JP2009047178A - ターボ真空ポンプおよび該ターボ真空ポンプを備えた半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸に耐腐食性、低熱膨張係数の特性を付与し、長期間連続運転でき、また回転軸と動翼の線膨張係数の違いによる温度変化時の問題を回避することができ、かつ高速回転することにより小型・軽量化できるターボ真空ポンプを提供する。
【解決手段】吸気口が設けられたケーシング２１内に、動翼と静翼からなるポンプ部が設けられ、ポンプ部の軸方向片側に動翼を回転支持する軸受およびモータを配置したターボ真空ポンプにおいて、動翼４１−１〜５と、軸方向の嵌合部４２を有するリング状部材４３−１〜５とを交互に軸方向に積層して、嵌合部で動翼とリング状部材とを固定し、リング状部材の内径嵌合部４７と回転軸４５の外周部を嵌め合わせて、リング状部材４３−１〜５と回転軸４５とを固定し、回転軸４５の外周部と動翼４１−１〜５の内周部にはすきま４６を設けた。
【選択図】図４

Description

本発明は、気体を排気する運動量移送式のターボ真空ポンプに係り、特に腐食性プロセスガスを排気する用途や、反応生成物を含むガスを排気する用途に適したターボ真空ポンプに関する。また本発明は、かかるターボ真空ポンプを備えた半導体製造装置に関する。

従来のターボ真空ポンプの一例として、例えば特許文献１に記載されたターボ真空ポンプを図７に示す。図７に示すターボ真空ポンプは、吸気口１１Ａおよび排気口１１Ｂを有するハウジング１１と、このハウジング１１内に軸受１６を介して回転自在に支持された回転軸１２と、吸気口１１Ａ側から排気口１１Ｂ側に至る間のハウジング１１内に順次配設された遠心圧縮ポンプ段１３および円周流圧縮ポンプ段１４とを備えている。遠心圧縮ポンプ段１３は、回転軸１２に取付けられたオープン羽根車１３Ａと、固定円板１３Ｂとを交互に並列に配置して構成されている。円周流圧縮ポンプ段１４は、回転軸１２に取付けられた羽根車１４Ａと、固定円板１４Ｂとを交互に並列に配置して構成されている。回転軸１２は、回転軸１２に連結されたモータ１５により回転駆動されるようになっている。

上述した従来のターボ真空ポンプにて腐食性ガスを排気する場合には、ケーシング１１、回転軸１２、およびポンプ段１３，１４に耐腐食性が要求される。また反応生成物を含むガスを排気する場合には、ポンプ段１３，１４にて反応生成物の析出を防止するために、排気流路を高温にすることが必要である。そのため、ケーシング１１、回転軸１２およびポンプ段１３，１４は、耐腐食性を有し、かつ温度変化に対して寸法変化の少ない低熱膨張係数を有する材料で構成することが望ましい。また、回転軸１２は、高強度・高ヤング率の材料で構成すると、排気性能を高めるための高速回転化が容易となる。さらに、回転軸１２は、モータ１５の出力特性向上のため、強磁性材料で構成することが望ましい。

しかしながら、耐腐食性、低熱膨張係数、高強度・高ヤング率、強磁性の特性を併せ持つ材料は極めて少ないため、回転軸１２は、用途に応じて、もしくはいずれかの特性を犠牲にして材料を選定せざるを得なかった。例えば、しばしば用いられる材料として、ニレジスト鋳鉄などのＦｅ−Ｎｉ系合金がある。このＦｅ−Ｎｉ系合金は、耐腐食性、低熱膨張係数、強磁性の特性を有するが、ヤング率は１３０ＧＰａ程度と一般の鉄鋼材料の２０６ＧＰａと比して低い。したがって、ロータの危険速度が低くなるので高速回転化が困難であり、それゆえに、回転速度を低くしてポンプの排気性能を犠牲にしていた。もしくは軸径を大きくして高速回転化を図っていたため、ポンプの小型化や軽量化を犠牲にしていた。

次に、真空ポンプが用いられる従来の半導体製造装置の一例を図８に示す。図８に示すように、従来の半導体製造装置８１では、真空チャンバ８２から装置の外側に設置された真空ポンプ８３までを配管８４で接続して真空排気系を構成している。このような構成では、製造プロセス中に多量のガスを流す場合や、チャンバ圧力を低くしたい場合に、配管８４のコンダクタンスが問題となる場合がしばしば生じた。この問題の対策として、配管８４の大口径化、真空ポンプ８３の大型化が図られているが、イニシャルコストの増大や設置スペースの増大が問題であった。

さらに、配管８４の途中にはコンダクタンス可変バルブ８５が設けられており、製造プロセス時に真空チャンバ８２の圧力を所望の値に設定すべくコンダクタンス可変バルブ８５の開度を調整していた。しかし、コンダクタンス可変バルブ８５の設置は、コンダクタンスの低下を招くと共に、排気系を複雑化する問題があった。

特許第２６８０１５６号

本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、耐腐食性を有するガスや反応生成物を含むガスを排気するターボ真空ポンプにおいて、回転軸に耐腐食性、低熱膨張係数の特性を付与することによって、長期間連続運転でき、また回転軸と動翼の線膨張係数の違いによる温度変化時の問題を回避することができ、かつ高速回転することにより小型・軽量化できるターボ真空ポンプを提供することを目的とする。
また本発明は、上記ターボ真空ポンプを真空チャンバの近傍に配置した半導体製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のターボ真空ポンプは、吸気口が設けられたケーシング内に、動翼と静翼からなるポンプ部が設けられ、前記ポンプ部の軸方向片側に動翼を回転支持する軸受およびモータを配置したターボ真空ポンプにおいて、前記動翼と、軸方向の嵌合部を有するリング状部材とを交互に軸方向に積層して、前記嵌合部で前記動翼と前記リング状部材とを固定し、前記リング状部材の内径嵌合部と回転軸の外周部を嵌め合わせて、前記リング状部材と前記回転軸とを固定し、前記回転軸の外周部と前記動翼の内周部にはすきまを設けたことを特徴とするものである。

本発明によれば、動翼と軸方向の嵌合部を有するリング状部材および翼押さえを軸方向に積層する。そして、リング状部材の内径嵌合部と回転軸の外周部を嵌め合わせて、積層品の径方向位置を固定する。このとき、２重の嵌合を防ぐために、回転軸の外周部と動翼の内周部にはすきまを設けている。

本発明の一態様によれば、上記真空ポンプにおいて、前記回転軸における前記動翼を取り付ける部分は、高耐食性の材料及び／又は線膨張係数５×１０^−６℃^−１以下の材料で構成したことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、上記真空ポンプにおいて、前記回転軸における前記モータを取り付ける部分は、ヤング率２００ＧＰａ以上の材料及び／又は強磁性の材料で構成したことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、上記真空ポンプにおいて、前記ポンプ部で排気する排気ガスが前記モータ側へ侵入しないように、非接触シール機構を配置したことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、上記真空ポンプにおいて、前記軸受およびモータを収容するハウジングに、不活性ガスを供給するガスパージポートを設けたことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、上記真空ポンプにおいて、前記ポンプ部を収容する前記ケーシングと、前記軸受およびモータを収容するハウジングとの間に、熱落差を設ける断熱材を配置したことを特徴とする。

本発明の半導体製造装置は、上記ターボ真空ポンプと、真空チャンバとを備え、前記真空チャンバ近傍に前記ターボ真空ポンプを配置し、前記ターボ真空ポンプの排気口とバックポンプとを配管により接続した排気系を有することを特徴とするものである。
本発明の一態様によれば、上記半導体製造装置において、前記ターボ真空ポンプの回転速度を変化させることにより、真空チャンバの圧力を所定の値に設定することを特徴とする。

本発明のターボ真空ポンプの好ましい実施態様は、吸気口が設けられたケーシング内に、動翼と静翼からなるポンプ部が設けられ、前記ポンプ部の軸方向片側に動翼を回転支持する軸受およびモータを配置したターボ真空ポンプにおいて、回転軸は少なくとも1つの軸締結部を有し、前記動翼を取り付ける第１の回転軸と、少なくともモータのロータを取り付ける第２の回転軸を有する。

上記実施態様によれば、回転軸を、動翼を取り付ける第１の部分（第１の回転軸）と、少なくともモータのロータを取り付ける第２の部分（第２の回転軸）に分割することにより、それぞれの部分へ最も必要な特性を有した材料を選定することができる。このため、耐腐食性、低熱膨張係数、高強度・高ヤング率、強磁性の特性を併せ持つ回転軸を構成できる。

例えば、第１の回転軸は、排気流路を形成するポンプ部に設置されるので、耐腐食性と低熱膨張係数を有する材料で構成する。これにより、ポンプが腐食性のガスを排気しても回転軸が損傷を受けない。また反応生成物を含むガスを排気する場合、ポンプ部を高温に保持してポンプ内部での生成物析出を抑制するが、第１の回転軸は低熱膨張係数の材料で構成するので、温度変化に対する寸法変化を少なくできる。このため、ポンプの性能に多大な影響を与える動翼−静翼間すきまの寸法変化を極力抑えることができるため、排気性能を温度変化によらず安定化することができる。一方、第２の回転軸は、回転体の軸振動特性を支配するため高強度・高ヤング率材料で、かつモータの出力特性向上のため、強磁性材料で構成する。これら第１の回転軸と第２の回転軸を締結してポンプの回転軸を構成すれば、ポンプ部では耐腐食性を有し、かつ高温状態での運転を行え、さらに、軸振動特性が良好で、モータ出力の向上が図れる回転軸を構成できる。前記第１の回転軸の熱膨張係数は５×１０^−６℃^−１以下が望ましく、また第２の回転軸のヤング率は２００ＧＰａ以上が望ましい。

また、前記回転軸の締結部近傍に、前記第１の回転軸側に存在する排気ガスが前記第２の回転軸側へ侵入しないように、非接触シール機構を配置してもよい。
上記構成によれば、回転軸の締結部近傍にて非接触シール機構を設けたので、それぞれの回転軸部にて周辺のガス環境を分離することができる。これにより、第２の回転軸がポンプで排気する腐食性ガスや反応生成物を含むガスと接することが防止されるため、耐腐食性や低熱膨張性を有する材料で構成する必要がなく、高強度・高ヤング率・高磁性の材料を選定することができる。これにより、回転体の軸振動特性が良好となり、高速回転が容易になる。またモータの出力特性が改善できるため、モータの小型化、省エネルギー化を図れる。従って、小型・軽量化されたターボ真空ポンプを提供できる。

さらに、前記非接触シール機構の働きをより高めるために、第２の回転軸側に不活性ガスを導入できるガスパージポートを設けると、ポンプ運転中に第２の回転軸側から第１の回転軸側へ不活性ガスの流れを容易に生成できるので、積極的に環境を分離することができ、好適である。

また、前記回転軸の締結部近傍に、第１の回転軸側と第２の回転軸側とで、熱落差を設ける断熱材を配置してもよい。これにより、高温化したポンプ部から、モータ側への熱影響を防ぐことができる。

本発明によれば、耐腐食性を有するガスや反応生成物を含むガスを排気する場合であっても、回転軸に耐腐食性、低熱膨張係数の特性を付与することによって、長期間連続運転でき、また回転軸と動翼の線膨張係数の違いによる温度変化時の問題を回避することができ、かつ高速回転することにより小型・軽量化できるターボ真空ポンプとすることができる。
また、ターボ真空ポンプを真空チャンバの近傍に配置した半導体製造装置を構成することができる。

本発明に係るターボ真空ポンプの実施形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係るターボ真空ポンプの全体構成を示す図である。図１に示すように、本発明のターボ真空ポンプは、吸気口２１Ａと排気口２１Ｂを有するハウジング２１と、ハウジング２１の内部に設けられ複数の遠心ドラッグ翼２２−１，２２−２，２２−３，２２−４，２２−５（以下、適宜遠心ドラッグ翼２２という）と、ハウジング２１の内部に設けられた複数の固定翼２３−１，２３−２，２３−３，２３−４，２３−５（以下、適宜固定翼２３という）とを備えている。

図２は遠心ドラッグ翼２２を示す図であり、図２（ａ）は遠心ドラッグ翼２２の正面図、図２（ｂ）は遠心ドラッグ翼２２の断面図である。遠心ドラッグ翼２２は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、回転方向に対して後ろ向きにスパイラル状に延びる複数の渦巻状羽根２４と、渦巻状羽根２４が固定される円板状の基部２５とを有している。図２（ａ）に示すように、遠心ドラッグ翼２２の回転方向が時計回りの方向である場合、渦巻状羽根２４は遠心ドラッグ翼２２の内径側から外径側に向かって反時計回りの方向にスパイラル状に延びている。

図３は固定翼２３を示す図であり、図３（ａ）は固定翼２３の正面図、図３（ｂ）は固定翼２３の断面図である。固定翼２３は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、動翼回転方向に対して後ろ向きにスパイラル状に延びる渦巻状ガイド２６が片側に設けられており、その軸方向反対側には平らな表面２７を有している。図３（ａ）に示すように、動翼回転方向が時計回りの方向である場合、渦巻状ガイド２６は固定翼２３の内径側から外径側に向かって反時計回りの方向にスパイラル状に延びている。

渦巻状羽根２４が形成された遠心ドラッグ翼２２−１の表面は、固定翼２３−１の表面に対して数十〜数百μｍの間隔を形成して対向している。そして、この遠心ドラッグ翼２２−１が回転することによって、固定翼２３−１との相互作用、すなわち気体に対する遠心作用と気体の粘性によるドラッグ作用とにより、遠心ドラッグ翼２２−１の内径側から外径側へ気体の圧縮・排気が行われる。遠心ドラッグ翼２２−１の外径側へ圧縮された気体は、次に固定翼２３−２の渦巻状ガイド２６が設けられた空間へ流れ込み、渦巻状ガイド２６が形成された固定翼２３−２の表面と遠心ドラッグ翼２２−１の基部２５の表面との気体の粘性によるドラッグ作用によって外径側から内径側へ気体の圧縮・排気が行われる。

上記排気作用を、多段化した遠心ドラッグ翼２２および固定翼２３にて順次繰返し行うことにより、気体の圧縮排気性能を高く設定することができる。なお、動翼および静翼の構成例は、本実施形態に限るものではなく、要求される排気性能や翼寸法等を考慮して、最適な翼形式（例えば、タービン、遠心ドラッグ、渦流等）を適宜組合わせて用いても良く、また適切な段数に多段化しても良いことは勿論である。

遠心ドラッグ翼２２は、第１の回転軸２８へ各翼間にリング状部材２９を介して順々に積層されている。そして、第１の回転軸２８の吸気口２１Ａ側の先端に翼押さえ３０を取付け、固定ボルト３１を第１の回転軸２８に螺合することにより、遠心ドラッグ翼２２は第１の回転軸２８に固着されている。他方、第１の回転軸２８の反対側軸端には、軸締結フランジ３２が設けられ、この軸締結フランジ３２は第２の回転軸３４と軸締結ボルト３３にて締結される。これにより、第１の回転軸２８と第２の回転軸３４は一体に連結されている。

第２の回転軸３４には、軸中心付近にモータ回転子（ロータ）３５ａが固定され、モータ回転子３５ａを囲むようにモータ固定子３５ｂが設けられている。モータ固定子３５ｂはハウジング５４に固定されている。そして、第２の回転軸３４に固定されたモータ回転子３５ａとハウジング５４に固定されたモータ固定子３５ｂとでモータ３５を構成しており、このモータ３５により回転トルクを発生して第１および第２の回転軸２８，３４を介して遠心ドラッグ翼２２を回転させる。モータ３５の両側には、上下ラジアル磁気軸受３６，３７が配置されており、ロータの径方向に対して回転自在に支承する。またモータ３５と下ラジアル磁気軸受３７の間には、アキシャル磁気軸受３８が配置されており、ロータの軸方向に対して回転自在に支承する。なお、磁気軸受３６〜３８が作動しなくなった場合等に、ロータを支承するために、非常用軸受５２，５３が設置されている。

ここで、第１の回転軸２８は、遠心ドラッグ翼２２と固定翼２３にて形成される排気流路と同一の空間に配置されるため、ポンプで排気するガスに対して影響を受けない材料で構成することが望ましい。例えば、腐食性ガスを排気する場合には、その腐食性ガスに対して耐腐食性を有する材料にて構成される必要がある。また反応生成物を含むガスを排気する場合には、一般にポンプ内部で反応生成物が析出することを防止するために加熱を行うので、その加熱温度に対して耐熱性を有することが必要である。

さらに、ポンプの排気性能確保のため、遠心ドラッグ翼２２と固定翼２３との間のすきまは、前述したように、数十〜数百μｍと狭いクリアランスにて運転する必要があるので、反応生成物析出防止のために排気流路を加熱した際は、温度変化に対する寸法変化が極力少ない方が望ましい。すなわち、寸法変化を抑制することによって、可及的に前記クリアランスを狭くできてポンプ性能を向上でき、かつ温度変化に拘わらず安定した排気性能を発揮できる。

他方、第２の回転軸３４には、モータ３５や磁気軸受３６〜３８が設けられており、第２の回転軸３４はロータの軸振動特性を支配するため、高強度、高ヤング率材料で構成することが望ましい。またモータや磁気軸受の出力特性向上のため、第２の回転軸３４は強磁性材料で構成すると、より好適である。

上述の通り、排気流路内に設置される第１の回転軸２８と、モータおよび軸受を備えてロータ全体を支承および回転駆動する第２の回転軸３４では、求められる特性が異なっている。したがって、回転軸を分離し、第１の回転軸２８に遠心ドラッグ翼２２を固着して排気流路を形成し、第１の回転軸２８をオーバーハング（片持ち）として、第１の回転軸２８の軸端に設けた軸締結フランジ３２により第２の回転軸３４と軸締結を行い、第２の回転軸３４にモータ３５および磁気軸受３６〜３８を配置してロータを構成した。これにより、第１の回転軸２８には、排気流路に設置される回転軸として求められる特性、すなわち耐腐食性や耐熱性、低線膨張性、低密度の特性を有する材料を選定でき、第２の回転軸には、高強度・高ヤング率で強磁性を有する材料を選定できる。すなわち、第１の回転軸２８と第２の回転軸３４とに求められる異なった特性を考慮して、第１の回転軸２８と第２の回転軸３４の材料を個別に選定できる。例えば、第１の回転軸２８には、インバー、ニレジスト鋳鉄等のＦｅ−Ｎｉ系合金やセラミックスなどが望ましく、これら材料の線膨張係数は５×１０^−６℃^−１以下である。また第２の回転軸３４には、マルテンサイト系ステンレス鋼が望ましく、ヤング率は２０６ＧＰａ程度である。

また、固定ボルト３１には、各遠心ドラッグ翼２２と、第１の回転軸２８およびリング状部材２９の軸方向接触面にて回転トルクに応じた摩擦力が得られるように締付トルクが付与される。なお、ポンプ運転中の温度変化により固定ボルト３１の締付力が変化しないようにするため、第１の回転軸２８の線膨張係数と、各遠心ドラッグ翼２２と各リング状部材２９および翼押さえ３０からなる積層ユニットとの線膨張係数を略同一にすることが好ましい。

たとえば、第１の回転軸２８の材質をニレジスト鋳鉄（線膨張係数５×１０^−６／Ｋ）、遠心ドラッグ翼２２の材質を窒化けい素（Ｓｉ_３Ｎ_４）セラミックス（線膨張係数３×１０^−６／Ｋ）で構成した場合、第１の回転軸２８へ遠心ドラッグ翼２２のみにて積み重ねてしまうと、運転時の温度上昇により「遠心ドラッグ翼２２の伸び量＜第１の回転軸２８の伸び量」となって初期の締結（位置決め）状態が変化し、遠心ドラッグ翼２２へトルク伝達ができなくなる可能性がある。このような問題を防止するため、第１の回転軸２８と積層ユニット（遠心ドラッグ翼２２＋リング状部材２９＋翼押さえ３０）との伸び量を略同等に調整するように、リング状部材２９のすべて、もしくは一部を他の材質、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼（線膨張係数１４×１０^−６／Ｋ）で構成する。これにより、固定ボルト３１による締付力に変化がなくなるので、ポンプの温度変化に拘わらず遠心ドラッグ翼２２へのトルク伝達が確実に行える。但し、遠心ドラッグ翼２２の内径部には、温度上昇によって第１の回転軸２８が熱膨張して引張り応力が作用するので、適当なすきまを設けておくと良い。

本構成は軸方向への熱膨張に対する対応策を示したが、第１の回転軸２８と遠心ドラッグ翼２２の線膨張係数の違いによる温度変化時の問題を回避する観点から、この対応策を径方向に適用しても良いことは言うまでもない。図４は、径方向への熱膨張に対する対応策を示す図である。
図４に示すように、遠心ドラッグ翼４１−１，４１−２，４１−３，４１−４，４１−５と軸方向の嵌合部４２を有するリング状部材４３−１，４３−２，４３−３，４３−４，４３−５および翼押さえ４４を軸方向に積層する。そして、リング状部材４３−１〜５の内径嵌合部４７と第１の回転軸４５の外周部を嵌め合わせて、積層品の径方向位置を固定する。このとき、２重の嵌合を防ぐために、第１の回転軸４５の外周部と遠心ドラッグ翼４１−５の内周部にはすきま４６を設けている。固定翼２３−１〜５の構成は、図１の実施形態と同様である。

上記構成にて、第１の回転軸４５およびリング状部材４３の材質をニレジスト鋳鉄（線膨張係数５×１０^−６／Ｋ）、遠心ドラッグ翼４１の材質を窒化けい素（Ｓｉ_３Ｎ_４）セラミックス（線膨張係数３×１０^−６／Ｋ）で構成すると、温度上昇による内径嵌合部４７の緩みを防止できる。また、遠心ドラッグ翼４１の内径部には、すきま４６が設けてあるので、温度上昇により遠心ドラッグ翼４１の内径部へ引張り応力が作用することを防止できる。セラミックス製の遠心ドラッグ翼４１よりリング状部材４３の伸びが大きいので、嵌合部４２は温度上昇により緩みが発生する可能性がある。よって、この部分の嵌合部４２は適当なしまりばめにすると良い。セラミックスは一般に圧縮応力に対しては大きな強度を有するので、嵌合部４２をしまりばめとすることは遠心ドラッグ翼４１に作用する応力上の事由においても好適である。

次に、図１に示す真空ポンプにおいて第１の回転軸２８と第２の回転軸３４の軸締結部近傍に設けられたシール部材３９について説明する。図５はシール部材３９を示す正面図である。
図５に示すように、シール部材３９は、遠心ドラッグ翼２２−５と対向する表面に渦巻状ガイド４０を備えている。渦巻状ガイド４０は、遠心ドラッグ翼２２−５の円板状の基部平面と数十〜数百μｍの間隔で配置されている。図５に示すように、動翼回転方向が時計回りの方向である場合、渦巻状ガイド４０はシール部材３９の内径側から外径側に向かって時計回りの方向にスパイラル状に延びている。そして、遠心ドラッグ翼２２−５の回転によって、遠心ドラッグ翼２２−５とシール部材３９との相互作用によってシール作用を発生する。これにより、遠心ドラッグ翼２２−５の外径側から軸締結部側への、ポンプで排気したガスの流入を防止している。このように、遠心ドラッグ翼２２−５とシール部材３９は非接触シール機構を構成している。さらに、シール作用の効果を増すために、第２の回転軸３４の軸端側にはガスパージポート５１を設けており、このポート５１から不活性ガスを導入して軸締結部側から遠心ドラッグ翼２２−５の外径側へ不活性ガスの流れを形成し、排気ガスの流入をより確実に防止している。

本構成により、ポンプで排気するガスと、モータ３５および磁気軸受３６〜３８および非常用軸受５２，５３とが接することを極力抑制することができる。よって、モータ３５や磁気軸受３６〜３８の構成材料で耐腐食性に劣るけい素鋼板や銅線コイルなどを腐食から防止することができる。また、反応生成物を含むガスが混入することもないので、高温に加熱する必要もない。従って、耐熱性に劣り、かつ運転時に流れる電流により自己発熱するモータ３５や磁気軸受３６〜３８の銅線コイルを保護することができる。

ハウジング２１の外周部にはヒータ５６が設けられ、ハウジング５４内には冷却ジャケット５５が設けられている。ヒータ５６および冷却ジャケット５５は、それぞれ温度制御装置６１により制御されるようになっている。すなわち、温度制御装置６１により、ヒータ５６の加熱温度が制御され、第１の回転軸２８側の排気流路の加熱温度が制御される。また温度制御装置６１により、冷却ジャケット５５に供給される冷媒の循環流量、もしくは冷媒温度が調整され、ハウジング５４内の温度が制御される。

またシール部材３９は、第１の回転軸２８側と第２の回転軸３４側にて熱遮断を行うために、低熱伝導材料（熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下）により構成されている。これにより、反応生成物析出防止のために第１の回転軸２８側の排気流路を高温に加熱保持した場合でも、モータ３５や磁気軸受３６〜３８を内部に有するハウジング５４側での温度上昇を抑制できる。例えば、ケーシング２１の外周部に設けたヒータ５６により排気流路を所望の温度（例えば、２００℃以上）に加熱保持し、他方ハウジング５４に設けられた冷却ジャケット５５にてモータ３５および上ラジアル磁気軸受３６の銅線コイル温度を所望の温度（例えば、１００℃以下）に冷却する場合、ケーシング２１側とハウジング５４側をシール部材３９にて適切に断熱することによって、達成すべき温度分布を得ることができる。また、ケーシング２１側からハウジング５４側への熱流束をシール部材３９にて抑制することにより、ヒータ５６への入熱量、および冷却ジャケット５５での吸熱量の双方を小さくすることができ、省エネルギー化を図ることができる。

また、温度制御装置６１を用い、シール部材３９の温度を測定する温度センサ６２の入力を利用してヒータ５６の加熱量を調整したり、モータ３５の銅線コイル温度を測定する温度センサ６３の入力を利用して冷却ジャケット５５に供給される冷媒の循環流量、もしくは冷媒温度を調整すると、自在にポンプの温度分布を変更することができ、温度安定性も向上する。さらに、起動・停止時等のポンプ加熱速度、および冷却速度応答性も高めることができる。なお、図１に示す実施形態では、冷媒の配管途中に流量調整弁６４が設置されており、冷媒の循環流量を調整する例が示されている。

図６は、本発明の真空ポンプ７１を半導体製造装置７２に備えられた真空チャンバ７３近傍に取付けて、真空ポンプ７１の排気口とバックポンプ７４との間を配管７５で接続した模式図である。
本発明の真空ポンプ７１は、ロータの軸振動特性を支配する第２の回転軸を高強度・高ヤング率材料で構成しており、また軸受には磁気軸受を用いたことから高速回転化が容易である。このため、動翼を含む排気流路部を小型化できるので、小型・軽量・低振動・コンタミフリー化した（汚染のない）真空ポンプを構成できる。このため、真空チャンバ７３へ振動やコンタミ等の悪影響を与えることがなく、設置スペースもコンパクトにできるので、半導体製造装置７２内の真空チャンバ７３近傍に、本発明の真空ポンプ７１を容易に設置することができる。さらに、製造プロセスからの必要条件により真空チャンバ７３を高温保持する場合であっても、排気流路部を高温に加熱・保持できる本発明の真空ポンプは、真空チャンバ７３近傍への設置が容易である。

これにより、本発明の真空ポンプ７１を用いて真空チャンバ７３近傍にて直ちに排気するガスを圧縮することにより、配管７５はコンダクタンスの影響を受け難くなるので、配管径を小さくできる。また配管７５を長くしても良いため、バックポンプ７４の設置場所に自由度が増える。またバックポンプ７４は、大きな排気速度を必要としないため、小型化が図れる。これは、製造プロセスでのガス流量が多い場合、またチャンバ圧が低い場合に、特に有効である。

また真空ポンプ７１は、回転速度制御装置７６からモータの駆動電力を得ている。回転速度制御装置７６は、入力信号として真空チャンバ７３に設置された圧力計７７より圧力値を取り込んでいる。そして、前記圧力値が所定の値となるように、回転速度制御装置７６は適切なモータ駆動電力（調整された周波数および電圧を有する電力）を真空ポンプ７１に供給して、真空ポンプ７１の回転速度を調整する。

上記構成により、真空チャンバ７３の圧力は種々の圧力値に設定できるようになり、各種製造プロセスを同一の装置にて行うことが可能となる。特に、本発明の真空ポンプ７１は、小型化によりロータの慣性モーメントを低く設定できるのでロータの回転速度変更に対する応答性を速くすることが可能である。よって、回転速度の可変を迅速に実施できるため、真空チャンバ７３の圧力調整を容易に行える。
なお図６では、真空排気系を用いた装置として半導体製造装置を一例として示したが、真空排気する装置の対象はどのような装置でも良い。

本発明の実施形態に係るターボ真空ポンプの全体構成を示す図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は遠心ドラッグ翼を示す図であり、図２（ａ）は遠心ドラッグ翼の正面図、図２（ｂ）は遠心ドラッグ翼の断面図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は固定翼を示す図であり、図３（ａ）は固定翼の正面図、図３（ｂ）は固定翼の断面図である。 径方向への熱膨張に対する対応策を示す図である。 シール部材を示す正面図である。 本発明の真空ポンプを半導体製造装置に備えられた真空チャンバ近傍に取付けて、真空ポンプの排気口とバックポンプとの間を配管で接続した模式図である。 従来のターボ真空ポンプを示す図である。 真空ポンプが用いられる従来の半導体製造装置の一例を示す図である。

符号の説明

２１，５４ ハウジング
２１Ａ 吸気口
２１Ｂ 排気口
２２，２２−１，２２−２，２２−３，２２−４，２２−５，４１，４１−１，４１−２，４１−３，４１−４，４１−５ 遠心ドラッグ翼
２３，２３−１，２３−２，２３−３，２３−４，２３−５ 固定翼
２４ 渦巻状羽根
２５ 基部
２６ 渦巻状ガイド
２７ 表面
２８，４５ 第１の回転軸
２９，４３，４３−１，４３−２，４３−３，４３−４，４３−５ リング状部材
３０，４４ 翼押さえ
３１ 固定ボルト
３２ 軸締結フランジ
３３ 軸締結ボルト
３４ 第２の回転軸
３５ モータ
３５ａ モータ回転子（ロータ）
３５ｂ モータ固定子
３６ 上ラジアル磁気軸受
３７ 下ラジアル磁気軸受
３８ アキシャル磁気軸受
３９ シール部材
４０ 渦巻ガイド
４２ 嵌合部
４６ すきま
４７ 内径嵌合部
５１ ガスパージポート
５２，５３ 非常用軸受
５５ 冷却ジャケット
５６ ヒータ
６１ 温度調整装置
６２，６３ 温度センサ
７１ 真空ポンプ
７２ 半導体製造装置
７３ 真空チャンバ
７４ バックポンプ
７５ 配管
７６ 回転速度制御装置

Claims (8)

1. 吸気口が設けられたケーシング内に、動翼と静翼からなるポンプ部が設けられ、前記ポンプ部の軸方向片側に動翼を回転支持する軸受およびモータを配置したターボ真空ポンプにおいて、
   前記動翼と、軸方向の嵌合部を有するリング状部材とを交互に軸方向に積層して、前記嵌合部で前記動翼と前記リング状部材とを固定し、前記リング状部材の内径嵌合部と回転軸の外周部を嵌め合わせて、前記リング状部材と前記回転軸とを固定し、前記回転軸の外周部と前記動翼の内周部にはすきまを設けたことを特徴とするターボ真空ポンプ。
2. 請求項１記載の真空ポンプにおいて、前記回転軸における前記動翼を取り付ける部分は、高耐食性の材料及び／又は線膨張係数５×１０^−６℃^−１以下の材料で構成したことを特徴とするターボ真空ポンプ。
3. 請求項１記載の真空ポンプにおいて、前記回転軸における前記モータを取り付ける部分は、ヤング率２００ＧＰａ以上の材料及び／又は強磁性の材料で構成したことを特徴とするターボ真空ポンプ。
4. 請求項１記載の真空ポンプにおいて、前記ポンプ部で排気する排気ガスが前記モータ側へ侵入しないように、非接触シール機構を配置したことを特徴とするターボ真空ポンプ。
5. 請求項１記載の真空ポンプにおいて、前記軸受およびモータを収容するハウジングに、不活性ガスを供給するガスパージポートを設けたことを特徴とするターボ真空ポンプ。
6. 請求項１記載の真空ポンプにおいて、前記ポンプ部を収容する前記ケーシングと、前記軸受およびモータを収容するハウジングとの間に、熱落差を設ける断熱材を配置したことを特徴とするターボ真空ポンプ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のターボ真空ポンプと、真空チャンバとを備え、前記真空チャンバ近傍に前記ターボ真空ポンプを配置し、前記ターボ真空ポンプの排気口とバックポンプとを配管により接続した排気系を有することを特徴とする半導体製造装置。
8. 請求項７記載の半導体製造装置において、前記ターボ真空ポンプの回転速度を変化させることにより、真空チャンバの圧力を所定の値に設定することを特徴とする半導体製造装置。

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