(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールと旋回スクロールとを備え、旋回スクロール端板の中央部分に当接する偏芯部分を有した回転駆動軸により固定スクロールラップに対して旋回スクロールラップが旋回公転する形式のスクロール流体機械において、
前記回転駆動軸を、外部からガス体を導入し、該ガス体を排出可能に形成するとともに、
前記回転駆動軸と対面する前記旋回スクロールと前記回転駆動軸との間に設けたベアリングに前記ガス体を供給可能に構成し、
前記ガス体によりスクロール機構の冷却とともに前記ベアリング周辺の不純物を排出し、
更に前記回転駆動軸の一方から前記ガス体を導入し、他方から前記ガス体を排出するガス体通路を前記回転駆動軸の延設方向に沿って形成するとともに、前記ガス体通路から前記ベアリングに分岐通路を形成し、
前記ガス体通路に外部からガス体の供給を制御する供給制御手段と、前記ガス体通路から前記ガス体を排除する排除制御手段とを設け、
前記供給制御手段により前記ガス体を導入後は、前記排除制御手段の動作が停止するまでは前記供給制御手段は停止していることを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項２】
ダブルラップ形式の旋回スクロールと、該旋回スクロールの端板鏡面に対面して両側に配置された固定スクロールとを備え、前記旋回スクロール端板の中央部分に当接する偏芯部分を有した回転駆動軸により固定スクロールラップに対して旋回スクロールラップが旋回公転する形式のスクロール流体機械において、
前記回転駆動軸と対面する前記旋回スクロール及び前記固定スクロールと前記回転駆動軸との間に設けたベアリング及びシール部材を配置し、
前記回転駆動軸の一方からガス体を導入し、他方から前記ガス体を排出するガス体通路を前記回転駆動軸の延設方向に沿って形成するとともに、前記ガス体通路から分岐通路を形成し、前記ベアリング及びシール部材に前記ガス体を供給可能に構成し、
前記ガス体通路に外部からガス体の供給を制御する供給制御手段と、前記ガス体通路から前記ガス体を排除する排除制御手段とを設け、
前記供給制御手段により前記ガス体を導入後は、前記排除制御手段の動作が停止するまでは前記供給制御手段は停止していることを特徴とするスクロール流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハを載置する反応室内を減圧して、該反応室内に反応ガスを導入して化学処理する半導体製造ラインに使用可能なスクロール流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、石英反応管内に半導体ウェーハを載置し、真空ポンプによって前記石英反応管内を真空に吸引し、しかる後にガス供給源から反応ガスを導入して半導体ウェーハ表面に絶縁膜や金属膜等を堆積させる半導体製造方法が知られている。
ところが、この工程において主に使用されるガスは、可燃性のＳｉＨ４、ＳｉＨ２ＣＬ２、爆発性のＨ２、ＮＨ３、ＣＯ、毒性のＳｉＨ４、ＮＨ３、ＣＯ、ＨＣＬ、ＳｉＣＬ４、腐食性のＮＨ３、ＨＣＬ等であり、これらのガスが半導体製造装置外に漏洩すると問題を発生することから、反応ガスは１工程終了毎に排出流体処理装置に排出されて無害化処理される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、真空ポンプは、石英反応管内の気体を取り込み圧縮する密閉圧縮室と該密閉圧縮室を圧縮駆動する駆動部分との間は動的シール部材により外部とは本来気密に保持されているはずであるが、動的シール部材が劣化するとシール状態が不完全となり、密閉圧縮室が最終に圧縮された状態では内部圧力が最大となって駆動部分との差圧によって反応ガスが密閉圧縮室から駆動部分に漏洩する恐れがある。
【０００４】
また、前記駆動部分にはグリスを有したベアリングが配置され、動的シール部材でグリスの漏洩を防止する構成を用いるが、このグリスの劣化、ベアリングの金属部分同士の接触などから微細な浮遊物が発生し、それらが固化し大きくなりベアリング及び動的シール部材に当接してこれらの部材の耐久性を落とすという問題がある。
【０００５】
よって、駆動部分に漏洩した反応ガス、及びベアリング部分から発生する微細な浮遊物は不純物として半導体製造工程中に排除することが望まれる。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、半導体ウェーハを載置する反応室内を減圧して、該反応室内に反応ガスを導入して化学処理する半導体製造ラインにおいて減圧中もしくは化学処理中に発生する不純物を排除する半導体製造ラインに使用可能なスクロール流体機械を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、固定スクロールと旋回スクロールとを備え、旋回スクロール端板の中央部分に当接する偏芯部分を有した回転駆動軸により固定スクロールラップに対して旋回スクロールラップが旋回公転する形式のスクロール流体機械において、
前記回転駆動軸を、外部からガス体を導入し、該ガス体を排出可能に形成するとともに、
前記回転駆動軸と対面する前記旋回スクロールと前記回転駆動軸との間に設けたベアリングに前記ガス体を供給可能に構成し、
前記ガス体によりスクロール機構の冷却とともに前記ベアリング周辺の不純物を排出することを特徴とする。
【０００８】
かかる技術によると、前記減圧手段内において互いに対面摺動する駆動部材と相手方部材との摺動部分に前記反応ガスとは別のガス体を導入して、導入したガス体によって、摺動部分から発生する微細な浮遊物を排出するので、摺動部分の耐久性が向上するとともに、スクロール機構の冷却を行うことができる。
【０００９】
そして、本第１発明は、前記回転駆動軸の一方から前記ガス体を導入し、他方から前記ガス体を排出するガス体通路を前記回転駆動軸の延設方向に沿って形成するとともに、前記ガス体通路から前記ベアリングに分岐通路を形成し、
前記ガス体通路に外部からガス体の供給を制御する供給制御手段と、前記ガス体通路から前記ガス体を排除する排除制御手段とを設け、
前記供給制御手段により前記ガス体を導入後は、前記排除制御手段の動作が停止するまでは前記供給制御手段は停止しているように構成する。
【００１０】
かかる技術手段によると、前記ガス体通路に外部からガス体の供給を制御する供給制御手段と、前記ガス体通路から前記ガス体を排除する排除制御手段とを設け、前記供給制御手段により前記ガス体を導入後は、前記排除制御手段の動作が停止するまでは前記供給制御手段は停止しているので、ガス体の供給中に排除をすることはなく、前記供給制御手段と排除制御手段は交互に行うこととなり、前記ベアリング部分の奥までガス体を浸入させることができるとともに、奥の微細な浮遊物を排除することができる。
【００１３】
また、本第２発明は、ダブルラップ形式の旋回スクロールと、該旋回スクロールの端板鏡面に対面して両側に配置された固定スクロールとを備え、前記旋回スクロール端板の中央部分に当接する偏芯部分を有した回転駆動軸により固定スクロールラップに対して旋回スクロールラップが旋回公転する形式のスクロール流体機械において、
前記回転駆動軸と対面する前記旋回スクロール及び前記固定スクロールと前記回転駆動軸との間に設けたベアリング及びシール部材を配置し、
前記回転駆動軸の一方からガス体を導入し、他方から前記ガス体を排出するガス体通路を前記回転駆動軸の延設方向に沿って形成するとともに、前記ガス体通路から分岐通路を形成し、前記ベアリング及びシール部材に前記ガス体を供給可能に構成し、
前記ガス体通路に外部からガス体の供給を制御する供給制御手段と、前記ガス体通路から前記ガス体を排除する排除制御手段とを設け、
前記供給制御手段により前記ガス体を導入後は、前記排除制御手段の動作が停止するまでは前記供給制御手段は停止していることを特徴とする。
【００１４】
かかる技術によると、ダブルラップ形式のスクロール機械であるために流体の取り込み量が多く、真空ポンプとして用いた場合は、速く所定の真空レベルに到達することができる。
また、前記回転駆動軸の一方からガス体を導入し、他方から前記ガス体を排出するガス体通路を前記回転駆動軸の延設方向に沿って形成しているので、スクロール機構の冷却を行うことができる。
また、前記ガス体通路から分岐通路を形成し、前記ベアリング及びシール部材に前記ガス体を供給可能に構成しているので、導入したガス体によって、摺動部分から発生する微細な浮遊物を排出して、摺動部分及びシール部材の耐久性が向上する。
そして、前記供給制御手段により前記ガス体を導入後は、前記排除制御手段の動作が停止するまでは前記供給制御手段は停止しているので、前記ガス体に供給中に排除をすることはなく、前記供給制御手段と排除制御手段は交互に行うこととなり、前記ベアリング部分の奥までガス体を浸入させることができるとともに、奥の微細な浮遊物を排除することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１８】
図１は、オイルフリー真空ポンプの第１実施の形態を示す基本構成図である。
同図において、ポンプ本体１Ａの回転軸２２は右端を図示しないモータの駆動軸の先端部であるモータ軸頭２に連結され、モータの回転力によりモータ軸芯１３を中心に回転可能に設けられている。
この回転軸２２の中央部分は、その外周がモータ軸芯１３よりは幾分膨らんだ偏芯部２２Ａｈを有し、その偏芯部２２Ａｈの両端部はハウジング５Ａ及び２４Ａの軸受部３３Ａ及び３４Ａに回転可能に支持されている。
【００１９】
固定スクロールを構成するハウジング５Ａ及び２４Ａは、それぞれ円蓋状をなし、ケーシングとして機能するその周壁をシール部材３２を介して当接させてその内部に密閉空間を形成している。
ハウジング２４Ａには、ラップ摺動面２４Ａｂが軸方向垂直に設けられ、その摺動面２４Ａｂには、その中央部分に、前述の回転軸２２Ａの偏芯部２２Ａｈを外れた、偏芯しない部分が回転可能に嵌合する開口部が設けられ、その開口部近傍を先端として渦巻状のラップ７Ａが植設され、該ラップ７Ａの上縁には溝が設けられ、該溝には相手側摺動面と接触して密閉状態を完全にするフッソ系樹脂等の自己潤滑性のあるチップシール１４が嵌入されている。
【００２０】
前記ラップ７Ａの先端の近傍の摺動面４Ａｄに吐出孔２４Ａｃが開設され、該吐出孔２４Ａｃから吐出通路２４Ａｄを通ってハウジング２４Ａの外周面に設けた吐出口部９Ａａから外部に圧縮気体が排出されるように構成されている。
【００２１】
また、ハウジング２４Ａの周壁部分には、１２０゜ずつ円周方向３箇所に３対の公転機構３７が設けられている。
この公転機構３７は、後述する旋回スクロールと連結している。
また、ハウジング２４Ａの外周部には、吸入口部８Ａが設けられ、該吸入口部８Ａは図示しない、真空にしようとする容器と連結され、その容器から開口部８Ａを介して、前記容器内の気体が吸引される。
【００２２】
一方、ハウジング５Ａには、ラップ摺動面５Ａｂが軸方向垂直に設けられ、その摺動面５Ａｂには、吐出孔５Ａｃが開設され、該吐出孔５Ａｃから吐出通路５Ａｄを通ってハウジング５Ａの外周面に設けた吐出口部９Ａｂから外部に圧縮気体が排出されるように構成されている。
また、摺動面５Ａｂの中央部分に、前述の回転軸２２Ａの偏芯部２２Ａｈを外れた、偏芯しない部分が回転可能に嵌合する開口部が設けられ、その開口部近傍を周端として渦巻状のラップ６Ａが植設され、該ラップ６Ａの上縁には溝が設けられ、該溝には相手側摺動面と接触して密閉状態を完全にするチップシール１４が嵌入されている。
【００２３】
ハウジング５Ａ及び２４Ａが形成する内部空間には、旋回スクロール３Ａが公転可能に嵌挿される。
旋回スクロール３Ａは、円盤状に形成されたプレートの摺動面３Ａｄ及び３Ａｅに前記ハウジング５Ａ、２４Ａに設けられた固定スクロールラップ６Ａ、７Ａと嵌合可能なラップ２６Ａ及び２７Ａが植設されている。
【００２４】
旋回スクロール３Ａの中央部分には、前述した回転軸２２Ａの偏芯部分２２Ａｈが回転可能に嵌合する開口部３Ａａが開設され、該開口部３Ａａにはリングスペーサ４１を中心にベアリング３９及び４０が配置され、その両側にはグリスの漏洩を防止する動的シール部材２３、２５（図６）が配置されている。
よって、リングスペーサ４１と回転軸２２Ａとの空間へは、通路２２Ａｃからガスの流入、流出が可能であり、ガスの流出より流入が多い場合は、ガス溜まり部分４２として作用する。
【００２５】
また、軸受部３３Ａは、ベアリング４４が配置され、その両側にはグリスの漏洩を防止する動的シール部材１７、２１（図５）が配置されている。
よって、ベアリング４４と動的シール部材２１との間の空間へは、通路２２Ａｄからガスの流入、流出が可能であり、ガスの流出より流入が多い場合は、ガス溜まり部分４３として作用する。
【００２６】
前記旋回スクロール３Ａの開口部３Ａａは、偏芯部分２２Ａａとの嵌合部を構成するとともに、この嵌合部の外周側は、前記回転軸２２Ａの偏芯部分２２Ａａの全長に亙ってラップ２６Ａａ及び２７Ａａが外周側に向かって螺旋状に植設形成されている。
前記嵌合部に隣接して互いに連通する吐出通路３ｂ、３ｃが設けられている。そして、該吐出通路３ｂ、３ｃ内には固定ラップと旋回ラップにより形成される最終密閉空間から連通して開口する開口孔３ｇ、３ｈが設けられている。
【００２７】
また、図６に示すように、ハウジング２４Ａの前述した軸受部３４Ａには回転軸２２Ａを支持するベアリング３５が配設されている。該ベアリング３５の近傍から、該軸受部３４Ａの外周側に向かって導入路３８が設けられ、該導入路３８は導入通路３６ａと連通し、該導入通路３６ａを有する導入管３６は、大気よりも高圧の窒素ガスを収納した第２ガス供給源４９（不図示）と連結され、該ガス供給源４９から圧縮ガスが導入可能に構成されている。
【００２８】
前記ベアリング３５に並んで回転軸２２Ａ方向に、動的シール部材３０、３１が前記導入路３８と略同じ断面積を有するリング状のガス溜まり部分２４Ａｆを形成して、該ガス溜まり部分２４Ａｆ離間して配置されている。
その溜まり部分２４Ａｆは図８に示すように、動的シール部材３０と図示しない動的シール部材３１と間のリング状に形成され、ガス供給源からの窒素ガスは前記前記溜まり部分２４Ａｆに供給される。
【００２９】
一方、回転軸２２Ａは、回転軸線１３に沿って図１上に中心通路２２Ａａは設けられ、左方側に排出可能に構成されている。
図５において、回転軸２２Ａの左端部２２Ａｅは軸心に垂直断面がＤカット（Ｄ形状にカット）されるとともに、左端からネジ部２２Ａｆが設けられ、このＤカット部２２Ａｇには冷却ファン２８が押さえ板１１を介して押さえリング１２によって固着されている。該押さえリング１２には回転軸２２Ａの中心通路２２Ａａと連通する中心通路１２ａが設けられている。
【００３０】
また、ジョイントリング１０の端部１０ｃは、動的シール部材１６を介して押さえリング１２のフランジ部と押さえ板１１との間に挟持されるとともに、フランジ部１０ｂは、複数の空気流通孔を有するカバー１８に当接保持され、ネジ部１０ａにはジョイント筒４が静的シール部材１５を介してネジ固着されている。よって、回転軸２２Ａは冷却ファン２８、押さえ板１１、ジョイントリング１２は一体で回転するが、押さえリング１２からジョイントリング１０へは回転力は伝達されない。
【００３１】
また、ジョイントリング１０のネジ部１０ａにはジョイント４が静的シール部材１５を介してネジ止めされている。該ジョイント４は押さえリング１２の中心通路１２ａと連通する中心通路４ａが設けられている。そして、このジョイント４は後述するポンプ５５と接続している。
【００３２】
また、ハウジング２４Ａの外側の回転軸２２Ａには、この真空ポンプを冷却するファン２９が設けられ、このファンを保護するカバー１９が複数の空気流通孔を有してハウジング２４Ａに取付られている。
また、旋回スクロール３Ａの外周部には、前述したようにハウジング２４Ａに一端が支持され、１２０゜ずつ円周方向３箇所に３対の公転機構３７の他端が支持され、該公転機構３７を介して前記ハウジングに設けた固定スクロールラップとは偏心した回転中心を有して公転するように配置される。
【００３３】
このように構成されたスクロール流体機械１Ａは、後述する第２ガス供給源４９からの窒素ガスが旋回スクロール３Ａを駆動する回転軸２２Ａの中心通路２２Ａａに供給される。
そして、ジョイント４（図５）より下流側に配置されたポンプ５５（図９）が駆動しない状態においては、図６に示すようにガス溜まり２４Ａｆを経由して回転軸２２Ａの中心通路２２Ａａに窒素ガスが供給され、中心通路２２Ａｃからガス溜まり４２に供給され、ベアリング３９、４０の周囲に充満する。
【００３４】
そして、図５に示すように、中心通路２２Ａａから通路２２Ａｄを通ってガス溜まり４３に浸入し、ベアリング４４の周囲に充満し、また、押さえリング１２とジョイント４との間の空隙５８に浸入する。
【００３５】
この状態で、後述するポンプ５５が動作を開始すると、窒素ガスが供給されている状態のままで、回転軸２２Ａの中心通路２２Ａａ内の窒素ガスは図１において、左方に排出される。その排出されるガス流に吸引されて空隙５８内のガス、ベアリング４４、３９、４０の周囲の窒素ガスは排出される。
また、ガス溜まり２４Ａｆ内のガスは通路３８より流入するガス量より排出されるガス流が多い場合には、排出される。
【００３６】
よって、ポンプ５５の停止時に窒素ガスをベアリング周辺、シール部材周辺に流入し、ガス溜まり２４Ａｆ内から排出されるガス量が通路３８よりの流入するガス量より多くするか、また、前記ポンプ５５の駆動時には窒素ガスの流入を停止することにより、ポンプ５５の駆動時に窒素ガスをベアリング周辺、シール部材周辺のガスを排出することができる。
【００３７】
図９は、本第１実施の形態にかかる真空ポンプを半導体製造工程のＣＶＤ装置に用いた概略ブロック構成図である。
ＣＶＤ法においては、ウェーハ表面にＳｉＮ膜等の絶縁膜や金属膜の導電性膜を堆積することができるが、この工程において主に使用されるガスは、可燃性のＳｉＨ４、ＳｉＨ２ＣＬ２、爆発性のＨ２、ＮＨ３、ＣＯ、毒性のＳｉＨ４、ＮＨ３、ＣＯ、ＨＣＬ、ＳｉＣＬ４、腐食性のＮＨ３、ＨＣＬ等であり、これらのガスの処理が問題である。
【００３８】
図９において、半導体ウェーハ４５を載置した石英反応管４７は、自動圧力制御装置５２と電磁バルブ５３を介して、内部ガスを吸入排気する真空ポンプ１Ａに接続され、石英反応管４７からの有害ガスは真空ポンプ１Ａから化学処理装置５６に排出され、真空ポンプ１Ａ内の流体圧縮室からベアリング等を通って漏洩するガスは無害なガスで希釈化してポンプ５５を介して化学処理装置５６に排出されるように構成されている。
【００３９】
真空ポンプ１Ａは、石英反応管４７内の残留ガスを減らすことによって多量の反応ガスを供給して反応時間を短縮するために、１０−３〜１０−２Ｔｏｒｒ程度の短時間の排気能力を有するものが望ましい。
また、化学処理装置５６は未反応ガス及び反応生成物をフィルタにより吸収したり、分解、酸化または希釈化して外部に排気するように構成される。
【００４０】
第１ガス供給源４８は、内部に反応ガスを収納するとともに反応ガスの供給を制御する弁手段を有し、また、自動圧力制御装置５２は内部に真空計を備え、真空の程度により第１電気制御回路５０を介して第１ガス供給源４８を動作させて反応ガスを供給し、また、電磁バルブ５３を適宜駆動して真空ポンプ１Ａへのバルブの開閉を行う。
【００４１】
また、第２ガス供給源４９は、大気よりも高圧の窒素ガスを供給可能に構成され、電磁バルブ５４を介して前述した真空ポンプ１Ａのハウジング２４Ａに設けた導入路３８に連結され、旋回スクロール３Ａを駆動する回転軸２２Ａの中心通路２２Ａａに窒素ガスを供給可能に構成されている。
【００４２】
そして、第１ガス供給源４８、収納ヒータ４６及び電磁バルブ５３は第１電気制御回路５０により制御され、真空ポンプ１Ａ、第２ガス供給源４９及びポンプ５５は第２電気制御回路５１により制御可能に構成される。
【００４３】
次に、上述のごとく構成された本第１実施の形態にかかるスクロール機構の流体動作を説明する。
図９において、ベース５７と石英反応管４７を離間させて石英反応管４７の内部にウェーハ４５を載置する。第１電気制御回路５０により電磁バルブ５３を開成させ、第２電気制御回路５１により真空ポンプ１Ａを駆動する。
【００４４】
図１において、回転軸２２Ａが回転すると、旋回スクロール３Ａが公転し、石英反応管４７からガスを吸入し、固定スクロールラップ６Ａ、７Ａの外周からガスを旋回スクロール３Ａのラップ２６Ａ及び２７Ａによって、それらの固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップによって形成する密閉空間に取り込み、この密閉空間によって圧縮される。
【００４５】
この密閉空間の動作を図４を用いて固定スクロールラップ７Ａと旋回スクロールラップ２７Ａとにより説明すると、固定スクロールラップ７Ａと旋回スクロールラップ２７Ａとにより取り込まれ圧縮された圧縮空間Ｒ１（ａ）内の圧縮ガスは旋回スクロールの駆動により圧縮空間Ｒ２（ｂ）を経て、圧縮空間Ｒ３（ａ）が吐出孔３ｇと連通し、吐出通路３ｃに排出される。
【００４６】
また、固定スクロールラップ７Ａと旋回スクロールラップ２７Ａとにより取り込まれ圧縮された圧縮空間Ｓ１（ｂ）内の圧縮ガスは旋回スクロールの駆動により圧縮空間Ｓ２（ａ）を経て、圧縮空間Ｓ３（ｂ）が吐出孔３ｇと連通し、吐出通路３ｃに排出される。
吐出通路３ｃは吐出孔２４Ａｃに連通し、該吐出孔２４Ａｃから吐出通路２４Ａｄを通ってハウジング２４Ａの外周面に設けた吐出口部９Ａａから外部の化学処理装置５６に吐出ガスが排出される。
【００４７】
一方、ポンプ５５が動作を停止しているので、電磁バルブ５４が開成すると、第２ガス供給源４９から流入される圧縮窒素ガスは、導入管３６（図６）から導入通路３８に入り、ガス溜まり２４Ａｆから回転軸２２Ａの中心通路２２Ａａに導入される。そして、窒素ガスは通路２２Ａｃを通ってガス溜まり４２からベアリング３９、４０の周囲に充満し、また、通路２２Ａｄを通ってガス溜まり４３からベアリング４４の周囲に充満し、空隙５８へも浸入する。
【００４８】
この状態で、電磁バルブ５４を閉成し、ポンプ５５を動作させると、回転軸２２Ａの中心通路２２Ａａ内の窒素ガスは図１において、左方に排出される。そして、その排出されるガス流に吸引されて空隙５８内のガス、ベアリング４４、３９、４０の周囲の窒素ガスは排出される。
そして、ポンプ５５により窒素ガスは外部の化学処理装置５６に排出される。
【００４９】
この結果、スクロールラップが形成する密閉圧縮室に僅かな漏洩があり、その漏洩ガスがベアリング、シール部材に到達しても、ベアリング及びシール部材等を腐食させたり、真空ポンプ外部に漏洩することを防止することができる。
また、ポンプ５５は間欠的に駆動し、回転軸２２Ａ内において、旋回スクロール３Ａが発生する熱を冷却することができる。
【００５０】
石英反応管４７の真空の程度は、自動圧力調整装置５２により制御される。真空ポンプ１Ａが所定の真空度に石英反応管４７内の気体を吸引すると、第１電気制御回路５０に真空引き完了信号が送られ、第１電気制御回路５０は電磁バルブ５３を閉成し、ヒータ４６を駆動するとともに、第１ガス供給源４８を駆動して反応ガスを石英反応管４７に供給する。
【００５１】
自動圧力調整装置５２は、石英反応管４７内の真空度を観察して真空の程度により第１電気制御回路５０を介して第１ガス供給源４８を動作させて反応ガスを供給し、また、電磁バルブ５３を適宜駆動して真空ポンプ１Ａへのバルブの開閉を行う。そして、ウェーハの膜堆積に適した真空度より下回ると、すなわち反応ガスの圧力が所定値より上昇すると、電磁バルブ５３を開成して真空ポンプ１Ａにより反応ガスを吸引して石英反応管４７内の圧力を一定に制御する。
【００５２】
所定時間が経過すると、第１ガス供給源４８とヒータ４５の駆動が停止し、真空ポンプ１Ａにより石英反応管４７内の反応ガスが所定真空度になるまで吸入され、電磁バルブ５３が閉成され、真空ポンプ１Ａの駆動が停止し、膜形成作業が終了して、ウェーハ４５が石英反応管４７から取り出され、石英反応管４７内部が洗浄される。
【００５３】
つぎに、第２実施の形態にかかるオイルフリー真空ポンプを説明する。第１実施の形態との相違点は、第１実施の形態の圧縮流体の吐出通路がハウジングに二つ設けているのに対して、第２実施の形態においては、一つである点、回転軸に設けた希釈用の圧縮ガスの導入形態が両者異なる点、第２実施の形態においては旋回スクロールの密閉圧縮室に希釈用の圧縮ガスが導入される点である。
【００５４】
図１０は、オイルフリー真空ポンプの第２実施の形態を示す基本構成図である。
同図において、ポンプ本体１Ｂの回転軸２２Ｂは右端を図示しないモータの駆動軸の先端部であるモータ軸頭２に連結され、モータの回転力によりモータ軸芯１３を中心に回転可能に設けられている。
この回転軸２２Ｂの中央部分は、その外周がモータ軸芯１３よりは幾分膨らんだ偏芯部２２Ｂａを有し、その偏芯部２２Ｂａの両端部はハウジング５Ｂ及び２４Ｂの軸受部３３Ｂ及び３４Ｂに回転可能に支持されている。
【００５５】
固定スクロールを構成するハウジング５Ｂ及び２４Ｂは、それぞれ円蓋状をなし、ケーシングとして機能するその周壁をシール部材３２を介して当接させてその内部に密閉空間を形成している。
ハウジング２４Ｂには、ラップ摺動面２４Ｂｂが軸方向垂直に設けられ、その摺動面２４Ｂｂには、その中央部分に、前述の回転軸２２Ｂの偏芯部２２Ｂａを外れた、偏芯しない部分が回転可能に嵌合する開口部が設けられ、その開口部近傍を先端として渦巻状のラップ７Ｂが植設され、該ラップ７Ｂの上縁には溝が設けられ、該溝には相手側摺動面と接触して密閉状態を完全にするフッソ系樹脂等の自己潤滑性のあるチップシール１４が嵌入されている。
【００５６】
一方、ハウジング５Ｂには、ラップ摺動面５Ｂｂが軸方向垂直に設けられ、その摺動面５Ｂｂには、吐出孔５Ｂｃが開設され、該吐出孔５Ｂｃから吐出通路５Ｂｄを通ってハウジング５Ｂの外周面に設けた吐出口部９Ｂから外部に圧縮気体が排出されるように構成されている。
また、摺動面５Ｂｂの中央部分に、前述の回転軸２２Ｂの偏芯部２２Ｂｈを外れた、偏芯しない部分が回転可能に嵌合する開口部が設けられ、その開口部近傍を周端として渦巻状のラップ６Ｂが植設され、該ラップ６Ｂの上縁には溝が設けられ、該溝には相手側摺動面と接触して密閉状態を完全にするチップシール１４が嵌入されている。
【００５７】
ハウジング５Ｂ及び２４Ｂが形成する内部空間には、旋回スクロール３Ｂが公転可能に嵌挿される。
旋回スクロール３Ｂは、円盤状に形成されたプレートの摺動面３Ｂｄ及び３Ｂｅに前記ハウジング５Ｂ、２４Ｂに設けられた固定スクロールラップ６Ｂ、７Ｂと嵌合可能なラップ２６Ｂ及び２７Ｂが植設されている。
【００５８】
旋回スクロール３Ｂの中央部分には、前述した回転軸２２Ｂの偏芯部分２２Ｂｈが回転可能に嵌合する開口部３Ｂａが開設され、該開口部３Ｂａにはリングスペーサ６０（図１５）を中心にベアリング３９及び４０が配置され、その両側にはグリスの漏洩を防止する動的シール部材２３、２５が配置されている。
また、軸受部３３Ｂは、ベアリング４４（図１４）が配置され、その両側にはグリスの漏洩を防止する動的シール部材１７、２１が配置されている。
【００５９】
前記旋回スクロール３Ｂの開口部３Ｂａ（図１５）は、回転軸２２Ｂの偏芯部分２２Ｂｈとの嵌合部を構成するとともに、この嵌合部の外周側は、前記回転軸２２Ｂの偏芯部分２２Ｂｈの全長に亙ってラップ２６Ｂ及び２７Ｂが外周側に向かって螺旋状に植設形成されている。
【００６０】
旋回スクロール３Ｂの鏡板には、前記リングスペーサ６０に設けた開口部６０ａと連通する通路３ｍが、前記ラップ２６Ｂ及び２７Ｂを交差するように外周側に向かって設けられ、その外摺側は二股に分岐して、それぞれ通路３ｉ及び３ｊとして、旋回スクロール３Ｂの軸受部を形成する本部ランド３Ｂｎと隣接するラップ２６Ｂ、２７Ｂとの間に連通している。
【００６１】
この構成をさらに詳しく説明すると、図１６に示すように、通路３ｊ（３ｉ）は本部ランド３Ｂｎと隣接するラップ２７Ｂ（２６Ｂ）に近接する位置で開口孔３ｇ（３ｈ）とは回転軸２２Ｂを挟んで反対側に配設されている。
そして、不活性の窒素ガスが供給される中心通路２２Ｂａの先端から折曲した通路２２Ｂｂの先端側には、回転軸２２Ｂの外周とリングスペーサ６０との間にはガス溜まり５９が形成されている。
【００６２】
よって、窒素ガスが供給されると、このガス溜まり５９の延設方向及びベアリングのローラピンの延設方向に窒素ガスは浸入し、該当ガス溜まり５９から通路３ｍを通ってラップ２７Ｂ（２６Ｂ）と本部ランド３Ｂｎとの間に供給される。
【００６３】
また、図１５に示すように前記嵌合部に隣接して互いに連通する吐出通路３ｋが設けられている。そして、該吐出通路３ｋ内には固定ラップと旋回ラップにより形成される最終密閉空間から連通して開口する開口孔３ｇ、３ｈが設けられている。
また、ハウジング２４Ｂの軸受部３４Ｂには回転軸２２Ｂを支持するベアリング３５が配置され、該ベアリング３５に並んでグリスの漏洩を防止する動的シール部材３０が配設されている。
【００６４】
一方、回転軸２２Ｂは、回転軸線１３に沿って図１０上に前述した中心通路２２Ｂａが設けられ、左方側のジョイント４から圧縮された窒素ガスが導入可能に構成されている。そして、この中心通路２２Ｂａの断面積は通路３ｍの断面積より大きく形成されている。
図１４において、回転軸２２Ｂの左端部２２Ｂｅは軸心に垂直断面がＤカット（Ｄ形状にカット）されるとともに、左端からネジ部２２Ｂｆが設けられ、このＤカット部２２Ｂｇには冷却ファン２８が押さえ板１１を介して押さえリング１２によって固着されている。該押さえリング１２には回転軸２２Ｂの中心通路２２Ｂａと連通する中心通路１２ａが設けられている。そして、この中心通路１２ａの断面積は回転軸２２ｂの中心通路２２Ｂａの断面積と等しいかそれより大きく形成される。
【００６５】
また、ジョイントリング１０の端部１０ｃは、動的シール部材１６を介して押さえリング１２のフランジ部と押さえ板１１との間に挟持されるとともに、フランジ部１０ｂは、複数の空気流通孔を有するカバー１８に当接保持され、ネジ部１０ａにはジョイント筒４が静的シール部材１５を介してネジ固着されている。よって、回転軸２２Ｂは冷却ファン２８、押さえ板１１、ジョイントリング１２は一体で回転するが、押さえリング１２からジョイントリング１０へは回転力は伝達されない。
【００６６】
また、ジョイントリング１０のネジ部１０ａにはジョイント４が静的シール部材１５を介してネジ止めされている。該ジョイント４は押さえリング１２の中心通路１２ａと連通する中心通路４ａが設けられている。尚、この中心通路４ａの断面積は、中心通路１２ａの断面積と等しいかそれより大きく形成される。そして、このジョイント４は後述する電磁バルブ５４を介して第２ガス供給源４９に接続している。
【００６７】
また、回転軸２２Ｂは、中心通路２２Ｂａから分岐した複数の通路２２Ｂｄがベアリング４４の一端に向かって設けられ、そして、中心通路２２Ｂａの断面積が通路３ｍの断面積より大きいので、前記第２ガス供給源４９から所定圧力で窒素ガスが供給されると、容易に通路２２Ｂｄを通ってベアリング４４側に窒素ガスが供給される。そして、動的シール部材１７及び２１間にベアリング４４の周囲に圧縮された窒素ガスを充満可能に構成されている。
【００６８】
また、図１０に示すように、ハウジング２４Ｂの外側の回転軸２２Ｂには、この真空ポンプを冷却するファン２９が設けられ、このファンを保護するカバー１９が複数の空気流通孔を有してハウジング２４Ｂに取付られている。
また、旋回スクロール３Ｂの外周部には、図示しないが１２０゜ずつ円周方向３箇所に３対の公転機構が支持され、該公転機構を介して前記ハウジングに設けた固定スクロールラップとは偏心した回転中心を有して公転するように配置される。
【００６９】
このように構成されたスクロール流体機械１Ｂは、後述する第２ガス供給源４９からの窒素ガスが旋回スクロール３Ｂを駆動する回転軸２２Ｂの中心通路２２Ｂａに供給される。
そして、図１４に示すように通路２２Ｂｄからベアリング４４側に窒素ガスが供給され、さらに図１５、１６に示すように通路２２Ｂｂからガス溜まり５９に窒素ガスが供給され、ベアリング３９、４０の周囲に充満する。
【００７０】
そして、図１５、１６に示すように、通路３ｍから通路３ｊ、３ｉを通ってラップ２７Ｂ（２６Ｂ）と本部ランド３Ｂｎとの間に窒素ガスが供給される。
この状態で、真空ポンプ１Ｂが動作を開始すると、固定スクロールラップと旋回スクロールラップとで形成される密閉空間に始めは負圧であり、窒素ガスが供給されている状態のままで、窒素ガスと残存気体を吐出口５Ｂｃから吐出するが、前記密閉空間は反応管の気体を取り込み、それを圧縮するにつれて窒素ガスの取り込みは少なくなり、反応管の真空度が進むにつれて窒素ガスの取り込み量が増加する。そして、反応管が所定の真空度に達すると第２ガス供給源４９からの窒素ガスの供給が停止する。窒素ガスの供給が停止すると、各ベアリング部の周囲にただよっていた窒素ガスは負圧となるスクロールラップ側に吸引され、吐出口５Ｂｃから吐出される。
【００７１】
図１７は、本第２実施の形態にかかる真空ポンプを半導体製造工程のＣＶＤ装置に用いた概略ブロック構成図である。
図１７において、半導体ウェーハ４５を載置した石英反応管４７は、自動圧力制御装置５２と電磁バルブ５３を介して、内部ガスを吸入排気する真空ポンプ１Ｂに接続され、石英反応管４７からの有害ガスは真空ポンプ１Ｂから排出流体処理装置５６に排出され、真空ポンプ１Ｂ内の流体圧縮室から圧縮される反応ガスは排出流体処理装置５６に排出されるように構成されている。
【００７２】
真空ポンプ１Ｂは、石英反応管４７内の残留ガスを減らすことによって多量の反応ガスを供給して反応時間を短縮するために、１０−３〜１０−２Ｔｏｒｒ程度の短時間の排気能力を有するものが望ましい。
また、排出流体処理装置５６は未反応ガス及び反応生成物をフィルタにより吸収したり、分解、酸化または希釈化して外部に排気するように構成される。
【００７３】
第１ガス供給４８は、内部に反応ガスを収納するとともに反応ガスの供給を制御する弁手段を有し、また、自動圧力制御装置５２は内部に真空計を備え、真空の程度により第１電気制御回路５０を介して第１ガス供給源４８を動作させて反応ガスを供給し、また、電磁バルブ５３を適宜駆動して真空ポンプ１Ｂへのバルブの開閉を行う。
【００７４】
また、第２ガス供給源４９は、大気よりも高圧の窒素ガスを供給可能に構成され、電磁バルブ５４を介して前述した真空ポンプ１Ｂのジョイント４を経由して、旋回スクロール３Ｂを駆動する回転軸２２Ｂの中心通路２２Ｂａに窒素ガスを供給可能に構成されている。
【００７５】
そして、第１ガス供給源４８、収納ヒータ４６及び電磁バルブ５３は第１電気制御回路５０により制御され、真空ポンプ１Ｂ及び、第２ガス供給源４９は第２電気制御回路５１により制御可能に構成される。
【００７６】
次に、上述のごとく構成された本第２実施の形態にかかるスクロール機構の流体動作を説明する。
図１７において、ベース５７と石英反応管４７を離間させて石英反応管４７の内部にウェーハ４５を載置する。第１電気制御回路５０により電磁バルブ５３を開成させ、第２電気制御回路５１により真空ポンプ１Ｂを駆動する。
【００７７】
図１０において、回転軸２２Ｂが回転すると、旋回スクロール３Ｂが公転し、石英反応管４７からガスを吸入し、固定スクロールラップ６Ｂ、７Ｂの外周からガスを旋回スクロール３Ｂのラップ２６Ｂ及び２７Ｂによって、それらの固定スクロールラップ及び旋回スクロールラップによって形成する密閉空間に取り込み、この密閉空間によって圧縮される。
【００７８】
この密閉空間の動作を図１３を用いて固定スクロールラップ７Ｂと旋回スクロールラップ２７Ｂとにより説明すると、固定スクロールラップ７Ｂと旋回スクロールラップ２７Ｂとにより取り込まれ圧縮された圧縮空間Ｒ１′（ｂ）内の圧縮ガスは旋回スクロールの駆動により圧縮空間Ｒ２′（ｂ）を経て、圧縮空間Ｒ３′（ｂ）が吐出孔３ｇと連通し、吐出通路３ｋに排出される。
【００７９】
また、固定スクロールラップ７Ｂと旋回スクロールラップ２７Ｂとにより取り込まれ圧縮された圧縮空間Ｓ１′（ａ）内の圧縮ガスは旋回スクロールの駆動により圧縮空間Ｓ２′（ｂ）を経て、圧縮空間Ｓ３′（ａ）が吐出孔３ｇと連通し、吐出通路３ｋに排出される。
【００８０】
そして、（ａ）のごとく窒素ガスの通路３ｊ（３ｉ）が固定スクロールラップ７Ｂ（６Ｂ）によって塞がっているときは窒素ガスの供給は中断されるが、（ｂ）のごとく固定スクロールラップ７Ｂ（６Ｂ）が外れているときは圧縮空間Ｓ２′に供給され圧縮空間Ｓ３′（ａ）で吐出孔３ｇから吐出される。
【００８１】
一方、真空ポンプ１Ｂの駆動に同期して、電磁バルブ５４が開成すると、第２ガス供給源４９から流入される圧縮窒素ガスは、旋回スクロール３Ｂを駆動する回転軸２２Ｂの中心通路２２Ｂａに供給される。
そして、図１４に示すように通路２２Ｂｄからベアリング４４側に窒素ガスが供給され、さらにその途中の通路４ａから空隙５８に浸入し、図１５、１６に示すように通路２２Ｂｂからガス溜まり５９に窒素ガスが供給され、ベアリング３９、４０の周囲に充満する。
【００８２】
そして、図１５、１６に示すように、通路３ｍから通路３ｊ、３ｉを通ってラップ２７Ｂ（２６Ｂ）と本部ランド３Ｂｎとの間に窒素ガスが供給される。
真空ポンプ１Ｂが動作を開始してから窒素ガスの供給を開始すると、固定スクロールラップと旋回スクロールラップとで形成される密閉空間に始めは負圧であり、窒素ガスが供給されていない状態のままで、残存気体と取り込んだ空気を吐出口５Ｂｃから吐出するが、窒素ガスの供給によって前記密閉空間は窒素ガスを取り込みを始める。
【００８３】
始め窒素ガスの取り込みが少ないが、真空ポンプ１Ｂの反応管からの気体取り組みがすすみ、反応管の真空度が進むにつれて窒素ガスの取り込み量が増加する。そして、反応管が所定の真空度に達すると電磁バルブ５４が閉鎖され、第２ガス供給源４９からの窒素ガスの供給が停止する。
窒素ガスの供給が停止すると、各ベアリング部の周囲にだだよっていた窒素ガスは負圧となるスクロールラップ側に吸引され、吐出口５Ｂｃから吐出される。
そして、真空ポンプ１Ｂの動作が停止する。吐出された窒素ガス及び／または反応ガスは外部の排出流体処理装置５６に排出される。
【００８４】
この結果、スクロールラップが形成する密閉圧縮室に僅かな漏洩があり、その漏洩ガスがベアリング、シール部材に到達しても、ベアリング及びシール部材等を腐食させたり、真空ポンプ外部に漏洩することを防止することができる。
また、窒素ガスは回転軸２２Ｂ内を流通するので、旋回スクロール３Ｂが発生する熱を冷却することができる。
【００８５】
石英反応管４７の真空の程度は、自動圧力調整装置５２により制御される。真空ポンプ１Ｂが所定の真空度に石英反応管４７内の気体を吸引すると、第１電気制御回路５０に真空引き完了信号が送られ、第１電気制御回路５０は電磁バルブ５３を閉成し、ヒータ４６を駆動するとともに、第１ガス供給源４８を駆動して反応ガスを石英反応管４７に供給する。
【００８６】
自動圧力調整装置５２は、石英反応管４７内の真空度を観察して真空の程度により第１電気制御回路５０を介して第１ガス供給源４８を動作させて反応ガスを供給し、また、電磁バルブ５３を適宜駆動して真空ポンプ１Ｂへのバルブの開閉を行う。そして、ウェーハの膜堆積に適した真空度より下回ると、すなわち反応ガスの圧力が所定値より上昇すると、電磁バルブ５３を開成して真空ポンプ１Ｂにより反応ガスを吸引して石英反応管４７内の圧力を一定に制御する。
【００８７】
所定時間が経過すると、第１ガス供給源４８とヒータ４６の駆動が停止し、電磁バルブ５４が開成し、窒素ガスの供給と同時に真空ポンプ１Ｂにより石英反応管４７内の反応ガスが所定真空度になるまで吸入され、電磁バルブ５４が閉成され、窒素ガスの供給が停止し、その後所定時間後に電磁バルブ５３が閉成され、真空ポンプ１Ｂの駆動が停止し、膜形成作業が終了して、ウェーハ４５が石英反応管４７から取り出され、石英反応管４７内部が洗浄される。
【００８８】
【発明の効果】
以上記載したごとく、本発明のスクロール流体機械を用いることにより、ガス体導入手段により導入した前記ガス体を、前記減圧手段から排出される空気及び／または前記反応ガスの圧縮流体と混合状態で排出するので、特別に前記ガス体専用のガス体排出手段を設ける必要はなく、構成が単純化する。
そして、前記減圧手段内において互いに対面摺動する駆動部材と相手方部材との摺動部分に前記反応ガスとは別のガス体を導入して、導入したガス体と、減圧手段により排出される空気及び／または前記反応ガスの圧縮流体とを前記排出流体処理手段に供給しているので、減圧手段の上流側の不純物は減圧手段の圧縮・吐出工程で前記排出流体処理装置に送られて無害化処理され、摺動部分に漏洩した反応ガス、及び摺動部分から発生する微細な浮遊物も前記排出流体処理装置に送られて無害化処理されるので、可燃性、爆発性、毒性、腐食性等の反応ガスが半導体処理ラインの環境内に漏洩することを防止することができる。
【００８９】
特に、本第１発明においては、減圧手段内において互いに対面摺動する駆動部材と相手方部材との摺動部分に前記反応ガスとは別のガス体を導入して、導入したガス体によって、摺動部分から発生する微細な浮遊物を排出するので、摺動部分の耐久性が向上するとともに、スクロール機構の冷却を行うことができる。
【００９０】
また、本第２発明は、ダブルラップ形式のスクロール機械であるために流体の取り込み量が多く、真空ポンプとして用いた場合は、速く所定の真空レベルに到達することができる。
また、前記回転駆動軸の一方からガス体を導入し、他方から前記ガス体を排出するガス体通路を前記回転駆動軸の延設方向に沿って形成しているので、スクロール機構の冷却を行うことができる。
また、前記ガス体通路から分岐通路を形成し、前記ベアリング及びシール部材に前記ガス体を供給可能に構成しているので、導入したガス体によって、摺動部分から発生する微細な浮遊物を排出して、摺動部分及びシール部材の耐久性が向上することができる。
そして、前記供給制御手段により前記ガス体を導入後は、前記排除制御手段の動作が停止するまでは前記供給制御手段は停止しているので、前記ガス体に供給中に排除をすることはなく、前記供給制御手段と排除制御手段は交互に行うこととなり、前記ベアリング部分の奥までガス体を浸入させることができるとともに、奥の微細な浮遊物を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るオイルフリースクロール流体機械の第１実施の形態を示す基本構成図である。
【図２】  図１における旋回スクロールの左側面図である。
【図３】  図１における旋回スクロールの右側面図である。
【図４】  旋回スクロールラップと固定スクロールラップとの圧縮動作を説明する説明図である。
【図５】  図１の要部拡大図である。
【図６】  図１の要部拡大図である。
【図７】  図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】  図６のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】  本発明のスクロール流体機械を用いた半導体製造装置の実施形態を示すブロック構成図である。
【図１０】  本発明に係るオイルフリー流体機械の第２実施の形態を示す基本構成図である。
【図１１】  図１０における旋回スクロールの右側面図である。
【図１２】  図１における旋回スクロールの左側面図である。
【図１３】  旋回スクロールラップと固定スクロールラップとの圧縮動作を説明する説明図である。
【図１４】  図１０の要部拡大図である。
【図１５】  図１０の要部拡大図である。
【図１６】  図１５のＣ−Ｃ断面図である。
【図１７】  本発明のスクロール流体機械を用いた半導体製造装置の第２実施の形態を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
８Ａ                真空ポンプ（減圧手段）
４５                半導体ウェーハ
４７                石英反応管
５６                排出流体処理装置
【図１】
0003739628.tif 000002
【図２】
0003739628.tif 000003
【図３】
0003739628.tif 000004
【図４】
0003739628.tif 000005
【図５】
0003739628.tif 000006
【図６】
0003739628.tif 000007
【図７】
0003739628.tif 000008
【図８】
0003739628.tif 000009
【図９】
0003739628.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003739628.tif 000012
【図１２】
0003739628.tif 000013
【図１３】
0003739628.tif 000014
【図１４】
0003739628.tif 000015
【図１５】
0003739628.tif 000016
【図１６】
0003739628.tif 000017
【図１７】
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