特許 6441660 除害機能付真空ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6441660

(24)【登録日】2018年11月30日

(45)【発行日】2018年12月19日

(54)【発明の名称】除害機能付真空ポンプ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20181210BHJP

   B01D 53/34 20060101ALI20181210BHJP

   F04B 37/16 20060101ALI20181210BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

   B01D53/34

   F04B37/16 D

【請求項の数】11

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-256365(P2014-256365)

(22)【出願日】2014年12月18日

(65)【公開番号】特開2015-195344(P2015-195344A)

(43)【公開日】2015年11月5日

【審査請求日】2017年4月14日

(31)【優先権主張番号】特願2014-54127(P2014-54127)

(32)【優先日】2014年3月17日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】古田 拓己

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 弘一

(72)【発明者】

【氏名】石川 敬一

(72)【発明者】

【氏名】駒井 哲夫

(72)【発明者】

【氏名】関口 信一

【審査官】 高橋 宣博

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２３７１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０００７９１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２３４３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０６９２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０４７２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１７６７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３１７２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３３１６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２７１８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５７１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０９３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５００４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｂ０１Ｄ ５３／３４ −５３／７２

Ｆ０４Ｂ ３７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排ガスを処理する除害部を付設した真空ポンプであって、
前記真空ポンプは、大気圧から排気可能なメインポンプと該メインポンプの排気速度を上昇させるブースターポンプとを備えたドライ真空ポンプからなり、
少なくとも一つの排ガスを処理する除害部を前記メインポンプと前記ブースターポンプの間に接続し、
前記ブースターポンプの駆動に用いられるインバータの出力電力を監視し、前記出力電力の値に基づいて前記除害部の運転状態を変更することを特徴とする除害機能付真空ポンプ。

【請求項2】

前記除害部は、プラズマ式除害部、乾式除害部、触媒式除害部、ヒータ式除害部であることを特徴とする請求項１記載の除害機能付真空ポンプ。

【請求項3】

前記メインポンプとブースターポンプの間に接続された除害部は、直列および／または並列に配列された複数台の除害部から構成されることを特徴とする請求項１または２記載の除害機能付真空ポンプ。

【請求項4】

複数台の除害部を並列に接続することにより、除害部のバックアップ機能を備えることを特徴とする請求項３記載の除害機能付真空ポンプ。

【請求項5】

前記複数台の除害部は、排ガスの処理形式および／または排ガスの処理量および／または排ガスの処理性能が異なる除害部であることを特徴とする請求項３または４記載の除害機能付真空ポンプ。

【請求項6】

真空ポンプと除害部とを一括して制御する制御部を前記真空ポンプに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の除害機能付真空ポンプ。

【請求項7】

前記真空ポンプは、一台のメインポンプを備えるか、あるいは並列に接続された複数台のメインポンプを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の除害機能付真空ポンプ。

【請求項8】

前記真空ポンプは、一台のブースターポンプを備えるか、あるいは直列および／または並列に接続された複数台のブースターポンプを備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の除害機能付真空ポンプ。

【請求項9】

前記真空ポンプは、前記除害部をバイパスするガス流路を備え、ガスの無害化を必要としないときには除害部をバイパスしてポンプ機能だけを使用することが可能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の除害機能付真空ポンプ。

【請求項10】

前記メインポンプおよび前記ブースターポンプと、前記除害部とが接していることを特徴とする請求項１記載の除害機能付真空ポンプ。

【請求項11】

前記真空ポンプは、前記除害部を格納するエンクロージャと、該エンクロージャを排気ダクトに接続するための排気部を備えたことを特徴とする請求項１記載の除害機能付真空ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体デバイス、液晶、ＬＥＤ、太陽電池等を製造する製造装置の排気系システムに用いられる真空ポンプに係り、特に製造装置のチャンバを排気するための真空ポンプにチャンバから排出された排ガスを処理する除害機能を付加した除害機能付真空ポンプに関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス、液晶パネル、ＬＥＤ、太陽電池等を製造する製造プロセスにおいては、真空に排気されたプロセスチャンバ内にプロセスガスを導入してエッチング処理やＣＶＤ処理等の各種処理を行っている。これらエッチング処理やＣＶＤ処理等の各種処理を行うプロセスチャンバは真空ポンプによって真空排気されている。また、プロセスチャンバおよびプロセスチャンバに接続されている排気系機器は、クリーニングガスを流すことによって定期的に洗浄している。これらプロセスガスやクリーニングガス等の排ガスは、シラン系ガス（ＳｉＨ_４，ＴＥＯＳ等）、ハロゲン系ガス（ＣｌＦ_３，ＨＦ，Ｆ_２，ＨＣｌ，Ｃｌ_２等）、ＰＦＣガス（ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６，ＮＦ_３，ＳＦ_６等）などを含み、人体に悪影響を及ぼしたり、地球温暖化の原因になる等の地球環境に悪影響を及ぼしたりするので、大気にそのまま放出することは好ましくない。

【0003】

そこで、プロセスチャンバから排出された排ガスを排ガス処理装置によって処理して無害化した後に大気に放出している。この場合、排ガス処理装置を備えた排気系システムは、プロセスチャンバの直下流に排ガス処理装置を設置し、排ガス処理装置の下流に真空ポンプを設置する方式、すなわち、プロセスチャンバ、排ガス処理装置、真空ポンプの順に設置する方式と、プロセスチャンバの直下流に真空ポンプを設置し、真空ポンプの下流に排ガス処理装置を設置する方式、すなわち、プロセスチャンバ、真空ポンプ、排ガス処理装置の順に設置する方式に大別される。また、真空ポンプには、一台の真空ポンプで排気系を構成する場合と、ブースターポンプとメインポンプとを連結して排気系を構成する場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６−２２６０３２号公報

【特許文献2】特開平４−２９０５２５号公報

【特許文献3】特開平９−８６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したプロセスチャンバ、排ガス処理装置、真空ポンプの順に設置する方式は、排ガス処理装置が故障等で運転を停止する、あるいは排ガス処理装置が正常に運転している状態であっても排ガス処理装置が運転を停止すると、排ガス処理の結果析出した生成物がプロセスチャンバに逆流してプロセスチャンバを汚染するという問題がある。
これに対して、プロセスチャンバ、真空ポンプ、排ガス処理装置の順に設置する方式は、プロセスチャンバと排ガス処理装置の間に真空ポンプが配置されているため、排ガス処理の結果析出した生成物がプロセスチャンバに逆流してプロセスチャンバを汚染するという問題はなく、安定した排気系システムとして多用されている。

【0006】

しかしながら、上記プロセスチャンバ、真空ポンプ、排ガス処理装置の順に設置する方式は、排ガス処理装置の上流側でパージ用ガスや希釈用ガスが導入されるため、排ガス処理装置ではこれらパージ用ガスや希釈用ガスを含んだ排ガスを処理する必要があり、処理ガス量が多く、排ガス処理のために投入されるエネルギー量が多いという問題がある。

【0007】

また、上記２つの方式を含めて、従来の排ガス処理装置には、以下に列挙するような問題がある。
（１）排ガス処理装置は大型で、工場に据付けしていた。一度据付けた装置は輸送が困難・高価になるため、現場でメンテナンスが可能な設計としていた。一方、現場でのメンテナンスを実現するため、モータや制御部等の構成部品を着脱可能な設計にしており、そのことで全体として高価で大掛かりになっていた。
（２）据付型で交換が困難であるため、装置が故障した際には、修理が完了するまでプロセスを停止せざるを得なかった。
（３）排ガス処理装置は流入ガスの種類や流量に応じて設計していたため、設計、製作、評価の労力が大であった。
（４）排ガス処理装置は流入したガスを処理する機能は有するものの、他の排ガス処理装置との接続状況を把握する仕組みではなかった。そのため、バックアップを構成する場合は、複数の排ガス処理装置を一括制御する制御装置が別途必要であった。
（５）真空ポンプと排ガス処理装置とはそれぞれ独立した装置として制御部を持っていたため、運転操作や日々のメンテナンス、またトラブル発生時の履歴の解析等はそれぞれの装置個別で行っていて、手間が掛かっていた。
（６）真空ポンプと排ガス処理装置を接続する配管は、該配管内で排気対象ガスが冷却されて生成物が析出することを回避するために、ヒータを使用して加熱していた。そのためヒータのイニシャル費とランニングコストが必要であった。
（７）ブースターポンプとメインポンプの間の連結部で排気対象ガスが冷却され、生成物が析出することを回避するために、連結部をヒータで加熱したり、保温材でカバーしたりしていた。
（８）ブースターポンプ内部で排気対象ガスが冷却され、生成物が析出することを回避するために、ブースターポンプをヒータで加熱したり、保温材でカバーしたりしていた。

【0008】

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、排ガス処理の結果析出した生成物がプロセスチャンバに逆流することがなくプロセスチャンバの汚染を防止することができ、パージ用ガスや希釈用ガスが排ガス中に含まれることがなく処理ガス量を減らすことができ、除害部におけるガス処理に必要なエネルギーを低減して省エネルギーを図ることができる除害機能付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】

【0009】

上述した目的を達成するために、本発明の除害機能付真空ポンプの一態様は、排ガスを処理する除害部を付設した真空ポンプであって、前記真空ポンプは、大気圧から排気可能なメインポンプと該メインポンプの排気速度を上昇させるブースターポンプとを備えたドライ真空ポンプからなり、少なくとも一つの排ガスを処理する除害部を前記メインポンプと前記ブースターポンプの間に接続し、前記ブースターポンプの駆動に用いられるインバータの出力電力を監視し、前記出力電力の値に基づいて前記除害部の運転状態を変更することを特徴とする。

【0010】

本発明の除害機能付き真空ポンプは、メインポンプとブースターポンプとからなるドライ真空ポンプに、排ガスを処理して無害化する除害部を付設して構成されている。本発明において、「排ガスを処理して無害化する」とは、排ガス中の有害物質濃度を下げる処理をすることを意味する。本発明の除害機能付き真空ポンプによれば、製造装置のプロセスチャンバと除害部との間にブースターポンプがあるため、排ガス処理の結果析出した生成物がプロセスチャンバに逆流してプロセスチャンバを汚染することがない。また、パージ用ガスや希釈用ガスが排ガス中に含まれることがなく処理ガス量を減らすことができ、除害部におけるガス処理に必要なエネルギーを低減して省エネルギーを図ることができる。
本発明は、排ガスの処理形式が異なる複数種類の除害部を用意しておき、また、処理形式の異なる各除害部毎に排ガスの処理量が異なる除害部を複数個用意しておき、さらに、処理形式の異なる各除害部毎に排ガスの処理性能が異なる除害部を複数個用意しておく。本発明においては、除害部は、チャンバから排出される排ガスのガス量およびガス種に応じて処理形式が異なる上記複数種類の除害部および／または排ガスの処理量が異なる複数の除害部および／または排ガスの処理性能が異なる複数の除害部から最適なものを少なくとも一つ選定し、メインポンプとブースターポンプの間に接続される。
ドライ真空ポンプはインバータによりモータを制御して駆動される。インバータはモータを定格回転速度で制御する。その出力電力はモータの負荷によって自動的に制御される。すなわち、モータ負荷が大になれば、自動的にインバータの出力電力が増し、運転回転数が維持される。一方、ドライ真空ポンプの特性として、吸引するガス流量が多くなるとモータ負荷が増す。ポンプの構造によってガス量とモータ負荷の関係は様々であるが、いずれにせよ吸引ガス量に応じてモータ負荷が変化する。予め吸入ガス量とモータ負荷とインバータ出力電力の関係を明らかにしておくことで、ブースターポンプを駆動するインバータの出力電力から吸入ガス量を推定することができる。ガスを吸入していないときには除害機能を必要としないので、ガスが流れているか否かを推定し、流れていないときは自動的に除害部の運転を停止することで省エネルギーを図ることができる。また、ブースターポンプを駆動するインバータの出力電力から推定される吸入ガス量に応じて除害部の運転強度を多段階（例えば、高，中，低）に設定しておき、吸入ガス量が少ないときには除害部を低強度で運転することにより省エネルギーを図ることができる。
上述した態様では、ブースターポンプの駆動に用いられるインバータの出力電力から吸入ガス量を推定したが、以下の方法で推定してもよい。
（１）メインポンプの駆動に用いられるインバータの出力電力から吸入ガス量を推定する。なお、メインポンプとブースターポンプのいずれかで推定する場合は、応答の速さには差がない。ただし、ガス量による出力電力の変化が顕著に現れる方がガス量の推定が容易と考えられるので、出力電力の変化が顕著に現れる方を選択する。
（２）ブースターポンプの駆動に用いられるインバータの出力電力とメインポンプの駆動に用いられるインバータの出力電力の両方から吸入ガス量を推定する。この場合、メインポンプとブースターポンプの吸入ガス量の推定量の多い方は、生成物等、ガス量以外の要素で負荷が大きくなっている可能性を考慮して、吸入ガス量の推定量の少ない方に従い除害部を制御することで、省エネ性を高めることができる。

【0011】

本発明の好ましい態様によれば、前記除害部は、プラズマ式除害部、乾式除害部、触媒式除害部、ヒータ式除害部であることを特徴とする。
本発明においては、除害部はメインポンプとブースターポンプの間に設置されているので、除害部は真空下で排ガスを除害処理する必要がある。そのため、除害部で採用する排ガスの処理形式は、プラズマ式、ヒータ式、乾式、触媒式である。

【0012】

本発明の好ましい態様によれば、前記メインポンプとブースターポンプの間に接続された除害部は、直列および／または並列に配列された複数台の除害部から構成されることを特徴とする。
本発明によれば、複数台の除害部を直列および／または並列に配列することにより一連の除害群を形成することができ、様々な種類のプロセス要求、複雑なプロセス要求に対応が可能となる。複数台の除害部は排ガスのガス量およびガス種に応じて、プラズマ式除害部、乾式除害部、触媒式除害部、ヒータ式除害部の複数種の除害部を組み合わせて接続してもよいし、単一種の除害部を接続してもよい。

【0013】

本発明の好ましい態様によれば、複数台の除害部を並列に接続することにより、除害部のバックアップ機能を備えることを特徴とする。
本発明によれば、複数台の除害部を並列に並べることで、バックアップ運転の実現が容易となる。すなわち、一方の除害部の故障、メンテナンス時にはその他の除害部で対応が可能となり、プロセスダウンタイムをゼロにすることができる。除害部は小型で安価であるため、１つのプロセスチャンバに対して複数の除害部を設置し、単純な方法で安価にバックアップ機能をもたせることが可能である。バックアップ方法としては同じ除害方式の除害部を並列で接続してもいいし、他の除害方式の除害部を並列で接続してもよい。

【0014】

本発明の好ましい態様によれば、前記複数台の除害部は、排ガスの処理形式および／または排ガスの処理量および／または排ガスの処理性能が異なる除害部であることを特徴とする。

【0015】

本発明の好ましい態様によれば、真空ポンプと除害部とを一括して制御する制御部を前記真空ポンプに備えたことを特徴とする。
本発明によれば、制御部は、メインポンプとブースターポンプからなる真空ポンプの制御および除害部の制御を一括して行うように構成されており、ポンプの信号入出力の一部を除害部に接続し、除害部の運転制御およびステータス監視を制御部で実施する。すなわち、制御部から除害部に運転・停止信号を出力し、除害部から制御部に除害部のステータス信号を出力するように構成されている。ドライ真空ポンプと除害部の状態を一括で表示可能な表示部や、一括で状態を監視および／または操作できる通信ポートや、接点入出力ポートを有するので、コネクションポイントが削減され、操作性が高まるとともに装置の立ち上げ時間を短縮できる。

【0016】

本発明の好ましい態様によれば、前記真空ポンプは、一台のメインポンプを備えるか、あるいは並列に接続された複数台のメインポンプを備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記真空ポンプは、一台のブースターポンプを備えるか、あるいは直列および／または並列に接続された複数台のブースターポンプを備えることを特徴とする。

【0017】

本発明の好ましい態様によれば、前記真空ポンプは、前記除害部をバイパスするガス流路を備え、ガスの無害化を必要としないときには除害部をバイパスしてポンプ機能だけを使用することが可能であることを特徴とする。
本発明によれば、排ガスの無害化処理を必要としないときには、除害部をバイパスして除害部の運転を停止し、ポンプ機能だけを使用することが可能であり、省エネルギーを図ることができる。

【0020】

本発明の好ましい態様によれば、前記メインポンプおよび前記ブースターポンプと、前記除害部とが接していることを特徴とする。

【0021】

本発明の好ましい態様によれば、前記真空ポンプは、前記除害部を格納するエンクロージャと、該エンクロージャを排気ダクトに接続するための排気部を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、除害部がエンクロージャに覆われており、該エンクロージャを、設置した設備の排気ダクトへ接続することでエンクロージャ自体が負圧に保たれるので、万が一、除害部でリークがあった場合にも、有害なガスが外部へ流出することを防ぐことができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）プロセスチャンバと除害部との間にブースターポンプがあるため、排ガス処理の結果析出した生成物がプロセスチャンバに逆流してプロセスチャンバを汚染することがない。
（２）パージ用ガスや希釈用ガスが排ガス中に含まれることがなく処理ガス量を減らすことができ、除害部におけるガス処理に必要なエネルギーを低減して省エネルギーを図ることができる。
（３）ドライ真空ポンプと小型の排ガス処理装置を組み合わせることにより、メンテナンス時には装置ごと簡単に移動できるようになる。
（４）故障が発生した場合には予備のポンプ（排ガス処理機能つき）と交換し、故障したポンプ（排ガス処理機能つき）の修理完了後に元に戻すことで、プロセスの停止時間を最小にすることができる。
（５）モジュール化された除害部をガスの種類や流量に応じて組み合わせるので種々のガス条件に対し速やかに最適な除害部を設計し、提供することができる。
（６）並列に接続された除害部の一部が故障しても、他の除害部で排ガス処理を行うことが可能になるので、プロセスの停止を防ぐことができる。
（７）ドライ真空ポンプと除害部の状態を一括で表示可能な表示部や、一括で状態を監視および／または操作できる通信ポートや、接点入出力ポートを有するので、コネクションポイントが削減され、操作性が高まるとともに装置の立ち上げ時間を短縮できる。
（８）除害部を使用しないプロセスで使用する場合や、排ガスの処理を必要としないときには、除害部をバイパスし除害部の運転を停止することができるので、省エネ性に優れる。また、ドライ真空ポンプへの吸入ガス量に応じ、除害部の運転状態の変更（除害部の運転停止や運転強度の変更）をすることができ、省エネ性に優れる。
（９）ブースターポンプおよび／またはメインポンプと除害部との間は、伝熱性に優れていて、ポンプの運転で生じた圧縮熱が除害処理に利用される。また、除害部で生じた熱でポンプが加温される。さらにメインポンプで生じた圧縮熱が除害部を通してブースターポンプへ伝熱され、ブースターポンプを加温する。
（１０）メインポンプとブースターポンプからなるドライ真空ポンプと除害部が一体化しているため、配管や、配管を加熱する為のヒータが不要になり、システム全体を低価格化できる。
（１１）ブースターポンプとメインポンプの間の除害部は排ガス処理の為に投入したエネルギーで発熱するため加温の必要がなく、ヒータや保温材が不要になり、システム全体を低価格化できる。
（１２）メインポンプや除害部の熱がブースターポンプを暖めるので、ブースターポンプが高温化され、ブースターポンプ内で生成物が析出することを回避できる。また、ブースターポンプ加温のためのヒータや保温材が不要になり、低価格化できる。
（１３）除害部がエンクロージャに覆われており、該エンクロージャを、設置した設備の排気ダクトへ接続することでエンクロージャ自体が負圧に保たれるので、万が一除害部でリークがあった場合にも、有害なガスが流出することを防げる。
（１４）除害部は、メインポンプが運転している間、負圧になるので、万が一除害部でリークがあっても有害なガスが流出することを防げる。
（１５）除害部はメインポンプの圧縮熱でガス温度が高い状態にある。高温で除害を行うので除害効率が良い。
（１６）除害部は真空状態なので、プラズマを発生させるのに好適な環境にあり、少ない投入エネルギー量で除害を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明の除害機能付真空ポンプの基本構成を示す模式図である。

【図2】図２は、除害機能付真空ポンプの除害部として、プラズマ式除害部の構成を示す模式的断面図である。

【図3】図３は、除害機能付真空ポンプの除害部として、ヒータ式除害部の構成を示す模式的断面図である。

【図4】図４は、除害機能付真空ポンプの除害部として、乾式除害部の構成を示す模式的断面図である。

【図5】図５は、除害機能付真空ポンプの除害部として、触媒式除害部の一種であるフッ素固定式除害部の構成を示す模式的断面図である。

【図6】図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、メインポンプとブースターポンプの間に接続された除害部が直列および／または並列に配列された複数台の除害部から構成される例を示す模式図である。

【図7】図７は、本発明の除害機能付真空ポンプの全体の配置構成を示す模式図である。

【図8】図８は、真空ポンプが複数台のメインポンプを備えた構成を示す模式図である。

【図9】図９（ａ），（ｂ）は、ブースターポンプが直列および並列に配列された複数台で構成される例を示す模式図である。

【図10】図１０は、メインポンプとブースターポンプとを接続している除害部をバイパスするバイパス流路を設けた構成を示す模式図である。

【図11】図１１は、除害部を格納するエンクロージャを設けた構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明に係る除害機能付真空ポンプの実施形態について図１乃至図１１を参照して説明する。なお、図１乃至図１１において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の除害機能付真空ポンプの基本構成を示す模式図である。
図１に示すように、本発明の除害機能付真空ポンプは、大気圧から排気可能なメインポンプ１と、該メインポンプ１の排気速度を上昇させるブースターポンプ２と、メインポンプ１とブースターポンプ２の間に接続された除害部３とから構成されている。メインポンプ１は、真空から大気まで数段に分けてガスを圧縮して排気するポンプであり、多段のルーツ型ドライポンプ又はスクリュー型ドライポンプ又はクロー型ドライポンプから構成されている。ブースターポンプ２は、メインポンプ１の排気速度をアップ（上昇）させるためにメインポンプ１の上流側に設置されているポンプであり、ルーツ型ドライポンプ（単段でも多段でもよい）又はスクリュー型ドライポンプ又はクロー型ドライポンプから構成されている。ブースターポンプの排気速度は一般的に５０００Ｌ／ｍｉｎから１０万Ｌ／ｍｉｎ程度で、例えば、１０万Ｌ／ｍｉｎのブースターポンプを２台つなげれば２０万Ｌ／ｍｉｎの排気量を得ることができる。ブースターポンプは一般的に真空度が高いところ（真空域とメインポンプの間）に用いられるため、生成物が出にくく希釈ガスを流す必要がない。また、軸シールガスもメインポンプよりは少なくて済む。ブースターポンプ２の吸気口２ａが半導体デバイス、液晶、ＬＥＤ等を製造する製造装置等のプロセスチャンバに接続されるようになっている。メインポンプ１の排気口１ｄから、除害部３により無害化処理された処理後のガスが排気されるようになっている。

【0025】

このように、本発明の除害機能付き真空ポンプは、メインポンプ１とブースターポンプ２とからなるドライ真空ポンプに、排ガスを処理して無害化する除害部３を付設して構成されている。本発明の除害機能付き真空ポンプによれば、製造装置のプロセスチャンバと除害部３との間にブースターポンプ２があるため、排ガス処理の結果析出した生成物がプロセスチャンバに逆流してプロセスチャンバを汚染することがない。また、パージ用ガスや希釈用ガスが排ガス中に含まれることがなく処理ガス量を減らすことができ、除害部３におけるガス処理に必要なエネルギーを低減して省エネルギーを図ることができる。

【0026】

本発明においては、除害部３はメインポンプ１とブースターポンプ２の間に設置されているので、除害部３は真空下で排ガスを除害処理する必要がある。そのため、除害部３で採用する排ガスの処理形式は、プラズマ式、ヒータ式、乾式、触媒式である。
本発明は、排ガスの処理形式が異なるこれら複数種類の除害部を用意しておく。また、処理形式の異なる各除害部毎に排ガスの処理量が異なる除害部を複数個用意しておく。さらに、処理形式の異なる各除害部毎に排ガスの処理性能が異なる除害部を複数個用意しておく。本発明においては、除害部３は、チャンバから排出される排ガスのガス量およびガス種に応じて処理形式が異なる上記複数種類の除害部および／または排ガスの処理量が異なる複数の除害部および／または排ガスの処理性能が異なる複数の除害部から最適なものを選定し、メインポンプ１とブースターポンプ２の間に接続される。

【0027】

次に、処理形式の異なる各除害部の構成を説明する。
図２は、除害機能付真空ポンプの除害部として、プラズマ式除害部３の構成を示す模式的断面図である。図２に示すように、プラズマ式除害部３は、容器状の処理室本体３０を備えており、処理室本体３０内には処理室３１が形成されている。処理室３１には、２本の電極（正極および負極）３２，３３が間隔をおいて対向配置されている。処理室本体３０の上部には、処理対象の排ガスを処理室内に導入するガス導入口３_ＩＮが形成され、処理室本体３０の下部には、処理後のガスを排出するガス出口３_ＯＵＴが形成されている。
図２に示すように、ブースターポンプ２から排出された排ガスはガス導入口３_ＩＮから処理室３１に導入される。電源３４によって２本の電極（正極および負極）３２，３３間に高周波・高電圧をかけることによりプラズマを発生させ、電子やイオン等を排ガスの分子に高速で衝突させ、排ガスを分解処理する。処理後のガスはガス出口３_ＯＵＴから排出されてメインポンプ１に吸い込まれる。図２に示すプラズマ式除害部３は、ブースターポンプ２とメインポンプ１との間に設置されているため、除害部３は真空状態なので、プラズマを発生させるのに好適な環境にあり、少ない投入エネルギー量で除害を行うことができる。

【0028】

図３は、除害機能付真空ポンプの除害部として、ヒータ式除害部３の構成を示す模式的断面図である。図３に示すように、ヒータ式除害部３は、容器状の処理室本体４０を備えており、処理室本体４０内には処理室４１が形成されている。処理室本体４０の周囲及び外側底部にヒータ４２が設けられている。処理室本体４０の下部には、処理対象の排ガスを処理室内に導入するガス導入口３_ＩＮが形成され、処理室本体４０の上部には、処理後のガスを排出するガス出口３_ＯＵＴが形成されている。
図３に示すように、ブースターポンプ２から排出された排ガスはガス導入口３_ＩＮから処理室４１に導入される。処理室４１に導入された排ガスは、ヒータ４２によって加熱されて約５００〜９００°Ｃの高温で分解処理され、処理後のガスはガス出口３_ＯＵＴから排出されてメインポンプ１に吸い込まれる。

【0029】

図４は、除害機能付真空ポンプの除害部として、乾式除害部３の構成を示す模式的断面図である。図４に示すように、乾式除害部３は、容器状の処理室本体５０を備えており、処理室本体５０内には処理室５１が形成されている。処理室本体５０の下部には、処理対象の排ガスを処理室内に導入するガス導入口３_ＩＮが形成され、処理室本体５０の上部には、処理後のガスを排出するガス出口３_ＯＵＴが形成されている。処理室５１の内部には処理剤（薬剤）５２が充填されており、この処理剤５２に排ガスを吸着させる。処理剤として金属酸化物、アルカリ剤、貴金属触媒等が用いられる。なお、処理室５１の外壁にヒータを付け、処理剤（薬剤）を加温しても良い。
図４に示すように、ブースターポンプ２から排出された排ガスはガス導入口３_ＩＮから処理室５１に導入される。処理室５１に導入された排ガス中の有害な成分は、処理剤５２に吸着されて処理され、処理後のガスはガス出口３_ＯＵＴから排出されてメインポンプ１に吸い込まれる。

【0030】

図５は、除害機能付真空ポンプの除害部として、触媒式除害部の一種であるフッ素固定式除害部３の構成を示す模式的断面図である。図５に示すように、フッ素固定式の除害部３は、容器状の処理室本体６０を備えており、処理室本体６０内には処理室６１が形成されている。処理室６１の周囲及び外側底部にヒータ６２が設けられている。処理室本体６０の下部には、処理対象の排ガスを処理室内に導入するガス導入口３_ＩＮが形成され、処理室本体６０の上部には、処理後のガスを排出するガス出口３_ＯＵＴが形成されている。
処理室６１の内部には、Ｆ（フッ素）成分を固定する固定薬剤６３が充填されている。固定薬剤として、排ガスの分解能力が高い金属成分と分解したＦ成分を固定する金属成分からなる混合材料が用いられる。プロセス装置から発生したＰＦＣガス及び副生成ガスのＳｉＦ_４等に含まれるＦ成分を固定薬剤に固定する。
図５に示すように、ブースターポンプ２から排出された排ガスはガス導入口３_ＩＮから処理室６１に導入される。処理室６１に導入された排ガス中のＦ成分は固定薬剤６３に固定され、処理後のガスはガス出口３_ＯＵＴから排出されてメインポンプ１に吸い込まれる。

【0031】

図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、メインポンプ１とブースターポンプ２の間に接続された除害部３が直列および／または並列に配列された複数台の除害部から構成される例を示す模式図である。
図６（ａ）に示す例においては、複数台（図示例では２台）の除害部３が直列に接続されている。複数台の除害部３は接続配管を介して接続してもよいし、接続配管を無くして隣接する２つの除害部３のガス出口とガス入口を直接接続してもよい。
図６（ｂ）に示す例においては、複数台（図示例では２台）の除害部３が並列に接続されている。複数台の除害部３は接続配管を介して並列に接続されている。
図６（ｃ）に示す例においては、複数台の除害部３は接続配管を介して直列および並列に接続されている。すなわち、複数台（図示例では２台）の除害部３は接続配管を介して並列に接続され、さらに一方の接続配管には除害部３が直列に２段に配列にされている。

【0032】

図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、複数台の除害部３を直列および／または並列に配列することにより一連の除害群を形成することができ、様々な種類のプロセス要求、複雑なプロセス要求に対応が可能となる。複数台の除害部３は排ガスのガス量およびガス種に応じて、プラズマ式除害部、乾式除害部、触媒式除害部、ヒータ式除害部の複数種の除害部３を組み合わせて接続してもよいし、単一種の除害部３を接続してもよい。

【0033】

図６（ｂ），（ｃ）に示すように、除害部３を並列に並べることで、バックアップ運転の実現が容易となる。すなわち、一方の除害部３の故障、メンテナンス時にはその他の除害部３で対応が可能となり、プロセスダウンタイムをゼロにすることができる。
除害部は小型で安価であるため、１つのプロセスチャンバに対して複数の除害部を設置し、単純な方法で安価にバックアップ機能をもたせることが可能である。バックアップ方法としては同じ除害方式の除害部を並列で接続してもいいし、他の除害方式の除害部を並列で接続してもよい。
除害部は据え付けではないので容易に正常品と交換できる。除害部の交換が必要な場合は、ラインをバックアップ側の除害部へバイパスさせて、交換する除害部をクランプ継ぎ手などで取り外すことによりプロセス運転を停止せずに除害部の交換を実施できる。したって、除害部のメンテナンスのためにプロセス運転が中断してしまうことはない。

【0034】

除害部３の単体の設計は不要、あるいは最小となり、レイアウト検討のみで済む。また、要求性能ごとに除害部３を標準化しているため、改造部品の製造が容易である。さらに、部品納期の短縮、改造要領の簡素化を図ることができる。
除害部毎に規格対応を行うため、新たな要求仕様に対して、規格の認証の検討、取得が不要となる。必要に応じて、接続配管にバルブを設置してもよい。複数台の除害部３を直列および／または並列で接続する場合、除害部３の設置位置方向は自由に設定可能である。

【0035】

従来、乾式除害装置の場合には、プロセス毎に乾式カラムの薬剤の充填構成を変えていたため、排ガス処理の最適化を図ろうとすると多種類の乾式カラムを揃えなければならなかった。また、充填構成を変えるには、その都度乾式カラムを工場へ持ち帰り、中身の薬剤を入れ替える必要があった。
これに対し、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、複数台の除害部３を直列および／または並列に配列することにより、複数の除害部のうち前後の除害部を、他の種類の薬剤が充填された除害部と簡易に交換できるので、異なるプロセスで発生する排ガスに対しても排ガス処理の最適化を容易に行えるようになる。
また、現場で除害部を入れ替えることで、迅速に薬剤の構成を変更することができる。薬剤の種類を変えることで、希ガスを精製し再生利用することも可能となる。さらに、Ｈ_２処理にＰｄ触媒を使用することで発熱させ、その熱を真空ポンプ用のＮ_２ガスの加熱等に再利用することができる。

【0036】

従来、ヒータ式除害装置の場合、流入するガスの流量毎にヒータ容量の異なる除害装置を揃える必要があった。
これに対し、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、複数台の除害部３を直列および／または並列に配列することにより、それぞれヒータ容量の異なる除害部を数種類準備すれば、流入するガス流量に合わせて、ヒータ式の除害部を直列にまたは並列に、または直列と並列の組合せで配列することで、ヒータ容量に過剰な性能を持たせて設計することなく、流入するガスの流量に対応した最適な除害部を安価に提供できる。
また、ヒータ式除害部の後段に触媒式除害部を設置することにより、ＰＦＣガスの処理やフッ素固定も可能となる。さらに、ヒータ式除害部で発生した熱を、真空ポンプ用のＮ_２ガスの加熱等に再利用することができる。

【0037】

図７は、本発明の除害機能付真空ポンプの全体の配置構成を示す模式図である。図７に示すように、メインポンプ１と除害部３とは互いに接しており、ブースターポンプ２と除害部３とは互いに接して配置されている。ここで、互いに接しているとは、メインポンプ１と除害部３のケーシングが互いに接しており、ブースターポンプ２と除害部３のケーシングが互いに接していることを意味する。この場合、接触面にはシリコングリース等の熱伝導性が良い媒体を塗布しても良い。また、メインポンプ１と除害部３の境界部を共通の１枚の壁で構成し、ブースターポンプ２と除害部３の境界部を共通の１枚の壁で構成し、メインポンプ１とブースターポンプ２と除害部３とを一体化してもよい。

【0038】

図７に示すように、本発明においては、メインポンプ１および／またはブースターポンプ２と、除害部３とが接しているあるいは一体化している。したがって、以下に列挙する効果を奏する。
１）ブースターポンプ２および／またはメインポンプ１と除害部３との間は、伝熱性に優れていて、ポンプの運転で生じた圧縮熱が除害処理に利用される。また、除害部３で生じた熱でポンプが加温される。さらにメインポンプ１で生じた圧縮熱が除害部３を通してブースターポンプ２へ伝熱され、ブースターポンプ２を加温する。
２）メインポンプ１とブースターポンプ２からなるドライ真空ポンプと除害部３が一体化しているため、配管や、配管を加熱する為のヒータが不要になり、システム全体を低価格化できる。
３）ブースターポンプ２とメインポンプ１の間の除害部３は排ガス処理の為に投入したエネルギーで発熱するため加温の必要がなく、ヒータや保温材が不要になり、システム全体を低価格化できる。
４）メインポンプ１や除害部３の熱がブースターポンプ２を暖めるので、ブースターポンプ２が高温化され、ブースターポンプ２内で生成物が析出することを回避できる。また、ブースターポンプ２の加温のためのヒータや保温材が不要になり、低価格化ができる。

【0039】

また、図７に示すように、メインポンプ１とブースターポンプ２からなるドライ真空ポンプに制御部１０が付設されている。図示例では、メインポンプ１に制御部１０が付設された形態が示されているが、制御部１０は、メインポンプ１，ブースターポンプ２，除害部３を含む真空ポンプ装置内に配置されていれば良い。制御部１０は、メインポンプ１とブースターポンプ２からなる真空ポンプの制御および除害部３の制御を一括して行うように構成されており、ポンプの信号入出力の一部を除害部３に接続し、除害部３の運転制御およびステータス監視を制御部１０で実施する。すなわち、制御部１０から除害部３に運転・停止信号を出力し、除害部３から制御部１０に除害部３のステータス信号を出力するように構成されている。制御部１０は、製造装置等にある客先制御部１１と通信線等を介して送受信が可能になっている。また、制御部１０は、集中監視システム１２にメインポンプ１、ブースターポンプ２および除害部３のステータス信号を出力するようになっている。

【0040】

制御部１０よりメインポンプ１，ブースターポンプ２の運転信号が出力されると、同時に制御部１０から除害部３に運転信号が出力され、除害部３の運転が開始される。アイドル時は、除害部３の運転を停止する。制御部１０において除害部３の運転タイミングの設定変更が可能になっている。ポンプの運転はリモート運転、ローカル運転、ＣＯＭ運転のいずれでも対応可能になっている。制御部１０にメインブレーカを設置しているため、除害部３では必要最低限の電源部品で対応が可能となる。

【0041】

制御部１０がメインポンプ１とブースターポンプ２からなる真空ポンプの制御および除害部３の制御を一括して行うように構成されているため、装置からのインターフェースを従来のように真空ポンプ用および排ガス処理装置用と区別して用意することが不要となる。また、除害部３は、最小限の電装系で構成される。また、メインの信号の窓口が真空ポンプとなることによって、装置側あるいは工場側の制御が簡略化される。
メインポンプ１とブースターポンプ２からなる真空ポンプの運転状態にあわせて、制御部１０が除害部３の制御を行うため、使用条件、使用環境にあわせた、除害部・真空ポンプのシンクロ運転、安全運転の実現が可能となる。また、真空ポンプの使用状況にあわせて除害部３の運転モードの最適化が図れる。

【0042】

メインポンプ１とブースターポンプ２からなる真空ポンプの状態監視モニターに、除害部３のステータス表示がされるため、運用が容易となる。マスターの真空ポンプに表示されるステータスだけで一括管理が可能になり、除害部・ポンプの異常をユーザーが一括でモニター可能になる。
また、メインポンプ１とブースターポンプ２からなる真空ポンプと除害部３の統合された情報の収集が可能であるため、トラブル発生時の真空ポンプと除害部３の状態が把握でき、トラブル分析が容易となり、改善対応の時間短縮を図ることができる。

【0043】

図７においては、メインポンプ１とブースターポンプ２の間に接続された除害部３は１台のみ図示されているが、メインポンプ１とブースターポンプ２の間に接続された除害部３は、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、直列および／または並列に配列された複数台の除害部３から構成されていてもよい。この場合、複数台の除害部３と制御部１０が接続され、制御部１０が除害部３の種類や数を自動認識することが可能である。個別に制御部１０で除害部３の種類と数を選択することも可能である。

【0044】

図８は、真空ポンプが複数台のメインポンプを備えた構成を示す模式図である。図８に示すように、複数台のメインポンプ１は除害部３に並列に接続されている。複数台のメインポンプ１は並列運転される。メインポンプ１は１台で製造装置のチャンバを排気できる排気性能があるが、２台並列運転することにより排気時間を短くすることができる。また、１台のメインポンプ１が故障等で停止した場合でも、他の１台のメインポンプ１が運転を継続できるため、製造プロセスに支障が生ずることはない。また、接続配管にはバルブＶ１，Ｖ２が設けられているため、１台のメインポンプ１を運転して製造プロセスを継続しつつ故障等で停止したメインポンプ１のメンテナンス又は取り替えが可能である。なお、バルブＶ１，Ｖ２は省略することも可能である。

【0045】

図９（ａ），（ｂ）は、ブースターポンプ２が直列および並列に配列された複数台で構成される例を示す模式図である。
図９（ａ）に示す例においては、複数台（図示例では２台）のブースターポンプ２が直列に接続されている。複数台のブースターポンプ２は接続配管を介して接続してもよいし、接続配管を無くして隣接する２つのブースターポンプ２の排気口と吸気口を直接接続してもよい。
図９（ｂ）に示す例においては、複数台（図示例では２台）のブースターポンプ２が並列に接続されている。複数台のブースターポンプ２は接続配管を介して並列に接続されている。
図９（ａ），（ｂ）に示すように、複数台のブースターポンプ２を直列および／または並列の組合せで接続することにより、ブースターポンプ２が１台の場合に比較してメインポンプ１の排気速度をより上昇させることができるし、また排気可能なガス流量を大きくすることができる。

【0046】

図９（ｂ）に示すように、複数台（図示例では２台）のブースターポンプ２が並列に接続されている場合、複数台のブースターポンプ２は並列運転される。ブースターポンプ２は、１台でメインポンプ１の排気速度を十分に上昇させる性能があるが、２台並列運転することにより１台と比較して２倍の排気速度を得ることができる。また、１台のブースターポンプ２が故障等で停止した場合でも、他の１台のブースターポンプ２が運転を継続できるため、製造プロセスに支障が生ずることはない。また、接続配管にはバルブＶ１，Ｖ２が設けられているため、１台のブースターポンプ２を運転して製造プロセスを継続しつつ故障等で停止したブースターポンプ２のメンテナンス又は取り替えが可能である。なお、バルブＶ１，Ｖ２は省略することも可能である。

【0047】

図１０は、メインポンプ１とブースターポンプ２とを接続している除害部３をバイパスするバイパス流路を設けた構成を示す模式図である。図１０に示すように、ブースターポンプ２と除害部３を結ぶ流路から分岐させてバイパス流路１５を設け、バイパス流路１５の下流端を除害部３とメインポンプ１を結ぶ流路に接続している。ブースターポンプ２と除害部３を結ぶ流路にはメインバルブＭＶを設け、バイパス流路１５にはバイパスバルブＢＶを設けている。
図１０に示す構成により、排ガスの無害化処理を必要としないときには、メインバルブＭＶを閉じバイパスバルブＢＶを開けることにより、除害部３をバイパスして除害部３の運転を停止し、ポンプ機能だけを使用することが可能である。したがって、省エネルギーを図ることができる。

【0048】

次に、ドライ真空ポンプの運転中に除害部３の運転状態を変更する場合の制御方法について説明する。
ドライ真空ポンプはインバータによりモータを制御して駆動される。インバータはモータを定格回転速度で制御する。その出力電力はモータの負荷によって自動的に制御される。すなわち、モータ負荷が大になれば、自動的にインバータの出力電力が増し、運転回転数が維持される。一方、ドライ真空ポンプの特性として、吸引するガス流量が多くなるとモータ負荷が増す。ポンプの構造によってガス量とモータ負荷の関係は様々であるが、いずれにせよ吸引ガス量に応じてモータ負荷が変化する。
予め吸入ガス量とモータ負荷とインバータ出力電力の関係を明らかにしておくことで、インバータの出力電力から吸入ガス量を推定することができる。ガスを吸入していないときには除害機能を必要としないので、ガスが流れているか否かを推定し、流れていないときは自動的に除害部の運転を停止することで省エネルギーを図ることができる。

【0049】

次に、具体的な制御方法を説明する。ブースターポンプ２の駆動に用いられるインバータの出力電力を監視し、本電力がしきい値Ａを上回った、あるいは下回った場合には除害部３の運転を停止する。しきい値Ｂを下回った、あるいは上回った場合、除害部３の運転を再開する。除害部３の運転を停止する際には、図１０においてメインバルブＭＶを閉じバイパスバルブＢＶを開け、ガスがバイパス流路１５を流れるようにする。
上記制御方法では、除害部３のＯＮ／ＯＦＦ制御を行ったが、除害部３の運転強度を変更する制御を行うこともできる。すなわち、ブースターポンプ２の駆動に用いられるインバータの出力電力から推定される吸入ガス量に応じて除害部の運転強度を多段階（例えば、高，中，低）に設定しておき、インバータの出力電力を監視して吸入ガス量が少ないときには除害部３を低強度で運転することにより省エネルギーを図ることができる。

【0050】

上述した態様では、ブースターポンプ２の駆動に用いられるインバータの出力電力から吸入ガス量を推定したが、以下の方法で推定してもよい。
（１）メインポンプ１の駆動に用いられるインバータの出力電力から吸入ガス量を推定する。なお、メインポンプ１とブースターポンプ２のいずれかで推定する場合は、応答の速さには差がない。ただし、ガス量による出力電力の変化が顕著に現れる方がガス量の推定が容易と考えられるので、出力電力の変化が顕著に現れる方を選択する。
（２）ブースターポンプ２の駆動に用いられるインバータの出力電力とメインポンプ１の駆動に用いられるインバータの出力電力の両方から吸入ガス量を推定する。この場合、メインポンプ１とブースターポンプ２の吸入ガス量の推定量の多い方は、生成物等、ガス量以外の要素で負荷が大きくなっている可能性を考慮して、吸入ガス量の推定量の少ない方に従い除害部を制御することで、省エネ性を高めることができる。

【0051】

図１１は、除害部３を格納するエンクロージャを設けた構成を示す模式図である。図１１に示すように、ブースターポンプ２と除害部３とは連結部を介して連結され、除害部３とメインポンプ１とは連結部を介して連結されている。除害部３はエンクロージャ６によって格納されている。エンクロージャ６は、気密構造になっており、排気ダクトに接続するための排気部６ａを備えている。図１１に示すように、除害部３がエンクロージャ６に覆われており、該エンクロージャ６を、設置した設備の排気ダクトへ接続することでエンクロージャ自体が負圧に保たれるので、万が一、除害部３でリークがあった場合にも、有害なガスが外部へ流出することを防ぐことができる。

【0052】

これまで本発明の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いうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0053】

１ メインポンプ
１ｄ 排気口
２ ブースターポンプ
２ａ 吸気口
３ 除害部
３_ＩＮ ガス導入口
３_ＯＵＴ ガス出口
１０ 制御部
１１ 客先制御部
１２ 集中監視システム
１５ バイパス流路
３０ 処理室本体
３１ 処理室
３２，３３ 電極
３４ 電源
４０ 処理室本体
４１ 処理室
４２ ヒータ
５０ 処理室本体
５１ 処理室
５２ 処理剤
６０ 処理室本体
６１ 処理室
６２ ヒータ
６３ 固定薬剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】