CN105952665B - 涡轮分子泵 - Google Patents

Abstract

涡轮分子泵包括：转子，形成有多段旋转翼与圆筒部；多段固定翼，相对于多段旋转翼而交替地配置；定子，相对于圆筒部隔着间隙而配置；多个隔片，层叠在固定有定子的基座上，且将多段固定翼定位；多个隔片中的配置在基座侧的至少一个隔片是由冷却介质所冷却的冷却隔片。冷却隔片具有隔片部和冷却部，其中隔片部与其他隔片一起层叠，冷却部形成有环状的沟，以收纳供冷却介质流通的冷却管。冷却管形成为环状并收纳在沟中，而且具有配置在冷却隔片侧边的大气侧的冷媒供给部及冷媒排出部。

Description

涡轮分子泵

技术领域

本申请是2012年9月24日提交的国家申请号为201280073600.X、名称为“涡轮分子泵”的专利申请的分案申请。

背景技术

以往，在半导体制造步骤中的干式刻蚀(dry etching)或化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition，CVD)等工艺(process)中，为了使工艺高速进行而一面供给大量的气体(gas)一面进行处理。一般而言，在干式刻蚀或CVD等工艺的工艺腔室(chamber)的真空排气中，使用包括涡轮翼部与螺纹槽泵部的涡轮分子泵。当利用涡轮分子泵排出大量的气体时，动翼(旋转翼)所产生的摩擦热会依照动翼、静翼(固定翼)、隔片(spacer)、基座(base)的顺序传递，且向设于基座的冷却管(pipe)的冷却水散热。

然而，当排出大量的气体时，有包含动翼的转子(rotor)的温度超过容许温度的担忧。若转子温度超过容许温度，有如下担忧：因蠕变(creep)产生的膨胀的速度变大，在比设计寿命更短的时间内转子便与定子(stator)接触。

而且，此种半导体制造装置中，在刻蚀或CVD中会产生反应产物，且反应产物容易堆积在螺纹槽泵部的螺纹定子中。螺纹定子与转子的间隙非常小，因此，若反应产物堆积在螺纹定子中，会产生如下情况：螺纹定子与转子粘着，而无法使转子旋转起动。

因此，专利文献1记载的发明中，涡轮分子泵包括使旋转翼部分冷却的第一冷却水路、及用于对螺纹定子的温度进行调整的装置(加热器(heater)及第二冷却水路)。第一冷却水路设于泵壳(pump casing)的外周面，通过使泵壳冷却，而使收容在泵壳内的固定翼冷却。这样，因包括第一冷却水路与调温装置，所以能实现转子温度的降低、及抑制反应产物向螺纹定子的堆积。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3930297号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

然而，随着欲处理的晶片(wafer)的大型化，应由涡轮分子泵排出的气体的流量会增大，随排出气体而产生的热也会增大。因此，在如专利文献1的记载所述的使泵壳冷却的方法中，对于固定翼的冷却能力不充分。而且，固定有泵壳的基座经调温而成为高温，因此，从基座流入至泵壳的热成为阻碍固定翼冷却的因素。

[解决问题的技术手段]

根据本发明的第一实施方式，涡轮分子泵包括：转子，形成有多段旋转翼与圆筒部；多段固定翼，相对于多段旋转翼而交替地配置；定子，相对于圆筒部隔着间隙而配置；多个隔片，层叠在固定有定子的基座上，且将多段固定翼定位；多个隔片中的配置在基座侧的至少一个隔片是由冷却介质所冷却的冷却隔片；冷却隔片具有隔片部和冷却部，其中隔片部与其他隔片一起层叠，冷却部形成有环状的沟，以收纳供冷却介质流通的冷却管；冷却管形成为环状并收纳在沟中，而且具有配置在冷却隔片侧边的大气侧的冷媒供给部及冷媒排出部。

根据本发明的第二实施方式，在第一实施方式的涡轮分子泵中优选为，冷却隔片是层叠在基座上的多个隔片中，配置在最靠基座侧的隔片。

根据本发明的第三实施方式，在第一实施方式的涡轮分子泵中优选为，还包括隔热构件，隔热构件设于基座与配置在基座上的隔片之间。

根据本发明的第四实施方式，在第三实施方式的涡轮分子泵中优选为，还包括泵壳，将层叠在基座上的多个隔片夹持在泵壳与基座之间，且泵壳螺固于基座；隔热构件是隔热性垫圈，装设在用于螺固的螺栓上，且配置在冷却隔片与基座之间。

根据本发明的第五实施方式，在第四实施方式的涡轮分子泵中优选为，冷却隔片是以铝形成，隔热性垫圈是以不锈钢或耐热温度为120℃以上的树脂所形成。

根据本发明的第六实施方式，在第一实施方式的涡轮分子泵中优选为，在冷却管与沟的间隙，填充有导热性润滑脂、良导热性的树脂、焊料。

根据本发明的第七实施方式，在第一或第四实施方式的涡轮分子泵中优选为，在冷却部与基座之间设有真空用密封件。

根据本发明的第八实施方式，在第一实施方式的涡轮分子泵中优选为，冷却隔片与配置在冷却隔片的上段的所述隔片是一体化。

根据本发明的第九实施方式，在第一实施方式的涡轮分子泵中优选为，冷却隔片是从基座侧数起的第二个隔片。

根据本发明的第十实施方式，一种涡轮分子泵，其特征在于，包括：

转子，形成有多段旋转翼与圆筒部；多段固定翼，相对于多段旋转翼而交替地配置；定子，相对于圆筒部隔着间隙而配置；多个隔片，层叠在固定有定子的基座上，且将多段固定翼定位；且多个隔片中的配置在基座侧的至少一个隔片是由冷却介质所冷却的冷却隔片；冷却隔片是以铝铸造而且具有隔片部和冷却部，其中隔片部与其他隔片一起层叠，冷却部的内部埋入供冷却介质流通的冷却管；冷却管形成为环状并埋入冷却部，而且具有配置在冷却隔片侧边的大气侧的冷媒供给部及冷媒排出部。

[发明的效果]

根据本发明，可实现提高排气流量及防止反应产物堆积。

附图说明

图1是表示泵本体1的概略构成的剖面图。

图2是图1的冷却隔片23b的部分的放大图。

图3是从图2的A方向观察冷却隔片23b所得的俯视图。

图4是对调温动作进行说明的图。

图5是表示冷却隔片的第一变形例的图。

图6是表示冷却隔片的第二变形例的图。

图7是环状(ring)垫圈的俯视图。

图8是表示在冷却配管系统中使用开闭阀54的情况的图。

图9是表示省略基座冷却管46的调温装置的图。

[符号的说明]

1：泵本体 20：基座

20a：排气口 21：壳体

21a：吸气口 21b：上端卡止部

21c：法兰 22：固定翼

23a：隔片 23b、23c、23d：冷却隔片

24：螺纹定子 25：排气端口

26a、26b：机械轴承 30：转子

30a：旋转翼 30b：圆筒部

31：轴杆 35：转子盘

36：马达 36a：马达定子

36b：马达转子 37、38、39：磁轴承

40：螺栓 42：加热器

43：温度传感器 44、44b：隔热用垫圈

44c：隔热构件 45：隔片冷却管

45a：冷媒供给部 45b：冷媒排出部

46：基座冷却管 46a：冷媒供给部

46b：冷媒排出部 47、48：真空用密封件

49：螺栓 50：配管用接头

51：控制单元 52：三通阀

53：旁通配管 54：开闭阀

230：贯通孔 231：隔片部

232：法兰部 233：连结部

234：槽 511：调温控制部

A：方向 SP：螺纹槽泵部

TP：涡轮翼部

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。图1是表示本发明的涡轮分子泵的概略构成的图。涡轮分子泵包括图1所示的泵本体1、以及对泵本体1进行驱动控制的控制单元(control unit)(未图示)。在控制单元中，设有进行整个泵本体的控制的主控制部、对后述的马达(motor)36进行驱动的马达控制部、对设于泵本体1的磁轴承进行控制的轴承控制部、以及后述的调温控制部511等。

另外，以下，以主动型磁轴承式涡轮分子泵为例进行说明，但本发明也可应用于如下涡轮分子泵中：采用利用永久磁铁的被动型磁轴承的涡轮分子泵、或使用机械轴承(mechanical bearing)的涡轮分子泵等。

在转子30中形成有多段旋转翼30a、与设于比旋转翼30a更靠排气下游侧的圆筒部30b。转子30紧固于作为旋转轴的轴杆(shaft)31。泵旋转体包括转子30与轴杆31。轴杆31由设于基座20的磁轴承37、磁轴承38、磁轴承39非接触地支撑。另外，轴方向的构成磁轴承39的电磁铁是以在轴方向上夹住设于轴杆31下端的转子盘(rotor disk)35的方式配置。

利用磁轴承37～磁轴承39而旋转自如地磁悬浮着的泵旋转体(转子30及轴杆31)由马达36高速旋转驱动。马达36使用例如3相无刷马达(brushless motor)。马达36的马达定子36a设于基座20，包括永久磁铁的马达转子36b设于轴杆31侧。当磁轴承不运转时，由紧急用的机械轴承26a、机械轴承26b支撑轴杆31。

在上下邻接的旋转翼30a之间分别配置有固定翼22。多段固定翼22利用多个隔片23a及冷却隔片23b而定位在基座20上。多段固定翼22的各个段被隔片23a夹持。在包含多段固定翼22与多个隔片23a的层叠体的最下段设有冷却隔片23b。另外，配置有冷却隔片23b的部分的详细构成将在下文叙述。若利用螺栓40将壳体(casing)21固定于基座20，则固定翼22、隔片23a及冷却隔片23b的层叠体以夹持在壳体21的上端卡止部21b与基座20之间的方式固定于基座20。结果，多段固定翼22在轴方向(图示的上下方向)上被定位。

图1所示的涡轮分子泵包括涡轮翼部TP与螺纹槽泵部SP，该涡轮翼部TP包括旋转翼30a与固定翼22，该螺纹槽泵部SP包括圆筒部30b与螺纹定子24。另外，此处是在螺纹定子24侧形成有螺纹槽，但也可在圆筒部30b侧形成螺纹槽。在基座20的排气口20a处设有排气端口(port)25，该排气端口25上连接有增压泵(back pump)。使转子30一面磁悬浮一面利用马达36进行高速旋转，借此，将吸气口21a侧的气体分子向排气端口25侧排出。

在基座20上，设有用于对螺纹定子24的温度进行控制的基座冷却管46、加热器42及温度传感器43。关于螺纹定子24的调温将在下文叙述。图1所示的例中，由带式加热器(band heater)构成的加热器42以卷绕的方式装设于基座20的侧面，也可为将护套式加热器(sheath heater)埋入基座20内的构成。温度传感器43使用例如热敏电阻器(thermistor)、热电偶(thermocouple)或铂温度传感器。

图2是图1的设有冷却隔片23b的部分的放大图。如上所述，多段固定翼22与多个隔片23a交替地层叠而成的层叠体载置在冷却隔片23b上。冷却隔片23b包括法兰(flange)部232与隔片部231，该法兰部232设有隔片冷却管45，该隔片部231与其他隔片23a一起层叠。

图3是从A方向观察图2的冷却隔片23b所得的俯视图。冷却隔片23b是与隔片23a相同的环状的构件。在法兰部232，形成有收容隔片冷却管45的圆形的槽234。在槽234的外周侧形成有用于螺栓紧固的多个贯通孔230。在隔片冷却管45与槽234的间隙内，填充有导热性润滑脂(grease)、导热性优良的树脂、焊料等。

隔片冷却管45被弯曲加工成大致圆形状，使隔片冷却管45的冷媒供给部45a及冷媒排出部45b向冷却隔片23b的侧方引出。在该冷媒供给部45a及冷媒排出部45b中装设有配管用接头50。从冷媒供给部45a流入至隔片冷却管45内的冷却介质(例如冷却水)沿隔片冷却管45呈圆形状流动，且从冷媒排出部45b排出。

返回图2，壳体21是以法兰21c与冷却隔片23b的法兰部232相向的方式装设，且利用螺栓40而固定于基座20。另外，在各螺栓40上，分别设有作为隔热构件而发挥功能的隔热用垫圈44。隔热用垫圈44配置在基座20与冷却隔片23b之间，对基座20与冷却隔片23b进行隔热。作为隔热用垫圈44所使用的材料是使用热导率低于隔片23a或冷却隔片23b所使用的材料(例如铝)的材料。例如，就金属而言，理想的是不锈钢(stainless)等，就非金属而言，理想的是耐热温度为120℃以上的树脂(例如环氧树脂)。

在冷却隔片23b的法兰部232与基座20之间设有真空用密封件(seal)48，在法兰部232与法兰21c之间也设有真空用密封件47。螺纹定子24利用螺栓49而固定于基座20。基座20由加热器42而加热，并且由流动有冷却介质的基座冷却管46所冷却。温度传感器43配置在基座20的、固定有螺纹定子24的部分的附近。

冷却隔片23b是由在隔片冷却管45内流动的冷却介质所冷却。因此，固定翼22的热如虚线箭头所示按隔片23a、冷却隔片23b的顺序传递，且向隔片冷却管45内的冷却介质散热。另一方面，当将反应产物容易堆积的气体排出时，控制加热器42的加热及基座冷却管46的冷却，而使螺纹定子24的温度为反应产物不会堆积的温度以上。此处，作为反应产物不会堆积的温度是采用反应产物的升华温度以上的温度。

因此，在冷却隔片23b与基座20之间配置有隔热用垫圈44，以使热不会从高温状态的基座20流入至固定翼22侧。而且，根据图2也可知，冷却隔片23b与法兰21c之间因隔着真空用密封件47而形成有间隙，因此，热不会从壳体21侧流入至冷却隔片23b。

图4是对冷却配管系统与调温动作进行说明的图。三通阀52上连接有隔片冷却管45的冷媒排出部45b、基座冷却管46的冷媒供给部46a及旁通配管(bypass pipe)53。旁通配管53的另一端连接于基座冷却管46的冷媒排出部46b。三通阀52的切换是由控制单元51的调温控制部511而控制，所述控制单元51对泵本体1进行驱动控制。调温控制部511基于温度传感器43的检测温度，而控制三通阀52的切换及加热器42的接通断开。

当温度传感器43的检测温度小于规定温度时，调温控制部511将三通阀52的流出侧切换为旁通配管53，使冷却介质从三通阀52绕到冷媒排出部46b。而且，将加热器42接通。结果，基座20被加热器42加热，基座20及螺纹定子24的温度上升。

另外，所谓规定温度是所述的反应产物的升华温度以上的温度，且预先存储在调温控制部511的存储部(未图示)中。图2所示的例中，温度传感器43设于基座20，因此，将设有温度传感器43的部分与螺纹定子24的温度差考虑在内而对规定温度进行设定。

当温度传感器43的检测温度为规定温度以上时，调温控制部511将加热器42断开，并且将三通阀52的流出侧切换为基座冷却管46的冷媒供给部46a，而将冷却介质供给至基座冷却管46。通过利用调温控制部511进行此种调温控制，螺纹定子24的温度被维持在反应产物的升华温度以上，从而可防止反应产物堆积。

另一方面，始终对隔片冷却管45供给冷却介质，因此，固定翼22由冷却隔片23b而保持在低温。结果，促进通过辐射从旋转翼30a向固定翼22散热，能将转子30的温度维持为低于现有技术的温度，从而能实现排气流量的增大。另外，隔片冷却管45的温度水平(level)低于基座冷却管46的温度水平，因此，冷却介质优选按隔片冷却管45、基座冷却管46的顺序流动。

图5是表示图2所示的冷却隔片23b的第一变形例的图。图5所示的冷却隔片23c是将图2所示的冷却隔片23b、与配置在该冷却隔片23b的上段的隔片23a设为一体。其他构成与图2所示的构成相同。借此，能减少零件数。

图6是表示冷却隔片23b的第二变形例的图。第二变形例中，冷却隔片23d构成从基座侧数起的第二个隔片。冷却隔片23d包括作为隔片而发挥功能的隔片部231、设有隔片冷却管45的法兰部232、及将隔片部231与法兰部232连结的圆筒状的连结部233。

多段固定翼22利用多个隔片23a及隔片部231而定位。因此，在基座侧第一个隔片23a与基座20之间配置有环形状的隔热构件44c。而且，法兰部232与基座20之间未设置隔热构件而形成有间隙。固定翼22及隔片23a的热如虚线箭头所示传递至冷却隔片23d的隔片部231，且经由连结部233及法兰部232而向隔片冷却管45的冷却介质散热。

图2所示的例中，将配置在冷却隔片23b与基座20之间的隔热构件设为隔热用垫圈44，且在各螺栓40上装设隔热用垫圈44，但也可代替多个隔热用垫圈44而使用如图7所示的环状的隔热用垫圈44b。而且，也可代替配置隔热用垫圈44、隔热用垫圈44b，而在基座20的与冷却隔片23b相向的面或冷却隔片23b的与基座20相向的面，形成由树脂等形成的隔热层。

图4所示的构成中，冷却配管系统使用有三通阀52，但也可设为如图8所示的构成。隔片冷却管45的冷媒供给部45a与基座冷却管46的冷媒供给部46a经由开闭阀54而连接。调温控制部511基于温度传感器43的检测温度而对开闭阀54的开闭进行控制。即，当只利用隔片冷却管45进行冷却时将开闭阀54关闭，当进行调温及利用隔片冷却管45进行冷却时将开闭阀54打开。其他控制与图4的构成的情况相同。

另外，当排出的气体的流量并不太大时，如图9所示，利用省略基座冷却管46的调温装置也可进行螺纹定子24的调温。使固定翼22冷却的机构与图2所示的机构相同。

图2所示的例中，将温度传感器43配置在基座20上，但也可将温度传感器43配置在螺纹定子24上。通过设为此种构成，可更准确地对螺纹定子24的温度进行检测。

图3所示的冷却隔片23b构成为在槽234内配置隔片冷却管45。然而，在冷却隔片23b中形成冷却介质的流路的方法并不限于此，例如，也可通过铝铸造而形成冷却隔片23b，且在该铸造时将隔片冷却管45埋入。

如以上所作的说明，在本实施方式的涡轮分子泵中，在将固定翼22定位的隔片中的配置在基座侧的一个隔片、即，在冷却隔片23b中设有隔片冷却管45，利用在隔片冷却管45内流动的冷却介质而进行冷却。而且，通过在配置于基座20上的冷却隔片23b与基座20之间配置隔热用垫圈44，而防止热从经调温而成为高温状态的基座20流入至冷却隔片23b。结果，可有效地进行固定翼22的冷却及通过调温将螺纹定子24加热，从而能实现排气流量的增大，并且能防止反应产物堆积在螺纹定子24中。

此处，所谓配置在基座侧的隔片表示如下含义。例如，图1所示的例中，隔片23a与冷却隔片23b一起设有共10段隔片，其中下侧的5段为基座侧的隔片。而且，在共9段的情况下，下侧4段为基座侧的隔片。

另外，冷却隔片23b的目的是使固定翼22冷却，为了尽量减少热从基座20侧向固定翼22侧流入，冷却隔片23b的位置优选设于隔片23a、隔片23b的最下段，即，最靠基座侧。当然，如图6所示，也可通过在隔片23a与基座20之间设置隔热构件44c，而将冷却隔片23b配置在最下段以外的位置。此外，也可设置两个以上的冷却隔片23b。

而且，如图2、图3所示，设有隔片冷却管45的法兰部232的外侧配置在真空用密封件47、真空用密封件48的大气侧，且在该大气侧的部分配置有隔片冷却管45的冷媒供给部45a及冷媒排出部45b。因此，可易于进行冷媒用配管的连接。

进而，在基座20上设置基座冷却管46，基于温度传感器43的检测温度而将加热器42接通断开，并且控制三通阀52的切换而使冷却介质向基座冷却管46流入及停止流入，借此，可将螺纹定子24的温度调整为能防止反应产物堆积的温度。结果，能防止反应产物堆积在螺纹定子24中。

而且，涡轮分子泵还包括三通阀52，该三通阀52分别连接有隔片冷却管45的冷媒排出部45b、基座冷却管46的冷媒供给部46a、及绕开基座冷却管46的旁通配管53，且将从隔片冷却管45排出的冷却介质的流入目的地切换为基座冷却管46的冷媒供给部46a或旁通配管53，借此，可将向涡轮分子泵供给冷却介质的管线汇集为一条。

如图2所示，使用隔热用垫圈44作为对基座20与冷却隔片23b进行隔热的构件，借此，成为组装性优异的构成。例如，当壳体21的直径不同时，螺栓40的个数也不同，但即便如此，仅通过变更隔热用垫圈44的个数便可容易地应对。另外，为了确实地防止基座20与冷却隔片23b接触，既可在基座20与冷却隔片23b的间隙配置隔热构件，也可将隔热用垫圈44设为其一部分插入至冷却隔片23b的螺栓孔内的形状。

另外，以上的说明只是一例，只要无损本发明的特征，则本发明不受所述实施方式任何限定。

Claims (11)

1.一种涡轮分子泵，其特征在于，包括：

转子，形成有多段旋转翼与圆筒部；

多段固定翼，相对于所述多段旋转翼而交替地配置；

定子，相对于所述圆筒部隔着间隙而配置；

多个隔片，层叠在固定有所述定子的基座上，且将所述多段固定翼定位；且

所述多个隔片中的配置在基座侧的至少一个隔片是由冷却介质所冷却的冷却隔片，

所述冷却隔片与所述基座隔热，具有隔片部和冷却部，其中所述隔片部与其他隔片一起层叠，所述冷却部形成有环状的沟，以收纳供冷却介质流通的冷却管，

所述冷却管形成为环状并收纳在所述沟中，而且具有配置在所述冷却隔片侧边的大气侧的冷媒供给部及冷媒排出部。

2.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于，

所述冷却隔片是层叠在所述基座上的所述多个隔片中，配置在最靠所述基座侧的隔片。

3.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于，

还包括隔热构件，所述隔热构件设于所述基座与配置在所述基座上的所述隔片之间。

4.根据权利要求3所述的涡轮分子泵，其特征在于，

还包括泵壳，将层叠在所述基座上的所述多个隔片夹持在所述泵壳与所述基座之间，且所述泵壳螺固于所述基座，

所述隔热构件是隔热性垫圈，装设在用于所述螺固的螺栓上，且配置在所述冷却隔片与所述基座之间。

5.根据权利要求4所述的涡轮分子泵，其特征在于，

所述冷却隔片是以铝形成，所述隔热性垫圈是以不锈钢或耐热温度为120℃以上的树脂所形成。

6.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于，

在所述冷却管与所述沟的间隙，填充有导热性润滑脂、良导热性的树脂、焊料。

7.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于，

在所述冷却部与所述基座之间设有真空用密封件。

8.根据权利要求4所述的涡轮分子泵，其特征在于，

在所述冷却部与所述泵壳之间设有真空用密封件。

9.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于，

所述冷却隔片与配置在所述冷却隔片的上段的所述隔片是一体化。

10.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于，

所述冷却隔片是从所述基座侧数起的第二个所述隔片。

11.一种涡轮分子泵，其特征在于，包括：

转子，形成有多段旋转翼与圆筒部；

多段固定翼，相对于所述多段旋转翼而交替地配置；

定子，相对于所述圆筒部隔着间隙而配置；

多个隔片，层叠在固定有所述定子的基座上，且将所述多段固定翼定位；且

所述多个隔片中的配置在基座侧的至少一个隔片是由冷却介质所冷却的冷却隔片，

所述冷却隔片与所述基座隔热，是以铝铸造而且具有隔片部和冷却部，其中所述隔片部与其他隔片一起层叠，所述冷却部的内部埋入供冷却介质流通的冷却管，

所述冷却管形成为环状并埋入所述冷却部，而且具有配置在所述冷却隔片侧边的大气侧的冷媒供给部及冷媒排出部。