(57)【要約】【課題】プロセス状態に最適な状態で運転して、真空排気システムの効率を向上することができる真空排気システムを提供する。【解決手段】真空チャンバ内を真空に排気する真空排気システムにおいて、真空チャンバに接続される前段真空ポンプ２０と、前段真空ポンプ２０の後段に設置される後段真空ポンプ３０と、真空排気システム中の真空領域に設置されて圧力を検出する圧力センサ５０と、通常ライン２７３と増量ライン２７４から構成され、前段真空ポンプ２０及び後段真空ポンプ３０に軸シールガスを供給するガス系統２７０と、圧力センサ５０により検出された圧力に基づいてガス系統２７０を流れる軸シールガスの流量を制御する制御部６０とを備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内を真空に排気する真空排気システムにおいて、
前記真空チャンバに接続される前段真空ポンプと、
前記前段真空ポンプの後段に設置される後段真空ポンプと、
真空排気システム中の真空領域に設置されて圧力を検出する圧力センサと、
通常ラインと増量ラインから構成され、前記前段真空ポンプ及び前記後段真空ポンプに軸シールガスを供給するガス系統と、
前記圧力センサにより検出された圧力に基づいて前記ガス系統を流れる軸シールガスの流量を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする真空排気システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記前段真空ポンプ及び前記後段真空ポンプに供給する軸シールガスの流量を、前記増量ラインの流量を制御することによって、個別に制御することを特徴とする請求項１に記載の真空排気システム。
【請求項３】
前記増量ラインは、前記前段真空ポンプに供給する軸シールガスの流量が前記後段真空ポンプに供給する軸シールガスの流量よりも少なくなるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の真空排気システム。
【請求項４】
前記増量ラインは、前記前段真空ポンプの低圧側及び高圧側、並びに前記後段真空ポンプの低圧側のみに接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空排気システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記圧力センサにより検出された圧力が所定値より大きくなったときに、前記増量ラインに設けられた開閉弁を開くことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の真空排気システム。
【請求項６】
前記圧力センサは、前記前段真空ポンプと前記後段真空ポンプとを接続する接続管に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の真空排気システム。
【請求項７】
前記前段真空ポンプ及び前記後段真空ポンプに冷却水を供給する冷却水系統を更に備え、前記制御部は、前記圧力センサにより検出された圧力に基づいて、前記冷却水系統を流れる流量を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の真空排気システム。
【請求項８】
前記冷却水系統は、前記後段真空ポンプ内を流れた冷却水を前段前段真空ポンプに供給するよう構成されていることを特徴とする請求項７記載の真空排気システム。
【請求項９】
前記後段真空ポンプの最終段には、温度センサが設けられていることを特徴とする請求項７または８記載の真空排気システム。
【請求項１０】
前記冷却水系統の前記ロータ最終段部の上流側には、該ロータ最終段部を冷却水が迂回するバイパス管が接続された三方弁が設けられていることを特徴とする請求項９記載の真空排気システム。
【請求項１１】
前記前段真空ポンプ及び前記後段真空ポンプの少なくとも一方は、気体を移送する一対のロータと、前記一対のロータを回転させるモータと、前記一対のロータの回転を同期させるタイミングギヤと、前記モータの回転速度を制御するドライバとを備え、
前記制御部は、前記圧力センサにより検出された圧力に基づいて、前記ドライバを介して前記ロータの回転速度を制御することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の真空排気システム。
【請求項１２】
前記制御部は、前記圧力センサにより検出された圧力が所定値より大きくなったときに、前記ロータの回転速度を下げることを特徴とする請求項１１記載の真空排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空排気システムに係り、特に半導体製造プロセスや液晶製造プロセスなどにおいて用いられる真空チャンバを真空に排気する真空排気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体製造プロセスや液晶製造プロセスなどでは、真空チャンバを真空に排気する真空排気システムが用いられている。このような真空排気システムにおいては、半導体製造プロセスや液晶製造プロセスなどの状況に関係なく、真空ポンプが定格運転されている。しかしながら、プロセス状態に関係なく真空ポンプの定格運転を続けると、真空ポンプが移送するガスの量（ガス負荷）が多くなるにつれて、真空ポンプにかかる負荷が増大してしまう。このため、真空排気システムの効率が悪くなり、真空ポンプの寿命が短くなるという問題がある。
【０００３】
また、真空排気システムにおいては、冷却水により真空ポンプを冷却することがなされるが、この冷却水も、プロセス状態に関係なく、常に一定量が真空ポンプに供給されている。このため、負荷の小さいときには、冷却水が必要以上に供給されることとなり、冷却水の無駄が多いという問題がある。
【０００４】
さらに、真空ポンプの内部に導入されるプロセスガスの種類によっては、反応副生成物が真空ポンプの内部で固形化してしまう場合がある。このような反応副生成物は、ポンプロータの軸受や潤滑油に混入して真空ポンプの寿命を短くするおそれがあるため、真空ポンプの軸受部分には、反応副生成物が混入することを防止するために窒素ガス（軸シールガス）が導入される。
【０００５】
従来の真空排気システムにおいては、プロセス状態に関係なく、常に一定量の軸シールガスが導入されているが、大量の軸シールガスを導入すると無負荷時のポンプの到達圧力に影響するため、導入する軸シールガスの量を少なくしなければならない場合がある。しかしながら、軸シールガスの量を少なくすると、反応副生成物がポンプロータの軸受や潤滑油に混入して、真空ポンプが停止してしまうという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、プロセス状態に最適な状態で運転して、真空排気システムの効率を向上することができる真空排気システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、プロセス状態に最適な流量で軸シールガスを真空ポンプに供給して、真空排気システムの効率を向上するとともに真空ポンプの軸受部分に反応副生成物が混入することを防止することができる、真空チャンバ内を真空に排気する真空排気システムが提供される。この真空排気システムは、真空チャンバに接続される前段真空ポンプと、上記前段真空ポンプの後段に設置される後段真空ポンプと、真空排気システム中の真空領域に設置されて圧力を検出する圧力センサと、通常ラインと増量ラインから構成され、上記前段真空ポンプ及び上記後段真空ポンプに軸シールガスを供給するガス系統と、上記圧力センサにより検出された圧力に基づいて上記ガス系統を流れる軸シールガスの流量を制御する制御部とを備えている。上記制御部は、上記圧力センサにより検出された圧力が所定値より大きくなったときに、上記ガス系統を流れる軸シールガスの流量を増やすことが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧力センサにより真空排気システム中の真空領域の圧力を検出し、検出された圧力に基づいて、真空ポンプに供給する軸シールガスの流量を制御することができるので、真空ポンプに供給する軸シールガスの流量をプロセス状態に最適な量に調整することができる。したがって、真空排気システムの効率を向上するとともに、無負荷時のポンプの到達圧力に影響を与えることなく、真空ポンプの軸受部分に反応副生成物が混入することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】真空排気システムの一例を示す模式図である。
【図２】図１に示す例における回転速度の変化を示すグラフである。
【図３】真空排気システムの他の例を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における真空排気システムを示す模式図である。
【図５】真空排気システムの更に他の例を示す模式図である。
【図６】真空排気システムの更に他の例を示す模式図である。
【図７】真空排気システムの更に他の例を示す模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における真空排気システムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る真空排気システムの実施形態について図１から図８を参照して詳細に説明する。なお、図１から図８において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１１】
図１は、真空排気システム１０の一例を示す模式図である。図１に示すように、この真空排気システム１０は、半導体製造プロセスや液晶製造プロセスなどにおいて用いられる真空チャンバ１２を真空に排気するものであり、２台の真空ポンプ２０，３０と、前段真空ポンプ２０と後段真空ポンプ３０とを接続する接続管４０と、接続管４０の内部の圧力を検出する圧力センサ５０と、真空ポンプ２０，３０を制御する制御部６０とを備えている。５０は、真空領域である接続管４０内のガスの圧力を検出し、検出された圧力値の信号は制御部６０に送られる。
【００１２】
前段真空ポンプ２０は、一対のロータを収容したケーシング２１と、ロータを回転させるモータを収容したモータカバー２２と、一対のロータを同期させて回転させるタイミングギヤを収容したギアカバー２３と、ケーシング２１とモータカバー２２との間に配置された第１のサイドカバー２４と、ケーシング２１とギアカバー２３との間に配置された第２のサイドカバー２５と、モータカバー２２内のモータの回転速度を制御するドライバ２６とを備えている。ドライバ２６は、制御部６０からの信号を受けて所定の回転速度でモータを回転させる。
【００１３】
前段真空ポンプ２０において、モータカバー２２内のモータを駆動すると、一対のロータは、ケーシング２１の内面およびロータ同士の間にわずかな隙間を保持して、非接触で逆方向に回転する。一対のロータの回転につれて、吸込側のガスはロータとケーシング２１と間に閉じこめられて吐出側の接続管４０に移送される。
【００１４】
後段真空ポンプ３０は、一対のロータを収容したケーシング３１と、ロータを回転させるモータを収容したモータカバー３２と、一対のロータを同期させて回転させるタイミングギヤを収容したギアカバー３３と、ケーシング３１とギアカバー３３との間に配置されたサイドカバー３５と、モータカバー３２内のモータの回転速度を制御するドライバ３６とを備えている。ドライバ３６は、制御部６０からの信号を受けて所定の回転速度でモータを回転させる。
【００１５】
後段真空ポンプ３０において、モータカバー３２内のモータを駆動すると、一対のロータは、ケーシング３１の内面およびロータ同士の間にわずかな隙間を保持して、非接触で逆方向に回転する。一対のロータの回転につれて、吸込側の接続管４０内のガスはロータとケーシング３１と間に閉じこめられて吐出側に移送される。
【００１６】
ここで、真空ポンプ２０，３０が移送するガスの量（ガス負荷）が多くなると、真空ポンプ２０，３０にかかる負荷も増大し、接続管４０内のガスの圧力も上昇する。したがって、この例においては、圧力センサ５０により接続管４０内のガスの圧力を検出し、検出された圧力値が所定の設定値を超えた場合に、前段真空ポンプ２０および／または後段真空ポンプ３０の回転速度を下げるように、制御部６０からドライバ２６および／またはドライバ３６に指令（信号）が送られるようになっている。このようにすることで、移送するガスの量が多くなった場合の真空ポンプ２０，３０への負荷が軽減される。
【００１７】
また、圧力センサ５０により検出された圧力値によって、真空チャンバ１２のプロセス状態を把握することができる。例えば、圧力センサ５０により検出された圧力値によって、真空チャンバ１２における半導体製造プロセスや液晶製造プロセスの停止および開始を検出することができる。したがって、圧力センサ５０により検出された圧力値から真空チャンバ１２のプロセス状態を把握し、そのプロセス状態に適した回転速度となるように前段真空ポンプ２０および／または後段真空ポンプ３０の回転速度を制御してもよい。
【００１８】
例えば、プロセスの停止時には、図２（ａ）に示すように、先に前段真空ポンプ２０の回転速度を下げてから後段真空ポンプ３０の回転速度を下げてもよい。また、プロセスの開始時には、図２（ｂ）に示すように、先に後段真空ポンプ３０の回転速度を上げてから前段真空ポンプ２０の回転速度を上げてもよい。後段真空ポンプ３０は、真空排気システム１０の排気性能に大きく影響する。例えば、回転速度を下げた後、再度回転速度を上げる場合には、発熱量がすぐに大きくはならないため、後段真空ポンプ３０の回転速度をそのまま変えずに、熱膨張によるロータとケーシング３１との間のクリアランスを一定に保つようにしてもよい。また、反応副生成物に対する対策を考えると、温度を維持するために後段真空ポンプ３０の回転速度を一定にするのがよい。
【００１９】
図３は、他の真空排気システム１１０を示す模式図である。図３に示すように、この真空排気システム１１０は、第１に示す例の構成に加えて、前段真空ポンプ２０と後段真空ポンプ３０に冷却水を供給する冷却水系統１７０を備えている。この冷却水系統１７０は、冷却水を導入ポート１７１から後段真空ポンプ３０のモータカバー３２、ケーシング３１のロータ最終段部１３１、ギアカバー３３を通過させ、さらに前段真空ポンプ２０のギアカバー２３、モータカバー２２を通過させた後、排出ポート１７２から排出し、後段真空ポンプ３０および前段真空ポンプ２０を冷却するものである。
【００２０】
冷却水系統１７０の後段真空ポンプ３０の上流側には、通常ライン１７３と増量ライン１７４とが設けられている。通常ライン１７３内を流れる冷却水の流量は例えば１ｌ／ｍｉｎであり、増量ライン１７４内を流れる冷却水の流量は例えば５ｌ／ｍｉｎである。増量ライン１７４には電磁弁１７５が設けられている。
【００２１】
この例では、圧力センサ５０により検出された圧力値から真空チャンバ１２のプロセス状態を把握し、プロセス状態に適した流量となるように冷却水系統１７０を流れる冷却水を調整する。すなわち、圧力センサ５０により検出された圧力値が所定の設定値を超えた場合に、増量ライン１７４の電磁弁１７５を開き、冷却水系統１７０を流れる冷却水の量を増やすようになっている。このように、冷却水系統１７０を流れる冷却水の量をプロセス状態に応じた適切な量に調整することができるので、冷却水の無駄をなくし、効率的に真空ポンプ２０，３０を冷却することができる。
【００２２】
また、このような通常ライン１７３と増量ライン１７４に代えて、導入ポート１７１の近傍に電磁弁１７６を設け、この電磁弁１７６を開閉することで冷却水系統１７０の全流量を調整するようにしてもよい。さらに、接続管４０に設置された圧力センサ５０に代えて、前段真空ポンプ２０と真空チャンバ１２とを接続する接続管１３に圧力センサ１７７を設け、この圧力センサ１７７により検出された圧力値に基づいて冷却水系統１７０を流れる冷却水の量を制御してもよい。
【００２３】
ここで、ケーシング３１のロータ最終段部１３１は大気圧側となるため、この部分における圧力差が大きく、発熱量が大きくなる。したがって、この例では、ケーシング３１のロータ最終段部１３１に冷却水系統１７０を通過させてロータ最終段部１３１を冷却水により冷却するようになっている。しかしながら、ロータ最終段部１３１を冷却しすぎると、ガスが固形化してケーシング３１に固着してしまうおそれがある。このため、この例では、ロータ最終段部１３１に温度センサ１３２を設け、ロータ最終段部１３１の温度を測定し、ロータ最終段部１３１を適度な高温に維持している。なお、図３に示すように、ロータ最終段部１３１の上流側の冷却水系統１７０には三方弁１７８が設けられており、この三方弁１７８には、ロータ最終段部１３１の下流側に接続されたバイパス管１７９が取り付けられている。
【００２４】
図４は、本発明の第１の実施形態における真空排気システム２１０を示す模式図である。図４に示すように、この真空排気システム２１０は、図１に示す例の構成に加えて、前段真空ポンプ２０と後段真空ポンプ３０に軸シールガスとしての窒素ガスを供給する窒素ガス系統２７０を備えている。この窒素ガス系統２７０は、導入ポート２７１から前段真空ポンプ２０の第１のサイドカバー２４、第２のサイドカバー２５、後段真空ポンプ３０のケーシング３１中の軸シール部２３１ａ，２３１ｂ、サイドカバー３５にそれぞれ窒素ガスを供給し、前段真空ポンプ２０および後段真空ポンプ３０の軸受部分に反応副生成物が混入することを防止するものである。
【００２５】
窒素ガス系統２７０は、通常ライン２７３と増量ライン２７４とから構成されており、増量ライン２７４には電磁弁２７５が設けられている。本実施形態では、圧力センサ５０により検出された圧力値から真空チャンバ（図示せず）のプロセス状態を把握し、プロセス状態に適した流量となるように窒素ガス系統２７０を流れる窒素ガスを調整する。すなわち、圧力センサ５０により検出された圧力値が所定の設定値を超えた場合に、増量ライン２７４の電磁弁２７５を開き、窒素ガス系統２７０を流れる窒素ガスの量を増やすようになっている。このように、窒素ガス系統２７０を流れる窒素ガスの量をプロセス状態に応じた適切な量に調整することができるので、無負荷時のポンプの到達圧力に影響を与えることなく、真空ポンプ２０，３０の軸受部分に反応副生成物が混入することを防止することができる。
【００２６】
なお、前段真空ポンプ２０は、上流にある真空チャンバの到達圧力を下げてしまうため、増量ライン２７４ａを通って前段真空ポンプ２０に流入する窒素ガスの流量は、増量ライン２７４ｂを通って後段真空ポンプ３０に流入する窒素ガスの流量よりも少なくなっている。また、窒素ガス系統２７０の前段真空ポンプ２０および後段真空ポンプ３０への供給部にそれぞれ電磁弁（例えば符号２７６，２７７で示す）を設け、各部に供給される窒素ガスの量を個別に制御してもよい。
【００２７】
図５は、更に他の真空排気システム３１０を示す模式図である。図５に示すように、この真空排気システム３１０は、図１に示す例における真空排気システム１０において、圧力センサ５０を用いる代わりに、プロセス状態を示す外部入力信号３７０を制御部６０に入力し、この外部入力信号３７０に基づいて、前段真空ポンプ２０および後段真空ポンプ３０の回転速度を調整している。その他の点については、上述した図１に示す例と同様である。
【００２８】
図６は、更に他の真空排気システム４１０を示す模式図である。図６に示すように、この真空排気システム４１０は、図３に示す例における真空排気システム１１０において、圧力センサ５０を用いる代わりに、プロセス状態を示す外部入力信号３７０を制御部６０に入力し、この外部入力信号３７０に基づいて、前段真空ポンプ２０および後段真空ポンプ３０に供給される冷却水の流量を調整している。その他の点については、上述した図３に示す例と同様である。
【００２９】
図７は、更に他の真空排気システム５１０を示す模式図である。図７に示すように、この真空排気システム５１０は、図４に示す第１の実施形態における真空排気システム２１０において、圧力センサ５０を用いる代わりに、プロセス状態を示す外部入力信号３７０を制御部６０に入力し、この外部入力信号３７０に基づいて、前段真空ポンプ２０および後段真空ポンプ３０に供給される窒素ガスの流量を調整している。その他の点については、上述した第１の実施形態と同様である。
【００３０】
図８は、本発明の第２の実施形態における真空排気システム６１０を示す模式図である。この真空排気システム６１０は、上述した各例、並びに第１の実施形態を組み合わせたものである。この場合において、圧力センサ５０により検出された圧力値に基づいて、前段真空ポンプ２０および後段真空ポンプ３０の回転速度、前段真空ポンプ２０および後段真空ポンプ３０に供給される冷却水の流量、および前段真空ポンプ２０および後段真空ポンプ３０に供給される窒素ガスの流量が調整される。この例では、プロセス状態を示す外部入力信号３７０を制御部６０に入力し、この外部入力信号３７０に基づいて、前段真空ポンプ２０および後段真空ポンプ３０の回転速度、前段真空ポンプ２０および後段真空ポンプ３０に供給される冷却水の流量、および前段真空ポンプ２０および後段真空ポンプ３０に供給される窒素ガスの流量を調整できるように構成されている。
【００３１】
ここで、外部入力信号３７０は、プロセスの停止および開始を示す信号であり、圧力センサ５０の検出値よりも適確にプロセス状態を示している情報である。したがって、プロセスの停止または開始が実プロセス時間よりも前に外部入力信号３７０として制御部６０に入力できれば、前段真空ポンプ２０および後段真空ポンプ３０を最適な状態にしてからプロセスの停止または開始が可能となる。
【００３２】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３３】
１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０    真空排気システム
１２    真空チャンバ
２０    前段真空ポンプ
３０    後段真空ポンプ
２１，３１    ケーシング
２２，３２    モータカバー
２３，３３    ギアカバー
２４，２５，３５    サイドカバー
２６，３６    ドライバ
４０    接続管
５０，１７７    圧力センサ
６０    制御部
１７０    冷却水系統
１７３，２７３    通常ライン
１７４，２７４    増量ライン
１７５，１７６，２７５    電磁弁
２７０    窒素ガス系統
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011099454.tif 000009
【図８】
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