(57)【要約】本発明は真空発生装置に関し、真空ポンプ本体１が、調節室１２を形成する空洞を備え、該調節室は、封止プラグ２６、２７などの閉鎖手段によってその端部を密閉され、熱源からの液体冷媒が流れる交換パイプ１４が貫通している。調節室１２は、熱伝導液体１６を熱伝導液体の貯蔵部１７へ流すパイプと接続され、アクチュエータ１９によって圧力を加えられたピストン１８を通じて、調節室１２内の熱伝導液体１５の上部レベル２２を調節し、これによって、ポンプ本体１と交換パイプ１４内を流れる液体冷媒との間の熱コンダクタンスを変化させる。したがって、ポンプ本体１の温度を制御しながら、真空ポンプ１の交換パイプ１４中にスケ−ルが堆積する危険性を少なくする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの真空ポンプ（１００）と、真空ポンプ（１００）の温度を制御する温度制御システム（２）とを備える真空発生装置であって、温度制御システム（２）は、真空ポンプ（１００）のポンプ本体（１）と熱的に連絡する少なくとも１つの第１の回路部分（８）を含む、熱搬送液体が循環する少なくとも１つの熱交換回路（６）と、熱搬送液体を熱交換回路（６）内に循環させる循環手段（１１）と、制御信号に応じて熱交換回路（６）の熱交換容量を制御する制御手段とを有し、
制御手段（２０）によって熱コンダクタンスを調節できる熱伝導手段（１２、１３、１５）が、ポンプ本体（１）と第１の回路部分（８）との間に熱的な連絡を提供することと、
制御手段（２０）が、熱伝導手段（１２、１３、１５）の熱コンダクタンスを変化させるよう構成され、ポンプ本体（１）の温度を事前に定めた基準温度の近傍に維持することと、
熱搬送液体を循環させる循環手段（１１）が、熱搬送液体を、真空ポンプ（１００）の最大運転条件下において十分な熱交換を提供するために必要な流量を下回らない流量で、熱交換回路（６）内を恒久的に循環させるように構成されたことを特徴とする、真空発生装置。
【請求項２】
熱交換回路（６）が、真空ポンプ（１００）を加熱するように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
熱交換回路（６）が、真空ポンプ（１００）を冷却するように構成されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
熱コンダクタンスを調節できる熱伝導手段が、
第１の回路部分（８）とポンプ本体（１）との間に配置された少なくとも１つの調節室（１２）と、
調節室（１２）に接続され、調節室（１２）に調節可能な量の熱連絡液体（１５）を供給し、第１の回路部分（８）とポンプ本体（１）との間の熱連絡液体（１５）で占められている熱交換面積を調節するように構成された、熱連絡液体の供給源（１３）とを備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
熱連絡液体の供給源（１３）が、熱連絡液体が通過するパイプ（１６）と、熱連絡液体の供給部（１７）と、熱連絡液体（１５）を調節室（１２）と熱連絡液体の供給部（１７）との間に通過させる液体調節手段（１８、１９）とを備えることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
液体調節手段が、熱連絡液体の供給部（１７）内に配置されたピストン（１８）を備え、該ピストン（１８）は、温度指令信号およびポンプ本体（１）に結合された温度センサ（２１）から送信されるポンプ温度測定信号に応じて、制御部（２０）によって制御されるアクチュエータ（１９）によって駆動されることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
調節室（１２）が、ポンプ本体（１）内に形成された空洞であって、空洞を貫通する熱交換パイプ（１４）を具備し、前記パイプは前記第１の回路部分（８）を形成し、空洞は、大気に対して漏れないように閉鎖手段（２６、２７）によって閉鎖され、熱交換パイプ（１４）は、２つの異なる末端レベル（２４、２５）の間に起立する少なくとも１つの部分（２３）を有し、該末端レベルが、熱連絡液体（１５）の調節可能な末端深さを規定していることを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
調節室（１２）が、２つの対向する端部（２４、２５）を有し、該端部を貫通する熱交換パイプ（１４）を具備することを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
調節室（１２）が、端部（２４、２５）で、漏れのない１つまたは複数のプラグ（２６、２７）で閉鎖されていることを特徴とする、請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
調製室（１１２）が、熱交換パイプ（１１４）の周りでかしめ（１２６、１２７）によって閉鎖されていることを特徴とする、請求項７または８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は真空発生装置に関する。
【０００２】
真空発生装置の一般的な用途の１つは、半導体を加工するエンクロージャ中に真空を発生することである。
【０００３】
この加工中に、材料が半導体ウェーハ上に堆積され、またはエッチングが行われる。堆積の効率は比較的低く、その結果、真空発生装置は、半導体ウェーハ上に堆積されるべき材料の多くの部分を吸引する。また、真空発生装置は、エッチング操作中に半導体ウェーハから抽出された材料を吸引する。
【０００４】
真空発生装置は、排気されたガスを大気圧または比較的高圧に送る少なくとも１つの一次ポンプを備える。このような一次ポンプでは、温度があまり低いとき、または温度変動が大きいときに、排気されたガスが堆積物の形に濃縮し凝固しやすい。これらの堆積物は、ポンプの運転および発生する真空の品質を阻害し、半導体加工用エンクロージャ中に戻って拡散し、汚染を生じさせる可能性がある。
【０００５】
ポンプ本体の温度をできるだけ安定に制御することによって、ガスの濃縮または凝固から生じる固体の堆積を制限することが望ましい。
【０００６】
知られているシステムでは、ポンプ本体の温度は、真空ポンプの温度を制御するシステムによって調節され、このシステムは、熱搬送液体が循環する少なくとも１つの熱交換回路と、真空ポンプと熱的に連絡する少なくとも１つの第１の回路部分と、熱源と接続されている第２の回路部分とを備える。熱交換回路内に熱搬送液体を循環させる手段が提供される。
【０００７】
第１の可能性としては、例えばＪＰ　１１　２８０６８１に記載されているように、制御手段が、熱交換回路内の熱搬送液体の流量を変化させることができ、これによって、制御信号に応じて熱交換回路の熱交換容量を調節して要求される熱交換と一致させ、ポンプの温度を適切な温度範囲に保つ。
【０００８】
ポンプの温度を制御するために必要な交換熱量は、熱搬送液体の流量を大きく変動させる。したがって、熱搬送液体の速度は変動し、或る運転段階で低く、その温度もまた変動し、或る運転段階で高い。
【０００９】
他の可能性は、例えば、文献ＪＰ　０１　００８３８８に記載されているように加熱電流の調節によって、または文献ＪＰ　０７　１７４０９９に記載されているように冷却ファンの速度調節によって、制御手段が、熱源の出力を変化させる働きをする。全ての場合において、熱搬送液体の温度は、搬送すべき熱出力に応じて大きく変動する。
【００１０】
温度を制御するこれらの知られているシステムにおいて遭遇する問題は、熱搬送液体として通常の公共に供給される水を使用すると、配管の内部および冷却する部品の内部にスケールが堆積することである。水中に自然に懸濁して存在する石灰は、配管の内部および冷却する部品の内部に凝固してスケールの堆積を形成し、最初に熱交換の質を損じ、最終的に前記配管または部品を閉塞させることがある。
【００１１】
発明の概要
本発明が提案する課題は、上記スケールの堆積を回避しながら、確実に効果的な温度制御を可能にする、真空発生装置の温度制御システムの新規な構造を構成することである。
【００１２】
本発明は、真空発生装置の運転段階如何に拘わらず、熱搬送液体を、熱交換回路の内部を比較的高速かつ比較的低温で連続的に流すことからなる概念に基づいており、ポンプの温度を制御するために速度を変化させる以外の手段を提供する。
【００１３】
この提案の原理は、熱搬送液体と真空ポンプとの間の熱コンダクタンスを調節可能にすることに基づく。これは、熱搬送液体が、最高流量および低温の連続的な循環を維持することを可能にする。この流量は、真空ポンプの最大運転条件下において要求される、十分な熱交換を保証する流量よりも低くはない。
【００１４】
これらの目的、および他の目的を達成するために、本発明の真空発生装置は、少なくとも１つの真空ポンプと、真空ポンプの温度を制御する温度制御システムとを備え、温度制御システムは、真空ポンプのポンプ本体と熱的に連絡する少なくとも１つの第１の回路部分を含む、熱搬送液体が循環する少なくとも１つの熱交換回路と、熱交換回路内に熱搬送液体を循環させる循環手段と、制御信号に応じてて熱交換回路の熱交換容量を制御する制御手段とを備える。
【００１５】
本発明によれば、
制御手段によって熱コンダクタンスを調節できる熱伝導手段が、ポンプ本体と第１の回路部分との間に熱的な連絡を提供し、
制御手段が、熱伝導手段の熱コンダクタンスを変化させるように構成され、事前に設定した基準温度の近傍にポンプ本体の温度を維持し、
熱搬送液体を循環させるための循環手段は、熱搬送液体を、真空ポンプの最大運転条件下において十分な熱交換を提供するために要求される流量を下回らない流量で、熱交換回路内を恒久的に循環させるように構成される。
【００１６】
第１の適用においては、熱交換回路が真空ポンプを加熱するように構成される。この場合、装置は、固体が堆積することを回避するために真空ラインの加熱が必要である真空発生装置のゾーンに使用される。
【００１７】
第２の適用においては、熱交換回路が真空ポンプを冷却するように構成される。したがって装置は、排気が過剰の熱を生じる真空発生装置のゾーンに使用される。
【００１８】
真空発生装置の定められた同じゾーンを加熱または冷却することができるように、両方の適用を組み合わせて提供することができる。
【００１９】
有利な実施形態では、熱コンダクタンスを調節できる熱伝導手段は、
第１の回路部分とポンプ本体との間に挿入された少なくとも１つの調節室と、
調節室に接続された熱連絡液体の供給源とを備え、この熱連絡液体の供給源は、調節可能な量の熱連絡液体を調節室に送るように構成され、第１の回路部分とポンプ本体との間の熱連絡液体で占められる熱交換面積を調節する。
【００２０】
この場合、熱連絡液体の供給源は、熱連絡液体が通過するパイプと、熱連絡液体の供給部と、熱連絡液体を調節室と熱連絡液体の供給部との間を通過させる液体調節手段とを備える。
【００２１】
液体調節手段は、熱連絡液体の供給部に配置されたピストンを備えることができ、このピストンは、温度命令信号およびポンプ本体に結合された温度センサからの温度測定信号に応じて、制御部によって制御されるアクチュエータによって駆動される。
【００２２】
実際の実施形態においては、調節室は、ポンプ本体を通って設けられた熱交換パイプを有するポンプ本体内に形成された空洞とすることができ、前記パイプは前記第１の回路部分を形成し、この空洞は大気に対して漏れがないように閉鎖手段で閉鎖され、この熱交換パイプは、熱連絡液体を調節できる末端深さを規定する、２つの異なる末端のレベル間で起立する少なくとも１つの部分を有する。
【００２３】
実施をより容易にするために、調節室は２つの反対側端部を有することが好ましく、底部オリフィスおよび上部オリフィスとの間に貫通する熱交換パイプを有する。
【００２４】
調節室は、１つまたは複数の漏れ防止プラグ、または熱交換パイプの周りをかしめることによって、その端部で閉鎖されても良い。
【００２５】
本発明の他の目的、特徴、および利点は、添付の図面を参照しながら、以下の特定の実施形態の説明によって明らかにされる。
【００２６】
好ましい実施の形態
図１に示す実施形態において、本発明の真空発生装置は、少なくとも１つの真空ポンプ１００と、真空ポンプ１００の温度を制御する温度制御システム２とを備える。真空ポンプ１００は、例えば半導体ウェーハを加工する加工エンクロージャなどの真空エンクロージャ４と直接または間接的に接続された吸引口３を有するポンプ本体１を備える。真空ポンプ１００は、出口５を経由して高圧、例えば大気圧に送る。
【００２７】
温度制御システム２は、例えば水、油、またはグリコールなどの熱搬送液体を循環する熱交換回路６を備える。図１に示した実施形態では、熱交換回路６は、少なくとも第１の回路部分８および少なくとも第２の回路部分９と接続された外部パイプ７を備える。第１の回路部分８は、真空ポンプ１００のポンプ本体１と熱的に連絡している。第２の回路部分９は、熱供給源１０と熱的に連絡している。循環ポンプ１１などの循環駆動手段が、熱搬送液体を熱交換回路６内に循環させるために提供される。制御手段は、熱交換回路６の熱交換容量を、制御信号に応じて制御することを可能にする。
【００２８】
本発明において、熱交換回路６の熱交換容量は、第１の回路部分８と真空ポンプ１００のポンプ本体１との間の界面に、熱コンダクタンスを調節できる熱伝導手段を挿入することによって変化させられる。
【００２９】
例えば、複数の第１の回路部分８に、熱コンダクタンスを調節できる熱伝導手段を与えることができ、ポンプ本体１を第１の部分８などの各第１の回路部分と熱的に連絡させる。
【００３０】
さらに詳細に図１および２を参照すれば、この実施形態において、熱コンダクタンスを調節できる熱伝導手段は、第１の回路部分８とポンプ本体１との間に挿入された少なくとも１つの調節室１２を有する。熱連絡液体の供給源１３は、調節室１２と接続され、調節室１２に、例えば水、油、またはグリコールなどの調節可能な量の熱連絡液体１５を供給するように構成されている。
【００３１】
調節室１２において、例えば直線状の管状熱交換パイプ１４などの第１の回路部分８は、熱連絡液体１５とその側面の一部で接触しており、熱連絡液体１５そのものは、ポンプ本体１によって構成される調節室１２の周縁面の一部と接触している。熱連絡液体は、このようにして、ポンプ本体１と熱交換回路６の熱交換パイプ１４の内部に含まれる熱搬送液体との間に、熱的な連絡を提供する。
【００３２】
熱連絡液体の供給源１３は、第１の回路部分８とポンプ本体１との間を占めている熱連絡液体１５の熱交換面積を調節するために、調節室１２に熱連絡液体１５の量を調節して供給するように構成されている。
【００３３】
図２に示された実施形態においては、熱連絡液体の供給源１３は、熱連絡液体が通過するパイプ１６と、熱連絡液体の供給部１７と、熱連絡液体１５を調節室１２と熱連絡液体の供給部１７との間で双方向へ通過させる液体調節手段とを備える。
【００３４】
液体調節手段は、熱連絡液体の供給部１７に配置され、制御部２０（図１および２）で制御されるアクチュエータ１９によって駆動されるピストン１８を備える。
【００３５】
例えば、制御部は、基準温度信号に応じて、およびポンプ本体１に結合された温度センサ２１によってポンプから送られる測定温度信号に応じて、アクチュエータ１９を制御する電気回路である。
【００３６】
したがって、運転中は、制御信号を受信したとき、アクチュエータ１９は、ピストン１８を動かして調節室１２に含まれる熱連絡液体１５の量を変化させ、それによって、熱連絡液体１５のレベル２２を変化させ、ポンプ本体１と熱搬送液体が循環している第１の回路部分８の熱交換パイプ１４との間の、熱連絡液体１５によって占められている熱交換面積をこのようにして変化させる。制御部２０、アクチュエータ１９、ピストン１８、熱連絡液体の供給部１７、熱連絡液体が通過するパイプ１６、調節室１２、および熱連絡液体１５は、ポンプ本体１の温度を事前に定めた基準温度の近傍に維持するように、ポンプ本体１と第１の回路部分８との間の熱伝導手段の熱コンダクタンスを変化させるように構成された制御手段をこのように構成する。
【００３７】
このことによって、熱搬送液体が、真空ポンプ１００の最大運転条件下において十分な熱交換を提供するために必要な流量を下回らない恒久的な流量で、熱交換回路６内を恒久的に循環するように構成された、循環ポンプ１１などの循環駆動手段を有利に選択することができる。このような最大運転条件下では、真空ポンプ１００は最大の熱交換が要求され、この最大の熱交換は、調節室１２が熱連絡液体１５で満たされたときに選択された、熱搬送液体の恒久的な流量において提供される。恒久的な流量が、有利には一定の流量である点を着目すべきである。
【００３８】
図３は、ポンプ本体１内の調節室１２の２つの実施形態を示す。
【００３９】
両方の実施形態において、調節室１２は、ポンプ本体１に直接形成された空洞であり、そこを貫通する熱交換パイプ１４を具備し、このパイプの外形断面は調節室１２の内形断面よりも小さい。したがって、調節室１２を構成する空洞は、そこを貫通する前記第１の回路部分８を形成し、熱搬送液体が循環することのできる熱交換パイプ１４を具備する。調節室１２は、熱交換パイプ１４を貫通させてはいるが、外部の大気に対して漏れないように閉鎖手段で閉鎖されている。熱連絡液体の深さを変化させることによって、熱コンダクタンスを効果的に調節できるようにするために、熱交換パイプ１４は、調節室１２内部の２つの末端レベル２４と２５の間に少なくとも１つの起立部２３を備え、このレベルは、異なっており、調節室１２内の熱連絡液体のレベル２２を調節するための末端レベルを規定する。
【００４０】
例えば、調節室１２は、２つの反対側の端部、すなわち底端部２４および上端部２５を開口させることができ、熱交換パイプ１４がそこを貫通する。
【００４１】
図３の左手側に示した実施形態では、底部２４および上部２５は、それぞれ漏れ防止プラグ２６または２７で閉鎖されている。熱連絡液体が通過するパイプ１６は、調節室１２の底端部２４の近くで調節室１２と連絡している。
【００４２】
図３の右手側の実施形態では、調節室１１２は、熱連絡液体が通過するパイプ１１６とその底端部１２４の近くで連絡しており、底端部１２４および上端部１２５の位置で、それぞれ熱交換パイプ１１４の周囲のかしめ領域１２６および１２７によって閉鎖されている。
【００４３】
図３に示した実施形態では、真空ポンプ１００は、例えば鋳鉄で作られたそのポンプ本体１の内部に、シャフト３０および３１などのシャフトによって駆動されるロータをそれぞれ収容する、２つのポンプチャンバ２８および２９を含む。
【００４４】
ポンプ本体１において、調節室１２および１１２は、例えば実質上垂直な方向に延びることができる。
【００４５】
この同じ実施形態において、調節室１２および１１２の壁面は、熱交換パイプ１４または１１４の外表面と同様に平滑である。
【００４６】
図４の断面図で示した実施形態では、フィン３２などの径方向のフィンを有するポンプ本体１で構成された、調節室１２の周壁によって、熱交換面積が増加する。同様に、熱交換パイプ１４の外表面が、フィン３３などの径方向フィンを備える。
【００４７】
本発明の温度制御システム２の構造は、熱搬送液体の循環速度を最大にし、同時にその温度を最低にすることができ、したがって、熱交換回路６の中に堆積物が発生する危険性を最小にする。同時に、熱コンダクタンスを調節できる熱伝導手段が、廉価で効果的な手段を使用して、真空ポンプ１の温度を効果的に調節できる。制御部２０と共に、アクチュエータ１９、熱連絡液体の供給部１７、およびその中のピストン１８は、調節室１２または１１２からある距離に配置することができ、したがって適切ないかなる場所、例えばポンプ本体１の周囲の空いた場所に配置することができ、真空発生装置の全体の容積を少なくすることができることに着目すべきである。
【００４８】
調節室１１２の端部ゾーン１２４および１２５は、熱交換パイプ１１４を、調節室１１２を構成するハウジングで径方向に広げることによってかしめることができる。
【００４９】
本発明は、ここで詳細に説明した実施形態に制限されるものではなく、当業者であれば到達可能な一般化および変形を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を構成する真空発生装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における、熱コンダクタンスを調節できる熱伝導手段を詳細に示す図である。
【図３】本発明の２つの実施形態を実施する、冷却システムを備える真空ポンプ本体の概略断面図である。
【図４】本発明の特定の実施における調節室の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004503713.tif 000008
2004503713.tif 000009
2004503713.tif 000010
2004503713.tif 000011
2004503713.tif 000012
2004503713.tif 000013
2004503713.tif 000014
2004503713.tif 000015
2004503713.tif 000016
2004503713.tif 000017
2004503713.tif 000018
2004503713.tif 000019
2004503713.tif 000020
2004503713.tif 000021
2004503713.tif 000022
2004503713.tif 000023
2004503713.tif 000024
2004503713.tif 000025
【国際調査報告】
2004503713.tif 000026
2004503713.tif 000027
2004503713.tif 000028
2004503713.tif 000029
2004503713.tif 000030
2004503713.tif 000031