JP2802035B2 - 真空排気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空蒸着、真空溶解、
ＰＶＤ、ＣＶＤ等の高真空プロセスを含む各種装置に用
いられる真空排気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体、光学などの分野では真空排気装
置が広く使用されており、その一例としてＰＶＤ（phys
ical vapor deposition)装置がある。この装置では、高
真空中の放電によりＡｒ⁺ などを加速し、このＡｒ⁺ エ
ネルギを受けた電極物質を基板上に堆積して薄膜を形成
するスパッタ法が用いられる。

【０００３】上記の場合、薄膜を形成する物質を高度の
真空中で高エネルギイオンにするために真空チャンバが
使用され、真空チャンバ内の気体を排気するために排気
ポンプが使用される。

【０００４】図１４を参照して従来の真空排気装置（作
動領域：大気圧〜１０^-8Ｔｏｒｒ）を説明する。真空チ
ャンバ１に接続される第１のラインには、メインバルブ
（高真空バルブ）２を有する管路８を介して高真空ポン
プ３が接続されており、高真空ポンプ３には補助バルブ
４を介して低真空ポンプ５が接続されている。

【０００５】ここで、低真空ポンプとは、大気圧から約
１０^-3Ｔｏｒｒ程度の圧力領域で作動する排気ポンプの
ことであり、例えば、ロータリポンプ，メカニカルポン
プ，ドライポンプがある。また、高真空ポンプとは、約
１０^-3〜１０^-8Ｔｏｒｒの圧力領域で作動する排気ポン
プのことであり、例えば、ターボポンプ，トラップ付タ
ーボポンプ，クライオポンプがある。構造上の制限か
ら、大気圧から１０^-8Ｔｏｒｒの作動領域をカバーする
には、それぞれ作動領域の異なる２種類の真空ポンプが
必要である。図１４に示される従来例では、低真空ポン
プ５としてロータリポンプが使用されており、高真空ポ
ンプ３としてはターボポンプが使用されている。

【０００６】真空チャンバ１に接続される別の管路７に
はチャンバラフバルブ６が接続されており、この管路７
の他端が上記高真空ポンプ３と低真空ポンプ５とを結ぶ
管路８ａに接続されている。さらに、真空チャンバ１か
らは、管路９が導出されていて、その途中にチャンバベ
ントバルブ１０が取り付けられている。

【０００７】図１４の真空排気装置により排気を行うに
は、まずチャンバベントバルブ１０と、メインバルブ２
と補助バルブ４を閉じ、チャンバラフバルブ６を開き、
低真空ポンプ５を駆動して真空チャンバ１の荒引きを行
なう。このとき、真空チャンバ１内は、１０^-3Ｔｏｒｒ
程度の圧力状態になるまで排気される。

【０００８】次に、チャンバラフバルブ６を閉じ、メイ
ンバルブ２と補助バルブ４を開き、高真空ポンプ３を駆
動することにより、真空チャンバ１内が１０^-7〜１０^-8
Ｔｏｒｒの圧力状態になるまで排気し真空チャンバ内を
高真空状態とする。

【０００９】上記のように従来の真空排気装置では、高
真空状態を形成するために必ず高真空ポンプ３が必要で
あり、しかも、この高真空ポンプ３を使用するときは、
荒引き用の補助ポンプとして低真空ポンプ５が必要であ
った。

【００１０】

【表１】

【００１１】表１を参照して説明する。この表１におい
て、ロータリポンプ，メカニカルポンブ，ドライ
ポンプが低真空ポンプであり、この低真空ポンプは大気
圧（７６０Ｔｏｒｒ）から約１０^-3Ｔｏｒｒの圧力領域
で作動する。また、表１でターボポンプ，トラップ
付きターボポンプ，クライオポンプが高真空ポンプで
あり、これら高真空ポンプは、約１０^-3〜１０^-8Ｔｏｒ
ｒの圧力領域で作動する。また、ターボ型排気ポンプ
は最近市販された排気ポンプで、大気圧からの到達圧力
１０^-5Ｔｏｒｒ〜１０^-6Ｔｏｒｒで作動する。

【００１２】ところで、ＰＶＤなどの真空プロセスを含
む各種装置では、最も使用頻度が高い圧力領域が１０^-6
〜１０^-8Ｔｏｒｒであり、この圧力領域をより簡易な真
空排気装置で実現するにはどのような構造の真空排気ポ
ンプが良いか、またどのような排気システムが望ましい
かという観点から種々の研究がなされてきた。しかし、
表１から理解されるように、１台の排気ポンプを用いて
大気圧から１０^-8Ｔｏｒｒの圧力領域までの広範囲に亘
り作動できる排気ポンプは未だ開発されていない。この
ことから、大気圧から１０^-8Ｔｏｒｒの作動圧力を確保
するには、必ず低真空ポンプと高真空ポンプを併用しな
ければならなかった。

【００１３】つまり、排気ポンプを用いて真空排気を行
う場合、現在知られているどのタイプの排気ポンプを用
いても１０^-6Ｔｏｒｒのあたりを境として、それよりも
高い圧力領域で作動する排気ポンプと、それよりも低い
圧力領域で作動する排気ポンプとは、機能的に別異なも
のとせざるを得ない。そして例えば、表１の，，
の高真空領域で作動する排気ポンプを使用しても低圧力
領域（大気圧〜１０^-3Ｔｏｒｒ）では排気能力を発揮で
きない。このことから、図１４で説明したように、ＰＶ
Ｄ等において真空チャンバー内を１０^-6〜１０^-8Ｔｏｒ
ｒに排気するには、高真空ポンプ３と低真空ポンプ５を
併用して２段階排気方式とせざるを得なかったものであ
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の真空排気装置で
は、上述のように高真空ポンプと低真空ポンプが使用さ
れているために、構造が複雑となりコスト高となってい
た。

【００１５】また、真空チャンバと高真空ポンプの間に
は一般にメインバルブが使用されているが、このメイン
バルブには高真空ベローズバルブが使用される。メイン
バルブの使用環境は、高真空領域と大気圧側領域の中間
なので気圧差が大きく、しかも高度の密閉が必要な場所
である。そのため、メインバルブの構造は一般に複雑に
ならざるを得ない。しかし、メインバルブの構造が複雑
になると、それだけバルブを構成する各部材の表面積が
大きくなる。このことは、バルブが高真空中に存在する
ことから、各部材の表面に付着する塵による発塵の原因
となっていた。

【００１６】さらに、メインバルブが高真空中に存在す
るとバルブの各部材の素材から放出ガスが発生し、これ
が真空チャンバに流れ、真空チャンバ内部の高真空化を
妨げるという問題があった。

【００１７】本発明は上記の欠点を克服することを目的
とする。本発明者はこの種の真空排気装置において、構
造をより簡易化して製作コストを低減化し、なおかつ所
期の到達圧力を実現できる真空排気装置について種々の
研究を行った。その結果、１台の排気ポンプを真空排気
装置に組込むことにより、大気圧からの到達圧力が１０
^-6〜１０^-8Ｔｏｒｒという広範囲領域で作動し得る真空
排気装置を提供するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、真空チャンバ内の気体を排気する真空排
気装置において、ポンプケース内に、主軸の外周に多段
の羽根列を設けて構成された羽根車が収容され、大気圧
から最大１０^-6Torrまでの範囲を作動圧力領域とするタ
ーボ型ドライポンプと、ポンプケースの吸気口側の内部
に配置されたトラップと、トラップを冷却すべくトラッ
プに熱伝導体を介して連結された冷却装置とを備え、ト
ラップは、ターボ型ドライポンプの主軸と同軸に配置さ
れた環状体と、環状体の中心に、ターボ型ドライポンプ
の主軸と同軸に配置されたテーパ形状の中央パネルと、
環状体及び中央パネルを連結する支持部材とから構成さ
れており、ターボ型ドライポンプの主軸の外周と羽根車
の外端縁の間の吸気有効部の寸法をａ、主軸の直径寸法
をｂ、中央パネルの最大外周からトラップの環状体の内
周までの直径寸法をａ₁、中央パネルの最大直径をｂ₁と
したとき、各寸法がａ₁≒ａ，ｂ₁≒ｂの関係となるよう
に構成されていることを特徴とする。

【００１９】また、中央パネルを複数とし、ターボ型ド
ライポンプの主軸と同軸に配列させてもよい。

【００２０】また、排気される気体の流れの状態に応じ
て、中央パネルの最大外周部分をターボ型ドライポンプ
向き或いはその反対方向向きとすることが装置のコンダ
クタンス劣化を抑制するのに有効である。

【００２１】また、トラップ吸着面積を広げるべく、環
状体をターボ型ドライポンプに向かって拡径されるテー
パ形状としてもよく、さらに、トラップを熱伝導体のみ
によりポンプケース内にて支持することが、トラップの
吸着能力を向上させるので好適である。

【００２２】

【作用】本発明によれば、大気圧から最大１０^-6Torrま
での範囲を作動圧力領域とするターボ型ドライポンプが
用いられるので、従来の高真空ポンプ及び低真空ポンプ
の組み合わせによる２段引き方式と比較すると、発塵や
ガス放出の場所が少なくなるので、クリーンな真空雰囲
気が得られる。また、テーパ形状の中央パネルは上に述
べた寸法となるように配置構成されているので、トラッ
プを設けて有効吸着面積を増大させているにもかかわら
ず、それによってターボ型ドライポンプの有効吸気エリ
アがほとんど失われない。このため、ターボ型ドライポ
ンプのコンダクタンスが低下することはないので、真空
チャンバを短時間で真空排気することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図を参照して説明
する。

【００２４】図１には実施例に係る真空排気装置が示さ
れている。同図において、真空チャンバ１とターボ型ド
ライポンプ１１とは、管路８を介して直接接続されてい
る。管路８においてターボ型ドライポンプ１１の上流側
真空チャンバ側にはトラップ１２が設けられている。ま
た、ターボ型ドライポンプ１１の排気口は管路８ａと、
この管路８ａに介設されたバルブ１３を介して大気に開
放されている。真空チャンバ１からは管路９が導出され
ていて、この管路９にはチャンバベントバルブ１０が取
り付けられている。

【００２５】上記のターボ型ドライポンプ１１は、最近
開発され、市販されるようになった排気ポンプである。
このターボ型ドライポンプ１１は大気圧（７６０Ｔｏｒ
ｒ）から１０^-5Ｔｏｒｒ〜１０^-6Ｔｏｒｒの圧力領域で
作動するものであり、そのためポンプケース内に収容さ
れる羽根車の羽根の形状、間隔、角度、大きさ、回転速
度等が上記の圧力領域で作動させるべく構成されてお
り、これらの構造、寸法は繰返し試験の結果に基いて導
き出されている。（具体例として、ダイキン工業
（株）、商品名：ダイキンドライポンプ９０、（株）日
立製作所、商品名：ターボ式ドライ真空ポンプＳＫＹＴ
ＯＲＲなどがある。） 図２以下では、ターボ型ドライポンプ１１と、それぞれ
構成が異なる複数種のトラップ１２との組み合わせ例が
示されている。まず図２を参照して説明すると、図にお
いて、ポンプケース１４内には、羽根車１６ｂが配設さ
れている。羽根車１６ｂは主軸部１５と、この主軸部１
５に複数の羽根１６を円周方向に間隙１７をあけて配列
してなる多段に設けられた羽根列１６ａとから構成され
ている。また、各羽根列１６ａの間にはポンプケース１
４の内側に配設されたステータ羽根１８が進入してい
る。

【００２６】上記の構成からなるターボ型ドライポンプ
１１では、駆動モータ（図示せず）により主軸部１５を
回転させると羽根列１６ａが回転し、大気圧にある真空
チャンバ１内の気体分子を吸気口２０から吸入したう
え、排気口２１を通して大気に排気することができる。

【００２７】ところで、１台のターボ型ドライポンプ１
１を用いると、上述のように大気圧から作動開始できる
が、最大排気圧力は本来１０^-6Ｔｏｒｒまでである。こ
のため、１０^-6Ｔｏｒｒ以下の真空度を実現するには別
の高真空ポンプを使用せざるを得ない。この点に関し、
本実施例では、ターボ型ドライポンプ１１の上流側、図
示例ではターボ型ドライポンプ１１の吸気口２０の内側
にトラップ１２を配設することにより、２台目のポンプ
を不要ならしめている。このトラップ１２は、図２
（Ｂ）に示されるように環状トラップパネル１２ａを有
し、その内側には、環状中心部で交差するよう正面から
見て略十字状に補強フレーム１２ｂが配設され、この補
強フレーム１２ｂの外端が環状トラップパネル１２ａの
内周面に固定されている。

【００２８】上記の環状トラップパネル１２ａと補強フ
レーム１２ｂとはいずれもコールドパネル（被冷却板）
であって、排気すべき気体の大部分を占める水分子だけ
をトラップすることができ、水分子の急速な排気によ
り、排気時間を短縮できる。このため、環状トラップパ
ネル１２ａには、熱伝導率の高い銅などを使用した熱伝
導体２２が結合されており、熱伝導体２２の端部はヘリ
ウムガス小型冷凍機等の冷却装置２３に結合されてい
る。

【００２９】そして、冷却装置２３により熱伝導体２２
を介してトラップ１２の熱が吸収され、このトラップ１
２が冷却される。トラップ１２の冷却温度は、このトラ
ップ１２に対する熱負荷と、冷却能力とのバランスによ
り決まる。なお、冷却装置２３は、ポンプケース１４と
一体の保持ケース２４の端部に取り付けられており、冷
却装置２３の冷却部２５と熱伝導体２２は保持ケース２
４内に収容されている。

【００３０】本実施例に係る真空排気装置を用いて真空
チャンバ１内の気体分子を排気するには、チャンバベン
トバルブ１０（図１参照）を閉じたうえ、トラップ型ド
ライポンプ１１と、トラップ１２を冷却する冷却装置２
３を同時に駆動する。このときトラップ型ドライポンプ
１１は数分で定常回転となり、こうして、ターボ型ドラ
イポンプ１１とトラップ１２が共働して真空チャンバ１
内を高真空にすることができる。

【００３１】すなわち、ターボ型ドライポンプ１１を駆
動するとき、主軸部１５と羽根１６の回転により、大気
圧にある真空チャンバ１内の気体分子が吸気口２０から
ポンプケース１４内に吸引され、排気口２１から排気さ
れる。排気される気体分子は、Ｈ₂ ，Ｎ₂ ，Ｏ₂ 等であ
り、真空チャンバ１内が大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から
１０^-6Ｔｏｒｒの範囲では、上記各気体分子はターボ型
ドライポンプ１１の真空引きにより排出される。しか
し、真空チャンバ１内が１０^-6Ｔｏｒｒにまでなったと
きは、もはや、真空チャンバ１内に残在する水分子をタ
ーボ型ドライポンプ１１で吸引することができず、した
がってターボ型ドライポンプ１１のみでは真空チャンバ
１内を１０^-7Ｔｏｒｒ〜１０^-8Ｔｏｒｒまで下げること
はできない。そして、このときは真空チャンバ１内に残
在する水分子をポンプケース１４の入口において、環状
トラップパネル１２ａと補強フレーム１２ｂとにより連
続凝集することで排気を行ない、真空チャンバ１内を１
０^-7Ｔｏｒｒ〜１０^-8Ｔｏｒｒまで減圧するのである。
こうして、ターボ型ドライポンプ１１が１台のみでは大
気圧から１０^-6Ｔｏｒｒまでしか排気能力がなかったも
のが、ターボ型ドライポンプ１１とトラップ１２を組合
わせることで１０^-8Ｔｏｒｒまでの排気が可能となっ
た。しかも構造も簡潔である。

【００３２】ところで、トラップ１２には水分子吸着面
積が可及的に大きいことが求められると共に、トラップ
１２がターボ型ドライポンプ１１の上流側に設けられる
ことから、このターボ型ドライポンプ１１の吸気口２０
の吸気有効面積の低下を最小限に抑えることが求められ
る。この２つの条件は本来相反する条件である。

【００３３】図２に示されているトラップ１２は、上記
の条件を満たすべく構成された一例である。すなわち上
述の通り、トラップ１２は環状トラップパネル１２ａと
補強フレーム１２ｂとから構成されていて、環状トラッ
プパネル１２ａは羽根列１６ａの外径部（つまり、吸気
口の内周面に近い位置）に位置しているので、水分子の
有効吸着面積の大きさに対比して、ターボ型ドライポン
プ１１の有効吸気面積の低下も最小に抑えることができ
る。

【００３４】補強フレーム１２ｂも十文字状に配されて
いることにより、環状トラップパネル１２ａの補強作用
を十分に奏すると共に、ターボ型ドライポンプ１１の有
効吸気面積の低下を最小に抑えることができる。

【００３５】図３〜図４には上記トラップの考えをさら
に発展させたものとして、本発明の第２実施例に係るト
ラップ１２−１が示されている。この第２実施例のトラ
ップ１２−１は第１実施例のトラップ１２と同様の環状
トラップパネル１２ａと、第１例の補強フレーム１２ｂ
に相当する略十文字の支持フレーム１２ｃ及び、この支
持フレーム１２ｃを介して支持された中央部トラップパ
ネル１２ｄを有している。

【００３６】中央部トラップパネル１２ｄは、支持フレ
ーム１２ｃの中央部側面に固定されている。また、この
中央部トラップパネル１２ｄは、羽根車の主軸部１５の
断面形状と略同じ円板形状で、かつ主軸部１５の直径と
略同一寸法に設けられている。さらに、中央部トラップ
パネル１２ｄと主軸部１５とは同一軸線上に設けられて
いる。この第２実施例のトラップ１２−１でも環状トラ
ップパネル１２ａと支持フレーム１２ｃと中央部トラッ
プパネル１２ｄは、いずれもコールドパネルであって、
水分子だけをトラップすることができる。

【００３７】第２実施例のトラップ１２−１では、中央
部トラップパネル１２ｄが付加されている分、第１実施
例のトラップ１２に比べて水分子の有効吸着面積が増加
している。しかも、この中央部トラップパネル１２ｄ
は、主軸部１５と同一軸線上にあり、その外径は主軸部
１５の外径と略一致する大きさである。そして、主軸部
１５は、円柱状であって、その外周に羽根１６を取付け
るためのものであるから、この主軸部１５の直径部分は
本来非吸入部分である。そして、中央部トラップパネル
１２ｄはこの非吸入部分に位置しているので、中央部ト
ラップパネル１２ｄの存在にも拘わらず、ターボ型ドラ
イポンプ１１の吸入口２０の有効吸入面積が低下しな
い。環状トラップパネル１２ａが熱伝導体２２を介して
冷凍装置２３に結合されている点は、第２実施例のトラ
ップ１２と同じである。

【００３８】第２実施例のトラップ１２−１につき、図
５と図６を参照してさらに説明する。図５において、
“ａ”は羽根列１６ａの羽根１６の存在するエリア（有
効吸気エリア）の寸法、“ｂ”は羽根が存在しない主軸
部１５のエリア（非有効吸気エリア）の寸法である。ま
た、図６において、“ａ₁ ”は環状トラップパネル１２
ａの内側の空間エリア（有効吸気エリア）の寸法、“ｂ
₁ ”は中央部トラップパネル１２ｄのあるエリア（非有
効吸気エリア）の寸法である。そして、ａ＝ａ₁、ｂ＝
ｂ₁ の位置関係のときターボ型ドライポンプ１１に最大
排気コンダクタンスが得られる（但し、トラップ１２と
羽根車１６ｂは軸方向に極力近づけておくものとす
る）。

【００３９】第２実施例のトラップ１２−１では、ａ₁
≒ｂ、ｂ₁≒ｂの寸法関係を容易に達成でき、有効吸気
エリアを犠牲にしないでトラップ１２−１の有効吸着
（水分子を吸着冷却する）面積を最大にとることができ
る。

【００４０】次に、図７には、第３実施例に係る真空排
気装置が示されている。この第３実施例のトラップ１２
−２は第２実施例のトラップ１２−１の変形例であり、
中央部トラップパネル１２ｄが同軸線上に複数設けられ
ている点が、この第２実施例のトラップ１２−１と相違
する基本的な点である。第３実施例のトラップ１２−２
では、環状トラップパネル１２ａが第２実施例のものよ
り軸方向に長く設けられている。また、環状トラップパ
ネル１２ａの内側に設けられる第２実施例と同じ形状の
第１と第２の支持フレーム１２ｃ₁ 、１２ｃ₂ が所定の
間隔を置いて２つ設けられている。

【００４１】第１の支持フレーム１２ｃ₁ の両側面に
は、第１と第２の中央部トラップパネル１２ｄ₁ 、１２
ｄ₂ が固定されており、第２の支持フレーム１２ｃ₂ の
両側面に第３と第４の中央部トラップパネル１２ｄ₃ 、
１２ｄ₄ が固定されている。さらに、この第２と第３の
中央部トラップパネル１２ｄ₃ 、１２ｄ₄ の中心部の間
に連結軸２６が架設されていて、第５の中央部トラップ
パネル１２ｄ₅ がこの連結軸２６に支持されている。第
１〜第５の中央部トラップパネル１２ｄ₁ 〜１２ｄ₅ の
直径はすべて主軸部１５の直径と実質的に同一である。

【００４２】したがって、第３実施例のトラップ１２−
２においては、第１〜第５の中央部トラップパネル１２
ｄ₁ 〜１２ｄ₅ の表面積の総計が、第１実施例の１枚の
中央部トラップパネル１２ｄの表面積よりも大きく、そ
れだけ、水素分子の有効吸着面積が増大する。第１〜第
５の中央部トラップパネル１２ｄ₁ 〜１２ｄ₅ は主軸部
１５と軸方向に重なり合っている。

【００４３】図８には第４実施例に係るトラップ１２−
３が示されている。この第４実施例のトラップ１２−３
において、環状トラップパネル１２ａの中央部に支持フ
レーム１２ｃを介して１つの中央部トラップパネル１２
ｄが設けられている点は第２実施例に係るトラップ１２
−１と同じである。この第４実施例では、中央部トラッ
プパネル１２ｄの気体分子が流れる上流側の側面に、複
数のテーパ形トラップパネル１２ｅ₁ 〜１２ｅ₃ が中心
部を共通にしている点、かつその先細端部がトラップパ
ネル１２ｄの側面に向けて配設されている点で第１実施
例〜第３実施例と相違している。

【００４４】複数のテーパ形トラップパネル１２ｅ₁ 〜
１２ｅ₃ を中央部トラップパネル１２ｄの側面に取付け
る手段として、各テーパ形トラップパネル１２ｅ₁ 〜１
２ｅ₃ の中心を支持軸２７が貫通しており、支持軸２７
の端部が中央部トラップパネル１２ｄに貫通支持されて
いる。

【００４５】また、テーパ形トラップパネル１２ｅ₁ 〜
１２ｅ₃ はそれぞれテーパ壁の傾斜角度を異にしてい
て、中央部トラップパネル１２ｄの側面から遠ざかるも
の程テーパ壁の中心軸に対する傾斜角度が小さくなる構
成とされている。したがって、多段に積層された各テー
パ形トラップパネル１２ｅ₁ 〜１２ｅ₃ のテーパ壁の間
には十分な隙間が形成されて、この隙間を介して、テー
パ壁の両面が水分子の吸着面となり、それによりトラッ
プ１２−３の水分子の有効吸着面積が増大する。

【００４６】また、各テーパ形トラップパネル１２ｅ₁
〜１２ｅ₃ の端縁部から中心までの距離は中央部トラッ
プパネル１２ｄ及び主軸部１５の直径と略同一寸法に設
けられているので、多段のテーパ形トラップパネル１２
ｅ₁ 〜１２ｅ₃ が存在するも、ターボ型ドライポンプ１
１の吸気口２０の有効吸気面積の低下は最小限に抑えら
れることになる。

【００４７】図９には第５実施例に係るトラップ１２−
４が示されている。この第５実施例のトラップ１２−４
では、複数のテーパ形トラップパネル１２ｅ₄ 〜１２ｅ
₆ が第４実施例と反対に中央部トラップパネル１２ｄの
気体が流れる下流側に設けられている。このテーパ形ト
ラップパネル１２ｅ₄ 〜１２ｅ₆ の配置を除けば、他の
構成は第４実施例のトラップ１２−３と同じである。

【００４８】第５実施例のトラップパネル１２ｄの下流
側において、各テーパ形トラップパネル１２ｅ₄ 〜１２
ｅ₆ のテーパ壁の両面に水分子が吸着される。しかもこ
の複数のテーパ形トラップパネル１２ｅ₄ 〜１２ｅ₆ の
存在によっても、ターボ型ドライポンプ１１の吸気口２
０における有効排気面積の低下は極力抑えられる。

【００４９】図１０には、第６実施例に係るトラップ１
２−５が示されている。この第６実施例のトラップ１２
−５は、第４実施例に係るトラップ１２−３と第５実施
例に係るトラップ１２−４を一体化した構成に略相当す
る。すなわち、多段に積層された複数のテーパ形トラッ
プパネル１２ｅ₁ 〜１２ｅ₃ 及び１２ｅ₄ 〜１２ｅ
₆は、中央部トラップパネル１２ｄの上流側と下流側の
両側面に設けられていて、各テーパ形トラップパネル１
２ｅ₁ 〜１２ｅ₆ は、その中心部が中央部トラップパネ
ル１２ｄの中心を貫通する支持軸２７によって支持され
ている。

【００５０】第６実施例のトラップ１２−５は、第４実
施例のトラップ１２−３と第５実施例のトラップ１２−
４の各水分子の有効吸着面積を足した吸着面積を有して
いるので、この吸着面積が増大した分だけ、水分子の吸
着能力が向上する。しかも、第４実施例、第５実施例の
トラップ１２−３，１２−４と同様、ターボ型ドライポ
ンプ１１の吸気口２０の有効吸入面積の低下は極力抑え
られる。

【００５１】なお、第４実施例〜第６実施例のトラップ
１２−３〜１２−５では、テーパ形トラップパネル１２
ｅ₁ 〜１２ｅ₆ が複数段配設されているが、これに限ら
ず、１個のテーパ形トラップパネル１２ｅ₁ が中央部ト
ラップパネル１２ｄの上流と下流側のいずれかの一側面
又は両側面に取付けられる構成であっても構わない。

【００５２】図１１には、第７実施例に係るトラップ１
２−６が示されている。この第６実施例に係るトラップ
１２−６では、環状トラップパネル１２ａの中心部に、
円錐先端部を上流側に向けて配置されたテーパ形中央ト
ラップパネル１２ｆが設けられている。このテーパ形中
央トラップパネル１２ｆの大径側の基端部から半径方向
に支持フレーム１２ｃが伸長していて、この支持フレー
ム１２ｃの端部を環状トラップパネル１２ａの内周面に
固定することにより、テーパ形中央トラップパネル１２
ｆが環状トラップパネル１２ａの中心部に支持されてい
る。

【００５３】また、テーパ形中央トラップパネル１２ｆ
は、羽根車１６ｂの主軸部１５と同一軸線上に設けられ
ており、かつその最大径部が主軸部１５の直径と略同一
寸法に設けられている。

【００５４】したがって、この第７実施例のトラップ１
２−６によると、環状トラップパネル１２ａが羽根車１
６ｂの外径部に設けられていること及び、テーパ形中央
トラップパネル１２ｆの円錐先端部が上流側に向けて配
置されていること、最大径部が主軸部１５の直径部と略
同一寸法であること等により、気体分子のターボ型ドラ
イポンプ１１への流れを出来る限り阻害しないで、テー
パ形中央トラップパネル１２ｆの有効吸着面積を可及的
に大きくできる。

【００５５】図１２には、第８実施例に係るトラップ１
２−７が示されている。この第８実施例に係るトラップ
１２−７では、第７実施例に係る全周が同一径の環状ト
ラップパネル１２ａに代えて、テーパ形環状トラップパ
ネル１２ａ₁ が使用されている点が当該第７実施例のト
ラップ１２−６と相違し、他の構成は、第７実施例のト
ラップ１２−６と同じである。

【００５６】テーパ形環状トラップパネル１２ａ₁ は、
その拡径部を上流側に向けて配置されている。また、テ
ーパ形環状トラップパネル１２ａ₁ の径小端部の内径
が、羽根車１６ｂの外径と略同一寸法に設けられてい
る。

【００５７】したがって、第８実施例のトラップ１２−
７によると、テーパ形環状トラップパネル１２ａ₁ は、
その拡径側の端縁が気体分子の流れる上流に向けられて
いるので、吸気口２０を流れる気体分子のうち水分子は
このテーパ形環状トラップパネル１２ａ₁ に吸着される
と共に、他の気体分子は、このテーパ形環状トラップパ
ネル１２ａ₁ にガイドされてその内側をスムーズに流
れ、羽根車１６ｂの有効吸引領域に吸引されて排気され
る。

【００５８】図１３には、第９実施例に係るトラップ１
２−８が示されている。この第９実施例に係るトラップ
１２−８では、第８実施例のテーパ形中央トラップパネ
ル１２ｆに代えて、円板状の中央トラップパネル１２ｇ
がテーパ形環状トラップパネル１２ａ₁ の中央部に配置
されている点が当該第８実施例のトラップ１２−７と相
違し、他の構成は第８実施例のトラップ１２−７と同じ
である。

【００５９】したがって、第９実施例のトラップ１２−
８によると、中央トラップパネル１２ｇの有効吸着面積
は、第８実施例のテーパ形中央トラップパネル１２ｆに
比して若干小さいが、その構造はテーパ形中央トラップ
パネル１２ｆより簡易である。そして、この第９実施例
のトラップ１２−８によっても、羽根車１６ｂの有効吸
気面積の低下を出来るだけ抑え、かつ水分子の有効吸着
面積を可及的に大きくとることができる。

【００６０】第２実施例〜第９実施例のいずれのトラッ
プ１２−１〜１２−８においても、環状トラップパネル
１２ａ、１２ａ₁ には熱伝導体２２を介して冷却装置２
３が接続されている。

【００６１】上記実施例の作用を説明する。

【００６２】各実施例の真空排気装置で排気を行うに
は、チャンバベントバルブ１０を閉じ、ターボ型排気ポ
ンプ１１を駆動して真空チャンバ１内の排気を行なう。
ターボ型ドライポンプ１１は数分で定常回転となり、さ
らに約１時間程度でトラップ１２、１２−１〜１２−８
が定常温度となり、真空チャンバ１内を大気圧の状態か
ら１０^-8Ｔｏｒｒの高真空状態にすることができる。

【００６３】ターボ型ドライポンプ１１を駆動すると
き、図２に示されるように、羽根車１６ｂの回転によ
り、真空チャンバ１内の気体分子が吸気口２０からポン
プケース１４内に吸引され、排気口２１から排気され
る。このとき大気圧から粘性流の範囲では、水分子を含
む気体分子はターボ型ドライポンプ１１で排気される。
そして、真空チャンバ１内が分子流の真空状態になった
とき、真空チャンバ１内に残留する水分子は、ポンプケ
ース１４の入口において、環状トラップパネル１２ａと
補強フレーム１２ｂ、支持フレーム１２ｃ、中央部トラ
ップパネル１２ｄ，１２ｄ₁ ，１２ｄ₂ 、テーパ形トラ
ップパネル１２ｅ₁ 〜１２ｅ₆ 等により凍結凝集され
て、排気が行なわれる。

【００６４】このとき、環状トラップパネル１２ａ，１
２ａ₁ は、羽根列１６ａの外径部に位置しており、また
中央部トラップパネル１２ｄ，１２ｄ₁ ，１２ｄ₂ 、テ
ーパ形トラップパネル１２ｅ₁ 〜１２ｅ₆ 、テーパ形中
央トラップパネル１２ｆは軸方向に見て主軸部１５と略
重なっているので、上記構成のトラップ１２−１〜２−
８を設けたことによって吸気口２０の吸気有効面積は殆
ど減少されず、ターボ型ドライポンプ１１の排気特性が
阻害されることが少ない。

【００６５】なお、上述したターボ型ドライポンプ１１
とトラップ１２、１２−１〜１２−８との共働による真
空排気装置では、大気圧である７６０Ｔｏｒｒから略１
０^-8Ｔｏｒｒまでは真空引きが可能であるが１０^-8Ｔｏ
ｒｒ以下には真空引き出来ない。本発明によると、ＰＶ
Ｄなどの装置を含め使用頻度の高い大気圧から約１０^-6
〜１０^-8Ｔｏｒｒを１台のポンプを用いて、かつ可及的
に簡単な構造の真空排気装置で実現することができる。
これに対して従来の真空排気装置は、止むを得ず必要以
上の性能を有する高真空ポンプを用いて、この高真空ポ
ンプと低真空ポンプの併用による複雑な構成で、かつコ
ストの高い装置を使用せざるを得なかったものであり、
本発明ではこの問題点が克服されている。

【００６６】なお、本発明は上記実施例により限定され
ない。実施例の各部の構成は、必要に応じて設計変更し
て構わない。例えば、各実施例では、環状トラップパネ
ル１２ａは、切離部のない円環形状であるが、これに限
らず、円弧状に切離された複数のパネル部材を間隔をお
いて環状に配設して構成されるものであっても構わない
（但し、図示省略）。さらに、中央部トラップパネルを
球面状に湾曲させること、又中央部トラップパネルの支
持フレームを図示以外の構造にしてもよい。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る真空
排気装置では、大気圧から最大１０^-6Torrまでの範囲を
作動圧力領域とするターボ型ドライポンプが用いられる
ので、従来の高真空ポンプ及び低真空ポンプの組み合わ
せによる２段引き方式と比較すると、発塵やガス放出の
場所が少なくなるので、クリーンな真空雰囲気が得られ
る。また、テーパ形状の中央パネルは上に述べた寸法と
なるように配置構成されているので、トラップを設けて
有効吸着面積を増大させているにもかかわらず、それに
よってターボ型ドライポンプの有効吸気エリアがほとん
ど失われない。このため、ターボ型ドライポンプのコン
ダクタンスが低下することはないので、真空チャンバを
短時間で真空排気することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る真空排気装置の説明図で
ある。

【図２】本発明の第１実施例に係る真空排気装置を示す
図であり、同図（Ａ）は本実施例のトラップの断面図、
同図（Ｂ）はトラップの取付け部を断面で示す本実施例
の真空排気装置を示す一部断面図、同図（ｃ）は本実施
例に使用可能な羽根列を示す図である。

【図３】図（Ａ）は第２実施例のトラップの断面図、同
図（Ｂ）はトラップの取付け部を断面で示す本実施例の
真空排気装置を示す一部断面図である。

【図４】本発明の第２実施例に使用可能なトラップの１
個を示す図であり、同図（Ａ）は斜視図、同図（Ｂ）は
同図（Ａ）の４−４線の断面図である。

【図５】図（Ａ）は、羽根車とポンプケースの吸気口を
示す図、同図（Ｂ）は吸気口における羽根車の有効吸気
領域と非有効吸気領域を示す一部断面図である。

【図６】図（Ａ）は第２実施例に係るトラップの正面
図、同図（Ｂ）はトラップの吸気口における羽根車の有
効吸気領域と非有効吸気領域を示す縦断面図である。

【図７】図（Ａ）は第３実施例に係るトラップで、同図
（Ｂ）の７−７線の断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の
トラップとターボ型ドライポンプとを組み合わせた真空
排気装置の一部断面図である。

【図８】図（Ａ）は第４実施例に係るトラップの正面
図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のトラップとターボ型ドラ
イポンプとを組み合わせた真空排気装置の一部断面図で
ある。

【図９】図（Ａ）は第５実施例に係るトラップの正面
図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のトラップとターボ型ドラ
イポンプとを組み合わせた真空排気装置の一部断面図で
ある。

【図１０】図（Ａ）は第６実施例に係るトラップの正面
図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のトラップとターボ型ドラ
イポンプとを組み合わせた真空排気装置の一部断面図で
ある。

【図１１】図（Ａ）は第７実施例に係るトラップの正面
図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の１１−１１線に沿って切
断した図で、かつターボ型ドライポンプとの組合せ関係
を示す断面図である。

【図１２】図（Ａ）は第８実施例に係るトラップの正面
図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の１２−１２線に沿って切
断した図で、ターボ型ドライポンプとの組合せ関係を示
す断面図である。

【図１３】図（Ａ）は第９実施例に係るトラップの正面
図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の１３−１３線に沿って切
断した図で、かつターボ型ドライポンプとの組合せ関係
を示す断面図である。

【図１４】従来例に係る真空排気装置の説明図である。

【符号の説明】

１…真空チャンバ、８…管路、１１…ターボ型ドライポ
ンプ、１２…トラップ、１２ｄ…中央部トラップパネ
ル、１２ｅ…テーパ形トラップパネル、１５…主軸部、
１６…羽根、１６ａ…羽根列、１６ｂ…羽根車。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−168994（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−5792（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−51795（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04D 19/04

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内の気体を排気する真空排
   気装置において、 ポンプケース内に、主軸の外周に多段の羽根列を設けて
   構成された羽根車が収容され、大気圧から最大１０ ^-6 To
   rrまでの範囲を作動圧力領域とするターボ型ドライポン
   プと、 前記ポンプケースの吸気口側の内部に配置されたトラッ
   プと、 前記トラップを冷却すべく前記トラップに熱伝導体を介
   して連結された冷却装置と、 を備え、 前記トラップは、 前記ターボ型ドライポンプの前記主軸と同軸に配置され
   た環状体と、 前記環状体の中心に、前記ターボ型ドライポンプの前記
   主軸と同軸に配置されたテーパ形状の中央パネルと、 前記環状体及び前記中央パネルを連結する支持部材と、 から構成されており、 前記ターボ型ドライポンプの主軸の外周と前記羽根車の
   外端縁の間の吸気有効部の寸法をａ、前記主軸の直径寸
   法をｂ、前記中央パネルの最大外周から前記トラップの
   環状体の内周までの直径寸法をａ ₁ 、前記中央パネルの
   最大直径をｂ ₁ としたとき、前記各寸法がａ ₁ ≒ａ，ｂ ₁
   ≒ｂの関係となるように構成されていることを特徴とす
   る真空排気装置。
2. 【請求項２】 前記中央パネルは複数あり、前記ターボ
   型ドライポンプの前記主軸と同軸に配列されていること
   を特徴とする請求項１に記載の真空排気装置。
3. 【請求項３】 前記中央パネルの最大外周部分が前記タ
   ーボ型ドライポンプに向けられていることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の真空排気装置。
4. 【請求項４】 前記中央パネルの最大外周部分が前記タ
   ーボ型ドライポンプとは反対の方向に向けられているこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の真空排気装置。
5. 【請求項５】 前記環状体は前記ターボ型ドライポンプ
   に向かって拡径されるテーパ形状となっていることを特
   徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空排気
   装置。
6. 【請求項６】 前記トラップは前記熱伝導体により前記
   ポンプケース内にて支持されていることを特徴とする請
   求項１〜５のいずれか１項に記載の真空排気装置。