CN1871436A - 旋转式干式真空泵 - Google Patents

Abstract

在旋转式干式真空泵中，在驱动部中使用了封闭式马达的情况下，反应生成气体混入封闭式马达内部、马达发生故障，因而有旋转式干式真空泵发生故障的问题。为了解决这个问题，提供一种旋转式干式真空泵，具有旋转转子，该旋转转子包括收纳在机壳内的单个或多个转子、对这些转子的旋转轴进行支承的轴承、形成在上述机壳上的流体的吸气口及排出口、和对上述单个或多个转子中的至少一个进行旋转驱动的马达；其具有如下结构：上述马达具备马达的机壳内部固定的定子铁芯，在上述机壳上固接在定子内径侧安装的隔壁来密封隔壁内，在隔壁内的旋转轴上旋转自如地固接有旋转件，设有用于使净化气体流入上述隔壁内的气体注入口。

Description

旋转式干式真空泵

技术领域

本发明涉及旋转式干式真空泵，具有反应生成气体难以流入半导体制造装置那样流过反应生成气体的装置所使用的、旋转式干式真空泵的动力部即封闭式马达内的构造。

背景技术

在半导体制造工序中，成为问题的是在反应腔内混入油等杂质而污染半导体。特别是来自用于排出反应腔内的气体的真空泵的油的混入成为问题。因此，一直以来采用旋转式干式真空泵。作为旋转式干式真空泵，有螺旋式、罗茨式、涡旋式等。但是，这样的旋转式干式真空泵具有用于使转子旋转的旋转轴，为了支承该旋转轴而使用轴承。在该轴承上通常附着有润滑油，为了防止该润滑油的油分子进入旋转式干式真空泵的排气室中，在排气室和轴承部之间配置有轴密封件。但是，在该轴密封件磨损的情况下，会有穿过轴密封件从旋转式干式真空泵的排气室漏到反应腔内的情况。这是因为，用于使转子旋转的马达处于大气中，马达侧和真空的排气室侧的压力差较大。因此，在轴密封件因磨损等而产生间隙的情况下，大气会漏入排气室内，也成为降低泵的性能的主要原因。所以，在具有旋转驱动部的旋转式干式真空泵中，采用能够使马达内也成为与排气室大体相同的压力的封闭式马达。封闭式马达的构造如下：具备在定子铁芯中生成旋转磁场的定子绕线，用框架、侧板、以及安装在定子内径侧的金属制薄壁圆筒隔壁(腔)来密封隔壁内，并且在由托架上固定的轴承支承的旋转轴上安装有转子并旋转自如(专利文献1)。

专利文献1：日本特开2003-189529号公报

但是，在流过反应生成气体的半导体制造装置用旋转式干式真空泵的驱动部中使用封闭式马达的情况下，收纳有转子的隔壁的内部在运转时成为真空。因而，在停止马达回到大气压时，反应生成气体从排气室混入到马达内部，在封闭式马达的隔壁内的结构部件上附着反应生成物，由此使马达发生故障的问题。此外，这时在轴承或轴密封件上也附着了反应生成物的情况下，也成为泵自身的故障的原因。

发明内容

为了解决这个问题，在本发明中，根据技术方案1，一种旋转式干式真空泵，具有旋转转子，该旋转转子包括收纳在机壳内的单个或多个转子、对这些转子的旋转轴进行支承的轴承、形成在上述机壳上的流体的吸气口及排出口、和对上述单个或多个转子中的至少一个进行旋转驱动的马达；其具有如下结构：上述马达具备定子铁芯，在上述机壳上固接在定子内径侧安装的隔壁来密封隔壁内，在隔壁内旋转自如地配置有旋转件，上述多个转子中的至少一个转子的旋转轴与旋转件的旋转轴固接来旋转驱动转子，设有用于使净化气体流入到上述隔壁内的气体注入口。如果净化气体的注入口形成在马达的上述凸缘上，则加工较为容易。此外，作为隔壁，能够将磁性体的金属作为材质。此外，该净化气体也可以流入旋转自如地支承转子的旋转轴的轴承中。

在技术方案2的发明中，上述马达的旋转轴和上述转子的旋转轴一体形成。作为组装例，在将该转子固定在构成机壳的凸缘上以后，用预定的机构在该转子的端部将马达的旋转件固定在旋转轴上，在该端部将构成隔壁的筒状部件固定在上述凸缘上，进而由构成隔壁的凸缘形成盖来密封隔壁内。另外，在需要密封的部分配置O环。

根据技术方案3，将上述马达配置在吸气口侧。此时，为了减少润滑油从配置在排气室和马达之间的轴承泄漏到马达内的量，也可以不使用润滑油而使用润滑脂。此外，通过采用将旋转式干式真空泵纵向配置、该轴承和马达来到上部的配置，进一步提高效果。此外，具有多个旋转轴的旋转式干式真空泵纵向配置，在下方的排出口侧配置用于取得同步的需要润滑的定时齿轮，在吸气侧配置马达，由此防止由润滑油造成的排气室的污染。

根据技术方案4，在向上述净化气体注入口输送净化气体用的管道中设有流量调整机构。作为流量调整机构，在净化气体流路中经由预定大小的净化气体流通孔对净化气体的流量进行节流的机构，根据需要有手动阀，并且在N2供给侧设置电磁阀。在泵停止时或者在其前后以及运转中气体流量变化、特别是增加，从而排气室内的压力变得比马达的隔壁内的压力高时，打开电磁阀，流过由阀调整后的流量作为净化气体，由此防止工艺气体(process gas)进入轴承部、马达部。

另外，如果决定了流量，则可以在管道内设置流过相同量的气体量的节流孔来取代阀而去掉调整阀。

此外，在调整气体的流入量的情况下，可以用打开电磁阀的时间来调整、或使用具有流量调整功能的电磁阀。

根据技术方案5的发明，设有用于测量上述隔壁内的压力的压力测量仪器或/以及用于测量上述排气室内的压力的压力测量仪器。也可以取得该2个压力值的差，用电磁阀调整流量，使得上述隔壁内的压力与上述排气室内的压力相同或比它大。此外，只通过一边的压力也能够调整净化气体的流入量、流量。作为压力测量器有薄膜半导体检测器等。此外，也可以测量由真空泵排气的半导体制造装置等的腔内的压力来调整净化气体的流入量、流量。也可以只通过腔内压力的变化来调整气体的流入量、流量，但是也可以根据上述隔壁内的压力来调整。

根据技术方案6的发明，设有用于测量马达的旋转件或转子的转速的测量机构。作为转速测量机构，通过在马达的旋转件上安装编码器、在特定的位置检测旋转件的永久磁铁的磁性等来检测转速。通过该转速来调整净化气体的流入量、流量。例如在转速减小的情况下，能够进行流过净化气体的控制、或通过转速的增减率来调整气体的流入量、流量。

根据技术方案7的发明，设有用于测量马达的消耗功率的机构。通过该消耗功率调整气体的流量。例如，由于运转中吸入气体量的增加而引起消耗动力变动的情况下，能够进行流过净化气体的控制、或在停止时根据消耗动力的变化量来调整净化气体的流入量、流量。

根据技术方案8的发明，在吸气口或排气口附近设有反应生成气体流量计。根据该反应生成气体的流量的变化来调整净化气体的流量。例如在反应生成气体的流量增加的情况下，进行增加净化气体的流量等的控制。此外，也可以根据在上述腔内流过的气体的流量来调整净化气体的流量。

发明效果

根据技术方案1的发明，一种旋转式干式真空泵，具有旋转转子，该旋转转子包括收纳在机壳内的单个或多个转子、对这些转子的旋转轴进行支承的轴承、在上述机壳上形成的流体的吸气口及排出口、和对上述单个或多个转子中的至少一个进行旋转驱动的马达；其具有如下结构：上述马达具备固定在马达的机壳内部的定子铁芯，在上述机壳上固接在定子内径侧安装的隔壁来密封隔壁内，在隔壁内的旋转轴上固接有旋转件并旋转自如；通过设置用于使净化气体流入上述隔壁内的注入口，能够流入净化气体而反应生成气体不从真空排气室流入隔壁内，以免发生如下的故障：在泵停止时真空排气室及隔壁内回到大气压之际，真空排气室内的反应生成气体从排气室泄漏到隔壁内，从而在转子等的马达构成部件上积存生成物、马达不工作。此外，通过对于轴承也同样地流过净化气体，对于轴承也能够防止反应生成物附着而发生故障。

根据技术方案2的发明，通过做成将上述马达的旋转轴和上述转子的旋转轴一体形成的结构，不需要2个旋转轴的接合部件，进而不需要2个旋转轴的轴配合。

根据技术方案3的发明，做成将上述马达配置在吸气口侧的结构，由此，通常为了防止排气室被油污染而需要润滑油的部分配置在排出口侧。由此，通过在很少使用润滑油的吸气口侧配置上述马达，能够将润滑油进入隔壁内的情况抑制在最小限度。

根据技术方案4的发明，在向上述净化气体注入口输送气体用的管道中设置了流量调整机构。通过做成这样的结构，能够流过在停止过程中工艺气体不进入隔壁内所需的最小量的净化气体，能够抑制浪费的N₂的使用、将附着在轴承部的润滑材料向排气室的扩散抑制在最小限度。

根据技术方案5的发明，设置了用于测量上述隔壁内的压力的压力测量仪器或/及用于测量上述排气室内的压力的压力测量仪器。通过做成这样的结构，能够用电磁阀等控制净化气体的流量，以便隔壁内的压力变得比排气室内的压力稍高。

根据技术方案6的发明，设置了用于测量上述马达的旋转件或转子的转速的测量机构，由此能够进行只流过所需的净化气体的控制，不会有气体的浪费或净化气体泄漏到排气室、使排气能力恶化的情况。

根据技术方案7的发明，设置了用于测量上述马达的消耗功率的机构，由此能够进行只流过所需的净化气体的控制，不会有气体的浪费或净化气体泄漏到排气室、使排气能力恶化的情况。

根据技术方案8的发明，通过在吸气口或排气口附近设置气体流量计，能够进行只流过所需的净化气体的控制，不会有气体的浪费或净化气体泄漏到排气室内、使排气能力恶化的情况。

附图说明

图1是本发明的螺旋式真空泵的轴向剖视图。

标号说明

200真空泵

202、204螺旋转子

210机壳

210b转子收纳室

231、233、234、236轴承

251、253定时齿轮

237、238、239、240轴密封件

241封闭式马达

261定子铁芯

263旋转轴部

265旋转件

267凸缘

269注入孔

271流通路

具体实施方式

图1表示螺旋式真空泵作为本发明的旋转式干式真空泵的实施例。

真空泵200具备2个螺旋转子202及204。

螺旋转子202及204收纳在机壳210的内部。详细地讲，螺旋转子202由轴承231及233可旋转地支承在机壳210中，螺旋转子204由轴承234及236可旋转地支承在机壳210中。此外，如图所示那样配置有定时齿轮251及253、马达241、以及密封件237、238、239和240。这里，密封件237及238隔离轴承231及233与转子收纳室210b，防止轴承231及233的润滑油泄漏到螺旋转子收纳室210b，并且防止异物从螺旋转子收纳室210b侵入轴承231及233中。同样，密封件239及240隔离轴承234及236与转子收纳室210b，防止轴承234及236的润滑油泄漏到螺旋转子收纳室210b中，并且防止异物从螺旋转子收纳室210b侵入轴承234及236中。另外，作为密封件237、238、239和240，有接触式密封件、磁性流体密封件及迷宫式密封圈那样的非接触密封等。

此外，随着螺旋转子204的旋转使螺旋转子202旋转的定时齿轮251及253分别以相互啮合的方式固定在螺旋转子202以及螺旋转子204的一端部。进而，在螺旋转子202的另一端部一体地连结有马达241。

此外，螺旋转子收纳室210b形成在机壳210的壁部，通过用于从机壳210的外部向机壳210的内部吸入压缩性流体的吸气口(未图示)与机壳210的外部连通，螺旋转子收纳室210b形成在机壳210的壁部，通过用于从机壳210的内部向机壳210的外部排出压缩性流体的排出口(未图示)与机壳210的外部连通。这里，吸气口与未图示的被真空容器连通，排出口与未图示的排气气体处理装置连通。

另外，机壳210由第一机壳部件211、第二机壳部件212、第三机壳部件213、第四机壳部件214、以及第五机壳部件215形成。这里，第一机壳部件211构成吸气侧凸缘并且兼作封闭式马达241的机壳。第二机壳部件212、第三机壳部件213、以及第四机壳部件214构成机壳主体，由第二机壳部件212、第三机壳部件213、以及第四机壳部件214构成真空排气室。在第二机壳部件212中固定有轴承231、234、以及轴密封件237、239。此外，在第四机壳部件214中固定有轴承233、236、以及轴密封件238、240。

接着，说明有关本实施例的真空泵200的驱动部即封闭式马达241的结构。封闭式马达241具备在定子铁芯261中生成旋转磁场的定子绕线。在定子内径侧，在与转子202构成一体的封闭式马达241的旋转轴部263上固接有旋转件265。在上述定子铁芯261和旋转件265之间隔有隔壁(腔)281，隔壁281密接固定在第二机壳部件212上。在该隔壁281上密接固定有封闭式马达241的凸缘267，旋转件265密闭于外界气体中。在该凸缘267上开设有注入孔269，该注入孔269用于在由用O环等(未图示)密闭的隔壁281、机壳第二部件212、以及凸缘267密封的封闭式马达241的内部流过净化气体(例如氮气或氩气)。在该注入孔269中安装有用于导引净化气体的流通路271，在该流通路271中安装有用于调整净化气体的流量的流量调整机构(例如手动阀、节流孔等)273、以及电磁阀275。

接着，说明有关本实施方式的真空泵200的作用。

首先，当封闭式马达241使螺旋转子202旋转时，定时齿轮253及251分别以相互啮合的方式固定在螺旋转子204及螺旋转子202的一端部，所以螺旋转子204随着螺旋转子202的旋转而旋转。通过螺旋转子202及螺旋转子204旋转，螺旋转子收纳室210b内的压缩性流体从吸气口侧传送到连通路210c侧，经由连通路210c排出。此外，当螺旋转子收纳室210b内的压缩性流体经由连通路210c向螺旋转子收纳室210b外排出时，新的压缩性流体经由吸气口从被真空容器吸入螺旋转子收纳室210b中。

此时，由机壳第一部件211、机壳第二部件212、以及凸缘267密封的封闭式马达241的内部成为真空。

因而，当停止真空泵时，排气室210c内的压力上升，排气室210c内的气体倒流到压力较低的、由机壳第一部件211、机壳第二部件212、以及凸缘267密封的封闭式马达241的内部。在该排气室内的气体为腐蚀性气体或反应生成气体的情况下，成为由于腐蚀旋转件265和旋转轴263、生成物附着而使封闭式马达故障的原因。因而，在流过腐蚀性气体或反应生成气体的情况下，流过净化气体，使得由机壳第一部件211、机壳第二部件212、以及凸缘267密封的封闭式马达241的内部的压力变得比排气室210c内的压力高。因而，当设封闭式马达内部的压力为P1、设离封闭式马达241最近的排气室210c内的压力为P2时，净化气体的流量设为泵停止后P1≥P2那样的流量即可。作为工作顺序，在泵停止时或者在其前后，打开电磁阀，将由阀(手动阀、或电磁阀、或者节流孔)调整后的流量L作为净化气体流过，由此防止工艺气体向轴承部、马达部的进入。如果预先测量P1成为大气压为止的时间T，则可以只在时间T的期间打开电磁阀流过流量L。

因而，能够流过所需的最小限度的净化气体，能够抑制浪费的净化气体的使用，能够将附着在轴承部的润滑材料向排气室的扩散限制在最小限度。

此外，还有如下方法：用压力计P1测量由机壳第一部件211、机壳第二部件212、以及凸缘267密封的封闭式马达241的内部的压力，用压力计P2测量排气室210c内的压力，由电磁阀控制流量以使该压力的差成为P1≥P2(用能够自由地控制流量的电磁阀来取代“阀+电磁阀”)。流量的控制可以不只在停止时，在运转中也稍稍持续流过净化气体以使P1≥P2，进而，即使在运转中，反应生成气体的流量变化的情况还有排气室内的压力变化的情况，所以控制净化气体的流量以使P1≥P2。

此外，排气室内的压力也能够取代使用该真空泵的半导体制造装置腔内的压力。

在本实施例中，通过2个压力的比较来控制净化气体的流量，但是也可以通过马达隔壁内的压力、排气室内的压力、或腔内的压力中的任1个压力来控制流量。

在本实施例中，通过测量压力来控制净化气体的流量，但是，也可以通过测量马达或转子的转速、消耗功率、反应生成气体的流量来控制。

此外，在本实施例中，只表示了对于马达的净化气体，如果在轴承上也流过该净化气体，则能够防止反应生成物附着在轴承上、旋转式干式真空泵不工作的问题。

一般，半导体制造装置害怕油的污染，但是如本实施例那样做成纵向配置的形式，吸气口朝上而吐气口朝下地配置，将始终需要润滑油的定时齿轮251及253的部分配置在下方，将不使用润滑油而害怕润滑油的污染的封闭式马达241配置在吸气侧。由此，能够尽量抑制吸气侧被油污染。此外，通过使用真空用润滑脂作为吸气侧的轴承的润滑材料，效果进一步提高。

另外，在本实施方式中，说明了容积传送型的螺旋式真空泵，但是，也可以将本发明应用在通过马达驱动爪(claw)式、罗茨式、涡旋式等的旋转轴的真空泵中。

此外，能够将多级式真空泵、例如2级螺旋式真空泵的各泵做成本发明的旋转式干式真空泵的构造。

压力、气体流量、消耗功率、转速被变换成数据电信号，发送给信号处理装置，根据前期数据电气信号通过前期信号处理机构来决定净化气体的流量，该决定量被变换为输出电信号而传递给流量调整机构，用电磁阀等调整净化气体的流量。

工业上可利用性

能够应用于半导体制造装置那样的具有用于流过极稀薄的反应生成气体并进行排气的旋转轴和驱动该旋转轴用的马达的真空泵中。

Claims (8)

1.一种旋转式干式真空泵，具有旋转转子，该旋转转子包括收纳在机壳内的单个或多个转子、对这些转子的旋转轴进行支承的轴承、形成在上述机壳上的流体的吸气口及排出口、和对上述单个或多个转子中的至少一个进行旋转驱动的马达；其特征在于，具有如下结构：上述马达具备定子铁芯，在上述机壳上固接在定子内径侧安装的隔壁来密封隔壁内，在隔壁内旋转自如地配置有旋转件，上述多个转子中的至少一个转子的旋转轴与旋转件的旋转轴固接来旋转驱动转子，设有用于使净化气体流入上述隔壁内的气体注入口。

2、如权利要求1所述的旋转式干式真空泵，其特征在于，上述马达的旋转轴和上述转子的旋转轴一体形成。

3、如权利要求1至2所述的旋转式干式真空泵，其特征在于，将上述马达配置在吸气口侧。

4、如权利要求1至3所述的旋转式干式真空泵，其特征在于，在向上述净化气体注入口输送净化气体用的管道中设有流量调整机构。

5、如权利要求1至4所述的旋转式干式真空泵，其特征在于，设有用于测量上述隔壁内的压力的压力测量仪器或/及用于测量上述排气室内的压力的压力测量仪器。

6、如权利要求1至4所述的旋转式干式真空泵，其特征在于，设有用于测量上述马达的旋转件或转子的转速的测量机构。

7、如权利要求1至4或6所述的旋转式干式真空泵，其特征在于，设有用于测量上述马达的消耗功率的机构。

8、如权利要求1至4所述的旋转式干式真空泵，其特征在于，在上述吸气口或排气口附近、或者真空腔内设有气体流量计。