(57)【要約】  主ポンプと；前記主ポンプに直列に接続された補助ポンプと；前記主ポンプの排気口および前記補助ポンプの吸気口の間を接続するポンプ間配管と；を備えた真空排気装置であって、前記主ポンプは、メカニカルブースターポンプを含み；前記主ポンプの最大排気速度に対する前記主ポンプのモータの最大動力の比率が５Ｗ／（ｍ３／ｈ）以上であり；前記ポンプ間配管には、その途中から分岐した分岐配管が設けられ；前記分岐配管の途中には、前記ポンプ間配管内のガスを逃がしてその逆流を防止する逆止弁が設けられている。
2010029750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主ポンプと；
前記主ポンプに直列に接続された補助ポンプと；
前記主ポンプの排気口および前記補助ポンプの吸気口の間を接続するポンプ間配管と；
を備えた真空排気装置であって、
前記主ポンプは、メカニカルブースターポンプを含み；
前記主ポンプの最大排気速度に対する前記主ポンプのモータの最大動力の比率が５Ｗ／（ｍ３／ｈ）以上であり；
前記ポンプ間配管には、その途中から分岐した分岐配管が設けられ；
前記分岐配管の途中には、前記ポンプ間配管内のガスを逃がしてその逆流を防止する逆止弁が設けられていることを特徴とする真空排気装置。
【請求項２】
前記主ポンプが、並列に配置された複数の前記メカニカルブースターポンプを含む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】
前記分岐配管が、前記補助ポンプの排気配管に終端してい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４】
前記主ポンプを大気圧で運転したときに、前記逆止弁の気体流量の圧力損失が１００００Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の真空排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主ポンプに補助ポンプを直列に接続した真空排気装置に関し、特に排気速度の向上を図ることが可能な真空排気装置に関する。
本願は、２００８年９月１０日に、日本に出願された特願２００８−２３２３２４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
中真空まで排気する従来の真空排気装置の１つとして、主ポンプとして機能するメカニカルブースターポンプ（以下、ＭＢＰ）と、補助ポンプとして機能するドライポンプ（以下、ＤＲＰ）とを直列に接続したものがある（例えば特許文献１参照）。【０００３】
このような真空排気装置では、目標真空度に到達することに主眼が置かれているため、初段のＭＢＰの排気量が２段目のＤＲＰの排気量よりも大きくされている。具体的には、主ポンプの排気量は、補助ポンプの排気量の５倍〜１０倍に設定されている。これにより、中真空領域においてはＤＲＰの補助排気によってＭＢＰの排気性能を十分に発揮できる。【０００４】
なお、このような真空排気装置において、大気圧のチャンバーの真空排気を開始するときに、チャンバーとＭＢＰの吸気配管の途中に設けられた仕切り弁を開放するが、その瞬間にチャンバーからの圧力が衝撃波となって伝播し、ＭＢＰに衝撃を与える。このため、ＭＢＰにはそれに耐え得る機械的強度が要求される。【０００５】
チャンバー開放時の過渡的な衝撃の緩和を目的とした従来技術の例としては、ＭＢＰとＤＲＰとの間の配管の途中に、バッファタンクのような衝撃圧力を逃がすためのタンクを配置して、過渡的な圧力変化を緩和する構成としたものがある（例えば特許文献１参照）。【０００６】
また、上記過渡的な衝撃の緩和を目的とした別の従来技術の例としては、主ポンプの排気側から主ポンプの吸気側に戻すためのバイパス配管を設けたものや、所定圧以上のガスを主ポンプの排気側から補助ポンプの排気側に送るためのバイパス配管を設けたものがある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２７０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
液晶製造装置のローディングチャンバー（以下、ＬＣ）のように、大気圧から中真空領域まで繰り返し排気するために真空排気装置を使用する場合には、生産性向上のために目標真空度までの到達時間がその性能の１つの指標となる。このため、このような真空排気装置では、中真空領域は勿論、低真空領域および大気圧付近の減圧領域での高排気特性が要求される。【０００９】
しかしながら、ＭＢＰとＤＲＰとが直列に配置され、初段のＭＢＰの排気能力が２段目のＤＲＰの排気能力よりも大きい上記従来の真空排気装置では、ＭＢＰから排気された気体は、必ずＤＲＰを通過しなければならない。したがって、大気圧付近減圧領域および低真空領域においては、ＭＢＰの排気性能はＤＲＰの排気性能に律則され、ＭＢＰの排気圧は吸入圧よりも高圧になる。このため、ＭＢＰは、不必要な圧縮仕事をすることになり、その回転数が著しく低下する。その結果、ＭＢＰはブロアーとしての効果を十分に発揮することができない。【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、主ポンプおよび補助ポンプの構造を大幅に変更することなく、目標真空度までの排気時間を短縮できる真空排気装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は以下の手段を採用する。すなわち、本発明の一態様に係る真空排気装置は、主ポンプと；前記主ポンプに直列に接続された補助ポンプと；前記主ポンプの排気口および前記補助ポンプの吸気口の間を接続するポンプ間配管と；を備え、前記主ポンプは、メカニカルブースターポンプを含み；前記主ポンプの最大排気速度に対する前記主ポンプのモータの最大動力の比率が５Ｗ／（ｍ３／ｈ）以上であり；前記ポンプ間配管には、その途中から分岐した分岐配管が設けられ；前記分岐配管の途中には、前記ポンプ間配管内のガスを逃がしてその逆流を防止する逆止弁が設けられている。【００１２】
前記主ポンプが、並列に配置された複数の前記メカニカルブースターポンプを含んでいてもよい。【００１３】
また、前記分岐配管が、前記補助ポンプの排気配管に終端していてもよい。【００１４】
さらに、前記主ポンプを大気圧で運転したときに、前記逆止弁の気体流量の圧力損失が１００００Ｐａ以下であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明の一態様によれば、主ポンプのモータを大出力にするとともに、逆止弁および分岐配管を設けたことにより、大気圧付近でも主ポンプの排気速度が補助ポンプの排気速度に規制されず、大気圧付近および低真空領域の排気速度を向上させることができる。その結果、主ポンプおよび補助ポンプの構造を大幅に変更することなく、目標真空度に到達するまでの排気時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係る真空排気装置の構成を説明する模式図である。
【図２】比較例１に係る真空排気装置の構成を説明する模式図である。
【図３】比較例２に係る真空排気装置の構成を説明する模式図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態１および比較例１，２に係る真空排気装置の排気速度特性（排気性能）を説明する図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態１および比較例１，２におけるＬＣ２０の圧力特性を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る真空排気装置の構成を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
＜実施形態１＞
【００１８】
図１は本発明の実施形態１に係る真空排気装置の構成を説明する模式図である。この実施形態１に係る真空排気装置１００は、主ポンプ１と、補助ポンプ２と、逆止弁３とを備えている。
【００１９】
チャンバー２０は、例えば半導体製造装置等を構成する処理室や搬送室であり、真空排気装置１００によって真空排気される。ここで、チャンバー２０は、液晶製造装置のローディングチャンバー（以下、ＬＣ）である。
【００２０】
仕切り弁３０は、ＬＣ２０の排気口とＭＢＰ１の吸気口とを接続する配管（吸入配管）４０の途中に設けられている。この仕切り弁３０は、大気圧に開放されたＬＣ２０の排気を真空排気装置１００によって開始するときに開き、真空排気されたＬＣ２０を大気圧に開放するときに閉じる。
【００２１】
真空排気装置１００において、主ポンプ１および補助ポンプ２は、主ポンプ１の排気口と補助ポンプ２の吸気口とを接続する配管（ポンプ間配管）５０によって直列に接続されている。補助ポンプ２の排気口は配管（排気配管）６０に接続されている。
【００２２】
このように、真空排気装置１００では、主ポンプ１および補助ポンプ２が直列接続されている。また、ＬＣ２０の排気口に仕切り弁３０を介して直接接続される初段のポンプが主ポンプであり、この主ポンプの排気口側に配置される２段目のポンプが補助ポンプである。ここで、主ポンプ１は、メカニカルブースターポンプ（以下、ＭＢＰ）である。また、補助ポンプ２は、ドライポンプ（以下、ＤＲＰ）である。なお、主ポンプ１は、１つ（１段）のＭＢＰによって構成されたものに限られず、マルチブースターポンプと称される２段のＭＢＰにより構成されるものや、複数段のＭＢＰによって構成されたもの等であってもよい。
【００２３】
ＭＢＰ１は、従来の真空排気装置を構成するＭＢＰにおいて、ポンプ部を変更することなく、そのモータの出力を大きくしたものである。従来装置のＭＢＰは、最大排気速度（単位：ｍ３／ｈ）に対する上記モータの最大動力（単位：Ｗ）の比率が５Ｗ／（ｍ３／ｈ）未満（例えば、１００００（Ｗ）／３６００（ｍ３／ｈ）＝２．７７）であるが、本実施形態に係るＭＢＰ１では、上記の比率が５Ｗ／（ｍ３／ｈ）以上（例えば、３００００（Ｗ）／３６００（ｍ３／ｈ）＝８．３３）である。なお、ＭＢＰの排気速度は、中真空領域において（例えば吸入圧力が１３Ｐａのときに）、最大となる。
【００２４】
また、この真空排気装置１００には、ポンプ間配管５０から分岐し、ＤＲＰ２の排気配管６０に終端が接続された配管（分岐配管）７０が設けられている。この配管７０の途中には、逆止弁３が設けられている。
【００２５】
逆止弁３は、ポンプ間配管５０内の圧力が排気配管６０内の圧力よりも高くなったときに、ポンプ間配管５０内のガスを排気配管６０に逃がすとともに、排気配管６０内のガスがポンプ間配管５０に逆流するのを防止する。この逆止弁３は、ＭＢＰ１を大気圧で運転しても圧力損失を生じないような、十分な容量を有することが望ましい。例えば、ＭＢＰ１を大気圧で運転したときに、逆止弁３の大気圧での気体流量の圧力損失が１００００Ｐａ以下であることが望ましい。
【００２６】
本実施形態に係る真空排気装置によれば、大出力のモータを有するＭＢＰ１を採用したことにより、主に低真空領域での排気性能を改善することができる。もともと大気圧付近ではＭＢＰによる圧縮をする必要がないので、ＭＢＰ単体の排気速度は、ＤＲＰ単体の排気速度よりも大きい。しかし、ＭＢＰとＤＲＰとを直列に接続した構成では、大気圧付近および低真空領域において、ＭＢＰの排気圧は吸入圧よりも高圧になるため、ＭＢＰの排気速度はＤＲＰの排気速度に律則され、ＭＢＰの回転数が低下する。ＭＢＰ１のモータを大出力モータとすることにより、主に低真空領域においての回転数の低下を抑制でき、排気速度を改善できる。
【００２７】
さらに、本実施形態に係る真空排気装置では、逆止弁３および分岐配管７０が設けられているので、大気圧付近での排気特性を改善することができる。圧力損失の少ない逆止弁３を配置することにより、低真空領域および大気圧付近において、ＭＢＰ１の排気圧力（ポンプ間配管５０内の圧力）が上昇したときに、ポンプ間配管５０内のガスを排気配管６０に逃がして、ＭＢＰ１の排気圧力の抑えることができる。これにより、ＭＢＰ１をブロワーとして有効に利用することができ、その結果、ＤＲＰ２の排気性能に律則されなくなる。逆止弁３での圧力損失が少ないほど、この効果は大きくなる。
【００２８】
このように、本実施形態に係る真空排気装置では、大出力のモータを有するＭＢＰ１を採用し、逆止弁３および分岐配管７０を設けたことにより、低真空領域および大気圧付近での排気速度を改善でき、その結果、ＬＣ２０の排気時間を短縮できる。
【００２９】
さらに、逆止弁３および分岐配管７０を設けたことにより、大気圧のＬＣ２０の真空排気を開始するために仕切り弁３０を開放したときに、ＬＣ２０からの圧力衝撃波が、逆止弁３を介して逃がされるので、ＭＢＰ１が受ける衝撃を緩和することができる。これにより、ＭＢＰ１は、強度設計の制約を受け難くなり、さらにはＭＢＰ１の耐久性を向上することができる。
【００３０】
図２は比較例１に係る真空排気装置の構成を説明する模式図であり、図１と同様のものには同じ符号を付してある。この比較例１に係る真空排気装置１０１では、ＭＢＰ１１とＤＲＰ２とが直列に配置されている。ＭＢＰ１１は、実施形態１に係るＭＢＰ１と同様のポンプ部と、ＭＢＰ１よりも低出力のモータとを有する。つまり、ＭＢＰ１１の、最大排気速度に対するモータの最大動力（単位：Ｗ）の比率は、５Ｗ／（ｍ３／ｈ）未満である。
【００３１】
図３は比較例２に係る真空排気装置の構成を説明する模式図であり、図１と同様のものには同じ符号を付してある。この比較例２に係る真空排気装置１０２では、ＭＢＰ１と、ＤＲＰ２とが直列に配置されている。つまり、比較例２に係る真空排気装置１０２は、実施形態１に係る真空排気装置１００（図１参照）において、逆止弁３および分岐配管７０を設けない構成であるとともに、比較例１に係る真空排気装置１０１（図２参照）において、ＭＢＰ１１をＭＢＰ１に変更したものである。
【００３２】
図４Ａ及び４Ｂは本発明の実施形態１および比較例１，２に係る真空排気装置の排気特性を説明する図である。具体的には、図４ＡはＤＲＰ２単体ならびに実施形態１および比較例１，２に係る真空排気装置の排気速度特性（排気性能）、図４Ｂは実施形態１および比較例１，２におけるＬＣ２０の圧力特性（ＬＣ２０の圧力推移）である。これら図４Ａ及び４Ｂにおいて、Ａは大気圧Ａ１および大気圧付近の減圧領域（大気圧付近領域）、Ｂは低真空領域、Ｃは高真空領域である。また、ａ１はＤＲＰ２単体での特性、ｂ１およびｂ２は比較例１に係る真空排気装置１０１の特性、ｃ１およびｃ２は比較例２に係る真空排気装置１０２の特性、そしてｄ１およびｄ２は実施形態１に係る真空排気装置１００の特性を表す。
【００３３】
例えば、領域Ａは１０１３００Ｐａ（大気圧Ａ１）から３００００Ｐａまでの範囲、低真空領域Ｂは３００００Ｐａから１３３０Ｐａまでの範囲、中真空領域Ｃは、１３３０Ｐａ以下の範囲である。
【００３４】
図４Ａの特性曲線ａ１に示すように、ＤＲＰ２単体の排気速度は、大気圧付近領域Ａおよび低真空領域Ｂにおいては、ほぼ一定であり、さらに中真空領域Ｃに入っても一定を保つが、目標到達真空度に近づくにつれて、徐々に低下する。
【００３５】
また、図４Ａの特性曲線ｂ１に示すように、比較例１に係る真空排気装置１０１の排気速度は、大気圧付近領域Ａから低真空領域Ｂを経て、中真空領域Ｃに入るに従って上昇していく。その後、真空排気装置１０１の排気速度は、中真空領域Ｃにおいて低真空領域Ｂとの境界と目標到達真空度との中間付近で最大となり、目標到達真空度に近づくに従って低下する。
【００３６】
図４Ａの特性曲線ｃ１に示すように、低真空領域Ｂでの比較例２の排気速度は、比較例１のＭＢＰ１１よりも高出力のＭＢＰ１を採用したことによって、比較例１の場合（特性曲線ｂ１）よりも向上する。しかし、大気圧付近領域Ａでは、ＭＢＰ１の排気性能がＤＲＰ２の排気性能に律則されるため、比較例２の排気速度は比較例１よりは向上しているものの、ＭＢＰ１の排気能力を十分に発揮できているとは言えない。なお、中真空領域Ｃにおいての比較例２の排気速度特性は、ポンプ部が同じであるため、比較例１の場合と同様になる。
【００３７】
これに対し、図４Ａの特性曲線ｄ１に示すように、実施形態１に係る真空排気装置１００では、比較例１のＭＢＰ１１よりも高出力のＭＢＰ１を採用したことによって、低真空領域Ｂでの排気速度が上記比較例１（特性曲線ｂ１）よりも向上し、比較例２（特性曲線ｃ２）の場合と同等になる。さらに、実施形態１に係る真空排気装置１００では、逆止弁３および分岐配管７０が設けられているため、ＭＢＰ１の排気性能がＤＲＰ２の排気性能に律則されない。したがって、本実施形態における大気圧付近領域Ａでの排気性能は、比較例２の場合（特性曲線ｃ１）よりも向上する。
なお、低真空領域Ｂおよび中真空領域Ｃにおいての実施形態１に係る真空排気装置１００の排気速度特性は、ＭＢＰが同じであるため、比較例２の場合と同様になる。
【００３８】
図４Ｂに示すように、ＬＣ２０の圧力推移は、真空排気装置の排気性能に対応している。このため、低真空領域Ｂおよび中真空領域Ｃにおいて、比較例２の特性曲線ｃ２と、実施形態１に係る真空排気装置１００の特性曲線ｄ２とは平行になる。さらに、中真空領域Ｃにおいて、比較例１の特性曲線ｂ２と、比較例２の特性曲線ｃ２と、実施形態１に係る真空排気装置１００の特性曲線ｄ２とは平行になる。
【００３９】
比較例２に係る真空排気装置１０２は、比較例１に係る真空排気装置１０１よりも、大気圧および大気圧付近領域Ａならびに低真空領域Ｂでの排気性能が優れているので、低真空領域Ｂに到達するまでの時間および中真空領域Ｃに到達するまでの時間がそれぞれ短い。また、実施形態１に係る真空排気装置１００は、比較例２に係る真空排気装置１０２よりも、大気圧付近領域Ａでの排気性能が優れているので、低真空領域Ｂに到達するまでの時間が短い。
【００４０】
従って、実施形態１に係る真空排気装置１００、比較例１に係る真空排気装置１０１、比較例２に係る真空排気装置１０２の内、実施形態１に係る真空排気装置１００が中真空領域Ｃに設定される目標真空度に最も短時間で到達することができる。なお、比較例２に係る真空排気装置１０２によれば、比較例１に係る真空排気装置１０１よりも上記目標真空度に短時間で到達することができる。
【００４１】
このように、実施形態１に係る真空排気装置１００では、比較例１のＭＢＰ１１よりも高出力のＭＢＰ１が採用されているため、低真空領域Ｂおよび大気圧付近領域Ａにおいて、比較例１の場合よりも高い排気速度を実現できる。さらに、逆止弁３および分岐配管７０を設けたことによって、大気圧付近領域Ａにおいて、比較例２に係る真空排気装置１０２よりも高い排気速度を実現できる。
【００４２】
従って、実施形態１に係る真空排気装置１００では、低真空領域Ｂおよび大気圧付近領域Ａにおいて、ＭＢＰ１の排気能力を十分に発揮できると言える。
【００４３】
以上のように実施形態１に係る真空排気装置１００によれば、ＭＢＰ１のモータを大出力にするとともに、逆止弁３および分岐配管７０を設けたことにより、大気圧付近でも主ポンプの排気速度が補助ポンプの排気速度に規制されず、大気圧付および低真空領域の排気速度を向上させることができる。このため、ＭＢＰ１およびＤＲＰ２の構成の変更を最小限にとどめつつ、大気圧付近領域Ａおよび低真空領域Ｂにおいての排気性能を向上させ、その結果、短時間でＬＣ２０を目標真空度に到達させることができる。
【００４４】
なお、上記実施形態１において、分岐配管７０をＤＲＰ２の排気配管６０に終端せず、この分岐配管７０を個別の排気配管とすることも可能である。
＜実施形態２＞
【００４５】
図５は本発明の実施形態２に係る真空排気装置の構成を説明する模式図であり、図１と同様のものには同じ符号を付してある。この実施形態２に係る真空排気装置２００は、２つのポンプ（ＭＢＰ）２１ａ，２１ｂを並列に配置した主ポンプ２１と、補助ポンプ２と、逆止弁３とを備えている。つまり、実施形態２に係る真空排気装置２００は、上記実施形態１に係る真空排気装置１００（図１参照）において、１つのＭＢＰからなる主ポンプ１を、並列に配置した２つのＭＢＰ２１ａ，２１ｂによって構成したものである。
【００４６】
この真空排気装置２００では、複数のポンプを並列に配置して主ポンプが構成されているため、当該主ポンプを構成する個々のポンプのモータを高出力にしなくとも、主ポンプ全体の容量を大きくすることができる。
【００４７】
つまり、この実施形態２では、最大排気速度に対するモータの最大動力（単位：Ｗ）の比率が５Ｗ／（ｍ３／ｈ）未満であるが合わせて５Ｗ／（ｍ３／ｈ）以上となる２つのＭＢＰを並列に配置することで、高出力の主ポンプ２１を実現している。
【００４８】
以上のように実施形態２に係る真空排気装置２００によれば、複数のＭＢＰが並列に配置された高出力の主ポンプ２１を採用することにより、上記実施形態１と同様に、大気圧付近領域Ａおよび低真空領域Ｂにおいての排気性能を向上させ、その結果、短時間でＬＣ２０を目標の真空度に到達させることができる。
【００４９】
なお、主ポンプを、並列に配置した３以上のポンプによって構成したり、補助ポンプを複数台並列に配置したり、または、主ポンプと補助ポンプとを各々複数台並列に配置することも可能である。また、主ポンプを構成するポンプごとに、ＬＣ２０との間の配管および仕切り弁を設けることも可能である。さらに、主ポンプを構成するポンプごとに、逆止弁および分岐配管を設けることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、主ポンプおよび補助ポンプの構成変更を最小限にとどめて、目標真空度までの排気時間を短縮できる真空排気装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  主ポンプ（ＭＢＰ）
２  補助ポンプ（ＤＲＰ）
３  逆止弁
２０  チャンバー（ＬＣ）
２１  主ポンプ
２１ａ，２１ｂ  ＭＢＰ
３０  仕切り弁
４０，５０，６０，７０  配管
１００，２００  真空排気装置。
【図１】
2010029750.tif 000003
【図２】
2010029750.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
2010029750.tif 000009
2010029750.tif 000010
2010029750.tif 000011
2010029750.tif 000012