JP2005344610A - 真空排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空ポンプから真空装置へ伝播する振動の遮断率を向上させること。
【解決手段】 ターボ分子ポンプ１を真空シール構造４を介して主真空室２に接続する。さらに、副真空室３を主真空室２、真空シール構造４、ターボ分子ポンプ１の吸気口１１０を内包するように配設する。副真空室３の粗引き真空排気処理を粗引真空ポンプ６により行い、副真空室３を中真空状態とする。真空シール構造４は、中真空状態となっている副真空室３内に配設されるため、主真空室２と副真空室３との間の圧力差を極めて小さくすることができる。これにより、主真空室２へのガスのリーク量を小さい値に抑えることができる。また、真空シール構造４は、ターボ分子ポンプ１を支持する機能を担うものではないため、例えば、非接触シール構造や柔軟性の高いシール部材を用いることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造装置や電子顕微鏡装置などに用いられる真空チャンバ（真空装置）の排気処理を真空ポンプを用いて行う真空排気装置に関し、特に、例えば真空ポンプで発生した振動の伝達を抑制する機構を有するものに関する。

例えば、真空ポンプを用いて排気処理を行い、内部が真空に保たれるような真空装置を用いる装置には、半導体製造装置、電子顕微鏡、表面分析装置、微細加工装置などがある。
また、各種ある真空ポンプのうち、高真空の環境を実現するために多用されるものに、ターボ分子ポンプがある。
ターボ分子ポンプは、吸気口および排気口を有するケーシングの内部でロータが高速回転するように構成されている。ケーシングの内周面には、ステータ翼が多段に配設されており、一方、ロータにはロータ翼が放射状にかつ多段に配設されている。ロータが高速回転すると、ロータ翼とステータ翼との作用により気体が吸気口から吸引され、排気口から排出されるようになっている。

ターボ分子ポンプは、ロータが高速回転すると、モータのコギングトルクにより振動が発生する。また、ロータは、完全にバランスがとれてない場合には、軸の振れによる振動が発生するおそれもある。
また、ターボ分子ポンプは、タービンを高速回転させて排気処理行っているため、気体分子の衝突熱や、モータから発生する熱などより加熱されて高温状態となる場合がある。
このような、真空ポンプで生じる振動や熱が真空装置側に伝播してしまうと支障を来してしまうおそれがある。
そこで、従来、下記の特許文献をはじめ、真空ポンプからの振動あるいは熱の伝播を抑制するための技術が提案されている。

特開２００２−２９５５８１公報 特開２００２−２２７７６５公報

特許文献１には、真空ポンプと真空装置とをダンパを介して接続し、真空ポンプで発生した振動をダンパで吸収することによって、真空装置への振動の伝播を抑制する技術が開示されている。
振動の吸収のために用いられるダンパは、ベローズにラバー等を巻き付けた構造となっている。
このベローズは、外周にちょうちん状の深いひだをもった円筒状の形状をしており、側面のひだが伸び縮みすることによって弾力性を発揮し、振動を吸収（減衰）させるようになっている。

また、特許文献２には、真空ポンプと真空装置とを、熱伝導率の高い部材（配管）を介して接合し、この部材を水冷や空冷などの冷却方法を用いて冷却することによって、真空装置への熱の伝播を抑制する技術が開示されている。

ところで、振動を吸収するために従来用いられているダンパは、真空ポンプを支持する機能を担っているだけでなく、大気中に配置されるため、真空排気流路と大気との圧力差に耐えうる構造が必要となる。そのため、ダンパには、ある程度の高い剛性が要求されている。
しかしながら、このような剛性の高いダンパは、真空装置へ伝播する振動を遮断（減衰）させる能力が低いものであった。
そこで、本発明は、真空ポンプから真空装置へ伝播する振動の遮断率を向上させることができる真空排気装置を提供することを第１の目的とする。
さらに、本発明は、真空ポンプから真空装置へ伝播する熱の遮断率を向上させることができる真空排気装置を提供することを第２の目的とする。

請求項１記載の発明では、主真空室と、前記主真空室の真空排気処理を行う真空ポンプと、前記主真空室および前記真空ポンプの吸気口を内包し、粗真空排気処理される副真空室と、を備え、前記主真空室と前記真空ポンプとは、前記主真空室と前記副真空室との間における気体の漏洩を防止あるいは低減するシール構造を介して接合されていることにより前記第１の目的を達成する。

請求項１記載の発明において、主真空室および副真空室は、例えば、制振装置や除振装置を介して設置することが好ましい。この制振装置や除振装置は、例えば、外部振動の伝播を好適に抑制することが可能な、アクティブ制御方式を用いた装置が好ましい。
請求項１記載の発明において、シール構造は、例えば、密封（シール）強度の低いシール構造、密封（シール）性の緩いシール構造、脆弱なシール構造等で構成することが好ましい。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記主真空室と前記真空ポンプとは、所定の間隙、非接触シール、シール部材、又は、前記主真空室と前記副真空室間の圧力差に応じて変形する弾性部材を介して接合されていることにより前記第１または前記第２の目的を達成する。

請求項２記載の発明において、所定の隙間は、例えば、副真空室からの気体のリーク量と、このリーク量が主真空室内の到達圧力に与える影響に基づいて算出される値であることが好ましい。
請求項２記載の発明において、非接触シールとして、例えば、隙間の部分を複雑な流路によって構成するラビリンスシールを用いることが好ましく、この流路のクリアランス（空隙幅）は、例えば、主真空室からの気体のリーク量と、このリーク量が主真空室内の到達圧力に与える影響に基づいて算出される値であることが好ましい。

請求項２記載の発明において、シール部材として、例えば、剛性の低い、即ち柔軟性の高い部材、詳しくは、ラバーやポリマー材を用いることが好ましい。さらに、シール部材として、例えば、熱伝導率又は温度伝導率の低い部材、即ち断熱性の高い部材を用いることが好ましい。
請求項２記載の発明において、弾性部材として、例えば、弾性率の低い部材を用いることが好ましく、金属板等を用いるようにしてもよい。さらに、前記弾性部材は、例えば、熱伝導率又は温度伝導率の低い部材、即ち断熱性の高い部材を用いることが好ましい。

また、前記弾性部材として、例えば、本体部とコーティング部の複合（張り合わせ）構造を有する薄板弁形状の部材を用い、前記コーティング部が主真空室から真空ポンプに至る気体移送路（排気経路）に臨むように構成してもよい。この場合、本体部は、例えば、柔軟性の高いラバー、ポリマー材等を用い、一方、コーティング部は、例えば、本体部の有する弾性特性に影響を与えない程度の、柔軟性のある金属であるステンレス鋼やアルミニウムを用いることが好ましい。
弾性部材がこのように構成される場合には、弾性部材は、例えば、主真空室から真空ポンプに至る気体移送路（排気経路）側の圧力が副真空室の圧力よりも低い場合には、副真空室と気体移送路（排気経路）とをシール（密封）し、主真空室から真空ポンプに至る気体移送路（排気経路）の圧力が副真空室の圧力よりも高くなった場合には、シール（密封）を解消するように変形することが好ましい。このような場合、例えば、前記弾性部材と接触する相手側（主真空室側）における接触面（摺動接合面）に硬い材質のコーティング処理を施すようにしてもよい。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記副真空室の粗真空排気処理を行う粗真空ポンプを備え、前記真空ポンプの排気口は、前記副真空室と連通している。

本発明によれば、真空ポンプから真空装置へ伝播する振動あるいは熱の遮断率を向上させることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図１〜図７を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る真空排気装置の概略構成を示した図である。
本実施の形態に係る真空排気装置では、真空室を主真空室２と、この主真空室２を内包する副真空室３とで構成した二重真空室構造（二重ケーシング構造）をとっている。
本実施の形態に係る真空排気装置は、大別すると、ターボ分子ポンプ１、主真空室２、および副真空室３の３つの装置から構成されている。そして、本実施の形態の特徴部分の１つである真空シール構造４が、ターボ分子ポンプ１と主真空室２との接合（結合）部に設けられている。

次に、これら各構成について説明する。
ターボ分子ポンプ１は、主真空室２の排気処理を行うための真空ポンプである。このターボ分子ポンプ１は、ターボ分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部を備えた、いわゆる複合翼タイプの分子ポンプである。
ターボ分子ポンプ１の外装体を形成する上部ケーシング１０１は、略円筒状の形状をしており、上部ケーシング１０１の下部（排気口１１１側）に設けられた下部ケーシング１０２と共にターボ分子ポンプ１の筐体を構成している。そして、この筐体の内部には、ターボ分子ポンプ１に排気機能を発揮させる構造物が収納されている。
これら排気機能を発揮する構造物は、大きく分けて回転自在に軸支された回転部と筐体に対して固定された固定部から構成されている。

ターボ分子ポンプ１の筐体を構成する上部ケーシング１０１および下部ケーシング１０２は、各々の結合部分に設けられた取り付け部をボルト等の締結部材を用いて固定することによって結合されている。
上部ケーシング１０１および下部ケーシング１０２の双方の取り付け部は、ターボ分子ポンプ１の外周側に張り出したフランジ形状をしている。
さらに上部ケーシング１０１における取り付け部には、下部ケーシング１０２の取り付け部に対してさらに外周側へ張り出したフランジ部１１８が形成されている。

なお、上部ケーシング１０１のもう一方の端部には、当該ターボ分子ポンプ１に気体を導入するための吸気口１１０が形成されている。
また、下部ケーシング１０２には、当該ターボ分子ポンプ１から気体を排気するための排気口１１１が形成されている。

回転部は、回転軸であるシャフト１０４、このシャフト１０４に配設されたロータ１０５、ロータ１０５に設けられたロータ翼１０６、排気口１１１側（ねじ溝式ポンプ部）に設けられたステータコラム１０７などから構成されている。
ロータ翼１０６は、シャフト１０４の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してシャフト１０４から放射状に伸びたブレードからなる。
また、ステータコラムは、ロータ１０５の回転軸線と同心の円筒形状をした円筒部材からなる。
シャフト１０４の軸線方向中程には、シャフト１０４を高速回転させるためのモータ部１０９が設けられている。
さらに、シャフト１０４のモータ部１０９に対して吸気口１１０側、および排気口１１１側には、シャフト１０４をラジアル方向（径方向）に軸支するための径方向磁気軸受装置１１２、１１３、シャフト１０４の下端には、シャフト１０４を軸線方向（アキシャル方向）に軸支するための軸方向磁気軸受装置１１４が設けられている。

筐体の内周側には、固定部が形成されている。この固定部は、吸気口１１０側（ターボ分子ポンプ部）に設けられたステータ翼１１５と、下部ケーシング１０２の内周面に形成されたねじ溝部１１６などから構成されている。
ステータ翼１１５は、シャフト１０４の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して筐体の内周面からシャフト１０４に向かって伸びたブレードから構成されている。
各段のステータ翼１１５は、円筒形状をしたスペーサ１１７により互いに隔てられている。
ターボ分子ポンプ部では、ステータ翼１１５が軸線方向に、ロータ翼１０６と互い違いに複数段形成されている。

ねじ溝部１１６には、ステータコラム１０７との対向面にらせん溝が形成されている。ねじ溝部１１６は、所定のクリアランス（間隙）を隔ててステータコラム１０７の外周面に対面するようになっている。ねじ溝部１１６に形成されたらせん溝の方向は、らせん溝内をロータ１０５の回転方向にガスが輸送された場合、排気口１１１に向かう方向である。
また、らせん溝の深さは、排気口１１１に近づくにつれ浅くなるようになっており、らせん溝を輸送されるガスは排気口１１１に近づくにつれて圧縮されるようになっている。
このように構成されたターボ分子ポンプ１により、主真空室２内の真空排気処理を行うようになっている。

ターボ分子ポンプ１は、回転部を高速回転させて排気処理行っているため、気体（ガス）分子の衝突熱や、モータ部１０９から発生する熱などより加熱されて高温状態となる場合がある。
しかし、上部ケーシング１０１の端部に形成されている吸気口１１０部の圧力は、主真空室２内の圧力とほぼ等しくなるようになっているため、対流による熱伝達（対流熱伝達）は起こりにくい構造となっている。

また、ターボ分子ポンプ１では、回転部が高速回転すると、モータ部１０９で生じるコギングトルクにより振動が発生する場合がある。また、ロータ１０５のバランスが完全にとれていない場合には、シャフト１０４の振れによる振動も発生してしまう。
このような、ターボ分子ポンプ１の内部で生じる振動は、筐体を構成する上部ケーシング１０１や下部ケーシング１０２に伝達してしまう。

次に、主真空室２について説明する。
主真空室２は、例えば、半導体製造装置用のチャンバや、電子顕微鏡の測定室として用いられる真空装置を形成している。
主真空室２は、主真空室壁２１によって構成された、排気ポート２２を有する真空容器である。主真空室壁２１は、強度のある金属、例えば、アルミニウム合金厚板等により形成されている。

排気ポート２２は、主真空室２を真空排気する際に内部ガスの排気口として機能する。ターボ分子ポンプ１と主真空室２とは、この排気ポート２２を介して接続（結合）されるようになっている。
また、本実施の形態における排気ポート２２は、主真空室２に対して内側に張り出したフランジ状に形成されているが、主真空室２に対して外側に張り出したフランジ状に形成するようにしてもよい。
排気ポート２２の開口部分の面積（大きさ）は、接続されるターボ分子ポンプ１の吸気口１１０あるいは、真空シール構造４の形状に応じた適切な値となっている。
図示されていないが、主真空室壁２１には、例えば、主真空室２内で扱う試料の取り出し口や、各種装置の配線の引き込み口が設けられている場合もある。なお、このような開口部を設けた場合には、ガスのリークを避けるために、開口部には、シール（密封）処理を施す。

次に、副真空室３について説明する。
副真空室３は、主真空室２、真空シール構造４およびターボ分子ポンプ１の上部ケーシング１０１の領域を内包するように設けられた真空装置である。
副真空室３は、副真空室壁３１によって構成され、粗排気ポート３２およびターボ分子ポンプ１を貫通させるためのポンプ貫通ポート３３を有する真空容器である。副真空室壁３１は、主真空室壁２１同様、強度のある金属、例えば、アルミニウム合金厚板等により形成されている。

副真空室３は、粗引真空ポンプ６によって、粗引き真空排気（粗真空排気処理）が行われるようになっている。
粗排気ポート３２は、副真空室３を粗引き真空排気する際に内部ガスの排気口として機能する。
粗引真空ポンプ６は、粗排気ポート３２に接続された粗引切替弁７を介して副真空室３と接続されている。

粗引切替弁７は、一方が粗排気ポート３２に接続されており、もう一方が、ターボ分子ポンプ１の排気口１１１に接続されている。この粗引切替弁７を切り替えることによって、粗引真空ポンプ６によって排気処理される気体の流路が選択できるようになっている。即ち、粗引切替弁７を切り替えることによって、粗引真空ポンプ６へ導入される気体の供給元を、例えば、粗排気ポート３２のみ、ターボ分子ポンプ１の排気口１１１のみ、粗排気ポート３２およびターボ分子ポンプ１の排気口１１１の双方のように切り替えることができるようになっている。
なお、本実施の形態では、粗引切替弁７を介して、粗引真空ポンプ６を接続するようになっているが、粗引真空ポンプ６はこれに限定されるものではない。例えば、粗排気ポート３２に粗引真空ポンプ６の吸気口を直接接続するようにしてもよい。

ポンプ貫通ポート３３にターボ分子ポンプ１の上部ケーシング１０１を嵌め込み、その嵌め込んだ状態で、副真空室３は、ターボ分子ポンプ１と結合されている。副真空室３とターボ分子ポンプ１は、ポンプ貫通ポート３３の外周部に設けられているフランジ状の取り付け部と、ターボ分子ポンプ１の上部ケーシング１０１に設けられたフランジ部１１８とをボルト等の締結部材を用いて固定することによって結合されている。
なお、ターボ分子ポンプ１と副真空室３との接合部からのガスのリークを避けるために、接続部には、シール（密封）処理が施されている。シール処理としては、例えば、Ｏリング等のシール部材を介在させるようにする。

このように、副真空室３は、ターボ分子ポンプ１の筐体（詳しくは、上部ケーシング１０１）に直接結合されている。そのため、ターボ分子ポンプ１の振動が直接フランジ部１１８を介して副真空室３に伝播してしまう。
この副真空室３に伝播した振動が主真空室２へさらに伝播することを抑制するために、図１に示す本実施の形態においては、主真空室２は、制振装置５を介在させて副真空室壁３１に固定されている。制振装置５を介して主真空室２を固定（支持）することによって、主真空室２と副真空室３とを機械的な振動の面から絶縁することができるようになっている。

主真空室２への振動の伝播を適切に抑制（遮断）するために、制振装置５は、例えば、アクティブ制御方式を用いた装置であることが好ましい。また、制振装置５の代わりに、振動吸収効率の高い除振装置を用いるようにしてもよい。
このように、主真空室２を振動の面から外部（取付設置部）と絶縁（隔絶）することによって、主真空室２内で扱う試料や装置等に及ぼされる影響を低減させることができる。

次に、真空シール構造４について説明する。
真空シール構造４は、主真空室２の排気ポート２２とターボ分子ポンプ１の吸気口１１０との接続（結合）部に設けられた、主真空室２と副真空室３とをシールするための構造である。
真空シール構造４を設けて主真空室２と副真空室３との間に生じる気体のリークを抑制あるいは低減させることにより、主真空室２の排気効率を向上させることができる。

この真空シール構造４は、既に真空（中真空）状態となっている副真空室３内に配設されるようになっている。そのため主真空室２と副真空室３との間の圧力差を極めて小さくすることができる。これにより、主真空室２へのガスのリーク量を小さい値に抑えることができるようになっている。
また、真空シール構造４は、既に真空（中真空）状態となっている副真空室３内に配設されることにより、主真空室２に求められる真空到達性能によっては、比較的単純な（簡単な）構造のシール構造を採用することができる。
さらに、本実施の形態に係る真空シール構造４は、大気中に配設されていないだけでなく、ターボ分子ポンプ１を支持する機能を担うものではないため、従来技術で説明したようなダンパほどの剛性の高い部材で構成する必要がない。従って、真空シール構造４には、高い剛性特性を求める必要がない。

続いて、真空シール構造４の具体的な構成について説明する。
図２（ａ）は、隙間ｄを用いた場合の真空シール構造４を示した図である。
図２（ｂ）は、ラビリンスシールを用いた場合の真空シール構造４を示した図である。
図２（ｃ）は、シール部材４３を用いた場合の真空シール構造４を示した図である。

はじめに、隙間ｄを用いて真空シール構造４を構成した例について説明する。
この実施の形態では、図２（ａ）に示すように、主真空室２とターボ分子ポンプ１との間に所定の隙間ｄを設けることで真空シール構造４を構成している。
詳しくは、排気ポート２２の外周を形成する主真空室壁２１における副真空室３に対面する面（外側面）と、ターボ分子ポンプ１の上部ケーシング１０１における吸気口１１０側の端面との間に、所定の間隔、即ち隙間ｄを設けることによって、真空シール構造４を構成している。

ここで、主真空室２とターボ分子ポンプ１との間に設けられる隙間ｄの導出（算出）方法について説明する。
隙間ｄは、この隙間ｄを通過するガスのリーク量が所望の値となるように設定されている。
はじめに、隙間ｄからのガスのリーク量Ｑ［Ｐａｍ／ｓ］を算出する方法について説明する。
ここでは、排気ポート２２の直径φＤが隙間ｄよりも十分大きいと仮定し、平行となるように配置された長方形の２面の間を通過するガスの流量をリーク量とする。なお、２面の間（以下、平行２面間とする）とは、排気ポート２２の外周を形成する主真空室壁２１における副真空室３に対面する面（外側面）と、ターボ分子ポンプ１の上部ケーシング１０１における吸気口１１０側の端面との間に相当する。

平行２面間の気体の流れやすさを表す排気抵抗の逆数、即ちコンダクタンスＣ［ｍ／ｓ］は、長方形の短辺２をＬ、長辺をＡ、平行２面間の補正係数をＫ［Ｌ／ｄ］とした場合、次式で表される。
（式１） Ｃ＝３０９・Ｋ・Ａ・ｄ／Ｌ ただし、Ｋ＝３／８ｌｎ（Ｌ／ｄ）
一方、主真空室２内圧力をＰ１［Ｐａ］、副真空室３内圧力をＰ２［Ｐａ］、ターボ分子ポンプ１の吸気口１１０圧力をＰｂ［Ｐａ］、ターボ分子ポンプ１の排気速度Ｓｂ［ｍ／ｓ］とすると、コンダクタンスＣの定義（式１）より、次式が成立する。
（式２） Ｑ＝Ｃ（Ｐ２・Ｐ１）
（式３） Ｑ＝Ｐｂ×Ｓｂ

ここで、定常状態をＰｂ＝Ｐ１とする。
そして、排気ポート２２の直径φＤであるので、Ａ＝πＤとなり、これらの条件に基づいて式を解くと、隙間ｄと主真空室２内圧力Ｐ１（到達圧力）の関係を求めることができる。なお、主真空室壁２１面からの放出ガス量は、Ｑに対して十分小さいものとして省略する。
従って、隙間ｄの値は、隙間ｄと主真空室２内圧力Ｐ１（到達圧力）の関係に基づいて導き出すことができる。
このように、隙間ｄは、主真空室２からの気体のリーク量と、このリーク量が主真空室２内の到達圧力に与える影響に基づいて算出（決定）される値となっている。

続いて、主真空室２内圧力Ｐ１（到達圧力）の実際の算出例について示す。
ここでは、Ｓｂ＝２．０［ｍ／ｓ］、φＤ＝０．２５［ｍ］、Ｌ＝５０［ｍｍ］、隙間ｄ＝０．５［ｍｍ］との条件に基づいてＰ１を算出する。φＤ＝０．２５［ｍ］であるので、Ａ≒０．９４［ｍ］となる。
そして、Ｋ＝１．７３とすると、上記（式１）より、Ｃ＝１．６０×１０［Ｐａ］となる。
一方、定常状態をＰｂ＝Ｐ１とし、副真空室３内圧力Ｐ２を１×１０［Ｐａ］とすると、（式２）および（式３）より、Ｐ１＝４×１０［Ｐａ］となる。

このような条件下であれば、隙間ｄ＝０．５［ｍｍ］において、主真空室２内の圧力は十分に低圧状態となっているため、隙間ｄを用いた非接触タイプの真空シール構造４は、真空シールとして機能していることがわかる。
このように、真空シール構造４は、既に真空（中真空）状態となっている副真空室３内に配設されているため、隙間ｄを介在させるようなシール構造であっても、十分に真空排気装置の仕様を満足することができる。

上述したように、隙間ｄによる真空シール構造４を用いた場合、真空シール構造４部分において、主真空室壁２１とターボ分子ポンプ１とは物理的（機械的）に接触していない。そのため、ターボ分子ポンプ１で発生した振動が真空シール構造４を介して伝播することを適切に抑制（遮断）することができる。
また、振動だけでなくターボ分子ポンプ１で発生した熱も真空シール構造４を介して伝導することがなくなるため、主真空室２の加熱による温度上昇を抑制することができる。

次に、図２（ｂ）に示す、ラビリンスシールを用いて真空シール構造４を構成した例について説明する。
ラビリンスシールとは、非接触シールの一種であり、隙間の部分を複雑な流路によって構成することによって、気体（流体）のリークを抑制（遮断）するものである。
このラビリンスシールによって真空シール構造４を構成することにより、前述した隙間ｄを用いた場合よりも、さらに真空シール特性を向上させることができる。即ち、よりリーク量を減少させることができる。これにより、主真空室２は、より低い圧力に達することができる。

本実施の形態に係る真空シール構造４におけるラビリンスシールは、ターボ分子ポンプ１の上部ケーシング１０１における吸気口１１０側の端面から突起した環状の突起部４１と、主真空室２の排気ポート２２の外周を形成する主真空室壁２１における副真空室３に対面する面（外側面）から突起した環状の突起部４２と、から構成されている。
突起部４１および突起部４２は、それぞれ半径方向に隙間を介して複数形成されている。そして、これらの突起部４１および突起部４２は互いに、間に空隙（クリアランス）を設けた状態で、即ち、非接触状態で噛み合うように配置されている。
このように、噛み合わされた突起部４１および突起部４２によってジグザグに形成された空隙によって、複雑な気体の流路が形成されるようになっている。
さらに機密性を高める必要性がある場合には、突起部４１および突起部４２の対を追加して、ラビリンスシールに形成されるジグザグの流路を長く複雑にするようにする。

上述したように、ラビリンスシールによる真空シール構造４を用いた場合、真空シール構造４部分において、主真空室壁２１とターボ分子ポンプ１とは物理的（機械的）に接触していない。そのため、ターボ分子ポンプ１で発生した振動が真空シール構造４を介して伝播することを適切に抑制（遮断）することができる。
さらに、振動だけでなくターボ分子ポンプ１で発生した熱も真空シール構造４を介して伝導することがなくなるため、主真空室２の温度上昇を抑制することができる。

次に、図２（ｃ）に示す、シール部材４３を用いて真空シール構造４を構成した例について説明する。
前述したラビリンスシールを用いた真空シール構造４よりも、さらに高い真空シール特性を要求するような場合には、シール部材４３を用いた接触シールを用いる必要がある。
このような場合であっても、シール部材４３は、既に真空（中真空）状態となっている副真空室３内に配設されるため、剛性の高い部材で構成する必要がない。
従って、シール部材４３は、剛性の低い、即ち柔軟性の高い振動の吸収特性に優れた材質によって形成することができる。

本実施の形態に係るシール部材４３を用いた真空シール構造４は、主真空室２の排気ポート２２の外周を形成する主真空室壁２１における副真空室３に対面する面（外側面）と、ターボ分子ポンプ１の上部ケーシング１０１における吸気口１１０側の端面との間に配設されたシール部材４３によって構成されている。
このシール部材４３は、ターボ分子ポンプ１の上部ケーシング１０１における吸気口１１０側の端面上に固定された環状の部材である。
このシール部材４３は、柔軟性の高い部材、例えば、弾性率の低いラバーやポリマー材等によって形成されている。

そして、シール部材４３の柔軟性の高い特性を利用することによって、主真空室２と副真空室３とに、圧力差が生じるような場合においても、この圧力差によって作用する力に対応して形状を柔軟に変形させることができる。
そのため、常時、シール部材４３と、主真空室２の排気ポート２２の外周を形成する主真空室壁２１における副真空室３に対面する面（外側面）との接触（密封）状態を容易に保持することができる。

また、環状のシール部材４３の代わりに、外周にちょうちん状の深いひだをもった円筒状のベローズを用いるようにしてもよい。
本実施の形態における真空シール構造４には、直接大気圧が作用しない。それだけでなく、真空シール構造４には、主真空室２を支持する、あるいはターボ分子ポンプ１を支持する機能は要求されていないため、このベローズは高い剛性を必要としない。
従って、ベローズも、柔軟性の高い材質によって形成することができる。

上述したように、シール部材４３による真空シール構造４を用いた場合、主真空室壁２１とターボ分子ポンプ１とは、柔軟性の高い部材で接続（結合）させることができる。そのため、ターボ分子ポンプ１で発生した振動をこのシール部材４３で適切に吸収することができる。
また、柔軟性の高さだけでなく、断熱性の高さも考慮した材質によってシール部材４３を形成することにより、振動だけでなくターボ分子ポンプ１で発生した熱が、真空シール構造４を介して伝導することを抑制することができる。
このように、本実施の形態によれば、主真空室２へ伝達する振動の減衰特性および熱伝達特性を著しく向上させることができる。

次に、真空シール構造４の別の実施の形態について説明する。
図３は、弾性体４４を用いた場合の真空シール構造４を示した図である。
本実施の形態に係る弾性体４４を用いた真空シール構造４は、主真空室２の排気ポート２２の外周を形成する主真空室壁２１における副真空室３に対面する面（外側面）と、ターボ分子ポンプ１の上部ケーシング１０１における吸気口１１０側の端面との間に、配設された弾性体４４、この弾性体４４を固定するための溝４５によって構成されている。
この弾性体４４は、本体部を形成する環状の薄板の本体部４６と、本体部４６の一方の面上に張り合わせられた金属板４７とで構成されている。

本体部４６は、柔軟性の高い弾性部材、例えば、弾性率の低いラバーやポリマー材等によって形成されている。
金属板４７は、本体部４６の一方の面をコーティングするように張り合わせられた金属製の薄板であり、本体部４６の有する弾性特性に影響を与えない程度の、柔軟性のある金属、例えば、ステンレス鋼やアルミニウムによって形成されている。
そして、本体部４６と金属板４７との複合（張り合わせ）構造によって構成された環状の弾性体４４は、その外周端へ向かう領域において、金属板４７の面が本体部４６側に反るように、即ち、金属板４７の面が湾出するように、湾曲に形成されている。

一方、本体部４６は、その内周端へ向かう領域において、金属板４７が外側面を形成するように、断面コの字型に形成されている。
なお、コの字型の部分は、ターボ分子ポンプ１の上部ケーシング１０１の端部に形成された環状の溝４５と嵌合するようになっている。
この弾性体４４のコの字型の部分を溝４５に嵌合して固定することによって、真空シール構造４が構成される。
本実施の形態において弾性体４４は、弾性体４４を取り付けた状態、即ち、この弾性体４４に何の力も作用しない状態において、金属板４７の面の一部が主真空室壁２１と軽く接触するように配設されている。
この真空シール構造４では、湾曲部分において、弾性体４４の金属板４７の面が、主真空室２から排気される気体の流路（気体移送路）と対向し、一方の本体部４６の面が、副真空室３と対向するようになっている。

続いて、弾性体４４によって構成される真空シール構造４の動作について説明する。
図４（ａ）は、主真空室２内圧力（Ｐ１）＞副真空室３内圧力（Ｐ２）の場合における弾性体４４の状態を示した図である。
図４（ｂ）は、主真空室２内圧力（Ｐ１）≦副真空室３内圧力（Ｐ２）の場合における弾性体４４の状態を示した図である。
図４（ａ）に示すように、主真空室２内圧力（Ｐ１）が副真空室３内圧力（Ｐ２）より高い（Ｐ１＞Ｐ２）場合には、圧力差により生じる力が、主真空室２側から、即ち、気体の流路（気体移送路）側から弾性体４４と主真空室壁２１との接触部を押し開く方向に作用する。
従って、この圧力差により生じる力の作用によって、弾性体４４がさらに本体部４６側、即ち副真空室３側に反る（湾曲する）ように変形し、弾性体４４と主真空室壁２１との間に空隙が形成される。

そして、弾性体４４と主真空室壁２１と間に形成された隙間は、主真空室２から副真空室３へ気体をリークさせて、主真空室２の圧力を低下させるように機能するようになっている。
つまり、この隙間を形成することにより、主真空室２と副真空室３との圧力差がなくなる方向に状態を移行させることができる。

一方、図４（ｂ）に示すように、主真空室２内圧力（Ｐ１）が副真空室３内圧力（Ｐ２）より低い（Ｐ１＜Ｐ２）の場合には、圧力差により生じる力が、副真空室３側から、弾性体４４の反りを戻す方向に作用する。
従って、この圧力差により生じる力の作用によって、弾性体４４が金属板４７側、即ち主真空室２側へ反り（湾曲部）が戻るように変形し、弾性体４４と主真空室壁２１とが接触する。

そして、弾性体４４と主真空室壁２１とが接触してシール（密封）構造を形成する。これにより、副真空室３から主真空室２への気体のリークが遮断される。
つまり、弾性体４４によって、主真空室２と副真空室３とがシールされることにより、適切に主真空室２の低圧状態を保持することができるため、真空排気処理の効率を向上させることができる。

ところで、弾性体４４を用いた真空シール構造４では、上述したように、接触状態と非接触状態の双方の状態が存在している。特に、接触状態においては、接触する際の衝撃により、接触部から摩耗片が発生するおそれがある。このような摩耗片は、主真空室２内に進入して装置等に障害をきたすおそれがある。
そこで、このような接触部面の摩耗を抑制するために、図３に示すように、弾性体４４と接触する、主真空室壁２１における副真空室３に対面する面（外側面）に、コーティング部材４８を設けるようにしてもよい。

なお、このコーティング部材４８の材質としては、母体部である副真空室壁３１および金属板４７を形成する金属よりも硬度の高いある金属等を用いるようにする。例えば、母体部がステンレス鋼もしくはアルミニウムの場合には、コーティング部材４８をＴｉＯ（酸化チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等が有効である。
このようなコーティング部材４８を設けることにより、弾性体４４の接触部（摺動部）における摩耗片の発生を低減させることができる。

また、ラバーやポリマー材等は、金属とは異なり、超高真空状態となる部位に設けた場合には、部材自体からガスが放出されることがある。そして、部材から放出されたガスが真空装置に何らかの影響を与えるおそれがある。
しかし、上述したような、弾性体４４を用いた真空シール構造４では、弾性体４４の主真空室２と対向する部分を金属板４７を用いてコーティングすることによって、本体部４６から放出されたガスが、主真空室２へ直接流出しないようにすることができる。
従って、本体部４６を形成する部材として、ラバーやポリマー材等を用いることができる。
弾性体４４は、ラバーやポリマー材等を用いた本体部４６と金属板４７との複合（張り合わせ）構造によって構成することにより、弾性体４４を金属製の部材のみで構成した場合よりも、剛性を高く、かつ柔軟性を高く（ダンピング特性を良く）することができる。

ところで、従来、主真空室２と副真空室３との連通ポートが、ターボ分子ポンプ１起動する前の主真空室２の粗引き真空排気処理を行う際にのみ必要となっていた。
しかし、弾性体４４を用いて真空シール構造４を構成することにより、主真空室２の粗引き真空排気処理時には、弾性体４４が開放されるため、別途連通ポートを設ける必要がなくなる。
これにより、真空排気装置のコスト低減に繋がるだけでなく、装置の構造および制御シーケンスを簡単にすることができる。

次に、ターボ分子ポンプ１における排気口１１１（排気部）の接続方法の変形例について説明する。
図５は、本実施の形態に係る真空排気装置における、ターボ分子ポンプ１の排気口１１１の接続方法の第１変形例を示した図である。
なお、上述した図１に示す実施の形態と同一部分（重複する箇所）には、同一の符号を用い詳細な説明を省略する。
本実施の形態に係る接続方法の第１変形例では、副真空室３にさらにターボ分子ポンプ１の排気口１１１から排出される気体を吸入するための接続ポート３４が設けられている。
この接続ポート３４とターボ分子ポンプ１の排気口１１１とは、排気ダクト３５によって接続されている。
そして、副真空室３の粗排気ポート３２は、粗引真空ポンプ６に接続されるようになっている。

接続方法の第１変形例では、主真空室２内の気体（ガス）が、ターボ分子ポンプ１の吸気口１１０に導入され、そしてターボ分子ポンプ１の排気口１１１から排出される。
次にターボ分子ポンプ１から排気された気体は、排気ダクト３５を経由して副真空室３へ導入され、副真空室３内の気体と混じる。
そして、副真空室３内の気体は、粗排気ポート３２を通過して副真空室３から排気される。なお、副真空室３内の粗引き真空排気（粗真空排気処理）は、粗引真空ポンプ６によって行われる。
このように、ターボ分子ポンプ１から排出される気体を、副真空室３内の気体と合わせて粗引き真空排気処理をすることにより、図１に示される粗引切替弁７を用いることなく真空排気装置を構成することができる。即ち、真空排気処理装置における粗引き真空ポンプ６を、主真空室２および副真空室３ごとに複数設ける必要がなくなる。

図６は、本実施の形態に係る真空排気装置における、ターボ分子ポンプ１の排気口１１１の接続方法の第２変形例を示した図である。
なお、上述した図１に示す実施の形態および接続方法の第１変形例と同一部分（重複する箇所）には、同一の符号を用い詳細な説明を省略する。
本実施の形態に係る接続方法の第２変形例は、さらに接続方法の第１変形例で用いられている排気ダクト３５を排除することを可能にした構成となっている。
接続方法の第２変形例では、ターボ分子ポンプ１の筐体を構成する上部ケーシング１０１’が、図１に示される上部ケーシング１０１の軸方向の長さよりもさらに延長されている。
この上部ケーシング１０１’は、その軸線排気方向側の端面が、当該ターボ分子ポンプ１の端部近傍に設けられる程度に延長されている。そのため、排気口１１１’が上部ケーシング１０１’の側面に形成されるように構成されている。

ターボ分子ポンプ１は、上部ケーシング１０１’を副真空室３に嵌め込んだ状態で副真空室３と結合されている。従って、ターボ分子ポンプ１の排気口１１１’は、副真空室３と連通するように配置される。
これにより、ターボ分子ポンプ１から排気される気体は、排気口１１１’から副真空室３へ導入することができる。即ち、図５に示される接続方法の第１変形例に設けられている、ターボ分子ポンプ１の排気口１１１と副真空室３とを接続するための排気ダクト３５を排除することができる。

接続方法の第２変形例によれば、ターボ分子ポンプ１から排出される気体を、直接副真空室３へ導入し、副真空室３内の気体と合わせて粗引き真空排気処理をすることにより、図１に示される粗引切替弁７を用いることなく、さらに、排気ダクト３５を設けることなく真空排気装置を構成することができる。

次に、本実施の形態に係る真空排気装置における主真空室２の固定方法の変形例について説明する。
図７（ａ）は、本実施の形態に係る真空排気装置における、主真空室２の固定方法の第１変形例を示した図である。
図７（ｂ）は、本実施の形態に係る真空排気装置における、主真空室２の固定方法の第２変形例を示した図である。
なお、上述した図１に示す実施の形態と同一部分（重複する箇所）には、同一の符号を用い詳細な説明を省略する。

図７（ａ）に示す固定方法の第１変形例では、図１に示される本実施の形態の構成にさらに、副真空室３を制振装置５１を介在させて接地面（固定面）に固定する構成をとっている。
制振装置５１を介して、副真空室３を接地面に対して固定することによって、さらに、接地面と副真空室３とを機械的な振動の面から絶縁することができるようになっている。これにより、接地面（固定面）から副真空室３へ伝播する、例えば地震による振動等の外乱的振動を適切に抑制（低減）させることができる。

図７（ｂ）に示す固定方法の第２変形例では、副真空室３を制振装置５１を介在させて接地面（固定面）に固定し、主真空室２を制振装置５２を介在させて接地面（固定面）に固定する構成をとっている。
なお、主真空室２を支持する制振装置５２は、副真空室壁３１を貫通させて配設しなければならないため、副真空室壁３１の制振装置５２が貫通する箇所からガスがリークするおそれがある。
そのため、副真空室壁３１の制振装置５２が貫通する箇所には、シール部材５３によってシール（密封）処理が施されている。シール部材としては、例えば、Ｏリング等を用いるようにする。
制振装置５２を介し主真空室２を接地面に対して固定することによって、副真空室３からもたらされる主真空室への振動の影響を低減させることができる。
なお、固定方法の変形例１および変形例２で用いられている制振装置５１、５２は、制振装置５と同様の、例えば、アクティブ制御方式を用いた装置であることが好ましい。また、制振装置の代わりに、例えば、振動吸収効率の高い除振装置を用いるようにしてもよい。

上述したような、真空室を主真空室２と副真空室３の二重構造とし、ターボ分子ポンプ１と主真空室２との間に設けられた真空シール構造４を副真空室３内に配設した本実施の形態によれば、ターボ分子ポンプ１で発生した熱、ターボ分子ポンプ１の不具合時等に発生する振動、またはターボ分子ポンプ１本体にかかるモーメントを主真空室２へ伝播（伝達）させない、あるいは減衰（低減）させることができる。
従って、ターボ分子ポンプ１で生じた振動や熱が主真空室２側に与える影響を抑制（低減）させることができる。

本実施の形態に係る真空排気装置の概略構成を示した図である。 （ａ）は、隙間を用いた場合の真空シール構造を示した図であり、（ｂ）は、ラビリンスシールを用いた場合の真空シール構造を示した図であり、（ｃ）は、シール部材を用いた場合の真空シール構造を示した図である。 弾性体を用いた場合の真空シール構造を示した図である。 （ａ）は、主真空室内圧力（Ｐ１）＞副真空室内圧力（Ｐ２）の場合における弾性体の状態を示した図であり、（ｂ）は、主真空室内圧力（Ｐ１）≦副真空室内圧力（Ｐ２）の場合における弾性体の状態を示した図である。 本実施の形態に係る真空排気装置における、ターボ分子ポンプの排気口の接続方法の第１変形例を示した図である。 本実施の形態に係る真空排気装置における、ターボ分子ポンプの排気口の接続方法の第２変形例を示した図である。 （ａ）は、本実施の形態に係る真空排気装置における、主真空室の固定方法の第１変形例を示した図であり、（ｂ）は、本実施の形態に係る真空排気装置における、主真空室の固定方法の第２変形例を示した図である。

符号の説明

１ ターボ分子ポンプ
２ 主真空室
３ 副真空室
４ 真空シール構造
５ 制振装置
６ 粗引真空ポンプ
７ 粗引切替弁
２１ 主真空室壁
２２ 排気ポート
３１ 副真空室壁
３２ 粗排気ポート
３３ ポンプ貫通ポート
３４ 接続ポート
３５ 排気ダクト
４１ 突起部
４２ 突起部
４３ シール部材
４４ 弾性体
４５ 溝
４６ 本体部
４７ 金属板
４８ コーティング部材
５１ 制振装置
５２ 制振装置
５３ シール部材
１０１ 上部ケーシング
１０２ 下部ケーシング
１０４ シャフト
１０５ ロータ
１０６ ロータ翼
１０７ ステータコラム
１０９ モータ部
１１０ 吸気口
１１１ 排気口
１１２ 径方向磁気軸受装置
１１３ 径方向磁気軸受装置
１１４ 軸方向磁気軸受装置
１１５ ステータ翼
１１６ 溝部
１１７ スペーサ
１１８ フランジ部

Claims (3)

1. 主真空室と、
   前記主真空室の真空排気処理を行う真空ポンプと、
   前記主真空室および前記真空ポンプの吸気口を内包し、粗真空排気処理される副真空室と、
   を備え、
   前記主真空室と前記真空ポンプとは、前記主真空室と前記副真空室との間における気体の漏洩を防止あるいは低減するシール構造を介して接合されていることを特徴とする真空排気装置。
2. 前記主真空室と前記真空ポンプとは、所定の間隙、非接触シール、シール部材、又は、前記主真空と前記副真空室間の圧力差に応じて変形する弾性部材を介して接合されていることを特徴とする請求項１記載の真空排気装置。
3. 前記副真空室の粗真空排気処理を行う粗真空ポンプを備え、
   前記真空ポンプの排気口は、前記副真空室と連通していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空排気装置。
   

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