JPH02294573A - 真空排気装置および真空排気方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕゛ 本発明は、真空を得るための真空排気装置および真空排
気装置の運転による真空排気方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のターボ分子ポンプを第３図を参照して説明する。

全体を符号１で示す従来のターボ分子ポンプは、モータ
２、その回転力を伝達するモータ軸３、モータ軸３に取
付けられたロータ４、そのロータ４に取付けられた複数
の動翼５、その動翼５間に配置されている複数の静翼６
、静翼６を取付けたスベーサ７、吸気口８および排気口
９を形成したケーシング１０、勤翼５および静翼６を保
護ずるための保護網１１を含んでいる。そして運転に際
しては、モータ２を駆動して動翼５を分子流程度の稀薄
な雰囲気の中で高速回転させることにより、吸気口８か
ら気体分子を吸い込み、高い圧縮比にて圧縮し、排気口
９へ気体を移動せしめ、高真空を作り出す。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなターボ分子ポンプは、取り扱う気体分子の分
子量により排気性能が異なる。そして分子量の小さい気
体分子を取り扱う場合には排気性能が著しく低下する。

排気性能は圧縮比が小さいほど低下するが、ここで圧縮
を示すパラメータとしての翼速度Ｃは、 Ｃ＝Ｖ／Ｖｍ　　　＜Ｖは静翼の周速、Ｖｍは気体分子
の最大確率速度） なる式で示され、気体分子の最大確率速度ＶｍはＶｍ＝
（　（　２　Ｋ　Ｔ／　Ｍ） （Ｍは気体分子の分子量、Ｋはボルツマン定数、Ｔは気
体の絶対温度） なる式で表される。これ等の式より明らかなように、気
体分子の分子量Ｍが小さければその最大確率速度Ｖｍが
大きくなり、翼速度比Ｃが小さくなる。従って分子量の
小さい気体分子を取り扱う場合には排気性能が低下する
のである。そして排気性能が低い場合、ターボ分子ポン
プの実際の連転に際して問題となることが多い。

この分子量の小さい気体による問題としては、特に水蒸
気の存在が悪影響をおよぼす。ターボ分子ポンプを備え
た系の一部が大気開放となり大気がその系に流入する場
合、ターボ分子ポンプによって作られる１０−’Ｔｏｒ
ｒないし１０−”　Ｔｏｒｒ（１０−’ｍｍｌｌｇない
し１０−”ｍｍＨｇ　）程度の真空における残留ガスは
その大部分が水蒸気である。そしてこの残留水蒸気は真
空度および真空環境に悪影響をおよぼすのである。

ヘリウム冷凍機を使用しｌ５゜Ｋから２０゜Ｋ程度の超
低温の熱交換器を備えた所謂クライオ真空ポンプを用い
た場合には、水蒸気についての排気特性が良好となるの
で、上述の不都合にある程度対処することができる。し
かしクライ才真空ポンプの場合は、 （１）　　冷凍機駆動に係わる起動・停止時間が長い、
（２）　　いわゆる溜め込み式なので、一定の負担運転
が終了する毎に再生運転を長時間に亘って行う必要があ
る、 （３）気体分子の種類により昇華温度が異なるため、再
生運転時には熱交換器の温度上昇に従って各種気体分子
は高濃度にて順次ポンプから分離排出されるが、この分
離排出に対応してその後の処理を行うことが困難である
。特に半導体製造プロセスにおいては、モノシラン（Ｓ
ｉｌｌ．）　　フッ化水素（ＨＦ）のような有毒、高腐
蝕性、爆発性、可燃性の気体を窒素（Ｎ２）、ヘリウム
（Ｈｅ）等の不活性ガスで希釈して使用するので、これ
ら各種気体が分離排出されることに対応するのが非常に
むずかしい、という問題点があった。

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みて提案されたも
のであり、分子量が小さい気体、特に水分子の排気特性
が良好であり、再生が容易で排気運転が可能な排気装置
を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、複数の動翼を備えたロータと複数の静翼を備
えたスペーサとを有し、吸気口から気体分子を取り込み
、圧縮して排気口から排出するターボ分子ポンプと、該
ターボ分子ポンプの吸気口側に、ヘリウム冷凍機により
冷却され気体分子を凍結捕集する熱交換器とを配備した
真空排気装置であり、また、もう一つの発明は、真空容
器とターボ分子ポンプの吸気口との間に、ヘリウム冷凍
機により冷却し気体分子を凍結捕集する熱交換器を配備
し、かつ、真空容器と該熱交換器との間の吸気系配管に
締切弁を配備した真空容器の真空排気方法において、該
締切弁を開け、ターボ分子ポンプとヘリウム冷凍機とを
運転する排気工程と、該締切弁を閉じ、夕一ボ分子ポン
プを運転し、熱交換器をヒータで加熱するかもしくはヘ
リウム冷凍機を休止することにより熱交換器に凍結捕集
した分子を気化させる再生工程とを含むことを特徴とす
る真空容器の真空排気方法である。

次に、本発明の真空排気方法をより詳しく説明する。

まず、前記熱交換器の表面温度は排気系の真空度および
ガス成分によって設定する必要がある。例えば、水分子
を凍結捕集するための熱交換器表面温度は、真空容器内
圧力が１０−’Ｔｏｒｒでは−９０℃以下、真空容器内
圧力が１０−８Ｔｏｒｒでは１３０℃以下にしなければ
ならない。ただし、この温度は排気系配管形状や排気速
度によっても変わって来る。これは、熱交換器表面温度
と氷分子の飽和圧力との関係によるものであり、その関
係を第４図のグラフに示す。第４図は横軸に温度（１）
を、縦軸に飽和圧力（Ｔｏｒｒ）を採った水蒸気の飽和
圧力曲線である。

次に、ガス分子の凍結捕集した熱交換器の再生には、吸
気側上流の締切弁を閉じ、真空容器からのガス分子の流
入を止め、ターボ分子ポンプの排気作用により吸気系配
管の圧力を下げることによって、飽和蒸気圧との関係よ
り凍結分子を気化即ら再生させることができる。また、
ヘリウム冷凍機を止め、もしくはヒータにより熱交換器
表面温度を上昇させることにより積極的に再生を行なう
ことができる。

〔作　用〕

本発明の真空排気装置によれば、排気運転を行なう場合
は、吸気口の上流側に設けた締切弁を開け、ヘリウム冷
凍機により熱交換器表面を冷却しガス分子凍結捕集によ
る真空排気と、夕一ボ分子ポンプによる真空排気とを組
合せた排気作用を行なうことができる。

ターボ分子ポンプのみによって真空排気を行なう場合、
真空容器内の残留ガスには軽ガスが多く含まれる。特に
大気開放と真空排気とをくり返す場合、真空排気後の残
留ガスのほとんど出水分子となる。このため、ターボ分
子ポンプの吸気口側の熱交換器によって氷分子を凍結捕
集することにより、排気性能が向上し、良質で真空度の
高い真空をつくることができる。また、凍結捕集されな
い分子量の小さい気体、例えば水素、ヘリウム等も熱交
換器によって冷却されることによりその温度が低下し気
体分子速度が遅くなる。これにより翼速度比Ｃが大きく
なり、ターボ分子ポンプの排気性能が向上する。そして
、従来のターボ分子ポンプにおける問題点、すなわち分
子の小さい気体、特に水分子の排気性能が悪いことが解
消される。

一方、所定時間だけ排気運転を行なった後は、熱交換器
に凍結捕集された分子を気化放出する再生運転を行なう
必要がある。再生運転を行なう場合は、前記締切弁を閉
じて熱交換器周囲圧力を凍結分子の飽和圧力より低い圧
力にすることにより再生を行なうことができる。また、
ヘリウム冷凍機を止め熱交換器温度を自然上昇又はヒー
タにより温度上昇させることにより効果的な再生を行な
うことができる。再生運転中もターボ分子ポンプを運転
しているので、積極的に再生を行なうことができる。

クライオ真空ポンプ単独による真空排気とは異なりター
ボ分子ポンプとの組合せであるため、再生から再生まで
の排気運転を非常に長く行なうことができ、更に前述の
ように短時間で再生を行なうことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明するが、本発
明はこの実施例に限定されるものではない。

実施例ｌ 以下第１図及び第２図を参照にして本発明の実施例を説
明する。

第１図は真空容器２１およびそれを真空排気するための
排気装置を示す。ターボ分子ポンブ２６の吸気口側に熱
交換器２５が接続され、ｌ段ＧＭサイクルのヘリウム冷
凍機２４のコールドヘッド３ｌに接触した熱交換器２５
の表面はーｌＯＯ℃〜２００℃に冷却されている。熱交
換器２５と真空容器２１との間には締切弁２３が配置さ
れている。

ターボ分子ポンプ排気口側には粗引きポンプ３０が排気
管２９で接続している。コンプレッサユニット２７は圧
縮ヘリウムガスをヘリウムガス配管２８によりヘリウム
冷凍機２４に循環供給している。

ヘリウム冷凍機２４は、通常のクライオ真空ポンプに用
いる２段ＧＭサイクルヘリウム冷凍機ではなく、１段Ｇ
Ｍサイクルの小型のヘリウム冷凍機を用いている。これ
はターボ分子ポンプでは効率的に排気することのできな
い水分子を選択的に凍結捕集する目的で熱交換器を−１
００℃〜−２００℃に冷却するためである。

熱交換器２５はターボ分子ポンブ２６の排気抵抗にもな
るため、凍結捕集するガス分子流れ等も考慮した形状と
する必要がある。第２図に熱交換器の一例の詳細図を示
す。

締切弁２３は、排気運転時には開け、再生運転時には閉
じる。ターボ分子ポンプ２６と粗引きポンプ３０は、排
気運転時右よび再生運転時共に運転を行なう。また、再
生運転において、ターボ分子ポンプ２６を止め、電気ヒ
ータ３２にて加熱し、粗引きポンプ３０のみを運転する
方法も可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば次のような効果を奏する。

■　排気速度を向上させる。

■　軽ガス特に水分子の排気速度を大きく向上させる。

■　長時間連続排気運転を行なうことができる。

■　再生時間が短い。

■　排気すべき気体の成分＄よび排気運転時間に基づき
、熱交換器の形状および伝熱面積を選択することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排気装置を示す概略断面図、第２図は
熱交換器の拡大斜視図、第３図はターボ分子ポンプの断
面構造図、第４図は温度と飽和蒸気圧の関係を示すグラ
フである。 ２ｌ・・・真空容器、２３・・・締切弁、２４・・・ヘ
リウム冷凍機、２５・・・熱交換器、２６・・・ターボ
分子ポンプ、２７・・・フンプレッサユニット、２Ｂ・
・・ヘリウムガス配管、３０・・・粗引きポンプ、３１
・・・コールドヘッド、３２・・・電気ヒータ ｖ−１図 第２図 第３ （自発） 平成２年６月７ 特許庁長官　　吉　田　文　毅　殿 １．事件の表示　　平成１年特許願第１１４１６６号２
．発明の名称　　真空排気装置および真空排気方法３．
補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　神奈川県川崎市幸区堀川町７２番地名　称　　
（３０７）　　株式会社　東　　　　　芝代表者　　青
　井　舒 （ほか１名） ５．補正命令の日付 己 第仝図 度　　Ｃ℃） ６．補正の対象 （１）　　明細書の発明の詳細な説明の欄〔２〕　　明
細書の図面の簡単な説明の欄（３）図面の第５図及び第
６図 ７．補正の内容 （１）　　明細書の発明の詳細な説明の欄の記載を下記
のとおり補正する。 （ア）明細書第１１頁第１２行と第１３行の間に下記文
を加入する。 「第５図及び第６図に、ヘリウム冷凍機と熱交換器の接
続構造の要部縦断面図を示す。 第５図と第６図において、ヘリウム冷凍機５ｌの低温部
分であるコールドヘッド５５に、熱交換器５２を熱交換
器取付ビス５３で取り付ける。５４はケーシングである
。 これによって、コールドへッド５５と熱交換器５２は熱
的に接続されており、熱交換器５２は冷却されて真空中
の水分子を凍結捕獲する。」 明細書の図面の簡単な説明の欄の記載を下記のとおり補
正する。 （ア）明細書第１２頁１４行の「グラフである。」を次
のように補正する。 「グラフ、第５図及び第６図は、ヘリウム冷凍機と熱交
換器との接続を示す要部縦断面図である。」 （３）図面の第５図と第６図を別紙のとおり追加する。 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の動翼を備えたロータと複数の静翼を備えたス
   ペーサとを有し、吸気口から気体分子を取り込み、圧縮
   して排気口から排出するターボ分子ポンプと、該ターボ
   分子ポンプの吸気口側に、ヘリウム冷凍機により冷却さ
   れ気体分子を凍結捕集する熱交換器とを配備した真空排
   気装置。 ２、真空容器とターボ分子ポンプの吸気口との間に、ヘ
   リウム冷凍機により冷却し気体分子を凍結捕集する熱交
   換器を配備し、かつ、真空容器と該熱交換器との間の吸
   気系配管に締切弁を配備した真空容器の真空排気方法に
   おいて、該締切弁を開け、ターボ分子ポンプとヘリウム
   冷凍機とを運転する排気工程と、該締切弁を閉じ、ター
   ボ分子ポンプを運転し、熱交換器をヒータで加熱するか
   もしくはヘリウム冷凍機を休止することにより熱交換器
   に凍結捕集した分子を気化させる再生工程とを含むこと
   を特徴とする真空容器の真空排気方法。