JP2015194116A - 排気口部品、および真空ポンプ - Google Patents
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Abstract
Description
真空ポンプが配設される装置が上述したようなプロセスガスを使用している場合、使用された後の排ガスは、半導体製造工程用の装置である真空チャンバに接続された真空ポンプの反応炉から外部に排気される。真空ポンプの排気側は、こうした排ガスが昇華温度以下にまで冷やされることによって生成される固体・粉体の生成物が堆積しやすい。
堆積した生成物を取り除くために定期的なメンテナンス(オーバーホール)の実施が必要であり、一般的に、このメンテナンスは三ヶ月に一度程度の頻度で実施される。しかしながら、運用面・費用面を鑑みれば、1つのメンテナンスから次のメンテナンスを行う迄の間隔(フリーメンテナンス期間)は長ければ長い方がよい。
特許文献1には、活性ガスを吸入する場合のターボ分子ポンプにおいて、回転翼を冷却するために固定翼側の構造を工夫する技術について記載されている。そして、活性ガスの昇華温度以下の状況下において生成した反応生成物がポンプ内部に凝固・付着して、回転翼と固定翼間の隙間が無くなってしまう。そこで、回転翼と固定翼が接触してしまうという問題を防ぐために、ポンプ外部にヒータを巻着してポンプ内部の温度が一定温度以下にならないようにする構成について記載されている。
上述したような構造、つまり、排気口に嵌入されて配設される部品(排気口部品)がベースに直接取り付けられる構造の場合、排気口および排気口部品の温度は、排気口および排気口部品の温度よりも低い環境下にあるベース、フォアラインの配管、あるいは大気などの温度の影響を受けることにより、排気口および排気口部品の温度も低下しやすくなっていた。そのため、排気口内部は、上述したようなプロセスガスによる生成物が堆積しやすくなってしまっていた。
しかし、ヒーティングがヒータ周辺に限定されてしまうなど局所的な効果しか得られず、排気口全体・所望の箇所を効率よく昇温させることは難しかった。
請求項2記載の本願発明では、前記断熱手段は、前記鍔部に固定配設されることを特徴とする請求項1に記載の排気口部品を提供する。
請求項3記載の本願発明では、前記断熱手段は、前記筐体部の熱伝導率よりも熱伝導率が小さい素材で製造されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排気口部品を提供する。
請求項4記載の本願発明では、前記断熱手段は、ステンレス鋼で製造されていることを特徴とする請求項1、請求項2、または請求項3に記載の排気口部品を提供する。
請求項5記載の本願発明では、前記断熱手段と、前記鍔部または前記真空ポンプのベースの少なくともいずれか一方と、が接触する接触面において、前記接触面の面積を少なくするための非接触部が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の排気口部品を提供する。
請求項6記載の本願発明では、前記鍔部と前記断熱手段は、Oリングを介して接合されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の排気口部品を提供する。
請求項7記載の本願発明では、前記筐体部および前記断熱手段は、1つの部品で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の排気口部品を提供する。
請求項8記載の本願発明では、前記断熱手段は、前記鍔部の長手方向の幅を、前記筐体部の内周壁の肉厚の、少なくとも3倍の寸法にして構成されることを特徴とする請求項1に記載の排気口部品を提供する。
請求項9記載の本願発明では、吸気口と、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の排気口部品を配設した排気口と、が形成された外装体と、前記外装体に内包され、回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に固定される回転体と、前記回転体の外周面から放射状に配設された回転翼と、前記回転翼と所定の間隔を設けて配置された固定翼と、前記回転翼と前記固定翼との相互作用により前記吸気口から吸気した気体を前記排気口へ移送する気体移送機構と、を備えることを特徴とする真空ポンプを提供する。
本発明の実施形態に係る排気口部品は、排気口部品に配設されたヒータから得られる熱を、排気口の奥(真空ポンプ側)へ効率よく伝えるための断熱部(断熱手段)を備える。また、本発明の実施形態に係る真空ポンプは、当該断熱部(断熱手段)を有する排気口部品を備える。
本実施形態に係る排気口部品の断熱部は、排気口部品の筐体部分の外周面にリング状(輪状)に形成されたフランジ(鍔/つば)部と、当該フランジ部に密着して配設された断熱スペーサを備える。
あるいは、排気口部品の外周面に形成されたフランジ部と、上述した断熱スペーサが、一体型で形成された構成を有する排気口部品のフランジ(鍔/つば)部が断熱部となる。
この構成により、真空ポンプの排気口全体の温度を効率よく上げて生成物・堆積物の量を低減させることができる。
(真空ポンプの構成)
以下、本発明の好適な実施の形態について、図1から図6を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る真空ポンプ(ターボ分子ポンプ1)の概略構成例を示した図であり、ターボ分子ポンプ1の軸線方向の断面図を示している。
なお、本発明の実施形態では、便宜上、回転翼の直径方向を「径(直径・半径)」、回転翼の直径方向と垂直な方向を「軸線方向」として説明する。
ターボ分子ポンプ1の外装体を形成するケーシング2は、略円筒状の形状をしており、ケーシング2の下部(排気口6側)に設けられたベース3と共にターボ分子ポンプ1の筐体を構成している。そして、この筐体の内部には、ターボ分子ポンプ1に排気機能を発揮させる構造物である気体移送機構が収納されている。
この気体移送機構は、大きく分けて、回転自在に支持(軸支)された回転部(ロータ部)と筐体に対して固定された固定部から構成されている。
また、図示しないが、ターボ分子ポンプ1の外装体の外部には、ターボ分子ポンプ1の動作を制御する制御装置が専用線を介して接続されている。
また、ベース3には、当該ターボ分子ポンプ1から気体を排気するための排気口6が形成されている。
ここで、本実施形態では、ベース3に設けられた排気口6に、断熱部を有する排気口部品600が嵌入されて配設される。この排気口部品600が嵌入されると、当該排気口部品600の大気側(排気側)の口が排気口6として機能する。なお、排気口部品600の詳細については後述する。
各回転翼9は、シャフト7の軸線に対して垂直に放射状に伸びた円板形状の円板部材により構成される。
また、ロータ円筒部10は、ロータ8の回転軸線と同心の円筒形状をした円筒部材により構成される。
更に、シャフト7のモータ部20に対して吸気口4側、および排気口6側には、シャフト7をラジアル方向(径方向)に非接触で支持(軸支)するための径方向磁気軸受装置30、31が設けられている。また、シャフト7の下端には、シャフト7を軸線方向(アキシャル方向)に非接触で支持するための軸方向磁気軸受装置40が設けられている。
各固定翼50は、シャフト7の軸線に対して垂直に放射状に伸びた円板形状の円板部材により構成される。
各段の固定翼50は、円筒形状をした固定翼スペーサ60により互いに隔てられて固定されている。
ターボ分子ポンプ部では、固定翼50と回転翼9とが互い違いに配置され、軸線方向に複数段形成されているが、真空ポンプに要求される排出性能(排気性能)を満たすために、必要に応じて任意の数のロータ部品および(あるいは)ステータ部品を設ける構成にしてもよい。
ねじ溝スペーサ70は、所定のクリアランスを隔ててロータ円筒部10の外周面に対面しており、ロータ円筒部10が高速回転すると、ターボ分子ポンプ1で圧縮されたガスがロータ円筒部10の回転に伴ってねじ溝(らせん溝)にガイドされながら排気口6側へ送出されるようになっている。即ち、ねじ溝は、ガスを輸送する流路となっている。ねじ溝スペーサ70とロータ円筒部10が所定のクリアランスを隔てて対向することにより、ねじ溝でガスを移送する気体移送機構を構成している。
なお、ガスが吸気口4側へ逆流する力を低減させるために、このクリアランスは小さければ小さいほど好ましい。
ねじ溝スペーサ70に形成されたらせん溝の方向は、らせん溝内をロータ8の回転方向にガスが輸送された場合、排気口6に向かう方向である。
また、らせん溝の深さは、排気口6に近づくにつれて浅くなるようになっており、らせん溝を輸送されるガスは排気口6に近づくにつれて圧縮されるようになっている。このように、吸気口4から吸引されたガスは、ターボ分子ポンプ部で圧縮された後、ねじ溝式ポンプ部で更に圧縮されて排気口6から排出される。
このように構成されたターボ分子ポンプ1により、ターボ分子ポンプ1は、ターボ分子ポンプ1に配設される真空室(図示しない)内の真空排気処理を行う。
図2は、本発明の実施形態に係る、断熱スペーサ610を有する排気口部品600の概略構成例を示した断面図である。
図3は、本発明の実施形態に係る排気口部品620を説明するための断面図である。
図4は、本発明の実施形態に係る断熱スペーサ610を説明するための図である。
図2に示したように、本実施形態の排気口部品600は、基本的に、接触面614および非接触面615が形成された断熱スペーサ610と排気口部品620(図3)とOリング630の複数の部品によって構成される。なお、接触面614および非接触面615については後述する。
本実施形態では、断熱スペーサ610は、Oリング630を介して、排気口部品620の外周面に形成された排気口部品フランジ部621に密接して配設(固定)される。
一方、排気口部品620に形成された排気口部品段部623は、Oリング630や断熱スペーサ610との位置決めに利用される部分であり、この排気口部品段部623と断熱スペーサ610は、所定の隙間が設けられて配設される方が望ましい。
本実施形態では、断熱スペーサ610と排気口部品フランジ部621が、排気口部品600における排気口部品胴部624下方に配設されたヒータ(不図示)から得られる熱(約150℃前後)を、排気口部品600におけるターボ分子ポンプ1の内側(排気口6の奥側)へ効率よく伝える断熱部A(図5)として機能する。なお、排気口部品胴部624は、排気口部品600がターボ分子ポンプ1に配設されたときに大気側に突き出す方の、排気口部品600の一部分である。
排気口部品大気側部620aには、大気側に突き出す先端部分である排気口部品胴部624と、排気口部品胴部624と連続し、当該排気口部品胴部624が形成される反対側にOリング用凹部622が形成された排気口部品フランジ部621と、排気口部品フランジ部621を介して排気口部品胴部624と排気口部品胴部625とを繋ぐ排気口部品段部623が備わっている。
図4(a)は断熱スペーサ610における軸線方向の断面図であり、図4(b)は断熱スペーサ610を排気口6(図1)側からみた図である。
図4に示したように、断熱スペーサ610は、ボルト用穴613が形成された断熱スペーサフランジ部611、配設される真空ポンプ1のベース3と接触する接触面614、配設される真空ポンプ1のベース3と接触しない非接触面615、および断熱スペーサ胴部612を備えている。なお、本実施形態では、ボルト用穴613を4つ備える構成としたが、これに限ることはなく、適宜変更することが可能である。
本実施形態では、断熱スペーサ610の真空側の面に、内周半径を異にする同心円状の段差を設けて接触面614と非接触面615を形成する構成としている。そしてこの段差が、熱をベース3側へ逃げにくくするためのニゲ部として機能する。
この構成により、断熱スペーサフランジ部611の真空側の面は、面の一部が断熱スペーサ610がベース3と接触する接触面614となり、残りの部分が非接触状態が保たれる非接触面615となって、接触面積を小さく(少なく)することができる。この接触面614とベース3との接触面積は小さければ小さいほど好ましい。
また、本実施形態では、断熱スペーサ610の真空側の面に非接触面615を設けた構成としたが、例えば、図示しないが、ベース3の面に設ける構成や、断熱スペーサ610の大気側の面に設ける構成にしてもよい。
あるいは、非接触面615を、排気口部品フランジ部621の面に設ける構成にしてもよい。
なお、好ましくは、前述のとおり断熱スペーサフランジ部611は、ベース3との接触面および非接触面の両方を設ける構成であるが、真空側の全面がベース3と接触する接触面となる構成でもよい。
また、本実施形態では、一例として、断熱スペーサ610はステンレス鋼(ステンレススチール)で製造する構成としたが、その他にアルミニウムなど、少なくともベース3よりも熱伝導率が小さい素材で製造する構成であればよい。
図2に示したように、本実施形態では、断熱スペーサフランジ部611と排気口部品フランジ部621の接触面の一部に、Oリング630を配設する。
本実施形態では、一例として、Oリング630はVITON/バイトン(商標登録)で製造する構成とした。しかし、これに限られることはなく、例えば、排気口部品620よりも熱伝導率の低い樹脂で構成すれば、より断熱効果を得ることができる。
あるいは、Oリング630を備えず、断熱スペーサフランジ部611と排気口部品フランジ部621とが直接接する構成にしてもよい。
また、本実施形態では、このOリング630が配設されるOリング用凹部622も、熱をベース3側へ逃げにくくするためのニゲ部として機能する。
図5は、本発明の実施形態に係る排気口部品600を備えたターボ分子ポンプ1の、排気口付近における熱の伝わり方を説明するための図である。
ここで、図5には、断熱スペーサ610と排気口部品620とを固定するボルト700が一部図示されている。ボルト700が、断熱スペーサフランジ部611に設けられたボルト用穴613と排気口部品フランジ部621に設けられたボルト用穴626を連通して嵌め込まれることで、断熱スペーサフランジ部611と排気口部品フランジ部621とが固定される。なお、図5では、符号の説明の都合上、ボルト700がボルト用穴613とボルト用穴626を連通する前の状態が示されている。
本実施形態に係る断熱スペーサ610が配設されたターボ分子ポンプ1では、排気口部品胴部624大気部(大気側)の下部に巻かれたヒータ(排気口用ヒータ)の熱は、図5に示したように、下記2つの経路に分かれてターボ分子ポンプ1の内部側(真空側)へ伝わる。
(1)経路B…排気口部品620の中を伝わり排気口6内部に伝わる(a→b)
(2)経路C…排気口部品フランジ部621を経由しベース3へ伝わる(a→c→d)
より具体的には、熱は、排気口部品600において、(1)大気側である排気口部品胴部624(地点a)→排気口部品段部623(地点b)を経由して排気口6内部へ、または、(2)先述の地点a→排気口部品フランジ部621から断熱スペーサフランジ部611(地点c)、→断熱スペーサ胴部612(地点d)を経由してベース3へ伝導する。
ちなみに、本実施形態では、各地点(a、b、c、d)の概ねの温度は、一例として、地点aが約150℃、地点bおよび地点cが約110℃、地点dが約85℃程度である(実験結果)。
上記(1)に示したように、地点dは、排気口部品600の内部におけるベース3側がポンプ用ヒータ(不図示)の設定温度により(一例として)約85℃程度に保たれているため、その影響を受けて温度が低下する環境になっている。
具体的には、経路Cは、排気口6用のヒータが取り付けられて温度が約150℃前後に保たれている排気口部品胴部624上の地点aから、断熱スペーサ(610)におけるベース3と接している部分(面)である地点dまでの距離(長さ/幅)である「熱が伝う距離」(熱伝導の距離)が、経路Bよりも長い。そのため、経路Cよりも経路Bを経由する熱が増える。
逆にいえば、通常の熱伝導の経路である経路Bに対して、断熱スペーサ(610)を設けて熱が伝わる経路が約3倍以上である経路Cを形成したことで、より多くの熱は、熱伝導の距離が短い経路である経路Bの方を経由して伝わろうと作用する。つまり、ベース3へと伝う熱を断熱スペーサ610(および、Oリング630)でブロックする構造になっている。
このようにして、本実施形態では、地点aで得られた熱(約150℃)を逃がさないように構成し、分岐点である地点bとc地点(ともに約110℃)において、地点cへ逃げる熱を減らして地点bへ熱をより多く送ることができる。そのため、地点bへ伝わってきた温度を使って、排気口部品胴部625を昇温することができる。つまり、排気口6内部の真空側の温度を、約85℃から約110℃へ昇温させることができる。
例えば、この間隙Eは、断熱スペーサ610の内周側の肉部を薄く設定することで形成することができる。
なお、本実施形態では、一例として、この間隙Eの寸法は1mm前後としたが、種々の環境により変更することが出来る。
図6は、本実施形態の変形例に係る排気口部品601を説明するための図である。
上述した実施形態に係る排気口部品600は複数の部品を備える構成としたが、図6に示したように、排気口部品601を1つの部品で構成してもよい。
つまり、本変形例に係る排気口部品601には、外周壁面の一部に、上述した実施形態に係る排気口部品フランジ部621と断熱スペーサ610が一体となって形成された構成の断熱部602(断熱部A)を有する。
本変形例では、一例として、排気口部品フランジ部621(図3)の長手方向の厚みを内周壁の厚みに対して3倍程度に構成することで断熱部602を形成している。
この断熱部602により熱の伝達経路を長く構成することができる。
その結果、排気口6付近(特には、排気口部品600の奥部α:図5)の生成物・堆積物の量を効率的に低減させることができる。
この構成により、ヒータ(排気口用)から得られた熱は、排気口部品胴部624から排気口部品胴部625を伝って排気口6のより奥側(奥部α)まで伝導していくので、排気口6の長手方向を広範囲に亘って高温状態に保たせることができる。
その結果、奥部αの生成物・堆積物の量を低減することができる。
例えば、シーグバーン型分子ポンプ部とターボ分子ポンプ部を備える複合型ポンプや、シーグバーン型分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部を備えた複合型ポンプ、あるいは、シーグバーン型分子ポンプ部とターボ分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部とを備えた複合型ポンプに適用してもよい。
2 ケーシング
3 ベース
4 吸気口
5 フランジ部
6 排気口
7 シャフト
8 ロータ
9 回転翼
10 ロータ円筒部
20 モータ部
30 径方向磁気軸受装置
31 径方向磁気軸受装置
40 軸方向磁気軸受装置
50 固定翼
60 固定翼スペーサ
70 ねじ溝スペーサ
80 ステータコラム
600 排気口部品
601 排気口部品
602 断熱部
610 断熱スペーサ
611 断熱スペーサフランジ部
612 断熱スペーサ胴部
613 ボルト用穴
614 接触面
615 非接触面
620 排気口部品
620a 排気口部品大気側部
620b 排気口部品真空側部
621 排気口部品フランジ部
622 Oリング用凹部
623 排気口部品段部
624 排気口部品胴部
625 排気口部品胴部
626 ボルト用穴
630 Oリング
700 ボルト
A 断熱部
B 経路
C 経路
D 幅
E 間隙
α 奥部
Claims (9)
- 真空ポンプの排気口に一部嵌入される筐体部と、前記筐体部の外周面に形成された鍔部と、を備える排気口部品であって、
前記排気口部品は断熱手段を具備することを特徴とする排気口部品。
- 前記断熱手段は、前記鍔部に固定配設されることを特徴とする請求項1に記載の排気口部品。
- 前記断熱手段は、前記筐体部の熱伝導率よりも熱伝導率が小さい素材で製造されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排気口部品。
- 前記断熱手段は、ステンレス鋼で製造されていることを特徴とする請求項1、請求項2、または請求項3に記載の排気口部品。
- 前記断熱手段と、前記鍔部または前記真空ポンプのベースの少なくともいずれか一方と、が接触する接触面において、前記接触面の面積を少なくするための非接触部が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の排気口部品。
- 前記鍔部と前記断熱手段は、Oリングを介して接合されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の排気口部品。
- 前記筐体部および前記断熱手段は、1つの部品で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の排気口部品。
- 前記断熱手段は、前記鍔部の長手方向の幅を、前記筐体部の内周壁の肉厚の、少なくとも3倍の寸法にして構成されることを特徴とする請求項1に記載の排気口部品。
- 吸気口と、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の排気口部品を配設した排気口と、が形成された外装体と、
前記外装体に内包され、回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸に固定される回転体と、
前記回転体の外周面から放射状に配設された回転翼と、
前記回転翼と所定の間隔を設けて配置された固定翼と、
前記回転翼と前記固定翼との相互作用により前記吸気口から吸気した気体を前記排気口へ移送する気体移送機構と、
を備えることを特徴とする真空ポンプ。
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