤형의 진공펌프인 것이 바람직하다.
더욱이나, 본 발명의 운전방법은, 진공처리실에 접속된 주펌프와, 이 주펌프의 토출측에 접속되는 주펌프에서 대기측으로의 가스의 흐름만을 허용하는 역지밸브와, 주펌프가 토출측에 역지밸브에 대해서 병렬적으로 배치되는 주펌프 보다도 배기용량이 작은 보조펌프를 구비한 진공배기장치에 의해 진공처리실을 대기압 또는 그 근방에서 배기한 때에, 보조펌프를 최초로 기동하고, 진공처리실이 소정의 압력에 이른 후에 주펌프를 기동하는 것으로, 느린 배기를 위한 기기장치를 설치하지 않고 느린 배기가 될 수 있다. 또 이 운전방법은, 보조펌프를 최초로 기동하고, 진공처리실이 소정의 압력에 이르기 전에 주펌프를 배기량이 작은 저속회전으로 기동하고, 진공처리실의 압력에 응하여 회전수를 점점 증대시키도록 해도 좋다.
본 발명의 진공배기장치의 실시형태에 대해서, 우선 다단 루트형 드라이 진공펌프를 주펌프로써 이용하는 경우를 예로 하고, 도 1∼도 5를 참조해 설명한다. 이들 도면에 있어서는, 다단 루트형 드라이 진공펌프를 모식적으로 보인다.
즉, 도 1에 보이는 진공배기장치(10)의 실시형태에서는, 다단 루트형 드라이 진공펌프(20, 주펌프)의 본체(21) 내에는, 모터(22)에 따라 회전 구동되는 한쌍의 로터 R1, R2, R3, R4, R5및 R6이 각각 마련되어 있다. 또, 본체(21)의 좌단 상벽부에는 로터 R1의 로터실에 이어지는 흡입구(23)가 마련되어 있고, 최후단의 로터 R6의 로터실이 토출측에 이어지는 토출부(24)에는 사이렌서(26)를 구비한 배기배관(25)이 접속되고, 더욱이 배관(27)을 매개로 하여 역지밸브(28)에 접속되어 있다. 이 역지밸브(28)는 대기측으로의 방향을 순(順)방향으로 하고 있다. 그리고 또한, 토출부(24)에는 주펌프(20) 보다도 배기용량이 작은 보조펌프(30)가 접속되어 있다.
다음에 이 작용에 대해서 설명한다.
모터(22)를 구동하면, 각 로터 Rl, R2, R3, R4, R5, R6의 회전에 의해 배기되는 가스가 각각의 로터실에서 순차로 하류측으로 이송되고, 흡입구(23)에 접속한 진공처리실(도시하지 않음)이 배기된다. 최후단의 토출부(24)의 압력은 대기압에 가장 가까은 것이지만, 본 발명에 의하면 보조펌프(30)의 구동에 따라 감압으로 배기된다. 따라서, 최후단의 로터에 의한 배기작용의 부담은 대폭 경감된다. 즉, 모터(22)의 소비전력은 종래 보다도 대폭적으로 작게 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 대한 진공배기장치(10)의 변형예를 보인 것이지만, 도 1의 실시형태에 대응하는 부분에 대해서는 동일의 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.
즉, 본 실시형태에 의하면, 주펌프(20')의 최후단의 토출부(24)는 본체(21')의 개구를 통해 사이렌서(26)를 갖춘 배기배관(25)에 접속되고, 더욱이 배관(27)을 통해 역지밸브(28)에 접속되어 대기로 이어진다. 더욱이 배기배관(25)과 병렬로 배관(31)을 통해 보조펌프(30)가 접속된다. 이 보조펌프(30)의 토출구는 배관(32)을 통해 역지밸브(28)의 대기측에 접속된다. 이 실시형태에 있어서는, 도 1의 실시형태와 같은 에너지 절약효과를 가질 뿐만 아니라, 보조펌프(30)가 배기배관(25) 및 역지밸브(28)에 병렬하여 접속되어 있으므로, 대용량의 가스를 배기하는 때는 배기배관(25)에 흘러, 보조펌프(30)가 고장나도 주펌프(20')의 성능은 유지된다.
도 3은 도 2의 실시형태에 대한 진공배기장치(10)의 변형예를 보인 것이고, 본 실시형태에 의하면, 보조펌프(30)는 배관(31, 32)을 통해 역지밸브(28)와 병렬로 접속되어 있으므로, 도 2의 실시형태와 같은 효과를 가지는 것은 분명하다.
도 4 및 도 5는, 도 1 및 도 2의 실시형태에 대한 진공배기장치(10)의 변형예를 보인 것이고, 이들 실시형태에 의하면, 주펌프(2OA, 2OB)의 중간단에 최후단이 토출부(24)와는 다른 토출부(24')를 설치하고, 이 토출부(24')에 보조펌프(30')가 접속되어 있다. 이렇게 하는 것으로, 주펌프(2OA, 2OB) 중간단의 압력이 감압되고, 중간단의 로터에 의한 배기작용의 부담이 경감되는 것에 의해, 최후단의 로터에 의한 배기작용의 부담도 경감된다. 즉, 모터(22)의 소비전력은 종래 보다도 작게 된다.
이상의 실시형태에서는, 각각 쌍을 이루는 각 로터 R1, R2, R3, R4, R5, R6은 모두 같은 크기로 했지만, 이 대신해 도 19, 도 20에 보이듯이 전단에서 후단으로 향함에 수반하여 로터의 크기를 작게 해도 좋다. 이 경우에는, 이상의 실시형태 보다도 더욱 소비전력을 작게 할 수 있는 것은 분명하다.
또 주펌프(20)는, 다단 루트형 드라이 진공펌프에 한하지 않고, 용적이동형의 드라이 진공펌프, 예컨대 스크류형과 크로형이라도 같은 효과가 얻어진다.
다음에, 본 발명의 실시형태에서 사용되는 역지밸브(28)의 구성을, 도 6을 참조해 설명한다.
역지밸브(28)는, 대기측에 위치하는 통상(筒狀)의 위 본체(41)와 주펌프(20)측에 위치하는 통상의 아래 본체(42)와로 되는 하우징(40), 위 본체(41)와 아래 본체(42)와의 사이에 형성되는 밸브실(44), 밸브실(44)의 아래 본체(49) 측단부에 형성되는 환상의 밸브좌(45), 밸브좌(45)에 대해서 착탈 가능한 구형 밸브(46), 및 밸브실(44)의 위 본체(41) 측에 형성되는 구형 밸브(46)의 소정 이상의 리프트 동작을 규제하기 위한 스톳파(47)를 구비하고 있다.
위 본체(41)와 아래 본체(49)와의 결합면에는 환상의 실린더(48)가 사이에 장착됨과 함께, 위 본체(41)와 아래 본체(42)가 복수개의 볼트부재(43)에 의해 결합되는 것에 의해, 양자가 기밀(氣密)히 일체화되어 있다. 구형 밸브(46)는 예컨대중공의 스텐레스 구(球)로 되고, 그 표면은 얇은 고무막으로 피복되어 있다. 본 실시형태에서는, 구형 밸브(46)의 자중은 약 50g이고, 역지밸브(28)의 입구측의 압력이 대기압 보다 약 700Pa 높게 되면 도 6에 있어서 위쪽으로 들어올려지도록(리프트함) 되어 있다. 스톳파(47)는, 도시한 바와 같이 위 본체(41)의 통상의 하단부의 원주방향을 따라 90°간격으로 아랫부분에 돌출하는 4개의 손톱으로 구성된다. 따라서, 구형 밸브(46)를 들어올려 밸브실(44) 내에 유입된 가스는, 스톳파(47)를 구성하는 각 손톱의 사이를 통해 대기측으로 흘러나가게 된다.
상기 구성의 역지밸브(28)는 유체의 저항이 작고, 입구측이 약간의 압력 상승으로 밸브가 열리므로, 빠른 압력 변동에도 추종할 수 있다. 일반적으로, 주펌프(20)로써 이용되는 용적이동형 펌프에서는, 펌프 토출부(24)의 가스는 로터실 내로 역류하거나 로터실에서 압출되거나 하는 움직임을 반복하고 있기 때문에, 펌프 토출부(24)의 가스는 맥동이 발생되고 있고, 주펌프(20)의 흡입 가스량이 적게 되면 밸브는 여기에서의 맥동의 영향으로 밸브좌에 대한 착석, 이석(離席)을 반복하게 된다. 이 경우, 맥동에 대한 밸브의 추종성이 나쁘면, 밸브좌에 밸브가 앉아 있는 시간이 없거나, 보조펌프(30)의 흡입측은 대기압으로 개방된 채로 되어 주펌프(20)의 토출부(24)를 감압할 수 없게 된다. 그래서 본 실시형태에서는, 역지밸브(28)의 밸브를 구형(46)으로 하고, 그 자중 만으로 역지밸브(28)의 개폐를 하도록 하고 있고, 맥동에 대한 추종성을 높이도록 하고 있다.
그렇지만, 주펌프(20)의 로터의 회전수가 크게 되면 추종하기 어렵게 된다. 예컨대, 스크류형이 드라이 진공펌프의 경우, 로터의 회전수가 360Orpm까지는 완전하게 추종하지만, 600Orpm이 되면 역지밸브(28)의 구형 밸브(46)는 토출부(24)의 가스압력의 맥동에 추종할 수 없고, 밸브좌(45)에 앉아야 할 때에 완전하게 앉지 않게 된다. 그렇기 때문에, 스프링 상수가 작은 추종성이 양호한 스프링을 이용해 구형 밸브(46)를 밸브좌(45)에 누르는 방법이 고려되지만, 이 방법은 스프링의 존재에 의해 배기라인의 압력손실이 커지는 것 외에, 스프링의 압압력에 상당하는 분만큼 구형 밸브(46)를 부상시켜 역지밸브(28)를 열게 한 것에 필요로 하는 가스압력이 크게 된다. 또, 보조펌프(30)의 배기용량을 크게 해 주펌프(20)의 토출부(24)의 가스압력을 재빠르게 저하시키는 방법도 고려되지만, 이 방법은 소비전력을 증대시키고, 에너지의 절약효과를 저하시킨다.
그래서 이러한 경우에는, 도 7의 진공배기장치(10)에 보이듯이 2개의 역지밸브(28a, 28b)를 직렬로 접속하도록 했다. 직렬로 접속하는 역지밸브는 2개에 한하지 않고 3개 이상이라도 좋다. 역시, 제1 역지밸브(28a)와 제2 역지밸브(28b)는, 도 8에 보이듯이, 도 6에 보인 역지밸브(28)와 같게 구성되는 동일형상의 것을 직렬로 접속한 것이다.
그리고, 도 7의 진공배기장치(10)에 있어서, 주펌프(20)로써 스크류형 드라이 진공펌프를 이용하는 로터를 600Orpm으로 회전시켜 진공처리실의 배기를 행했지만, 제1 역지밸브(28a)와 제2 역지밸브(28b)는 스크류형 드라이 진공펌프(20)의 토출부 압력의 맥동에 영향을 미쳐지지 않고 정확하게 작동하고, 단순한 스크류형 드라이 진공펌프를 사용하는 경우와 비교하여 소비전력이 약 70% 줄여졌다.
더욱이, 이 실시형태의 변형예로써, 도 9 및 도 10에 보이듯이, 제1 역지밸브(28a)와 제2 역지밸브(28b)와의 접속부를 배관(29)에 의해 보조펌프(30)의 흡입측에 접속하도록 하여도 좋다. 이에 따라, 일층 안정되게 감압할 수 있다.
또, 도 11은 본 발명의 실시형태에 의한 진공배기장치(10)의 개략 배관구성을 도시하고 있다. 진공처리실(1)과 단일의 드라이 진공펌프에서 구성되는 주펌프(20)를 잇는 배기배관(12)에는, 메인밸브(13)와 진공도 계측용의 압력계(19)가 취부되어지고 있고, 주펌프(20)의 배기배관(25)에는 역지밸브(28)가 접속되고, 역지밸브(28)와 병렬로 보조펌프(30)가 접속되어 있다. 보조펌프(30)에는, 배기속도가 주펌프(20)의 10% 정도의 드라이 펌프가 사용되어 있고, 역지밸브(28)에는, 도 6에 보인 것과 같이, 밸브실 떠오를 수 있는 구형 밸브를 준비해 대기압 보다 약 70OPa 높은 압력에서 떠올라 밸브를 열고, 그것보다 낮은 압력에서는 자중에 의해 아래의 밸브좌에 앉아 밸브를 닫는 것이 사용되고 있다. 배기배관(15)의 하류측은 배기가스 처리장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 또, 주펌프(20)의 상류측에 터보분자펌프 등의 고진공 배기용 펌프가 접속되어 있어도 좋다.
본 실시형태에 대한 주펌프(20)는 용적이동형의 루트형 드라이 진공펌프로 구성되어 있지만, 물론 이것에 한하지 않고, 크로형과 스크류형이라는 다른 용적이동형의 드라이 진공펌프를 이용하는 것도 가능하다.
보조펌프(30)에는, 소비전력이 작은 효율이 좋은 구조의 펌프가 이용된다. 즉, 펌프구조로써, 펌프의 압축행정에 있어서 배기가스의 체적이 감소하는 구조의 것이 좋다. 구체적으로는, 회전날개형(게이데형), 피스톤형, 다이어프레임형(멘브렌형), 스크롤형이 적합하다. 그리고, 보조펌프(30)의 배기속도는 기대하는 진공배기장치(10)의 능력에 응해 주펌프(20)의 배기속도의 수%에서 20% 정도까지의 범위 내에서 적당히 선택된다.
다음에, 이상과 같이 구성되는 본 실시형태에 대한 진공배기장치(10)의 작용과 함께, 본 발명의 상세에 관하여 설명한다.
진공처리실(1)은, 주펌프(20)에 의해 대기압에서 소정의 진공도에까지 배기된다. 보조펌프(30)는, 주펌프(20)를 운전하고 있을 때는 상시 운전된다. 주펌프(20)의 배기가스량이 많기 때문에 보조펌프(30)에서 주펌프(20)의 토출측을 배기해도 대기압 이하로 안 되는 경우는, 역지밸브(28)가 열리고 배기가스를 도 11에 있어서 화살표 a에서 보이는 방향으로 배출한다. 한편, 진공처리실(1)의 배기작용이 진행되면, 주펌프(20)의 흡입압력은 저하하고, 이에 동반해 주펌프(20)의 토출구(24)의 가스량이 저하된다.
주펌프(20)의 토출측이 보조펌프(30)의 배기작용에 의해 대기압 이하로 할 수 있는 가스 유량이 되면, 역지밸브(28)는 개폐를 반복하는 맥동상태가 된다. 본 실시형태에서는, 상술한 것처럼 역지밸브(28)를 맥동에 대한 추종성을 높인 구조로 되어 있으므로, 본 발명의 진공배기장치를 높은 신뢰성을 확보해 운전할 수 있다.
주펌프(20)의 토출측이 대기압 이하가 되면 역지밸브(28)는 완전하게 닫히고, 이후, 도 11에서 화살표 a 방향의 가스의 흐름은 없어지고, 보조펌프(30)의 배기작용에 의한 화살표 b 방향으로의 배기만이 된다. 이에 따라, 주펌프(20)의 토출압은 저하하기 시작하고, 주펌프(30)로의 역류 가스량이 줄으므로, 주펌프(20)의 소비전력은 감소한다.
게다가, 역지밸브(28)가 열리는 만큼 주펌프(20)의 배기가스량이 큰 상태에서는, 보조펌프(30)는 별로 역할을 하지 않고, 주펌프(20)의 소비전력과 보조펌프(30)의 소비전력를 맞춘 진공배기장치 전체의 소비전력은, 보조펌프(30)를 운전시키지 않을 때에 비해 크게 된다. 하지만, 예컨대 반도체 제조장치에 있어서는 진공처리실의 체적은 100리터 이하의 것이 많고, 보조펌프(30)가 역할하는 압력에 이르는 시간은 수분임으로, 에너지절약의 점에서는 무시할 수 있다.
도 12는, 배기속도 150㎥/Hr의 주펌프(20)의 후단(토출측)에 배기속도 1.8㎥/Hr의 보조펌프(30)를 단 진공배기장치의, 주펌프(20)의 흡입압력에 대한 소비전력{주펌프(20)+ 보조펌프(30)} 특성을 보이고 있다. 주펌프(20)는 상술한 것처럼 최후단의 배기용량이 1단째의 배기용량에 대하여 9.5%에 설정된 에너지절약 타입의 펌프이다. 도 12에 있어서 일점쇄선은 보조펌프(30)를 달지 않은 경우를 보이고, 실선은 보조펌프(30) 및 역지밸브(28)를 단 경우를 보이고 있다. 역시, 횡축(흡입압력)은 대수 눈금으로 하고 있다.
도 12에 보이듯이, 보조펌프(30)를 다는 것으로, 1㎪ 이하의 압력범위에서는 소비전력은 급격하게 떨어지고, 보조펌프(30)를 달지 않는 경우와 비교하면, 도달 압력시에 대해서는 1.35㎾의 소비전력이 0.32㎾가 되고, 약 76%의 에너지 절약율(소비전력 삭감률)이 얻어지고 있다. 또, 주펌프(20)의 흡입압력이 400Pa의 경우에는 보조펌프 없는 경우의 소비전력이 1.4㎾에 대해서, 보조펌프(30)를 붙였을 때의 소비전력은 0.67㎾가 되고, 에너지 절약율은 약 52%가 된다.
게다가, 보조펌프(30)의 배기속도를 크게 하면, 주펌프(20) 소비전력의 감소를 개시하는 압력이 도시하는 l㎪ 근방에서 도면중 우측, 즉 흡입압력이 높은 쪽으로 이동하고, 에너지 절약이 유효하게 되는 압력범위가 확대된다. 하지만, 보조펌프(30)의 배기속도를 크게 하면 보조펌프의 소비전력이 증대하고, 에너지절약 효과가 작게 된다. 일반적으로 반도체 제조장치에서 사용되는 진공배기계에서는, 소량의 프로세스 가스를 진공처리실(1)에 흘려서 넣고, 소정의 압력을 유지하면서 막형성 등의 처리를 행한다. 그 때의 주펌프(20)의 흡입압력은, 높은 경우라도 150OPa 정도이기 때문에, 3000Pa 정도 이하의 흡입압력 범위에서 에너지절약 효과가 얻어지면 본 발명의 목적은 달성된다.
다음에, 도 13은, 주펌프로써의 드라이 진공펌프를 터보분자 펌프의 후단측 펌프로써 사용한 경우를 상정하고, 서로 배기속도가 다르는 주펌프와 보조펌프를 조합했을 때의 배기속도비와 소비전력비와의 관계를 보이고 있다. 주펌프의 흡입압력은 400Pa이다.
여기에서, 배기속도비란 보조펌프의 배기속도와 주펌프의 배기속도와의 비를 말하고, 소비전력비란, 보조펌프 사용시의 소비전력과 보조펌프 비사용시의 소비전력과의 비를 말하고, 따라서 소비전력비 100%은 에너지절약 효과가 전혀 없는 경우를 말한다. 역시, 보조펌프 사용시의 소비전력은 주펌프와 보조펌프의 총계의 소비전력을, 보조펌프 비사용시의 소비전력은 주펌프의 소비전력을 각각 의미한다.
도 13에서, 배기속도비가 크게 되면 될수록 소비전력비는 낮게 되고, 따라서 에너지절약 효과가 높아지는 것이 밝혀진다. 또, 배기속도비가 3% 부근이 되면 소비전력비의 감소률이 작게 되는 것이 인정되지만, 그 이유에 대해서는 후술한다.이상에서, 주펌프의 흡입압력이 400Pa 일때, 당해 주펌프의 배기속도에 대하여 3% 이하의 배기속도를 가지는 보조펌프를 사용하는 것에 의해 에너지절약화를 효율 좋게 달성할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 주펌프(20)와 보조펌프(30)의 배기속도비는 1.2%이기 때문에, 상기 조건을 만족한다.
주펌프에 대한 보조펌프의 배기속도비를 크게 하는 것에 의해 주펌프의 에너지절약 효과가 나타나는 흡입압력은 상술한 바와 같이 고압측으로 옮겨 가지만, 반면, 보조펌프의 소비전력은 크게 되고, 주펌프와 보조펌프를 합한 소비전력은, 보조펌프를 사용하지 않는 경우의 소비전력 보다 크게 되어 버린다. 이의 것을 도 l4 및 도 15를 참조해 설명한다.
여기서, 도 14는, 보조펌프로써 사용할 수 있는 펌프의 배기속도에 대한 소비전력의 대표적인 값을 보인 것이다. 또, 도 15는, 본 실시형태에 대한 주펌프(20)로써의 150㎥/Hr의 배기속도가 드라이 진공펌프를 예로 취하고, 주펌프 흡입압력 400Pa의 배기속도에 대한 도 14에 보인 특성의 보조펌프의 배기속도비를 변화시킨 경우의 소비전력을 보인 것이다.
도 15에 있어서, 일점쇄선은 주펌프(20)만의 소비전력으로, 보조펌프의 배기속도비를 크게 하는 것으로 급격하게 소비전력이 감소하지만, 배기속도비 4% 정도 이상에서는 주펌프(20)의 기계적 손실의 값에 수렴한다. 파선은 도 14에 보인 특성의 보조펌프의 소비전력을 배기속도비와의 관계로 치환해 보인 것이다. 그리고, 실선은 이들의 합으로, 이것이 진공배기장치로써의 소비전력이 된다.
도 15의 실선으로 도시하는 결과로부터, 주펌프(20)에 대한 상기 보조펌프(30)의 배기속도비 3% 정도가 가장 낮은 소비전력을 보이는 것이 밝혀진다. 주펌프(20)의 흡입압력 400Pa에 대해서 에너지절약률 50%(도 12 참조)를 얻는 경우를 검토하면, 상기 배기속도비는 1.2% 또는 9.4%의 어느 쪽이라도 좋은 것이 되지만, 배기속도비 9.4%에서의 보조펌프는, 1.2%의 보조펌프{즉, 본 실시형태에 있어 보조펌프(3O)}보다 대형으로 되고, 설치 공간 및 펌프를 제조하기 위한 에너지의 비교에 대해서는 불리함을 발생하게 된다. 따라서, 배기속도비가 3% 이하의 보조펌프를 선택하면, 전체적으로 에너지절약률이 높은 진공배기장치를 얻는 것이 가능한 한편, 배기속도비가 3% 초과의 보조펌프에서는, 역으로 에너지절약 효과가 감쇄되는 것이 밝혀진다.
한편, 도 19에 실선에서 보인 것처럼, lOPa 이하의 흡입압력 범위에서는 소비전력은 거의 수평이 되어 있다. 이 상태는, 주펌프(20)의 토출압력이 낮게 되어 펌프 실내의 압축작업이 무시 할 수 있는 정도 작게 된 경우로서, 여기서의 소비전력은, 주펌프(20)의 기계손실(메카니컬 로스)을 드러내고 있다. 주펌프(20)의 흡입압력을 서서히 높여 가면 소비전력도 서서히 상승한다. 이것은, 주펌프(20)의 최종단에서 압축작업(여기에서는, 역류 가스를 되미는 일)이 눈에 보이는 형태로 되어 온 것을 보이고 있다. 주펌프(20)의 소비전력은, 토출부 압력과 비례적 관계를 가짐으로, 도 19의 실선에서 보이는 낮은 소비전력을 얻으려면, 보조펌프가 여기서의 측정시의 토출압까지 배기할 수 있는 능력을 가지지 않고 있으면 안되게 된다.
그래서, 여러 가지 배기속도가 다른 드라이 펌프를 사용하여 도달압력시의소비전력에서 10% 소비전력이 상승하는 흡입가스량의 설정을 행하고, 이 때의 보조펌프의 압력을 조사하면, 6.5㎪에서 2O㎪의 값이 얻어졌다. 이것은, 보조펌프(30)로써 2O㎪ 이하의 압력까지 배기할 수 있는 능력을 가진 펌프를 사용하지 않으면, 도달압력시에 있어서 주펌프(20)의 기계적 손실과 같은 소비전력이 얻어지지 않는 것을 나타내고 있다.
이어서, 도 16의 실선은 본 실시형태에 대한 진공배기장치의 배기속도 특성을, 일점쇄선으로 보이는 보조펌프가 없는 경우의 배기속도 특성과 비교해 보이고 있다. 1㎪ 이하의 흡입압력에서는, 보조펌프가 없는 경우에 비해 약 10% 배기속도가 크게 되어 있다. 게다가, 도달압력은 2Pa에서 1Pa로 향상하고 있다. 이것은, 주펌프(20)의 토출구 압력이 저하되었으므로 역류가스량이 적게 되어, 용적효율이 높아진 것에 의한다. 보조펌프(30)의 부가는, 소비전력의 삭감만의 효과에 끝치지 않고, 배기속도 및 도달압력의 향상에도 효과가 있다.
이상처럼, 본 실시형태에 의하면, 작은 배기능력을 가진 보조펌프에서 주펌프의 소비전력을 효율 좋게 줄이는 것이 가능함으로, 진공배기장치 전체로써의 효율적인 에너지절약화를 꾀할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 물론, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상에 기해 여러 가지의 변형이 가능하다.
예컨대 이상의 실시형태에서는, 주펌프(20)로써 단일의 드라이 진공펌프를 이용해 설명했지만, 이것에 한하지 않고, 예컨대 루트형 드라이 진공펌프를 복수단 직렬적으로 접속해 구성한 복합형 펌프를 상기 주펌프로써 이용하는 것도 가능하다.
또, 이상의 실시형태에서는 보조펌프(30)를 단일의 주펌프(20)의 토출측에 접속하는 구성에 대해서 설명했지만, 예컨대 도 17에 보이듯이, 복수대(도면에서는 3대) 병렬적으로 배치된 주펌프(2OA∼20C)의 토출측을 한대의 보조펌프(3)에서 배기하는 구성도, 본 발명은 적용 가능하다. 도시하는 예는, 주펌프(2OA∼20C) 각각에 대해서 역지밸브(28A∼28C)를 마련함과 동시에 보조펌프(30)와의 사이에 개폐밸브(11A∼11C)를 마련하고 있다. 각 주펌프(2OA∼20C)는 서로 다른 진공처리실에 연락하고 있는 것으로 한다. 이 경우, 주펌프(2OA∼20C)의 동작대수에 의해 보조펌프(30)의 흡입가스량이 변동함으로, 주펌프(2OA∼20C)의 동작대수에 응하여 보조펌프의 배기속도(회전수)를 가변으로 하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 진공배기장치의 운전방법에 대해서, 도 11의 진공배기장치(10)를 참조해 구체적으로 설명한다.
진공배기장치(10)에 의해 진공처리실(1)을 대기압에서 진공배기할 때에는, 우선 보조펌프(30)를 기동하여 메인밸브(13)를 열음에 의해 배기를 개시했다. 그리고 압력계(9)에 의해 진공처리실(1)의 진공도가 104Pa에 이른 것이 확인된 시점에서, 주펌프(20)를 기동하여 로터의 회전수를 예컨대 360Orpm으로 해 진공처리실(1)의 진공도가 1Pa에 이를 때까지 배기했다. 이와 같은 기동방법을 채용하는 것에 의해, 진공처리실(1) 내에 있어 미립자의 날아 오름을 막을 수 있었다. 즉, 대기압에서의 배기할 때는 보조펌프(30)만을 기동하는 것에 의해, 종래처럼 메인밸브(13)와 병렬로 구경이 작은 바이패스 밸브(14)를 마련하지 않고도 느린 배기가 가능했다.또, 진공도가 1Pa에 이른 후, 이어서 정상운전에 들어갔지만, 이 시점에서는 배기량이 적어 역지밸브(28)가 닫히고 보조펌프(30)만에 의한 배기가 행해지기 때문에, 진공배기장치(10)의 소비전력은 줄어들고, 소음도 억제되었다. 역시, 도 11의 배기배관(15)에는 호칭 직경40A의 파이프를 사용했지만, 보조펌프(30)에 의한 배기, 그에 이어지는 주펌프(20)의 배기에 대해서는 배기량이 적으므로, 예컨대 호칭 직경1OA(구경 10㎜≒3/8인치)의 파이프에 치환하는 것이 가능하고, 이 구경의 파이프는 구부림가공이 가능하기 때문에 배관의 시공비를 감소시키는 것이 가능하다.
이상, 본 발명의 진공배기장치의 운전방법을 실시예에 의해 설명했지만, 물론 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상에 기해 여러 가지의 변형이 가능하다.
예컨대 본 실시예에 있어서는, 보조펌프의 배기에 의해 진공처리실이 소정의 진공도에 이른 후의 주펌프의 기동에 즈음해, 로터를 3600rpm으로 회전시켰지만, 진공처리실이 소정의 진공도에 이르기 전에 주펌프를 인버터 제어하여 회전수를 배기량이 작은 저회전수에서 진공처리실의 진공도에 응해 점차 증대시키게 해도 좋고, 그것에 의해 주펌프의 기동시에 있어서 급격한 압력변화를 피하고, 보조펌프의 부하로 안 되도록 주펌프를 기동할 수 있다.
본 발명의 진공배기장치 및 진공배기장치의 운전방법에 의하면, 간단한 구성으로 종래보다 대폭적인 에너지절약이 달성될 수 있을 뿐만 아니고, 용이하게 느린 배기를 행할 수 있다.

Claims (16)

  1. 주펌프의 중간단 또는 최후단의 펌프실이 토출측에 보조펌프의 흡입측을 접속한 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보조펌프가 상기 주펌프 보다도 배기용량이 작은 펌프인 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주펌프의 후단부의 적어도 하나의 펌프실을 전단부 보다 작게 해 전단부 보다 배기용량을 작게 한 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 주펌프의 최후단의 펌프실이 토출측에는 배기용 배관이 접속되고, 당해 배기용 배관에는 대기측으로의 가스의 흐름만을 허용하는 역지밸브가 접속되어 있은 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 역지밸브가 복수개의 역지밸브를 직렬로 접속한 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 역지밸브가, 밸브 몸통 내에서 떠 오를 수 있는 구형(球形) 밸브를 가지는 것이고, 상기 구형 밸브가 상기 주펌프 배기가스의 압력으로 떠올라 밸브를 열음으로 하고, 상기 압력 이하에서는 자중에 의해 아래의 밸브좌에 앉아 밸브를 닫음으로 하는 제1 역지밸브, 및 상기 제1 역지밸브와 같은 제2 역지밸브를 직렬로 접속한 것인 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  7. 제4항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조펌프는 상기 역지밸브에 병렬로 접속되어 있은 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 역지밸브와 상기 제2 역지밸브를 접속하는 공간이 상기 보조펌프의 흡입측에 접속되어 있은 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 구형 밸브가 중공의 금속구로 되고, 표면이 고무류로 피복되어 있은 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  10. 주펌프와, 이 주펌프의 토출측에 접속되어 상기 주펌프에서 대기측으로의 가스의 흐름만을 허용하는 역지밸브와, 상기 주펌프의 토출측에 상기 역지밸브에 대해서 병렬적으로 배치되고 상기 주펌프 보다도 배기용량이 작은 보조펌프를 구비한 진공배기장치에 있어서, 상기 보조펌프가, 상기 주펌프의 흡입압력이 400Pa에 있어서의 상기 주펌프 배기속도의 3% 이하의 배기속도로 운전되는 펌프인 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 주펌프가, 용적이동형(容積移動型)의 드라이 진공펌프, 또는 당해 드라이 진공펌프를 복수단 직렬적으로 접속한 복합형 펌프인 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 주펌프가 병렬적으로 복수대 배치되고, 상기 보조펌프의 흡입측이 상기 각 주펌프의 토출측에 접속되어 되는 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 보조펌프의 도달압력이 2O0㎪ 이하인 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 보조펌프가, 회전날개형(게이데형), 피스톤형, 다이어프레임형(멘브렌형) 또는 스크롤형의 진공펌프인 것을 특징으로 하는 진공배기장치.
  15. 진공처리실에 접속된 주펌프와, 이 주펌프의 토출측에 접속되는 상기 주펌프에서 대기측으로의 가스의 흐름만을 허용하는 역지밸브와, 상기 주펌프의 토출측에 상기 역지밸브에 대해서 병렬적으로 배치되는 상기 주펌프 보다도 배기용량이 작은 보조펌프를 구비한 진공배기장치에 의해 상기 진공처리실을 대기압 또는 그 근방에서 배기할 때에, 상기 보조펌프를 최초로 기동하고, 상기 진공처리실이 소정의 압력에 이른 후에 상기 주펌프를 기동하는 것을 특징으로 하는 진공배기장치의 운전방법.
  16. 진공처리실에 접속된 주펌프와, 이 주펌프가 토출측에 접속되는 상기 주펌프에서 대기측에의 가스의 흐름만을 허용하는 역지밸브와, 상기 주펌프의 토출측에 상기 역지밸브에 대해서 병렬적으로 배치되는 상기 주펌프 보다도 배기용량의 작은 보조펌프를 구비한 진공배기장치에 의해 상기 진공처리실을 대기압 또는 그 근방에서 배기할 때에, 상기 보조펌프를 최초로 기동하고, 상기 진공처리실이 소정의 압력에 이르기 전에 상기 주펌프를 배기량이 작은 저속 회전으로 기동하고, 상기 진공처리실의 압력에 응하여 회전수를 점점 증대시키는 것을 특징으로 하는 진공배기장치의 운전방법.
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