(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のロータとこれらのロータにそれぞれ設けられた複数個の駆動軸とこれらの駆動軸の回転を支持する軸受と流体を吸入する吸気孔と前記複数個のロータを回転させるモータとで構成される第１の容積型粗引ポンプと、前記第１の容積型粗引ポンプの下流側に設けられた第２のポンプとを有する真空排気装置であって、前記第２のポンプは前記第１の容積型粗引ポンプの排気孔とのみに接続されることを特徴とする真空排気装置。
【請求項２】
第２のポンプは第１の容積型粗引ポンプの排気孔のみを排気することを特徴とする請求項１に記載の真空排気装置。
【請求項３】
第２のポンプは第１の容積型粗引ポンプと着脱可能に独立に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の真空排気装置。
【請求項４】
複数個のロータとこれらのロータにそれぞれ設けられた複数個の駆動軸とこれらの駆動軸の回転を支持する軸受と流体を吸入する吸気孔と前記複数個のロータを回転させるモータとで構成される第１の容積型ポンプと、前記第１の容積型ポンプの下流側に設けられた第２のポンプとを有する真空排気装置であって、前記第２のポンプは前記第１の容積型ポンプよりも排気容量が小さく、かつ、前記第１の容積型ポンプの排気孔とのみに接続され、更に、前記第２のポンプと並列に開閉可能なバルブとを備えたことを特徴とする真空排気装置。
【請求項５】
第２のポンプは第１の容積型ポンプと着脱可能に独立に設けられたことを特徴とする請求項４に記載の真空排気装置。
【請求項６】
複数個のロータとこれらのロータにそれぞれ設けられた複数個の駆動軸とこれらの駆動軸の回転を支持する軸受と流体を吸入する吸気孔と前記複数個のロータを回転させるモータとで構成される第１の容積型粗引ポンプと、前記第１の容積型粗引ポンプの下流側に設けられた第２のポンプとを有する真空排気装置であって、前記第２のポンプへの流体の吸入は前記第１の容積型粗引ポンプからのみであることを特徴とする真空排気装置。
【請求項７】
第１の容積型ポンプで真空チャンバー内のガスを排気し、第１の容積型ポンプの下流側に設けられた第２のポンプで前記第１の容積型ポンプの空隙部を排気することを特徴とする真空排気方法。
【請求項８】
第１の容積型粗引ポンプで真空チャンバー内のガスを排気して所定の真空圧にした後、前記第１の容積型粗引ポンプの下流側に設けられた第２のポンプと並行に配置された開閉可能なバルブを開放にし、前記第２のポンプで前記第１の容積型粗引ポンプの排気孔近傍を排気することを特徴とする真空排気方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体製造設備の真空チャンバーなどの排気に用いられる真空ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造プロセスにおけるＣＶＤ装置，ドライエッチング装置，スパッタリング装置などには、真空環境を作りだすために真空ポンプが不可欠である。この真空ポンプに対する要望は、半導体プロセスの高集積化，微細化に対応するため、近年ますます高度になってきており、その主な内容は、高い真空到達圧が得られること、クリーンであること、メンテナンスが容易なこと、小型・コンパクトであること等である。
【０００３】
さらに半導体プロセスの複合化に伴い、複数個の真空チャンバーを独立させて真空排気する、いわゆるマルチチャンバー方式が半導体製造設備の主流を占めるようになっている。したがって半導体設備に用いられる真空ポンプの台数は、今後ますます増加する傾向にある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上の半導体設備の真空排気系の要請に答えるため、従来から用いられていた油回転ポンプに代り、より清浄な真空を得ることを目的として、粗引用のドライ真空ポンプが広く用いられる様になっている。しかしこのドライ真空ポンプには次の様な問題点があった。
【０００５】
（１）消費動力が大きい。
【０００６】
（２）騒音、振動が大きい。
【０００７】
（３）到達圧力が不十分である。
【０００８】
以下、まず上記（１）を最初に、もう少し詳しく説明する。半導体設備に用いられる真空ポンプの作業時間の内分けを
▲１▼真空チャンバー内の大量の気体を排気するために要する時間
▲２▼既に到達している真空圧を維持するために要する時間
の２つに分けて考えると、▲２▼の時間の▲１▼に対する比率が大倒的に大きい。
【０００９】
▲２▼のプロセスにおいては、真空ポンプは気体を輸送するという仕事をしないため、真空ポンプがする仕事は原理的にはゼロのはずである。しかるに従来のドライ真空ポンプは▲１▼▲２▼を問わず、消費動力は極めて大きい。上記▲１▼はともかくとして、▲２▼のプロセスになぜかくも大きなエネルギー消費が必要なのか、というのが当初我々が抱いた素朴な疑問であった。
【００１０】
以上の点に留意して、後述する従来のスクリュー式粗引ポンプの吸気圧に対する消費動力の関係（図４に従来例を示す）を見ると、
（１）吸入圧が１０3ｔｏｒｒ近傍、すなわち真空ポンプが真空チャンバーから大きな重量流量を排気する始動時では消費動力は４．０ＫＷである。
【００１１】
（２）吸入圧が十分降下した段階では、消費動力は３．２ＫＷである。
【００１２】
上記（２）の（１）に対する消費電力の比率は８０％程度である。
【００１３】
数十台、あるいは数百台のドライ真空ポンプが同時に稼働している半導体工場全体をとらまえたとき、有効な仕事に寄与しない実に無駄なエネルギー消費がなされているのである。なぜ無駄なエネルギー消費なのか、ということについて、ツイン・ロータ型のスクリュー式真空ポンプを例にとり、詳しく説明する。
【００１４】
このツイン・ロータ型真空ポンプは、図２８に従来例（ねじ溝形状のスクリュー式）を示す様に、ケーシング内６０２に収納された２つのロータ６００ａ，６００ｂがそれぞれ逆方向に凹凸の溝６０８ａ、６０８ｂを互いにかみ合わせながら、回転するものである。気体は吸気孔６０１から吸入し、排気孔６０２から排出される。６０３ａ，６０３ｂはロータと一体化した回転軸、６０５ａ，６０５ｂ，６０６ａ，６０６ｂは回転軸６０３ａ，６０３ｂを支持する玉軸受、６０７ａ，６０７ｂは２つのロータの同期回転を得るためのタイミングギヤである。なお、この種のドライポンプは、排気の際の流体抵抗を極力減らすために、通常排気孔６０２には吐出弁（逆止弁）は設けない。
【００１５】
図２９（ａ）〜（ｃ）は、実施例のポンプの吸気→輸送→排気の各行程（Ｎ＝０〜４）をモデル化して図示したものである。図中の鎖線で描かれる部分は、ロータを失視したとき、表面からは見えない裏面のねじ溝６０８ａ，６０８ｂを示している。中心部と両端部のＳは各ロータ６００ａ，６００ｂのねじ溝が噛み合うことによりシールラインを形成する部分（図２８にも図示）を示している。したがってこの種のねじ溝式のツインロータ型ポンプでは、上記シールラインＳとねじ溝６０８ａ，６０８ｂ及びケーシング６０２により、流体を吸気側から排気側へ運ぶ流体移送空間を形成する。ここで流体移送空間の左半分をｎ＝１〜５、右半分をｎ'＝１〜５とする。ツインロータの左側のロータ６００ａに形成される移送空間がどの様に流体を移送していくかを、左半分の流体移送空間に着目して、以下順次説明する。
【００１６】
（１）Ｎ＝０は吸気行程開始直後を示し、ここで吸気側から矢印のごとくｎ＝１の溝に収容される気体に着目する。
【００１７】
（２）Ｎ＝１回転目で気体はｎ＝２の溝に移動し、吸気側と完全に遮断された密閉空間に閉じこめられる（Ｎ＝２，３の説明は省略）。
【００１８】
（３）Ｎ＝４回転目でｎ＝５の溝の一部は排気側と連絡し、連絡した直後に高圧の排気側の気体はｎ＝５の溝内部に逆流する。その後溝内部に流入した気体は、行程の進行にともなって、再度排気側に流出することになる。
【００１９】
前述した様に、吐出弁（逆止弁）をもたないドライ真空ポンプの吸気側が十分に低い真空圧に到達しているにもかかわらず、大きな動力を必要とする理由は、上記（３）のプロセスを伴うからである。
【００２０】
ここで、Ｎ＝４回転目以後のスクリュー式真空ポンプの動作状況を図３０に示す様に直動式ポンプにおきかえてみる。図３０において、７００は真空チャンバー、７０１はシリンダ、７０２は吸気側の流体移送空間、７０３は排気側の流体移送空間、７０４はピストン、７０５はピストンロッド、７０６は吸気排管、７０７は吐出排管、７０８は反応性ガスを処理するための吸着塔、７０９は工場配管である。流体移送空間７０２の圧力は十分に低く、空間７０３の圧力はほぼ大気圧（Ｐ＝１ｋｇ／ｃｍ2）に近い。したがって図３０からわかる様に、この行程ではピストン７０４前後にΔＰ＝１ｋｇ／ ｃｍ2程度の大きな差圧が加わり、この差圧（外部負荷）に抗して、ピストン７０４は右方向へ移動せねばならない。この仕事は有益な作業に全く貢献しない無駄なエネルギーロスでしかない。直感的に理解しやすくするために、スクリュー式真空ポンプを直動式におきかえて説明したが、これはスクリュー式に限らず容積式真空ポンプの共通の課題である。
【００２１】
吐出行程時の排気側からのシリンダ室への逆流を防止するために、圧縮機で用いられる様に、吐出弁（逆止弁）を設ける方法が考えられる。しかし、
▲１▼真空ポンプは排気圧が圧縮機と比べて低圧（大気圧に近い）であり、体積流量が大きい。
【００２２】
▲２▼半導体設備では大排気量（例えば５００l／ｍｉｎ以上）が必要とされる。
【００２３】
上記▲１▼▲２▼の理由から、吐出弁の最大開孔通路面積は十分大きくとらねばならない。そのためには吐出弁のリフト（移動量）を十分大きくとらねばならず、吐出弁も大型化するが、これと吐出弁に必要なレスポンス（応答性）は相矛盾する関係にある。したがって実用的に満足のいく吐出弁の構成は、ドライ真空ポンプとして用いられるスクリュー式、クロー式、スクロール式等を想定したとき、一般に困難であった。
【００２４】
また前述した（２）騒音・振動が大きいという、ドライ真空ポンプの課題も、吐出弁を設けても弁と流体の連成振動による騒音が増すだけで解決策とはならない。
【００２５】
本発明は従来の真空ポンプが抱える上述した課題に答えるものであり、真空排気装置における第１の容積型ポンプの消費電力を低減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。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明にかかる真空排気装置では、吸気孔に近い方に設けられた第一のポンプ部分（上流側ポンプ部分）と、吐出孔に近い方に設けられ、前記第１ポンプ部分よりも排気流量の小さな第２のポンプ部分（下流側ポンプ部分）より構成される。
【００２７】
この発明にかかる真空排気装置は、第２のポンプ部分を粘性型あるいは容積型のいずれで構成してもよい。
【００２８】
この発明にかかる真空排気装置は、第１のポンプ部分と第２のポンプ部分が連続的に継ながった、共に容積式ポンプで形成してもよい。たとえば、ねじ溝（あるいはスクリュー）のピッチが下流側に向かって徐々に減少していく様な構成でもよい。
【００２９】
この発明にかかる真空排気装置は、ハウジング内に収容された複数個のロータ及びこれらのロータと一体化した複数個の駆動軸と、これらの駆動軸の回転を支持する軸受と、前記ハウジングに形成された流体の吸入口および吐出口と、前記複数個のロータをそれぞれの駆動軸に結合したモータで同期回転させる手段と、前記複数個のロータおよび前記ハウジングで形成される閉空間の前記吸入口側から前記吐出口側への移動を利用して流体の吸入吐出を行う容積式の真空排気装置において、前記複数個のロータの外表面には互いに噛み合うねじ溝あるいはスクリューを形成して容積式ポンプ部分を構成すると共に、前記閉空間の容積が前記吸入口側から前記吐出口に向かって連続的に減少する様に前記ねじ溝あるいはスクリューの形状が形成されるように粗引ポンプを構成すればよい。
【００３０】
さらにこの発明にかかる真空ポンプでは、ハウジング内に収納された複数個のロータと、このロータをそれぞれ独立して回転駆動するモータと、前記モータの回転角及び回転数を検知する検出手段と、前記検出手段からの信号によって前記複数個のモータの回転を電子的に同期制御すると共に、前記ロータ及び前記ハウジングで形成される密閉空間の容積変化を利用して流体の吸入排気を行う容積型のポンプを構成して、これを第１のポンプ部分とし、かつ第２のポンプの部分も同様に前記ロータと前記ハウジング間に形成することにより、タイミングギヤを省略でき、真空ポンプの一層の高速回転が図れる。
【００３１】
【作用】
本発明による真空ポンプでは、下記［１］［２］の組み合わせから構成されている。
【００３２】
［１］排気量が上流側と下流側で異なる２つのポンプが、シリーズに連結して、あるいは連続的に繋がって形成されている。すなわち、
▲１▼大きな排気量が得られる第一のポンプ部分（上流側ポンプ部分）
▲２▼排気量は小さいが十分に低い真空圧が得られる第二のポンプ部分（下流側ポンプ部分）
［２］上記ポンプ▲１▼▲２▼を構成する複数個のロータは、それぞれの駆動軸に結合したモータによって高速同期回転する。
【００３３】
上記［１］のポンプ構成において、第一と第二のポンプ部分の中間部の圧力が十分に低く、Ｐ≒０と仮定する。このとき第一のポンプ部分▲１▼は真空状態にあるため、排気容積が十分に大きくても損失はほとんど発生しない。したがって、ポンプ全体の定常状態における損失トルクＴは、大気と上記中間部との圧力差（ΔＰ≒１ｋｇ／ｃｍ2）と第二のポンプ部分▲２▼の受圧面積との積で決まることになる。また第二のポンプ部分▲２▼の排気量は十分に小さいため受圧面積も小さい。その結果上記［１］のポンプ構成では、排気量が上流側・下流側で等しい従来ポンプと比べて、消費動力は大きく低減することになる。
【００３４】
しかし実際は排気側（大気圧状態）から、上流側のポンプ部分▲１▼▲２▼に流入する内部リークが発生する。そのため、従来の粗引ポンプに排気量の異なる第一と第二のポンプ部分を設けても、上記中間部の圧力は低くならず、思惑通りには消費動力は低下しない。
【００３５】
ここで、上記［２］の多軸独立駆動によりポンプを高速回転させれば、内部リークの影響が低減できることに着目する。この多軸独立駆動により、タイミングギヤ、伝達ギヤに大きなトルク伝達を必要とした従来容積式ポンプの高速化のネックが解消される。ポンプの一行程中の気体の漏れ総量は、ポンプの一行程に要する時間に比例するので、高速回転であれば排気側から上流側のポンプ部分に流入する内部リーク総量は低減できる。その結果、第一と第二のポンプ部分の中間部の圧力は低くなり、消費動力は低下する。
【００３６】
すなわち、上記［１］×［２］の組み合わせがもたらす相乗効果により、本発明からなる真空ポンプは大幅な消費動力の低減が図れるのである。
【００３７】
上記▲１▼▲２▼のポンプでは独立して設けられていても、あるいは連続的に形成されていても効果は同様である。たとえば、スクリュー（ねじ溝）式を用いた場合、上記▲１▼▲２▼のポンプを独立して設ける場合はねじ溝のピッチの大きなポンプを上流側に設け、ピッチの小さなポンプを下流側に設ける。▲１▼▲２▼のポンプを連続的に設ける場合は、たとえば、ねじ溝のピッチが排気側に向かって徐々に小さくなるように溝形状を形成する。
【００３８】
ポンプが真空引きを開始した直後の状態では、上記▲１▼のポンプが有効に働き、大きな重量流量の排気を行う。真空ポンプの上流側に継ながった真空チャンバーの容積が小さければ、チャンバー内は通常数秒以内で十分に低い真空圧まで降下する。この状態で、大気側（吐出側）に継ながっているのは、排気量の小さな上記▲２▼のポンプであり、したがってポンプの排気（受圧面積）で決まるトルクは小さい。
【００３９】
上記▲２▼のポンプは、排気流量は十分小さくてもよいため、容積型、粘性型等いずれの型式のポンプでもよい。
【００４０】
さらに上記▲１▼と▲２▼のポンプの中間部にバルブを形成して吐出孔を別途設けることにより、真空チャンバーの排気時間を一層短くできる。ポンプが真空引きを開始した直後の状態では、上記▲１▼のポンプにより大きな重量流量の排気を行ない、▲１▼と▲２▼の各ポンプの中間部に設けられた第１の排気孔より開放されたバルブを通過して吐出される。第１のポンプの吸気側が十分に低い真空圧に到達した段階では、上記バルブは閉じ込められており、その代わりに▲２▼のポンプの下流に設けられた第２の排気孔だけがポンプ外部の排気側と連結することになる。このとき第１のポンプ▲１▼の排気側は、ポンプ▲２▼によって十分に低い真空圧となっている。したがって第１のポンプ▲１▼を回転させるに要する動力は大幅に低減する。▲２▼のポンプは排気量が小さいためその動力も小さい。したがってトータルとしての動力▲１▼＋▲２▼も同様に大幅に低減することになる。
【００４１】
上記いずれの場合も、第１のポンプ▲１▼は真空中で回転するのと同じ状態となるため、従来のドライ真空ポンプの様な排気側からの気体のポンプへの逆流と、それにともなう周期的な脈動音の発生も低減できる。また、例えばねじ溝（スクリュー）の羽根が高速回転するとき発生する風切り音も大幅に低減できる。
【００４２】
さらに多軸駆動方式に、電子制御による非接触同期運転方式を用いれば、タイミングギヤの接触音がなくなるため、元来粗引ポンプが持っていた騒音源のすべてを大幅に削減することができる。
【００４３】
【実施例】
以下本発明の実施例について次の順序で説明する。
【００４４】
［１］本発明の原理について
［２］ねじ溝（スクリュー）ポンプによる第一の実施例
［３］半導体設備における本発明の使用例
以下まず上記［１］について説明する。
【００４５】
本発明の第１実施例の真空排気装置を直動式の真空ポンプを用いてモデル化すると図１（ａ）及び図１（ｂ）の様になる。ここで図１（ａ）は真空チャンバーからの排気を開始した直後の状態、図１（ｂ）は真空チャンバー内が十分に低い真空圧に到達した状態を示す。１は真空チャンバー、２はシリンダ、３は吸気側の流体移送空間、４は排気側の流体移送空間、５はピストン、６はピストンロッドである。ここで部材２，３，４，５，６で構成されるポンプを第１の真空ポンプとする。７は第２の真空ポンプ、８は前記第１の真空ポンプと第２の真空ポンプ７の中間部に設けられた第１の排気孔、９は第２の真空ポンプの排気側に形成された第２の排気孔、１０は連結部、１１は８と１０の中間部に設けられたバルブである。１２は反応性ガスを処理するための吸着塔、１３は工場配管である。
【００４６】
▲１▼排気開始直後の状態
このときは真空チャンバー１から大量の気体が真空ポンプ内に吸入されると共に、排気側にも同量の気体が排出される。このときバルブ１１は図１（ａ）に示すように、開放状態にあり、排出された気体は吸着塔１２を経て、工場配管１３へ放出される。
【００４７】
▲２▼真空チャンバー内圧力が十分に低い真空圧に到達した状態
このときは真空チャンバー１内から吸引される気体の重量流量は極めて少ない。真空チャンバー１内に反応性ガスを流す場合もせいぜいＱ＝５０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎ程度（反応性ガスの圧力は１気圧程度）の微少流量である。
【００４８】
図１（ｂ）に示すように、第１の排気孔８から排気側へ継がる通路はバルブ１１により閉じられている。このとき第２のポンプ７が大きな圧力差を保ったままで、微少流量の気体を輸送している。第２のポンプは排気量は極めて小さいが、十分に低い真空到達圧が得られるポンプ構造が選定されている。
【００４９】
したがって本発明の真空排気装置では、従来ポンプの場合の様な、排気行程における排気側から流体移送空間４の気体の逆流は少ない。流体移送空間４の圧力は十分に低く、ピストン５前後の圧力差も僅少である。したがって第１の真空ポンプのエネルギーロスを僅少にできる。
【００５０】
第２のポンプ７は後述する様に、粘性ポンプあるいは浅い溝のスクリュー式ポンプ等のいずれを用いてもよいが、第１のポンプと比較した場合、排気量が小さいために十分に 低トルクにできる。したがって本発明の真空排気装置においては、装置全体の消費動力を大幅に低減できるのである。
【００５１】
［２］ねじ溝ポンプによる第１の実施例の説明
以下本発明の実施例について、図２及び図３をもとに説明する。
【００５２】
ここで図３（ａ）は［１］排気開始直後の状態、図３（ｂ）は［２］真空ポンプの吸気側、すなわち真空チャンバー内が十分に低い真空圧に到達した状態を示す。
【００５３】
５０ａ，５０ｂはスクリュー（ねじ溝）ロータ、５１は吸気孔、５２はロータ５０ａ，５０ｂを収納するハウジング、５３は第１の排気孔である。
【００５４】
５１，５０ａ，５０ｂ，５２，５３で容積型のスクリューポンプ（第１のポンプ）を構成している。５４ａ，５４ｂは前記ロータ５０ａ，５０ｂの同軸上に形成されたスパイラルグルーブによる粘性ポンプ（第２のポンプ）、５５は粘性ポンプの排気側に設けられた第２の排気孔、５６はバルブのスプール、５７はバルブの開孔部、５８はスプールに軸方向荷重を与えるためのバネである。５６，５７，５８で制御バルブ５９を構成している。６０は各ロータ５０ａ，５０ｂの回転を支持する軸受（６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ）が収納された下部ハウジング、６４ａ、６４ｂは前記ロータ５０ａ、５０ｂと一体化した回転軸、６１ａ，６１ｂは各ロータのスクリュー溝の同期をとるためのタイミングギヤである。６５はＮ2ガスパージの外部からの流入部、６６は第１のポンプの排気側空隙部である。
【００５５】
▲１▼排気開始直後の状態
真空チャンバー（後述する図５の１００）に継ながる吸気側は、例えば大気に開放された状態にあり、吸気圧は大気圧と同オーダーである。吸気孔５１から、スクリュー５０ａ、５０ｂによって輸送された気体は、第１のポンプの排気側である空隙部６６で若干圧縮された状態となる。
【００５６】
スプール５６前後の圧力差とバネ５８の推力とのバランスによって、空隙部６６の圧力が高い圧力のときには、制御バルブ５９が開放状態になる様にバネ５８の力が設定されている。従って密度の十分に高い気体を輸送するときには、ほとんどの気体は図３（ａ）の矢印の流路を経て外部へ流出することになる。
【００５７】
▲２▼吸気側が低い真空圧に到達した状態
このときは空隙部６６の圧力が低下しているために、バブル５９は閉じた状態になる。しかし第２のポンプである粘性ポンプは常に働いているため、空隙部６６に残存している気体は第２の排気孔５５を経て外部へ排出される。また第一のポンプの吸気側から反応性ガス、Ｎ2が流入する場合も、前述した様に、せいぜいＱ＝５０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎのオーダーの微小流量である。この程度の流量ならば、粘性ポンプで十分に排出できる。従って、第１のポンプであるスクリューポンプ５０ａ、５０ｂの排気側（空隙部６６）の圧力は十分に低圧の状態を維持することができる。
【００５８】
第２のポンプである粘性ポンプと、スクリュー式、クロー式の様な異形ロータを回転させる場合と比較すると、粘性ポンプの溝深さは数ミクロンから数十ミクロンのオーダーであるため、風損は極めて小さい。
【００５９】
実施例では、スクリューポンプの排気側６６の圧力は、低省費動力、低騒音化だけを目的とするならば、それ程低下させる必要はなく、０．２〜０．３ｋｇ／ｃｍ2程度で十分な効果が得られた。また反応性ガスの軸受部、モータ部への侵入を防止するために、Ｎ2ガスパージを行う場合も、図２で示す様に、このＮ2ガスが第２の排気孔５５に連結する様に流通路を形成しておけば、空隙部６６の圧力を上昇させることはない。本実施例による真空ポンプでは、バルブ５９は一度閉じてしまえば、その後は常に閉じた状態を保つ。もし従来の吐出バルブを用いたとすれば、Ｎ2ガス、反応性ガス等の気体がたとえ微少量であっても、ポンプの排気側へ圧送されてくるためバルブはやはり開閉をくり返すことになる。その結果やはり騒音は発生するのである。本発明ではマイクロポンプ（第２のポンプ）によって微小量のＮ2ガス、反応性ガス等は連続的かつスムーズに排気される。そのため極めて静粛な状態を保ったままで長期の連続運転が可能となるのである。また本実施例に用いられる制御バルブ５９には、圧縮機の吐出弁の様な高いレスポンス（応答性）は不要である。従来の吐出弁ではレスポンスを高くするということと、開孔面積を大きくとるということとは相矛盾する関係にあったが、本実施例では、開孔面積を十分に確保することに重点をおいたバルブ５９の設計が容易である。また実施例では、真空ポンプの吸気側が突如大気に開放された非常時の場合でも、バルブのスプール５６を支持するバネ５８が収縮することにより、バルブを開放状態にできる。これによって非常時の真空ポンプの破損防止が図れる。
【００６０】
図４に、本発明による真空ポンプの吸気圧に対する消費動力の特性の一例を従来例と共に示す。
【００６１】
［３］半導体設備における本発明の使用例
図５において１００は真空チャンバー、１０１はロードロック室、１０２は上記１００，１０１間のゲート、１０３は大気と上記１０１間のゲート、１０４はスロットルバルブ、１０５はバルブａ、１０６はバルブｂ、１０７はバルブＣ、１０８は本発明の粗引ポンプ、１０９は反応性ガス源、１１０はマスフローコントローラ、１１１はＮ2ガス源、１１２は切換えバルブ、１１３はターボ分子ポンプ、１１４は吸着塔、１１５は工場配管である。上記設備における真空排気系の動体手順は次の様である。
【００６２】
▲１▼装置の動作開始時において、ゲート１０２，１０３を遮断して、粗引ポンプ１０８を作動させ、真空チャンバー１００、ロードロック室１０１内の気体を排除する（ロードロック室１０１の真空排気系は図示せず）。この行程では、バルブ１０７を遮断した状態でバルブ１０６を開放しておく。
【００６３】
▲２▼真空チャンバー１００内の圧力が十分降下した段階でバルブ１０６を閉じ、バルブ１０７を開放して、粗引ポンプ１０８を駆動したままでターボ分子ポンプ１０７を駆動させる。
【００６４】
▲３▼真空チャンバー１００内の圧力が所定の真空圧に到達した後、真空チャンバー内にＮ2ガスを微少量流す。これは真空チャンバー１００内の残留ガス（Ｈ2Ｏを含む）を排除するためである。ロードロック室１０１も同様に真空引きする。ゲート１０２を開放してウェハーを真空チャンバー内に導入する。
【００６５】
▲４▼ゲート１０３、１０２を遮断後、反応性ガス１０９を真空チャンバー１００に導く。このとき真空チャンバー１００内の圧力を検知しながら、マスフローコントロール１１０によりガス量の制御を行う。ウェハーの処理が終了した段階で、Ｎ2ガスを再度真空チャンバー内に導いて反応性ガスを真空チャンバーから排出する。
【００６６】
▲５▼ゲート１０２を開きウェハーを取りだし、ロードロック室１０１へ返還する。
【００６７】
上述した行程において、生産が続けられる限りは、上記行程▲５▼→▲２▼へもどり、再度同じ行程をくり返すことになる。ここで上述した行程における粗引ポンプ１０８に着目して粗引ポンプの負荷状況を整理すれば、次の様である。
【００６８】
（１）行程▲１▼つまり、真空チャンバー内の空気を排除する段階でのみ、粗引ポンプは大量の気体を輸送する。この行程はほんの数秒から数十秒で完了する。
【００６９】
（２）行程▲２▼以降、すなわち、ターボ分子ポンプと粗引ポンプを同時に用いる段階では、粗引ポンプ１０８はターボ分子ポンプ１１３の排気側圧力を下げる目的で用いられており、輸送する気体の重量流量はごく僅かである。行程▲２▼，▲３▼，▲４▼でＮ2ガス及び反応性ガスを輸送するが、しかし流量はせいぜいＱ＝５０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎ程度である。
【００７０】
したがって、以上の一実施例で示した様に、半導体製造行程における粗引ポンプが、密度の高い気体を輸送する時間の総稼動時間に対する比率はごく僅かであり、ほとんどが大気と真空チャンバー間の圧力差を維持する目的か、あるいは上段にあるターボ分子ポンプの排気側圧力を下げる目的で用いられているのである。前述した様に、半導体設備のマルチチャンバー化によって、真空排気系に用いられる真空ポンプの数はますます増加し、また排気量も大型化する傾向にある。したがって本発明の真空ポンプの導入により、半導体工場全体の大幅な省エネルギー化が可能となるのである。
【００７１】
（第２の実施例）
以下本発明の他の実施例について説明する。
【００７２】
図６には第２のポンプに粘性ポンプではなく容積型のスクリュー（ねじ溝）ポンプを使った場合を示す。２つのロータには、お互いに噛み合う様に溝幅、溝深さの小さいマイクロ・スクリュー３００ａ、３００ｂが形成されている。スクリューポンプの駆動トルクは、溝深さ、溝幅で決まる排気容積に比例するため、この場合も第２のポンプに必要な駆動トルクも小さくてすむ。従って定常運転時の大幅な動力削減の効果が得られるのである。
【００７３】
（第３の実施例）
以上の本発明の適用例は、容積の大きな真空チャンバー内の気体を短い時間で排気せねばならない場合であった。
【００７４】
真空チャンバーの容積が十分小さければ、第１のポンプと第２のポンプの中間部に設けるバルブ（図２の５９）と第１の排気孔（図２の５３）を省略することができる。その理由は、真空チャンバーの容積が小さければ、第２の排気孔だけから気体を排出させることにより、真空チャンバーを短い時間で十分に低い真空圧に到達させることができるからである。排気開始直後は気体が第２のポンプを通過する際に吸入気体は圧縮されるが、その時間が短ければ実用上は支障はない。図７にその実施例を示す。２５０ａ、２５０ｂはねじ溝ロータ、２５１は吸気孔、２５２はロータ２５０ａ、２５０ｂを収納するハウジング、２５３は排気孔、２５４ａ、２５４ｂは各ロータに形成されたねじ溝である。
【００７５】
また、各ロータの排気孔２５３に近い側に、溝面積の小さなねじ溝２５５ａ、２５５ｂが互いにかみ合う様に形成され、容積型のマイクロ・スクリューを構成している。
【００７６】
２５５は各ロータを支持する軸受（２５６ａ、２５６ｂ、２５７ａ、２５７ｂ）が収納された下部ハウジング、２５８ａ、２５８ｂは前記ロータ２５０ａ、２５０ｂと一体化した回転軸、２５９ａ、２５９ｂは各ロータの同期をとるためのタイミングギヤである。
【００７７】
（第４の実施例）
図８及び図９は下流側ポンプ部分（第２のポンプ）のシール性能の向上を図ることにより、一層の低トルク化を図った例である。
【００７８】
２８０ａ、２８０ｂはねじ溝ロータ、２８１ａ、２８１ｂは上流側ねじ溝、２８２ａ、２８２ｂは下流側ねじ溝である。上流側ねじ溝２８１ａ、２８１ｂとハウジング２５２で第１のポンプを構成している。
【００７９】
ハウジング２５２と下流側ねじ溝２８２ａ、２８２ｂの間で、溝幅が大きく、溝深さを極力浅くした容積形のマイクロ・スクリュー（第２のポンプ）を構成している。
【００８０】
さて、低トルク化の効果を得るためには、第２のポンプの上流側である中間部２８３の圧力が極力低い方が好ましい。中間部２８３の圧力を下げるためには、
▲１▼第２のポンプの排気容量を上げる。
【００８１】
▲２▼吐出側から上流側への逆流（図９中の矢印Ａ）を減らす。
のいずれかの方策が必要である。
【００８２】
▲１▼の場合、排気容積とトルクは比例関係にあるため、この方法では低トルクの効果は薄らいでしまう。そこで本実施例では上記▲２▼に着目することにより、一層の低トルク化を図ることができた。
【００８３】
下流側から上流側の内部リーク：Ｑは、ロータが収納されるハウジングの内径をｄ、隙間をδ、ねじ溝凸部の幅をＢ、気体の粘性係数をμ、圧力差△Ｐとしたとき、
【００８４】
【数３】
0003723987.tif 000002
【００８５】
隙間δを小さくすれば内部リークＱが減るが、真空ポンプの場合、部材の熱膨脹、遠心膨脹、加工、組立精度等を見込んだ余裕分をとらねばならず限界がある。そこでねじ溝の幅Ｂを大きくすることにより、内部リークの低減を図った。すなわち第１のポンプのねじ溝の凸部の幅Ｂ1と溝深さｈ1、第２のポンプの凸部の幅Ｂ2、溝深さｈ2としたとき、次の条件が成り立つ様に溝形状を決定した。
【００８６】
【数４】
0003723987.tif 000003
【００８７】
【数５】
0003723987.tif 000004
【００８８】
上記（数４）（数５）により、ロータとハウジング間の隙間が十分大きくしても、シール効果が得られるため、一層のトルクダウン効果が図れる。
【００８９】
（第５の実施例）
図１０は、第１のポンプ部分と第２のポンプ部分を独立したポンプとするのではなく、２つのロータとハウジングで形成される流体移送空間の容積が、排気側へ向かって連続的に減少する様に構成したポンプを示す。
【００９０】
２９０ａ、２９０ｂはねじ溝ロータ、２９１ａ、２９１ｂは上流側ねじ溝、２９２ａ、２９２ｂは下流側ねじ溝である。ねじ溝のピッチが排気側に向かって徐々に小さくなっており、気体の排気能力（排気容量）は上流側ねじ溝の形状によって、またトルクに大きな影響を与える再膨脹流量は下流側ねじ溝の形状によって決まることになる。本実施例の原理と効果は、基本的には例えば図７の場合と同じである。第１のポンプ部分と、第２のポンプ部分の区別を明確にするため、本発明ではロータの上半分（図１０のＡＡ）を第１のポンプ部分、下半分（図１０のＢＢ）を第２のポンプ部分と定義することにする。
【００９１】
ねじ溝（あるいはスクリュー溝）を排気側へ向かって連続的に減少させることにより、ねじ溝内部の圧力分布を均一化し、流体の流れをスムーズにできる。その効果として、同期運転を阻害する始動時におけるトルク変動が低減する。
【００９２】
また図２と図１０を比較すれば分かるように、第一のポンプ部分と第二のポンプ部分の間に必要な空隙が不用となり、ロータの軸長を小さくできる。その結果、２モータによる同期運転が容易となり、さらなる高速化が図れる。
【００９３】
（第６の実施例）
図１１、図１２は、前述した第１、第２のポンプに加えて、サブ・ポンプを附加することにより、軸受に加わるスラスト荷重を軽減して擢動損失を減らして、ポンプのさらに低トルク化を図った場合を示す。５００ａ、５００ｂは第２のポンプ、５０１ａ、５０２ｂはサブ・ポンプ、５０２は第２のポンプとサブ・ポンプの中間部にその開孔部が形成された第２の排気孔、５０３ａ、５０３ｂはロータ内部空間に設けられたシール部である。
【００９４】
第２のポンプは前述した実施例と同様に、第１のポンプの排気側６６から第２の排気孔５０２に気体を圧送するのに対して、サブ・ポンプは第２のポンプと逆方向に気体を圧送する。すなわちサブ・ポンプはスクリュー・ロータ５０ａ、５０ｂの内部空間５０２ａ、５０２ｂの気体を排出する様に作用する。スクリュー真空ポンプの軸受部には、非常に大きな負荷容量を見込んだ設計が必要とされる。ラジアル負荷はさ程ではないが、スラスト負荷は極めて大きい、その理由は２つのロータの軸に垂直な両端面の圧力差が直接ロータのスラスト荷重となるからで、例えば△Ｐ＝１ｋｇ／ｃｍ2、ロータ径１０ｃｍ2の場合、軸受部にはスラスト荷重Ｆ＝７８．５ｋｇｆの力が加わることになる。本発明では、サブ・ポンプによって各ロータの内部空間も低圧にすることができ、その結果軸受の擢動損失を大幅に低減することができる。
【００９５】
（第７の実施例）
図１３〜図１５は、２つのスクリューロータの同期運転に必要なタイミングギヤを第２のポンプ（ギヤポンプ）として用いることにより、ポンプ構造の大幅な簡素化を図った例である。すなわち、１５０ａ、１５０ｂの２つのギヤは、第２のポンプとして図中の矢印で示す様に微少流量の気体を圧送して、第１のポンプの排気側（空隙部６６）の圧力を降下させると共に、２つのスクリューロータ５０ａ、５０ｂが互いに接触しないで同期回転できるタイミングギヤとしての機能も兼ねているのである。１５１は前記ギヤ１５０ａ、１５０ｂの上フタ、１５２は上部ハウジング、１５３は下部ハウジング、１５２は前記上フタ１５１に形成された第２のポンプの吸気孔、１５５は前記下部ハウジング１５３及び上部ハウジング１５２に形成した第２の排気孔である。
【００９６】
（第８の実施例）
図１６、１７はバルブの通路抵抗を下げるために、ピストン駆動によって、ゲートを開閉させる機能を備えた制御バルブを用いた例である。図１６はポンプ吸気側圧力が高く、バルブが開放した状態、図１７は吸気側圧力が低くなり、バルブが閉じた状態を示す。８００はピストン、８０１は排気通路を開閉するゲート、８０２はバネ、８０３は第１のポンプの吸気側に継ながり、吸気側ピストン室８０５と連絡する流通路、８０４はポンプの排気側と連結し、排気側ピストン室８０６と連結する流通路である。
【００９７】
（第９の実施例）
図１８は、従来の真空ポンプに対しても本発明の効果、すなわち▲１▼低消費動力、▲２▼到達真空圧の向上▲３▼低騒音化等の効果が得られる様に、本発明をユニット化した場合を示す。制御ユニット３５０の内部に、制御バルブ、第２のポンプ（マイクロポンプ）等を内蔵することにより、従来構造の真空ポンプの内部に大きく手を加えることなく、従来真空ポンプの排気孔に制御ユニット３５０の吸気孔を連結するだけで、上述した本発明の効果が得られるのである。３５１は従来のスクリュー式の真空ポンプであり、吸気孔３５２、吐出孔３５３、スクリューロータ３５４ａ、３５４ｂ、ハウジング３５５、タイミングギヤ３５６ａ、３５６ｂより構成される。
【００９８】
図１９（ａ）（ｂ）（ｃ）は制御ユニットの詳細を示すもので、図１９（ａ）は（１）排気開始直後の状態、図１９（ｂ）は（２）吸気側が十分に低い真空圧に到達した状態を示す。３７０は吸気孔、３７１は排気孔、３７２はロータ３７３に形成されたスパイラルグルーブによる粘性ポンプ、３７４は前記ロータを駆動するためのモータ、３７５は電磁ソレノイド、３７６は前記ソレノイドのロッド、３７７は前記ロッド３７６の直線運動を支持するブッシュ、３７８は前記ロッド３７６の中間部に設けられたスプール３７８である。前記スプール３７８は前記ロッド３７６に摺動可能に挿入されているが、通常圧縮バネ３７９によって一方向に押しつけられている。３８０はスプールの台座、３８１はハウジングである。この実施例では、真空ポンプの吸気側（あるいは真空チャンバー内）に設置された圧力センサーからの信号（図中Ｃ）により、電磁ソレノイドが駆動され、バルブが開閉する。
【００９９】
なお図１９（ｃ）に示す様に、ポンプの吸気側が突如大気側に開放された場合には、電磁ソレノイドの電流の印加状態に関係なく、スプール３７８を通常一方向に位置規制しているバネ３７９が圧縮されることにより、制御バルブを開放することができる。したがってポンプの緊急時の破損防止が図れる。
【０１００】
この様に第２のポンプとバルブの部分をユニット化することにより、第２のポンプのロータ径を小さくできるため、第２のポンプの高速化が容易となる。またロータ部分のクリアランスも小さくできるため、第２のポンプの真空到達圧の点でも有利となる。このロータ３７３を支持する軸受に、動圧流体軸受、磁気軸受等の非接触軸受を用いれば、一層の高速化を図ることができる（図示せず）。
【０１０１】
なお実施例では、ユニットに制御バルブを内蔵しているが、本装置の対象とする真空チャンバーの容積が十分小さく、真空ポンプの大気側が突然開放される等の危険性が少ない場合は、この制御バルブを省略してもよい。
【０１０２】
（第１０の実施例）
図２０、図２１に、本発明を非接触同期回転による広帯域真空ポンプに適用した実施例を示す。
【０１０３】
本発明者らは、複数個のロータの組み合わせからなる容積式真空ポンプにおいて、この複数個のロータをそれぞれの回転軸に結合したモータで同期回転させることにより、前記複数個のモータの回転を同期制御することを特徴とする真空ポンプを既に提案している。この提案により、たとえばロータの高速回転が可能であり、クリーンで、大幅な小型・省スペース化が図れる粗引ポンプを提供することができる。さらに前記ロータの一軸上に高真空ポンプを設けた大気から高真空まで一台で引ける広帯域真空ポンプも提案している。
【０１０４】
本発明の適用により、前述した既提案では得られなかった新たな特徴を持つ真空ポンプが実現できる。この真空ポンプは、ハウジング２０１内に、第１回転軸２０２を鉛直方向に収納した第１固定スリーブ２０３と、第２回転軸２０４を鉛直方向に収納した第２固定スリーブ２０５を備えている。両回転軸２０２、２０４の同軸上で筒形ロータ２０６、２０７が外側から嵌合されている。なお両回転軸２０４、２０２は、それぞれ玉軸受２３６、２３７、２３８、２３９で支持されている。各ロータ２０６、２０７の外周面には互いに噛み合うようにして流体移送溝であるねじ溝（スクリュー）２０８、２０９が形成されている。これら両ねじ溝の互いに噛み合う部分は、容積型真空ポンプ構造部分Ａ（第１のポンプ部分）となっている。第１回転軸２０２の上部には円筒形状の回転スリーブ２１０がロータ２０６と一体化して設けられている。この回転スリーブ２１０を一方向から収納する様に固定円筒２２２、２２３がケーシング２０１に設けられている。この回転スリーブ２１０の表裏の相対移動面にはスパイラルのドラッグ溝２１１、２１２が形成されている。この回転スリーブ２１０と固定円筒２２２、２２３で形成される部分が中真空から高真空までの排気を目的とするドラッグポンプの構造部分Ｂ（第３のポンプ部分）となっている。この第３のポンプが、主として分子流あるいは中間流領域の気体を排気する機能を持つ。すなわちこのスパイラル溝２１１、２１２のドラッグ作用により、高真空側吸気孔２１３から流入した気体を容積型ねじ溝ポンプが収納されている空間２１４へ排気する。さらに容積型ねじ溝ポンプに流入した気体は排気孔２１５から排出される。なお、ポンプを作動させてからチャンバー内の圧力が大気圧に近い間は、容積式ポンプ吸気孔２４０（２点鎖線で図示）から気体を吸入し、チャンバー内圧力が十分に近い真空圧に到達したら、高真空側吸気孔２１３から気体を吸入してもよい。ロータ２０６、２０７の各下端外周面には、ねじ溝同士の接触を防止するための接触防止用ギヤ２１６、２１７が設けられている。接触防止ギヤ２１６、２１７には多少の金属間接触にも耐えられるように、固体潤滑膜が形成されている。これら両接触防止用ギヤ２１６、２１７の互いの噛み合い部分の隙間（バックラッシュ）は、両ロータ２０６、２０７の各外周面に形成されたねじ溝２０８、２０９の互いの噛み合い部分の隙間（バックラッシュ）よりも小さくなるように設計されている。そのため、両接触防止用ギヤ２１６、２１７は、両回転軸２０２、２０４の同期回転が円滑に行われているときは互いが接触することはないが、万一、この同期がずれたときは、ねじ溝２０８、２０９同士の接触に先立って互いに接触することにより、両ねじ溝２０８、２０９の接触衝突を防止する働きをする。なお、この接触防止ギヤ２１６、２１７を図１３〜図１５の実施例で示した様に、第２ポンプ（ギヤポンプ）として用いることも勿論できる（詳細略）。この場合、後述するスパイラルグルーブによる粘性ポンプ２４１ａ、２４１ｂは不要となる。第１回転軸２０２と第２回転軸２０４は、それぞれの下部に独立して設けられたＡＣサーボモータ２１８、２１９により数万ｒｐｍの高速で回転する。この実施例における２つの回転軸の同期制御は、以下示す方法によった。すなわち、各回転軸２０２、２０４の下端部にはロータリタエンコーダ２２０、２２１が設けられている。図２２のブロック図で示す様に、これらのロータリエンコーダ２２０、２２１からの出力パルスは、仮想のロータを想定して設定された設定指令パルス（目標値）と照合される。目標値と各軸２０２、２０４からの出力値（回転数、回転角度）との間の偏差は、位相差カウンターにより演算処理され、この偏差を消去するように各軸のサーボモータ２１８、２１９の回転が制御される。ロータリエンコーダとしては、磁気式エンコーダや通常の光学式エンコーダであってもよいが、実施例ではレーザ光の回折・干渉を応用した高分解能で高応答性のレーザ式エンコーダを用いた。
【０１０５】
また２４１ａ、２４１ｂは各ロータ２０６、２０７の同軸上に形成された粘性ポンプによる第２のポンプ、２４２は第２の排気孔、２４３はバネ、スプール等で構成される制御バルブである。
【０１０６】
さて、本発明を適用した実施例の効果を総括すると次の様である。
【０１０７】
［１］高速化により、低消費動力化が図れる。
【０１０８】
前述した様に、本発明のポンプでは、第２のポンプを駆動するのに要するトルクによって、ポンプの必要動力の大半が決まる。そのためには、第１のポンプの下流側（すなわち第２のポンプの上流側）の真空圧が低い程、トルクを小さくできる。
【０１０９】
さて、この第２のポンプの上流側真空圧は、『内部リーク／排気能力の比』が小さい程低くできる。ここで、ロータ１回転あたりの吐出側から上流側への内部リークは、高速回転にする程小さくできることに注目する。また、排気能力＝回転数×排気容積である。上流側真空圧を下げるためには第２のポンプの排気容積を増してもよいが、この場合、ポンプ本体のトルクを増加させてしまう。しかし、従来の数千回転から、たとえば１万回転以上にまで高速化が図れる多軸駆動方式によって、ローター回転あたりの内部リークを減らし、第２のポンプの上流側真空圧を下げることができるため、一層の低消費動力化が図れるのである。
【０１１０】
ちなみに、容積式のポンプやコンプレッサでは、２個以上のロータの相対運動により、容積の変化する密閉空間を作り出す必要があり、従来は伝達ギヤやタイミングギヤ、あるいはリンクやカム機構を用いた複雑な伝達メカニズムによって、前記２個以上のロータの同期回転を行っていた。タイミングギヤや伝達メカニズムの部分に潤滑油を供給することにより、ある程度の高速化は可能であるが、装置の振動，騒音，信頼性を考慮したとき、回転数の上限は制約があった 。これに対し、各ロータをそれぞれ独立したモータで駆動する多軸駆動方式では、機械的擢動を伴う大きなトルク伝達が軽減するため高速化のネックが解消され、ロータの回転部を十分な高速で回転させることができる。
【０１１１】
この高速化の効果により、第２のポンプ（下流側ポンプ部分）の内部リークを低減できるため、第２のポンプの上流側を低い真空圧に保つことができる。
【０１１２】
あるいは、第２のポンプの上流側を低い真空圧に保ったままで、第２のポンプの排気容積をさらに小さくできる。このとき、ポンプ本体のトルクは、第２のポンプの上流側真空圧と排気容積で決まるため、▲１▼排気容積を上流側＞下流側とするポンプ構成と▲２▼多軸駆動方式による高速化によって省エネルギー化を図ることができる。
【０１１３】
第１のポンプと第２のポンプを独立したポンプとするのではなく、２つのロータとハウジングで形成される流体移送空間の容積が、排気側へ向かって連続的に減少する様に構成したねじ溝ポンプ（図１０）の構成にすれば、ロータの軸長を短くでき、また溝内部の圧力分布を均一化でき、流体の流れを一層スムーズにできる。
【０１１４】
その効果として、同期運転を阻害するポンプの立ち上がり時、立下り時のトルク変動を低減できる。その結果、２軸独立駆動による両ロータの同期運転が容易となり、一層の高速化が図れる。すなわち、上記▲１▼×▲２▼の相乗効果が増し、さらなる省エネルギー化を図ることができるのである。
【０１１５】
［２］高速化により到達真空圧を低くできる。
【０１１６】
本発明を適用すれば高速化が図れるため、第１のポンプの真空到達圧を下げることができる。すなわち本発明と２軸独立駆動方式を組み合わせれば、低い到達真空圧が得られる粗引ポンプが実現できる。 
【０１１７】
さらにその上段にドラッグポンプ（第３のポンプ）を設けた複合ポンプ（図２０）にすれば、ドラッグポンプの背気圧が一層下がるため、超高真空（１０-8Ｔｏｒｒ以下）の領域までの低い真空圧を得ることができる。
【０１１８】
ドラッグポンプの構造部分Ｂ（第３のポンプ）は、その吸気側２１３が低い真空圧に到達した段階では、回転部分（回転スリーブ２１０）は圧力の低い空間内で回転するため、圧力によるポンプ負荷も小さく、負荷トルクは極めて低い。この点を利用して、この実施例のポンプでは次の様な操作ができる。
【０１１９】
（１）まず真空ポンプを例えば１万ｒｐｍ程度の回転数で駆動し、容積式ポンプ（第１のポンプ）をフル稼働させることにより、真空チャンバー内圧を例えば１０-2〜１０-3ｔｏｒｒにまで降下させる。
【０１２０】
（２）上記（１）の行程が完了した時点では、第１のポンプ（スクリュー）の下流側の圧力は十分低くなっている。したがってモータの消費動力は極めて小さくなっている。実施例ではポンプの回転数をさらに例えば２〜３万ｒｐｍにまで上げた。
【０１２１】
本発明の真空ポンプでは、低トルク化の結果により、小型モータでも高速回転が容易となった。その結果、運動量輸送型ポンプＢ（第３のポンプ）の排気効率が上がり、真空到達圧を例えば１０-8ｔｏｒｒ以下まで下げることができた。
【０１２２】
［３］静音化が図れる。
【０１２３】
多軸駆動方式に実施例で示したような電子式同期制御を適用すれば、更に次のような効果が得られる。すなわち、タイミングギヤの接触音がないという特徴に加えて、気体の逆流、再流出、異形ロータ（例えばスクリュー形状）の回転による風切り音の低減の効果が加わり、従来粗引ポンプのすべての騒音発生源を大幅に低減できた。これは本発明と上記電子式同期制御の組み合せにより、初めて達成できたものである。
【０１２４】
［４］半導体工場において、広帯域真空ポンプの真空チャンバーへの設置が容易となる。
【０１２５】
従来の半導体工場では、粗引ポンプとターボ分子ポンプはそれぞれ別室に設置し、両者を配管によって連結していた。振動・騒音・排気熱量の大きな粗引ポンプは、頻繁に行われるメンテナンス作業が効率的に図れる様に、粗引ポンプの専用室で管理されていた。一方、振動・騒音の小さなターボ分子ポンプは、真空チャンバーに直接取り付けることにより、コンダクタダンスを上げて低い真空圧を得ていた。本実施例（図２０）のポンプでは非接触同期制御であるがゆえにクリーンであり、振動が小さく、かつ高速のため装置全体を小型化、軽量化できる。さらに低騒音であり、低トルクであるがゆえに、排気熱量も少ない。したがって本実施例の真空ポンプは粗引ポンプとターボ分子ポンプの２台を１台にするだけでなく、従来のターボ分子ポンプに置き変わる形で真空チャンバーに直接とりつけることができる。これは既提案の電子式同期制御の真空ポンプでは実現不可能だったものである。半導体工場全体の物造りコンセプトが本発明の適用によって根本的に変わるのである。
【０１２６】
なお、本発明の実施例では、第１のポンプにねじ溝式のスクリューポンプを適用した場合について説明したが、図２３〜図２７に示す様な各種異形ロータの組合せにするポンプ（クロー、ギヤ、スクリュー）等も勿論適用することができる。第１のポンプに１ロータ型の遠心ポンプ、粘性ポンプも適用できる。
【０１２７】
第２のポンプに粘性ポンプを用いる場合は、実施例では回転ロータの外表面にスパイラル・グルーブの浅い溝を形成した場合について説明したが、ロータの対向面である静止側に溝を形成してもよい。また粘性ポンプは円筒形でなくてもよく、例えば多段のスラスト円盤を重ね合わせて、かつ流体が半径方向に流動する様に、円盤表面に溝を形成してもよい（図示せず）。
【０１２８】
本実施例（電子式同期制御）では既に説明した第２のポンプの実施例のすべてが適用できる。例えば、第２のポンプには、第２の実施例で示した容積型のマイクロスクリューも適用できる。真空チャンバーの容積が十分小さければ、制御バルブ２４３を省略した第３の実施例も適用できる。
【０１２９】
あるいは第２のポンプのシール性能を向上させた第４の実施例、ロータ長さの短縮が図れる第５の実施例等が適用できる。
【０１３０】
また、第２のポンプも用途に合せて、図２３〜２７で示すポンプの種類を選択できる。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明からなる真空排気装置を、例えば半導体設備の真空排気系に用いれば、定常運転時に大幅な省エネを図ることができる。その効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施例のポンプの原理図を示すもので、バルブが開放状態を示す図
（ｂ）はバルブが閉じた状態を示す図
【図２】本発明の第１の実施例の正面断面図
【図３】（ａ）は本発明の第１の実施例でバルブが開放状態を示す図
（ｂ）は本発明の第１の実施例でバルブが閉じた状態を示す図
【図４】本発明と従来例の消費動力と吸気圧の関係を示すグラフ
【図５】本発明を適用した半導体工場における真空排気系のシステム構成図
【図６】本発明の第２の実施例で、スクリュー式マイクロポンプを用いた例を示す図
【図７】本発明の第３の実施例で、バルブを省略した場合の具体構成を示す正面断面図
【図８】本発明の第４の実施例で、第２のポンプの内部リークを減らすねじ溝形状とした場合の正面断面図
【図９】上記正面断面図の一部矢視図
【図１０】本発明の第５の実施例で、ねじ溝ピッチが連続的に下流側に向かって徐々に小さくした場合の正面断面図
【図１１】本発明の第６の実施例で、第３のポンプを用いた例を示す図
【図１２】同実施例の正面断面図
【図１３】本発明の第７の実施例で、ギヤポンプを用いた場合の平面図
【図１４】同正面断面図
【図１５】同側面断面図
【図１６】本発明の第８の実施例で、ピストン式ゲートバルブを用いた場合のでバルブが開放状態を示す図
【図１７】上記バルブが閉じた状態を示す図
【図１８】本発明をユニット化した第９の実施例で、バルブが開放状態の場合を示す図
【図１９】（ａ）は上記バルブが開放の場合を示す図
（ｂ）は上記バルブが閉じた状態を示す図
（ｃ）は上記非常状態でバルブが開放状態を示す図
【図２０】本発明の第１０の実施例で、非接触同期制御式真空ポンプに適用した場合を示す図
【図２１】同正面断面図
【図２２】電子式同期制御のブロック図
【図２３】本発明に適用可能なクロータイプを示す図
【図２４】本発明に適用可能なギヤタイプを示す図
【図２５】本発明に適用可能な変形ロータタイプを示す図
【図２６】本発明に適用可能な変形スクリュータイプを示す図
【図２７】本発明に適用可能な変形ロータタイプを示す図
【図２８】従来のスクリュー式真空ポンプの正面断面図
【図２９】（ａ）は従来のスクリューポンプの吸気→輸送→排気を示すモデル図
（ｂ）は従来のスクリューポンプの吸気→輸送→排気を示すモデル図
（ｃ）は従来のスクリューポンプの吸気→輸送→排気を示すモデル図
【図３０】従来の真空ポンプのモデルを示す図
【符号の説明】
１  真空チャンバー
２  シリンダ
７  第２の真空ポンプ
【図１】
0003723987.tif 000005
【図２】
0003723987.tif 000006
【図３】
0003723987.tif 000007
【図４】
0003723987.tif 000008
【図５】
0003723987.tif 000009
【図６】
0003723987.tif 000010
【図７】
0003723987.tif 000011
【図８】
0003723987.tif 000012
【図９】
0003723987.tif 000013
【図１０】
0003723987.tif 000014
【図１１】
0003723987.tif 000015
【図１２】
0003723987.tif 000016
【図１３】
0003723987.tif 000017
【図１４】
0003723987.tif 000018
【図１５】
0003723987.tif 000019
【図１６】
0003723987.tif 000020
【図１７】
0003723987.tif 000021
【図１８】
0003723987.tif 000022
【図１９】
0003723987.tif 000023
【図２０】
0003723987.tif 000024
【図２１】
0003723987.tif 000025
【図２２】
0003723987.tif 000026
【図２３】
0003723987.tif 000027
【図２４】
0003723987.tif 000028
【図２５】
0003723987.tif 000029
【図２６】
0003723987.tif 000030
【図２７】
0003723987.tif 000031
【図２８】
0003723987.tif 000032
【図２９】
0003723987.tif 000033
【図３０】
0003723987.tif 000034