JP2003148388A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポンプ異常が発生し破壊トルクが生じた場合
であっても、ポンプとチャンバ間を連結する締結ボルト
の折損を防止する。 【解決手段】 上面に吸気口２を、下部一側部に排気口
３を形成したポンプケース１と、ケース１内に立設され
たステータコラム５にロータ軸７を介して回転可能に支
持され、かつ外周に多段にロータ翼１０を多段に配置し
たロータ９と、ケース１の内周部にあって前記ロータ翼
１０と交互に多段に固定配置されたステータ翼１１と、
前記ロータ軸７とステータコラム５の間に設けた駆動モ
ータ８とを備え、前記ケース１の上部周縁に設けたフラ
ンジ１ａを真空チャンバ１４の下部開口周縁に複数のボ
ルト１５を介して連結した真空ポンプにおいて、前記フ
ランジ１ａに開口形成されたボルト挿通孔２０が、前記
チャンバ１４の取付面側に向けて拡開する複数の段２０
ａ、２０ｂ、２０ｃ付孔となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
用いられる真空ポンプに関し、特に、破壊トルクにより
ポンプとプロセスチャンバ間を連結する締結ボルトの脆
性破壊を防止するための構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程におけるドライエッチン
グやＣＶＤ等のプロセスのように、高真空のプロセスチ
ャンバ内で作業を行う工程では、プロセスチャンバ内の
ガスを排気し該プロセスチャンバ内に高真空の状態を得
る手段として、ターボ分子ポンプと称される真空ポンプ
を使用している。

【０００３】図１はこの種真空ポンプの基本構造を示し
ている。図において、１はポンプケースであり、このケ
ース１は上面の開口部をガス吸気口２とし、かつ下部一
側部に排気口３となる排気パイプを突設した有底円筒形
のものである。

【０００４】ケース１の底部はエンドプレート４で蓋さ
れ、その内底面中央にはステータコラム５が立設されて
いる。

【０００５】ステータコラム５の中心には上下にボール
ベアリング６を介してロータ軸７が回転可能に軸受され
ている。

【０００６】ステータコラム５の内側には駆動モータ８
が配置されており、この駆動モータ８はその固定子８ａ
をステータコラム５の内側に、回転子８ｂをロータ軸７
に配置した構造であって、ロータ軸７をその軸心回りに
回転させるように構成されている。

【０００７】ロータ軸７のステータコラム５からの上部
突出端には、ステータコラム５の外周囲に覆い被さる断
面形としたロータ９が連結されている。

【０００８】上記ロータ９の上部外周囲には、複数のロ
ータ翼１０が多段に固定配置されている。一方、ポンプ
ケース１の内側には、リング状スペーサ１１ａを介して
上記各ロータ翼１０と交互に複数のステータ翼１１が多
段に固定配置されている。

【０００９】これら翼１０、１１の下部側において、ロ
ータ９の外周囲には、ネジステータ１２が固定配置され
ている。このネジステータ１２は、その外周形状がロー
タ９の下部側外周面を囲む筒型の形状となるように形成
され、その内周部が下方側に向けて小径化したテーパコ
ーン状をなし、そのテーパ面にネジ溝を形成したもので
ある。

【００１０】そして、ポンプケース１の上縁周囲にはフ
ランジ１ａが形成されており、このフランジ１ａをプロ
セスチャンバ（以下「チャンバ」という。）１４の下面
開口周縁に突き当て、フランジ１ａを貫通する複数の締
結ボルト１５をチャンバ１４にねじ込み固定すること
で、このポンプケース１はチャンバ１４に連結される構
造となっている。

【００１１】次に、以上の真空ポンプの動作を説明す
る。この真空ポンプの場合、先ず、排気口３に接続され
る図示しない補助ポンプを作動させてチャンバ１４内を
ある程度の真空状態にした後、駆動モータ８を動作させ
ると、ロータ軸７とこれに連結したロータ９およびロー
タ翼１０が高速回転する。

【００１２】そして、高速回転している最上段のロータ
翼１０が吸気口２から入射したガス分子に下向き方向の
運動量を付与し、この下向き方向の運動量を有するガス
分子がステータ翼１１に案内され、次段のロータ翼１０
側へ送り込まれる。以上のガス分子への運動量の付与と
送り込み動作が繰り返し多段に行われることにより、ガ
ス吸気口２側のガス分子がロータ９下部側のネジステー
タ１２の内側へ順次移行し排気される。このようなガス
分子の排気の動作が回転するロータ翼１０と固定のステ
ータ翼１１との相互作用による分子排気動作である。

【００１３】さらに、上記のような分子排気動作により
ロータ９下部側のネジステータ１２へ到達したガス分子
は、回転するロータ９とネジステータ１２の内側に形成
されたネジ溝との相互作用により、遷移流から粘性流に
圧縮されてガス排気口３側へ移送され、ガス排気口３か
ら図示しない補助ポンプを通じて外部へ排気される。

【００１４】ところで、真空ポンプを構成しているケー
ス１、ロータ９、ロータ翼１０およびステータ翼１１等
の構造材としては通常、軽合金、中でもアルミ合金が多
用されている。アルミ合金は機械加工に優れ精密に加工
しやすいからである。しかし、アルミ合金は他の材料に
比し強度が比較的低く、使用条件によってはクリープ破
壊を起すことがある。また、運転中、主にロータ下部の
応力集中を起点とした脆性破壊が発生することがある。

【００１５】そして、ロータ９の脆性破壊が高速回転中
に生じると、ロータ９の外周に一体に設けられているロ
ータ翼１０がケース１の内周側に配置されリング状スペ
ーサ１１ａに衝突するが、この衝突の衝撃力に対してリ
ング状スペーサ１１ａの剛性が低く、その衝撃力でリン
グ状スペーサ１１ａが径方向に膨張する。この際、リン
グ状スペーサ１１ａとポンプケース１内周との間に空間
がない場合は、膨張したリング状スペーサ１１ａがポン
プケース１の内周に接触し、ポンプケース１全体を回転
させようとする大きな破壊トルクが生じ、この破壊トル
クにより、チャンバ１４を破損したり、ポンプケース１
とチャンバ１４を固定しているボルト１５がそのねじり
力によりせん断破壊するという問題がある。

【００１６】上記せん断破壊は、破壊トルクの発生によ
り、ポンプケース１のフランジ１ａとチャンバ１４との
接触面が滑り面となり、瞬間的にボルト軸の接触面位置
に逆向きの極めて大きな力が作用するため、ボルト１５
はその位置を破断面として折損し易くなるために生じ
る。したがって、一旦ボルト１５が折損した場合には、
ボルト軸をチャンバ１４の連結位置から抜き出すことは
できず、新たにタップを立ててチャンバ１４側に残置さ
れたボルト軸を除去しなければならず、ポンプ交換作業
が面倒であるという問題もある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の課題
を解決するものであって、その目的は、万が一ポンプ異
常が発生し破壊トルクが生じた場合に、チャンバへの破
壊トルク伝達によるチャンバの破損や、ポンプとチャン
バ間を連結する締結ボルトの折損を防止し、ポンプ異常
発生後のポンプ交換作業を迅速に行えるようにした真空
ポンプを提供するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、上面に吸気口を、下部一側部に排気口を
形成したポンプケースと、上記ポンプケース内に立設さ
れたステータコラムにロータ軸を介して回転可能に支持
されるとともに、外周に多段にロータ翼を配置したロー
タと、上記ポンプケース内周部にあって上記ロータ軸と
交互に多段に固定配置されたステータ翼と、上記ロータ
軸とステータコラムの間に設けた駆動モータと、上記ポ
ンプケースの上部周縁に設けたフランジをチャンバの下
部開口周縁に連結する複数のボルトとを備え、上記フラ
ンジに開口形成されたボルト挿通孔が、上記チャンバの
取付面側に向けて拡開する複数の段付孔となっているこ
とを特徴とするものである。

【００１９】以上の構成により本発明では、破壊トルク
が生じた場合、せん断応力が各段を支点に移動して一カ
所に集中せずこの間に衝撃が吸収されるため、ボルト軸
部は単に塑性変形するだけとなり、これによってチャン
バへの破壊トルク伝達を阻止してチャンバの破損を防止
するとともにボルトの折損を防止できる。

【００２０】本発明は、上記フランジに開口形成された
ボルト挿通孔とボルト軸部との間に緩衝材が介在されて
いることを特徴とするものである。この構造によると、
緩衝材の弾性変形による緩衝効果により、チャンバへの
破壊トルク伝達を阻止してチャンバの破損を防止すると
ともにボルトの折損を防止できる。

【００２１】本発明において、上記ボルト挿通孔が前記
チャンバ側で径大となる二段の段付孔であり、このうち
の径大部とボルト軸部との間に緩衝材が介在されている
構造としてもよいし、また、上記緩衝材のボルト軸部に
対する嵌合孔の上部側が軸部に対して隙間が生じている
とともに、ボルト頭部とフランジ間にワッシャが介在さ
れている構成とすることもでき、さらには上記ボルト挿
通孔が上記チャンバの取付面側に向けて拡径するテーパ
状をなし、かつボルト挿通孔とボルト軸部間に円錐台形
状の緩衝材を介在した構造など、緩衝材を介在した場合
における各種形状構造の工夫により、チャンバへの破壊
トルク伝達を阻止してチャンバの破損を防止するととも
にボルトの折損を防止することもできる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、
真空ポンプの基本構造は図１と同様であるため、全体図
は省略するとともに、同一箇所には同一符号を援用し、
要部のみについて異なる符号を用いて説明する。

【００２３】図２、図３は本発明の第一実施形態を示す
もので、いずれもフランジ１ａの周方向断面の一部を示
し、図２はその構造を、図３（ａ）〜（ｃ）はその作用
を説明するものである。

【００２４】図において、ボルト１５は一般に使用され
るステンレス製のものであり、六角孔付ボルト頭部１５
ａと、これに一体化され所定ピッチの雄ネジ部を形成し
たボルト軸部１５ｂとからなっている。

【００２５】チャンバ１４の取付面にはフランジ１ａの
周面に沿って、前記ボルト軸部１５ｂに形成された雄ネ
ジ部と同一ピッチの複数の雌ネジ部１４ａが形成されて
いる。

【００２６】なお、図では一カ所のみ描かれているが、
実際のボルト取付個数は、ケース１の径によっても異な
るが、８〜１２ヶ程度であり、これに応じてチャンバ１
４の取付面には８〜１２の雌ネジ部１４ａが周方向等間
隔に形成されている。

【００２７】これら雌ネジ部１４ａに対向してフランジ
１ａに形成されたボルト挿通孔２０の断面は、本実施形
態では、チャンバ１４に対する取付面側に向けて３段の
階段状に拡径する形状となっており、一段目２０ａの径
ｄ１は通常のボルト挿通孔と同様の径であり、二段目２
０ｂの径ｄ２は、これよりやや大径であり、三段目２０
ｃの径ｄ３は最大径に設定されている。

【００２８】以上の構成において、この真空ポンプに何
らかの異常が発生し、ポンプケース１に周回り方向の破
壊トルクＦ、Ｆ'（Ｆ'はＦと同等の力で反対方向に作用
する力）が生ずると、まず図３（ａ）に示すごとく、ボ
ルト１５の締結トルクを上回る強い力によりフランジ１
ａが周方向に移動する結果、ボルト軸部１５ｂは、ボル
ト挿通孔２０の一段目２０ａの内壁に当接し、次いでボ
ルト軸部１５ｂの基部より上の位置で一段目２０ａの上
部角部を接触点ＣＰ１としたせん断応力が生じて曲げら
れ、次いで同図（ｂ）に示すように、二段目２０ｂの上
部角部を接触点ＣＰ２としてボルト軸部１５ｂの上部位
置が曲げられる。

【００２９】さらに、同図（ｃ）に示すように、ボルト
軸部１５ｂのさらに上部が三段目２０ｃの上部角部を接
触点ＣＰ３としてさらに曲げられるとともに、フランジ
１ａとチャンバ１４との取付面間のすべりによりボルト
軸部１５ｂに対するせん断力が作用することになる。

【００３０】以上述べた作用は実際には瞬時に起るが、
ボルト軸部１５ｂに対する曲げモーメントは各段２０
ａ、２０ｂ、２０ｃおよび取付面の４カ所で時系列的に
生じ、せん断応力が一カ所に集中しないこと、およびこ
の作用の間にフランジ１ａが周方向に移動して衝撃を吸
収するため、ボルト軸部１５ｂは図３（ｃ）に図示した
通り単に塑性変形するだけとなり、これによってチャン
バ１４への破壊トルク伝達を阻止してチャンバ１４の破
損を防止するとともにボルト１５の折損を防止すること
ができる。したがって、ポンプ異常発生後のポンプ交換
作業の際に、タップを立てることなく、レンチなどによ
るボルト１５の抜き出し作業が可能となり、ポンプ交換
作業を速やかに行うことができる。

【００３１】なお、図２、図３の実施形態において、後
述する図４の実施形態のような大径部の緩衝材あるいは
ボルトとボルト挿通孔との隙間全体にわたる緩衝材を使
用することもできる。

【００３２】図４〜図６は緩衝材を用いた第二実施形
態、およびその変形例を示すものである。

【００３３】図４において、フランジ１ａに開口形成さ
れたボルト挿通孔３０は、小径部３０ａとその上部に拡
径された大径部３０ｂの二段に形成され、この大径部３
０ｂに円筒形に成形された緩衝材３１が充填されてい
る。ここで、緩衝材３１の材質はＯ−リングと同様なゴ
ム材などからなるものである。

【００３４】この図４の実施形態においては、破壊トル
ク発生時には、前記第一実施形態と同様に、段差部位で
の接触位置の移動に伴うボルト軸部１５ｂに対する曲げ
モーメントの分散に加え、緩衝材３１の弾性変形による
緩衝効果が生じ、このような曲げモーメント分散効果と
緩衝効果とにより、チャンバ１４への破壊トルク伝達を
阻止してチャンバ１４の破損を防止するとともにボルト
軸部１５ｂの折損が防止される。

【００３５】図５は第二実施形態の変形例を示したもの
である。この図５において、フランジ１ａに開口形成さ
れたボルト挿通孔４０は全体が大径の直円筒形であって
その内部に緩衝材４１を介してボルト軸部１５ｂを挿通
するものとし、そのボルト軸部１５ｂの先端雄ネジ部が
チャンバ１４側の雌ネジ部１４ａにねじ込み固定される
ように構成している。ここで、緩衝材４１は、ボルト挿
通孔３０に圧入嵌合される直円筒形をなし、その上部内
周径をボルト軸部１５ｂより大径とし、ボルト軸部１５
ｂとの間に所定の隙間ｄを形成している。さらに、ボル
ト頭部１５ａとフランジ１ａとの間には平ワッシャ４２
が介在され、これによりボルト挿通孔３０ａに対する頭
部１５ａの接触面積の増加が図られている。

【００３６】この図５の変形例によると、緩衝材３１の
弾性変形による緩衝効果に加え、軸部１５ｂの先 端側
において空隙ｄが設けられることによる軸部１５ｂの塑
性変形域を十分に確保できる上、ワッシャ４２の介在に
よりボルト１５の移動も可能となり、これによってチャ
ンバ１４への破壊トルク伝達を阻止してチャンバ１４の
破損を防止するとともにボルト軸部１５ｂの折損を防止
できる。

【００３７】図６は第二実施形態の他の変形例を示した
ものである。この図６において、フランジ１ａに開口形
成されたボルト挿通孔５０は上部に向けて拡開するテー
パ状の孔であって、この挿通孔５０と軸部１５ｂとの間
には円錐台形状の緩衝材５１が充填されている。

【００３８】この図６の変形例によると、軸部１５ｂに
想定される曲げモーメントによる変形域と相似する幾何
図形の緩衝材５１が配置されているため、変形域に沿っ
て均等な緩衝効果が作用し、これによってチャンバ１４
への破壊トルク伝達を阻止してチャンバ１４の破損を防
止するとともにボルト軸部１５ｂの折損を防止できる。

【００３９】なお、図６において、緩衝材５１なしにす
ることもできる。

【００４０】次に、本発明のフランジ１ａとチャンバ１
４の連結するボルトとして伸びボルトを使用した場合に
ついて、図７および図８を参照して説明する。

【００４１】図７に示した伸びボルトは、周知のよう
に、ボルト頭部１５ａと雄ネジ部１５ｃとの間の胴部が
くびれたくびれ径部１５ｄとなったボルトで、くびれ径
部１５ｄの径は雄ネジ部１５ｃの谷径よりも細く形成さ
れ、ボルトに異常荷重が加わったとき、くびれ径部１５
ｄが伸びて周辺の部品の損傷等を回避するのに用いられ
るものである。

【００４２】本発明に用いる締結ボルトにこの伸びボル
トを使用すると、チャンバへの破壊トルクの伝達阻止、
ボルトの折損防止という本発明の作用を一層確実にす
る。

【００４３】図８の伸びボルト使用例で、この破壊トル
クの伝達阻止、ボルトの折損防止の作用を説明する。チ
ャンバ１４側の雌ネジ部１４ａにねじ込まれた伸びボル
ト１５のくびれ径部１５ｄの先端部分がチャンバ１４側
にネジ山１〜２山分入り込んでいるようにセットしてあ
る。くびれ径部１５ｄとチャンバ１４側の雌ネジ部１４
ａとの間には空間がある。この状態で、破壊トルクがフ
ランジ１ａに加わると、図３の場合と同様に、伸びボル
ト１５にせん断力、張力が加わるが、伸びボルト１５
は、そのくびれ径部１５ｄが充分空間のあるボルト挿通
孔２０内で伸びかつ曲がり、場合によってはくびれ径部
１５ｄで切断して、雄ネジ部１５ｃ等ボルトの他の部分
は変形を免れる。破壊トルクのエネルギーは伸びボルト
のくびれ径部１５ｄの変形により吸収される。

【００４４】よって、ボルトの雄ネジ部１５ｃもチャン
バ１４の雌ネジ部１４ａも全く変形することがなく、チ
ャンバ１４の雌ネジ部１４ａから締結ボルト１５を容易
に外すことができる。

【００４５】なお、図８の実施形態においても、伸びボ
ルト１５とボルト挿通孔２０との隙間の上部、あるい
は、全部に緩衝材を使用することもできる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明に係る真空ポンプにあっては、フランジに開口形成さ
れたボルト挿通孔が、チャンバの取付面側に向けて拡開
する複数の段付孔となっている構造を採用したため、万
が一ポンプ異常が発生し破壊トルクが生じた場合であっ
ても、チャンバへの破壊トルクの伝達によるチャンバ破
壊を防止し、かつ、ポンプとチャンバ間を連結する締結
ボルトの折損を防止してポンプ異常発生後のポンプ交換
処理を迅速に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される真空ポンプの全体構造を示
す断面図。

【図２】本発明の第一実施形態によるフランジとチャン
バの連結位置を示す周方向の部分断面図。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は破壊トルクが生じた際の動作
説明用断面図。

【図４】本発明の第二実施形態を示す周方向部分断面
図。

【図５】第二実施形態の変形例を示す周方向部分断面
図。

【図６】第二実施形態の他の変形例を示す周方向部分断
面図。

【図７】本発明のフランジとチャンバの連結に使用する
伸びボルトを示す正面図。

【図８】図７の伸びボルトを第二実施形態に使用した例
を示す周方向部分断面図。

【符号の説明】

１ ポンプケース １ａ フランジ ２ 吸気口 ３ 排気口 ５ ステータコラム ７ ロータ軸 ８ 駆動モータ ９ ロータ １０ ロータ翼 １１ ステータ翼 １４ チャンバ（プロセスチャンバ） １５ ボルト １５ａ ボルト頭部 １５ｂ ボルト軸部 １５ｃ 雄ネジ部 １５ｄ くびれ径部 ２０ ボルト挿通孔 ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 段 ３０、４０、５０ ボルト挿通孔 ３１、４１、５１ 緩衝材 ４２ 平ワッシャ ｄ 隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前島 靖 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 Ｆターム(参考） 3H031 DA01 DA02 DA07 EA09 FA31 FA39 3H034 AA01 AA02 AA12 BB01 BB08 BB11 BB16 BB17 CC03 DD01 DD20 DD28 DD30 EE17

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に吸気口を、下部一側部に排気口を
   形成したポンプケースと、 上記ポンプケース内に立設されたステータコラムにロー
   タ軸を介して回転可能に支持されるとともに、外周に多
   段にロータ翼を配置したロータと、 上記ポンプケース内周部にあって上記ロータ軸と交互に
   多段に固定配置されたステータ翼と、 上記ロータ軸とステータコラムの間に設けた駆動モータ
   と、 上記ポンプケースの上部周縁に設けたフランジをチャン
   バの下部開口周縁に連結する複数のボルトとを備え、 上記フランジに開口形成されたボルト挿通孔が、上記チ
   ャンバの取付面側に向けて拡開する複数の段付孔となっ
   ていることを特徴とする真空ポンプ。
2. 【請求項２】 上記フランジに開口形成されたボルト挿
   通孔とボルト軸部との間に緩衝材が介在されていること
   を特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 【請求項３】 上記ボルト挿通孔が上記チャンバ側で大
   径となる二段の段付孔であり、このうちの大径部とボル
   ト軸部との間に緩衝材が介在されていることを特徴とす
   る請求項２に記載の真空ポンプ。
4. 【請求項４】 上記緩衝材のボルト軸部に対する嵌合孔
   の上部側が軸部に対して隙間が生じているとともに、ボ
   ルト頭部とフランジ間にワッシャが介在されていること
   を特徴とする請求項２に記載の真空ポンプ。
5. 【請求項５】 上記ボルト挿通孔が上記チャンバの取付
   面側に向けて拡径するテーパ状をなし、かつボルト挿通
   孔とボルト軸部間に円錐台形状の緩衝材を介在したこと
   を特徴とする請求項２に記載の真空ポンプ。