JP2003148380A

JP2003148380A - ターボ分子ポンプ

Info

Publication number: JP2003148380A
Application number: JP2001350750A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Okamura; 知明岡村; Atsushi Too; 篤史東尾
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2003-05-21
Anticipated expiration: 2021-11-15
Also published as: JP3901995B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ロータ側に異常が生じても、真空排気対象の
装置系の破損を防止することができるターボ分子ポンプ
を提供すること。【解決手段】ケーシング２１内に、動翼２５と静翼２
３とを備えた軸流段部２０ａと、ロータ２４に螺旋状の
ねじ溝が形成されたねじ溝段部２０ｂとを備えたターボ
分子ポンプにおいて、前記ケーシング２１は、少なくと
も軸方向において上端部に位置する上部ケーシング２１
ａと、下端部に位置するベース２１ｃと、前記上部ケー
シング２１ａとベース２１ｃとの間に位置する下部ケー
シング２１ｂとに分割された構造であることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空排気に用いら
れるターボ分子ポンプの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体プロセスは、光学的処理や化学的
処理等からなる様々な工程により実現される。光学的処
理の代表例としては、ウェハ面への回路パターン焼き付
けを行う露光処理が挙げられ、化学的処理では例えば、
ウェハ面において薄膜を作製する等の表面処理、エッチ
ング処理、洗浄処理等が挙げられる。また、これらの処
理を実現するためには、光学的処理においては露光装
置、化学的処理においては様々な化学薬品やこれを安全
に取り扱うための各種機器が用いられる。これら様々な
工程又は各種装置及び機器においては、半導体の更なる
高集積化等への要求が高まりつつある中で、それぞれが
技術的に高度な水準を要求されており、また更なる発展
をも図るべく関係各所にて鋭意研究、開発が進行するこ
ととなっている。

【０００３】その中で特に具体的技術を挙げると、化学
的処理である表面処理工程に注目すれば、上述した薄膜
製造技術として、半導体プロセスにおいては必須となっ
た技術としてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）技
術がある。このＣＶＤとは、ウェハ等の基板上に対して
原料ガスを供給し、当該基板上でのガスの吸着及び化学
反応を経て、その基板上に所望の薄膜を形成する技術で
ある。この技術は、ゲートの薄膜化、配線間容量低減等
の半導体高集積化を実現するためには欠くことのできな
いものとなっている。

【０００４】上記ＣＶＤの中でも減圧ＣＶＤ及びプラズ
マＣＶＤ等は真空雰囲気で行われ、真空排気系が必要と
なる。

【０００５】上記真空排気系としては、一般に大気圧か
らの低真空領域をカバーするロータリポンプと高真空で
高い排気速度を持つデフュージョンポンプやターボ分子
ポンプ等の高真空ポンプを組み合わせたものが利用され
る。ターボ分子ポンプとは、周知のように高速で回転す
る（約20000〜90000rpm）ロータにより気体分子を圧縮
しつつ排気するような構成を備えたものである。ここで
ロータとしては、これが上述したように非常に高速で回
転する部材であるため、軽量かつ応力強度の高いアルミ
ニウム合金をその材質として選択されるのが一般的であ
る。

【０００６】次に、上記ターボ分子ポンプについて詳細
に説明する。図４に示すように、ターボ分子ポンプＰ
は、上半部１ａ及び下半部１ｂとからなるケーシング１
内部に各種部品が備えられた構成となっている。このケ
ーシング１においては、その上半部１ａに吸気口１ｃ、
下半部１ｂに排気口１ｄが、それぞれ形成されている。
ケーシング１内部においては、上部に軸流段部Ｐ_A、下
部にねじ溝段部Ｐ_Bが設けられている。軸流段部Ｐ_Aは主
として後述する多段に設けられた動翼５および静翼３と
により構成され、ねじ溝段部Ｐ_Bにおいては動翼５に螺
旋状のねじ溝１３が形成されている。

【０００７】より具体的に説明すると、ロータ室２に
は、ロータ４が配設されている。ロータ４は、鉛直に立
設されたロータシャフト４ａと、当該ロータシャフト４
ａ周囲に放射状に配置された動翼５とを備えた構成とな
っている。また、ケーシング上半部１ａには静翼３が固
定されている。ロータ４には、動翼５の下方にねじ溝１
３が形成されたねじ溝ロータ部１４が形成されている。
ねじ溝ロータ部１４にはケーシング上半部１ａと対向す
る面にねじ溝１３が形成されており、ねじ溝１３の山部
とケーシング上半部１ａとの間にわずかな隙間が形成さ
れている。

【０００８】前記ロータシャフト４ａの下端部には、ス
ラスト磁気ディスク６が備えられている。このスラスト
磁気ディスク６の上下面には、これに対向した形でスラ
スト磁気軸受け８が設けられている。また、ロータシャ
フト４ａとケーシング下半部１ｂとの対向面における上
方及び下方には、それぞれラジアル磁気軸受け７ａ、７
ｂが設けられている。さらに、ロータシャフト４ａ上端
部にラジアル用上部保護軸受けとして設けられたボール
ベアリング９、同下端部にはラジアル及びスラスト用下
部保護軸受けとして設けられたボールベアリング１０が
設けられている。そして、ケーシング下半部１ｂには、
ロータ駆動用モータ１１が設けられている。真空排気の
際にはモータ１１を駆動してロータ４を回転させる。ロ
ータ４の回転により動翼５と静翼３との間で第１の圧縮
が行われたあと、ねじ溝段部Ｐ_Bのねじ溝１３によって
第２の圧縮が行われ、排気口１ｄ方向へ流れて真空排気
される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ロータは非
常に高速で回転している。したがって、万一ロータが破
損し、ケーシングに衝突すると、ケーシングがロータと
ともに回転して、真空排気対象の装置系、例えば半導体
製造装置などにも破損を及ぼしてしまうおそれがある。
この装置系は非常に高価な場合が多いため、万一の破損
によって生ずる経済的損失は甚大なものとなる。そこ
で、このような真空排気対象の装置系を破損から保護す
るための構成として、ケーシングを二重にすることで回
転エネルギーを減少させる技術も提供されている。しか
し、内側のケーシングが外側のケーシングまたはベース
に衝突する場合もあり、外側ケーシングまたはベースが
ロータとともに回転してしまい、なおも他の装置系の破
損を引き起こすおそれがあった。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みて成されたもので
あり、ロータ側に異常が生じても、真空排気対象の装置
系の破損を防止することができるターボ分子ポンプを提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ケーシング内に、動翼と静翼とを備えた軸流段部
と、ロータまたはステータに螺旋状のねじ溝が形成され
たねじ溝段部とを備えたターボ分子ポンプにおいて、前
記ケーシングは、少なくとも軸方向において上端部に位
置する上部ケーシングと、下端部に位置するベースと、
前記上部ケーシングとベースとの間に位置する下部ケー
シングとに分割された構造であり、前記ケーシングに収
容された内部構造物と、前記ケーシングとの間にはロー
タ径方向に隙間が形成され、前記下部ケーシングと前記
内部構造物との間の隙間が前記上部ケーシングおよびベ
ースと前記内部構造物との間の隙間より狭く形成されて
いることを特徴とする。

【００１２】この発明においては、ケーシングが分割構
造とされ、真空排気対象である装置系に接続される上部
ケーシングまたは装置に固定されるベースとは別に、こ
れらの間に下部ケーシングが設けられているため、下部
ケーシングに衝突を吸収させる構成を採用することが可
能となる。そして、ロータを含む内部構造物が破損して
ケーシングに衝突する事故が発生した場合、内部構造物
は最も近接している下部ケーシングに衝突する。したが
って下部ケーシングにロータの回転エネルギーが最初に
伝達される。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のターボ分子ポンプにおいて、前記上部ケーシングと前
記下部ケーシングとが、ロータ軸方向に螺合されるボル
トにより締結される構成であって、前記上部ケーシング
と下部ケーシングとの少なくともいずれか一方には、前
記ボルトが挿入されるボルト孔として、ロータ周方向に
長い長孔が設けられていることを特徴とする。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載のターボ分子ポンプにおいて、前記ベースと前
記下部ケーシングとが、ロータ軸方向に螺合されるボル
トにより締結される構成であって、前記ベースと下部ケ
ーシングとの少なくともいずれか一方には、前記ボルト
が挿入されるボルト孔として、ロータ周方向に長い長孔
が設けられていることを特徴とする。

【００１５】これら請求項２および３に記載の発明によ
れば、ロータの異常等によって下部ケーシングにロータ
の回転エネルギーが作用した場合、ボルトが直ちに剪断
されず、変形することによって回転エネルギーが吸収さ
れる。

【００１６】請求項４に記載の発明は、請求項１から３
いずれかに記載のターボ分子ポンプにおいて、前記上部
ケーシングと前記静翼との間にプロテクタが設けられ、
該プロテクタは、前記ケーシングに対して径方向および
軸方向に隙間が形成され、回転拘束されていないことを
特徴とする。

【００１７】この発明においては、動翼が破損した場
合、動翼は静翼とともにプロテクタに衝突し、プロテク
タは動翼および静翼とともに回転する。このためロータ
の回転エネルギーはケーシングに伝達されない。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形
態について示した図である。ターボ分子ポンプ２０は、
上部ケーシング２１ａ、下部ケーシング２１ｂおよびベ
ース２１ｃとにより構成されたケーシング２１内部に各
種部品が備えられた構成となっている。このケーシング
２１においては、その上部ケーシング２１ａに吸気口２
１ｄ、ベースに排気口２１ｅが、それぞれ形成されてい
る。上部ケーシング２１ａと下部ケーシング２１ｂ、お
よび下部ケーシング２１ｂとベース２１ｃとは、ボルト
により締結されている構造となっている。上部ケーシン
グ２１ａ、下部ケーシング２１ｂ、およびベース２１ｃ
には軸方向にボルト４０、４１が螺合されるボルト孔４
２，４３が設けられている。これらボルト孔４２，４３
は、図２に示すようにロータの周方向に長い長孔となっ
ている。

【００１９】ケーシング２１内部においては、上部に軸
流段部２０ａ、下部にねじ溝段部２０ｂとが設けられて
いる。軸流段部２０ａは主として後述する多段に設けら
れた動翼２５および静翼２３とにより構成され、ねじ溝
段部２０ｂにおいてはロータ２４に螺旋状のねじ溝３３
が形成されている。より具体的に説明すると、ロータ室
２２には、ロータ２４が配設されている。ロータ２４
は、鉛直に立設されたロータシャフト２４ａと、該ロー
タシャフト２４ａ上部の周囲に放射状に配置された動翼
２５とを備えた構成となっている。また、動翼２５の間
には、固定側に設けられた静翼２３が固定されている。
静翼２３および動翼２５と上部ケーシング２１ａとの間
には、円筒形状のプロテクタ４５が設けられている。こ
のプロテクタ４５は、上部ケーシング２１ａに対してロ
ータ径方向に所定の隙間５０ａを隔ててあり、その下端
は下部ケーシング２１ｂに形成されている階段状のガイ
ド４６に嵌着されている。プロテクタ４５は単にガイド
４６に嵌着されているだけであるから、回転拘束はなさ
れていない。上端には上部ケーシング２１ａに対して軸
方向の隙間５０ｄが形成され、上部ケーシング２１ａと
離間している。

【００２０】ロータ２４の下部には、動翼２５の下方に
ねじ溝３３が形成されたねじ溝ロータ３５が形成されて
いる。ねじ溝ロータ３５の外側には、内側ケーシング４
８が設けられている。この内側ケーシング４８は、下部
ケーシング２１ｂと径方向に所定の隙間５０ｂ、ベース
２１ｃと径方向に所定の隙間５０ｃを隔てて設けられて
いる。その上部は固定されておらず、上端面と下部ケー
シング２１ｂとの間にわずかな隙間４８ａが形成されＯ
リングなどでシールされている。下部はベース２１ｃに
設けられた溝５１に嵌着しているとともに、ボルト４９
によってボルト止めされている。ここで、上記上部ケー
シング２１ａ、下部ケーシング２１ｂおよびベース２１
ｃと、内部構造物（すなわちプロテクタ４５および内側
ケーシング４８と、これらよりも内部のロータ２４）と
の間には、径方向に隙間５０ａ、５０ｂ、５０ｃが形成
されているが、その隙間幅は、内側ケーシング４８と下
部ケーシング２１ｂとの間の隙間５０ｂが、プロテクタ
４５と上部ケーシング２１ａおよび内側ケーシング４８
とベース２１ｃとの間の隙間５０ａ、５０ｃよりも狭く
なっている。

【００２１】前記ロータシャフト２４ａの下端部には、
スラスト磁気ディスク２６が備えられている。このスラ
スト磁気ディスク２６の上下面には、これに対向した形
でスラスト磁気軸受け２８が設けられている。また、ロ
ータシャフト２４ａと下部ケーシング２１ｂとの対向面
における上方及び下方には、それぞれラジアル磁気軸受
け２７ａ、２７ｂが設けられている。さらに、ロータシ
ャフト２４ａ上端部にラジアル用上部保護軸受けとして
設けられたボールベアリング２９、同下端ネック部には
ラジアル及びスラスト用下部保護軸受けとして設けられ
たボールベアリング３０が設けられている。そして、下
部ケーシング２１ｂには、ロータ駆動用モータ３１が設
けられている。

【００２２】以上のように構成されたターボ分子ポンプ
においては、真空排気の際にはモータ３１を駆動してロ
ータ２４を回転させる。ロータ２４の回転により動翼２
５と静翼２３との間で第１の圧縮が行われたあと、ねじ
溝段部２０ｂのねじ溝３３で第２の圧縮が行われる。こ
のとき、圧縮されるガスはねじ溝ロータ３５と内側ケー
シング４８との間を下方に流れることにより真空排気さ
れる。

【００２３】ロータ２４に何らかの異常が発生し、破壊
した場合、まず、ねじ溝段部２０ｂにおいて、ねじ溝ロ
ータ３５が内側ケーシング４８に衝突する。内側ケーシ
ング４８は高速回転しているロータ２４の回転力によっ
て下部の嵌着状態とボルト４９による固定が破壊され
る。次いで内側ケーシング４８は隙間５０ｂの分だけ半
径方向に変形することでエネルギーを吸収しながら下部
ケーシング２１ｂに衝突し、下部ケーシング２１ｂが半
径方向に変形することでさらにエネルギーを吸収する。
下部ケーシング２１ｂはロータ２４および内側ケーシン
グ４８とともに回転する。その際、図３に示すように、
下部ケーシング２１ｂと、上部ケーシング２１ａまたは
ベース２１ｃとがずれる際にボルト孔４２，４３内でボ
ルト４０，４１が曲がることにより、ロータ２４の回転
エネルギーを吸収する。これにより、上部ケーシング２
１ａ（またはベース２１ｃ）に接続されている真空排気
対象の装置系にはロータ２４のエネルギーを伝達せずに
破損を防止することができる。長孔でない場合にはボル
ト４０，４１が瞬時にせん断され、衝撃をあまり吸収す
ることができない。

【００２４】また、軸流段部２０ａにおいては、動翼２
５が破損して静翼２３とともにプロテクタ４５に衝突す
るが、プロテクタ４５は回転が拘束されていないため、
衝突後はロータ２４の回転エネルギーを受けてプロテク
タ４５も回転する。プロテクタ４５は径方向において上
部ケーシング２１ａとの間に隙間５０ａが形成され、ま
た、上部は上部ケーシング２１ａと隙間５０ｄの分だけ
離間しているから、ロータ２４の回転エネルギーが上部
ケーシング２１ａに伝達されることなく、これによって
も真空対象の装置系の破損を防止することができる。

【００２５】以上のように、本実施形態のターボ分子ポ
ンプにおいては、以下の効果を得ることができる。内側
ケーシング４８と下部ケーシング２１ｂとの間の隙間５
０ｂは、内側ケーシング４８とベース２１ｃとの隙間お
よびプロテクタ４５と上部ケーシング２１ａとの隙間５
０ｃ、５０ａより狭く構成されているため、ロータ２４
が破損した場合、ロータ２４によって内側ケーシング４
８が下部ケーシング２１ｂに衝突し、下部ケーシング２
１ｂにおいてエネルギーが吸収される。これにより、真
空排気対象の装置系の破損を防止することができる。こ
のとき、下部ケーシング２１ｂは上部ケーシング２１ａ
およびベース２１ｃに対して長孔のボルト孔４２，４３
に挿入されたボルト４０，４１で締結されているため、
ボルト４０，４１が瞬時に剪断されず曲がることでエネ
ルギーを吸収することができる。軸流段部２０ａにおい
ては、プロテクタ４５が回転することで、ロータ２４の
回転エネルギーが上部ケーシング２１ａに伝達されるこ
とが防止される。

【００２６】なお、本ターボ分子ポンプを真空排気する
装置系に接続する場合、ターボ分子ポンプの上部を装置
系に固定する上部固定と、ターボ分子ポンプの下部を固
定する下部固定とがある。上部固定の場合には、最低限
上部ケーシング２１ａの回転を防止すればよく、ボルト
孔４３が長孔でなくてもよい。また、下部固定の場合に
はボルト孔４２が長孔でなくてもよい。また、上記にお
いてはケーシング２１が、上部ケーシング２１ａ、下部
ケーシング２１ｂ、ベース２１ｃと３分割された例を示
したが、さらに４以上に分割されたケーシングであって
もよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本実施形態のター
ボ分子ポンプにおいては、以下の効果を得ることができ
る。請求項１に記載の発明によれば、真空排気対象であ
る装置系に接続される上部ケーシングまたはベースとは
別に、これらの間に下部ケーシングが設けられていて、
この下部ケーシングが内容構造物に最も近接している。
このため、ロータを含む内部構造物が破損してケーシン
グに衝突する事故が発生した場合、内部構造物は最も近
接している下部ケーシングに衝突する。したがって下部
ケーシングにロータの回転エネルギーが伝達し、真空排
気対象の装置系への回転エネルギーの伝達を防止するこ
とができる。請求項２および３に記載の発明によれば、
ロータの異常等によって下部ケーシングにロータの回転
エネルギーが作用した場合、ボルトが直ちに剪断され
ず、変形することによって回転エネルギーを吸収するこ
とができる。請求項４に記載の発明によれば、動翼また
は静翼が破損した場合、動翼または静翼はプロテクタに
衝突し、プロテクタはロータとともに回転する。このた
めロータの回転エネルギーはケーシングに伝達されず、
真空排気対象の装置系への回転エネルギーの伝達を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態として示したターボ分子
ポンプの縦断面図である。

【図２】同ターボ分子ポンプの長孔構造のボルト孔を
示した図であり、(b)は(a)のＩ−Ｉ断面図である。

【図３】同ボルト孔において、下部ケーシング２１ｂ
に回転エネルギーが作用した場合の図である。

【図４】従来のターボ分子ポンプの構造を示した一部
が破断した斜視図である。

【符号の説明】

２１ケーシング２１ａ上部ケーシング２１ｂ下部ケーシング２１ｃベース２４ロータ４０，４１ボルト４２，４３ボルト孔４５プロテクタ４８内側ケーシング

フロントページの続きＦターム(参考） 3H031 DA01 DA02 DA07 EA06 EA09 FA01 FA31 FA39 3H034 AA01 AA02 AA12 BB01 BB08 BB11 BB16 BB17 CC03 CC07 DD01 DD16 DD26 DD28 DD30 EE05 EE17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシング内に、動翼と静翼とを備えた
軸流段部と、ロータまたはステータに螺旋状のねじ溝が
形成されたねじ溝段部とを備えたターボ分子ポンプにお
いて、前記ケーシングは、少なくとも軸方向において上端部に
位置する上部ケーシングと、下端部に位置するベース
と、前記上部ケーシングとベースとの間に位置する下部
ケーシングとに分割された構造であり、前記ケーシングに収容された内部構造物と、前記ケーシ
ングとの間にはロータ径方向に隙間が形成され、前記下
部ケーシングと前記内部構造物との間の隙間が前記上部
ケーシングおよびベースと前記内部構造物との間の隙間
より狭く形成されていることを特徴とするターボ分子ポ
ンプ。
【請求項２】請求項１に記載のターボ分子ポンプにお
いて、前記上部ケーシングと前記下部ケーシングとが、ロータ
軸方向に螺合されるボルトにより締結される構成であっ
て、前記上部ケーシングと下部ケーシングとの少なくと
もいずれか一方には、前記ボルトが挿入されるボルト孔
として、ロータ周方向に長い長孔が設けられていること
を特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項３】請求項１または２に記載のターボ分子ポ
ンプにおいて、前記ベースと前記下部ケーシングとが、ロータ軸方向に
螺合されるボルトにより締結される構成であって、前記
ベースと下部ケーシングとの少なくともいずれか一方に
は、前記ボルトが挿入されるボルト孔として、ロータ周
方向に長い長孔が設けられていることを特徴とするター
ボ分子ポンプ。
【請求項４】請求項１から３いずれかに記載のターボ
分子ポンプにおいて、前記上部ケーシングと前記静翼との間にプロテクタが設
けられ、該プロテクタは、前記ケーシングに対して径方
向及び軸方向に隙間が形成され、回転拘束されていない
ことを特徴とするターボ分子ポンプ。