JP2003269368A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒータによらず加熱箇所を選択可能な真空ポ
ンプを提供する。 【解決手段】 回転体１０３の最下層に位置する回転翼
１０２ｄの周囲には小型の永久磁石１４１が埋設されて
いる。永久磁石１４１は、磁極の向きが軸方向に一致す
るように埋設されている。そして、磁極の表面は、回転
翼１０２ｄより露出されている。回転翼１０２ｄが一周
すると、永久磁石１４１による磁界も一周分移動する。
回転翼１０２ｄは、モータ１２１により高速回転される
ので、この永久磁石１４１に対峙するネジ付きスペーサ
１３１の部位には渦電流が発生する。そして、この渦電
流によりジュール熱が発生し、周辺温度が上昇する。こ
のため、生成物の堆積を回避することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空ポンプに係わ
り、特にヒータによらず加熱箇所を選択可能な真空ポン
プに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のエレクトロニクスの発展に伴い、
メモリや集積回路といった半導体の需要が急激に増大し
ている。これらの半導体は、きわめて純度の高い半導体
基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、エッ
チングにより半導体基板上に微細な回路を形成したりな
どして製造される。

【０００３】そして、これらの作業は空気中の塵等によ
る影響を避けるため高真空状態のチャンバ内で行われる
必要がある。このチャンバの排気には、一般に真空ポン
プが用いられているが、特に残留ガスが少なく、保守が
容易等の点から真空ポンプの中の一つであるターボ分子
ポンプが多用されている。

【０００４】また、半導体の製造工程では、さまざまな
プロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が数多く
あり、ターボ分子ポンプはチャンバ内を真空にするのみ
ならず、これらのプロセスガスをチャンバ内から排気す
るのにも使用される。このターボ分子ポンプの縦断面図
を図７に示す。

【０００５】図７において、ターボ分子ポンプ１００
は、円筒状の外筒１２７の上端に吸引口１０１が形成さ
れている。外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気する
ためのタービンブレードによる複数の回転翼１０２ａ、
１０２ｂ、１０２ｃ・・・を周部に放射状かつ多段に形
成した回転体１０３を備える。

【０００６】この回転体１０３の中心にはロータ軸１１
３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、例え
ば、いわゆる５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持
かつ位置制御されている。

【０００７】上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石
がＸ軸とＹ軸とに対をなして配置されている。この上側
径方向電磁石１０４に近接かつ対応されて４個の電磁石
からなる上側径方向センサ１０７が備えられている。こ
の上側径方向センサ１０７は回転体１０３の径方向変位
を検出し、図示せぬ制御装置に送るように構成されてい
る。

【０００８】制御装置においては、上側径方向センサ１
０７が検出した変位信号に基づき、ＰＩＤ調節機能を有
する補償回路を介して上側径方向電磁石１０４の励磁を
制御し、ロータ軸１１３の上側の径方向位置を調整す
る。

【０００９】ロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄など）
などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力に
より吸引されるようになっている。かかる調整は、Ｘ軸
方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。

【００１０】また、下側径方向電磁石１０５及び下側径
方向センサ１０８が、上側径方向電磁石１０４及び上側
径方向センサ１０７と同様に配置され、ロータ軸１１３
の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整し
ている。

【００１１】更に、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂ
が、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディス
ク１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク
１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロー
タ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ
１０９が備えられ、その軸方向変位信号が制御装置に送
られるように構成されている。

【００１２】そして、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂ
は、この軸方向変位信号に基づき制御装置のＰＩＤ調節
機能を有する補償回路を介して励磁制御されるようにな
っている。軸方向電磁石１０６Ａは、磁力により金属デ
ィスク１１１を上方に吸引し、軸方向電磁石１０６Ｂ
は、金属ディスク１１１を下方に吸引する。

【００１３】このように、制御装置は、この軸方向電磁
石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁
力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上
させ、空間に非接触で保持するようになっている。

【００１４】モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲
むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各
磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介し
てロータ軸１１３を回転駆動するように、制御装置によ
って制御されている。

【００１５】また、ロータ軸１１３の下端には、回転数
センサ１１０が取り付けられている。制御装置は、この
回転数センサ１１０の検出信号によりロータ軸１１３の
回転数を検出するようになっている。

【００１６】更に、例えば下側径方向センサ１０８近傍
に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸
１１３の回転の位相を検出するようになっている。制御
装置では、この位相センサと回転数センサ１１０の検出
信号を共に用いて磁極の位置を検出するようになってい
る。

【００１７】回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・
・とわずかの隙間を隔てて複数枚の固定翼１２３ａ、１
２３ｂ、１２３ｃ・・・が配設されている。回転翼１０
２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・は、それぞれ排気ガス
の分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１
１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形
成されている。

【００１８】また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１
１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形
成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の
段と互い違いに配設されている。そして、固定翼１２３
の一端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５
ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・の間に嵌挿された状態で
支持されている。

【００１９】固定翼スペーサ１２５はリング状の部材で
あり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの
金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金
属によって構成されている。

【００２０】固定翼スペーサ１２５の外周には、わずか
の隙間を隔てて外筒１２７が固定されている。外筒１２
７の底部にはベース部１２９が配設され、固定翼スペー
サ１２５の下部とベース部１２９の間にはネジ付きスペ
ーサ１３１が配設されている。そして、ベース部１２９
中のネジ付きスペーサ１３１の下部には排気口１３３が
形成され、外部に連通されている。

【００２１】ネジ付きスペーサ１３１は、アルミニウ
ム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とす
る合金などの金属によって構成された円筒状の部材であ
り、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設
されている。ネジ溝１３１ａの螺旋の方向は、回転体１
０３の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、こ
の分子が排気口１３３の方へ移送される方向である。

【００２２】回転体１０３の回転翼１０２ａ、１０２
ｂ、１０２ｃ・・・に続く最下部には回転翼１０２ｄが
垂下されている。この回転翼１０２ｄの外周面は、円筒
状で、かつネジ付きスペーサ１３１の内周面に向かって
張り出されており、このネジ付きスペーサ１３１の内周
面と所定の隙間を隔てて近接されている。

【００２３】ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ１０
０の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には
鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成
されている。

【００２４】ベース部１２９はターボ分子ポンプ１００
を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備
えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があ
り、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。

【００２５】かかる構成において、回転翼１０２がモー
タ１２１により駆動されてロータ軸１１３と共に回転す
ると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気
口１０１を通じてチャンバからの排気ガスが吸気され
る。

【００２６】吸気口１０１から吸気された排気ガスは、
回転翼１０２と固定翼１２３の間を通り、ベース部１２
９へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼１０２に
接触する際に生ずる摩擦熱や、モータ１２１で発生した
熱の伝導などにより、回転翼１０２の温度は上昇する
が、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子などによる
伝導により固定翼１２３側に伝達される。

【００２７】固定翼スペーサ１２５は、外周部で互いに
接合しており、固定翼１２３が回転翼１０２から受け取
った熱や排気ガスが固定翼１２３に接触する際に生ずる
摩擦熱などを外部へと伝達する。ベース部１２９に移送
されてきた排気ガスは、ネジ付きスペーサ１３１のネジ
溝１３１ａに案内されつつ排気口１３３へと送られる。

【００２８】なお、上記では、ネジ付きスペーサ１３１
は回転翼１０２ｄの外周に配設し、ネジ付きスペーサ１
３１の内周面にネジ溝１３１ａが刻設されているとして
説明した。しかしながら、これとは逆に回転翼１０２ｄ
の外周面にネジ溝が刻設され、その周囲に円筒状の内周
面を有するスペーサが配置される場合もある。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プロセスガ
スは、反応性を高めるため高温の状態でチャンバに導入
される場合がある。そして、これらのプロセスガスは、
排気される際に冷却されてある温度になると固体となり
排気系に生成物を析出する場合がある。そして、この種
のプロセスガスがターボ分子ポンプ１００内で低温とな
って固体状となり、ターボ分子ポンプ１００内部に付着
して堆積する場合がある。

【００３０】例えば、Ａｌエッチング装置にプロセスガ
スとしてＳｉＣｌ４が使用された場合、低真空（７６０
［ｔｏｒｒ］〜１０^-2［ｔｏｒｒ］）かつ、低温（約２
０［℃］）のとき、固体生成物（例えばＡｌＣｌ３）が
析出し、ターボ分子ポンプ１００内部に付着堆積するこ
とが蒸気圧曲線からわかる。

【００３１】ターボ分子ポンプ１００内部にプロセスガ
スの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭
め、ターボ分子ポンプ１００の性能を低下させる原因と
なる。

【００３２】また、ターボ分子ポンプ１００内部では、
回転体１０３が毎分数万回転の高速回転を行っており、
これらの回転体１０３に析出物が堆積すると、回転体１
０３のバランスに不釣合いが発生し、回転翼１０２が固
定翼１２３に接触するなど不都合を生じるおそれがあ
る。

【００３３】そのため、従来からターボ分子ポンプ１０
０の内部でプロセスガスが冷却されて固体化するのを防
止するために、ターボ分子ポンプ１００の低温部を加熱
するなどの方法が採られている。

【００３４】なお、前述した生成物は排気口１３３付近
にある回転翼１０２及びネジ付きスペーサ１３１で低温
になり特に凝固、付着し易い状況にある。そして、この
生成物の凝固や付着を防止するため、従来はベース部１
２９等の外周に図示しないヒータを巻着させ、加熱して
いる。このため、ヒータ設備やヒータ制御装置を必要と
していた。

【００３５】また、従来のヒータ設置方法では、加熱し
たい箇所を選択的に加熱することが難しかった。本発明
はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、ヒー
タによらず加熱箇所を選択可能な真空ポンプを提供する
ことを目的とする。

【００３６】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、モー
タと、該モータにより回転される回転翼と、該回転翼及
び前記モータが収納される外筒と、前記回転翼に対峙さ
れ、該回転翼との間にガスを通過させる隙間が形成さ
れ、前記外筒内部に固定された固定部材と、前記隙間に
臨む前記回転翼及び／又は前記固定部材に永久磁石を備
え、該永久磁石により生ずる磁界が前記隙間を通り対峙
する前記固定部材及び／又は前記回転翼に交差されるこ
とを特徴とする。

【００３７】回転翼に対し永久磁石が配設された場合に
は、永久磁石により生じた磁界は対峙する固定部材まで
隙間を通り到達し交差する。また、固定部材に対し永久
磁石が配設された場合には、永久磁石により生じた磁界
は対峙する回転翼まで隙間を通り到達し交差する。

【００３８】そして、交差した磁界は回転翼の回転に連
れて変動し、固定部材及び／又は回転翼部分には渦電流
を生ずる。この渦電流により永久磁石に対峙された部材
にはジュール熱を発生する。

【００３９】このため、隙間を挟む周辺温度が上昇して
生成物の堆積を回避することができる。従って、従来の
ように、ヒータを外付けする必要がない。また、永久磁
石の配設位置を任意に設定することで、温度を上昇させ
る部位を選択的に設定できる。

【００４０】また、本発明は、前記固定部材は、前記回
転翼とわずかの隙間を隔てて配設された固定翼、該固定
翼を支持するスペーサ及び該スペーサを支持するベース
部のいずれか少なくとも一つであることを特徴とする。

【００４１】スペーサは、固定翼同士の間に挿入される
固定翼スペーサや、隙間に面して螺旋状のネジ溝が複数
条刻設されたネジ付きスペーサである。

【００４２】更に、本発明は、前記永久磁石は、前記回
転翼及び／又は前記固定部材の前記隙間に臨む周面に沿
って磁極の向きが配設されたことを特徴とする。

【００４３】更に、本発明は、前記永久磁石は、前記回
転翼及び／又は前記固定部材の径方向に磁極の向きが配
設されたことを特徴とする。

【００４４】更に、本発明は、前記永久磁石は、前記回
転翼の底面に磁極が周方向に変化するように配設された
ことを特徴とする。

【００４５】更に、本発明は、前記永久磁石は、周方向
に複数個配設されたことを特徴とする。

【００４６】永久磁石を周方向に複数個配設すること
で、一回転当たりの磁界変動回数がその個数分増える。
従って、渦電流も増加し、この渦電流により永久磁石に
対峙された部材に生ずるジュール熱もその分増加する。

【００４７】更に、本発明は、前記永久磁石は、軸方向
に複数段配設されたことを特徴とする。

【００４８】このことにより、複数段に相当するだけ、
ジュール熱を発生する面積も増加させることができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１に、本発明の実施形態の概念断面図を示
す。なお、図７と同一要素のものについては同一符号を
付して説明は省略する。

【００５０】図１において、回転翼１０２ｄの周囲には
小型の永久磁石１４１が一つ埋設されている。この永久
磁石１４１はネジ付きスペーサ１３１に対し対峙されて
いる。この永久磁石１４１の埋設方法の一例（概念図）
を図２に示す。なお、図２の回転翼１０２は簡略のため
回転翼１０２ｄのみを示す（以下、同旨）。

【００５１】永久磁石１４１は、磁極の向きが軸方向に
一致するように埋設されている。そして、磁極の表面
は、回転翼１０２ｄより露出されている。かかる構成に
おいて、回転翼１０２ｄがモータ１２１により回転駆動
され１周すると、永久磁石１４１による磁界も一周分移
動する。

【００５２】永久磁石１４１の磁極Ｎから磁極Ｓに至る
磁力線の一部は、回転翼１０２ｄとネジ付きスペーサ１
３１間の隙間が狭いことから、ネジ付きスペーサ１３１
に到達してこのネジ付きスペーサ１３１内部を交差す
る。

【００５３】永久磁石１４１は回転翼１０２ｄの周囲に
一つだけ埋設されているため、この回転翼１０２ｄが一
回転することによりネジ付きスペーサ１３１における静
止した任意の地点では一回磁界が変動する。

【００５４】回転翼１０２ｄは、モータ１２１により高
速回転されるので、かかる磁界変動により、この永久磁
石１４１に対峙するネジ付きスペーサ１３１の部位には
フレミングの右手則に基づく起電力を生じ、その結果渦
電流が発生する。渦電流は、交差する磁界の大きさと回
転速度に比例して大きくなる。

【００５５】そして、この渦電流によりネジ付きスペー
サ１３１の部位ではジュール熱が発生し、周辺温度が上
昇する。このようにネジ付きスペーサ１３１の部位の温
度を上昇させることで、生成物が特に凝固、付着し易い
状況にある排気口１３３付近の温度を上昇させ、生成物
の堆積を回避することができる。

【００５６】従って、従来のように、ヒータを外付けす
る必要がない。また、永久磁石１４１の配設位置は任意
とすることができるので、温度を上昇させるネジ付きス
ペーサ１３１の部位（特に高さ位置）を選択的に設定で
きる。

【００５７】更に、永久磁石１４１の配設位置は、高さ
を変えて複数段に配設されてもよい。このことにより、
温度を上昇させる部位を複数箇所に設定でき、広範囲の
面積について温度を上昇させることができる。

【００５８】なお、永久磁石１４１は、回転翼１０２ｄ
の周囲に周方向に対し複数個（Ｎ個）配設されてもよ
い。このように複数個（Ｎ個）配設した場合には、回転
翼１０２ｄが一回転することにより、ネジ付きスペーサ
１３１の静止した任意の地点では複数回（Ｎ個）磁界が
変動する。従って、永久磁石１４１を周方向に一つ配設
した場合と比較して、ネジ付きスペーサ１３１の部位に
はＮ倍の渦電流（ジュール熱）を発生することができ
る。

【００５９】永久磁石１４１の形状も自由に構成可能で
ある。更に、永久磁石１４１の埋設は、図３に示すよう
に磁極の向きが周方向に一致するように埋設されてもよ
い。即ち、磁極の向きは回転翼１０２ｄの隙間に臨む面
内のいずれの方向に向いていてもよい。更に、図４に示
すように複数の永久磁石１４１を磁極の向きが径方向に
一致するように埋設されてもよい。

【００６０】更に、図示しないが、永久磁石１４１は回
転翼１０２ｄより上方に位置する回転翼１０２ａ〜１０
２ｃ側に埋設されたり、固定翼１２３、固定翼スペーサ
１２５やネジ付きスペーサ１３１側に埋設されてもよ
い。

【００６１】更に、図５に示すように、回転翼１０２ｄ
の下端面にリング状の永久磁石１５１を固着してもよ
い。この場合には、永久磁石１５１の側部に対峙するネ
ジ付きスペーサ１３１と永久磁石１５１の底部に対峙す
るベース部１２９とに磁界が交差する。

【００６２】このことにより、ネジ付きスペーサ１３１
とベース部１２９の双方に渦電流（ジュール熱）を発生
することができ、排気口１３３付近の温度を一層上昇さ
せ、生成物の堆積を回避することができる。

【００６３】更に、図６には、回転翼１０２ｄの下端面
に永久磁石１４１を一つ埋設する別方法を示す。図６は
回転翼１０２ｄを下方から見た底面図である。回転翼１
０２ｄの下端面に、磁極の向きが周方向に一致するよう
に永久磁石１４１が埋設されている。

【００６４】このことにより、ベース部１２９に渦電流
（ジュール熱）を発生することができ、排気口１３３付
近の温度を上昇させ、生成物の堆積を回避することがで
きる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転翼の側部面や回転翼の下端面等に永久磁石を備えて構
成したので、永久磁石による磁界が変動する部分には渦
電流を生じ、この渦電流によりジュール熱を発生する。

【００６６】このため、周辺温度が上昇して生成物の堆
積を回避することができる。従って、従来のように、ヒ
ータを外付けする必要がない。また、温度を上昇させる
部位を選択的に設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の概念断面図

【図２】 永久磁石の埋設方法の一例（概念図）

【図３】 永久磁石の埋設方法の別例

【図４】 永久磁石の埋設方法の別例

【図５】 永久磁石の配設方法の別例

【図６】 永久磁石の埋設方法の別例

【図７】 ターボ分子ポンプの縦断面図

【符号の説明】

１００ ターボ分子ポンプ １０２ 回転翼 １０３ 回転体 １０４ 上側径方向電磁石 １０５ 下側径方向電磁石 １０６ 軸方向電磁石 １０７ 上側径方向センサ １０８ 下側径方向センサ １０９ 軸方向センサ １１１ 金属ディスク １２１ モータ １２３ 固定翼 １２５ 固定翼スペーサ １２９ ベース部 １３１ ネジ付きスペーサ １３３ 排気口 １４１、１５１ 永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA02 BA04 BA07 CA48 CA51 CA56 DA01 DA04 3H031 DA01 DA02 DA07 EA01 EA03 FA01 FA31 FA35 3H034 AA01 AA02 AA12 BB01 BB08 BB11 BB16 BB17 CC01 CC03 CC04 CC07 DD01 DD24 DD28 DD30 EE02 EE04

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータと、該モータにより回転される回
   転翼と、該回転翼及び前記モータが収納される外筒と、
   前記回転翼に対峙され、該回転翼との間にガスを通過さ
   せる隙間が形成され、前記外筒内部に固定された固定部
   材と、前記隙間に臨む前記回転翼及び／又は前記固定部
   材に永久磁石を備え、該永久磁石により生ずる磁界が前
   記隙間を通り対峙する前記固定部材及び／又は前記回転
   翼に交差されることを特徴とする真空ポンプ。
2. 【請求項２】 前記固定部材は、前記回転翼とわずかの
   隙間を隔てて配設された固定翼、該固定翼を支持するス
   ペーサ及び該スペーサを支持するベース部のいずれか少
   なくとも一つであることを特徴とする請求項１記載の真
   空ポンプ。
3. 【請求項３】 前記永久磁石は、前記回転翼及び／又は
   前記固定部材の前記隙間に臨む周面に沿って磁極の向き
   が配設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記
   載の真空ポンプ。
4. 【請求項４】 前記永久磁石は、前記回転翼及び／又は
   前記固定部材の径方向に磁極の向きが配設されたことを
   特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空ポンプ。
5. 【請求項５】 前記永久磁石は、前記回転翼の底面に磁
   極が周方向に変化するように配設されたことを特徴とす
   る請求項１又は請求項２記載の真空ポンプ。
6. 【請求項６】 前記永久磁石は、周方向に複数個配設さ
   れたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載
   の真空ポンプ。
7. 【請求項７】 前記永久磁石は、軸方向に複数段配設さ
   れたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６
   記載の真空ポンプ。