JP2016176339A

JP2016176339A - 真空ポンプ

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Publication number: JP2016176339A
Application number: JP2015054843A
Authority: JP
Inventors: 徹也坪川; Tetsuya Tsubokawa
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: CN105987011B; JP6390478B2; CN105987011A; US20160273552A1; US10221863B2

Abstract

【課題】排気管を加熱するヒータ等を追加することなく、生成物堆積に対するメンテナンス性の向上を図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、ステータ２２と、ステータ２２に対して回転するロータ円筒部１３と、ステータ２２およびロータ円筒部１３が収容され、吸気口２３０および排気用貫通孔２０２が設けられたポンプケーシング２３およびベース２０と、排気用貫通孔２０２に連通するようにベース２０の外周に固定される排気管２６と、少なくとも排気用貫通孔２０２に隙間を介して挿通され、排気されるガスが通過するパイプ２５と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、生成物堆積が生じやすいガスの排気に適した真空ポンプに関する。

従来、半導体製造装置や液晶製造装置等のチャンバ排気にはターボ分子ポンプ等の真空ポンプが用いられている。近年、半導体製造装置や液晶製造装置のエッチングプロセスにおいて、真空ポンプへの生成物の堆積が発生して、真空ポンプのロータが生成物と接触するというトラブルの増加や、装置稼働後に短期間でオーバーホールが必要となるなどの問題が生じている。

この生成物は、真空ポンプのガス排出部に設けられた排気管にも堆積する。排気管内の圧力は真空ポンプ内に比べて高いため、排気管における生成物堆積は著しい。排気管内の生成物堆積が著しくなると、管路が徐々に閉塞し、ポンプ背圧が上昇してポンプ性能の低下を招く。また、ポンプ背圧の上昇に伴う負荷増大により、ポンプ発熱が増加して回転体温度の上昇を招く。その結果、ロータのクリープ寿命が低下するという問題があった。

このような生成物の堆積を低減する技術としては、特許文献１に記載のような構成が知られている。特許文献１に記載のターボ分子ポンプにおいては、ポンプ内部のガス流路に伝熱体からなる隔壁を設け、隔壁とポンプ外部に位置する加熱部とを熱の良導体により連結し、加熱部を電気ヒータ等で加熱している。

特開平６−１５９２８７号公報

しかしながら、電気ヒータ等により加熱する構成の場合には、ヒータ、温度センサ、制御用コントローラ等が別途必要になる。

本発明の好ましい実施形態による真空ポンプは、ステータと、前記ステータに対して回転するロータと、前記ステータおよび前記ロータが収容され、吸気口および排気用貫通孔が設けられたポンプ筐体と、前記排気用貫通孔に連通するように前記ポンプ筐体の外周に固定される第１排気管と、少なくとも前記排気用貫通孔に隙間を介して挿通され、排気されるガスが通過する第２排気管と、を備える。
さらに好ましい実施形態では、前記ステータは前記ロータに対向するように前記ポンプ筐体に固定され、かつ、前記ロータおよび前記ステータの一方の対向面にネジ溝が形成され、前記第２排気管は前記ステータに熱的に接触している。
さらに好ましい実施形態では、前記ステータはアルミ系金属又はステンレス鋼で形成され、前記第２排気管がアルミ系金属で形成されている。
さらに好ましい実施形態では、前記ステータは、断熱部材を介して前記ポンプ筐体に固定されている。
さらに好ましい実施形態では、前記第２排気管は、前記排気用貫通孔および前記第１排気管に隙間を介して挿通され、前記第２排気管のガス流出口は、前記第１排気管のガス流出口よりも内側に配置されている。
さらに好ましい実施形態では、前記第２排気管は、前記排気用貫通孔のガス流出口からガス流入口またはポンプ筐体内まで延在している。

本発明によれば、排気管を加熱するヒータ等を追加することなく、生成物堆積に対するメンテナンス性の向上を図ることができる。

図１は、本発明に係る真空ポンプの第１の実施の形態を示す図である。図２は、排気管が設けられている部分の拡大図である。図３は、排気管の内部に設けられるパイプの形状を示す図である。図４は、第２の実施の形態を示す図である。図５は、第３の実施の形態を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明に係る真空ポンプの第１の実施の形態を示す図であり、ターボ分子ポンプの断面を示す。ターボ分子ポンプ１は、複数段の回転翼１２およびロータ円筒部１３が形成されたロータ１０を備える。ロータ１０にはロータシャフト１１が固定され、そのロータシャフト１１はラジアル磁気軸受３２およびアキシャル磁気軸受３３により支持され、モータ３４によって回転駆動される。磁気軸受３２，３３が非動作時には、ロータシャフト１１はメカニカルベアリング３５ａ，３５ｂによって支持される。ラジアル磁気軸受３２，アキシャル磁気軸受３３，モータ３４およびメカニカルベアリング３５ｂは、ハウジング２０に固定されるベース３０に収納されている。なお、本実施の形態では、ハウジング２０とベース３０とが別体であるが、ハウジング２０とベース３０とが一体に形成されるような構成であっても良い。

ポンプケーシング２３の内側には、複数段の回転翼１２に対応して複数段の固定翼２１が積層されるように配置されている。ポンプ軸方向に積層された複数段の固定翼２１は、それぞれスペーサ２９を介してハウジング２０上に配置されている。回転翼１２および固定翼２１の各々は、周方向に配置された複数のタービン翼から成る。

ロータ円筒部１３の外周側には、円筒形状のステータ２２が隙間を介して配置されている。ステータ２２はハウジング２０にボルト固定されている。ロータ円筒部１３の外周面またはステータ２２の内周面のいずれか一方にはネジ溝が形成されており、ロータ円筒部１３とステータ２２とでネジ溝ポンプ部ＳＰを構成している。なお、図１に示す例では、ステータ２２にネジ溝が形成されている。

ロータ１０が高速回転すると、ポンプケーシング２３の吸気口２３０から流入したガスは回転翼１２および固定翼２１により排気された後、ネジ溝ポンプ部ＳＰによりさらに圧縮される。そして、最終的には、破線矢印Ｇで示すようにハウジング２０の排気用貫通孔２０２に設けられた排気管２６から排出される。排気管２６には、バックポンプまたはバックポンプへ通じる配管が接続される。ハウジング２０には、ハウジング２０を加熱するためのヒータ２７、ハウジング２０の温度を検出する温度センサ２０３が設けられている。

図２は、排気管２６が設けられている部分の拡大図である。排気管２６の内側には、隙間を介してパイプ２５が配置されている。パイプ２５は、ハウジング２０の排気用貫通孔２０２を貫通するように設けられ、一端がステータ２２に固定されている。パイプ２５の一端に形成された固定壁２５０は、ステータ２２の外周面にボルト２５２により締結される。ネジ溝ポンプ部ＳＰで圧縮されたガスは、固定壁２５０の下部に形成されたガス流入口２５ａからパイプ２５内に入り、パイプ２５のガス流出口２５ｂ（図示左側端部）から排出される。

図３はパイプ２５の形状を示す図であり、（ａ）は軸方向の断面図、（ｂ）はＡ矢視図である。パイプ２５の図示右端に設けられた固定壁２５０には、ボルト締結用の貫通孔２５４が形成されている。固定壁２５０の下部はガス流入口２５ａになっている。このパイプ２５は、排気管２６の内壁やハウジング２０に形成された排気用貫通孔２０２の内壁に、生成物が堆積するのを防止するためのものである。パイプ２５の固定壁２５０をステータ２２にボルト固定することにより、パイプ２５はステータ２２によってステータ温度と同程度まで加熱される。

図２に示したように、本実施の形態の真空ポンプでは、ステータ２２への生成物の堆積を低減するために、ハウジング２０にヒータ２７が設けられている。ステータ２２は、熱伝導率の小さな断熱部材２４を介してハウジング２０上に載置され、ボルト２２２によって固定される。また、ボルト２２２を介したハウジング２０への熱伝導を抑えるために、断熱材料で形成された座金２２３が用いられている。

ステータ２２は、ロータ円筒部１３からの輻射熱や、排気ガスとの摩擦熱により加熱され、温度が上昇する。ステータ２２の熱Ｑは、主に、一点鎖線矢印のようにステータ２２→断熱部材２４→ハウジング２０のように流れる。その結果、ステータ２２の温度分布はステータ２２の下端が最も高く、ボルト固定されるフランジ部２２０に近づくほど温度が低い。

ステータ２２からハウジング２０への熱の移動は、ハウジング２０とステータ２２との温度差が大きいほど著しい。そのため、ヒータ２７によりハウジング２０を昇温させることでハウジング２０とステータ２２との温度差を小さくし、ステータ２２からハウジング２０への熱の移動を抑制するようにしている。その結果、ステータ２２の温度がより高く保たれるようになる。さらに、ステータ２２とハウジング２０との間に熱伝導率の小さな断熱部材２４を介在させることで、ステータ２２からハウジング２０への熱移動が抑えられる。

本実施の形態では、パイプ２５をステータ２２に熱接触させることで、パイプ２５の温度を高温に保持するようにしている。そのため、ガスが流れるパイプ２５への生成物の堆積が低減される。その結果、従来のように排気管加熱用のヒータを追加で設けなくても、生成物除去のためのメンテナンスの頻度をより少なくすることができる。また、パイプ２５は、排気管２６および排気用貫通孔２０２の内壁を覆うように設けられている。その結果、排気管２６および排気用貫通孔２０２の内壁への生成物の堆積が、ほぼ防止される。

なお、断熱部材２４を介在させずにステータ２２をハウジング２０に直接固定する構成であっても、ステータ２２の温度は生成物堆積を十分低減できる程度の温度まで上昇する。そのため、パイプ２５は、生成物堆積を低減するための部材として十分機能する。

本実施の形態では、ステータ２２およびパイプ２５はアルミ合金で形成されているが、ステータ２２をアルミ合金よりも熱伝導率の低い材料（例えば、ステンレス鋼）で形成するようにしても良い。ステータ２２を上記のような熱伝導率の低い材料で形成することで、ステータ２２の下端と上端との間の温度勾配がアルミ合金の場合よりも大きくなり、ステータ下端の温度をより高く保つことができる。

なお、パイプ２５の一端はステータ２２に固定されているので、パイプ２５の出口端（ガス流出口２５ｂ）が他の物に干渉してパイプ２５に外力が作用すると、ステータ２２とロータ円筒部１３とのギャップが変化して不都合が生じる。そこで、本実施の形態では、パイプ２５を排気管２６の内側に配置する構成において、排気管２６のガス流出口２６ａとパイプ２５のガス流出口２５ｂの軸方向距離Δｈは、パイプ２５が排気管２６のガス流出口２６ａから突出しないように、Δｈ＞０に設定するのが好ましい。

−第２の実施の形態−
図４は、第２の実施の形態を示す図である。第２の実施の形態においては、パイプ２５のガス流出口２５ｂの位置が、排気用貫通孔２０２のガス流出口２０２ｂとほぼ等しい位置とされている。この構成では、排気用貫通孔２０２の内壁に生成物が堆積するのを防止することができる。この場合、排気管２６への生成物の堆積は避けられないが、排気用貫通孔２０２の内壁への堆積が防止されるので、生成物除去のためのメンテナンスの頻度を少なくすることが可能である。なお、排気管２６への生成物の堆積が限度を超えた場合には、排気管２６の交換で対応することができる。

−第３の実施の形態−
図５は、第３の実施の形態を示す図である。第３の実施の形態では、パイプ２５はハウジング２０に固定されている。図５に示す例では、パイプ２５は、ボルト２５３を用いて排気用貫通孔２０２の内壁に固定されている。パイプ２５はアルミ合金等の金属で形成され、ハウジング２０とほぼ同一の温度になっている。

第３の実施の形態の場合、ガスは、主にベース温度に保持されたパイプ２５の内部を通過する。そのため、パイプ２５の内壁に生成物が堆積したとしても、排気用貫通孔２０２や排気管２６へは生成物がほとんど堆積しない。この場合、堆積物除去のメンテナンス頻度は、パイプ２５を設けない場合とほぼ同じと考えられるが、図５の構成の場合には、生成物が堆積しているパイプ２５のみを交換するだけで済む。そのため、メンテナンス作業の簡略化および短縮化を図ることができる。

なお、図４の構成の場合と同様に、パイプ２５を排気用貫通孔２０２のガス流出口２０２ｂまでの長さとした場合でも、排気用貫通孔２０２への生成物の堆積を防止できるので、従来に比べ、メンテナンス作業の簡略化および短縮化を図ることができる。

以上説明したように、ターボ分子ポンプ１は、ステータ２２と、ステータ２２に対して回転するロータ円筒部１３と、ステータ２２およびロータ円筒部１３が収容され、吸気口２３０および排気用貫通孔２０２が設けられたポンプ筐体（ポンプケーシング２３およびハウジング２０）と、排気用貫通孔２０２に連通するようにハウジング２０の外周に固定される排気管２６（第１排気管）と、少なくとも排気用貫通孔２０２に隙間を介して挿通され、排気されるガスが通過するパイプ２５（第２排気管）と、を備えている。パイプ２５は、図２および図５に示すようにステータ２２またはハウジング２０にボルト固定されているので、ポンプへの着脱が容易である。

このような構成においては、パイプ２５の内壁に生成物が著しく堆積した場合には、パイプ２５を交換するだけでよいので、メンテナンス作業の簡略化および短縮化を図ることができる。なお、排気用貫通孔２０２への生成物の堆積を防止するために、例えば、図４に示すように、パイプ２５を、排気用貫通孔２０２のガス流出口２０２ｂからハウジング２０の内側まで延在するように設けても良い。また、図５のようにパイプ２５をハウジング２０に固定する場合、パイプ２５を、排気用貫通孔２０２のガス流出口２０２ｂからガス流入口２０２ａまで延在させるようにしても良い。この場合には、排気管２６にも生成物が堆積するので、メンテナンス時にはパイプ２５と共に排気管２６も交換すれば良い。

なお、上述した実施形態では、タービン翼が形成されたポンプ部（回転翼１２および固定翼２１）とネジ溝ポンプ部ＳＰとを備えるターボ分子ポンプを例に説明したが、回転翼１２および固定翼２１からなるポンプ部のみを備えた全翼タイプのターボ分子ポンプにも適用することができる。また、ネジ溝ポンプ部のみを備える真空ポンプにも適用できる。

さらに、図２に示す構成のように、パイプ２５を高温部であるステータ２２に熱的に接触させるようにしても良い。これによりパイプ２５への生成物の堆積が抑制されるので、メンテナンスの頻度を従来よりも少なくすることができる。なお、パイプ２５の長さを図４に示すように排気用貫通孔２０２のガス流出口２０２ｂまでとした場合、排気管２６への生成物の堆積は避けられないので、メンテナンス時には排気管２６を交換すれば良い。

また、図２のようにパイプ２５をステータ２２に接触させる構成においては、パイプ２５の出口側先端であるガス流出口２５ｂを、排気管２６のガス流出口２６ａよりも内側に配置するのが好ましい。それにより、パイプ２５への干渉を防止することができ、干渉によるステータ２２への悪影響を防止することができる。

なお、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

１…ターボ分子ポンプ、１０…ロータ、１２…回転翼、１３…ロータ円筒部、２０…ハウジング、２１…固定翼、２２…ステータ、２３…ポンプケーシング、２４…断熱部材、２５…パイプ、２５ａ，２０２ａ…ガス流入口、２５ｂ，２６ａ，２０２ｂ…ガス流出口、２６…排気管、２０２…排気用貫通孔、２３０…吸気口、ＳＰ…ネジ溝ポンプ部

Claims

ステータと、
前記ステータに対して回転するロータと、
前記ステータおよび前記ロータが収容され、吸気口および排気用貫通孔が設けられたポンプ筐体と、
前記排気用貫通孔に連通するように前記ポンプ筐体の外周に固定される第１排気管と、
少なくとも前記排気用貫通孔に隙間を介して挿通され、排気されるガスが通過する第２排気管と、を備える真空ポンプ。
請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
前記ステータは前記ロータに対向するように前記ポンプ筐体に固定され、かつ、前記ロータおよび前記ステータの一方の対向面にネジ溝が形成され、
前記第２排気管は前記ステータに熱的に接触している、真空ポンプ。
請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
前記ステータはアルミ系金属又はステンレス鋼で形成され、前記第２排気管がアルミ系金属で形成されている、真空ポンプ。
請求項２又は３に記載の真空ポンプにおいて、
前記ステータは、断熱部材を介して前記ポンプ筐体に固定されている、真空ポンプ。
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、
前記第２排気管は、前記排気用貫通孔および前記第１排気管に隙間を介して挿通され、
前記第２排気管のガス流出口は、前記第１排気管のガス流出口よりも内側に配置されている、真空ポンプ。
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、
前記第２排気管は、前記排気用貫通孔のガス流出口からガス流入口またはポンプ筐体内まで延在している、真空ポンプ。