JP2006083750A - Oil diffusion pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高真空を得る油拡散ポンプに係り、特にケーシング内に納められたノズルから噴出する油蒸気が吸気口側に侵入することを効果的に抑える簡易な構造の油拡散ポンプに関する。 The present invention relates to an oil diffusion pump that obtains a high vacuum, and more particularly, to an oil diffusion pump having a simple structure that effectively suppresses oil vapor ejected from a nozzle housed in a casing from entering an intake port.
従来から真空蒸着装置や半導体製造装置、スパッタリング装置などのプロセスにおいて、高真空を得るために各種真空ポンプが適用されている。この種の真空ポンプには、クライオポンプ、ターボ分子ポンプ、イオンポンプや油拡散ポンプ等がある。これらの真空ポンプのうち、油拡散ポンプは、ケーシングに納められた複数のノズルから下方に向けて超高速の油(シリコン油、鉱物油)の蒸気を噴出させた際、この油蒸気と気体分子とが衝突することによって、ケーシング上方の吸気口から入った気体分子を下方に押し出し、ケーシングの下方に位置付けられた排気口からこの気体分子を排出して高真空を得るものである。 Conventionally, various vacuum pumps have been applied to obtain a high vacuum in processes such as a vacuum deposition apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus, and a sputtering apparatus. Examples of this type of vacuum pump include a cryopump, a turbo molecular pump, an ion pump, and an oil diffusion pump. Among these vacuum pumps, the oil diffusion pump is a system in which oil vapor and gas molecules are ejected from a plurality of nozzles housed in a casing when a vapor of ultra-high speed oil (silicon oil or mineral oil) is ejected downward. , The gas molecules entering from the intake port above the casing are pushed downward, and the gas molecules are discharged from the exhaust port positioned below the casing to obtain a high vacuum.
このような構造の油拡散ポンプは、他の真空ポンプに比べて構造が簡単であり、廉価であることが好まれて使用されている反面、ノズルから噴出した油蒸気がノズルの上方の吸入口側へ侵入(逆流)することがある。このため、ノズルの上方の吸気口側には、吸入口側へ油蒸気が逆流しないように極低温に冷却したバッフル(トラップ)が設けられている(例えば、特許文献1を参照)。
しかしながら、上述した油拡散ポンプにあっては、吸気口側へバッフル(トラップ)を設け、油蒸気が吸入口側へ逆流しないようにしているものの、一部の油蒸気がバッフルを通過し、吸入口へ逆流することが否めない。このため、吸入口と連通するバルブ室を備えた真空蒸着装置、半導体製造装置やスパッタリング装置などにあっては、逆流した油蒸気が製造物に付着する。そのためこれらの装置によって製造される製品の品質が低下するという問題があった。また、油蒸気の逆流によってバルブ室や蒸着室の内壁面に付着した油を定期的(例えば一週間に1回程度)に拭い落とす必要があり、保守上の手間が係るという問題があった。 However, in the oil diffusion pump described above, although a baffle (trap) is provided on the intake port side so that the oil vapor does not flow back to the intake port side, a part of the oil vapor passes through the baffle and is sucked. It cannot be denied that it flows backward to the mouth. For this reason, in a vacuum vapor deposition apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus, a sputtering apparatus, or the like having a valve chamber communicating with the suction port, the back-flowed oil vapor adheres to the product. For this reason, there is a problem that the quality of products manufactured by these apparatuses deteriorates. Further, it is necessary to wipe off the oil adhering to the inner wall surfaces of the valve chamber and the vapor deposition chamber due to the backflow of the oil vapor periodically (for example, about once a week), and there is a problem that it takes time and effort for maintenance.
また油拡散ポンプは、バッフルを冷却して油蒸気を固体(液体)に戻して回収・清掃する必要がある。このためには、例えば液体窒素を用いて極低温(マイナス196℃)でバッフルを冷却する必要があり、その冷却設備を設けなければならないという問題もあった。
本発明は、このような従来の事情を考慮してなされてもので、その目的は、簡易にしてしかも質の高い高真空を得ることができる油拡散ポンプを提供することにある。
In addition, the oil diffusion pump needs to recover and clean the baffle by returning the oil vapor to a solid (liquid). For this purpose, for example, it is necessary to cool the baffle at an extremely low temperature (minus 196 ° C.) using liquid nitrogen, and there is a problem that a cooling facility must be provided.
The present invention has been made in view of such conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide an oil diffusion pump that is simple and can obtain a high-quality high vacuum.
本発明は、上述した目的を達成するためになされたものであり、筒状のケーシングに納められて、該ケーシングの下方に油蒸気を噴出する複数のノズルを備えた油拡散ポンプであって、前記複数のノズルの上方における前記ケーシングの軸心に駆動軸を位置付けて配設した電動機と、この電動機の駆動軸の周方向に配された複数枚の羽根からなる回転羽根とを具備し、前記電動機により回転駆動される前記回転羽根によって上記ケーシング内の前記ノズルの上方に飛散する上記油蒸気を前記ケーシングの下方に押し戻してなることを特徴としている。上述の油拡散ポンプは、ケーシングの吸気口側に設けられたバルブ室や蒸着室に侵入しようとする油蒸気(油粒子)が回転羽根を形成する羽根によって叩かれてケーシングの下方に押し戻される。また回転羽根に付着した油粒子は、高速回転する回転羽根に生じる遠心力を受けてケーシングの内壁に弾き飛ばされる。そして、冷却されたケーシングの壁面に到達すると、油蒸気は液体になりケーシング下方の貯油槽に戻される。一方、バルブ室や蒸着室の残留気体は、回転駆動される回転羽根によって油拡散ポンプ側へと送り込まれる。 The present invention was made to achieve the above-described object, and is an oil diffusion pump that is housed in a cylindrical casing and includes a plurality of nozzles that eject oil vapor below the casing. An electric motor having a drive shaft positioned at the axial center of the casing above the plurality of nozzles, and a rotary blade composed of a plurality of blades arranged in a circumferential direction of the drive shaft of the electric motor, The oil vapor scattered above the nozzles in the casing is pushed back below the casing by the rotating blades driven to rotate by an electric motor. In the oil diffusion pump described above, oil vapor (oil particles) about to enter a valve chamber or a vapor deposition chamber provided on the intake port side of the casing is struck by the blades forming the rotating blades and pushed back below the casing. The oil particles adhering to the rotating blades are blown off to the inner wall of the casing under the centrifugal force generated in the rotating blades rotating at high speed. And when it reaches the wall surface of the cooled casing, the oil vapor becomes liquid and is returned to the oil storage tank below the casing. On the other hand, the residual gas in the valve chamber or the vapor deposition chamber is sent to the oil diffusion pump side by a rotary blade that is driven to rotate.
好ましくは、前記回転羽根は、前記電動機により上記ケーシング内のガス圧における分子の平均自由行程を超える流速を得る回転速度で駆動されるものとして構成することが望ましい。
つまり上述の油拡散ポンプは、回転羽根が高速回転することによりマッハ1乃至2の流速を得ることができ、ケーシング内の圧力における気体の平均自由行程を超えることができる。それ故、バルブ室や蒸着室に侵入しようとする油は、ケーシングの下方に押し戻される。
Preferably, the rotary blade is configured to be driven by the electric motor at a rotational speed that obtains a flow rate that exceeds the mean free path of molecules at the gas pressure in the casing.
That is, the oil diffusion pump described above can obtain a flow rate of Mach 1 or 2 by rotating the rotary blade at a high speed, and can exceed the mean free path of gas at the pressure in the casing. Therefore, the oil that tries to enter the valve chamber or the vapor deposition chamber is pushed back below the casing.
以上、説明したように本発明の油拡散ポンプは、電動機の駆動軸に取り付けた複数枚の羽根からなる回転羽根を、複数のノズルの上方に位置付けて、回転羽根を高速回転させている。このため、ケーシングの吸気口側に設けられたバルブ室や蒸着室に逆流しようとする油蒸気(油粒子)を回転羽根によって叩き、ケーシングの下方に押し戻すことができる。さらには、バルブ室や蒸着室の内壁面に付着した油を定期的に拭い落とす作業を大幅に削減することが可能となる。 As described above, in the oil diffusion pump of the present invention, the rotating blades composed of a plurality of blades attached to the drive shaft of the electric motor are positioned above the plurality of nozzles, and the rotating blades are rotated at high speed. For this reason, the oil vapor (oil particles) that tends to flow back to the valve chamber or the vapor deposition chamber provided on the intake port side of the casing can be struck by the rotary blades and pushed back below the casing. Furthermore, it is possible to greatly reduce the work of periodically wiping off oil adhering to the inner wall surfaces of the valve chamber and the vapor deposition chamber.
また、本発明の油拡散ポンプは、回転羽根に付着した油粒子を高速回転する回転羽根に生じる遠心力によってケーシングの内壁に弾き飛ばして冷却し、液体に変化させてケーシング下方の貯油槽に戻している。このため、ケーシングの吸気口側に設けられたバルブ室や蒸着室に逆流しようとする油蒸気(油粒子)を防ぐと共に、この油を効果的に回収して循環再利用することができる。 Also, the oil diffusion pump of the present invention blows off the oil particles adhering to the rotating blades to the inner wall of the casing by centrifugal force generated at the rotating blades rotating at high speed, cools them, changes them into liquid, and returns them to the oil storage tank below the casing. ing. For this reason, while preventing the oil vapor (oil particle) which tends to flow back to the valve chamber or vapor deposition chamber provided on the intake port side of the casing, this oil can be effectively recovered and recycled.
また、回転羽根が高速回転しているので、ケーシング内の圧力における気体の平均自由行程を超えることができる。このため、バルブ室や蒸着室に逆流しようとする油蒸気(油粒子)をケーシングの下方に効果的に押し戻すことが可能となる等の優れた効果を奏し得る。 Moreover, since the rotary blade is rotating at high speed, the mean free path of gas at the pressure in the casing can be exceeded. For this reason, it is possible to achieve an excellent effect such that it is possible to effectively push back the oil vapor (oil particles) to flow back into the valve chamber or the vapor deposition chamber.
以下、本発明に係る油拡散ポンプの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明に係る油拡散ポンプを実施する一実施形態を示す拡散ポンプを含む主要部分の断面図である。図1の下側が油拡散ポンプの下方を示し、図1の上側が油拡散ポンプの上方を示す。尚、図1は、本発明に係る油拡散ポンプの一実施形態を示すものであって、図1によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of an oil diffusion pump according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part including a diffusion pump showing an embodiment for implementing an oil diffusion pump according to the present invention. The lower side of FIG. 1 shows the lower side of the oil diffusion pump, and the upper side of FIG. 1 shows the upper side of the oil diffusion pump. FIG. 1 shows an embodiment of an oil diffusion pump according to the present invention, and the present invention is not limited by FIG.
図1において1は、油拡散ポンプを納めるケーシングである。前記ケーシング1は、筒状の形態をなし、前記ケーシング1の上端部は、開放された吸気口1aを備えている。前記吸気口1aには、たとえばバルブ室2が連通されている。前記バルブ室2とケーシング1との連通箇所の外周には、鉢巻き状のフランジ2a、1bが設けられて、複数のボルト3a、ナット3bによって気密締結されている。
In FIG. 1, 1 is a casing that houses an oil diffusion pump. The
バルブ室2は、バルブ室2の上方に位置付けられたシリンダ2cによって油拡散ポンプ本体の上部吸気口側を密閉する弁体2bが上下動自在となるように構成されている。このバルブ室2は、例えば真空蒸着装置の蒸着室30と油拡散ポンプの吸気口1aとを連通するものであり、大気圧状態で真空蒸着装置の蒸着室30に被加工物の出し入れを行う際には、シリンダ2cを駆動して弁体2bを最下部(油拡散ポンプの吸気口1a上)に位置付け、油拡散ポンプのケーシング1を密閉し、該ケーシング1内の高真空を維持する役割を担う。
The
一方、ケーシング1の下方側面には、吸気口1aから流入した気体分子をケーシング1外に吐き出す排気口1cが設けられている。この排気口1cには、補助バルブ12を介してケーシング1内の気体を吐き出す真空ポンプ4が設けられている。この真空ポンプ4は、油拡散ポンプによって蒸着室30を高真空にするに先立ち、該蒸着室30およびバルブ室2内の気体を排出して、10[Pa]程度の真空を作る役割も担っている。このためバルブ室2には、粗引きバルブ13を介して真空ポンプ4が接続されている。
On the other hand, the lower side surface of the
ちなみに真空ポンプ4は、例えばロータリ式の真空ポンプが用いられ、上述したように油拡散ポンプ起動前に粗引きバルブ13を開放して蒸着室30およびバルブ室2内を真空引き(粗引き)すると共に、油拡散ポンプの稼働中は、粗引きバルブ13を閉じ、補助バルブ12を開放してケーシング1内の残留気体を排出する補助的な役割も担っている。
またケーシング1の内側の底部は、油(シリコン油や鉱物油等)5を蓄える貯油槽6を備えている。貯油槽6の上方には同心円筒からなる複数のチムニ7が設けられている。これらチムニ7の先端には、それぞれ先細のノズル8を備えている。この各ノズル8は、それぞれケーシング1内の下方に向けられている。またケーシング1の底面部の貯油槽6には、ケーシング1を底から加熱するヒータ9、およびこのヒータに電力を供給する電源部10が設けられている。このヒータ9は、貯油槽6に蓄えられた油5(作動油)を加熱してチムニ7内に油蒸気5aを送り、チムニ7の先端部に設けられた各ノズル8から、超高速の油蒸気5aをケーシング1内に噴出させる役割を担っている。
Incidentally, the vacuum pump 4 is, for example, a rotary vacuum pump, and as described above, the roughing
The bottom of the
ケーシング1の外壁側面には、スパイラル状の円管11が設けられている。前記円管11の内部には、冷却水が循環し、ケーシング1の内壁側面を冷却する。そして複数のノズル8からそれぞれ噴出された油蒸気5aが内壁側面に到達すると、この油蒸気5aは、冷却されて液体に変化し、ケーシング1の下方に設けられた貯油槽6に戻る。そして、再びヒータ9で加熱されて油蒸気5aとなり、以降、循環を繰り返す。
A spiral
このように構成された油拡散ポンプにおいて、本発明にかかる油拡散ポンプが特徴とするところは、吸気口1aとバルブ室2との間、具体的には、複数のノズル8の上方におけるケーシング1の軸心に駆動軸20aを位置付けて配設した電動機20と、前記電動機20の駆動軸20aの周方向に配された複数枚の羽根21aからなる回転羽根21とを設けた点、電動機20により回転駆動される回転羽根21によってケーシング1内のノズル8の上方に飛散する油蒸気5aをケーシング1の下方に押し戻す点にある。ちなみに回転羽根21は、図2に示すように同一形状の羽根21aを複数備え、電動機20の駆動軸20aの周方向に所定の角度(例えば10度)毎に配置したものである。
In the oil diffusion pump configured as described above, the oil diffusion pump according to the present invention is characterized by the
このような特徴ある本発明の油拡散ポンプについて、その作動を説明する。まず油拡散ポンプを稼働させるのに先立って、真空ポンプ4にて予めバルブ室2と蒸着室30および
ケーシング1内の真空度を例えば10[Pa]程度まで真空引きする。次いで、バルブ室2の弁体2bをシリンダ2cを駆動することによって上方に引き上げると共に、電動機20を回転させて回転羽根21に対して軸心廻りの回転駆動力を与える。例えば回転羽根21の直径が660mmある場合、電動機の回転速度は、毎分16000回転とする。このとき、回転羽根21の周速度は、毎秒553mに達し、マッハ1乃至2の流速を得ることができる。
The operation of the oil diffusion pump of the present invention having such characteristics will be described. First, prior to operating the oil diffusion pump, the vacuum degree in the
つまり回転羽根21がもたらす流速は、ケーシング1内の気体圧力の状態において、気体分子の平均自由行程(ミーンフリーパス)を超えることになる。すると、ノズル8から噴出した油蒸気5aは、回転羽根21を構成する複数枚の羽根21aによって叩かれるようにして、ケーシング1の下方へと押し戻される。また、回転羽根21の各羽根21aに付着した油は、高速で回転する回転羽根21の遠心力によって外周方向へと飛ばされ、冷却されたケーシング1の内壁面に付着して液体になり、ケーシング1の貯油槽6へと戻される。またバルブ室2内の残留気体分子は、高速回転する回転羽根21によってケーシング1内方向へ吸引されて排気口1cから排出される。
That is, the flow velocity provided by the
かくして、上述したように構成された油拡散ポンプによれば、回転羽根21を駆動軸20aに取り付けた電動機20を複数のノズル8の上方におけるケーシング1の軸心に駆動軸20aを位置付けて、回転羽根21を高速回転させているので、ケーシング1の吸気口1a側に設けられたバルブ室2に侵入しようとする油蒸気(油粒子)5aを回転羽根21によって叩き、ケーシング1の下方に押し戻すことができる。このため、バルブ室2の内壁面に付着する油を大幅に削減することができ、それ故、この油を拭い取る定期的な清掃作業を削減または省略することが可能となる。
Thus, according to the oil diffusion pump configured as described above, the
また、回転羽根21に付着した油粒子は、高速回転する回転羽根21に生じる遠心力を受けてケーシング1の内壁にはじき飛ばされると共に、この油粒子は、冷却されたケーシング1の内壁面に到達して液体になるので、ケーシング1下方の貯油槽6に戻すことができる。
また、回転羽根21が高速回転しているので、回転羽根21がもたらす流速は、マッハ1乃至2に達し、ケーシング1内の圧力における気体の平均自由行程を超えることができる。このため、バルブ室2に侵入しようとする油5をケーシングの下方に効果的に押し戻すことが可能となる等、油拡散ポンプの排気速度に回転羽根の排気速度が加算されるので、実用上多大なる効果を奏する。
The oil particles adhering to the
Further, since the
1 ケーシング
2 バルブ室
5a 油蒸気
8 ノズル
20 電動機
20a 駆動軸
21 回転羽根
21a 羽根
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記複数のノズルの上方における前記ケーシングの軸心に駆動軸を位置付けて配設した電動機と、この電動機の駆動軸の周方向に配された複数枚の羽根からなる回転羽根とを具備し、前記電動機により回転駆動される前記回転羽根によって前記ケーシング内の前記ノズルの上方に飛散する上記油蒸気を前記ケーシングの下方に押し戻してなることを特徴とする油拡散ポンプ。 In an oil diffusion pump that is housed in a cylindrical casing and includes a plurality of nozzles that eject oil vapor below the casing,
An electric motor having a drive shaft positioned at the axial center of the casing above the plurality of nozzles, and a rotary blade composed of a plurality of blades arranged in a circumferential direction of the drive shaft of the motor, An oil diffusion pump, wherein the oil vapor scattered above the nozzles in the casing is pushed back below the casing by the rotating blades driven to rotate by an electric motor.
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JP2004268583A Pending JP2006083750A (en) | 2004-09-15 | 2004-09-15 | Oil diffusion pump |
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