TWI267581B

TWI267581B - Vacuum exhaust device and method for operating such vacuum exhaust device

Info

Publication number: TWI267581B
Application number: TW091120409A
Authority: TW
Inventors: Kouji Shibayama; Yuuichi Yamashita; Mitsuru Yahagi; Takahiko Tashima; Junichi Aikawa
Original assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2006-12-01
Also published as: US20080145238A1; CN1541307A; US20040173312A1; WO2003023229A1; CN100348865C; KR100876318B1; KR20040030968A

Description

1267581 五、發明說明（1) [發明所屬之技術領域] 本發明係關於一種節省能源型之真空排氣裝置及該真空排氣裝置之運轉方法，尤其得以減低消耗電力，例如關於半導體製造裝置用之真空排氣裝置。 [先前技術] 初期之半導體製造裝置用之真空幫浦大多使用油旋轉式真空幫浦。該幫浦係一般性消耗電力小，且容易獲得低到達壓力之構造之真空幫浦，但使用在半導體製造裝置時，必須注意以下數點。 ① 半導體製造裝置所使用之氣體中有許多反應性強的氣體，將如此之氣體排氣時，由於和真空幫浦油之反應而發生反應生成物，因此，造成幫浦不能旋轉、幫浦油惡化引起潤滑不佳之不良情況。 ② 真空幫浦油之蒸氣擴散到真空處理室内，造成污染。 ③ 已使用之真空幫浦油大多含有砒化合物、磷化合物等毒性物質，產業廢棄物之處理須花費高額處理費，另一方面亦耗費管理上之功夫。由於該等理由，近年來採用不使用真空幫浦油之乾式真空幫浦，代替油旋轉式真空幫浦。此處所謂乾式真空幫浦係可從大氣壓真空排氣，且吸入室不具有密封油（真空幫浦油）之機械式真空幫浦，大多使用容積移動型之魯式型、爪型、螺旋型。該等幫浦任一種均為2軸構造，一對轉子互相保持略微的空隙且藉由反方向旋轉之方式進行真

313947.ptd 第9頁 1267581 五、發明說明（2) 空排氣，由於不具裝置吸入之氣體中性氣體可容易具有如此之半導體成不使用真空幫浦有比油旋轉式幫浦的問題而發生抑制降價，因此發生須以下之要求。例如，魯式型體，其係沿著旋轉保持略微之間隙且氣之構件，且係由室順序進行幫浦作從前段部朝後段部前段部之排氣容量型轉子時，由於各因此現狀中係形成量從氣體吸入側朝度階段式地變薄之此處，魯式型之氣體一但封閉在間，該空間即藉由瞬間，吐出側之氣有接觸部分，故壽命長，從半導體製造所包含的固體成分亦可排出，對於腐蝕而才腐#性。製造裝置所使用的真空幫浦，雖然置換油之乾式真空幫浦，但乾式真空幫浦具消耗電力大之問題。尤其，由於環保上能源消耗之必要，和要求半導體製造之將乾式真空幫浦之消耗電力抑制在5 0 % (R ο 〇 t s )乾式真空幫浦裝設成鄰接旋轉軸具備複數個轉子，相對之轉子係互相朝向反方向旋轉，進行氣體之吸入、排 3段至6段之幫浦室構成，藉由各段幫浦用之構件。該幫浦中，隨著排氣之氣體移動，氣體壓力會上升，因此後段部比小亦可。同一轴上裝設有多段式之魯式轉子加工容易及轉子間容易獲得同步，相同的外形形狀。因此，為了使排氣容吐出側階段式地變小，而以將轉子之厚方式對應。乾式真空幫浦之排氣氣體壓縮，係排氣轉子表面之凹部和藉由外箱構成之空轉子旋轉之方式與吐出側空間連接，該體在上述空間内以逆流方式進行。魯式

313947.ptd 第10頁 1267581 五、發明說明（3) 型乾式真空幫浦中獲得1至1 〇1>雄度之到達壓力，從到達壓力至鄰近3kPa係當作常用壓力。吐出口壓力係大氣壓力且固定。因而，為了將吸入口側保持真空，必須藉由壓縮行程將在轉子室逆流之氣體推回’在擔住從大氣壓力來的逆流之最終段，為了將氣體推回而使用全體幫浦所需動力之7 0 %至8 0 %程度。上述之多段式魯式变乾式真空幫浦中’推回之氣體量愈小則最終段之作業愈少。因此，如上述方式使轉子厚度變薄並使幫浦後段部之排氣容量變小。如此，現狀係藉由將最終段之排氣容量設定成變小之方式’抑制幫浦常用壓力範圍内之所需動力，達成節省能源化。爪型（c 1 ow )乾式真空幫浦與魯式型僅轉子形狀相異，排氣原理完全相同。另一方面，螺旋型乾式真空 ^ 藉由^支螺絲之螺絲溝所構成的空間，沿著轴方向移動且輸达亂體η 1出部之氣體會流入藉由螺絲溝構成之空間，而進行壓縮則與魯式亍構成之了如魯式型、爪型般任㈣。由於螺絲溝連續，為成使螺絲溝之節矩連續；小段:咸少排氣容量，而形矩時有限制，因此將節矩丄ί構造。’，改變螺絲溝之節少最終段排氣容量等工夫。”之轉子組合成塊狀，進行減接者進一步說明該情形，相同大小，則如第2 1圖所示，會變化如a，但如第1 9圖所示段較其小，後段2個轉子更小如第1 8圖所示，若各轉子為相對於吸入壓力之排氣速度若前段2個為相同大小，中則吸入壓力和排氣速度之

1267581 五、發明說明（4) 關係會變化如b。且如第2 0圖所示，進一步將最終段之轉子縮小，則如第21中c所示，排氣速度會有變化。第22圖表示相對於該等第1 8圖、第1 9圖及第2 0圖的吸入壓力之消耗電力，但如c’、b’、a’所示，在半導體製造裝置用之常用壓力1 0 2P a以下，消耗電力在第2 0圖時為最小，接著由第 19圖接續，第18圖為最大。最終段之排氣容量設定係依據該幫浦之用途而異。例如多段式魯式型乾式真空幫浦中，相對於第1段而將最終段之排氣容量設定在5 0%程度之構件，會在常用壓力範圍内發生大量壓縮熱。即，半導體製造裝置之減壓CVD裝置或蝕刻裝置中，反應過程所發生的氣體中，含有在真空排氣裝置内到達超過飽和蒸氣壓力之濃度時，即以固體析出者，但為了使該等氣體排氣，必須將乾式真空幫浦之溫度設定成1 0 0至1 6 0°C程度之高溫，以防止析出。由於該目的而採用5 0 %程度之排氣速度比，其藉由壓縮熱可有效地將乾式真空幫浦加熱。且，濺鍍裝置或蒸鍍裝置等中，排氣氣體係以氬氣或氦氣等非活性氣體為主體，由於不必提高乾式真空幫浦之溫度，故極度要求消耗電力小的乾式真空幫浦。此時，將最終段排氣容量設定成相對於第1段之2 0至2 5 %程度。該設定中，最終段排氣容量為第1段排氣容量之5 0 %程度之乾式真空幫浦，可將到達壓力時的消耗電力減低3 0至6 0 %。而在不須設定成南溫之用途的乾式真空幫浦中’以將最終段排氣容量設定在相對於第1段排氣容量之2 0 %以下的

313947.ptd 第12頁 1267581 五、發明說明（5) 方式，可進一步謀求節省能源化，但機械性方面會發生障礙。例如將最終段排氣容量設定成相對於第1段之2 5 %程度時，在最大排氣速度為80m3/Hr程度之乾室真空幫浦中，第 1段之轉子厚度設定成3 0 mm程度時居多，此時，最終段之轉子厚度變成7 . 5mm，由於轉子本體之強度變小，加工時轉子側面和軸心很難形成直角度，會發生很難使轉子側面和隔開壁之間隙保持0 . 1mm至0. 2mm之問題。另一方面，日本特開平6 - 1 2 9 3 8 4號公報中，揭示有一種真空排氣裝置，其以連結可獲得大排氣量之第1真空幫浦和排氣量小卻可獲得充分低壓力之第2真空幫浦的方式，將總消耗電力減低，尤其如第2 3圖所示，以藉由排氣管7連結形成在前述第1幫浦3和第2幫浦4之連結部分中間部的第1排氣孔5，和形成在第2幫浦4之排氣側的第2排氣孔6，該途中裝設有開閉該排氣管7之控制閥8，且使該控制閥8藉由前述第1幫浦3之吸氣側壓力而開閉之方式，進一步揭示有將總消耗電力減低之真空排氣裝置2。第2 3圖中，第1真空幫浦3使用直動式真空幫浦且模型化，9係吸附塔，用於處理排氣氣體中所含有的反應氣體。該真空排氣裝置2之啟動如以下方式進行。第2 3圖表示開始排氣後之狀態，控制閥8打開。即，啟動第1幫浦3 和第2幫浦4，第1幫浦3之吸入壓力與大氣壓為同級，且排氣氣體量大，亦藉由同時驅動之第2幫浦4，在第1幫浦3之送出部不降至大氣壓以下期間，打開控制閥8，藉由第1幫浦3和第2幫浦4將非常高密度之氣體排氣。

313947.ptd 第13頁 1267581 五、發明說明（6) 然後，第1幫浦3之吐出側藉由第2幫浦4排氣至大氣壓以下之所定壓力時，會關閉控制閥8，僅形成在第2幫浦4 之排氣側的第2排氣孔6，會與幫浦外部之排氣側連結。此時，第1幫浦3之吐出側為了藉由第2幫浦4維持在非常低的壓力，而將朝第1幫浦3之逆流氣體大幅地減少，可確實地減低推回逆流氣體所必要之動力，且可謀求第1幫浦3之消耗電力之節省能源化。然而，依據該真空排氣裝置2，的確可減低第1幫浦3 之消耗電力，但謀求經常地效率良好之節省能源化，並不僅限於從包含第2幫浦4之全體真空排氣系統來看時。在習知之技術，連接在製造半導體裝置之真空處理室的真空排氣裝置，係形成如第2 4圖所示之配管圖。第2 4圖中，真空排氣裝置1 0係一種配設有大口徑之主閥1 3，其配設在排氣管1 2，該排氣管1 2用於連接真空處理室1和排氣速度10 0 OL/mi η之乾式真空幫浦20，與主閥13並列裝設有小口徑之旁通閥1 4，且將用於測量真空處理室1的壓力之壓力計1係裝設在排氣管1 2之構件。一般在半導體製造裝置中，存在於真空處理室1内部之微粒子會飛散，附著在置放在真空處理室1内部之半導體晶圓等而造成不良品，因此使真空處理室1從大氣壓真空排氣時，採用在關閉主閥1 3、旁通閥1 4之狀態，啟動乾式真空幫浦2 0，藉由打開旁通閥1 4之方式緩速排氣，在確認真空處理室1達到所定壓力，或確認已經過所定排氣時間後，打開主閥1 3之啟動方法。

313947.ptd 第14頁 1267581 五、發明說明（7) 該閥操作所形成的緩速排氣，即藉由裝設在主閥1 3之旁通閥1 4進行緩速排氣時，除了裝設旁通閥1 4之外，必須具有對應真空處理室1之壓力，打開主閥1 3之控制裝置。其他進行緩速排氣之方法，有裝設可控制閥體之打開度的蝴蝶閥，代替主閥1 3、旁通閥1 4，在排氣初期使打開度小，對應真空處理室1之壓力降低使打開度大之方法，此時，蝴蝶閥本體及閥體打開度控制裝置昂貴，會提高成本。第2 3圖所示，在日本特開平6 - 1 2 9 3 8 4號公報之真空排氣裝置2中，開始排氣時藉由第1幫浦3和第2幫浦4排氣之啟動方法，在真空處理室1内部存在有微粒子時，亦因微粒子會飛散而容易招致半導體晶圓等之污染。 [發明内容] 本發明係以提供一種真空排氣裝置為目的，其僅在泛用之乾室真空幫浦附加簡單構成，即可獲得很大的節省能源效果。再者，本發明係以提供一種關於前述真空排氣裝置之運轉方法為目的，其不裝設用於緩速排氣之機器裝置，即可進行緩速排氣。本發明之真空排氣裝置及其運轉方法，係為了達成上述目的而以下述方式構成。本發明之真空排氣裝置，係主幫浦之之中間段或最後段之幫浦室吐出側，連接有輔助幫浦之吸入側。該輔助幫浦以比主幫浦排氣量小的幫浦為佳，且以主幫浦之後段部

313947.ptd 第15頁 1267581 五、發明說明（8) 至少一個幫浦室比前段部小為佳。主幫浦最後段之幫浦室吐出側連接有吐出用配管，該吐出用配管連接有止回閥，僅容許氣體朝向大氣側流動，且以輔助幫浦和止回閥並列連接為佳。該止回閥係直列連接複數個亦可，而以具有在閥體内得以浮動之球形閥體之構件，且該球形閥體在主幫浦之排氣氣體壓力達到所定值以上時，會浮起且打開閥，在該壓力以下會藉由本體重量在下方之閥座入座且打開閥之構件為佳。該球形閥體以由中空金屬球構成，且表面用橡膠類被覆為佳。再者，2個止回閥直列連接時，以將連接2個止回閥之空間連接在輔助幫浦之吸入側為佳。本發明之真空排氣裝置具備：主幫浦；止回閥，連接在該主幫浦之吐出側，且僅容許氣體從主幫浦朝向大氣側流動；和輔助幫浦，在主幫浦之吐出側相對於止回閥並列配設，且比主幫浦之排氣容量小；輔助幫浦係主幫浦之吸入壓力為40 OPa中，以主幫浦排氣速度之3%以下的排氣速度運轉之幫浦為佳。此時，以主幫浦為容積移動型之乾式真空幫浦，或直列連接有複數段該乾式真空幫浦之複合型幫浦為佳。再者，將主幫浦並列地配設複數台，輔助幫浦之吸入側連接在各主幫浦之吐出側亦可。且，以輔助幫浦之到達壓力為20kPa以下，且係旋轉翼型（蓋德型）、活塞型、膜片型（薄膜型）或渦旋型之真空幫浦為佳。再者，本發明之運轉方法係藉由真空排氣裝置，其具備：主幫浦，連接在真空處理室；止回閥，連接在該主幫浦之吐出側，且僅容許氣體從主幫浦朝向大氣側流動；和

313947.ptd 第16頁 1267581 五、發明說明（9) 輔助幫浦，在主幫浦之吐出側相對於止回閥並列地配設，且比主幫浦排氣量小；使真空處理室從大氣壓或其鄰近排氣時，最初啟動輔助幫浦，且藉由真空處理室達到所定壓力後啟動主幫浦之方式，可進行緩速排氣且不須裝設用於緩速排氣之機器裝置。該運轉方法最初啟動輔助幫浦，在真空處理室達到所定壓力前，以排氣量小的低速旋轉啟動主幫浦，對應真空處理室之壓力，逐漸增大旋轉數亦可。 [實施方式] 關於本發明之真空排氣裝置之實施型態，首先參照第 1圖至第5圖，說明使用多段式魯式型乾式真空幫浦當作主幫浦時之例。該等圖中，以模型方式表示多段式魯式型乾式真空幫浦。即，第1圖所示之真空排氣裝置1 0之實施型態中，多段式魯式型乾式真空幫浦2 0 (主幫浦）之本體2 1内部，分別裝設有藉由馬達22旋轉驅動的一對轉子Rp R 2、R 3、R 4、R 5 及1?6。本體21之左端上壁部裝設有吸入口 23，連通在轉子 R冬轉子室，連通在最後段之轉子R A轉子室吐出側的送出部24，連接有具備消聲器26之排氣配管25，再者，介以配管2 7連接在止回閥2 8。該止回閥2 8將朝向大氣側方向當作順方向。且，送出部2 4連接有輔助幫浦3 0，其比主幫浦 2 0之排氣容量小。接著說明關於該作用。驅動馬達2 2時，藉由轉子R i、R 2、R 3、R 4、R 5、R A旋轉，將排氣之氣體從各轉子室順序朝向下游側輸送，使連

313947.ptd 第17頁 1267581 五、發明說明（10) 接在吸入口 2 3之真空處理室（不圖示）排氣。最後段之送出部2 4之壓力最接近大氣壓，但依據本發明，會藉由輔助幫浦3 0之驅動而排氣減壓。因此，會大幅度地減輕最後段之轉子所造成的排氣作用之負擔。即，馬達2 2之消耗電力可比習知大幅度地變小。第2圖為本發明之實施型態中之真空排氣裝置1 〇變形例，在關於對應第1圖之實施型態部分附加同一符號，省略該詳細說明。即，依據本實施型態，主幫浦2 0 ’之最後段送出部2 4 介以本體2 1，之開口，連接在具備消聲器2 6之排氣配管 2 5，再者，介以配管Μ連接在止回閥2 8且連通至大氣。再者’與排氣配管2 5並列且介以配管3 1連接有輔助幫浦3 0。該辅助幫浦3 0之吐出口介以配管3 2連接在止回閥2 8之大氣側。該實施型態中，不僅與第1圖之實施型態同樣地達到節省能源效果，由於輔助幫浦3 0與排氣配管2 5及止回閥2 8 並列連接，因此排出大容量之氣體時，會流到排氣配管 25，即使輔助幫浦30故障仍可維持主幫浦20,之性能。第3圖為第2圖之實施型態中的真空排氣裝置1 〇變形例’依據本實施型態，由於辅助幫浦3 0介以配管3卜3 2與止回閥2 8並列連接，因此得知其與第2圖之實施型態達到同樣的效果。卜第4圖及第5圖為第1圖及第2圖之實施型態中的真空排氣f m ，上中、置1 0變形例，依據該等實施型態，主幫浦2 0 A、2 0 B之間段裝設有與最後段之送出部2 4不同的送出部2 4，，該

1267581 五、發明說明（11) 送出部24’連接有輔助幫浦30，。藉由如此之方式，主幫浦 2 0 A、2 0 B之中間段壓力會減壓，藉由減輕中間段之轉子所造成的排氣作用之負擔的方式，亦將減輕最後段之轉子所造成的排氣作用之負擔。即，馬達2 2之消耗電力會變成比習知小。以上之實施型態中，分別成對之各轉子R r R 2、R 3、 R 4、R s、R e皆為相同大小，但取代其以如第1 9圖、第2 0圖所示，使轉子之大小隨著從前段朝向後段變小亦可。此時，得知可使消耗電力進一步變成比以上之實施型態小。主幫浦2 0不限於多段式魯式型乾式真空幫浦，容積移動型之乾式真空幫浦’例如螺旋型或渦旋型亦可獲得同效果。机接著，麥照第6圖說明本發明之實施型態所使用的止回閥2 8之構成。止回閥28具備：外殼40,由位於大氣側之筒形上本負 41和位於主幫浦20側之筒形下本體42構成；閥室44，形刀在々士體U和下本體42之間；#檔止件47，肖於限制形, 在至44之下本體42侧端部的環形閥座45、可在閥座4心

:/4^求，閥體46及形成在閥室44之上本體41側的球形閥體4 6之超出預定以上之上升動作。 48, ^ at ίϋ體41和下本體42之結合面介設環形密封? t方6 I 41和下本體42藉由複數支螺帽構件43結^ 之万八，使兩者以翕宓 " 空之不銹鋼球構成：；表：：！化。球形閥體46例如由^ Λ表面以溽橡膠膜被覆。本實施型身

1267581 五、發明說明（12) 中，球形閥體4 6之本體重量大約5 0 g，止回閥2 8之入口側壓力比大氣壓大約高70 OPa時，會形成第6圖中朝上方抬起 (上升）之狀態。檔止件4 7由4支爪構成，該爪如圖示沿著上本體41之筒形下端部的周方向，間隔90°朝向下方突出。因而，抬起球形閥體4 6且流入閥室4 4内部之氣體，會通過構成檔止件4 7之各爪之間且朝向大氣側流出。上述構成之止回閥2 8之液體阻力小，會因為入口側略微的壓力上升即打開閥，因此亦可儘早跟隨壓力變動。一般當作主幫浦20使用的容積移動型幫浦中，幫浦送出部24 之氣體會反覆進行在轉子室内部逆流或從轉子室推出之動作，因此幫浦送出部2 4之氣體產生脈動，主幫浦2 0之吸入氣體量變少時，閥體受到此處之脈動影響而在閥座反覆進行入座、離座。此時，若相對於脈動之閥體跟隨性差，則閥體會缺乏在閥座入座之時間，輔助幫浦3 0之吸入側將維持開放在大氣壓中，使主幫浦2 0之送出部2 4無法減壓。因此，本實施型態中，將止回閥2 8之閥體採用球形（4 6 )，僅藉由該本體重量進行止回閥2 8之開閉，提高相對於脈動之跟隨性。然而，主幫浦2 0之轉子旋轉數變大時，會有無法停止跟隨之情形。例如，螺旋型乾式真空幫浦時，轉子之旋轉數會完全跟隨至3600rpm，但到達6000rp m時，止回閥2 8之球形閥體4 6即無法跟隨送出部2 4之氣體壓力之脈動，而發生必須在閥座4 5入座時，完全不入座之情形。因此，可考慮使用彈簧係數小且跟隨性良好之彈簧，將球形閥體4 6推

313947.ptd 第20頁 1267581 五、發明說明（13) 壓在閥座4 5之方法，但該方法由於骚隻^丄、7平Η之存在，降7 線路之壓力損失變大之外，為了打開 Ω 士了排氣 46僅浮起相當於彈簧之推壓力份時所需二^彳球形閥體大。且，亦可考慮使輔助幫浦30之“容量二大壓=變幫浦20之送出部24的氣體壓力迅速降低之欠，曰而使主會增加消耗電力，而降低節省能源之效果。法，但該方法因此，如此之情形中，如第7圖之真处示，將2個止回閥28a、28b直列連接。且=1 = 10所閥不限於2個，3個以上亦可。然後，直歹』f接”回回閥28a和第2止回閥28b，係將與回不，第1止樣地構成之同-形狀的構件直列連弟接之止回閥咖 ^ 真空排氣裝4 1〇巾，*行真空處理室之排 ^ 0 0 〇Ϊριη；Τ Μ浦2 〇係使用螺旋型乾式真空幫浦，且使轉子以 mm但第1止回閥28a和第2止回閥28b不受螺旋 # : ^工餐浦2〇之送出部壓力之脈動影響，會正確地動 L勺用單純之螺旋型乾式真空幫浦時，消耗電力減低示，2 ί】，貫施型態之變形例，如第9圖及第1 〇圖所 2、9連接/ μ回閥28a和第2止回閥281)之連接部，藉由配管壓。輔助幫浦30之吸入側亦可。因此，可更安定地減配管：Γ圖：ί發明之實施型態之真空排…10的大致一之it ί直f ί配管12中，其用於連接真空處理室1和單二一工幫浦所構成之主幫浦20，且其裝設有主閥i 3

1267581 五、發明說明（14) 和真空度測量用之壓力計1 9，主幫浦2 0之排氣配管2 5中，連接有止回閥2 8，且與止回閥2 8並列連接有輔助幫浦3 0。輔助幫浦3 0中，使用排氣速度為主幫浦2 〇之1 〇 %程度的乾式幫浦，止回閥28中，與第6圖所示之構件同樣地，使用 =在閥室内得以浮動之球形閥體且藉由比大氣壓大約高 ^之壓力浮起且打開闊，在較其低之壓力中藉由本體重1在下方閥座入座且關閉閥精田+股側連接在排氣處理裝置(不圖示之)構管15之下游連接=輪分子幫浦等高真空排氡用幫浦亦^ 20之上游側本實施型態中之主幫浦2 〇係以六祛教去空幫浦構成，但當然不限於，==型魯式乾式真容積移動型乾式真空幫浦亦彳。使用爪型或螺旋型之其他辅助幫浦30中，使用消耗電Λ 幫浦。即，幫浦構造以在幫浦壓縮：’良好之構造的體之體積的構件為佳。具體而言、、'， = ’:減少排氣氣型）、活塞型、膜片型（薄膜型）、ι疋轉翼型（蓋德浦3〇之排氣速度，可對應所期待之\然後，輔助幫力，從主幫浦20排氣速度之數n、t #軋裝置1 〇的能選擇。。至2〇%程度之範圍内適當地裝置度。幫浦 10之作用，說明關於本二：：，型態中的真空排; 对W之洋細内交真空處理室1藉由主幫浦20從大氣壓排/ 輔助幫浦30在運轉主幫浦9n + a 排虱至所定真空 2。之排氣氣體J，以==地運轉。由於」 ’尺错由輔助幫、、走赛浦3〇使主幫浦

1267581 五、發明說明（15) 之吐出側排氣’仍無法減低至大氣壓以下時，止回閥28會打開’使排氣氣體朝向第1圖中箭頭a所示方向排出。另一方面’真空處理室1之排氣作用進行時，主幫浦2 〇之吸入壓力會降低’主幫浦2 〇之吐出口 2 4之氣體量會隨其降低。主幫浦20之，出側藉由輔助幫浦30之排氣作用而可降至大氣壓以$之氣體流量形成時，止回閥28會形成反覆開閉之脈動狀悲。本貫施型態中，由於如上述使止回閥2 8形成提南相對於脈動之跟隨性之構造，因此可確保本發明直空排氣裝置之高度可靠性之運轉。 ’、主幫浦2 0之吐出側降低至大氣壓以下時，止回閥2 8完全關閉’之後’第1 1圖中箭頭a方向之氣體流動消失，僅形成輔助幫浦3 0之排氣作用所造成的朝向箭頭b方向之排氣。因此，主幫浦2 0之吐出壓力開始降低，由於朝向主幫浦3 0之逆流氣體量減低，因此主幫浦2 0之消耗電力減少。止回閥2 8在主幫浦2 〇之排氣氣體量大至接近打開閥之狀態時，輔助幫浦3 0即幾乎無法發揮作用，合併主幫浦2 0 之消耗電力和輔助幫浦3 〇之消耗電力的全體真空排氣裝置之消耗電力，會變成比不運轉輔助幫浦3 0時大。但，例如半導體製造裝置中，真空處理室之體積在1〇〇公升以下者居多，由於達到輔助幫浦3 0發揮作用之壓力的時間為數分鐘，因此從節省能源之觀點來看，可以忽視。第1 2圖為排氣速度1 5 0 m 3/ H r之主幫浦2 0後段（吐出側）裝設有排氣速度1. 8m3/Hr之輔助幫浦30的真空排氣裝置，其相對於主幫浦2 0之吸入壓力的消耗電力（主幫浦2 0 +輔助

313947.ptd 第23頁 1267581 五、發明說明（16) ---- 幫浦3 0 )特性。主幫浦2 〇係節省能源型之幫浦，如上述，最後段排氣容量設定成相對於第i段排氣容量之2 5%。第ι 2 圖中，一點鎖線表示未裝設輔助幫浦30時，實線表示裝設有輔助幫浦3 0及止回閥2 8時。橫軸（吸入壓力）為姆數^叹度。如弟1 2圖所示’藉由裝設輔助幫浦3 〇之方式，在1 ^ p a 以下之壓力範圍内，消耗電力會急遽地下降，與未裝設辅助幫浦30時比較，在到達壓力時，丨· 35kW之消耗電力會變成0 · 3 2 k W ’獲付大約7 6 %之節省能源率（消耗電力減除率）。且，主幫浦20之吸入壓力為40 0Pa時，相對於無輔助幫浦時之消耗電力1 _ 4kW，裝設有輔助幫浦30時之消”耗電力變成0 · 6 7 k W，節省能源率為大約5 2 %。使輔助幫浦30之排氣速度變大時，主幫浦2〇之消耗電力開始減少之壓力’會從圖示之鄰近1 k P a朝向圖中右側，即朝向吸入壓力高之一方移動，擴大有效的節省能源之壓力範圍。但，使辅助幫浦3 0之排氣速度變大時，輔助幫浦之消耗電力增加’郎省能源效果變小。一般半導體製造裝置所使用之真空排氣系統中，會使少量的製程氣體流入真空處理室1 ’ 一面維持所定壓力，一面進行成膜等處理。此時主幫浦2 0之吸入壓力即使高時，亦為1 5 〇〇 p a程度，因此若在3 0 0 OPa程度以下之吸入壓力範圍内獲得節省能源效果，即達成本發明之目的。接著，第1 3圖係假設將當作主幫浦之乾式真空幫浦當作渦輪分子幫浦之後段側幫浦使用時，表示將互相之排氣

313947.ptd 第24頁 1267581 五、發明說明（17) 速度相異的主幫浦和輔助幫浦組合時之排氣速度比和消耗電力比之關係。主幫浦之吸入壓力為4 0 0 Pa。此處，排氣速度比係指輔助幫浦之排氣速度和主幫浦之排氣速度之比，消耗電力比係指輔助幫浦使用時之消耗電力和輔助幫浦非使用時之消耗電力之比，因而消耗電力比1 0 0 %係指完全不具有節省能源效果時。輔助幫浦使用時之消耗電力為主幫浦和輔助幫浦之總計消耗電力，輔助幫浦非使用時之消耗電力為主幫浦之消耗電力，分別表示其意。從第1 3圖得知，排氣速度比愈不變大則消耗電力比愈低，因此會提高節省能源效果。且，認為排氣速度比達到鄰近3%時，消耗電力比之減低率會變小，其理由將於後述。由於上述，主幫浦之吸入壓力為400P a時，藉由使用輔助幫浦之方式，其具有相對於該主幫浦排氣速度之3%以下的排氣速度，可效率良好地達成節省能源化。本實施型態中，主幫浦2 0和輔助幫浦3 0之排氣速度比為1 . 2 %，因此符合上述條件。藉由將相對於主幫浦之輔助幫浦的排氣速度比變大之方式，呈現主幫浦之節省能源效果的吸入壓力，會如上述朝向高壓側移動，相反地，輔助幫浦之消耗電力變大，且主幫浦和輔助幫浦之合計消耗電力，變成比不使用輔助幫浦時之消耗電力大。以下參照第1 4圖及第1 5圖說明該情形。此處，第1 4圖為消耗電力之代表性值，其相對於可當

313947.ptd 第25頁 1267581___·' 五、發明說明（18) 作輔助幫浦使用之幫浦的排氣速度。第1 5圖為1 5〇m3/Hr排胤速度之乾式真空％浦之例’其用於當作本實施型態中之主幫浦2 0 ’表示使相對於主幫浦吸入壓力4 〇〇 p 3之排氣速度的第1 4圖所示特性之輔助幫浦之排氣速度比變化時之消耗電力。第1 5圖中’ 一點鎖線僅為主幫浦2 〇之消耗電力，藉由使輔助幫浦之排氣速度比變大之方式，急遽地減少消耗電力^但排氣速度比4%程度以上時，會收斂至主幫浦2〇之機械損失。虛線係將第1 4圖所示特性之輔助幫浦的消耗電力置換成與排氣速度比之關係者。實線為該等之和，其成為真空排氣裝置之消耗電力。、攸弟1 5圖實線所示之結果得知，相對於主幫浦2 〇之上、輔助幫浦3 〇之排氣速度比3 %程度為最低消耗電力。若檢 ^ Ϊ主幫浦20之吸入壓力40 0Pa，獲得50%節省能源率（參双，第12圖）時，上述排氣速度比為丨· 2%或9· 4%之任一種二 1 ’但^排氣速度比9· 4%之輔助幫浦會比1 · 2%之輔助幫浦即本貫施型態中之輔助幫浦3㈧大型，在比較裝設空擇排$ ^繁浦之能源中’不會發生不良情況。因而’若選能源ί ^度比3%以下之輔助幫浦，可獲得一種全體性節省過3^^向的真空排氣^置，另一方面，得知排氣速度比超、。另，助幫浦反而會削減節省能源效果。内，消♦ ^面，如第1 2圖實線所示，1 〇1^以下之吸入範圍壓力變^電^大^形成水平。該狀態係主幫浦2〇之送出部 ~ ’幫浦室内之壓縮作業變小至幾乎可以忽視時，

313947.ptd 第26頁 1267581 五、發明說明（19) 此處之消耗電力表示主幫浦2 〇之機械損將主幫浦20之吸入壓力提高時，消耗带=機械損失）。逐漸該情形表示在主幫浦20最終段，壓縮二亦將^漸上升。流氣體之作業）變成可目視之型態。主幫、U ^ j推回逆由於和送出部壓力具有比例性關係，為了 ^ f電一力所示之低消耗電力，輔助幫浦必須且又: 圖貫線時之吐出壓力之能力“具有可排氣至此處測量相異之乾式幫浦，進行設定之消耗電力上升1 0 %消耗電力時，獲得6. 5kPa至20kPa 因此’使用各種排氣速度吸入氣體量’其從到達壓力時力之，調查此時之辅助幫浦壓之值。該情形表示辅助幫浦3〇若不使用具有可排氣至 2〇kPa以下壓力之能力的幫浦時，在到達壓力時，不會獲得與主幫浦2 0之機械損失相等之消耗電力。接^ ’第1 6圖之實線係將本實施型態中的真空排氣裝置之排氣速度特性，與一點鎖線所示之不具有輔助幫浦時的排氣速度特性做比較。丨kPa以下之吸入壓力比不具有輔，幫浦時，排氣速度大約大丨〇%。再者，到達壓力從2pa提咼至1 Pa。其係因主幫浦2 〇之吐出口壓力降低，逆流氣體置變小，容積效率提高所造成。輔助幫浦3 〇之附加效果不僅止於消耗電力之減除，對提高排氣速度及到達壓力亦有效果。如上，、，依據本實施型態，由於可用具有小的排氣能力之輔助幫浦有效地減低主幫浦之消耗電力，因此可謀求全體真空排氣I置有效率地節省能源化。

313947.ptd 第27頁 1267581 五、發明說明（20) 以上’說明關於本發明之實施型態，但本發限於此，可依據本發明之技術性思想，做各種變、、例如以上之實施型態中，已說明使用單一之幫浦當作主幫浦2 0，但不限於此，例如亦可將直數段魯式型乾式真空幫浦所構成之複合型幫浦當幫浦使用。押且，以上實施型態中，已說明關於將補助幫在單一之主幫浦2 0的吐出側之構成，但例如如第示’本發明亦可應用於將並列配設複數台（圖中^ 主幫浦2 0 A至2 0 C吐出側，藉由一台輔助幫浦3 〇排成。圖示之例，係相對於各主幫浦2 〇人至2 〇 C裝設 2 8 A至2 8C，同時在與輔助幫浦3〇之間裝設開閉閥 1 1 C。各主幫浦2 〇 A至2 0 C係互相連接在不同的真3 之構件。此時，由於藉由各主幫浦2〇A至2〇c之動動輔助幫浦3 0之吸入氣體量，因此以對應主幫淹之動作台數使輔助幫浦之排氣速度（旋轉數）可佳。曰參照第1 1圖之真空排氣裝置1 〇，具體地說明明之真空排氣裝置之運轉方法。 $ 士藉由真空排氣裝置1 〇將真空處理室1從大氣漫氣時’首先藉由啟動輔助幫浦30且打開主閥丨 $拆氡。然後，藉由壓力計丨9在確認真空處理室 =達到1 0 4P a之時點，啟動主幫浦2 〇，將轉子之旋 …、例如3 6 0 0 r pm，使真空處理室1之真空度排氣至明當然不形。乾式真空列連接複作上述主浦3 0連接 17圖所 b 3台）之氣之構止回閥 11A至【處理室作台數變 20A至 20C 改變為關於本發 I真空排方式而開 1之真空轉數設定達到1P。

1267581 五、發明說明（21) 藉由採用如此之啟動方法之方式，可防止真空處理室1内部之微粒子飛散。即，從大氣壓排氣時，藉由僅啟動輔助幫浦3 0之方式，即使不如習知般地與主閥1 3並列裝設小口徑之旁通閥1 4，仍可緩速排氣。真空度達到1 Pa後，接著進入穩定運轉，但在該時點，由於排氣量少且止回閥2 8關閉，進行僅藉由輔助幫浦3 0之排氣，因此會減低真空排氣裝置1 0之消耗電力，亦將抑制噪音。第1 1圖之排氣配管1 5 使用公稱直徑40A之管路，但輔助幫浦30之排氣、其接續之主幫浦2 0之排氣中，由於排氣量少，可置換成例如公稱直徑1 0A(口徑1 0匪与3/8英吋）之管路，由於該口徑之管路可彎曲加工，故可減低配管之施工費。以上，已藉由實施例說明本發明之真空排氣裝置之運轉方法，但本發明當然不限於此，可依據本發明之技術思想，做各種變形。例如本實施例中，藉由輔助幫浦之排氣而啟動真空處理室達到所定真空度後之主幫浦時，使轉子以3 6 0 0 r pm旋轉，但在真空處理室達到所定真空度前，將主幫浦變流控制，使旋轉數從排氣量小的低旋轉數對應真空處理室之真空度而逐漸增加亦可，藉由該方式避免主幫浦啟動時之急遽的壓力變化，可啟動主幫浦而不造成輔助幫浦之負荷。 [產業利用性] 依據本發明之真空排氣裝置及真空排氣裝置之運轉方法，不僅可藉由簡單之構成比習知達成大幅度的節省能源，且可容易地進行緩速排氣。

313947.ptd 第29頁 1267581 圖式簡單說明 [圖式簡單說明] 第1圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置示意圖，且係使用多段式魯式型乾式真空幫浦當作主幫浦時之模型圖。第2圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置變形例示意圖，且係使用多段式魯式型乾式真空幫浦當作主幫浦時之模型圖。第3圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置變形例示意圖，且係使用多段式魯式型乾式真空幫浦當作主幫浦時之模型圖。第4圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置變形例示意圖，且係使用多段式魯式型乾式真空幫浦當作主幫浦時之模型圖。第5圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置變形例示意圖，且係使用多段式魯式型乾式真空幫浦當作主幫浦時之模型圖。第6圖係本發明之真空排氣裝置所使用的止回閥之一例之剖視圖。第7圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置變形例之大致配管構成圖。第8圖係本發明之第7圖所示之真空排氣裝置所使用的止回閥之一例之剖視圖。第9圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置變形例之大致配管構成圖。

313947.ptd 第30頁 1267581 圖式簡單說明第1 0圖係本發明之第9圖所示之真空排氣裝置所使用的止回閥之一例之剖視圖。第1 1圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置之大致配管構成圖。第1 2圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置作用說明圖，表示主幫浦的吸入壓力和全體裝置的消耗電力之關係。第1 3圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置作用說明圖，表示相對於主幫浦之輔助幫浦的排氣速度比和消耗電力比之關係。第1 4圖係代表性之輔助幫浦的排氣速度和消耗電力之關係之示意圖。第1 5圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置之消耗電力特性示意圖。第1 6圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置的吸入壓力和排氣速度之關係之示意圖。第1 7圖係本發明之實施型態中之真空排氣裝置變形例之大致配管構成圖。第1 8圖係多段式魯式型乾式真空幫浦之模型圖，表示多段式轉子之大小相等時。第1 9圖係多段式魯式型乾式真空幫浦之模型圖，表示在前段、中段、後段改變轉之子大小時。第2 0圖係多段式魯式型乾式真空幫浦之模型圖，表示比第1 9圖進一步將後段2個轉子縮小時。

313947.ptd 第31頁 1267581 圖式簡單說明第21圖係使用第18圖、第19圖及第20圖之轉子時的多段式魯式型乾式真空幫浦，其吸入壓力和排氣速度之關係之示意圖。第2 2圖係使用第1 8圖、第1 9圖及第2 0圖之轉子時的多段式魯式型乾式真空幫浦，其入壓力和消耗電.力之關係之示意圖。第2 3圖係獲得減低消耗電力之習知之真空排氣裝置模型圖。第2 4圖係習知之真空排氣裝置之大致配管構成圖。 13 19 20 20 22 24 27 28 30 壓力計乾式真空幫浦、多段式魯式型乾式真空幫浦 2 0 ’、2 0 A至2 0 C主幫浦 2卜2 1 ’本體真空處理室第1幫浦、第1真空幫浦第1排氣孔 1 2、1 5、2 5排氣配管吸附塔主閥馬達、24’送出部、2 9、3卜3 2配管 a第1止回閥、3 0 ’輔助幫浦 2、1 0真空排氣裝置 4 第2幫浦 6 第2排氣孔 8 控制閥 1 1 A至1 1 C開閉閥 14 旁通閥 23 吸入口 26 消聲器 2 8、2 8 A至2 8 C止回閥 28b 第2止回閥 40 外殼

313947.ptd 第32頁 1267581 圖式簡單說明 40A 公稱直徑 41 上本體 42 下本體 43 螺栓構件 44 閥室 45 閥座 46 球形閥體 47 檔止件 48 密封環 a、 b 箭頭 A 至大氣 B 從主幫浦 k 主幫浦和輔助幫浦之合計消耗電力 L 輔助幫浦之消耗電力 m 主幫浦之消耗電力 N 不具有輔助幫浦 Rr R 2、R 3、R 4、R 5、R 6 轉子 S 具有輔助幫浦 Ti 具有輔助幫浦時之消耗電力 /不具有輔助幫浦時之消耗電力X 100 T2 輔助幫浦排氣速度/主幫浦排氣速度X 1 0 0

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Claims

1267581 ::;案號91120409 h年屮月I日修正_ h 、 ‘··..」ϊ 上本講專科範圍 1. 一種真空排氣裝置，其特徵為，主幫浦之中間段或最後段之幫浦室吐出側連接有比前述主幫浦之排氣容量小的輔助幫浦之吸入側，而且與該輔助幫浦並聯連接僅容許氣體朝向大氣側流動之止回閥。 2. 如申請專利範圍第1項之真空排氣裝置，其中，使前述主幫浦之後段部至少一個幫浦室比前段部小，且比前段部之排氣容量小，而前述主幫浦之最後段之幫浦室吐出側連接有排氣用配管，該排氣用配管連接有止回閥，用於僅容許氣體朝向大氣側流動。 3. 如申請專利範圍第2項之真空排氣裝置，其中，前述止回閥係直列連接有複數個止回閥之構件。 4. 如申請專利範圍第3項之真空排氣裝置，其中，前述止回閥係具有得以在閥體内浮動之球形閥體之構件，前述球形閥體係將第1閥及第2閥直列連接之構件，該第1 止回閥係藉由前述主幫浦之排氣氣體壓力浮起且打開閥，在前述壓力以下藉由本體重量在下方之閥座入座且關閉閥，第2止回閥與前述第1止回閥相同。 5. 如申請專利範圍第4項之真空排氣裝置，其中，前述輔助幫浦並列連接在前述止回閥。 6. 如申請專利範圍第4項之真空排氣裝置，其中，連接前述第1止回閥和前述第2止回閥之空間，係連接在前述輔助幫浦之吸入側。 7. 如申請專利範圍第4項之真空排氣裝置，其中，前述球形閥體由中空之金屬球構成，表面以橡膠類被覆。

313947(修正版）.ptc 第34頁 1267581 修正 _案號 91120409 六、申請專利範圍 8. —種真空排氣裝置，具備：主幫浦；止回閥，連接在該主幫浦之吐出側且僅容許氣體從前述主幫浦朝向大氣側流動；輔助幫浦，在前述主幫浦之吐出側相對於前述止回閥並列配設且比前述主幫浦之排氣容量小；其中，前述輔助幫浦係於前述主幫浦之吸入壓力為 4 0 OPa中，以前述主幫浦排氣速度之3%以下的排氣速度運轉之幫浦。

9. 如申請專利範圍第8項之真空排氣裝置，其中，前述主幫浦係容積移動型之乾式真空幫浦，或將該乾式真空幫浦複數段直列地連接之複合型幫浦。 1 0 .如申請專利範圍第8項之真空排氣裝置，其中，前述主幫浦並列地配設有複數台，且前述輔助幫浦之吸入側連接在前述各主幫浦之吐出側。 1 1.如申請專利範圍第8項之真空排氣裝置，其中，前述輔助幫浦之到達壓力為20kPa以下。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之真空排氣裝置，其中，前述輔助幫浦係旋轉翼型（蓋德型）、活塞型、膜片型（薄膜型）或渦旋型之真空幫浦。 1 3. —種真空排氣裝置之運轉方法，其中，藉由真空排氣裝置，其具備主幫浦，連接在真空處理室；止回閥，連接在該主幫浦之吐出側且僅容許氣體從前述主幫浦朝向大氣側流動；和輔助幫浦，在前述主幫浦之吐出側相對於前述止回閥並列地配設，且比前述主幫浦之排氣容量小；使前述真空處理室從大氣壓或其鄰近排

313947(修正版）.ptc 第35頁和年沙月 I日修正 1267581 _案號 9Π20409 六、申請專利範圍氣時，最初啟動前述輔助幫浦，在前述真空處理室達到所定壓力後，啟動前述主幫浦。 1 4. 一種真空排氣裝置之運轉方法，其中，藉由真空排氣裝置，其具備主幫浦，連接在真空處理室；止回閥，連接在該主幫浦之吐出側且僅容許氣體從前述主幫浦朝向大氣側流動；和輔助幫浦，在前述主幫浦之吐出側相對於前述止回閥並列地配設，且比前述主幫浦之排氣容量小；使前述真空處理室從大氣壓或其鄰近排氣時，最初啟動前述輔助幫浦，在前述真空處理室達到所定壓力前，以排氣量小的低速旋轉啟動前述主幫浦，對應前述真空處理室之壓力，逐漸增大旋轉數。

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