CN112814927B - 涡轮分子泵及其防尘式转子元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种涡轮分子泵及其防尘式转子元件，其中防尘式转子元件包括一转子座、多个转子叶片组以及一防尘盖。转子座具有外露的一连接室，多个转子叶片组连接于转子座且呈间隔排列，防尘盖用以密封连接室。防尘盖包括一盖体以及一定位结构，盖体具有两个相对设置且与连接室气体连通的气压平衡孔，定位结构从盖体的底部延伸进入连接室，且与连接室之间形成密封。涡轮分子泵于使用时，防尘盖能防止微粒物质沉积于转子座的连接室内，并且能消除连接室内外的压力差。

Description

涡轮分子泵及其防尘式转子元件

技术领域

本发明涉及一种真空泵及其转子，尤其涉及一种涡轮分子泵及其防尘式转子。

背景技术

目前主要的半导体工艺例如离子注入、炉管、薄膜溅镀、等离子体蚀刻、化学机械研磨等，都需要在高真空的工艺中的空腔体内进行；因此，空腔体的真空环境是影响工艺良率的关键因素之一，而洁净稳定的真空环境有助于提高工艺良率。涡轮分子泵作为真空系统的心脏，是利用转子相对于定子进行高速旋转，将气体排出工艺空腔体而产生高真空环境。

然而，一些半导体工艺会于泵内产生大量微粒，这些微粒很容易在接触气体的地方(如转子及排气口)堆积，造成排气效率降低而影响抽真空效率。此外，这些微粒也很容易在一些外露的锁固区域堆积，并在压力发生变化时随着不稳定的气流飞扬移动而回到工艺空腔体内造成污染。

故，如何通过结构设计的改良，来提升涡轮分子泵的可靠性，以及提高工艺良率，已成为该项事业所欲解决的重要课题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种防尘式转子，其能兼顾工艺良率与泵内部的压力平衡。并且，提供一种使用此防尘式转子的涡轮分子泵。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种防尘式转子元件，其包括一转子座、多个转子叶片组以及一防尘盖。所述转子座具有外露的一连接室，多个所述转子叶片组连接于所述转子座且呈间隔排列，所述防尘盖用以密封所述连接室；其中所述防尘盖包括一盖体以及一定位结构，所述盖体具有两个相对设置且与所述连接室气体连通的气压平衡孔，所述定位结构从所述盖体的底部延伸进入所述连接室，且与所述连接室之间形成密封。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是，提供一种涡轮分子泵，其包括一外壳、一定子元件、一防尘式转子元件以及一高速转轴。所述外壳具有一空腔体，所述定子元件设置于所述空腔体内，且包括多个呈间隔排列的定子叶片组，所述种防尘式转子元件设置于所述空腔体内，且包括一转子座、多个转子叶片组以及一防尘盖，所述高速转轴用以驱动所述防尘式转子元件相对于所述定子元件转动；所述转子座具有外露的一连接室，多个所述转子叶片组连接于所述转子座，且与多个所述定子叶片组上下交替排列，所述防尘盖用以密封所述连接室；其中所述防尘盖包括一盖体以及一定位结构，所述盖体具有两个相对设置且与所述连接室气体连通的气压平衡孔，所述定位结构从所述盖体的底部延伸进入所述连接室，且与所述连接室之间形成密封。

在本发明的一实施例中，所述转子座的内部具有一隔板用以界定出所述连接室，且所述隔板上设有一连通所述连接室的连接通道；所述高速转轴包括一轴体以及一从所述轴体延伸形成的延伸部，且所述延伸部的位置对应所述连接通道；所述防尘盖还包括一连接结构，其设置于所述定位结构的内侧，且所述连接结构与所述高速转轴的所述延伸部固定在一起。

在本发明的一实施例中，所述轴体具有一中央区域以及一环绕所述中央区域的周边区域，所述延伸部是从所述中央区域延伸进入所述连接通道。

在本发明的一实施例中，所述盖体盖合于所述连接室上。

在本发明的一实施例中，两个所述气压平衡孔内各具有一柱状体，两个所述柱状体能被施加外力，以使所述防尘盖相对于所述转子座转动。

在本发明的一实施例中，所述防尘盖还包括一弹性密封环，其设置于所述定位结构上。

在本发明的一实施例中，所述定位结构具有一卡槽，且所述弹性密封环通过所述卡槽固定于所述定位结构上。

在本发明的一实施例中，所述盖体具有一外侧表面，所述定位结构具有一相对于所述外侧表面的内侧表面，且两个所述气压平衡孔从所述外侧表面延伸至所述内侧表面。

在本发明的一实施例中，所述盖体还具有两个相对设置的配重孔。

在本发明的一实施例中，所述定位结构具有一倒勾部，所述倒勾部与所述盖体之间存在一间隙，且具有一面向所述连接室的边界的导引面；其中所述导引面为一斜面。

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的防尘式转子元件，其能通过“转子座具有一连接室用以组接高速转轴，防尘盖包括一盖体及一定位结构，其中盖体具有两个相对设置且与连接室气体连通的气压平衡孔，定位结构从盖体的底部延伸进入连接室，且与连接室之间形成密封”的技术方案，以防止工艺产生的微粒沉积于连接室，并确保连接室的压力与泵内部压力平衡一致，避免产生不稳定的气流将微粒带回到工艺空腔体内造成污染。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明第一实施例的涡轮分子泵的立体组合示意图。

图2为本发明第一实施例的涡轮分子泵的其中一立体分解示意图。

图3为本发明第一实施例的涡轮分子泵的另外一立体分解示意图。

图4为图1的IV-IV剖面的剖面示意图。

图5为本发明第一实施例的防尘式转子元件的立体示意图。

图6为本发明第一实施例的防尘式转子元件的平面示意图。

图7为本发明第一实施例的防尘盖的其中一结构示意图。

图8为本发明第一实施例的防尘盖的另外一结构示意图。

图9显示本发明第一实施例的防尘盖与转子座及高速转轴的组装过程。

图10为本发明第二实施例的防尘盖的结构示意图。

图11显示本发明第二实施例的防尘盖与转子座的组装过程。

具体实施方式

在半导体制造过程中，许多工艺阶段都存在由随机微粒缺陷引起的良率损失问题，因此本发明提供一种用于对工艺空腔体抽真空的涡轮分子泵，其改良在于采用防尘式转子元件；使用时，防尘式转子元件不仅能防止工艺产生的微粒沉积于其与转轴的连接室，而且还能确保连接室的压力与泵内部压力平衡一致，以防止微粒飞扬移动回到工艺空腔体内造成污染。

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“涡轮分子泵及其防尘式转子元件”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种元件或者信号，但这些元件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一元件与另一元件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

第一实施例

参阅图1至图4所示，本发明的涡轮分子泵Z主要包括一外壳1、一定子元件2、一防尘式转子元件3及一高速转轴4。外壳1具有一空腔体100，定子元件2、防尘式转子元件3与高速转轴4都设置于空腔体100内，且防尘式转子元件3能被高速转轴4带动而相对于定子元件2高速转动。涡轮分子泵Z可通过管线连接到一半导体工艺设备的处理腔室(图未室)，将处理腔室抽至特定半导体工艺(如蚀刻工艺)所需的真空度，但本发明并不限制于此。

实际应用时，涡轮分子泵Z还包括一底座5，用以组立外壳1、定子元件2、防尘式转子元件3与高速转轴4。底座5上设有一排气口500，且底座5包括一轴承机构51及一驱动单元52(如马达)，高速转轴4设置于轴承机构51上，轴承机构51能产生磁力以支撑高速转轴4，驱动单元52能驱动高速转轴4进行高速转动。关于轴承机构51的组成，包括机械轴承、径向磁轴承及轴向磁轴承等，为本领域技术人员所熟知，故在此不加以赘述。

外壳1为两件式外壳，其包括一第一壳体11及一第二壳体12；第一壳体11例如为上壳体，第二壳体12例如为下壳体，且第一壳体11与第二壳体12可通过锁固方式结合成为一体；第一壳体11与第二壳体12的主要部分呈圆筒状，且共同围构形成空腔体100。进一步而言，第一壳体11与第二壳体12具有气体导引功能，其中第一壳体11界定出空腔体100的上游区域，且第一壳体11具有一连通于空腔体100的进气口111；另外，第二壳体12界定出空腔体100的下游区域，第二壳体12的内壁设有一螺纹状的导气槽121。然而，这些细节只是在描述外壳1的可行的实施方案而并非用以限定本发明。在一些实施例中，根据实际需要，外壳1也可为一件式外壳。

当涡轮分子泵Z进行抽真空时，气体会从进气口111流入空腔体100，并流经由外壳1、定子元件2与防尘式转子元件3之间的通道，再于导气槽121被压缩后从排气口500排出。

参阅图1至图4，配合图5及图6所示，定子元件2与防尘式转子元件3的位置相对应，定子元件2包括多个间隔件21及多个定子叶片组22，其中多个定子叶片组22在径向上延伸，且分别通过多个间隔件21连接第一壳体11的内壁，而呈上下分层设置；间隔件21可呈环状，但不限于此。防尘式转子元件3包括一转子座31、多个转子叶片组32及一防尘盖33，其中转子座31具有外露的一连接室300，用以组接高速转轴4；多个转子叶片组32连接于转子座31，多个转子叶片组32也在径向上延伸，且与多个定子叶片组22交替排列；防尘盖33用以密封连接室300。

进一步而言，每一个定子叶片组22包括多个定子叶片221，每一个转子叶片组32包括多个转子叶片321；多个转子叶片321的倾斜方向与多个定子叶片221的倾斜方向相反，并且，上层的定子叶片221的倾斜角度大于或等于下层的定子叶片221的倾斜角度，上层的转子叶片321的倾斜角度大于或等于下层的转子叶片321的倾斜角度。借此，可以确保气体分子不可逆地从进气口111流动到排气口500。然而，每一个定子叶片组22所包括定子叶片221的数量和倾斜角度，以及每一个转子叶片组32所包括转子叶片321的数量和倾斜角度没有特别的限制。在一些实施例中，根据定子叶片组22所在的层级不同，定子叶片221的数量可以在16片至48片之间做选择，而定子叶片221的倾斜角度可以在13度至45度之间做调整；类似地，根据转子叶片组32所在的层级不同，转子叶片321的数量可以在25片至56片之间做选择，而转子叶片321的倾斜角度可以在13度至45度之间做调整。

转子座31包括一第一座体311及一第二座体312，第一座体311的位置对应第一壳体11，且第二座体312的位置对应第二壳体12；其中连接室300是从第一座体311的顶部向下凹陷形成，且位置对应第一壳体11的进气口111，多个转子叶片321是从第一座体311的外壁延伸形成。在本实施例中，多个转子叶片组32、第一座体311与第二座体312为一体成型；第一座体311朝接近进气口111的方向呈渐缩状，第二座体312呈圆筒状。然而，这些细节只是在描述定子元件2与防尘式转子元件3的可行的实施方案而并非用以限定本发明。

参阅图5至图8所示，防尘盖33包括一盖体331、一定位结构332及一连接结构333，其中盖体331盖合于连接室300上，且具有至少两个相对设置且与连接室300气体连通的气压平衡孔H1，优选为两个或四个；定位结构332从盖体331的底部延伸进入连接室300，且与连接室300之间形成密封；连接结构333设置于定位结构332的内侧，用以连接高速转轴4，并使高速转轴4处于直立状态。值得注意的是，当防尘式转子元件3高速转动时，防尘盖33能有效阻隔工艺微粒进入连接室300，以及通过气压平衡孔H1使连接室300的压力与泵内部压力保持一致，以避免产生不稳定的气流将微粒带回到工艺空腔体内造成污染。

此外，气压平衡孔H1也能达到调整转子动平衡配重的效果，即，气压平衡孔H1能减少配重，以提高转子的动平衡精度。根据实际需要，盖体331上避开气压平衡孔H1所在位置另外可具有至少两个相对设置的配重孔H2，如图5所示。在本实施例中，气压平衡孔H1贯穿盖体331的外侧表面S1与定位结构332的内侧表面S2，即，从盖体331的外侧表面S1延伸至定位结构332的内侧表面S2，如图7所示，但不限于此。实际应用时，配重孔H2可以贯穿或不贯穿盖体331的外侧表面S1与定位结构332的内侧表面S2，只要不影响转子的高速动平衡即可。

进一步而言，定位结构332可为一环形凸肋，连接结构333可包括一圆筒部3331及一结合于圆筒部3331上的连接部3332；圆筒部3331与连接部3332可为两个分开的部位，如此防尘盖33能够适应不同型号的转轴，以及增加转子的结构强度。圆筒部3331与连接部3332可以螺接方式结合，即，圆筒部3331具有一内螺纹且连接部3332具有一外螺纹，但本发明并不限制于此。在一些实施例中，圆筒部3331与连接部可为一体成型。值得注意的是，盖体331具有一中央最高点T，且盖体331的高度由中央最高点T向外以特定的斜率或曲率渐减；借此，盖体331能发挥导引气体的功能，即，从第一壳体11的进气口111流入的气体能顺着盖体331的上表面流向转子和定子叶片321、221所在的区域，以及避免微粒沉积于盖体331上。

参阅图4至图6，配合图7及图8所示，为了提高或更好地保持连接室300的密封效果，优选于定位结构332上设置一弹性密封环34。进一步而言，定位结构332的外壁可设有一卡槽R，且弹性密封环34通过卡槽R固定于定位结构332的外壁上。此外，在弹性密封环34的存在下，定位结构332会受到弹性密封环34所提供弹性作用力的约束，使得防尘盖33的轴心始终保持在高速转轴4定义的轴在线。

为了将防尘式转子元件3与高速转轴4组装在一起，如图6所示，转子座31的第一座体311的内部具有一隔板3111用以界定出连接室300，且隔板3111上设有一连通连接室300的连接通道3112，其位置对应防尘盖33的连接结构333；高速转轴4包括一轴体41及一从轴体41延伸形成的延伸部42，其中延伸部42沿轴体41的轴线延伸，且其位置对应连接通道3112，以与防尘盖33的连接结构333固定在一起。进一步而言，如图4所示，轴体41具有一中央区域411及一环绕中央区域411的周边区域412，延伸部42即是从中央区域411延伸通过连接通道3112进入连接室300；延伸部42与连接部3332可以螺接方式结合，即，延伸部42具有一内螺纹且连接部3332具有一外螺纹。然而，这些细节只是在描述高速转轴4的可行的实施方案而并非用以限定本发明。在一些实施例中，延伸部42可以只延伸至连接通道3112而未进入连接室300。

参阅图9所示，在气压平衡孔H1的存在下，可以不需要使用任何工具，就直接将防尘盖33结合于转子座31上。进一步而言，可于两个相对的气压平衡孔H1分别置入一柱状体6(如插销)，并同时施加外力于两个柱状体6，以使防尘盖33相对于转子座31转动，进而将连接部3332插入高速转轴4的延伸部42。

第二实施例

参阅图10及图11所示，第二实施例与第一实施例的差异主要在于，防尘盖33的定位结构332具有一倒勾部3321，其中倒勾部3321具有一面向连接室300的边界的导引面S3，且倒勾部3321与盖体331之间存在一间隙G；导引面S3可为一斜面，但不限于此。借此，在组装过程中，可以减少定位结构332与连接室300的边界之间的干涉，使防尘盖33更容易被组装于转子座31上。组装完成后，倒勾部3321可抵压连接室300的内表面(未标号)以产生迫紧作用，同时部分的倒勾部332会被挤压到间隙G中，如此防尘盖33的轴心能始终保持在高速转轴4定义的轴在线。

实施例的有益效果

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的防尘式转子元件，其能通过“转子座具有一连接室用以组接高速转轴，防尘盖包括一盖体及一定位结构，其中盖体具有两个相对设置且与连接室气体连通的气压平衡孔，定位结构从盖体的底部延伸进入连接室，且与连接室之间形成密封”的技术方案，以防止工艺产生的微粒沉积于连接室，并确保连接室的压力与泵内部压力平衡一致，避免产生不稳定的气流将微粒带回到工艺空腔体内造成污染。

更进一步来说，在气压平衡孔的存在下，可以不需要使用任何工具，而直接将防尘盖结合于转子座上，因此在使用上更加便利。

更进一步来说，防尘盖的定位结构上可具有一弹性密封环，以提高或更好地保持连接室的密封效果。此外，在弹性密封环的存在下，定位结构会受到弹性密封环所提供弹性作用力的约束，使得防尘盖始终保持在高速转轴的轴在线。

更进一步来说，为了使防尘盖更容易被组装到转子座上，并保持防尘盖的轴心于转轴的轴在线，防尘盖的定位结构可具有一倒勾部，其中倒勾部具有一面向连接室的边界的导引面，且倒勾部与盖体之间存在一间隙。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (15)

1.一种防尘式转子元件，其特征在于，所述防尘式转子元件包括：

一转子座，具有外露的一连接室；

多个转子叶片组，连接于所述转子座且呈间隔排列；以及

一防尘盖，用以密封所述连接室，其中所述防尘盖包括一盖体以及一定位结构，所述盖体具有两个相对设置且与所述连接室气体连通的气压平衡孔，所述定位结构从所述盖体的底部延伸进入所述连接室，且与所述连接室之间形成密封，其中所述盖体具有一外侧表面，所述定位结构具有一相对于所述外侧表面的内侧表面，且两个所述气压平衡孔从所述外侧表面延伸至所述内侧表面；

其中，所述防尘盖还包括一连接结构，设置于所述定位结构的内侧，所述连接结构包括一圆筒部及结合于所述圆筒部上的一连接部，所述圆筒部与所述连接部为两个分开的部位，且所述连接部用于与一高速转轴固定在一起。

2.根据权利要求1所述的防尘式转子元件，其特征在于，所述盖体盖合于所述连接室上。

3.根据权利要求2所述的防尘式转子元件，其特征在于，两个所述气压平衡孔内各具有一柱状体，两个所述柱状体能被施加外力，以使所述防尘盖相对于所述转子座转动。

4.根据权利要求2所述的防尘式转子元件，其特征在于，所述防尘盖还包括一弹性密封环，其设置于所述定位结构上。

5.根据权利要求4所述的防尘式转子元件，其特征在于，所述定位结构具有一卡槽，且所述弹性密封环通过所述卡槽固定于所述定位结构上。

6.根据权利要求1所述的防尘式转子元件，其特征在于，所述盖体还具有两个相对设置的配重孔。

7.根据权利要求1所述的防尘式转子元件，其特征在于，所述定位结构具有一倒勾部，所述倒勾部与所述盖体之间存在一间隙，且具有一面向所述连接室的边界的导引面；其中，所述导引面为一斜面。

8.一种涡轮分子泵，其特征在于，所述涡轮分子泵包括：

一外壳，具有一空腔体；

一定子元件，设置于所述空腔体内，且包括多个呈间隔排列的定子叶片组；

一防尘式转子元件，设置于所述空腔体内，其中所述防尘式转子元件包括：

一转子座，具有外露的一连接室；

多个转子叶片组，连接于所述转子座，且与多个所述定子叶片组上下交替排列；以及

一防尘盖，用以密封所述连接室，其中所述防尘盖包括一盖体以及一定位结构，所述盖体具有两个相对设置且与所述连接室气体连通的气压平衡孔，所述定位结构从所述盖体的底部延伸进入所述连接室，且与所述连接室之间形成密封，其中所述盖体具有一外侧表面，所述定位结构具有一相对于所述外侧表面的内侧表面，且两个所述气压平衡孔从所述外侧表面延伸至所述内侧表面；以及

一高速转轴，用以驱动所述防尘式转子元件相对于所述定子元件转动；

其中，所述转子座的内部具有一隔板用以界定出所述连接室，且所述隔板上设有一连通所述连接室的连接通道；所述高速转轴包括一轴体以及一从所述轴体延伸形成的延伸部，且所述延伸部的位置对应所述连接通道；所述防尘盖还包括一连接结构，设置于所述定位结构的内侧，所述连接结构包括一圆筒部及结合于所述圆筒部上的一连接部，所述圆筒部与所述连接部为两个分开的部位，且所述连接结构的所述连接部与所述高速转轴的所述延伸部固定在一起。

9.根据权利要求8所述的涡轮分子泵，其特征在于，所述轴体具有一中央区域以及一环绕所述中央区域的周边区域，所述延伸部是从所述中央区域延伸进入所述连接通道。

10.根据权利要求8所述的涡轮分子泵，其特征在于，所述盖体盖合于所述连接室上。

11.根据权利要求10所述的涡轮分子泵，其特征在于，两个所述气压平衡孔内各具有一柱状体，两个所述柱状体能被施加外力，以使所述防尘盖相对于所述转子座转动。

12.根据权利要求10所述的涡轮分子泵，其特征在于，所述防尘盖还包括一弹性密封环，其设置于所述定位结构上。

13.根据权利要求12所述的涡轮分子泵，其特征在于，所述定位结构具有一卡槽，且所述弹性密封环通过所述卡槽固定于所述定位结构上。

14.根据权利要求8所述的涡轮分子泵，其特征在于，所述盖体还具有两个相对设置的配重孔。

15.根据权利要求8所述的涡轮分子泵，其特征在于，所述定位结构具有一倒勾部，所述倒勾部与所述盖体之间存在一间隙，且具有一面向所述连接室的边界的导引面；其中，所述导引面为一斜面。

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