(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室に接続され、ブースタポンプあるいはルーツ型ポンプで構成された主ポンプと、
前記主ポンプの吐出側を排気する補助ポンプと、
前記主ポンプと前記補助ポンプとの間に配置され、前記主ポンプからの吐出ガス圧を緩和するバッファ部とを備え、
前記バッファ部の容量をＶ［Ｌ］、前記主ポンプの排気速度をＳ［Ｌ／ｓ］としたときに、Ｖ≧０．０１５×Ｓの関係にあることを特徴とする真空排気装置。
【請求項２】
前記バッファ部は、バッファタンクである請求項１に記載の真空排気装置。
【請求項３】
前記バッファタンクは、前記主ポンプと前記補助ポンプとの間に直列的に配置されている請求項２に記載の真空排気装置。
【請求項４】
前記主ポンプの吐出口と前記補助ポンプの吸入口とは互いに対向しない位置に設けられている請求項３に記載の真空排気装置。
【請求項５】
前記バッファタンクは、前記主ポンプと前記補助ポンプとの間に並列的に配置されている請求項２に記載の真空排気装置。
【請求項６】
前記バッファ部は、前記主ポンプの吐出側の圧力に応じて容量が変化する請求項１に記載の真空排気装置。
【請求項７】
前記主ポンプと前記補助ポンプと前記バッファ部とは、共通のケーシングに収容されている請求項１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、真空処理室に接続される主ポンプと、この主ポンプの吐出側を排気する補助ポンプとを備えた真空排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空処理室を排気する真空排気装置においては、より大きな排気速度を得るために主ポンプの吐出側に補助ポンプを備えたものがある（例えば下記特許文献１参照）。図８は、この種の従来の真空排気装置の概略構成を示している。１は真空処理室、２は主ポンプ、３は補助ポンプ、４はメインバルブである。
【０００３】
主ポンプ２はブースタポンプであり、例えば単段のルーツ型ポンプが用いられる。補助ポンプ３はフォアポンプとも称せられ、ロータリポンプや多段ルーツ型ポンプ、スクリュー型ポンプが用いられる。
【０００４】
例えば、ルーツ型ポンプは、回転軸に沿って複数のロータを備えた回転体が相隣接して設けられ、ロータが互いに僅かな隙間を保って逆方向に回転しガスの吸入と排気を行う。従って、主ポンプ２の吐出側を補助ポンプ３で排気し主ポンプ２の背圧を低圧に保つことで、主ポンプ２の排気効率が高まり、真空処理室１をより大きな排気速度で排気できるようになる。
【０００５】
真空排気装置は、メインバルブ４が閉じられた状態のまま運転が開始される。そして、メインバルブ４を開放し、真空処理室１内のガスを排気し始める。このとき、特に大型の真空排気装置の場合では、初期状態において補助ポンプ３の排気容量を大きく超えるガスが主ポンプ２から吐出される。その状態は、主ポンプ２のモータにとって過負荷状態であるので、モータの運転を停止させるか、モータの運転回転数を過負荷とならない程度に減速する対応をとる。
【０００６】
しかしながら、その対応をとるまでの間に、ほぼポンプのディスプレースメント（排気量）に相当する大気圧の気体が主ポンプ２に吸引されることになる。主ポンプ２のディスプレースメントは、通常、補助ポンプ３のそれの約５〜１０倍となっている。そのため、排気装置の吸気側を締め切った状態から、メインバルブ４を開放し大気圧の気体を排気する場合、その初期過程では、主ポンプ２と補助ポンプ３の接続配管の内部の圧力は数気圧に達する。
【０００７】
上記の圧力上昇は、主ポンプ２と補助ポンプ３のディスプレースメント比が大きい排気装置ほど大きくなる。主ポンプ２と補助ポンプ３の接続配管内部の圧力が異常に高くなった場合、主ポンプ２のロータにはその圧力によりロータ回転とは逆方向に過剰な力が加わる。それにより、ロータシャフトを支えるベアリングの不具合や、タイミングギヤの締結ずれによるロータのタイミングずれなどの不具合が発生する。
【０００８】
このような不具合を防止するために、従来では、図９Ａに示すように、所定圧以上のガスを主ポンプ２の吐出側から主ポンプ２の吸入側へ戻すためのバイパス配管５を設置したり、図９Ｂに示すように、所定圧以上のガスを補助ポンプ３の吸入側から補助ポンプ３の吐出側へ送るためのバイパス配管７を設置することが行われている。これらのバイパス配管５，７には、定常状態におけるガスの逆流を防止するための逆止弁６，８がそれぞれ設けられている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１３９０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図９Ａ，Ｂに示した構成では、バイパス配管５，７や逆止弁６，８を配置するためのスペースが必要となる。これにより、真空排気装置が大型化し、その分のコストも増大するという問題がある。また、逆止弁６，８の動作に不具合が生じると、排気性能に影響するので信頼性が損なわれるという問題がある。
【００１１】
一方、補助ポンプ３に十分な容量の排気速度をもつポンプを選定することで、主ポンプ２の吐出側の過剰な圧力上昇を回避することも可能であるが、このような場合でも真空排気装置全体の大型化を招くことになり、コスト上昇も抑えられない。
【００１２】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、装置の大型化を抑制し、主ポンプの適正な排気動作を確保することができる真空排気装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上の課題を解決するに当たり、本発明の真空排気装置は、主ポンプと補助ポンプとの間に、主ポンプからの吐出ガス圧を緩和するバッファ部を備えている。
【００１４】
この構成により、運転開始当初の主ポンプの吐出側に発生する急激な圧力上昇を防ぎ、主ポンプの適正な排気動作を確保して信頼性の向上を図ることができる。また、バッファ部を追加しても、より小型の補助ポンプを採用することができるので、装置の大型化を抑制することができる。
【００１５】
バッファ部は、主ポンプと補助ポンプとを接続する接続配管の容積を大きくすることができる構成であれば特に限定されず、例えばバッファタンクが好適である。この場合、バッファタンクは主ポンプと補助ポンプとの間に直列的に配置されていてもよいし並列的に配置されてもよい。また、主ポンプの吐出側の圧力に応じて容量が可変な構成としてもよい。
【００１６】
本発明に係る真空排気装置においては、好適には、主ポンプと補助ポンプとバッファ部とが共通のケーシングに収容されている。バッファ部は、ケーシング内において任意の領域に配置できるので、ケーシングの大型化を抑制できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の真空排気装置によれば、装置全体の大型化を抑制しつつ、主ポンプの適正な排気動作を確保できる。これにより、動作信頼性の向上を図ることができるとともに、装置の大型化による製造コストの上昇を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態による真空排気装置１０の概略構成図である。
【００２０】
１は真空処理室であり、成膜装置や熱処理装置、エッチング装置など、各種真空処理装置の処理室を構成している。この真空処理室１の排気ポートにはメインバルブ４を介して主ポンプ２が接続されている。主ポンプ２は例えばルーツ型の真空ポンプが用いられている。そして、主ポンプ２の吐出側には、バッファタンク１１を介して補助ポンプ３が接続されている。補助ポンプ３には、ロータリ型、ルーツ型、スクリュー型等の各種真空ポンプが用いられる。
【００２１】
本実施の形態の真空排気装置１０においては、主ポンプ２と補助ポンプ３との間にバッファタンク１１が配置されている。バッファタンク２は、主ポンプ２からの吐出ガス圧を緩和する「バッファ部」として構成されている。
【００２２】
バッファタンク１１を配置することで、主ポンプ２と補助ポンプ３とを接続する管路の内部容積を部分的に拡大でき、主ポンプ２の吐出側（補助ポンプ３の吸入側）の急激な圧力上昇を抑制できる。従って、真空処理室１の排気動作初期時において、主ポンプ２と補助ポンプ３との間の急激な圧力上昇を抑えられるので、ルーツ型ポンプ等で構成される主ポンプ２においては、ロータシャフトを支えるベアリングの不具合や、ロータのタイミングずれなどの不具合を回避でき、主ポンプ２の適正な排気動作が確保される。これにより真空排気装置１０の動作信頼性を高めることができる。
【００２３】
また、補助ポンプ３として、容量的により小さいポンプを採用することも可能となり、装置コストの低減を図ることが可能となる。これにより、主ポンプ２と補助ポンプ３間のディスプレースメント比が大きい場合であっても、真空排気装置の動作信頼性を維持することができる。
【００２４】
圧力緩和作用は、バッファタンク１１の容量（容積）が大きいほど高い。しかし、バッファタンク１１の容量が大きくなり過ぎると、真空排気装置１０の全体積のうちバッファタンク１１が占める割合が大きくなり、装置全体が大型化する。
【００２５】
一例として、４００００Ｌ／min.の排気速度を持つ主ポンプを、３０００Ｌ／min.の排気速度を持つ補助ポンプで運転する場合を考える。この構成の真空排気装置で、大気圧のガスを排気し始めるときの主ポンプと補助ポンプ間の接続部の最高圧力は、４〜５気圧に達する。なおこの例では、主ポンプと補助ポンプとの間は単一の配管で接続され、その配管の内部容積は１〜２Ｌ程度とする。
【００２６】
そこで、これら主ポンプと補助ポンプの間に本発明に係るバッファタンクを配置し、接続部の容積を増加させたときの計算結果を図２に示す。図２では、バッファタンクを含めた接続部の容積（体積）を横軸にとり、大気圧のガスを排気し始めるときの接続部の最高圧力を縦軸にとった。接続部の容積を１０Ｌ程度まで増加させることで、急激に最高圧力が低下することがわかる。接続部の容積を２０Ｌ以上にすれば、最高圧力は概ね２気圧以下にまで抑えられることがわかる。従って、上記の例において、バッファタンクの容積は少なくも１０Ｌ、好ましくは２０Ｌ〜３０Ｌとすることができる。
【００２７】
図３Ａは、主ポンプ２と補助ポンプ３が共通のケーシング１２に収容された従来構造の真空排気装置を示している。一方、図３Ｂは、主ポンプ２と補助ポンプ３とバッファタンク１１とが共通のケーシング１２に収容された真空排気装置１０を示している。なお、図において１３は真空排気装置の吸入口、１４はその吐出口をそれぞれ示す。
【００２８】
本実施の形態の真空排気装置１０においては、ケーシング１２内に一定容量のバッファタンク１１を追加で配置している関係上、単純に考えれば、ユニット全体の高さＬ２は従来の高さＬ１に比べて大きくなる。しかし、バッファタンク１１の形状は定形に限らないので、ケーシング１２内の空いたスペースを有効に利用できれば、Ｌ２をＬ１と同等程度に抑えることが可能となる。
【００２９】
更に、バッファタンク１１の設置により、補助ポンプ３の小型化を図ることができるので、補助ポンプ３の占有スペースの低減分をバッファタンク１１の設置スペースに転用できるようになり、設計によってはユニット高さＬ２を従来構造よりも低くすること（Ｌ２＜Ｌ１）も可能である。
【００３０】
以上のように、本実施の形態によれば、装置全体の大型化を抑制できるので、これに伴い、真空処理室１を含む真空処理装置の排気系の設置占有スペースの大型化を抑えることができる。
【００３１】
なお、バッファタンク１１を主ポンプ２と補助ポンプ３との間に直列的に配置する場合には、図４に示すように、主ポンプ２の吐出口１５と補助ポンプ３の吸入口１６とが互いに対向しないようにバッファタンク１１に接続することができる。これにより、主ポンプ２からの吐出ガス圧の緩和作用を効果的に発揮させることができる。
【００３２】
［第２の実施の形態］
図５は本発明の第２の実施の形態による真空排気装置２０の概略構成図である。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
本実施の形態の真空排気装置２０は、主ポンプ２と補助ポンプ３とバッファタンク１１とが共通のケーシング１２内に収容されている点で上述の第１の実施形態と共通する。しかし、バッファタンク１１が主ポンプ２と補助ポンプ３との間に並列的に配置されている点で、第１の実施形態と異なっている。この例において、バッファタンク１１は、主ポンプ２と補助ポンプ３との間を接続する接続配管１７に対し、分岐配管１８を介して接続されている。
【００３４】
本実施の形態によっても、上述の第１の実施形態と同様な効果が得られるのは勿論である。特に本実施の形態によれば、図５に示したように、バッファタンク１１を主ポンプ２および補助ポンプ３の側方に配置することで、真空排気装置２０のユニット高さＬ３を従来のユニット高さＬ１（図３Ａ）とほぼ同等に抑えることが可能となる。
【００３５】
［第３の実施の形態」
図６は本発明の第３の実施の形態による真空排気装置３０の概略構成図である。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
【００３６】
本実施の形態の真空排気装置３０は、主ポンプ２と補助ポンプ３との間に、容量可変型のバッファタンク３１を備えている。このバッファタンク３１は、その少なくとも一部の側周部がベローズ状に伸縮自在に構成され、内部圧力の変化を受けてその容積を一定範囲で可変となっている。
【００３７】
以上のように構成されるバッファタンク３１を本発明に係る「バッファ部」として配置することにより、真空排気装置３０の運転開始初期時における主ポンプ２の吐出側の急激な圧力上昇を当該バッファタンク３１の容積増大作用で緩和でき、これにより主ポンプ２の適正な運転動作を確保することができる。なお、定常時にはバッファタンク３１内が負圧になるので、バッファタンク３１の容積が初期時の容積あるいはそれよりも小さな容積にまで減少する。
【００３８】
本実施の形態における容積可変型のバッファタンク３１は上述の構成例に限らず、タンクの一部または全部を弾性体で構成し内圧の変化でタンクを弾性変形させたり、内圧の上昇で膨張可能な材質でバッファタンク３１を構成してもよい。
【００３９】
また、図６に示した例は、バッファタンク３１を主ポンプ２と補助ポンプ３との間に直列的に配置した構成例を示したが、勿論これに限られず、バッファタンク３１を主ポンプ２と補助ポンプ３との間に並列的に配置してもよい。
【００４０】
［第４の実施の形態］
図７は本発明の第４の実施の形態による真空排気装置４０の概略構成図である。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
本実施の形態の真空排気装置４０は、主ポンプ２と補助ポンプ３との間に配置されるバッファ部の構造が、複数箇所で屈曲した接続配管４１で構成されている点で、上述の各実施の形態と異なっている。バッファ部をこのような接続配管４１で構成することにより、主ポンプ２の吐出口と補助ポンプ３の吸入口との間の管路長を大きくでき、これにより管路内容積を増大させて、主ポンプ２の吐出口の急激な圧力上昇を緩和させる。
【００４２】
本実施の形態によっても、上述の各実施の形態と同様な効果を得ることができる。特に本実施の形態によれば、主ポンプ２の吐出口から補助ポンプ３の吸入口までの間隙内で接続配管４１を屈曲させながら延在させる構成であるので、従来の直管形状の接続配管と同等の高さ寸法内で管路長の増大を図ることができる。これにより、真空排気装置４０のユニット高さＬ４を図３Ａに示した従来の真空排気装置のユニット高さＬ１とほぼ同等またはそれ以下に抑えることができる。
【００４３】
接続配管４１は、曲管と直管の結合体で構成してもよいが、可撓性のある配管構造とすることで、取付性の向上のほか、主ポンプ２と補助ポンプ３間の間隙の短縮を図ることができる。また、この接続配管４１の一部又は全部をベローズ等の伸縮性のある部品で構成することにより、内部圧力の増大に伴って管路長の増大が図れるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による真空排気装置１０の概略構成図である。
【図２】本発明に係るバッファタンクの容積と到達最高圧力との関係の一例を示す図である。
【図３】主ポンプ２と補助ポンプ３とを共通のケーシングに収容した形態の真空排気装置の概略構成図であり、Ａは従来例、Ｂは本発明の一実施形態をそれぞれ示している。
【図４】主ポンプ２、バッファタンク１１および補助ポンプ３のそれぞれの接続形態を説明する要部拡大図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による真空排気装置２０の概略構成図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による真空排気装置３０の概略構成図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態による真空排気装置４０の概略構成図である。
【図８】従来の真空排気装置の概略構成図である。
【図９】従来の真空排気装置の他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  真空処理室
２  主ポンプ
３  補助ポンプ
１０  真空排気装置
１１  バッファタンク（バッファ部）
１２  ケーシング
２０  真空排気装置
３０  真空排気装置
３１  バッファタンク（バッファ部）
４０  真空排気装置
４１  接続配管（バッファ部）
【図１】
0004718302.tif 000002
【図２】
0004718302.tif 000003
【図３】
0004718302.tif 000004
【図４】
0004718302.tif 000005
【図５】
0004718302.tif 000006
【図６】
0004718302.tif 000007
【図７】
0004718302.tif 000008
【図８】
0004718302.tif 000009
【図９】
0004718302.tif 000010