(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３段の圧縮段と、
下流側最終圧縮段と該最終圧縮段の１つ上流側に位置する圧縮段との間の段間部の圧力を検出する圧力センサと、
前記段間部にパージ用の不活性ガスを導入する不活性ガス導入配管と、
前記不活性ガス導入配管内に設置された弁体と、
前記圧力センサによって検出された圧力値に応じて前記弁体の開閉を制御する制御部を有することを特徴とする多段真空ポンプ。
【請求項２】
下流側最終圧縮段の吐出し部近傍に不活性ガスを導入する他の不活性ガス導入配管を更に有し、前記圧力センサによって検出された圧力値に応じて、前記他の不活性ガス導入配管内に設置した弁体の開閉を前記制御部で制御することを特徴とする請求項１記載の多段真空ポンプ。
【請求項３】
前記不活性ガス導入配管の上流側に位置する圧縮段の内の少なくとも１つは圧縮形態がスクリュー形であることを特徴とする請求項１または２記載の多段真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段真空ポンプに関し、特に凝縮性ガスや腐食性ガス等のプロセスガスを排気する用途に使用する多段真空ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体ウェハや液晶パネルなどの基板にエッチング処理やＣＶＤ処理を施すエッチング装置やＣＶＤ装置などでは、真空チャンバ内を真空に排気する真空ポンプが備えられている。この種の真空ポンプの内部に凝縮性ガスや腐食性ガス等のプロセスガスが導入されると、真空ポンプの内部でガスが凝縮して析出したり真空ポンプが腐食したりすることがある。
【０００３】
このような真空ポンプ内部でのガスの凝縮や真空ポンプの腐食を防止するため、ポンプハウジングの内部を流れる吸引対象ガス（プロセスガス）に該吸引対象ガスを希釈するためのパージ用の不活性ガス（パージガス）を導入するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。また出願人は、真空ポンプの直後の配管内に不活性ガスを導入して、真空ポンプから排出されるプロセスガスの分圧を下げるようにした真空ポンプ（特許文献２参照）や、真空領域に設置された圧力センサで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ようにした真空排気システムを提案した（特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９３４６６号公報
【特許文献２】特開平４−３３０３８８号公報
【特許文献３】特開２００６−３４２６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多段真空ポンプの段間よりポンプの内部に多量のパージ用の不活性ガスを導入すると、通常、不活性ガスを導入した下流側での圧縮段での見かけ上の排気速度が低下して多段真空ポンプ全体の圧力バランスが変化し、ポンプ吸気口の圧力が高くなって、排気性能が低下してしまう。
【０００６】
このため、従来の多段真空ポンプにあっては、ポンプの排気性能に影響を及ぼさない範囲でパージ用の不活性ガスをポンプ内部に導入するようにしており、ポンプ内部に多量のプロセスガスが流れている場合に、その量に見合った量のパージ用の不活性ガスをポンプ内部に導入することができず、また、ポンプ内部にプロセスガスが流れていないポンプアイドル運転時にもポンプ内部に不活性ガスを導入しているため、不活性ガスの浪費に繋がっていた。
なお、引用文献２に記載の真空ポンプのように、加熱したパージ用の不活性ガス（パージガス）をポンプ内部に導入すると、プロセスガスが腐食性ガスである時に、ポンプ温度が上昇して、ポンプ内部の腐食環境を悪化させてしまうと考えられる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、ポンプの排気性能に悪影響を与えたり、ランニングコストを増大させたりすることなく、ポンプ内部を流れるプロセスガスの流量に合わせてパージ用の不活性ガスをポンプ内部に導入して、長期間安定して稼動できるようにした多段真空ポンプ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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の多段真空ポンプは、少なくとも３段の圧縮段と、下流側最終圧縮段と該最終圧縮段の１つ上流側に位置する圧縮段との間の段間部の圧力を検出する圧力センサと、前記段間部にパージ用の不活性ガスを導入する不活性ガス導入配管と、前記不活性ガス導入配管内に設置された弁体と、前記圧力センサによって検出された圧力値に応じて前記弁体の開閉を制御する制御部を有する。
【０００９】
多段真空ポンプの段間より多量のパージ用の不活性ガスをポンプ内部に導入すると、通常、不活性ガスを導入した下流側の圧縮段で見かけ上の排気速度が低下し、多段真空ポンプ全体の圧力バランスが変化して、ポンプ吸気口の圧力が高くなってしまう。しかし、ポンプ吸気口より多量のプロセスガスをポンプ内部に吸気してポンプ内部に多量のプロセスガスが流れている時に、多段真空ポンプの段間より多量のパージ用の不活性ガスをポンプ内部に導入しても、ポンプ吸気口の圧力は、段間から導入される不活性ガスの影響を殆ど受けない。
【００１０】
この発明によれば、下流側最終圧縮段の吸気側の圧力を圧力センサで検出して、ポンプ吸気口からポンプ内部にプロセスガスが導入されているかを判断し、ポンプ吸気口から所定量のプロセスガスがポンプ内部に導入されている場合にのみ、弁体を開けて多量の不活性ガスをポンプ内部へ導入することができる。これにより、ポンプが多量（例えば５〜１００ＳＬＭ (Standard Liter/Min)）の凝縮性ガスまたは腐食性ガス等のプロセスガスを排気している場合に、プロセスガスが圧縮され、ポンプ内部で最もプロセスガスが濃縮する下流側最終圧縮段の入口で多量の不活性ガスをポンプ内部に導入して、ポンプ内部に固体が付着したり、ポンプが腐食したりすることを抑制することができる。しかも、必要な時のみに不活性ガスをポンプ内部に導入することで、ランニングコストを低減することができる。
【００１１】
下流側最終圧縮段の吐出し部近傍に不活性ガスを導入する他の不活性ガス導入配管を更に有し、前記圧力センサによって検出された圧力値に応じて、前記他の不活性ガス導入配管内に設置した弁体の開閉を前記制御部で制御するようにしてもよい。
【００１２】
これにより、ポンプ吸気口での圧力に影響を与えることなく、最終圧縮段の吸気側からポンプ内部に不活性ガスを導入ができない場合に、最終圧縮段の吐出し部近傍から不活性ガスをポンプ内部に導入して該吐出し部近傍部のみの希釈を行ったり、最終圧縮段全体に亘って希釈効果が得られるようにすることができる。
【００１３】
前記不活性ガス導入配管の上流側に位置する圧縮段の内の少なくとも１つは、圧縮形態がスクリュー形であることが好ましい。
圧縮段の圧縮形態は、ルーツ形、クロー形またはスクリュー形であるかを問わないが、スクリュー形（スクリューポンプ）は、吸気口と排気口が２本のロータ外径とケーシング内径とでシールされる構造であり、他の形式と比して単段で高い圧縮比を得ることができる。したがって、不活性ガスをポンプ内部に導入すると、その前段では排気圧が上昇するが、この部分をスクリュー形の圧縮段とすることにより、更にその前段での排気性能に影響を与えることをなくすことができる。
【００１４】
少なくとも３段の圧縮段を備えることで、パージ用の不活性ガスをポンプ内部に導入した時のポンプ吸気口に対する圧力悪化（圧力上昇）の影響を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ポンプ内部を流れるプロセスガスの流量に合わせて、パージ用の不活性ガスを最終圧縮段の吸気側からポンプ内部に導入することで、ポンプの排気性能に悪影響を与えたり、ランニングコストを増大させたりすることなく、プロセスガスが圧縮され、ポンプ内部で最もプロセスガスが濃縮する最終圧縮段に固体が付着したり、腐食が発生したりすることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例では、同一または相当する部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態の多段真空ポンプを示す。この例の多段真空ポンプは、図１に示すように、２段の圧縮段を有する第１真空ポンプ１０と、２段の圧縮段を有する第２真空ポンプ１２とから主に構成されており、第１真空ポンプ１０にポンプ吸気口１４が設けられ、第２真空ポンプ１２にポンプ排気口１６が設けられている。そして、第１真空ポンプ１０の排気口１８と第２真空ポンプ１２の吸気口２０とは連結管２２で互いに接続されている。
【００１８】
第１真空ポンプ１０は、一対のルーツ型ポンプロータ２４（図１では１つのポンプロータのみを示す）を有するルーツ型真空ポンプで、１段ルーツ部２６と２段ルーツ部２８の２段の圧縮段が内部に備えられている。第２真空ポンプ１２は、一対のスクリュー型ポンプロータ３０（図１では１つのポンプロータのみを示す）を有するスクリュー型真空ポンプで、１段スクリュー部３２と２段スクリュー部３４の２段の圧縮段が内部に備えられている。
【００１９】
第１真空ポンプ１０のポンプ吸気口１４には、例えば基板処理装置に組み込まれる真空チャンバ（図示せず）から延びる吸気配管３６が接続される。基板処理装置としては、半導体ウェハや液晶パネルなどの基板にエッチング処理やＣＶＤ処理を施すエッチング装置やＣＶＤ装置などが挙げられる。第２真空ポンプ１２のポンプ排気口１６には排気配管３８が接続され、この排気配管３８を介して気体（プロセスガス）が外部に排気される。このように、この例の多段真空ポンプは、互いに直列に接続された第１真空ポンプ１０と第２真空ポンプ１２を有し、第２真空ポンプ１２が第１真空ポンプ１０よりも下流側に配置されている。すなわち、第１真空ポンプ１０は第２真空ポンプ１２よりも真空側に配置され、第２真空ポンプ１２は第１真空ポンプ１０よりも大気側に配置されている。第２真空ポンプ１２は、大気圧下で起動可能に構成されている。
【００２０】
最終圧縮段である第２真空ポンプ１２の２段スクリュー部３４の吸気側、すなわち第２真空ポンプ１２の１段スクリュー部３２と２段スクリュー部３４の段間部４０には、該段間部（最終圧縮段の吸気側）４０内の圧力を測定する圧力センサ４２が設置されている。また、この段間部４０には、ここにパージ用のＮ２ガス等の不活性ガスを導入する不活性ガス配管４４が接続されており、不活性ガス導入配管４４は、その途中に弁体４６を有している。圧力センサ４２及び弁体４６は、信号線及び／または動力線を介して制御部４８と接続されている。
【００２１】
このような構成の多段真空ポンプでは、下流側の第２真空ポンプ１２の方が第１真空ポンプ１０よりも大気側に近いため、第２真空ポンプ１２の内部圧力は第１真空ポンプ１０の内部圧力よりも高くなる。このために、凝縮性ガスを排気する場合、凝縮性ガスの副生成物は、第２真空ポンプ１２の内部、特に圧力が最も高くなる、最終圧縮段の２段スクリュー部３４で析出しやすくなる。また腐食性ガスを排気する場合も同様に、最終圧縮段の２段スクリュー部３４で圧力及び温度が高くなるため、２段スクリュー部３４での腐食環境が厳しくなる。
【００２２】
そこで、この例の多段真空ポンプでは、第２真空ポンプ１２の１段スクリュー部３２と２段スクリュー部３４との段間部４０に圧力センサ４２と不活性ガス導入配管４４を設けて、この段間部４０の圧力を測定するとともに、測定した圧力値に応じて、不活性ガス導入配管４４よりポンプ内部へ導入する不活性ガスのガス量を制御するようにしている。
【００２３】
この種の真空真空ポンプにあっては、図２に示すように、プロセスガスＱがポンプ内部に導入されてポンプ内部を流れる時、１段ルーツ部２６における排気速度Ｓ１、２段ルーツ部２８における排気速度Ｓ２、１段スクリュー部３２における排気速度Ｓ３、及び２段スクリュー部３４における排気速度Ｓ４の間には、消費動力削減の観点から、一般に、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３＞Ｓ４となる関係がある。
【００２４】
ここで、実際の使用領域における各圧縮段の排気速度が圧力に拠らず一定とすれば、凝縮性ガスや腐食性ガス等のプロセスガスの希釈効果、すなわちプロセスガスの分圧を低減できる効果を発揮できるのは、最終圧縮段である第２真空ポンプ１２の２段スクリュー部３４のみである。これは、最終圧縮段以外の圧縮段の動作圧力はその下流側の圧縮段の排気容量で、つまり１段ルーツ部２６の動作圧力は２段ルーツ部２８の排気容量で、２段ルーツ部２８の動作圧力は１段スクリュー部３２の排気容量で、１段スクリュー部３２の排気圧力は２段スクリュー部３４の排気容量でそれぞれ決まるためである。第２スクリュー部（最終圧縮段）３４は、下流側が大気圧に開放されるため、ポンプ内部に不活性ガスを導入することによる圧力上昇が発生し難く、このため、ポンプ内部に導入された不活性ガスの割合でプロセスガスの分圧を低減することが可能となる。
【００２５】
また、図２に示すように、ある一定量のプロセスガスＱがポンプ内部に導入されて流れる場合、１段ルーツ部２６の入口圧力Ｐ１、２段ルーツ部２８の入口圧力Ｐ２、１段スクリュー部３２の入口圧力Ｐ３、及び段スクリュー部３４の入口圧力Ｐ４及び出口圧力Ｐ５は、Ｐ１＝Ｑ／Ｓ１、Ｐ２＝Ｑ／Ｓ２、Ｐ３＝Ｑ／Ｓ３、Ｐ４＝Ｑ／Ｓ４、Ｐ５＝大気圧となる。各圧縮段の排気速度は、前述した通り、消費動力削減の観点から、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３＞Ｓ４に設定されており、このため、プロセスガスＱがポンプ内部を流れる時の圧力値の変化量は、第２真空ポンプ１２の２段スクリュー部３４の入口圧力Ｐ４で最も大きくなる。したがって、ポンプ内部で圧力値の変化が最も大きい第２真空ポンプ１２の２段スクリュー部３４の入口圧力Ｐ４、つまり第２真空ポンプ１２の１段スクリュー部３２と２段スクリュー部３４の段間部４０の圧力を測定することによって、ポンプ吸気口１４からのポンプ内部にプロセスガスが導入されているか否かを判断することができる。
【００２６】
図３は、この実施の形態の多段真空ポンプにおけるガス流量特性を模式的に示すものである。図３に示すように、第２真空ポンプ２の２段スクリュー部３４の吸気側、つまり段間部４０からポンプ内部に不活性ガスを導入すると、不活性ガスを導入しない場合に比してポンプ吸気口１４での圧力は高くなる。しかし、ポンプ吸気口１４からポンプ内部に導入されるプロセスガス量が増加するに従って、ポンプ吸気口１４の圧力に対する不活性ガス導入量の影響は無くなる。
【００２７】
この実施の形態の多段真空ポンプにあっては、ポンプ吸気口１４からポンプ内部に導入されるプロセスガス量を圧力センサ４２の測定値より制御部４８で判断し、制御部４８は、所定量のプロセスガスがポンプ内部に導入されたと判断した場合に、弁体４６を開けて、段間部４０からポンプ内部に不活性ガスを導入する。これにより、ポンプ吸気口１４への圧力値に影響を与えることなく、つまりポンプの排気性能に影響を及ぼすことなく、ポンプが多量（例えば５〜１００ＳＬＭ (Standard Liter/Min)）の凝縮性ガスまたは腐食性ガス等のプロセスガスを排気している場合に、プロセスガスが圧縮され、ポンプ内部で最もプロセスガスが濃縮する最終圧縮段の入口、つまり２段スクリュー部３４の吸込側で多量の不活性ガスをポンプ内部に導入して、ポンプ内部に固体が付着したり、ポンプが腐食したりすることを抑制することができる。
【００２８】
しかも、ポンプ吸気口１４からポンプ内部にプロセスガスが導入されたときにのみ不活性ガスをポンプ内部に導入することで、実際に凝縮性ガスや腐食性ガスを排気しているとき、すなわち不活性ガスを導入したいときだけ不活性ガスをポンプ内部に導入して、ランニングコストを低減することができる。
【００２９】
図４は、本発明の他の実施の形態の多段真空ポンプを示す。
【００３０】
図４に示すように、この例の多段真空ポンプでは、不活性ガス導入配管４４に該不活性ガス導入配管４４から分岐する分岐配管（他の不活性ガス導入配管）５０を設け、この分岐配管５０を通して、２段スクリュー部３４の吐出し部近傍からポンプ内部に不活性ガスを導入できるようにしている。この分岐配管５０には弁体５２が設けられている。不活性ガス導入配管４４内に設置された弁体４６及び分岐配管５０内に設置された弁体５２の開閉は、制御部４８（図１参照）からの信号によって制御される。
【００３１】
このような構成により、例えばポンプで排気する凝縮性ガスや腐食性ガスのプロセスガス量が極めて少なく、ポンプ吸気口１４での圧力に影響を与えることなしに段間部４０からのポンプ内部に不活性ガスを導入できない場合に、分岐配管５０を通して、２段スクリュー部３４の吐出し部近傍からポンプ内部に不活性ガスを導入することで、該吐出し部近傍でのプロセスガスの希釈を行うことができる。また、プロセスガスのポンプ内部への導入量によって、弁体４６，５２の開閉を切り替えることにより、不活性ガス導入配管４４及び分岐配管５０のどちらか一方、もしくは両方より、ポンプ内部に不活性ガスを導入することができる。
【００３２】
２段スクリュー部３４は、ポンプの軸方向に沿ってガスが圧縮されるため、軸方向の圧力分布に応じて、ポンプ内部に導入される不活性ガスの量を各場所で設定することが好ましい。例えば、ポンプ内部へ５０ＳＬＭの不活性ガスを導入できる場合に、段間部４０に１０ＳＬＭ、２段目スクリュー部３４の吐出し近傍に４０ＳＬＭと分けて不活性ガスをポンプ内部に導入することによって、その全てを段間部４０よりポンプ内部に導入する場合に比して、ポンプ吸気口１４での圧力へ影響を与え難くなる。このため、ポンプ吸気口１４から導入されるプロセスガス量が少ないときでも、２段スクリュー部３４の全体に亘る希釈効果が得られる。
【００３３】
なお、図４に示す例では、不活性ガス導入個所を２箇所としているが、不活性ガス導入個所は、２段スクリュー部において２箇所以上の複数箇所としても良い。また、図５に示すように、不活性ガス導入配管４４の他に、分岐配管５０を設け、段間部４０へ不活性ガスを導入できるようにし、２つの弁体４６，５２を制御することによって、段間部４０へ導入する不活性ガス量を調整してもよい。更に、弁体自体を流量調整機能付きのものにしても良い。
【００３４】
図６は、本発明の更に他の実施の形態の多段真空ポンプを示す。
【００３５】
図１に示す多段真空ポンプでは、圧力センサ４２から制御部４８に入力される信号によって不活性ガス導入配管４４内に設置した弁体４６の開閉を制御するようにしているが、図６に示す多段真空ポンプでは、外部から制御部４８に入力される信号によっても、不活性ガス導入配管４４内に設置した弁体４６の開閉を制御できるように構成されている。この例にあっては、圧力センサ４２から制御部４８に入力される信号によって不活性ガス導入配管４４内に設置した弁体４６の開閉を制御する他に、例えば圧力センサ４２によって弁体４６の開閉を制御するのに十分な圧力を検知されていない段階においても、外部から制御部４８に信号を入力して、不活性ガス導入配管４４内に設置した弁体４６の開閉を制御することができる。
【００３６】
図１に示す多段真空ポンプは、凝縮性ガスや腐食性ガスがポンプ内部に導入された際に、ポンプ内部の圧力上昇を圧力センサ４２で検知して、上記ガスがポンプ内部に導入されたことを検知し、不活性ガスをポンプ内部に導入してガスの凝縮及び腐食を防止するようにしている。ここで、ポンプの内部圧力が上昇したと言うことは、それらのガスがポンプ内部に導入された後ということになり、少なくとも微量なガスの凝縮や腐食が発生する場合がある。図６に示す多段真空ポンプによれば、上記ガスがポンプ内部に導入される前に（十分な圧力が検知されていない状況）、外部より上記ガスをポンプ内部に導入したという意味での外部信号を入力してもらうことによって、不活性ガスの導入を事前に行うことができる。
【００３７】
図７は、本発明の更に他の実施の形態の多段真空ポンプを示す。この例の図４に示す例と異なる点は、外部から制御部４８に入力される信号によっても、不活性ガス導入配管４４内に設置した弁体４６及び／または不活性ガス導入配管４４から分岐する分岐配管５０内に設置した弁体５２の開閉を制御できるようにしている点にある。この例にあっても、圧力センサ４２からの制御部４８に入力される信号によって不活性ガス導入配管４４内に設置した弁体４６及び／または分岐配管５０内に設置した弁体５２の開閉を制御する他に、例えば圧力センサ４２によって弁体４６及び／または分岐配管５０内に設置した弁体５２の開閉を制御するのに十分な圧力を検知されていない段階においても、外部から制御部４８に信号を入力して、不活性ガス導入配管４４内に設置した弁体４６及び／または分岐配管５０内に設置した弁体５２の開閉を制御することができる。
【００３８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態の多段真空ポンプを示す模式図である。
【図２】図１に示す多段真空ポンプの各圧縮段における排気速度及び圧力の関係を示す図である。
【図３】図１に示す多段真空ポンプにおけるガス流量特性を模式的に示すグラフである。
【図４】本発明の他の実施の形態の多段真空ポンプを示す模式図である。
【図５】本発明の更に他の実施の形態の多段真空ポンプを示す模式図である。
【図６】本発明の更に他の実施の形態の多段真空ポンプを示す模式図である。
【図７】本発明の更に他の実施の形態の他の多段真空ポンプを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  第１真空ポンプ（ルーツ型真空ポンプ）
１２  第２真空ポンプ（スクリュー型真空ポンプ）
１４  ポンプ吸気口
１６  ポンプ排気口
２２  連結管
２４  ルーツ型ポンプロータ
２６  １段ルーツ部
２８  ２段ルーツ部
３０  スクリュー型ポンプロータ
３２  １段スクリュー部
３４  ２段スクリュー部
４０  段間部
４２  圧力センサ
４４  不活性ガス導入配管
４６  弁体
４８  制御部
５０  分岐配管
５２  弁体
【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】
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