(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温、常圧或いはそれに近い状態で液化又は固化する気体を排気する多段式の真空ポンプであって、前記気体の流路を構成するケーシングを含む主要部品がアルミニウム又はアルミニウム合金で製作されており、
前記主要部品は運転時に排気側で発生した熱の一部を吸気側へ伝達し、前記吸気側の前記主要部品が、前記吸気側の運転圧力において前記気体が液化または固化する温度以上になるように構成されている
ことを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
前記流路に前記気体の圧縮熱を除去するための冷却器を具備していない請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記気体の排気がシール及び潤滑のための油類を使用することなく行われる請求項１又は請求項２の記載の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は真空ポンプに関するものであり、特に減圧ＣＶＤやドライエッチング等の半導体製造プロセスにおいて生成される常温、常圧或いはそれに近い状態で液化又は固化する気体を排気するためのドライ真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造装置等において、清浄な真空を作り出すためにシールや潤滑のための油類を使用しないドライ真空ポンプが用いられるようになり、特に、鋳鉄製やステンレス製の多段真空ポンプが広く使用されている。図３はこの鋳鉄製の多段真空ポンプ１００のブロック図であり、６段の真空ポンプユニット１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０が流路Ｌ1 によって直列に接続されている。流路Ｌ1 の真空ポンプユニット１１６と１１８の間の部分、１１８と１２０の間の部分には気体を冷却するための冷却器１３４、１３６が介装されており、流路Ｌ1 を通過する気体が圧縮熱によって極めて高い温度になるのを防ぐため、流路ｌ1 を流過する冷却水によって冷却するようになっている。
【０００３】
ところで、半導体製造プロセスのうち、塩素系ガスを用いるアルミニウムのドライエッチングやジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2 ）とアンモニア（ＮＨ3 ）を原料ガスとして窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4 ）の成膜を行なう減圧ＣＶＤ等では、反応によって生成される塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3 ）ガスや塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）ガスが常温、常圧或はそれに近い状態で固化（昇華）するため、このガスが常温近傍の真空ポンプ内に取り込まれることによって固化温度以下に冷却され、固体状の反応生成物となって流路の各部位に付着、堆積する不都合のあることが知られている。
【０００４】
一般に物質はその温度と圧力によって、気相、液相、固相の何れかの状態を取る。図２は前記ＡｌＣｌ3 やＮＨ4Ｃｌと同様、常温、常圧、或はそれに近い状態で固化するある物質の飽和蒸気圧曲線Ｓを示す図で、飽和蒸気圧曲線Ｓより下側（右側）でその物質は気相状態にあり、飽和蒸気圧曲線Ｓより上側（左側）において液相状態又は固相状態を呈する。この図からも、この飽和蒸気圧曲線Ｓで示される物質はＡ点、すなわち常温（例えば２５°Ｃ）、常圧（例えば１×１０5 Ｐａ）においては液相状態又は固相状態であることが分かる。
【０００５】
ここで、Ｘ点の状態にあるこの物質を前記真空ポンプ１００で排気することを考える。図３の１段目の真空ポンプユニット１１０の吸気口近傍の温度は室温にあり、図２のＸ点の状態にある気体は吸気口の壁に接し冷却されてＢ点の状態になり液化又は固化し始める。流路Ｌ1 を進み真空ポンプユニット１１２、１１４、１１６を通過して圧縮されるに伴い気体の温度は上昇するが、流路Ｌ1 を含む真空ポンプユニット１１２、１１４、１１６は鋳鉄製であり熱が放散されにくいのでそれらの温度も上昇する。そして、高温になった気体は４段目の真空ポンプユニット１１６の下流側で冷却器１３４によって冷却される。冷却器１３４は室温の冷却水が流過しているので、その冷却面に接する気体は図２のＥ点の状態となり、冷化又は固化して冷却器１３４の冷却面に付着する。
【０００６】
液化又は固化しなかった気体は更に真空ポンプユニット１１８で圧縮され高温になって冷却器１３６で冷却される。冷却器１３６にも室温の冷却水が流過しているので、その冷却面に接する気体は図２のＦ点の状態となり、液化又は固化して冷却器１３６の冷却面に付着する。そして、真空ポンプユニット１２０から排気される気体は図２のＤ点の状態（温度１００°Ｃ、圧力１×１０5 Ｐａ）となって常圧雰囲気中へ排出される。
【０００７】
このようにして、気体は真空ポンプユニット１１０の吸気口の近傍でＢ点の温度（常温）、真空ポンプユニット１２０の排出口近傍ではＤ点の温度（１００°Ｃ）以上になるが、冷却器１３４、１３６で冷却されるので、真空ポンプ１００は図２における線分ＢＤで示されるような温度勾配を形成していると見做し得る。そして、１段目の真空ポンプユニット１１０の吸気口の壁面や冷却器１３４、１３６の冷却面での液化又は固化によって真空ポンプ１００の性能は低下し、極端な場合には閉塞されて運転不能に至ることが予測される。
【０００８】
そこで、このような不都合を解消するため特開平１−１８２５８２号公報のような真空ポンプも提案されている。図４はその真空ポンプ２００のブロック図であり、６段の真空ポンプユニット２１０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０が直列に流路Ｌ2 によって接続されており、かつそれぞれには不活性ガス、例えば窒素ガスを吹き込んで気体の分圧を図２の飽和蒸気圧曲線Ｓよりも下げるための分圧調節機構２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２が設けられている。又、流路Ｌ2 の真空ポンプユニット２１６と２１８の間の部分、２１８と２２０の間の部分、２２０の下流側の部分に設けた冷却器２３４、２３６、２３８の冷却水の流路ｌ2 に対し、冷却水の温度を調節するための冷却水温度調節機構２４０が設けられており、冷却水の温度を冷却器２３４、２３６、２３８の冷却面において気体が液化又は固化しない温度、すなわち、図２において飽和蒸気圧曲線Ｓの下側（右側）の気相状態を保持する温度となるように加温調節している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような分圧調節機構２２２、２２４、２２６、２２８、２３０、２３２や冷却水温度調節機構２４０の付加は、真空ポンプ２００の製造コストを高め、設置スペースを増大させるばかりでなく、不活性ガスの吹き込みはランニングコストを高くするし、冷却水温度調節機構２４０が調節トラブルを発生した場合には冷却水が沸騰して機器を破壊させる恐れもある。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、減圧ＣＶＤやドライエッチング等の半導体製造プロセスにおいて生成される常温、常圧或いはそれに近い状態で液化又は固化する気体を液化又は固化させることなく排気することのできる真空ポンプを提供することを目的とする。
【００１１】
【問題点を解決するための手段】
以上の目的は、常温、常圧或いはそれに近い状態で液化又は固化する気体を排気する多段式の真空ポンプであって、前記気体の流路を構成するケーシングを含む主要部品がアルミニウム又はアルミニウム合金で製作されており、前記主要部品は運転時に排気側で発生した熱の一部を吸気側へ伝達し、前記吸気側の前記主要部品が、前記吸気側の運転圧力において前記気体が液化または固化する温度以上になるように構成されていることを特徴とする真空ポンプ、によって達成される。
【００１２】
【作用】
真空ポンプにおいて気体の流路を構成する主要部品が熱伝導率の大きいアルミニウム又はアルミニウム合金で製作されているので、気体の圧縮熱は直ちに真空ポンプの主要部品の全体に伝達され、かつ主要部品から外部へ放散される。そのため、気体が最も圧縮され、最も温度が高くなる真空ポンプの排気口近傍においても気体の温度は上昇せず、真空ポンプの吸気口近傍は伝達、伝導される圧縮熱によって、吸気口近傍の圧力において当該気体が液化または固化しない温度まで昇温されるので、気体は液化又は固化されない。従って気体は液化又は固化することなく排気される。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例による真空ポンプについて、図面を参照して説明する。図１は実施例の真空ポンプ１０の主要部の断面図である。すなわち、真空ポンプ１０は円筒状のケーシング１内おいて吸気口２から排気口５に至る間に、シリンダ３1 、３2 、３3 、３4 、３5 、３6 と、これらを結ぶ連絡流路４1 、４2 、４3 、４4 、４5 が設けられている。ケーシング１の吸気側の端面には吸気側カバー６が取り付けられ、排気側の端面には排気側カバー７が取り付けられている。そして、ケーシング１には冷却器や冷却水路を設けていない。
【００１４】
各シリンダ３1 、３2 、３3 、３4 、３5 、３6 には、ケーシング１の軸心部を貫通する回転軸９に固定した羽根車８1 、８2 、８3 、８4 、８5 、８6 がそれぞれ組み合わされ、６段に圧縮して排気するようになっている。回転軸９の一方の端部は吸気側カバー６に固定したベアリング１２に軸支され、その内側においてリップシール１３によって気体の流路と大気とシールしている。回転軸９の他方の端部は同じく排気側カバー７に固定したベアリング１４に軸支され、その内側においてリップシール１５によって気体の流路と大気とをシールしている。各羽根車８1 、８2 、・・・、８6 は回転軸９と共にロータ１１を構成し、回転軸９は排気側カバー７の外側において、回転軸９に取り付けたギヤ１６を介し、図示しないモータによって駆動される。そして、吸気側カバー６、排気側カバー７、シリンダ３1 、３2 、・・・、３6 と一体的なケーシング１、及びロータ１１など気体と接する主要部品は鋳鉄に比して約４倍以上の熱伝導率を有するアルミニウム合金で製作されている。
【００１５】
本発明の実施例による真空ポンプ１０は以上のように構成されるが、次にその作用について説明する。図２においてＸ点の状態にある気体は真空ポンプ１０の常温にある吸気口２から矢印のように吸気され、その一部は吸気口２の壁に接し冷却されてＢ点の状態になり液化又は固化するが、大部は各シリンダ３1 、３2 、３3 、３4 、３5 、３6 を通過するに従って圧縮が強められ発熱して、排気口５の近傍においては最も昇温する。
【００１６】
この時、アルミニウム合金は熱伝導率が大きいので、圧縮熱は直ちにケーシング１、ロータ１１に伝達され、ケーシング１及び排気側カバー７から外部へ放散されると共に、ケーシング１、ロータ１１において温度の高い排気口側から温度の低い吸気口側へ伝達されて、吸気口２の近傍のケーシング１の温度、吸気側カバー６の温度及び羽根車８1の温度を上昇させる。従って排気口５において気体は図２のＤ点の状態（温度１００°Ｃ、圧力１×１０5Ｐａ）となって矢印のように排出される。又、吸気口２において気体は図２のＣ点の状態を取るようになり、当初に吸気口２の壁に接して液化又は固化し付着したものも再度気化されるようになる。
【００１７】
このようにして気体は吸気口２の近傍でＣ点の温度、排気口５の近傍ではＤ点の温度（１００°Ｃ）となるので実施例の真空ポンプ１０は図２における線分ＣＤで示されるようなゆるい温度勾配を形成していると見做し得る。Ｃ点、Ｄ点は共に飽和蒸気圧曲線Ｓから下側（右側）へ充分に離れた状態であり、気体は真空ポンプ１０によって液化又は固化されることなく排気される。又、この間において気体は充分に冷却されるのでケーシング１ないしはシリンダ３1、３2 、・・、３6 等を冷却する必要がない。
【００１８】
以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
【００１９】
例えば本実施例においては、６段に圧縮して排気を行なう真空ポンプ１０について述べたが、本発明は６段未満又は７段以上の多段式の真空ポンプにも適用され得る。
【００２０】
又、本実施例においては、円筒状のケーシング１を有する真空ポンプとしたが、円筒の外側面に放熱用のフィンを設けてもよい。
【００２１】
又、本実施例においては、真空ポンプの気体の流路を構成する主要部品はアルミニウム合金で製作したものを採用したが、同等の熱伝導率を有するアルミニウムで製作したものを使用してもよい。
【００２２】
又、本実施例においては設けていないが、各シリンダ３1 、３2 、・・、３6
内へ気体の分圧を下げるための不活性ガスを吹き込む機構を設けることは何等差し支えない。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の真空ポンプは気体の流路を構成するケーシングを含む主要部品を熱伝導率の大きいアルミニウム又はアルミニウム合金で製作しているので高温度になる排気側の熱は吸気側へ容易に伝達されて吸気側の温度を上昇させる。またケーシングを含む主要部品から構成される気体の流路は気体の圧縮熱を除去するための冷却器を具備していないので、排気側から吸気側への熱伝達は阻害されない。従って、塩化アルミニウム、塩化アンモニウムや、過熱されておらず飽和蒸気圧曲線に近い状態にある水蒸気のように、常温、常圧或いはそれに近い状態で液化又は固化するような性質を有する気体を排気する場合に、吸気口から排気口に至る間において気相状態が維持されるので、気体の液化又は固化による真空ポンプの性能低下ないしは閉塞は生じない。又、運転開始当初、吸気口において一旦は液化又は固化する気体があったとしても、時間の経過と共にこれらは気化される。
【００２４】
更には、気体の圧縮熱は直ちに真空ポンプの流路を構成する主要部品に伝達され外部へ放散されると共に、高温となる排気側から低温の吸気側へ伝達されることによって排気は充分に冷却されるので、流路に圧縮熱を除去するための冷却器を必要とせず、その点においても真空ポンプの製造コストを低下させ、設置スペース的にも余裕を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の真空ポンプの主要部の断面図である。
【図２】排気される物質の飽和蒸気圧曲線を示す図である。
【図３】第１従来例の真空ポンプのブロック図である。
【図４】第２従来例の真空ポンプのブロック図である。
【符号の説明】
１    ケーシング
２    吸気口
３1   シリンダ
３2   シリンダ
３3   シリンダ
３4   シリンダ
３5   シリンダ
３6   シリンダ
４1   連絡流路
４2   連絡流路
４3   連絡流路
４4   連絡流路
４5   連絡流路
５     排気口
６     吸気側カバー
７     排気側カバー
８1   羽根車
８2   羽根車
８3   羽根車
８4   羽根車
８5   羽根車
８6   羽根車
９    回転軸
１０  実施例の真空ポンプ
１１  ロータ
【図１】
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【図２】
0003563152.tif 000003
【図３】
0003563152.tif 000004
【図４】
0003563152.tif 000005