【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、真空ポンプとして、ポンプ室が形成されているケーシングと、ポンプ室に配置され、該ポンプ室内で回転可能なロータとを有する真空ポンプが知られている。ところで、このような真空ポンプを半導体製造装置に使用する場合、半導体製造装置のチャンバー内から、半導体製造プロセスに用いられるプロセスガスや、半導体製造プロセス中に生じる反応生成ガスをポンプ室内に吸引する場合がある。このようなプロセスガスや反応生成ガスのなかには、腐食性を有するものがあり、これら腐食性ガスによりポンプ室内のロータが腐食される問題がある。
【０００３】
このように、腐食性ガスからポンプ室内のロータを保護するために、ロータのポンプ室に対面する表面にフッ素樹脂保護膜を形成するようにした技術が知られている（例えば、特開２００１−０１２３７３号公報）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−０１２３７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロータに耐腐食性を付与するためには、該ロータの表面に形成されるフッ素樹脂保護膜の厚さをある程度厚くする必要がある。さらに、フッ素樹脂保護膜はロータの表面に吹きつけにより形成されるが、一回の吹きつけでは形成される膜の厚さも不十分であるので、複数回に分けてフッ素樹脂保護膜を形成するようにしている。そのため、製造工程がかさみ、さらなる製造コストの低減を阻害している。さらに、フッ素樹脂保護膜を厚く付けすぎると、フッ素樹脂保護膜の厚さのバラツキが大きくなる。ロータとポンプ室との間の隙間、及びロータ間の隙間が小さいほどポンプ排気効率は向上するが、フッ素樹脂保護膜の厚さのバラツキが大きいと、ロータとポンプ室との間、及びロータ間の隙間の寸法精度が低下する。そのため、厚めにフッ素樹脂保護を形成した後に、機械加工により寸法合わせをする必要があり、そのため製造工程が煩雑となる問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ロータの耐腐食性を向上させるとともに、より製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減することができる真空ポンプを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明の真空ポンプは、ポンプ室と、該ポンプ室に連通する吸気口及び排気口とが形成されたケーシングと、前記ポンプ室内に回転可能に設けられたロータと、を備える真空ポンプにおいて、前記ロータの前記ポンプ室と対面する表面上に、陽極酸化皮膜が形成されており、さらに該陽極酸化皮膜上にフッ素樹脂保護膜が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
このようにロータのポンプ室に対面する表面に、陽極酸化皮膜を形成し、この陽極酸化皮膜上にフッ素樹脂保護膜を形成することにより、真空ポンプが腐食性ガスを吸引するような場合であっても、ロータの腐食を防止することができる。さらに、陽極酸化皮膜の形成により、ある程度の耐腐食性は確保されているので、フッ素樹脂保護膜の厚さを必要以上に厚くする必要がない。そのため、フッ素樹脂皮膜の厚さを比較的薄くすることができるので、製造工程を簡略化することができ、ひいては製造コストを低減することができる。さらに、フッ素樹脂保護膜の厚さを比較的薄く抑えることが可能であるために、フッ素樹脂保護膜の厚さのバラツキを少なくすることができる。そのため、ロータの寸法精度を向上させる目的で、フッ素樹脂保護膜の表面を後加工により加工する必要もないので、さらに製造工程を簡略化することができるとともに製造コストを低減することができる。
【０００９】
さらに、本発明の真空ポンプにおいては、前記陽極酸化皮膜と前記フッ素樹脂保護膜との間に下地保護層が形成されているのがよい。
【００１０】
上記のように、ロータの表面に陽極酸化皮膜を形成し、その上に下地保護膜を形成した上で、フッ素樹脂保護膜を形成することにより、陽極酸化皮膜とフッ素樹脂保護膜との密着性が向上する。
【００１１】
さらに、本発明の真空ポンプにおいては、前記ロータはアルミニウムを含むものであって、前記陽極酸化皮膜は酸化アルミニウムを含むものであるとすることができる。
【００１２】
アルミニウムは鋳造、押出し、引き抜き等が容易であったり、また比強度も高いことからロータの素材として好適に使用することができる。そして、このようなロータに陽極酸化皮膜処理して形成される陽極酸化皮膜は、酸化アルミニウムを主成分として含む。陽極酸化皮膜は、ロータを例えば硫酸に浸漬して、ロータに電流を通電させることによって形成することができる。このような陽極酸化皮膜は、耐腐食性及び硬度に優れるとともに、フッ素樹脂保護膜よりも形成が容易である。また、陽極酸化皮膜は、ロータを
なお、本明細書において、フッ素樹脂保護膜は、フッ素樹脂を主成分として含有する膜を総称するものとし、フッ素樹脂以外の成分が含有されていても全く問題はない。逆にロータ表面との密着性等を向上させるために、必要に応じて添加剤等が含有されていてもよい。
【００１３】
フッ素樹脂保護膜を構成するフッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）を採用することができる。または、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン／エチレン共重合体樹脂（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン／エチレン共重合体樹脂（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）の少なくとも一種を採用することができる。
【００１４】
フッ素樹脂保護膜に含まれるフッ素樹脂の含有量は、要求される耐腐食性に応じて７０質量％以上、８０質量％以上、８５質量％以上、９０質量％以上、９５質量％以上とすることができる。
【００１５】
さらに、フッ素樹脂保護膜には、フッ素樹脂とともに、カーボン繊維（短繊維）、ガラス繊維、黒鉛、二硫化モリブデンなどの少なくとも１種からなる添加剤を必要に応じてフッ素樹脂とともにフッ素樹脂保護膜に添加することもできる。カーボン繊維等の添加剤の配合量としては、要求される特性に応じて適宜選択できるものの、例えば、１〜４０質量％、５〜３０質量％添加することができる。添加剤が添加されるときには、保護膜全体の質量を１００％としたとき、保護膜のうちフッ素樹脂が閉める割合は、６０〜９９質量％、７０〜９５質量％にすることができる。ただし、これらに限定されるものではない。
【００１６】
具体的に、フッ素樹脂保護膜の厚さは１μｍ以上２００μｍ以下の範囲に設定することができる。望ましくは、本発明の真空ポンプにかかるフッ素樹脂保護膜の厚さは１００μｍ以下に設定することのがよい。さらに望ましくは、１０μｍ以上６０μｍ以下の範囲に設定することができる。ただし、これらに限定されるものではない。
【００１７】
保護膜の皮膜にあたっては、フッ素樹脂や接着助剤を溶剤に分散させたスラリーをロータの必要部位の表面に塗布した後、焼き付ける方法、あるいはフッ素樹脂系の粉末をロータの必要部品の表面に静電塗装した後に焼き付ける方法、あるいはフッ素樹脂粉末をロータの必要部位の表面に圧縮成型する方法等を採用することができる。
【００１８】
本発明にかかる真空ポンプは、半導体製造プロセスにおいて、真空室、例えば半導体製造装置のチャンバー内からガスを排気するものとすることができる。本発明にかかる真空ポンプは、ロータのポンプ室と対面する表面に陽極酸化皮膜とフッ素樹脂保護膜とが形成されているため、耐腐食性が付与されている。そのため、半導体製造プロセスにおいて使用されるプロセスガスや、製造プロセス中に生成した反応ガス等が腐食性を有するガスであっても、ロータの腐食は抑制されることになる。半導体製造プロセスにおいては、プロセスガスとして腐食性を有するガスを使用することが多く、ロータの腐食が特に問題となる。
【００１９】
特に、本発明の真空ポンプは、ロータは２葉のまゆ型であり、一方のロータの凹部に他方のロータの凸部が合わさるような形で、互いに９０°ずれた状態で同期回転するルーツ型真空ポンプとすることができる。
【００２０】
上記のようなルーツ型真空ポンプの場合には、２個１組のロータは互いに非接触の状態で回転するのがよい。また、それぞれのロータはケーシングに対しても非接触で回転するのがよい。一方で、互いのロータ間の隙間や、各ロータとケーシングとの隙間が大きいとポンプ排気効率が低下してしまう。そのため、２個１組のロータの間、及び各ロータとケーシングとの間は非接触であり、且つその間の隙間は非常に小さなものにしなければならない。しかし、ロータの表面に形成される保護膜の厚さが厚くなればなるほど、保護膜の厚さのバラツキが大きくなり、高精度の寸法を実現するために後加工が必要となる。一方、本発明においては、膜厚のバラツキが大きくなりやすいフッ素樹脂保護膜を薄く形成することができるので、フッ素樹脂保護膜の膜厚のバラツキを小さくすることができ、ひいては後加工をしなくても、高精度の寸法のロータを実現することができる。
【００２１】
なお、上記のようなルーツ型真空ポンプにおいては、ロータとしては２葉ロータ、３葉ロータ及び４葉ロータ等の形状を採用することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を用いて本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、半導体製造プロセスにおいて使用する半導体製造装置の真空室（チャンバー）からガスを吸引するために使用される真空ポンプである。特に、本実施形態の真空ポンプは、ロータは２葉のまゆ型であり、一方のロータの凹部に他方のロータの凸部が合わさるような形で、互いに９０°ずれた状態で同期回転するルーツ型真空ポンプである。図１は、ルーツ型真空ポンプの主要部の断面を示すものである。図２はロータ軸心に直交する面での断面を示すものである。さらに、図５は、真空ポンプのロータの軸心に沿う面における断面を示すものである。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の真空ポンプは、金属製のケーシング１と、金属製の２個１組のロータ３とを有する。ケーシング１は、例えばアルミ合金により構成されており、ロータ３も同様に、アルミ合金により構成される。ケーシング１には、ガスを吸引する吸引口１１と、ガスを排出する排気口１３と、吸引口１１及び排気口１３とに連通する形で設けられているとともに、吸引されたガスが圧縮されるポンプ室１２とを有する。
【００２４】
図１に示すように、２個１組のロータ３は、ケーシング１のポンプ室１２に配置されている。さらに、２個１組のロータ３は、一方のロータ３の凹部に他方の凸部が対応するように、位相が約９０°異なる状態でそれぞれ配置されており、かつ回転可能とされている。特にこれら２個１組のロータ３は、位相が約９０°ずれた状態で、同期して回転するようになっている。さらに、図示しないモータがいずれか一方のロータ３の回転軸３０に取り付けられており、一方のロータ３が回転したときに、他方のロータ３に回転力を伝達するタイミングギア３６が両方のロータ３の回転軸３０に取り付けられている。これにより、２個１組のロータ３の一方がモータにより回転すると、他方のロータ３は位相が一方のロータ３と約９０°の位相差のまま、互いに逆向きに同期回転することになる。
【００２５】
図２に示すように、ロータ３は正面形状がまゆ形をなしており、第１頭部３１と第２頭部３２とを有する。さらに、第１頭部３１と第２頭部３２との間に凹部３４が形成されるように設けられた中間腹部３３を有する。回転軸３０が各ロータ３の断面円形状の中央孔３ｓに嵌合されている。ロータ３は軽量化等のため内周面３８ｍで区画された穴３８を有する。ただし、軽量化が特に重要でない場合は、穴３８を形成しなくてもよい。
【００２６】
ロータ３のうちポンプ室１２に対面する部分には、保護膜５が皮膜されている。具体的には、ロータ３のまゆ形外周面３ｋ、ロータ３の軸端面３ｍ（図１参照）に保護膜５が形成されている。この保護膜５は、図３に示すように、ロータ３自身の表面上に形成されている陽極酸化皮膜６と、該陽極酸化皮膜６の表面上に形成されているフッ素樹脂保護膜４とを有する。本実施形態の場合、ロータ３がアルミニウム合金により構成されていることから、陽極酸化皮膜６は酸化アルミニウム膜６である。一方、フッ素樹脂保護膜４は、本実施形態の場合、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）により形成している。なお、このフッ素樹脂保護膜４には、添加剤として、フッ素樹脂とは別にカーボン繊維を配合することができる。
【００２７】
以下、上記のようなロータ３に保護膜５を形成する方法について説明する。まず、鋳造、押し出し、引き抜き等により成型されたロータ３を、陽極酸化皮膜６を形成しない部分にマスキングをした状態で、硫酸中に浸漬するとともに、ロータ３に電流を通電することにより、ロータ３の表面に陽極酸化皮膜としての酸化アルミニウム膜６を形成する。ついで、ロータ３のうちフッ素樹脂保護膜４を形成しない部分にマスキングをした状態で、フッ素樹脂や接着助剤等を溶剤に分散させてスラリーをロータ３の必要部位に塗布する。そして、４００℃程度で焼き付けて、陽極酸化皮膜６上にフッ素樹脂保護膜４を形成する。このとき、フッ素樹脂保護膜４を数回塗布するなどして、フッ素樹脂保護膜４の膜厚を厚くする必要なないので、スラリーを塗布する回数は一回でよい。そのため、使用されるフッ素樹脂の量も低減することができるとともに、製造工程を短縮することができる。なお、シュウ酸に浸漬し電流を通電することでも陽極酸化皮膜を形成することができる。
【００２８】
真空ポンプを組み付けたときには、ケーシング１のポンプ室１２を形成する断面円弧形状の内壁面１ｃとロータ３の頭部３１、３２の頂部３１ｃ、３２ｃとの間には、隙間が形成される。また２個１組を構成するまゆ形ロータ３同士は、理想的には、ロータ３間に隙間を形成し互いに非接触で作動するように設計されている。１組のロータ３同士、及びロータ３とケーシング１との間が互いに非接触な状態を維持するようにするためには、１組を構成するロータ３間の隙間、及びロータ３とケーシング１との間の隙間を大きくすれば良いが、隙間が大きくなると、ポンプ排気効率が低下する不具合がある。そのためルーツ型真空ポンプでは、１組を構成するまゆ形のロータ３同士、及びロータ３とケーシング１との間は、互いに非接触ま状態を維持しつつも、隙間をかなり小さくするように設計されることが好ましい。この事情を考慮すると、ルーツ型真空ポンプでは、前述したようにロータ３の寸法、特にロータ３のまゆ形外周面３ｋの寸法には高い精度が要請される。
【００２９】
この点、本発明の真空ポンプにおいては、ロータ３の表面に形成されるフッ素樹脂保護膜４の膜厚が薄いこともあり、膜厚のバラツキが小さく抑えられるので、後加工を行わなくても高い寸法精度を実現することができる。
【００３０】
具体的に、ロータ３の表面に形成される酸化アルミニウム膜６の厚さは、５μｍ〜５０μｍとすることができ、望ましくは５μｍ〜２μｍとすることができる。また、フッ素樹脂保護膜４の膜厚は１μｍ〜２００μｍとすることができ、望ましくは１μｍ〜１００μｍとすることができ、さらに望ましくは１０μｍ〜６０μｍとすることができる。
【００３１】
このような真空ポンプを使用する場合は、図１に示すように、半導体デバイスを製造する半導体製造プロセスにおいて、半導体製造装置のチャンバー（真空室）７に真空ポンプの吸引口１１を接続する。真空ポンプの駆動装置により２個１組のロータ３のうち一方の回転軸３０を回転させ、２個のロータ３を同期回転させると、真空室７内に充満する腐食性成分を含有するガスは、真空ポンプの吸気口からポンプ室１２を介して排気口１３まで順番に通過して外部に排出されることになる。したがって、真空ポンプを必要時間駆動させれば、半導体製造プロセス中に使用される真空室７の真空度および清浄度が維持される。
【００３２】
ロータ３に皮膜されているフッ素樹脂を基材とするフッ素樹脂保護膜４は、ロータ３の金属母材に対して軟質である。しかもフッ素樹脂を基材とするフッ素樹脂保護膜４による低摩擦性も期待することができる。そのためポンプ排気効率を高めるべく、ロータ３同士の隙間、ロータ３とケーシング１との隙間を小さく設定したため、または経年劣化等のため、仮にロータ３同士が接触する頻度、ロータ３とケーシング１とが接触する頻度が高くなるような場合であっても、ロータ３やケーシング１の機械的損傷を抑えることができる。一方、ロータ３の表面に陽極酸化皮膜６（酸化アルミニウム膜６）を形成するのみで、フッ素樹脂保護膜４を形成しない場合には、酸化アルミニウム膜６の硬度が比較的高いこともあって、ロータ３とケーシング１とが接触すると、両者が焼きついてしまうこともありえる。このように、本実施形態の真空ポンプにおいては、ロータ３の表面に陽極酸化皮膜６のみを形成する場合よりも、最初の設計段階において、ロータ４同士の間の隙間、及びロータ３とケーシング１との間の隙間を小さめに設定でき、従ってポンプ排気効率を高めることができる。
【００３３】
なお、上記した実施形態では、ロータ３のまゆ形外周面３ｋ、ロータ３の軸端面３ｍの双方に保護膜５が形成されているが、これに限らず、ロータ３のまゆ形外周面３ｋに保護膜５を被覆するものの、ロータ３の軸端面３ｍに保護膜５を被覆しない方式を採用することもできる。この場合、ロータ３の軸端面３ｍに酸化アルミニウム膜６（陽極酸化皮膜６）のみ被覆し、フッ素樹脂保護膜４を被覆しない方式を採用することもできる。
【００３４】
さらに、ロータ３の軸端面３ｍに保護膜５を被覆するものの、ロータ３のまゆ外周面３ｋに保護膜５を被覆しない方式を採用することもできる。この場合、ロータ３のまゆ外周面３ｋに酸化アルミニウム膜６（陽極酸化皮膜６）のみ被覆し、フッ素樹脂保護膜４を被覆しない方式を採用することもできる。
【００３５】
図４は、ロータ３の表面に形成される保護膜５の図３とは異なる形態を示すものである。図４に示す保護膜５の実施形態はロータ３の表面上に形成されている酸化アルミニウム膜６（陽極酸化皮膜６）とフッ素樹脂保護膜４との間に下地保護間８が形成されている点で図３に示す実施形態とは異なる。このような下地保護膜８により、陽極酸化皮膜６とフッ素樹脂保護膜４との間の密着性を向上させることができる。
【００３６】
図４に示す下地保護膜８の膜厚としては、陽極酸化皮膜６とフッ素樹脂保護膜４との密着性が十分に得られる範囲であれば特に限定されないが、高精度のロータ３の寸法を実現したり、製造工程を簡略化する目的で、下地保護膜８の膜厚を可及的に薄く形成するのがよい。具体的には、５μｍ〜１００μｍとするのがよく、望ましくは５μｍ〜５０μｍとするのがよい。
【００３７】
図６に本発明の図１とは異なる実施形態の一例を示す。本形態は多段直列式のルーツ型真空ポンプに適用した場合である。図６に示す形態においても図１にて示した実施形態と基本的に同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏するものである。図１の実施形態と共通する機能を奏する部位には共通の符号を付している。
【００３８】
本形態における多段直列式のルーツ型真空ポンプにおいては、第１ポンプ室１２ａ、第２ポンプ室１２ｂ、第３ポンプ室１２ｃ、第４ポンプ室１２ｄが互いに連通するように高さ方向に直列に基部１００に複数個併設されている。ここで、第１ポンプ室１２ａの排気口１３は隣接する第２ポンプ室１２ｂの吸気口１１に連通している。第２ポンプ室１２ｂの排気口１３は、隣接する第３ポンプ室１２ｃの吸気口１１に連通している。第３ポンプ室１２ｃの排気口１３は、隣接する第４ポンプ室１２ｄの吸気口１１に連通している。
【００３９】
ポンプ室１２ａには、９０°位相をずらせた２個１組のロータ３が回転可能に配置されている。同様に、他のポンプ室１２ｂ〜１２ｄにも、２個１組のロータ３が回転可能に配置されている。上流側の第１ポンプ室１２ａは真空室７につながれている。下流側の第４ポンプ室１２ｄは連通管１４、消音器１５を介して排気管１６につながれている。
【００４０】
半導体デバイスを製造するプロセスで使用する真空室７のガスは、第１ポンプ室１２ａ、第２ポンプ室１２ｂ、第３ポンプ室１２ｃ、第４ポンプ室１２ｄの順に排気される。この真空ポンプを必要時間駆動させれば、真空室７を高真空度にすることができる。
【００４１】
前述同様に、各ロータ３のうち各ポンプ室１２ａ〜１２ｄに対面する部分には、フッ素樹脂を基材とする保護膜５が被覆されている。そのため、半導体製造プロセスにおける腐食性成分をもつガスによって、金属製のロータ３の寿命、耐久性が向上し、真空ポンプの長寿命化に貢献できる。
【００４２】
本形態は、多段直列式のルーツ型真空ポンプである。従ってフッ素樹脂を基材とする保護膜５とロータ３の母材との熱膨張差があったとしても、その熱膨張差は各ポンプ室１２ａ〜１２ｄ毎に独立して対処できる。そのため、一本の回転軸に２個１組のロータ３を多数組直列的配置で装備した方式に比較して、熱膨張差に起因する不具合に対処し易く、熱膨張差に起因する隙間の変動を抑制できる利点が得られる。なお、一本の回転軸に２個１組のロータ３を多数組直列的配置で装備した方式を除外するものではなく、このような形態の真空ポンプであっても、本発明の効果は当然得られるものである。
【００４３】
上記した形態では、ルーツ型ポンプに適用しているが、これに限らず、螺旋溝をもつスクリュ軸を回転させて排気を行うスクリュポンプ等の他の種のポンプに適用することもできるものである。さらに、本発明の真空ポンプは、前述の図１及び図６に示す形態のみをさすものではなく、必要に応じて適宜形状等を変更して実施してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の真空ポンプによれば、ロータのポンプ室に対面する表面上に陽極酸化皮膜が形成されており、さらに、この陽極酸化皮膜の表面上に、フッ素樹脂保護膜が形成されているので、腐食性成分を含有するガスを吸引しても、ロータの腐食が抑制される。さらに、陽極酸化皮膜上にフッ素樹脂保護膜を形成するようにしているので、フッ素樹脂保護膜の膜厚を従来に比べて薄くすることができる。そのため、フッ素樹脂保護膜の膜厚のバラツキを抑えることができ、後加工なしでも、寸法が高精度のロータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空ポンプの一実施形態において、その要部を示す正面図。
【図２】まゆ形ロータの軸芯に対して直交する方向に沿い且つロータの厚み方向の中間位置における断面図。
【図３】ロータ表面に形成される保護膜の一例を示す図。
【図４】ロータ表面に形成される保護膜の一例を示す図。
【図５】まゆ形ロータの軸心方向に沿った断面図。
【図６】本発明の真空ポンプの一実施形態において、その要部を示す正面図。
【符号の説明】
１ ケーシング
３ ロータ
４ フッ素樹脂保護膜
６ 陽極酸化皮膜
８ 下地保護膜
１１ 吸気口
１２ ポンプ室
１３ 排気口[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum pump.
[0002]
[Prior art]
For example, as a vacuum pump, a vacuum pump having a casing in which a pump chamber is formed and a rotor arranged in the pump chamber and rotatable in the pump chamber is known. By the way, when such a vacuum pump is used in a semiconductor manufacturing apparatus, a process gas used in a semiconductor manufacturing process or a reaction product gas generated during the semiconductor manufacturing process is sucked into a pump chamber from inside a chamber of the semiconductor manufacturing apparatus. There is. Some of these process gases and reaction product gases have corrosive properties, and there is a problem that the corrosive gases corrode the rotor in the pump chamber.
[0003]
As described above, a technique of forming a fluororesin protective film on the surface of the rotor facing the pump chamber in order to protect the rotor in the pump chamber from corrosive gas is known (for example, JP-A-2001-2001). 012373).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-012373 A [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to impart corrosion resistance to the rotor, it is necessary to increase the thickness of the fluororesin protective film formed on the surface of the rotor to some extent. Further, the fluororesin protective film is formed by spraying on the surface of the rotor. However, since the thickness of the film formed by one spray is insufficient, the fluororesin protective film is formed in a plurality of times. Like that. For this reason, the manufacturing process is bulky and hinders further reduction in manufacturing cost. Furthermore, when the fluororesin protective film is too thick, the thickness of the fluororesin protective film varies greatly. The smaller the gap between the rotor and the pump chamber, and the smaller the gap between the rotors, the higher the pump evacuation efficiency. However, if the variation in the thickness of the fluororesin protective film is large, the gap between the rotor and the pump chamber, and The dimensional accuracy of the gap of the gap decreases. Therefore, it is necessary to adjust the dimensions by machining after forming the fluororesin protection to be thicker, which causes a problem that the manufacturing process becomes complicated.
[0006]
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a vacuum pump capable of improving the corrosion resistance of a rotor, simplifying a manufacturing process, and reducing a manufacturing cost. The task is to
[0007]
[Means for Solving the Problems and Functions / Effects]
In order to solve the above problems, a vacuum pump according to the present invention includes a pump chamber, a casing having an intake port and an exhaust port communicating with the pump chamber, and a rotor rotatably provided in the pump chamber. , An anodic oxide film is formed on a surface of the rotor facing the pump chamber, and a fluororesin protective film is further formed on the anodic oxide film. .
[0008]
By forming an anodic oxide film on the surface of the rotor facing the pump chamber and forming a fluororesin protective film on the anodic oxide film, the vacuum pump may suck a corrosive gas. However, corrosion of the rotor can be prevented. Further, since a certain degree of corrosion resistance is ensured by forming the anodic oxide film, it is not necessary to increase the thickness of the fluororesin protective film more than necessary. Therefore, the thickness of the fluororesin film can be made relatively thin, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. Further, since the thickness of the fluororesin protective film can be kept relatively small, variations in the thickness of the fluororesin protective film can be reduced. Therefore, the surface of the fluororesin protective film does not need to be processed by post-processing for the purpose of improving the dimensional accuracy of the rotor, so that the manufacturing process can be further simplified and the manufacturing cost can be reduced.
[0009]
Furthermore, in the vacuum pump of the present invention, it is preferable that a base protective layer is formed between the anodic oxide film and the fluororesin protective film.
[0010]
As described above, the anodic oxide film is formed on the surface of the rotor, the underlayer protective film is formed thereon, and then the fluororesin protective film is formed, whereby the adhesion between the anodic oxide film and the fluororesin protective film is improved. Is improved.
[0011]
Further, in the vacuum pump of the present invention, the rotor may include aluminum, and the anodic oxide film may include aluminum oxide.
[0012]
Aluminum can be suitably used as a material for the rotor because it is easy to cast, extrude, and withdraw, and has high specific strength. An anodic oxide film formed on such a rotor by anodic oxide film treatment contains aluminum oxide as a main component. The anodic oxide film can be formed by immersing the rotor in, for example, sulfuric acid and applying a current to the rotor. Such an anodized film has excellent corrosion resistance and hardness, and is easier to form than a fluororesin protective film. In addition, the anodic oxide film refers to a rotor, and in this specification, the fluororesin protective film is a generic term for a film containing a fluororesin as a main component, and there is no problem even if components other than the fluororesin are contained. There is no. Conversely, additives and the like may be contained as necessary to improve the adhesion to the rotor surface and the like.
[0013]
As the fluororesin constituting the fluororesin protective film, tetrafluoroethylene / perfluoroalkylvinyl ether copolymer resin (PFA) can be employed. Or, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer resin (FEP), tetrafluoroethylene / ethylene copolymer resin (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), chlorotrifluoro At least one of ethylene / ethylene copolymer resin (ECTFE) and polyvinylidene fluoride (PVDF) can be employed.
[0014]
The content of the fluororesin contained in the fluororesin protective film should be 70% by mass or more, 80% by mass or more, 85% by mass or more, 90% by mass or more, and 95% by mass or more according to the required corrosion resistance. Can be.
[0015]
Further, the fluororesin protective film may include, together with the fluororesin, at least one additive such as carbon fiber (short fiber), glass fiber, graphite, molybdenum disulfide, etc. It can also be added. The amount of the additive such as carbon fiber can be appropriately selected according to the required characteristics. For example, 1 to 40% by mass or 5 to 30% by mass can be added. When the additive is added, assuming that the mass of the entire protective film is 100%, the proportion of the protective film closed by the fluororesin can be 60 to 99% by mass and 70 to 95% by mass. However, it is not limited to these.
[0016]
Specifically, the thickness of the fluororesin protective film can be set in a range from 1 μm to 200 μm. Desirably, the thickness of the fluororesin protective film according to the vacuum pump of the present invention is set to 100 μm or less. More desirably, it can be set to a range of 10 μm or more and 60 μm or less. However, it is not limited to these.
[0017]
The protective film is applied by applying a slurry in which a fluororesin or an adhesive agent is dispersed in a solvent to the surface of the required part of the rotor and then baking it, or applying a fluororesin powder to the surface of the necessary parts of the rotor. A method of baking after electropainting, a method of compression-molding a fluororesin powder on the surface of a necessary portion of the rotor, or the like can be adopted.
[0018]
The vacuum pump according to the present invention may exhaust gas from a vacuum chamber, for example, a chamber of a semiconductor manufacturing apparatus in a semiconductor manufacturing process. The vacuum pump according to the present invention has corrosion resistance because the anodic oxide film and the fluororesin protective film are formed on the surface of the rotor facing the pump chamber. Therefore, even if the process gas used in the semiconductor manufacturing process or the reaction gas generated during the manufacturing process is a corrosive gas, the corrosion of the rotor is suppressed. In a semiconductor manufacturing process, a corrosive gas is often used as a process gas, and rotor corrosion is a particular problem.
[0019]
In particular, in the vacuum pump of the present invention, the rotor is a two-leafed cocoon type, and the roots type is a type in which a concave portion of one rotor is fitted with a convex portion of the other rotor, and is synchronously rotated with a 90 ° shift from each other. It can be a vacuum pump.
[0020]
In the case of the roots type vacuum pump as described above, it is preferable that a pair of rotors rotate in a non-contact state with each other. Further, it is preferable that each rotor rotates without contacting the casing. On the other hand, if the gap between the rotors and the gap between each rotor and the casing are large, the pump exhaust efficiency will be reduced. Therefore, there is no contact between the pair of rotors and between each rotor and the casing, and the gap between them must be very small. However, the greater the thickness of the protective film formed on the surface of the rotor, the greater the variation in the thickness of the protective film, which requires post-processing to achieve high-precision dimensions. On the other hand, in the present invention, since the fluororesin protective film in which the variation in the film thickness tends to be large can be formed thinly, the variation in the film thickness of the fluororesin protective film can be reduced, and thus the post-processing is not required. However, a rotor with high-precision dimensions can be realized.
[0021]
In the roots type vacuum pump as described above, the rotor may have a shape of a two-lobe rotor, a three-lobe rotor, a four-lobe rotor, or the like.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. This embodiment is a vacuum pump used to suck a gas from a vacuum chamber (chamber) of a semiconductor manufacturing apparatus used in a semiconductor manufacturing process. In particular, in the vacuum pump of the present embodiment, the rotor is a two-leafed cocoon type, and the roots rotate synchronously in a state of being shifted from each other by 90 ° in such a manner that a concave portion of one rotor is fitted with a convex portion of the other rotor. Type vacuum pump. FIG. 1 shows a cross section of a main part of a roots type vacuum pump. FIG. 2 shows a cross section in a plane perpendicular to the rotor axis. Further, FIG. 5 shows a cross section in a plane along the axis of the rotor of the vacuum pump.
[0023]
As shown in FIG. 1, the vacuum pump of the present embodiment includes a metal casing 1 and a pair of metal rotors 3. The casing 1 is made of, for example, an aluminum alloy, and the rotor 3 is also made of an aluminum alloy. The casing 1 is provided with a suction port 11 for sucking gas, an exhaust port 13 for discharging gas, and a form communicating with the suction port 11 and the exhaust port 13, and the sucked gas is compressed. And a pump chamber 12.
[0024]
As shown in FIG. 1, a pair of rotors 3 are arranged in a pump chamber 12 of the casing 1. Further, the pair of two rotors 3 are arranged in a state where the phases are different from each other by about 90 ° so that the concave portions of one rotor 3 correspond to the other convex portions, and are rotatable. In particular, the pair of rotors 3 are configured to rotate synchronously with a phase shift of about 90 °. Further, a motor (not shown) is attached to the rotation shaft 30 of one of the rotors 3, and when one of the rotors 3 rotates, a timing gear 36 that transmits a rotational force to the other rotor 3 is connected to both of the rotors 3. Is attached to the rotary shaft 30 of the motor. Thus, when one of the pair of rotors 3 is rotated by the motor, the other rotor 3 is synchronously rotated in the opposite directions to each other while maintaining a phase difference of about 90 ° from that of the one rotor 3.
[0025]
As shown in FIG. 2, the rotor 3 has a cocoon-shaped front shape, and has a first head 31 and a second head 32. Further, it has an intermediate abdomen 33 provided so as to form a recess 34 between the first head 31 and the second head 32. The rotating shaft 30 is fitted in the central hole 3 s of each rotor 3 having a circular cross section. The rotor 3 has a hole 38 defined by an inner peripheral surface 38m for weight reduction or the like. However, if weight reduction is not particularly important, the hole 38 need not be formed.
[0026]
The portion of the rotor 3 facing the pump chamber 12 is coated with a protective film 5. Specifically, the protective film 5 is formed on the eyebrow-shaped outer peripheral surface 3k of the rotor 3 and the shaft end surface 3m of the rotor 3 (see FIG. 1). As shown in FIG. 3, the protective film 5 includes an anodic oxide film 6 formed on the surface of the rotor 3 itself and a fluororesin protective film 4 formed on the surface of the anodic oxide film 6. Have. In the case of the present embodiment, since the rotor 3 is made of an aluminum alloy, the anodic oxide film 6 is an aluminum oxide film 6. On the other hand, in the case of the present embodiment, the fluororesin protective film 4 is formed of a tetrafluoroethylene / perfluoroalkylvinyl ether copolymer resin (PFA). The fluororesin protective film 4 may contain carbon fiber as an additive separately from the fluororesin.
[0027]
Hereinafter, a method of forming the protective film 5 on the rotor 3 as described above will be described. First, the rotor 3 formed by casting, extruding, drawing, or the like is immersed in sulfuric acid while masking a portion where the anodic oxide film 6 is not formed, and a current is applied to the rotor 3 to thereby form the rotor 3. An aluminum oxide film 6 as an anodic oxide film is formed on the surface of the substrate. Then, while masking a portion of the rotor 3 where the fluororesin protective film 4 is not formed, a fluororesin or an adhesion aid is dispersed in a solvent and a slurry is applied to a necessary portion of the rotor 3. Then, baking is performed at about 400 ° C. to form the fluororesin protective film 4 on the anodic oxide film 6. At this time, since it is not necessary to increase the film thickness of the fluororesin protective film 4 by applying the fluororesin protective film 4 several times, the number of times of applying the slurry may be one. Therefore, the amount of the fluororesin used can be reduced, and the manufacturing process can be shortened. The anodic oxide film can also be formed by immersing in oxalic acid and applying a current.
[0028]
When the vacuum pump is assembled, a gap is formed between the inner wall surface 1c having an arc-shaped cross section that forms the pump chamber 12 of the casing 1 and the top portions 31c and 32c of the heads 31 and 32 of the rotor 3. The two sets of the eyebrows are ideally designed such that a gap is formed between the rotors 3 and the rotors 3 operate in a non-contact manner. In order to maintain a non-contact state between one set of rotors 3 and between the rotor 3 and the casing 1, a gap between the rotors 3 constituting one set, and the rotor 3 and the casing 1 May be increased, but when the gap is increased, there is a problem that the pump exhaust efficiency is reduced. Therefore, the roots-type vacuum pump is designed so that the gap between the eyebrow-shaped rotors 3 and the rotor 3 and the casing 1 constituting one set are considerably small while maintaining a non-contact state with each other. Preferably. In consideration of this situation, in the roots type vacuum pump, high precision is required for the dimensions of the rotor 3, particularly the dimensions of the eyebrow-shaped outer peripheral surface 3k of the rotor 3, as described above.
[0029]
In this regard, in the vacuum pump of the present invention, the thickness of the fluororesin protective film 4 formed on the surface of the rotor 3 may be small, and the variation in the film thickness can be suppressed small. High dimensional accuracy can be realized.
[0030]
Specifically, the thickness of the aluminum oxide film 6 formed on the surface of the rotor 3 can be 5 μm to 50 μm, and preferably 5 μm to 2 μm. Further, the thickness of the fluororesin protective film 4 can be set to 1 μm to 200 μm, preferably 1 μm to 100 μm, and more preferably 10 μm to 60 μm.
[0031]
When such a vacuum pump is used, as shown in FIG. 1, in a semiconductor manufacturing process for manufacturing a semiconductor device, a suction port 11 of the vacuum pump is connected to a chamber (vacuum chamber) 7 of a semiconductor manufacturing apparatus. When one of the two rotors 3 is rotated by the driving device of the vacuum pump and one of the two rotors 3 is rotated synchronously, the gas containing the corrosive component filling the vacuum chamber 7 is Then, the gas sequentially passes from the suction port of the vacuum pump to the exhaust port 13 via the pump chamber 12 and is discharged to the outside. Therefore, if the vacuum pump is driven for a required time, the degree of vacuum and cleanliness of the vacuum chamber 7 used during the semiconductor manufacturing process are maintained.
[0032]
The fluororesin protective film 4 made of fluororesin as a base material and coated on the rotor 3 is soft with respect to the metal base material of the rotor 3. In addition, low frictional properties due to the fluororesin protective film 4 made of fluororesin can be expected. Therefore, the gap between the rotors 3 and the gap between the rotor 3 and the casing 1 are set to be small in order to increase the pump exhaust efficiency, or the frequency of contact between the rotors 3 due to aging or the like. Even if the frequency of contact increases, mechanical damage to the rotor 3 and the casing 1 can be suppressed. On the other hand, when only the anodic oxide film 6 (aluminum oxide film 6) is formed on the surface of the rotor 3 and the fluororesin protective film 4 is not formed, the hardness of the aluminum oxide film 6 may be relatively high. When the rotor 3 and the casing 1 come into contact with each other, they may be seized. As described above, in the vacuum pump according to the present embodiment, the gap between the rotors 4 and the rotor 3 and the casing 1 in the first design stage are different from the case where only the anodic oxide film 6 is formed on the surface of the rotor 3. Can be set smaller, and therefore the pumping efficiency can be increased.
[0033]
In the above-described embodiment, the protective film 5 is formed on both the eyebrow-shaped outer peripheral surface 3k of the rotor 3 and the shaft end surface 3m of the rotor 3, but is not limited thereto. It is also possible to adopt a method in which the protective film 5 is covered, but the shaft end face 3 m of the rotor 3 is not covered with the protective film 5. In this case, a method in which only the aluminum oxide film 6 (anodized film 6) is coated on the shaft end surface 3m of the rotor 3 and the fluororesin protective film 4 is not coated may be adopted.
[0034]
Further, a method may be adopted in which the shaft end surface 3m of the rotor 3 is coated with the protective film 5, but the outer peripheral surface 3k of the rotor 3 is not coated with the protective film 5. In this case, a method in which only the aluminum oxide film 6 (anodic oxide film 6) is coated on the outer peripheral surface 3k of the eyebrows of the rotor 3 and the fluororesin protective film 4 is not coated may be adopted.
[0035]
FIG. 4 shows a form different from FIG. 3 of the protective film 5 formed on the surface of the rotor 3. In the embodiment of the protection film 5 shown in FIG. 4, a base protection 8 is formed between the aluminum oxide film 6 (anodized film 6) formed on the surface of the rotor 3 and the fluororesin protection film 4. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. With such a base protective film 8, the adhesion between the anodic oxide film 6 and the fluororesin protective film 4 can be improved.
[0036]
The thickness of the underlying protective film 8 shown in FIG. 4 is not particularly limited as long as the adhesion between the anodic oxide film 6 and the fluororesin protective film 4 can be sufficiently obtained. For the purpose of realizing or simplifying the manufacturing process, it is preferable that the film thickness of the base protective film 8 is formed as thin as possible. Specifically, the thickness is preferably 5 μm to 100 μm, and more preferably 5 μm to 50 μm.
[0037]
FIG. 6 shows an example of an embodiment different from FIG. 1 of the present invention. This embodiment is a case where the present invention is applied to a multi-stage series roots vacuum pump. The configuration shown in FIG. 6 has basically the same configuration as the embodiment shown in FIG. 1, and basically has the same operation and effect. Parts having the same functions as those in the embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0038]
In the multi-stage series roots vacuum pump according to the present embodiment, the first pump chamber 12a, the second pump chamber 12b, the third pump chamber 12c, and the fourth pump chamber 12d are connected in series in the height direction so as to communicate with each other. 100 are provided in parallel. Here, the exhaust port 13 of the first pump chamber 12a communicates with the intake port 11 of the adjacent second pump chamber 12b. The exhaust port 13 of the second pump chamber 12b communicates with the intake port 11 of the adjacent third pump chamber 12c. The exhaust port 13 of the third pump chamber 12c communicates with the intake port 11 of the adjacent fourth pump chamber 12d.
[0039]
In the pump chamber 12a, a pair of two rotors 3 whose phases are shifted by 90 ° are rotatably arranged. Similarly, a pair of two rotors 3 are rotatably arranged in the other pump chambers 12b to 12d. The first pump chamber 12a on the upstream side is connected to the vacuum chamber 7. The downstream fourth pump chamber 12 d is connected to an exhaust pipe 16 via a communication pipe 14 and a muffler 15.
[0040]
The gas in the vacuum chamber 7 used in the process of manufacturing a semiconductor device is exhausted in the order of the first pump chamber 12a, the second pump chamber 12b, the third pump chamber 12c, and the fourth pump chamber 12d. If this vacuum pump is driven for a required time, the vacuum chamber 7 can be set to a high degree of vacuum.
[0041]
As described above, a portion of each rotor 3 facing each of the pump chambers 12a to 12d is covered with a protective film 5 made of a fluororesin as a base material. Therefore, the gas having a corrosive component in the semiconductor manufacturing process improves the life and durability of the metal rotor 3 and contributes to a longer life of the vacuum pump.
[0042]
This embodiment is a multi-stage series roots vacuum pump. Therefore, even if there is a difference in thermal expansion between the protective film 5 made of fluororesin and the base material of the rotor 3, the difference in thermal expansion can be dealt with independently for each of the pump chambers 12a to 12d. Therefore, as compared with a system in which a plurality of sets of two rotors 3 are arranged in series on a single rotating shaft, it is easier to deal with a problem caused by a difference in thermal expansion, and a gap caused by the difference in thermal expansion is easily handled. The advantage that fluctuation can be suppressed is obtained. It should be noted that this does not exclude a system in which a plurality of sets of two rotors 3 are arranged in series on a single rotating shaft. Even in a vacuum pump of such a form, the effects of the present invention are naturally obtained. It is obtained.
[0043]
In the above-described embodiment, the present invention is applied to a roots type pump. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to other types of pumps such as a screw pump that exhausts by rotating a screw shaft having a spiral groove. is there. Further, the vacuum pump of the present invention is not limited to the embodiment shown in FIGS. 1 and 6 described above, and may be implemented by appropriately changing the shape and the like as needed.
[0044]
【The invention's effect】
According to the vacuum pump of the present invention, the anodic oxide film is formed on the surface of the rotor facing the pump chamber, and the fluororesin protective film is formed on the surface of the anodic oxide film. Even if a gas containing a corrosive component is sucked, corrosion of the rotor is suppressed. Further, since the fluororesin protective film is formed on the anodic oxide film, the thickness of the fluororesin protective film can be made smaller than before. Therefore, variation in the thickness of the fluororesin protective film can be suppressed, and a rotor having high-precision dimensions can be realized without post-processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an essential part of a vacuum pump according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along a direction perpendicular to the axis of the eyebrows rotor and at an intermediate position in the thickness direction of the rotor.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a protective film formed on a rotor surface.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a protective film formed on a rotor surface.
FIG. 5 is a cross-sectional view along the axial direction of the eyebrow-shaped rotor.
FIG. 6 is a front view showing a main part of one embodiment of the vacuum pump of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Casing 3 Rotor 4 Fluororesin protective film 6 Anodized film 8 Base protective film 11 Intake port 12 Pump room 13 Exhaust port
