JP2014109232A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタピン間の放電を防止することができる真空ポンプの提供。
【解決手段】ターボ分子ポンプ１は、ロータ４と、ロータ４を回転駆動するモータと、モータが配置されるベース６と、ベース６に形成され、ポンプ内のモータ配置領域であるスピンドルハウジング２４内とポンプ外の大気側とを連通する配線通路６ｂと、配線通路６ｂの大気側を塞ぐようにベース６に固定され、モータの電力配線が接続されるコネクタ３０と、配線通路６ｂにパージガスを導入するガス導入路６ｃと、を備える。ガス導入路６ｃから配線通路６ｂにパージガスが導入されることにより、配線通路６ｂ内の圧力が上昇し、コネクタ３０のピン間放電を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置等に用いられる真空ポンプに関する。

ターボ分子ポンプは、ロータをモータにより高速回転させることで真空排気を行っている。ポンプベースには、大気側からポンプ内のモータへ電力を供給するためのコネクタが設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１０５８５１号公報

ところで、近年、ウェハサイズの大口径化に伴い、半導体製造装置に装着されたターボ分子ポンプは、排気するガス量が増加する傾向にある。このように排気流量が増加するとモータ発熱が問題となる。モータ発熱を抑える方法の一つとして、モータ電圧を引き上げることが考えられる。

しかしながら、モータ電圧を引き上げるとコネクタにおけるピン間電圧も大きくなり、ポンプ内側のピン間において放電が発生するという問題が生じる。

請求項１の発明に係る真空ポンプは、ロータと、ロータを回転駆動するモータと、モータが配置されるポンプベースと、ポンプベースに形成され、ポンプベースのモータ配置領域とポンプ外の大気側とを連通する配線通路と、配線通路の大気側を塞ぐようにポンプベースに固定され、モータの電力配線が接続されるコネクタと、配線通路に放電防止用のパージガスを導入するためのガス導入路と、を備える。
請求項２の発明は、請求項１に記載の真空ポンプにおいて、配線通路とモータ配置領域との間に、配線通路からモータ配置領域に流入するパージガスの流量を制限する流量調整部を、さらに備えたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の真空ポンプにおいて、コネクタの前記配線通路側に露出するコネクタピンを、樹脂でモールドしたものである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、モータの電圧を１３０Ｖ以上に設定したものである。
請求項５の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、配線通路内の圧力を検出する圧力検出部をさらに備えたものである。

本発明によれば、コネクタピン間の放電を防止することができる。

本発明の一実施の形態による真空ポンプを示す断面図である。 図２は、コネクタ取り付け部分の拡大図である。 図３は、パッシェンの法則を説明する図である。 図４は、配線通路６ｂ内にオリフィス３０５を設けた場合を示す図である。 図５は、コネクタピン３０１を樹脂モールドした場合を示す図である。 図６は、配線通路６ｂに圧力計３０７を用いた場合を示す図である。

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、本発明による真空ポンプの一実施の形態を示す図であり、磁気軸受式ターボ分子ポンプ１の断面図である。図１に示すターボ分子ポンプ１は、ターボ分子ポンプ部２とネジ溝ポンプ部３とを有する高ガス負荷対応型のターボ分子ポンプである。ターボ分子ポンプ部２は複数段の動翼１９と複数段の静翼２１とで構成され、ネジ溝ポンプ部３はネジロータ２０とネジステータ２３とで構成されている。

複数段の動翼１９およびネジロータ２０はロータ４に形成されており、そのロータ４はスピンドルハウジング２４内に回転自在に設けられた回転軸８に固定されている。スピンドルハウジング２４内には、図示上側から順に、上部ラジアルセンサ１３，上部ラジアル電磁石９，モータステータ１２，下部ラジアル電磁石１０，下部ラジアルセンサ１４およびスラスト電磁石１１が設けられている。

回転軸８はラジアル電磁石９，１０およびスラスト電磁石１１によって非接触支持され、モータステータ１２と回転軸側のモータロータとで構成されるモータにより回転駆動される。回転軸８の浮上位置は、各ラジアル電磁石９，１０およびスラスト電磁石１１に対応して設けられたラジアルセンサ１３，１４およびスラストセンサ１５によって検出される。回転軸８の上下に設けられた保護ベアリング１６，１７はメカニカルベアリング（例えば、ボールベアリング）であり、磁気軸受が作動していない場合に回転軸８を支持する。

一方、ケーシング７内のベース６上には、複数の静翼２１およびネジステータ２３が設けられている。各静翼２１は上下をリング状のスペーサ２２によって挟持されるようにベース６上に保持されており、ケーシング７をベース６にボルト締結することにより、静翼２１およびスペーサ２２がケーシング７の上端とベース６との間に固定される。その結果、各静翼２１は動翼１９間の所定位置に位置決めされる。ネジステータ２３は、ベース６上にボルト締結されている。

吸気口７ａから流入したガス分子は、ターボ分子ポンプ部２によって下流側のネジ溝ポンプ部３へと移送される。ターボ分子ポンプ部２から移送されたガス分子は、さらにネジ溝ポンプ部３によって圧縮され、排気口６ａから排出される。ネジロータ２０はネジステータ２３の内周面に近接して設けられており、ネジステータ２３の内周面には螺旋溝が形成されている。ネジ溝ポンプ部３では、ネジステータ２３の螺旋溝と高速回転するネジロータ２０とにより、粘性流領域における排気が行われる。

図２は、コネクタ取り付け部分の拡大図である。ベース６には、コネクタ配線を通すための配線通路６ｂが形成されている。配線通路６ｂは、大気側とスピンドルハウジング２４内とを連通する孔である。スピンドルハウジング２４内には、モータステータ１２や磁気軸受電磁石等が配置されている。配線通路６ｂの大気側開口にはコネクタ３０が取り付けられている。コネクタ３０とベース６との間には、真空シール３０３が設けられている。すなわち、コネクタ３０をベース６に取り付けることにより、配線通路６ｂの大気側は封止される。配線通路６ｂには、パージガス導入路６ｃが形成されている。配線通路６ｂにおけるパージガス導入路６ｃの位置は、コネクタ３０に近いほうが好ましい。パージガス導入路６ｃにはパージポート３０４が設けられている。

本実施の形態では、コネクタ３０はモータ配線および磁気軸受配線の両方に用いられている。コネクタ３０は多数（５０本程度）のコネクタピン３０１を有しており、そのうちの３本がモータ用のコネクタピン３０１で、残りが磁気軸受配線やセンサ等の配線に用いられる。なお、モータの相電流が大きい場合には、１相当たり複数本のコネクタピンを用いる場合もある。それら数十本のコネクタピンには、スピンドルハウジング２４内から配線通路６ｂに引き出された配線３０２（モータ配線や電磁石配線等）が接続される。

ところで、配線通路６ｂはスピンドルハウジング２４内と連通し、さらに、スピンドルハウジング２４内は、保護ベアリング１６と回転軸８との隙間を介してポンプ排気側と連通している。そのため、真空排気中は、配線通路６ｂの圧力はポンプ排気側と同程度の圧力となっている。また、エッチング処理等の処理室を排気する場合には、エッチング処理に使用される腐食性ガスによってモータや磁気軸受等が腐食されるのを防止する目的で、スピンドルハウジング２４内に窒素ガス等のパージガスを導入するのが一般的である。そのため、配線通路６ｂの圧力は１０００Pa程度になっている。

本実施の形態のターボ分子ポンプでは、半導体製造装置おけるガス流量の増加に対応できるように、モータ電圧を少なくとも１３０Ｖに設定している。このようにモータ電圧を高く設定した場合、前述したようにピン間の放電が問題となる。

すなわち、コネクタ３０には数十本のコネクタピン３０１が配置されているため、ピン間距離は２〜３ｍｍ程度となる。このようにピン間距離が短くなると、モータ設定電圧を１３０Ｖ以上に引き上げた場合に、ピン間に放電が発生する。この時の放電開始電圧は、気体圧力と電極間距離との積で表されることがパッシェンの法則として知られている。

図３は、パッシェンの法則を説明する図であり、放電開始電圧と（気体圧力）・（電極間距離）の関係を、ヘリウムガス（He）、ネオンガス（Ne）、アルゴンガス（Ar）、水素ガス（H2）、窒素ガス（N2）に関して示したものである。図３において、縦軸は電圧（Ｖ）であり、横軸は気体圧力（Torr）と電極間距離（cm）との積（Torr・cm）である。各曲線の最低値は０．５Torr・cm〜５Torr・cmの範囲にあり、モータ電圧が１３０Ｖの場合には、圧力とピン間距離との積を１０Torr・cm以上に設定すれば、いずれのガス種においても放電の発生を防止できる。

例えば、コネクタピン３０１の本数が５０ピン程度の場合、ピン間距離は約３ｍｍ程度が一般的である。ピン間距離を３ｍｍとすると、１０Torr・cmの場合の圧力は約３３．３Torr＝約４４００Paとなる。すなわち、コネクタピン３０１が配置される配線通路６ｂの圧力を約４４００Paとすれば、モータ電圧が１３０Ｖであっても放電を防止することができる。

腐食防止のためにスピンドルハウジング２４内にパージガスを導入する形式のターボ分子ポンプでは、スピンドルハウジング２４内や配線通路６ｂの圧力は１０００Pa（＝約７．５Torr）程度になっている。そのため、圧力とピン間距離との積は約２．３Torr・cmとなり、放電が問題となる。

そこで、本実施の形態では、配線通路６ｂに連通するパージガス導入路６ｃを形成し、パージガス導入路６ｃおよびパージポート３０４を介してパージガス（例えば、窒素ガス）を配線通路６ｂに導入するようにしている。

配線通路６ｂ内には数十本のコネクタ配線が配置されているため、コネクタ３０に近接するように形成されたパージガス導入路６ｃの位置から、通路の左側開口部までのコンダクタンスは非常に小さい。そのため、コネクタピン３０１が配置されている部分とスピンドルハウジング２４内との間に差圧が生じ、コネクタピン３０１付近の圧力を４０００Pa程度としてもスピンドルハウジング２４内の圧力を１０００Paに抑えることが可能となる。すなわち、コネクタピン３０１付近の圧力を４０００Pa程度としても、排気側の圧力上昇によるロータ回転の低下を避けることができる。なお、本実施の形態では、パージガス導入路６ｃから導入されるパージガスは、従来の腐食防止用パージガスを兼ねているので、従来設けられていた腐食防止用パージガスポートを設ける必要はない。

上述した１０Torr・cmという値はモータ電圧の設定値が１３０Ｖの場合に適用される設定値であって、ピン間距離が３ｍｍである場合には、配線通路６ｂの圧力は約４０００Paとなる。そのため、パージガス導入路６ｃから導入されるパージガスの流量は、配線通路６ｂの圧力が約４０００Paとなるように調整される。このように、同一の設定値（１０Torr・cm）であっても、ピン間距離に応じて保持すべき圧力値は異なる。また、モータ設定電圧が１３０Ｖよりも大きい場合には、図３に基づいて、放電を防止できるTorr・cm値を設定し、その設定値とピン間距離とに基づいて必要な保持圧力が求まる。

従来のターボ分子ポンプにおいて腐食防止用パージガスをスピンドルハウジング２４内に導入する場合、一般に、コネクタ３０が設けられる配線通路６ｂとは別にパージガス通路が形成される。そのような構成の場合、配線通路６ｂの圧力を４０００Paまで上昇させようとすると、少なくともスピンドルハウジング２４内の圧力が４０００Pa程度になるようにパージガスを導入する必要がある。その場合、排気側の圧力上昇によりロータ回転の低下が避けられない。

なお、配線通路６ｂにおけるコネクタ配線によるコンダクタンス低下は、配線の状況によってコンダクタンスが変化し、ポンプ毎にばらつくことになる。そこで、図４に示すように、配線通路６ｂ内に、配線通路６ｂからスピンドルハウジング２４内へ流入するガス流量を制御するためのオリフィス３０５を設けるようにしてもよい。

また、ピン間放電防止をより確実なものとするために、図５に示すように、コネクタピン３０１を覆うように樹脂モールド材３０６を設けても良い。ピン間に樹脂モールド材３０６を介在させることで放電を防止することができる。仮に、樹脂モールド材３０６にひび割れ等が生じた場合でも、配線通路６ｂ内にはパージガス（腐食防止用のパージガスを兼ねている）が常に導入されているので、ピン間の放電は防止される。すなわち、パージガスと樹脂モールド材３０６とにより、ピン放電防止対策が２重に施されることになる。

また、上述した実施形態では、パージガス流量を、配線通路６ｂ内の圧力が約４０００Paとなる所定流量（予め実測しておく）に制御する構成とした。しかし、図６に示すように、配線通路６ｂ内の圧力を圧力計３０７で実測して、その値が約４０００Paとなるようにパージガス流量を制御するようにしても良い。このように圧力を直接検出する構成とすることで、配線通路６ｂ内の圧力を所定の値（約４０００Pa）に容易にかつ確実に保持することができる。また、圧力計３０７で計測された圧力値を利用して警報を発生するようにしても良い。すなわち、上記所定値に対応して、予め下限値を設定しておき、配線通路６ｂ内の圧力がその下限値を下回った場合に警報を発生する。

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。例えば、上述した実施の形態では、ターボ分子ポンプに例に説明したが、これに限らず、ドラッグポンプのような真空ポンプにも本発明を適用することができる。

１：ターボ分子ポンプ、４：ロータ、６：ベース、６ｂ：配線通路、６ｃ：パージガス導入路、１２：モータステータ、２４：スピンドルハウジング、３０：コネクタ、３０１：コネクタピン、３０５：オリフィス、３０６：樹脂モールド材、３０７：圧力計

Claims (5)

1. ロータと、
   前記ロータを回転駆動するモータと、
   前記モータが配置されるポンプベースと、
   前記ポンプベースに形成され、該ポンプベースのモータ配置領域とポンプ外の大気側とを連通する配線通路と、
   前記配線通路の大気側を塞ぐように前記ポンプベースに固定され、前記モータの電力配線が接続されるコネクタと、
   前記配線通路に放電防止用のパージガスを導入するためのガス導入路と、を備える真空ポンプ。
2. 請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
   前記配線通路と前記モータ配置領域との間に、前記配線通路から前記モータ配置領域に流入するパージガスの流量を制限する流量調整部を、さらに備える真空ポンプ。
3. 請求項１または２に記載の真空ポンプにおいて、
   前記コネクタの前記配線通路側に露出するコネクタピンが、樹脂でモールドされている真空ポンプ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
   前記モータの電圧が１３０Ｖ以上に設定されている真空ポンプ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
   前記配線通路内の圧力を検出する圧力検出部をさらに備える真空ポンプ。

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