CN1441168A

CN1441168A - 真空排气装置

Info

Publication number: CN1441168A
Application number: CN03106790A
Authority: CN
Inventors: 名知毅
Original assignee: Teijin Seiki Co Ltd
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2003-09-10
Also published as: TW200307089A; KR20030071585A; TWI277694B; EP1340916A3; US7052259B2; EP1340916A2; US20030161749A1

Abstract

在螺旋式真空泵中，该真空泵包括一个设有转子腔的外壳、可转动地安装在该转子腔中并相互啮合的一对螺旋转子、一个在外壳内壁和前述这对螺旋转子的槽之间所形成的气体传递腔、以及与传递腔相通的吸气口和排气口，气体从吸气口被吸入到传递腔中，并从排气口排出，通过将前述排气口设置在外壳侧面上，就可形成较大的排气口，并可延长排气时间，直到排气口被沉积物堵塞。

Description

真空排气装置

技术领域

本发明涉及一种无油螺旋式真空泵，该真空泵设有吸气口和用于排气的排气口。本发明的真空泵优选地用于排出在制造诸如半导体产品、电子产品等产品时所进行的表面处理过程中从处理腔抽出的、且包含会影响真空泵工作的气体成分的气体。

背景技术

在制造半导体产品过程中，采用化学气相沉积装置(CVD)，以便在所处理的目标物表面上形成诸如多硅膜、氮化硅膜、氧化硅膜等保护膜，并采用蚀刻装置，以便通过流过反应气体等来进行表面处理。

化学气相沉积装置(CVD)包括反应腔、用于加热该反应腔的加热器、设置在该反应腔下方的炉口法兰、与炉口法兰相连的炉气供应装置和与反应腔内的上部相连的排气系统。带有大量待处理目标物的石英盘布置在反应腔的预定位置上，且例如SiH₄、SiH₂Cl₂、NH₃等炉气在较小的压力下供应到反应腔中，并同时进行加热，从而在待处理的目标物上形成例如多Si膜、氮化硅膜等反应生成膜。

在上述化学气相沉积装置(CVD)和蚀刻装置中，用于制造半导体所需的气体供应给布置在真空腔内的晶片，从而对晶片进行处理。处理后真空腔内所有的气体都通过真空泵从真空腔中抽出，然后将其经过泵的出口排出到大气中或处理装置中。

在制造半导体过程中，使用无油干燥真空泵，以便油分子不会泄漏到处理腔中。通常，对于用于制造半导体的装置的真空泵，除了单独使用如螺旋泵、涡轮分子泵等干燥真空泵以外，还可使用包括组合在一起的多个泵的多级真空泵，以提高排气效率。如图3所示，螺旋式干燥真空泵具有平行地安装在外壳100内的两个轴101、102。两个转子103、104固定在轴101、102上，并具有相互啮合的螺旋槽。其中一个轴，也就是轴101由马达105驱动旋转，并通过设置在轴101端部的齿轮106将转动传递给另一个轴102。外壳100设有吸气口107和排气口108。对于上述的结构，通过沿相反方向同步转动螺旋转子103、104，螺旋转子103、104和外壳100之间所包围的气体通过轴向的转动而产生运动并被排出。

螺旋式真空泵的功能包括将气体从吸气口107吸入到转子中的吸入步骤、在转子内传递气体的传递步骤和将气体从排气口108排出的排出步骤。

在这些步骤中，在泵中形成固态物质是一个所面临的问题。泵排出的气体成分之间发生化学反应、气体成分在表面上发生反应、和/或催化作用就会沉积并形成固态物质。除了这些化学反应以外，压力升高或进行冷却引起结块状态发生变化也会形成固态物质。

另外，如图4所示，普通螺旋式干燥真空泵的排气口108设置在外壳的底部，以提高排气效率。因此，由于可转动地支承螺旋转子的轴承109布置在底部，因此使排气口的截面形状尺寸受到限制。

由于真空泵通常是竖直布置的，其恰好位于真空腔的下方，因此，将吸气口107设置在外壳100的顶部以提高导气率。

近些年来，由于晶片直径变大并旨在获取高质量的膜，因此，对于用于制造半导体的装置有使用大量气体的趋势。只有一部分进入用于制造半导体的装置的真空腔内的气体进行了反应，而大部分剩下的气体没有进行反应就被排出。所有剩余的反应生成气体都通过真空泵，且由于压力升高，从真空泵排出的反应生成气体易于在排气口凝结。特别是，在通过压缩气体来进行排出的真空泵例如螺旋式干燥真空泵中，反应生成气体的压力在排出之前的压缩过程中升高，排气口附近的凝结状态发生变化而产生固态物质。通常，螺旋式干燥真空泵的排气口大致设置在包含螺杆的外壳排气侧的底面上，气体从底面排出。但是，在气体从底面排出的情况下，由于设置了包括用于支承螺旋转子的轴承和用于防止润滑油泄漏到排气腔的密封机构的结构，因此，不可能将排气口的截面面积做得很大。因此，在上述固态物质粘结到排气口并沉积在此时，固态物质就会在短时间内堵塞排气口，并可能减少真空泵的工作时间。

另外，对于普通排气口，必须将排气口与充满润滑油的润滑腔彻底隔离开，且必须设置排气通道以便将废气排入到真空泵外部。为此，在反应生成气体流经该通道时，所产生的结块就会粘结到排气通道的内表面，并减小排气口的截面面积，从而导致排气能力降低。由于具有小截面面积的排气通道穿过包括轴承和用于防止润滑油泄漏到排气腔的密封机构等结构在内的复杂结构，因此，不可避免地延长了清除这些粘结沉积物所需的维护时间。

而且，这种结块粘结现象也出现在吸气口附近的外壳部分上。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而提出的，本发明的一个目的是提供一种螺旋式真空泵，该真空泵可消除由于反应生成气体固化而形成的反应生成物沉积并堵塞排气通道从而使工作时间受到限制的缺憾，并延长了维护了周期。

根据本发明，在螺旋式真空泵中，该真空泵包括一个设有转子腔的外壳、可转动地安装在该转子腔中并相互啮合的一对螺旋转子、在外壳内壁和前述这对螺旋转子的槽之间所形成的气体传递腔、以及与传递腔相通的吸气口和排气口，气体从吸气口被吸入到传递腔中，并从排气口排出，前述排气口设置在外壳侧面上。

通过这种结构，可克服现有技术中由于排气口设置在外壳排气侧的底部，且由于设有用于支承螺旋转子的轴承、用于防止润滑油泄漏到排气腔的密封机构等而使排气口面积受到限制的缺陷，并可制出比普通排气口的面积更大的排气口。因此，就可延长直到物质沉积并将排气口堵塞到使真空泵性能下降的程度所需的时间。因此，就延长了用于清除沉积在排气口的沉积物的维护周期。换句话说，就可延长真空泵连续工作的时间。而且，不必设置用于将气体排出到泵外部的排气通道，因此，可消除排气口附近排气通道中的物质沉积。

本发明的特征在于：设置在外壳侧面的前述排气口成形为其孔口面积小于外壳内壁和前述螺旋转子的槽之间所形成的传递腔的面积。通过这种结构，外壳侧面排气口的面积可做得大一些，从而不会降低真空泵的性能。

本发明的特征在于：排气口设置在螺旋转子排气侧的最末端部。通过这种结构，在维护时可方便地将沉积在排气口的物质清除掉，而且还可方便地将外壳底部的沉积物清除掉。

本发明的特征还在于：在前述传递腔的下端面到达转子排气侧的下端面之后，前述排气腔中的一部分与排气口相连。通过这种结构，外壳侧面排气口的孔口面积可做得大一些，从而不会降低真空泵的性能。

根据本发明，在螺旋式真空泵中，该真空泵包括一个设有转子腔的外壳、可转动地安装在该转子腔中并相互啮合的一对螺旋转子、一个在外壳内壁和前述这对螺旋转子的槽之间所形成的气体传递腔、以及与传递腔相通的吸气口和排气口，气体从吸气口被吸入到传递腔中，并从排气口排出，前述吸气口设置在外壳侧面上。该侧面沿垂直于螺旋转子轴线的方向与螺旋转子相面对。通过这种结构，便于进行维护。另外，可避免在真空腔生成的反应生成物结块掉入到排气腔中，并且不增加真空泵的轴向长度且不降低导气率。

本发明的特征在于：吸气口的孔口面积等于或小于(最好是大致等于)传递腔的面积。因此，由于在增大吸气口面积时可降低气体的流动速度，因此可避免掉落在吸气口附近的反应生成物结块在高速气流的作用下进入到排气腔中。

本发明的特征在于：吸气口至少部分地设置在螺旋转子吸气侧端部所处的位置上。因此，吸气口可设置在由外壳和螺旋转子所确定的排气腔以外的外壳侧面上(也就是，吸气部分可设置在不形成排气腔的外壳端部位置处)。这种结构可使吸气口做得大一些，以避免反应生成物堵塞吸气口。

本发明的特征在于：吸气口的形状是这样的，以便在螺旋转子吸气侧端部表面的齿封闭传递腔时刻之前可使传递腔和吸气口之间的连通中断。通过这种结构，就可最有效地防止排气侧的气体利用螺旋转子的螺旋转动而产生回流。

本发明的特征在于：吸气口上固定有收集装置。即使在沉积物结块沿气流被吸入的情况下，收集装置也可防止沉积物进入到螺旋转子的啮合部分中。收集装置可以是一个覆盖吸气口的捕集器，也可以是设置在管中或吸气口附近部分的槽。在收集装置是可拆卸的情况下，因此，在不拆卸泵的情况下，就可方便地将收集在其中的沉积物清除掉。

本发明的特征在于：吸气口和排气口设置在外壳的两个相对的表面上。通过这种结构，吸气口和排气口沿垂直于螺旋转子轴线的方向彼此相对布置，从而可避免增大竖直布置的真空泵的轴向长度。

本发明涉及日本专利申请2002-55097(2003.2.28申请)和2002-196590(2003.7.4申请)所包含的内容，上述每份申请都在此全部引入。

附图说明

图1是本发明第一实施例的真空排气装置的主要部件的局部正剖图。

图2是本发明第一实施例的真空排气装置的主要部件的侧剖图。

图3是现有技术的真空排气装置的主要部件的局部正剖图。

图4是现有技术的真空排气装置的主要部件的侧剖图。

图5是本发明第二实施例的真空排气装置的主要部件的局部正剖图。

图6是本发明第二实施例的真空排气装置的主要部件的侧剖图。

图7是本发明第三实施例的真空排气装置的主要部件的局部正剖图。

图8是本发明第三实施例的真空排气装置的主要部件的局部后剖图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的优选实施例进行描述。图1和2示出了本发明第一实施例的螺旋式干燥真空泵。

图1和2分别是该实施例真空泵主要部件的局部正剖图和侧剖图，其简要示出了真空泵的内部结构。真空泵包括外壳11，外壳11设有吸气口11a和排气口11b；阴螺旋转子和阳螺旋转子21、22，阴和阳螺旋转子21、22平行布置在外壳11中，两者以留有预定间隙(微小间隙)的非接触啮合方式相互啮合；设置在外壳11和螺旋转子21、22之间的轴承23a、23b；用于密封轴向孔隙的密封件24a、24b；整体地固定在螺旋转子21、22上以便沿相反的方向使转子21、22同步旋转的同步齿轮25；和驱动装置27，驱动装置27例如马达与转子22的一端相连。

阴螺旋转子21和阳螺旋转子22的外径和轴向长度与外壳11的内壁面留有预定的间隙，例如：50微米。外壳11和螺旋转子21、22之间设有多条螺旋形状的工作腔31，其由螺旋转子21、22的啮合部分相互分隔开，并随着螺旋转子21、22的转动而沿转动轴的轴向传递。

随着螺旋转子21、22的转动，这些工作腔31位于图1左端侧的传递部分(transfer section)处的容积增大，并在容积增大的同时与图2所示的外壳吸气口11a相通。在气体被吸入后，工作腔31传递到图的右侧，并在图1右端侧的传递部分处容积减小。然后，在气体被压缩之后工作腔容积低于预定容积的部分处，图1中右端侧的工作腔与排气口11b相通，从而将气体排出。

如图所示，通过在外壳侧面设置排气口11b，与将排气口设置在外壳底面的情况相比，排气口的面积增大了。因此，就可显著地延长直到由反应所产生的气体形成的沉积物将排气口堵塞所需的时间。而且，在排气口设置在底面的情况下，当气体被排到真空泵外部时，必须设置排气通道以便将气体与充满油和装有轴承或类似装置的腔体完全分离开。因此，堆积沉积物的通道延长，堵塞排气口和排气通道的可能性就增大。但是，在排气口设置在外壳侧面的情况下，外部排气通道就可直接与排气口相连，而且就不会担心沉积物会堆积在外壳内的排气通道中。另外，由于排气口露出于泵的外壳，因此，在维护时可很容易地将沉积物除去，而且还可缩短维护时间。

根据本发明的前述实施例，可获得如下的优点：(1)与排气口设置在底面的现有技术相比，可提供一个较大的排气口。因此，即使反应所产生的气体流入螺旋式干燥真空泵的排气口中且沉积物堆积于此，也可将沉积物堵塞排气口所需的时间延长。因此，延长了维护周期，从而可进行连续工作。(2)而且，在维护时，由于气体可直接从侧面排出，因此，与排气口设置在底面的现有技术相比，即使发生沉积物堆积，也可很容易地将沉积物除去，而且显著地缩短了维护的时间。

本发明第一实施例中所描述的有关排气口的新结构也可用于吸气口。图5和6示出了本发明第二实施例的螺旋式干燥真空泵，其中，将第一实施例中所描述的有关排气口的新结构不仅用于排气口中而且还用于了吸气口中。

吸气口111a设置在外壳11的侧面。该侧面在垂直于螺旋转子21、22轴线的方向与螺旋转子21、22相互面对。也就是，如图6所示，吸气口111a设置在面向螺旋转子21、22的螺杆的外壳11侧面最上部。即使沉积在吸气管内壁的反应生成物积块脱落下来掉入吸气口111a，也可避免反应生成物积块直接掉入排气腔。反应生成物积块进入排气腔就可能引起真空泵堵塞和停止工作。传递腔101c由外壳11的内壁和螺旋转子21、22的啮合齿构成。吸气口111a的开口面积(和排气口11b的开口面积)等于或小于，最好是大致等于传递腔101c的面积。传递腔101c的面积是与螺旋转子21、22转动一圈所传递的量相对应的一个隔室的面积，且该面积是沿垂直于螺旋转子21、22轴线的方向看上去时所述一个隔室的投影面积。吸气口111a(排气口11b)至少部分地位于螺旋转子21、22的吸气侧端部(排气侧端部)所处的位置处。也就是，吸气口111a(排气口11b)位于外壳11和螺旋转子21、22所确定的排气腔以外的外壳11的侧面(相反侧面)上。吸气口111a的形状是这样的，以便在螺旋转子21、22吸气侧端部表面的齿封闭传递腔101c的时间点之前，可使传递腔101c与吸气口111a之间的连通中断。在吸气口111a的入口处设有网状的捕集器120，以防止即使在反应生成物积块掉入管121的情况下反应生成物积块随着管121中排气的流动而进入排气腔。在与吸气口111a相连的管121上设有储存腔或储存槽形式的另外的收集装置301，以便将反应生成物储存在其中，从而防止反应生成物进入到排气腔中。收集装置301通过O形圈可拆卸地固定到管121上，以便于维护，并且可方便地将收集装置301中所聚集的物品除去。

吸气口111a和排气口11b相对于通过螺旋转子21、22轴线的平面对称布置。

另外，标号127表示驱动装置，例如马达，其转动轴120与螺旋转子21相连。

图7和8示出了本发明第三实施例的螺旋式干燥真空泵，其只有吸气口和排气口的形状与第二实施例不同。在第三实施例中，如图7所示，当左传递腔101cL移动到排气口111b时，左上部111bL沿左传递腔101cL的形状延伸，当右传递腔101cR移动到排气口111b时，右上部111bR沿恰好位于左传递腔101cL下方的右传递腔101cR的形状延伸。通过这种结构，使排气口111b与左传递腔101cL和右传递腔101cR同时相通。

另外，如图8所示，当左传递腔101cL移动到吸气口211a时，左下部211aL沿左传递腔101cL的形状延伸，当右传递腔101cR移动到吸气口211a时，右下部211aR沿恰好位于左传递腔101cL下方的右传递腔101cR的形状延伸。通过这种结构，使吸气口211a与左传递腔101cL和右传递腔101cR同时中断连通。

Claims

1、一种真空泵，其包括：

一个外壳，该外壳具有第一侧面、与第一侧面相对的第二侧面以及介于第一和第二侧面之间的转子腔；

一对螺旋转子，它们相互啮合并且可转动地安装在所述转子腔中，从而在所述外壳的内壁和所述这对螺旋转子的槽之间形成气体传递腔；

吸气口和排气口，它们与所述传递腔相通；

其中，所述吸气口设置在所述第一侧面上。

2、一种真空泵，其包括：

吸气口和排气口，它们与所述传递腔相通；

其中，所述排气口设置在所述第二侧面上。

3、根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，沿垂直于螺旋转子轴线的方向看上去时，所述吸气口和所述排气口中的至少一个具有大致多边形的形状。

4、根据权利要求3所述的真空泵，其特征在于，沿垂直于螺旋转子轴线的方向看上去时，所述吸气口和所述排气口中的至少一个具有大致五边形的形状。

5、根据权利要求3所述的真空泵，其特征在于，沿垂直于螺旋转子轴线的方向看上去时，所述吸气口和所述排气口中的至少一个具有预定的形状，且所述预定的形状包括大致平行于一个所述螺旋转子的所述槽的延伸方向延伸的第一倾斜部分、和大致平行于另一个所述螺旋转子的所述槽的延伸方向延伸的第二倾斜部分。

6、根据权利要求5所述的真空泵，其特征在于，所述第一倾斜部分沿与包含所述螺旋转子的轴线的平面平行的方向偏离所述第二倾斜部分。

7、根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，沿垂直于所述螺旋转子轴线的方向看上去时，所述吸气口和所述排气口中的至少一个的沿轴向方向的长度大于每个螺旋转子的一个螺距的一半。

8、根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，沿垂直于所述螺旋转子轴线的方向看上去时，所述螺旋转子的部分啮合部分通过排气口暴露于真空泵的外部。

9、根据权利要求8所述的真空泵，其特征在于，所述螺旋转子的啮合部分的最下端通过排气口暴露于真空泵的外部。

10、根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，沿垂直于所述螺旋转子轴线的方向看上去时，所述螺旋转子的部分啮合部分通过吸气口暴露于真空泵的外部。

11、根据权利要求10所述的真空泵，其特征在于，所述螺旋转子的啮合部分的最上端通过吸气口暴露于真空泵的外部。

12、根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，还包括设置在吸气口上或设置在吸气口附近的收集装置。

13、根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述吸气口和所述排气口分别设置在所述第一和第二侧面上。

14、根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于，所述吸气口和所述排气口中的至少一个的宽度大于所述螺旋转子轴线之间的距离。

15、根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，沿垂直于所述螺旋转子轴线的方向看上去时，所述吸气口在轴向的最大长度基本上等于每个螺旋转子的一个螺距。

16、根据权利要求2所述的真空泵，其特征在于，沿垂直于所述螺旋转子轴线的方向看上去时，所述排气口在轴向的最大长度基本上等于每个螺旋转子的一个螺距。