JP2006299968A

JP2006299968A - 異物侵入防止板、回転真空ポンプおよび真空システム

Info

Publication number: JP2006299968A
Application number: JP2005123807A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takemura; 浩明竹村; Kota Oishi; 耕太大石
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】目標とする開口率を達成しつつ、回転真空ポンプへの異物の流入を確実に阻止することができる異物侵入防止板の提供。
【解決手段】異物侵入防止板３０の開口３００を扁平な矩形や扁平な六角形とすることにより、目標とする開口率を確保しつつ、Ｏリング等の異物の流入を防止することができる。開口３００が矩形の場合には、目標開口率がα、梁３００ａの部分の幅寸法がｔで、開口３００の短辺の寸法ｂをＯリングの直径よりも小さく設定し、開口３００の長辺の寸法ａを「ａ＞ｔ／｛Ｒ／α(Ｒ＋ｔ)−１｝」のように設定する。また、開口３００が六角形の場合には、開口３００の狭い方の幅寸法ｂに対して、長辺の寸法ａを次式のように設定する。a＞［αt(b＋t)tan(θ/4）＋{α(b＋t)^２−b^２}／２tan(θ/2)]／{b−α(b＋t)}
【選択図】図４

Description

本発明は、回転真空ポンプに用いられる異物侵入防止板、およびその異物侵入防止板を備えた回転真空ポンプおよび真空システムに関する。

半導体製造装置にターボ分子ポンプ等の高速回転形の真空ポンプを搭載する場合、半導体ウエハの破片や装置から脱落したボルト等の部品などの異物がポンプ内に侵入するのを防止するために、ポンプの吸気口に保護ネットを配設するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。このような保護ネットには、金網や、多数の正方形や正六角形の開口を形成した金属板などが用いられている。

特開平１１−２４７７９０号公報

ところで、ポンプの吸気口にこのような保護ネットを設けると、ポンプの排気速度が低下することが知られており、低下の程度は開口率に依存している。そのため、異物の侵入を防止するために開口寸法を小さくすると、開口率が低下して排気速度も低下してしまい、逆に、開口率を大きくすると異物が通過しやすくなってしまうという欠点があった。

請求項１の発明は、ステータに対してロータを高速回転して気体を排気する回転真空ポンプの吸気口に装着され、回転真空ポンプへの異物の流入を防止する異物侵入防止板であって、扁平形状の開口を複数形成したことを特徴とする。
請求項２の発明では、請求項１に記載の異物侵入防止板において、開口の形状を扁平な矩形とし、目標とする開口率をαおよび開口の周囲を囲む梁部材の幅をｔとし、開口の短辺の長さｂを異物最小寸法よりも小さく設定したときに、開口の長辺の長さａを次式のように設定するようにした。
ａ＞ｔ／｛ｂ／α(ｂ＋ｔ)−１｝
請求項３の発明では、請求項１に記載の異物侵入防止板において、開口の形状を、互いに平行な一対の辺の長さａを他の辺の長さｂよりも長くした扁平な六角形とし、目標とする開口率をαおよび開口の周囲を囲む梁部材の幅をｔとし、辺の長さｂを異物最小寸法よりも小さく設定したときに、長さａを次式のように設定するようにした。

請求項４の発明に係る回転真空ポンプは、請求項１〜３のいずれか一項に記載の異物侵入防止板を備えたことを特徴とする。
請求項５の発明に係る真空システムは、請求項１〜３のいずれか一項に記載の異物侵入防止板を、回転真空ポンプの吸気口に接続される配管中に備えたことを特徴とする。

本発明によれば、目標とする開口率を確保しつつ、回転真空ポンプへの異物の流入を確実に阻止することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による異物侵入防止板が装着された回転真空ポンプを示したものであり、磁気軸受式ターボ分子ポンプにおけるポンプ本体１の概略構成を示す断面図である。図１に示した磁気軸受式ターボ分子ポンプは５軸制御型磁気軸受を備えており、ベース５には、ラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１，５２とアキシャル磁気軸受を構成する電磁石５３とが設けられている。

また、ベース側には、ラジアル方向の変位センサを構成するラジアル変位センサ７１，７２と、アキシャル方向の変位センサを構成するアキシャル変位センサ７３とが設けられている。２７，２８は非常用のメカニカルベアリングであり、ロータ４が磁気浮上していないときには、ロータ４はこれらのメカニカルベアリング２７，２８により支持される。その場合、メカニカルベアリング２７はロータ４のラジアル方向の運動を拘束し、メカニカルベアリング２８はラジアル方向およびアキシャル方向の運動を拘束する。

回転体は、モータロータ３が組み込まれたシャフト２と複数段の回転翼２１が形成されたロータ４とから成る。ロータ４は回転体の回転軸を構成するシャフト２に固定されている。一方、モータロータ３に対向するように、ベース側にはモータステータ６が設けられている。

ベース５上には、ロータ４に対するステータである各回転翼２１に対して交互に配設される固定翼２３が、軸方向（図示上下方向）に複数段設けられている。シャフト２およびロータ４から成る回転体を電磁石５１，５２，５３により非接触支持しつつ回転駆動することによって、ポンプ作用が発生する。ベース５に設けられたレセプタクル２５には、ポンプ本体１とそれを駆動制御するコントローラ（不図示）とを接続するケーブルが接続される。

ケーシング２０に設けられた吸気口フランジ２００には異物侵入防止板３０が装着されている。異物侵入防止板３０は、ポンプ本体１内に装置側から異物が落下するのを防止するために設けられているものであり、前述したようにシリコンウエハの破片やボルトなどがポンプ内に入るのを防止している。

ところで、ターボ分子ポンプを半導体装置の真空チャンバに装着する場合には、一般的に、ポンプとチャンバとの間にゲートバルブや自動圧力調整（APC）バルブ等の真空バルブが設けられる。バルブの弁体にはシール材としてＯリングを用いることが多いが、開閉動作の繰り返しや高温環境での使用によって、Ｏリングが脱落したり破断したりする場合がある。

例えば、図２の符号Ａで示すように、Ｏリングが破断して長手方向が横向きになるような姿勢で異物侵入防止板３０上に落下した場合は、異物侵入防止板３０によりＯリングのポンプへの流入を防止することができる。しかし、符号Ｂで示すように、Ｏリングが垂直に垂れ下がるように脱落した場合、Ｏリングの断面が円形であるためにＯリングが開口３００を通過しやすくなり、ポンプ内に侵入する危険性があった。本実施の形態は、開口率の低下を抑えつつ、Ｏリングの断片の侵入を防止するようにしたものである。

図３は異物侵入防止板３０の平面図である。異物侵入防止板３０は、例えば、ステンレス板材にエッチング加工を施して多数の開口３００を形成したものである。開口３００は、異物侵入防止板３０の外周領域に設けられたリング部分３０１の内側全域に形成されている。図３に示す例では、異物を通過させることなく開口率を向上させるために、正六角形を横長の扁平形状に変形したものを開口３００の形状としている。

なお、開口３００の形状は扁平形状であれば正六角形を扁平形状としたもに限らず、六角形を扁平にしたものや長方形であってもかまわないが、開口率を最も大きく設定できる形状は正六角形を扁平形状としたものである。

次に、開口３００の寸法の設定方法について説明する。ここでは、図４に示すような長方形の開口３００と六角形を扁平形状としたものについて説明する。図４（ａ）は開口３００が長方形の場合を説明する図であり、開口３００の周囲を囲んでいる梁３００ａの部分の幅寸法をｔ、開口３００の長辺の寸法をａ、開口３００の短辺の寸法をｂとする。開口率を計算する場合、梁３００ａの中心線により形成される二点鎖線Ｌ１で囲まれた矩形領域を考えれば良い。開口率αは式（１）で与えられる。
α＝ａｂ／(ａ＋ｔ)(ｂ＋ｔ) …（１）

式（１）を寸法ａについて解くと、式（２）のようになる。ここで、Ｏリングが異物侵入防止板３０を通過しないようにするためには、短い方の幅寸法ｂをＯリングの最小寸法である直径Ｒよりも小さく設定すれば良い。このように設定されたｂの値と目標とする開口率αの値とを式（２）に代入すれば、寸法ａが決定される。
ａ＝αｔ／｛ｂ／(ｂ＋ｔ)−α｝
＝ｔ／｛ｂ／α(ｂ＋ｔ)−１｝ …（２）

すなわち、直径ＲのＯリングが異物侵入防止板を通過しないようにしつつ、開口率をαより大きくするためには、幅寸法ａを式（３）を満足するような値とすれば良い。
ａ＞ｔ／｛Ｒ／α(Ｒ＋ｔ)−１｝ …（３）

図４（ｂ）は開口３００が扁平な六角形の場合を説明する図である。梁３００ａの幅寸法をｔ、扁平な六角形状開口３００の長辺の寸法をａ、開口３００の狭い方（図示上下方向）の幅寸法をｂとする。開口率を考える場合、梁３００ａの中心線により形成される二点鎖線Ｌ２で囲まれた六角形領域を考えれば良い。開口率αは式（４）で与えられる。

そして、長方形の場合と同様に、開口率をα以上とし、かつ、直径ＲのＯリングが異物侵入防止板３０を通過しないようにするためには、式（５）を満足するように長辺の寸法ａを設定すれば良い。

例えば、図４（ａ）に示す長方形の開口３００に設定した場合と、従来のような正方形の保護ネットの場合について比較する。ここでは、ｔ＝０．３ｍｍとし、通過を阻止すべきＯリングの径寸法を３．５３ｍｍとする。また、目標とする開口率αを０．８８７９とする。短辺寸法ｂをＯリングの径寸法と同じ３．５３ｍｍとすると、式（２）からａ≒７．９ｍｍが得られる。

一方、開口が正方形である保護ネットの場合、開口率αは次式（６）で得られるので、ｔ＝０．３ｍｍ、ａ＝３．５３ｍｍとすると、α≒０．８５となり、０．８８７９よりも小さくなってしまう。仮にα＝０．８８７９とすると、ａ≒４．９ｍｍとなり径寸法＝３．５３ｍｍのＯリング断片が容易に通過してしまう。
α＝ａ^２／(ａ＋ｔ)^２ …（６）

また、開口３００を扁平な正六角形とした場合（θ＝１２０度）、ｔ＝０．３ｍｍ、ｂ＝３．５３ｍｍ、α＝０．８８７９とすると、ａ≒７．１ｍｍとなる。すなわち、扁平な矩形よりも長手方向の寸法を小さくすることができる。長手方向の寸法を上述した矩形の場合と同じａ＝７．９ｍｍとした場合には、開口率はα≒０．９０となって扁平矩形の場合よりも大きくなる。

上述した実施の形態では、ターボ分子ポンプを例に説明したが、本発明の異物侵入防止板はターボ分子ポンプに限らずドラッグポンプ等の高速回転真空ポンプにも適用することができる。また、上述した例では、異物侵入防止板３０をターボ分子ポンプの吸気口フランジ２００に装着して用いたが、装置とターボ分子ポンプとの間に配管が設けられる場合には、その配管に固定して使用することも可能である。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、固定翼２３はステータを、梁３００ａは梁部材をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

発明による異物侵入防止板が装着された回転真空ポンプを示す図である。Ｏリングの侵入を説明する図である。異物侵入防止板３０の平面図である。異物侵入防止板３０の開口３００の形状を説明する図であり、（ａ）は開口３００が長方形の場合を示し、（ｂ）は開口３００が六角形の場合を示す。

符号の説明

１ポンプ本体
４ロータ
２１回転翼
２３固定翼
３０異物侵入防止板
３００開口
３００ａ梁

Claims

ステータに対してロータを高速回転して気体を排気する回転真空ポンプの吸気口に装着され、前記回転真空ポンプへの異物の流入を防止する異物侵入防止板であって、
扁平形状の開口を複数形成したことを特徴とする異物侵入防止板。
請求項１に記載の異物侵入防止板において、
前記開口の形状を扁平な矩形とし、目標とする開口率をαおよび前記開口の周囲を囲む梁部材の幅をｔとし、前記開口の短辺の長さｂを異物最小寸法よりも小さく設定したときに、前記開口の長辺の長さａを次式のように設定したことを特徴とする異物侵入防止板。
ａ＞ｔ／｛ｂ／α(ｂ＋ｔ)−１｝
請求項１に記載の異物侵入防止板において、
前記開口の形状を、互いに平行な一対の辺の長さａを他の辺の長さｂよりも長くした扁平な六角形とし、目標とする開口率をαおよび前記開口の周囲を囲む梁部材の幅をｔとし、前記辺の長さｂを異物最小寸法よりも小さく設定したときに、前記長さａを次式のように設定したことを特徴とする異物侵入防止板。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の異物侵入防止板を備えたことを特徴とする回転真空ポンプ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の異物侵入防止板を、回転真空ポンプの吸気口に接続される配管中に備えたことを特徴とする真空システム。