CN107795499A - 真空泵 - Google Patents

Abstract

一种真空泵，能够减少朝向半导体装置腔室内的颗粒的反冲。涡轮分子泵(1)包括：旋转体(4)，由泵转子(4a)紧固于通过马达(10)而旋转驱动的轴(4b)而成；凹部(43)，形成于泵转子(4a)的进气口侧端面；以及平衡修正部件(65)，包括覆盖凹部(43)的盖体部(6)。

Description

真空泵

技术领域

本发明涉及一种真空泵。

背景技术

涡轮分子泵的转子，一般通过螺栓等紧固部件，而紧固于旋转轴即轴(例如参照专利文献1)。在专利文献1所记载的涡轮分子泵中，在转子的进气口侧端面形成有凹部，通过螺栓将此凹部底面部分紧固于轴。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利3974772号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

但是，在将涡轮分子泵等真空泵用作例如蚀刻装置等半导体制造装置的排气泵的情况下，在排出工序气体(process gas)时，因工序气体中的成分的化学变化而产生的颗粒(particle)会从进气口流入至真空泵内。如上所述，在转子的进气口侧端面形成有凹部的情况下，颗粒容易堆积于凹部。若对向半导体制造装置腔室流入的气体进行调节，而反复地对腔室内进行加压减压，则堆积于凹部的颗粒会向腔室侧反冲。结果是，导致半导体制造过程中的品质下降。

[解决问题的技术手段]

本发明的优选实施方式的真空泵包括：旋转体，由泵转子紧固于通过马达而旋转驱动的轴而成；凹部，形成于所述泵转子的进气口侧端面；以及转子平衡修正部件，具有覆盖所述凹部的盖体部。

在更优选的实施方式中，所述盖体部的转子轴方向位置设定在所述盖体部的外表面与所述凹部的内壁的边缘一致时的位置、与所述盖体部的内表面与所述泵转子的进气口侧端面一致时的位置之间。

在更优选的实施方式中，所述泵转子包括：将所述凹部的内壁的边缘与所述泵转子的进气口侧端面予以连接的上升梯度的斜面。

在更优选的实施方式中，所述转子平衡修正部件包含第一组件与第二组件，所述第一组件包括配置于所述凹部的第一平衡修正部，所述第二组件形成有所述盖体部。

在更优选的实施方式中，所述盖体部包括第二平衡修正部。

在更优选的实施方式中，所述第一组件包括第三修正部，此第三修正部配置在所述盖体部的外周侧，覆盖所述凹部的一部分，且兼具有覆盖功能与平衡修正功能。

在更优选的实施方式中，所述第一组件、所述泵转子及所述轴通过螺栓的共同紧固作用而彼此紧固，所述第二组件固定于所述第一组件。

在更优选的实施方式中，所述轴贯穿所述泵转子而突出至所述凹部，所述转子平衡修正部件固定于所述轴的突出至所述凹部的部分。

在更优选的实施方式中，所述轴贯穿所述泵转子而突出至所述凹部，所述第二组件固定于所述轴的突出至所述凹部的部分。

在更优选的实施方式中，包括将所述凹部与所述盖体部的外部空间予以连接的连通路径。

[发明的效果]

根据本发明，能够减少朝向半导体装置腔室内的颗粒的反冲。

附图说明

图1是表示本发明的真空泵的一实施方式的图。

图2是泵转子的凹部部分的放大图。

图3A与图3B是对平衡圈及盖体部的组装顺序与平衡调整方法进行说明的图。

图4A与图4B是对盖体部的轴方向位置进行说明的图。

图5是表示本实施方式的第一变形例的图。

图6A与图6B是表示本实施方式的第二变形例的图。

图7是表示本实施方式的第三变形例的图。

图8是表示本实施方式的第四变形例的图。

图9A与图9B是表示本实施方式的第五变形例的图。

图10A、图10B与图10C是表示本实施方式的第六变形例的图。

图11A与图11B是表示本实施方式的第六变形例的其他例子的图。

【主要元件符号说明】

1：涡轮分子泵 3：基座

4：旋转体单元 4a：泵转子

4b：轴 5：平衡圈

6、650：盖体部 10：马达

30：泵进气口 31：固定叶片

32：定子 33：垫圈

34：径向电磁铁 34a：间隙传感器

35：径向电磁铁 35a：间隙传感器

36：轴向电磁铁 36a：间隙传感器

37a：机械轴承 37b：机械轴承

38：排气口 39：冷却水管

41：旋转叶片 42：圆筒部

43：凹部 65：平衡修正部件

70：螺栓 71：螺栓

72：螺栓 73：螺栓

74：螺栓 75：螺栓

400：贯穿孔 401：凸台部

402：端面 403：斜面

404：凸缘 405：凹部

406：凸台部 431：内壁

501：凸台部 502：凸台部

503：凸部 504、507a、603、650a：修正部

505：凹部 506：凹部

507：竖立部 601：凹部

602：外表面 604：内表面

605：凸部 651：凹部

G：间隙 J：轴

L1：双点划线 P：颗粒

t：厚度尺寸

具体实施方式

以下，参照图式，来对用以实施本发明的方式进行说明。图1是表示本发明的真空泵的一实施方式的图，且是表示涡轮分子泵1的概略结构的剖视图。

图1所示的涡轮分子泵1包括：涡轮泵段，包含旋转叶片41与固定叶片31；以及螺杆槽泵段，包含圆筒部42与定子32。在螺杆槽泵段中，在定子32或圆筒部42中形成有螺杆槽(screw groove)。旋转叶片41及圆筒部42形成于泵转子4a。泵转子4a通过螺栓而紧固于轴4b。由泵转子4a与轴4b构成旋转体单元4。

相对于配置在轴方向上的多段的旋转叶片41，交替地配置有多段的固定叶片31。各固定叶片31经由垫圈(spacer ring)33而沿着泵轴方向层叠。轴4b是由设置于基座3的径向电磁铁34、35及轴向电磁铁36而非接触地支撑。轴4b的从目标悬浮位置算起的位移，是由间隙传感器(gap sensor)34a、间隙传感器35a、间隙传感器36a而检测。

旋转体单元4通过马达10而旋转驱动。在磁轴承不工作时，轴4b由备用的机械轴承(mechanical bearing)37a、37b支撑。旋转体单元4通过马达10而高速旋转后，气体分子从泵进气口30流入，通过涡轮泵段(旋转叶片41、固定叶片31)及螺杆槽泵段(圆筒部42、定子32)依次进行排气，使气体分子从排气口38排出。在基座3中设置有基座冷却用的冷却水管39。

在泵转子4a的泵进气口侧的端面402中，形成有凹部43。在凹部43中设置有平衡修正部件65。平衡修正部件65包括：覆盖凹部43的盖体部6与平衡修正用的平衡圈(balancering)5。通过螺栓75将盖体部6固定于平衡圈5的凸台部502，由此，这些部分一体化为平衡修正部件65。平衡圈5通过螺栓70，与泵转子4a一起紧固于轴4b。

图2是泵转子4a的凹部43的部分的放大图。形成于轴4b的顶部的凸台部401、与平衡圈5的背面侧所形成的凸台部501插入至贯穿孔400，此贯穿孔400形成于泵转子4a的凹部底面。另外，在平衡圈5的凸台部502的顶部形成凸部503，此凸部503嵌合于盖体部6的背面侧所形成的凹部601，由此，盖体部6被定位。盖体部6的外表面602的高度(轴方向位置)将后述。

凹部43由盖体部6覆盖，因此，从泵进气口30(参照图1)流入的颗粒P会落下至泵转子4a的泵进气口侧的端面402或盖体部6的外表面602上。涡轮分子泵1的旋转体单元4高速旋转，因此，落下至端面402或外表面602的颗粒P利用离心力，以远离旋转的轴J的方式向旋转叶片41的前端方向移动。移动至旋转叶片41的部分的颗粒P通过旋转叶片41及固定叶片31，向泵下游侧移动。由此，能够防止颗粒P堆积于泵转子4a的端面，从而能够防止在增加或减小半导体装置腔室内的压力时，颗粒P向腔室内反冲。

如上所述，旋转体单元4高速旋转，因此，平衡调整变得重要。图3A与图3B是对平衡圈5及盖体部6的组装顺序与平衡调整方法进行说明的图。在第一工序中，如图3A所示，通过螺栓70将泵转子4a与平衡圈5一起紧固于轴4b。由此，泵转子4a与轴4b一体化，并且平衡圈5固定于泵转子4a的凹部底面。

在第二工序中，在未安装盖体部6的状态下，通过旋转测试机来对旋转体单元4的不平衡量进行测量。在测量出的不平衡量超过允许值的情况下，利用钻头等将平衡圈5的修正部504的一部分削去，以减少不平衡量。相反地，也可以通过对修正部504附加固定螺钉等质量来修正不平衡。

在第三工序中，如图3B所示，将盖体部6固定于平衡圈5，并通过旋转测试机来对旋转体单元4的不平衡量进行测量。在测量出的不平衡量超过允许值的情况下，将盖体部6的外表面602的一部分削去，以减少不平衡量。再者，将盖体部6的靠近边缘的区域设定为作为削去部分的修正部603。盖体部6的质量远小于旋转体单元整体的质量，因此，因安装盖体部6而引起的平衡破坏程度小，与第二工序中的削除量相比，超过允许值时的削除量非常小。因此，修正部603的厚度能够比平衡圈5的修正部504的厚度更薄。

一般来说，泵转子4a由铝合金形成，但对半导体装置用途的涡轮分子泵实施耐腐蚀处理。例如，对涡轮分子泵实施镀镍等耐腐蚀处理。在此情况下，在镀覆处理之前，进行所述第一工序及第二工序。再者，在平衡圈5及盖体部6中使用不锈钢材料之类的耐腐蚀性的金属材料。在第二工序的平衡修正后，对泵转子4a实施镀覆处理。在镀覆处理后，将泵转子4a组装至轴4b，并将盖体部6固定于平衡圈5。然后，与所述第三工序的情况同样地，对旋转体单元4进行平衡修正。

图4A与图4B是对盖体部6的轴方向位置进行说明的图。图4A是对盖体部6的轴方向位置的下限进行说明的图。盖体部6的外表面602的下限位置设定为与凹部43的内壁431的边缘一致的位置。在泵转子4a中形成有斜面403，此斜面403连接凹部43的内壁431的边缘(上端)与泵进气口侧的端面402。即，对凹部43的边缘实施了倒角加工。在此情况下，内壁431的边缘成为斜面403的下端。

外表面602上的颗粒P如虚线箭头所示，越过斜面403而向端面402移动，然后，移动至旋转叶片41的部分并被排出。因此，为了使颗粒P容易越过斜面403，优选斜面403的梯度小。

另一方面，如双点划线L1所示，在凹部43的边缘未形成倒角部的情况下，或在倒角部非常小的情况下，以使外表面602与端面402在轴方向位置上一致的方式，设定盖体部6的高度的下限位置。

图4B是对盖体部6的轴方向位置的上限进行说明的图。为了使泵小型化，优选将旋转体单元4的轴方向高度抑制得尽可能低。因此，盖体部6的上限位置优选设为盖体部6的内表面604与端面402接触时的位置。此时，盖体部6的外表面602的轴方向位置成为：将盖体部6的厚度尺寸t与端面402的轴方向位置相加所得的值。

(第一变形例)

图5是表示本实施方式的第一变形例的图。如图3A与图3B所说明，在将盖体部6安装于平衡圈5后，也进行平衡调整，在不平衡量超过基准值的情况下，将盖体部6的修正部603削去而进行平衡修正。因此，在图5所示的第一变形例中，使修正部603的厚度变厚，从而增大修正的余裕度(margin)。

另外，在平衡圈5与盖体部6之间的紧固部上，在盖体部6中形成有凸部605，在平衡圈5中形成有凹部505。再者，在斜面403与盖体部6的修正部603之间形成间隙G。凹部43的空间与外部空间经由此间隙G而连通。原因在于：若将凹部43设为密闭空间，则此空间成为气窝(air pocket)，因而在进行真空排气时，凹部43内的气体会逐渐泄漏，对真空环境造成不良影响。但是，通过像图5那样形成间隙G，在真空排气时，凹部43内的气体会迅速地被排出，因此，不会产生如上所述的问题。再者，代替形成间隙G，也可以在盖体部6中形成贯穿孔。

(第二变形例)

图6A与图6B是表示本实施方式的第二变形例的图。在图2所示的实施方式中采用了如下结构，即，通过螺栓70，将泵转子4a与平衡圈5一起紧固于轴4b而形成一体。另一方面，在图6A所示的结构中，利用螺栓71来紧固泵转子4a与轴4b，并利用螺栓72来紧固泵转子4a与平衡圈5。在任一种情况下，均从凹部43侧进行螺栓紧固。另一方面，在图6B所示的结构中，在轴4b中形成凸缘404，使用螺栓73将此凸缘404的部分紧固于泵转子4a。从轴侧(图示的下侧)拧紧螺栓73。

(第三变形例)

图7是表示本实施方式的第三变形例的图。在图2所示的实施方式中采用了如下结构，即，使轴4b的凸台部401及平衡圈5的凸台部501嵌合于泵转子4a的贯穿孔400。另一方面，在图7所示的结构中，在泵转子4a中，形成有轴紧固用的凹部405与平衡圈紧固用的凸台部406。另外，在平衡圈5的背面侧，形成有供凸台部406嵌合的凹部506。使轴4b的凸台部401嵌合于凹部405，且使泵转子4a的凸台部406嵌合于平衡圈5的凹部506，并利用螺栓70进行紧固，由此，泵转子4a、轴4b及平衡圈5成为一体。

(第四变形例)

图8是表示本实施方式的第四变形例的图。在图8所示的结构中，平衡圈5的结构与图2所示的平衡圈5不同，据此变更盖体部6的外径尺寸。如图3A与图3B所说明，在平衡调整作业中，在安装盖体部6之前，利用平衡圈5进行平衡修正，在安装了盖体部6后，通过将盖体部6削去而再次进行平衡修正。在第四变形例中采用如下结构，即，能够仅利用平衡圈5进行所述两个平衡修正。

在平衡圈5中，在修正部504的外周部分，形成有向凹部43的开口方向延伸设置的竖立部507，在竖立部507的前端设置有修正部507a。此修正部507a配置在盖体部6的外周侧，并与盖体部6一起覆盖凹部43的一部分。即，修正部507a具备平衡修正功能与覆盖功能。

在安装盖体部6前的平衡修正中，与图3A所示的情况同样地，利用钻头等将平衡圈5的修正部504的一部分削去。接着，在安装了盖体部6后的平衡修正中，利用钻头等将修正部507a的一部分削去，由此进行平衡修正。在所述结构的情况下，无需对于盖体部6设置平衡修正用的削去量，因此，能够使盖体部6的厚度变薄。

(第五变形例)

图9A与图9B是表示本实施方式的第五变形例的图。在所述图2所示的例子中，利用平衡圈5与盖体部6这两个组件，来构成平衡修正部件65。另一方面，在图9A所示的结构中，利用一个组件来构成平衡修正部件65。平衡修正部件65包括盖体部650，使盖体部650的外周侧的壁厚变厚而设为修正部650a。

在第五变形例中，平衡修正部件65具备平衡修正功能与覆盖功能，因此，与像图2那样包含两个组件的情况相比，能够减少组装作业的工序数。而且，在平衡调整作业中，在使泵转子4a、轴4b及平衡修正部件65成为一体后，只要进行一次平衡修正即可。

图9B所示的结构表示如下情况，即，将平衡修正用的修正部650a配置在由盖体部650覆盖的凹部43的内部。在此种结构的情况下，在进行平衡修正时，需要在盖体部650中形成修正部650a的贯穿孔，优选包含两个组件。

再者，在图9A、图9B所示的例子中，采用了利用螺栓74将平衡修正部件65固定于泵转子4a的结构，但与图2的结构的情况同样地，也可以利用螺栓的共同紧固作用，对泵转子4a、轴4b及平衡修正部件65进行紧固。

(第六变形例)

图10A～图10C、图11A～图11B是表示本实施方式的第六变形例的图。在第六变形例中，如图10A所示，轴4b的凸台部401是以贯穿泵转子4a的贯穿孔400的方式构成。在图10A所示的结构中，向凹部43侧突出的凸台部401的前端，嵌合于平衡圈5中所形成的凹部505。盖体部6的结构与图5所示的盖体部6相同。

在图10B所示的结构中，平衡圈5是单纯的环状的板部件，轴4b的凸台部401贯穿所述平衡圈5的中心部。另外，盖体部6成为固定于泵转子4a的端面402的结构，外周部分通过螺栓固定于泵转子4a的端面402。形成于盖体部6的背面侧中央的凹部601成为嵌合于轴4b的前端的结构。

图10C所示的结构为如下结构，即，图8的结构中的轴4b的凸台部401贯穿泵转子4a的贯穿孔400。盖体部6呈与图8所示的情况相同的形状，平衡圈5的结构也与图8所示的情况大致相同。但是，因为轴4b的凸台部401贯穿泵转子4a，所以在平衡圈5的背面侧形成凹部405，轴4b的前端嵌合于此凹部405。

图11A所示的结构为如下结构，即，将图10B所示的结构中的盖体部6固定于轴4b的凸台部401的前端。另外，图11B所示的结构为如下结构，即，将具备平衡修正功能与覆盖功能的平衡修正部件65固定于轴4b的凸台部401的前端。泵转子4a通过螺栓固定于轴4b，平衡修正部件65通过螺栓固定于凸台部401的前端。在平衡修正部件65的背面侧中央形成有与凸台部401嵌合的凹部651，在盖体部650的外周部分形成有壁厚的修正部650a。在对泵转子4a与轴4b进行紧固，并将平衡修正部件65固定于轴4b的前端之后，进行平衡调整作业。在平衡修正过程中，将平衡修正部件65的修正部650a的一部分削去。

如以上的说明所述，本实施方式会产生如下所述的作用效果。

(1)如图2或图9A～图9B所示，涡轮分子泵1包括平衡修正部件65，此平衡修正部件65包括覆盖凹部43的盖体部6。结果是，流入至泵内的颗粒P会落下至端面402或盖体部6的外表面602上，能够防止所述颗粒P滞留于凹部43。端面402或外表面602上的颗粒P会利用离心力，向旋转叶片41的方向移动并向泵下游侧排出，因此，能够防止颗粒P堆积于泵转子端面上，从而能够防止颗粒P因半导体装置腔室的加压减压而向腔室内反冲。

(2)如图4A～图4B所示，盖体部6的转子轴方向位置，设定在盖体部6的外表面602与凹部43的内壁431的边缘一致时的位置(图4A所示的位置)、与盖体部6的内表面604与泵转子4a的进气口侧的端面402一致时的位置(图4B所示的位置)之间。另外，在设置了将凹部43的内壁431的边缘与泵转子4a的进气口侧的端面402予以连接的上升梯度的斜面403的情况下，设定范围的下限位置即内壁431的边缘是斜面403与内壁431的交线。

以所述方式设定盖体部6的转子轴方向位置，由此，盖体部6的外表面602上的颗粒P能够利用离心力，容易地向旋转叶片方向移动。例如，在盖体部6的外表面602低于内壁431的边缘的情况下，在外表面602上移动的颗粒P会受到内壁431阻挡，导致颗粒P积存在此部分。另一方面，在本实施方式中，将外表面602的下限位置设为内壁431的边缘，因此，能够防止积存如上所述的颗粒P。另外，因为垂直的内壁431未露出，所以在泵维护时，当抹除外表面602上的颗粒P时，容易进行抹除。

(3)另外，如图2所示，利用配置于凹部43的平衡圈5与盖体部6这两个组件来构成平衡修正部件65，由此，容易利用平衡圈5进行平衡修正作业。另外，能够分别使用适合于组件的材料，例如在平衡圈5中使用比重大的金属材料，在盖体部6中使用比重小的金属材料等。

(4)而且，如图5所示，在盖体部6中也设置平衡修正用的修正部603，由此，安装盖体部6后的平衡修正过程中的可修正量存有余地。

(5)在图8所示的结构中，平衡圈5包括修正部507a，此修正部507a配置在盖体部6的外周侧，覆盖凹部43的一部分，并兼具有覆盖功能与平衡修正功能。根据此种结构，在安装盖体部6前的平衡修正及安装盖体部6后的平衡修正中，均能够通过修正部507a进行平衡修正。这样，将平衡修正功能的组件(平衡圈5)与覆盖功能的组件(盖体部6)严格地设为不同的组件，由此，能够形成分别特殊化后的结构。例如，能够使盖体部6的厚度尽可能薄，且使此盖体部6尽可能轻。

(6)如图2所示，采用如下结构，即，通过螺栓70的共同紧固作用，将平衡圈5、泵转子4a及轴4b彼此紧固，由此，能够减少组装作业的工序数。

(7)另外，如图5所示，包括将凹部43与盖体部6的外部空间予以连接的连通路径(间隙G)，由此，在真空排气时，凹部43内的气体会迅速地被排出。结果是不会产生如下事态，此事态是指凹部43内的气体逐渐泄漏，对真空环境造成不良影响。

在所述内容中，对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。另外，也能够将一个或多个所述变形例与所述实施方式加以组合。而且，在本发明的技术思想的范围内考虑到的其他方式也包含在本发明的范围内。例如，在所述实施方式中，以涡轮分子泵为例进行了说明，但也能够适用于包括高速旋转的转子的真空泵例如牵引分子泵(molecular drag pump)等。用以安装盖体部的螺栓也可以呈比盖体部稍向上方突出的形状。另外，也可以对平衡圈或盖体实施镀覆处理，以防止腐蚀。在此情况下，可以对平衡圈或盖体的整个面进行镀覆处理，也可以仅对从凹部露出的盖体部的上表面进行镀覆处理。

Claims (10)

1.一种真空泵，其特征在于包括：

旋转体，由泵转子紧固于通过马达而旋转驱动的轴而成；

凹部，形成于所述泵转子的进气口侧端面；以及

转子平衡修正部件，具有覆盖所述凹部的盖体部。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于：

所述盖体部的转子轴方向位置设定在：所述盖体部的外表面与所述凹部的内壁的边缘一致时的位置、与所述盖体部的内表面与所述泵转子的进气口侧端面一致时的位置之间。

3.根据权利要求2所述的真空泵，其特征在于：

所述泵转子包括：将所述凹部的内壁的边缘与所述泵转子的进气口侧端面予以连接的上升梯度的斜面。

4.根据权利要求2或3所述的真空泵，其特征在于：

所述转子平衡修正部件包含第一组件与第二组件，

所述第一组件包括配置于所述凹部的第一平衡修正部，

所述第二组件形成有所述盖体部。

5.根据权利要求4所述的真空泵，其特征在于：

所述盖体部包括第二平衡修正部。

6.根据权利要求4所述的真空泵，其特征在于：

所述第一组件包括第三修正部，

所述第三修正部配置在所述盖体部的外周侧，覆盖所述凹部的一部分，且兼具有覆盖功能与平衡修正功能。

7.根据权利要求4所述的真空泵，其特征在于：

所述第一组件、所述泵转子及所述轴，通过螺栓的共同紧固作用而彼此紧固，

所述第二组件固定于所述第一组件。

8.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于：

所述轴贯穿所述泵转子而突出至所述凹部，

所述转子平衡修正部件固定于所述轴的突出至所述凹部的部分。

9.根据权利要求4所述的真空泵，其特征在于：

所述轴贯穿所述泵转子而突出至所述凹部，

所述第二组件固定于所述轴的突出至所述凹部的部分。

10.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于还包括：

将所述凹部与所述盖体部的外部空间予以连接的连通路径。