JP2007518010A

JP2007518010A - 真空ポンプ

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Publication number: JP2007518010A
Application number: JP2006546318A
Authority: JP
Inventors: マイケルチュンカウリウ; スティーブンダウズウェル; ナイジェルポールショフィールド
Original assignee: ザビーオーシーグループピーエルシー
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2007-07-05
Also published as: TW200528640A; WO2005061896A2; KR20060125813A; US20070274822A1; WO2005061896A3; EP1700038A2; GB0329839D0

Abstract

ロードロック室を排気するための真空排気装置を説明する。ブースタポンプが、分子ドラッグ段と、多段遠心コンプレッサ機構とを有する。補助ポンプが、流体を大気圧で又は約大気圧で排気するための多段遠心コンプレッサ機構からなる。かかる装置は、在来のロードロック排気装置と関連した騒音、大きさ、及び振動レベルを下げることができる。

Description

本発明は、真空ポンプに関する。

真空処理は、一般的には、基板に薄い皮膜を付着させる半導体デバイスの製造に使用される。

典型的には、処理室は、真空ポンプを使用して素性に低い圧力まで排気され、その圧力は、加工の種類に応じて、１０^-6ミリバール程低く、供給ガスは排気された室に導入されて所望な物質を室内に配置された１つ又はそれ以上の基板に付着させる。付着の完了と同時に、基板を室から取り出し、他の基板を挿入して付着工程を繰り返す。

処理室を所要圧力まで排気するのには著しい真空排気時間を要する。したがって、基板を交換するとき、室内の圧力を所要レベルに又はほぼそのレベルに維持するために、典型的には、トランスファ室及びロードロック室が用いられる。ロードロック室の容量は、大きな平らなパネルディスプレーツールのあるもののために、ちょうど数リットルないし数百リットルの範囲である。

ロードロック室は典型的には、基板をロードロック室とトランスファ室の間を移送させるために大気に選択的に開くことができる第１窓と、基板をロードロック室に挿入し、ロードロック室から取り出すために大気に選択的に開くことができる第２窓と、を有する。使用中、処理室は処理室真空ポンプによって所望真空に維持される。第１窓が閉じられているとき、第２窓を大気に開いて基板をロードロック室に挿入できるようにする。次いで第２窓を閉じ、ロードロック真空ポンプを使用して、ロードロック室を、ロードロック室が、トランスファ室と実質的に同じ圧力、典型的には、約０．１ミリバールになるまで排気する。次いで、第１窓を開いて基板をトランスファ室に移送させる。次いで、トランスファ室を処理室と実質的に同じ圧力まで排気し、基板を処理室に移送する。

真空処理が完了したとき、処理された基板をロードロック室に移送戻しする。第１窓を閉じてトランスファ室内に真空を維持する時、ロードロック室内の圧力は、空気又は窒素のような非反応性ガスをロードロック室に流入させることによって大気圧まで上昇させる。ロードロック室内の圧力が大気圧又はその近くになるとき、第２窓を開いて処理された基板を取り出す。かくして、ロードロック室について、大気から中真空（約０．１ミリバール）までの排気の反復サイクルを必要とする。

ロードロック室は、典型的には、真空室内に存在するどんな潤滑剤も、真空処理を行うクリーンな環境の汚染を引き起こすから、その真空室内にオイルがない。例えば、”iＨ”シリーズのＢＯＣＥｄｗａｒｄｓ ”乾式”真空ポンプは、乾式補助又は荒引きポンプを、乾式ポンプの上に取り付けられた単一段ルーツ機構ブースタ、又はブロワポンプと組み合わせて有する。補助ポンプは、普通、噛み合っているロータを採用する多段容積形ポンプである。ロータは、各段に同じタイプの輪郭を有してもよく、或いは輪郭は段毎に変化してもよい。

大きな平らなパネルティスプレーツールのためには、ロードロックポンプの排気速度は、例えば２０００ｍ³／時間まで、高くなる必要がある。ルーツ及びノルセイ機構をルーツブースタポンプと直列に使用して乾式ポンプから形成されたロードロックポンプはこのような排気速度を提供することができるけれども、使用中に発生される騒音及び振動レベルとともに、ポンプ組合せの比較的大きな設置面積は、典型的には、ロードロックポンプを処理ツールから遠くに、例えば地下室に設置させることになる。使用者に取っては不便になるのみならず、ロードロックポンプをロードロック室に接続するのに比較的長い大きな直径の配管を必要とし、設備費を著しく増大させる。

本発明の好ましい実施形態の目的は、これら及び他の課題を解決することにある。

概要として、本発明によれば、在来の排気装置におけるブースタポンプ及び補助ポンプの少なくとも１つは多段遠心コンプレッサ装置からなる真空ポンプで置き換えられる。第１の実施形態では、ブースタポンプと補助ポンプの両方が大気に排気する単一の真空ポンプで置き換えられる。第２の実施形態では、ブースタポンプは、補助ポンプで補助される少ない数のコンプレッサ段を有する、第１実施形態と同様の真空ポンプによって提供される。この補助ポンプは、在来の補助ポンプであってもよいし、或いは、第３の実施形態によれば、大気に排気する多段遠心コンプレッサ装置からなる真空ポンプであってもよい。このような補助ポンプは、在来のルーツブースタポンプを備えてもよい。かくして、一側面では、本発明は、排気されるべき流体を受け、且つ排気された流体を実質的に大気圧で排気するための多段遠心コンプレッサ機構からなる真空ポンプを提供する。

在来の乾式ポンプと比較して遠心コンプレッサ装置と関連した大きさ、騒音及び振動の低レベルのために、在来の補助ポンプ及びブースタポンプの一方又は両方を多段遠心コンプレッサ機構から成るポンプで置き換えることにより、排気装置の少なくとも一部を処理ツールに取り付けることができ、それによって、高価で長い距離の大直径配管を潜在的に回避する。

大気圧から低圧までできるだけ急速に、ロードロック室のような真空室の排気を行うことが望ましい。この排気を行うことが速ければ速いほど、基板を処理する速度は速くなる。しかしながら、多段排気機構を有するポンプを使用して大気圧からの室の排気の初期段中、排気機構による流体の圧縮により、流体圧力を大気圧以上に増大させることができる。この結果、排気機構の排気段を望ましくない過負荷にさせてしまうことがある。このようなポンプがこの状態で著しい期間作動されるならば、きゃしゃな回転インペラとポンプハウジングの間のシール及び又は軸受の破損の形態で又は衝撃によって損傷が起こることがある。

このことに照らして、他の側面では、本発明は、ハウジングと、ハウジング内に回転自在に取り付けられた駆動シャフトと、ハウジング内に配置され、複数の相互に連結された流体室を構成する複数の固定部材と、駆動シャフトに取り付けられ、圧縮流体をそれぞれの流体室に放出するように固定部材に対して配置された複数のインペラと、流体室の２つの間に延び、流体を圧縮なしにこれらの流体室間に通すことができるバイパスチャンネルと、バイパスチャンネルの中を通る流体の流量を制御するための手段と、を有する多段遠心コンプレッサ機構を提供する。かくして、圧縮された流体を、圧縮なしに流体室間に運ぶことができ、より大きな上流の排気段を、排気流体を大気圧以上に加圧させることなく全速度で作動することができる。

かくして、制御手段は、流体室の前記２つの間の圧力差の作用により、特に、流体室の前記２つの内の上流の流体室内の圧力が、流体室の前記２つのうちの下流の流体室内の圧力よりも大きい時にバイパスチャンネルを開くように構成されるのが好ましい。
好ましい実施形態では、流体室の前記２つは、コンプレッサ機構の隣接した流体室であるが、１つ又はそれ以上の他の流体室が、変形例として、別々のこれらの２つの流体室であってもよい。例えば、流体室の一方は排気機構の第１の最も低い圧力流体室であり、他方の流体室は排気機構の最後の最も高い圧力流体室である。しかしながら、これらの２つの流体室が隣接している場合には、バイパスチャンネルは、流体室間に位置し固定部材の中を通るのがよい。

制御手段は、好ましくは、弁手段、例えば、使用中、加圧流体によって閉位置と開位置の間を移動できる弁部材からなる。このような弁部材は、フラップ弁で提供されるのがよく、該フラップ弁は、流体室内に位置決めされていてバイパスチャンネルからその流体室への流体の流量を制御する。

好ましくは、機構は、流体室毎に、流体室と隣接し下流の流体室の間に延びるそれぞれのバイパスチャンネルを有し、且つ各バイパスチャンネルを通る流体の流量を制御するための手段を有する。

遠心コンプレッサ機構は、コンプレッサ機構の段を通る排気流体の特定の流量が比較的小さいときに、排気流体のサージングを受け易い。サージングは、コンプレッサインペラへの流体の逆流に現れ、真空ポンプの効率的な作動に悪影響を及ぼし、極端な状態では、ポンプを実際に損傷させるかもしれない。このことに照らして、機構は、好ましくは、コンプレッサ機構内のサージを制御するためのサージ制御手段を有する。したがって、更なる側面では、本発明は、ハウジングと、ハウジング内に回転自在に取り付けられた駆動シャフトと、ハウジング内に配置され、複数の相互に連結された流体室を構成する複数の固定部材と、駆動シャフトに取り付けられ、圧縮流体をそれぞれの流体室に放出するように固定部材に対して配置された複数のインペラと、多段遠心コンプレッサ機構内のサージを制御するためのサージ制御手段と、を有する多段遠心コンプレッサ機構を提供する。

サージ制御手段は、好ましくは、流体の流れを各流体室に運ぶさめの手段と、各流体室への流体流れの流量を制御するための手段と、を有する。１つの実施形態では、運ぶ手段は、空気、窒素、又は不活性ガスのようなガスの流れを各流体室に運ぶように構成される。他の実施形態では、運ぶ手段は加圧流体の流れを下流の流体室から各流体室に運ぶように構成される。いずれの場合にも、コンプレッサ機構を通る流量はサージングが起こる流量以上の値に維持することができる。

運ぶ手段が圧縮流体の流れを下流の流体室から各流体室に運ぶように構成されている場合には、運ぶ手段は、好ましくは、流体室毎に、その流体室と隣接した下流の流体室の間に延びる流体通路（前に述べたバイパスチャンネルとは別）を有する。これらの流体通路は、好ましくは同軸である。

各流体室への流体流れの流量を制御するための手段は、好ましくは、弁手段からなる。弁手段は、各々の流体通路を通る流体流量を制御するための一連の弁からなっていてもよいし、或いは各流体通路を通る流体流量を制御するためのスプール弁からなっていてもよい。弁手段は、好ましくは、室内に少なくとも部分的に配置され、それによって外部パイプ接続部を設ける必要を回避する。弁手段は、別々のコントローラによって制御されるのがよい。弁手段を制御するために、ポンプ入口を通る流体の圧力を監視する圧力センサーを設けるのがよく、入口センサーからの信号は制御装置に供給され、制御装置は弁手段の開閉を制御する。加えて、又は変形例として、圧力センサーは、排気機構内に設けられ、排気機構内の圧力変動を監視し、かくして、サージングの開始を検出することができる。

各インペラは、好ましくは、その片側に、その内周と外周の間に延びる複数のベーン又はブレードを有する。各ブレードは好ましくは湾曲路をたどる。製造を容易にするために、各固定部材は好ましくは、ハウジングのそれぞれの部品と一体のディスクからなる。
コンプレッサ機構によって圧縮される流体は典型的に高温になる。特に、排気段で、コンプレッサ機構によって排気される流体を冷却するために、コンプレッサ機構は、好ましくは、各固定部材を冷却するための手段を有する。例えば、固定部材の片側に複数の冷却フィンを設けるのがよい。変形例として、或いは加えて、冷却手段は各固定部材に冷却材の流れを供給するための手段からなるのがよい。これは、冷却フィン（設けられている場合）と固定プレートの両方の直接の冷却を行うことができる。冷却フィンは、固定プレートと、インペラからの加圧流体の流れを流体室に差し向けるためのディフューザプレートとの間に配置されるのがよく、したがって、フィンはディフューザプレートの冷却をももくろむ事ができる。

本発明はまた、上述したごときコンプレッサ機構を有する真空ポンプを提供する。

ポンプが比較的高い圧力で比較的長い期間作動されるならば、例えば、ポンプによって排気されるロードロック室のドアが不用意に開け放しにされていたならば、コンプレッサ機構の過剰な過熱が起こるかもしれない。ポンプの過剰な過熱を防止するために、ポンプの温度を監視し、コンプレッサ機構の回転速度を監視した温度に応じて変える。これにより、ポンプの速度を過熱の場合に下げることができ、それによって、ポンプ内の温度を下げ、ポンプが比較的長い期間高速で不当に作動されるのを防止する。

したがって、ポンプは、好ましくは、ポンプの温度を監視するための手段と、監視した温度に応じてシャフトの回転速度を制御するための手段と、を有する。監視手段は、ハウジング内に又はそれに近接して配置された熱電対のような適当な温度センサーによって提供されるのがよい。駆動シャフトを駆動するモータを制御するためのコントローラは制御手段を提供する。

排気流体によって熱が伝達されるハウジングを冷却するために、例えば、コンプレッサ機構の少なくとも一部のまわりに延びる冷却ジャケットの形態をした外部冷却装置を設けてもよい。

ポンプが補助ポンプとして使用される場合には、補助ポンプは、適当なブースタポンプと組み合わせた多段遠心コンプレッサ機構からなるのがよい。このようなブースタポンプは、分子ドラッグ機構から下流のかかる多段遠心コンプレッサ機構を有するポンプによって提供されるのがよい。コンプレッサ機構の段の数（例えば２）は、ブースタポンプでは、補助ポンプ（例えば、６又は７）におけるよりも小さい。変形例として、ブースタポンプと補助ポンプの在来の組合せは単一のポンプによって置き換えられ、このポンプは、多段（例えば４段）分子ドラッグ機構から下流の多段（例えば６段又は７段）遠心コンプレッサ機構を有する。分子ドラッグ機構は、好ましくは、複数の螺旋として構成された複数のチャンネルを有する多段ホルウェック機構からなる。ドラッグ段は、最大の排気容積のために直列に、並列に、或いは、その組合せに構成されてもよい。ポンプの長さを最小にするために、分子ドラッグ機構は、好ましくは、駆動シャフトを回転させるためのモータを少なくとも部分的に囲む。例えば、分子ドラッグ排気機構がホルウェック機構である場合には、分子ドラッグ排気機構のロータ要素は、典型的には、コンプレッサ機構のロータ要素と一緒に回転運動するように設けられたシリンダからなり、該シリンダは、モータを少なくとも部分的に囲むのがよい。即ち、更なる側面では、本発明は、回転自在に取り付けられた駆動シャフトに設けられた複数のロータ要素を有する多段遠心コンプレッサ機構と、その上流で、駆動シャフトに設けられた少なくとも１つのロータ要素を有する分子ドラッグ機構と、を含み、分子ドラッグ機構の少なくとも１つのロータ要素が駆動シャフトを回転させるためのモータを少なくとも部分的に囲む、真空ポンプを提供する。

上述したように、室の急速排気のために、ポンプは、圧縮流体を多段遠心コンプレッサ機構のインペラの１つ又はそれ以上を迂回させることができるための弁要素を備え、コンプレッサ機構の排気段が入口段よりも幾分小さい時でもポンプを全入口速度で排気させることができる。このような設計では、補助ポンプは、排気構造を通る流体の流量に対する制限に成る。したがって、好ましい実施形態では、流体バイパス導管がブースタポンプからの排気口と補助ポンプからの排気口の間に接続され、バイパスを通る流体の流量を制御するための手段が設けられる。このような構成は、ブースタポンプと補助ポンプの任意の組合せのために設けられる。

今、本発明の好ましい特徴を添付図面を参照して単なる例示として説明する。

図１を参照すると、ロードロック室を排気するのに適した真空ポンプ１０は、３つの部品１４、１６、及び１８を有するハウジング１２を含む。ハウジング１２の第１部品１４にはポンプ１０の入口２０が配置され、ハウジング２１２の第３部品１８には排気口２１が配置されている。

ハウジング１２の第１部品１４は、多段分子ドラッグ排気機構２２を収容する。図１に示すように、この実施形態では、分子ドラッグ排気機構は４段ホルウェック機構２２によって提供されるが、任意適当な数の排気段を設けてもよい。ホルウェック機構２２のロータは、回転シャフト３０と一体の、又は図示されているように回転シャフトに取り付けられたディスク状インペラ２８に同心的に取り付けられた２つの炭素繊維シリンダ２４、２６からなる。シャフト３０は各端が潤滑剤のない軸受（図示せず）、好ましくは、磁気軸受によって支持され、そしてハウジング１２の第３部品１８によって収容されたモータ３１によって駆動される。

ホルウェック機構２２の各シリンダ２４、２６は平滑な内面及び外面を有する。ホルウェック機構２２のステータは、ロータシリンダ２４、２６と同心的に配置され且つロータシリンダ２２、２６を取り囲む複数のシリンダ３２、３４、及び３６からなり、最も外側のシリンダ３６はハウジング１２の第１部品１４によって提供される。最も内側のステータシリンダ３２の外面、中間のステータシリンダの内面及び外面、及び最も外側のステータシリンダ３６の内面には螺旋溝が形成されて、同軸の螺旋流体チャンネルを構成し、該流体チャンネルは、ポンプ入口２０から流体を受け入れ、そして圧送された圧縮流体を、ディスク状インペラ２８に形成された開口５０を通して共通の排気口４８に排気する。

ハウジング１２の第２部品１６は、複数の同軸リング１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆによって都合良く作られ、そして多段遠心コンプレッサ機構５２を収容する。図１に示す実施形態では、コンプレッサ機構５２は７つの排気段からなる。第１の６つの排気段の各々はそれぞれの流体室５８を含み、各流体室は、ハウジング１２の第２部品１６の内壁に同軸的に取り付けられたそれぞれのディスク６０の間に構成される。ディスク６０の孔６２は流体室５８を相互に連結し、流体をホルウェック機構２２の排気口４８から流体室５８の各々を通してポンプの排気口２１まで搬送させることができるようにする。

各流体室５８はシャフト３０に取り付けられたインペラ５４の形態をなしたロータを含む。各インペラ５４は、該インペラ５４の上面（図１に示すように）に位置した複数の湾曲ブレード又はベーン５６を有する。インペラ５４は、使用中、各インペラ５４が圧縮流体をそれぞれの流体室５８に放出するように、ディスク６０に対して配置される。

各流体室５８はまた、インペラ５４の各々から出力される圧縮流体を半径方向外方向に差し向けるための、各々、それぞれのリング１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆと一体のディスク状ディフューザプレート６４を含む。その結果、圧縮流体は流体室５８内で蛇行して流れ、各流体室５８内では、圧縮流体は最初に、ディフューザプレート６４の上面（図示するように）とその流体室を構成する上側のディスク６０の下面との間で半径方向外方に流れ、引き続いて、ディフューザプレート６４の下面（図示するように）とその流体室を構成する下側のディスク６０の上面との間で半径方向内方に流れる。
ディフューザプレート６４の各々は、圧縮流体を冷却するための、ディフューザプレートの下面に設けられた複数の冷却フィン６６を有する。ハウジング１２にはコンプレッサ機構５２によって圧送される流体によって熱が伝達されるから、そのハウジング１２を冷却するために、例えば、ハウジング１２の少なくとも第２部品１６の周りに延びる冷却ジャケットの形態の外部ポンプ冷却装置（図示せず）をも設けるのがよい。

使用中、モータを起動してシャフト３０を、典型的には、１５，０００ないし８０，０００ｒｐｍの範囲内の高速で回転させる。流体は入口２０からポンプ１０に入り、ホルウェック機構２２及びコンプレッサ機構５２を次々と通り、最後に大気圧又は約大気圧の圧力でポンプ１０の出口から排気される。図１に示す構成では、１ミリバールより低い圧力、典型的には、０．１ミリバール又は約０．１ミリバールの圧力をポンプ１０の入口２０に連結されたロードロック室に発生させることができる。

コンプレッサ機構５２内で比較的低流量でサージするのを抑制するために、ポンプ１０はコンプレッサ機構５２の排気段の１つ又はそれ以上をとおる流体流量を選択的に増大させるためのサージ制御機構を備える。図１に示す第１実施形態では、リング１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆの各々に流体ポート６８が設けられ、各ポート６８は、流体流を流体室５８に注入させるためにリングを貫いて半径方向に延びる。この流体流は適当な供給源によって提供される。第１の例では、隣接した排気段の流体ポート６８は、ポンプ１０の片側に位置した導管配列により連結され、導管は、該導管を選択的に開くための１つ又はそれ以上の弁を収容し、ある排気段からの排気流体をその段の流体ポート６８から隣接した上流の排気段の流体ポート６８に流れさせ、それによって、入口から排気段に流れる流体の流量を増大させる。第２の例では、排気段の１つ又はそれ以上の中を流れる流体の流量を増大させるために、窒素又は空気のようなパージガスの流れを適当な供給源から流体ポート６８の１つ又はそれ以上に選択的に供給する。

第３の例では、図２に示すように、コンプレッサ機構５２の排気段に、流体ポート６８を設けることに加えて又は設けることに代わるものとして、圧縮流体のための通路７０が設けられる。通路７０は、ハウジング１２の第２部品１６の内壁に同軸的に取り付けられたディスク６０に形成された一連の同軸孔７２によって構成される。通路７０を通る圧縮流体の流量を制御するために孔を選択的に開閉するためのスプール弁７４が設けられる。図示するように、スプール弁７４は、弁７４の移動により、圧縮流体を孔７２から隣接した上流の排気段に流れさせるべく孔７２の全てを同時に開かせるように形作られるのがよい。変形例として、スプール弁７４は、弁７４の移動により、例えば、コンプレッサ機構５２の排気口側の排気段を連結する孔７４で始まって、孔７４の各々を順次開かせるように形作られてもよい。

弁をこれら３つの例のいずれかで制御するために、ポンプ入口を通る流体の圧力を監視する圧力センサーを設けてもよい。入口センサーからの信号を制御装置に供給し、制御装置は、パージングを抑制するために弁又は弁の各々の開閉を制御する。加えて、又は変形例として、ポンプ１０内に、ポンプ内の圧力変動を監視し、かくしてサージングの開始を検出する圧力センサーを設けてもよい。シャフトのトルク及び電力、かくして入口圧力の推定値を指示するのにモータの電流を使用してもよい。

図１及び２に示すポンプが流体を大気圧で又は約大気圧で排気するので、各ポンプは、ロードロック室を排気するのに使用される在来のブースタと補助ポンプの両方に取って代わるのに適している。ブースタと補助ポンプの在来の組合せの大きさに対してポンプ１０の大きさが小さくなっていることにより、またポンプ１０と関連した騒音及び振動レベルの減少により、加工ツールの側にポンプ１０を具合よく取り付けることができる。

コンプレッサ機構５２の段の数を減らすことによって、ポンプ１０はブースタポンプ１００として使用するのに適することがある。図３及び４はかかるブースタポンプ１００の実施形態を示す。ブースタポンプは３つの部品１０２、１０４、１０６を有するハウジングを含む。ポンプ１００の入口１１０はハウジングの第１部品１０２に配置され、ポンプ１００の排気口１１２はハウジングの第３部品１０６に配置される。

ハウジングの第２部品１０４は多段分子ドラッグ排気機構１２０を収容する。図３に示すように、図１のポンプ１０と同様に、分子ドラッグ排気機構は、４段ホルウェック機構１２０によって提供されるが、任意適当な数の排気段を設けてもよい。ホルウェック機構１２０のロータは、回転駆動シャフト１３０と一体の、又は図示されているように回転駆動シャフトに取り付けられたディスク状インペラ１２８に同心的に取り付けられた３つの炭素繊維シリンダ１２２、１２４、１２６からなる。シャフト１３０は各端がころがり軸受１３２によって支持され、そしてホルウェック機構１２０のシリンダ１２２、１２４、１２６によって部分的に取り囲まれたモータ１３４によって駆動される。

ホルウェック機構１２０の各シリンダは平滑な内面及び外面を有する。ホルウェック機構１２０のステータは、ロータシリンダ１２２、１２４、１２６と同心的に配置され且つロータシリンダ１２２、１２４、１２６を取り囲む複数のシリンダ１３６、１３８、１４０からなり、最も外側のシリンダ１４０はハウジングの第２部品１０４によって提供され、或いは図示されているように、ハウジングの第２部品１０４に取り付けられる。最も内側のステータシリンダ１３６の外面、中間のステータシリンダ１３８の内面及び外面、及び最も外側のステータシリンダ１４０の内面には螺旋溝が形成されて、同軸の螺旋流体チャンネルを構成し、該流体チャンネルは、ポンプ入口１１０から流体を受け入れ、そしてディスク状インペラ１２８に形成された１つ又はそれ以上の開口１４２を通し、圧送された圧縮流体を共通の排気口１４４に排気する。

ハウジングの第２部品１０６は、複数の同軸リング１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆによって都合良く作られ、そして多段遠心コンプレッサ機構１５０を収容する。図３及び４に示す実施形態では、コンプレッサ機構１５０は４つの排気段からなる。第１の３つの排気段の各々はそれぞれの流体室１５８を含み、各流体室は、第２部品１０６の内壁に同軸的に取り付けられたそれぞれのディスク１６０の間に構成される。ディスク１６０の孔１６２は流体室１５８を相互に連結し、流体をホルウェック機構の排気口１４４から流体室１５８の各々を通してポンプの排気口１１２まで順次搬送させることができるようにする。

各流体室１５８はシャフト１３０に取り付けられたインペラ１５４の形態をなしたロータを含む。各インペラ１５４は、該インペラ１５４の上面（図１に示すように）に位置した複数の湾曲ブレード又はベーン１５６を有する。インペラ１５４は、使用中、各インペラ１５４が圧縮流体をそれぞれの流体室１５８に放出するように、ディスク１６０に対して配置される。

各流体室１５８はまた、インペラ１５４の各々から出力される圧縮流体を半径方向外方向に差し向けるための、各々、それぞれのリング１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄと一体のディスク状ディフューザプレート１６４を含む。その結果、圧縮流体は流体室１５８内で蛇行して流れ、各流体室１５８内では、圧縮流体は最初に、ディフューザプレート１６４の上面（図示するように）とその流体室を構成する上側のディスク１６０の下面との間で半径方向外方に流れ、引き続いて、ディフューザプレート１６４の下面（図示するように）とその流体室を構成する下側のディスク１６０の上面との間で半径方向内方に流れる。

ディフューザプレート１６４の各々は、圧縮流体を冷却するための、ディフューザプレートの下面に設けられた複数の冷却フィン（図示せず）を有する。フィンを冷却するために、冷却材が、ディフューザプレート１６４の下面（図示のように）と下側のディスク１６０の上面との間に構成された冷却チャンネルをとおして搬送されるのがよい。

使用中、モータを起動してシャフト１３０を、典型的には、１５，０００ないし８０，０００ｒｐｍの範囲内の高速で回転させる。流体は入口１１０からポンプ１００に入り、ホルウェック機構１２０及びコンプレッサ機構１５０を次々と通り、最後に大気圧より低い圧力でポンプ１００の出口１１２から排気される。

図１に記載のポンプと同様に、コンプレッサ機構内のサージングを抑制するサージ制御機構を設けるのがよい。例えば、図４に示すように、リング１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの各々に流体ポート１６８が設けられ、各ポート１６８は、流体流をそれぞれの流体室１５８に注入させるためにリングを貫いて半径方向に延びる。この流体流は適当な供給源によって提供される。この好ましくは、かかる機構は、比較的高い入口圧力で処理量を最大にするために比較的低い入口圧力でのみ作動される。

こようなサージ制御機構に加えて、コンプレッサ機構の排気段を過負荷させることなくブースタポンプ１００の入口１１０に取り付けられた室の急速な排気を可能にする追加の機構を設けてもよい。図４に示すように、ディスク１６０の１つ又はそれ以上は、圧縮流体を、インペラ１５４による圧縮なしで隣接した下流の流体室にとおすことを可能にするためのバイパスチャンネル１７０を備える。チャンネル１７０は、通常は、弁機構１７２によって閉じられ、分子ドラッグ排気機構機構は、この実施形態では、下流の流体室１５８内に共通の取付け部を有する一対の平らな弁の形態をなしている。弁機構１７２は、隣接した流体室１５８内の流体間の差圧によって選択的に作動されるから、上流の流体室内の流体の圧力が下流の流体室内の流体の圧力よりも高いときには、バルブは開き、流体を、圧縮なしに、上流の流体室から下流の流体室に流通させることができる。

これにより、ポンプ１００によって排気されるガスを、圧縮なしに、コンプレッサ機構１５０のより小さい排気段の１つ又はそれ以上に流通させることができ、それによってガスがこれらの排気段によって大気圧以上に圧縮されるのを防止し、かくして、これらの段が過負荷になるのを防止する。

ブースタポンプ１００を適当な補助ポンプと組み合わせて使用してもよい。図５は、このようなブースタポンプ又はどんな在来のブースタポンプとの使用にも適した多段遠心コンプレッサ機構を採用している補助ポンプ２００の実施形態を示す。補助ポンプ２００に入る流体がポンプ１０に入る流体よりも高い圧力になるので、補助ポンプ２００がドラッグ機構を必要としないことを除いて、補助ポンプ２００は図１に示すポンプ１０と同様である。換言すれば、補助ポンプ２００は、ポンプ入口２２０から流体を受け、排気流体を大気圧又は約大気圧でポンプ出口２２１から排気するための多段コンプレッサ機構２５２を有する。補助ポンプ２００のコンプレッサ機構２５２はポンプ１０のコンプレッサ機構５２と同様であり、従ってここでは更に詳細には説明しない。

補助ポンプ２００の排気機構に応じて、ブースタポンプ１００と補助ポンプ２００野直列の組合せに取り付けられた室の排気中、補助ポンプ２００は、該補助ポンプ２００がブースタポンプ１００から流体排気を十分急速に排気することができないから、室の急速な排気を制限する。室から排気されるガスの少なくともいくらかを補助ポンプ２００を迂回させることができるようにするために、図６に示すように、外部バイパス導管２５０がブースタポンプ１００の排気口及び補助ポンプ２００の排気口２２１と流体連通して設けられるのがよい。バイパス導管２５０は、好ましくは、ブースタポンプ１００からの「過剰な」流体排気を補助ポンプ２００を迂回させることができるように、ブースタポンプ１００から高い排気圧力で導管２５０を開くためのバイパス弁２５２を含む。

今、図７を参照すると、ポンプ入口に取り付けられた室の排気中ブースタポンプ１００の過熱を防止するために、ポンプ１００は、ポンプ１００のハウジング内の今の温度を示す信号をコントローラ３０２に出力するための、例えば、ポンプ１００のハウジング内に配置された温度センサー３００を備えるのがよい。受けた信号に応答して、コントローラ３０２はポンプ１００のモータ１３４に命令を出してシャフト１３０の回転速度を調節することができる。ポンプの速度を下げることによって、ポンプ１００のハウジング内の温度を下げることができる。ポンプの温度に応じたポンプの速度の制御に対する変形として、或いはこれに加えて、ポンプの速度をも、ポンプの入口の近くに配置された圧力センサー３０４を使用して、ポンプの入口１１０に運ばれるガスの圧力に応じて制御してもよい。

要するに、ロードロック室を排気するための２つの真空ポンプ装置を説明する。第１の装置では、単一ポンプは、多段分子ドラッグ段及び排気流体を大気圧で排気する多段遠心コンプレッサ機構を有する。第２の装置では、プースタポンプが直列に補助ポンプを備える。ブースタポンプは、第１の装置のポンプと同様であるが、コンプレッサ機構の段の数が少なくなっている。補助ポンプも、排気流体を大気圧で排気する多段遠心コンプレッサ機構を有する。この様な装置は、在来のロードロックポンプと関連した騒音、大きさ及び振動レベルを減ずることができる。

真空ポンプの第１実施形態の断面図である。図１の真空ポンプと同様であるが、異なるサージ制御機構を有している、真空ポンプの第２実施形態の断面図である。図１の真空ポンプと同様であるが、数の少ないコンプレッサ段を有しているブースタポンプの実施形態の断面図である。図３の断面の一部の拡大図である。ドラッグ機構を有していない図１の真空ポンプと同様である、補助ポンプの実施形態の断面図である。ブースタポンプを補助ポンプと直列に有する排気装置に弁の装置を概略的に示す。ブースタポンプの速度を制御するための装置を概略的に示す。

Claims

ハウジングと、ハウジング内に回転自在に取り付けられた駆動シャフトと、ハウジング内に配置され、複数の相互に連結された流体室を構成する複数の固定部材と、駆動シャフトに取り付けられ、圧縮流体をそれぞれの流体室に放出するように固定部材に対して配置された複数のインペラと、流体室の２つの間に延び、流体を圧縮なしにこれらの流体室間に通すことができるバイパスチャンネルと、バイパスチャンネルの中を通る流体の流量を制御するための手段と、を有する多段遠心コンプレッサ機構。
制御手段は、流体室の前記２つの間の圧力差の作用によりバイパスチャンネルを開くように構成される、請求項１による機構。
制御手段は、流体室の前記２つの内の上流の流体室内の圧力が、流体室の前記２つのうちの下流の流体室内の圧力よりも大きい時にバイパスチャンネルを開くように構成される、請求項１又は２による機構。
流体室の前記２つは、コンプレッサ機構の隣接した流体室である、請求項１ないし３のいずれかにによる機構。
バイパスチャンネルは隣接した流体室間に配置された固定部材を通る、請求項４による機構。
制御手段は弁手段からなる、請求項１ないし５のいずれかによる機構。
制御手段は、使用中、加圧流体によって閉位置と開位置の間を移動できる弁部材からなる請求項６による機構。
弁部材は、フラップ弁からなる、請求項７による機構。
弁手段は、流体室内に配置される、請求項６乃至８のいずれかによる機構。
流体室毎に、流体室と隣接し下流の流体室の間に延びるそれぞれのバイパスチャンネルを有し、且つ各バイパスチャンネルを通る流体の流量を制御するための手段を有する、請求項１ないし９のいずれかによる機構。
多段遠心コンプレッサ機構内のサージを制御するためのサージ制御手段を更に有する、請求項１ないし１０のいずれかによる機構。
ハウジングと、ハウジング内に回転自在に取り付けられた駆動シャフトと、ハウジング内に配置され、複数の相互に連結された流体室を構成する複数の固定部材と、駆動シャフトに取り付けられ、圧縮流体をそれぞれの流体室に放出するように固定部材に対して配置された複数のインペラと、多段遠心コンプレッサ機構内のサージを制御するためのサージ制御手段と、を有する多段遠心コンプレッサ機構。
サージ制御手段は、流体の流れを各流体室に運ぶための手段と、各流体室への流体流れの流量を制御するための手段と、を有する、請求項１１又は１２による機構。
運ぶ手段は、パージガスの流れを各流体室に運ぶように構成されている、請求項１３による機構。
パージガスは、空気又は不活性ガスからなる、請求項１４による機構。
運ぶ手段は、加圧流体の流れを下流の流体室から各流体室に運ぶように構成される、請求項１３による機構。
運ぶ手段が、流体室毎に、その流体室と隣接した下流の流体室の間に延びる流体通路を有する、請求項１６による機構。
流体通路は同軸である、請求項１７による機構。
各流体通路はそれぞれの固定部材を通る、請求項１７又は１８による機構。
制御手段は、前記運ぶ手段と流体連通している弁手段からなる請求項１６ないし１９のいずれかによる機構。
弁手段はスプール弁からなる、請求項２０による機構。
各固定部材はハウジングのそれぞれの部品に取り付けられ又はそれと一体であるディスクからなる請求項１ないし２１のいずれかに記載の機構。
固定部材を冷却するための手段を有する、請求項１ないし２２のいずれかによる機構。
冷却手段は、各固定部材の片側に配置された複数の冷却フィンからなる、請求項２３による機構。
冷却手段は、冷却材の流れを各固定部材に供給するための手段からなる、請求項２３又は２４による機構。
多段遠心コンプレッサ機構の少なくとも一部の周りに延びる冷却ジャケットを有する、請求項１乃至２５のいずれかによる機構。
請求項１乃至２６のいずれかによる多段遠心コンプレッサ機構を有する真空ポンプ。
コンプレッサ機構から上流に、分子ドラッグを有する、請求項２８による真空ポンプ。
分子ドラッグ機構はホルウェック機構からなる、請求項２８による真空ポンプ。
分子ドラッグ機構は駆動シャフトに取り付けられた少なくとも１つのロータ要素を有する、請求項２８又は２９による真空ポンプ。
分子ドラッグ機構は駆動シャフトを回転させるためのモータを少なくとも部分的に囲む、請求項３０による真空ポンプ。
回転自在に取り付けられた駆動シャフトに設けられた複数のロータ要素を有する多段遠心コンプレッサ機構と、その上流で、駆動シャフトに設けられた少なくとも１つのロータ要素を有する分子ドラッグ機構と、を含み、分子ドラッグ機構の少なくとも１つのロータ要素が駆動シャフトを回転させるためのモータを少なくとも部分的に囲む、真空ポンプ。
分子ドラッグ機構の少なくとも１つのロータ要素は、コンプレッサ機構のロータ要素と一緒に回転運動するように設けられたシリンダからなる、請求項３０ないし３２のいずれかによる真空ポンプ。
ポンプの温度を監視するための手段と、監視した温度に応じてシャフトの回転速度を制御するための手段と、を有する請求項２７ないし３３のいずれかによる真空ポンプ。
多段遠心コンプレッサ機構は圧縮流体を大気圧で又は約大気圧で排気するように構成される、請求項２７乃至３４のいずれかによる真空ポンプ。
排気すべき流体を受け、圧縮された流体を実質的に大気圧で排気する多段遠心コンプレッサ機構を有する真空ポンプ。
補助ポンプと直列にブースタポンプを有する真空排気装置であって、ブースタポンプが請求項２７ないし３４のいずれかによる真空ポンプからなる、上記真空排気装置。
補助ポンプと直列にブースタポンプを有する真空排気装置であって、補助ポンプが請求項３５及び３６のいずれかによる真空ポンプからなる、上記真空排気装置。
補助ポンプと直列に組み合わせてブースタポンプを有する真空排気装置であって、ブースタポンプが分子ドラッグ機構と、流体を大気圧以下の圧力で排気するための多段遠心コンプレッサ機構と、を有し、補助ポンプが流体を大気圧で又は約大気圧で排気するための多段遠心コンプレッサ機構からなる、真空排気装置。
ブースタポンプからの排気口と補助ポンプからの排気口の間に接続されたバイパス導管と、バイパスを通る流体の流量を制御するための手段と、を有する請求項３７ないし３９のいずれかによる真空排気装置。