JP2021042697A - Exhaust system and vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気システムおよび真空ポンプに関する。 The present invention relates to an exhaust system and a vacuum pump.
半導体製造工程において、ドライエッチングやCVD等のプロセスのように高真空のプロセスチャンバ内で処理を行う工程では,プロセスチャンバ内のガスを排気して一定の高真空度を形成する手段として,ターボ分子ポンプのような真空ポンプが用いられる。また、ターボ分子ポンプとプロセスチャンバとの間には、プロセス時においてプロセスチャンバ内を任意の圧力に調整するために、APCバルブと呼ばれる自動調圧タイプの真空バルブが設置される(例えば、特許文献1参照)。 In the semiconductor manufacturing process, in the process of processing in a high vacuum process chamber such as dry etching and CVD, the turbo molecule is used as a means to exhaust the gas in the process chamber to form a constant high vacuum degree. A vacuum pump such as a pump is used. Further, between the turbo molecular pump and the process chamber, an automatic pressure regulation type vacuum valve called an APC valve is installed in order to adjust the pressure inside the process chamber to an arbitrary pressure during the process (for example, Patent Document). 1).
近年、ガスを大量に流す大流量プロセスが増加しており、ターボ分子ポンプに対しても大流量排気性能が要求される。そのため、例えば、特許文献1の図13に記載のように、ロータの外径を大きくした上で、ポンプケーシングの外径を吸気口フランジに近づくにつれて絞った形状のターボ分子ポンプを用いることで、大流量に対応している。
In recent years, a large flow rate process for flowing a large amount of gas has been increasing, and a large flow rate exhaust performance is also required for a turbo molecular pump. Therefore, for example, as shown in FIG. 13 of
特許文献1に開示されている真空チャンバに取り付けられる真空バルブは、弁体を収容するバルブボディと、弁体を駆動するモータと、モータが設けられたモータケーシングとを有し、モータケーシングは、弁体を収容するバルブボディから真空ポンプ側に突出して設けられている。そのような構成の場合、モータケーシングがポンプケーシングに干渉しないようにロータ外径を設定する必要がある。その結果、ロータ外形の大型化にも限界があり、排気システムの大流量化に十分対応しきれないという問題があった。
The vacuum valve attached to the vacuum chamber disclosed in
本発明の態様による排気システムは、バルブ吸気口およびバルブ排気口が形成されたバルブケーシング、前記バルブ吸気口と前記バルブ排気口との間の流路を開閉する弁体、および、前記弁体を開閉駆動する駆動部を有する真空バルブと、回転駆動されるロータ、および、前記バルブ排気口に接続される吸気口フランジが設けられ前記ロータと同軸に形成されるケーシングを有する真空ポンプと、を備え、前記ケーシングは、外径が前記吸気口フランジの外径よりも大きく、かつ、前記吸気口フランジの中心軸が前記ロータの中心軸に対して前記駆動部の方向に偏心している。
本発明の態様による真空ポンプは、前記真空排気システムに用いられる真空ポンプであって、回転駆動されるロータと、吸気口フランジが設けられ、前記ロータと同軸に形成されるケーシングと、を備え、前記ケーシングの外径が前記吸気口フランジの外径よりも大きく、かつ、前記吸気口フランジの中心軸が前記ロータの中心軸に対して偏心している。
The exhaust system according to the aspect of the present invention includes a valve casing in which a valve intake port and a valve exhaust port are formed, a valve body that opens and closes a flow path between the valve intake port and the valve exhaust port, and the valve body. A vacuum valve having a drive unit that opens and closes, a rotor that is driven to rotate, and a vacuum pump that has an intake flange connected to the valve exhaust port and has a casing formed coaxially with the rotor. The outer diameter of the casing is larger than the outer diameter of the intake port flange, and the central axis of the intake port flange is eccentric with respect to the central axis of the rotor in the direction of the drive unit.
The vacuum pump according to the aspect of the present invention is a vacuum pump used in the vacuum exhaust system, and includes a rotor that is driven to rotate and a casing provided with an intake flange and formed coaxially with the rotor. The outer diameter of the casing is larger than the outer diameter of the intake port flange, and the central axis of the intake port flange is eccentric with respect to the central axis of the rotor.
本発明によれば、真空バルブの駆動部と真空ポンプとの干渉を防止すると共に、排気システムの大型化を抑制しつつ大流量化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to prevent interference between the drive unit of the vacuum valve and the vacuum pump, and to increase the flow rate while suppressing the increase in size of the exhaust system.
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。図1は、排気システム1の一例を示す図である。排気システム1は、真空バルブ10と真空ポンプ20とを備えている。図1に示す排気システム1では、真空ポンプ20として磁気浮上式のターボ分子ポンプが用いられている。なお、図1では、真空バルブ10は外観を示し、真空ポンプ20については断面図とした。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an example of an
真空バルブ10は、弁体11が収納される弁体ケーシング13と、弁体11を開閉駆動するバルブモータ12が設けられている駆動部14とを備えている。駆動部14は、弁体ケーシング13のバルブ排気口131が形成されている側の外壁面から突出するように設けられている。弁体ケーシング13には、バルブ排気口131と、バルブ排気口131とは反対側に設けられたバルブ吸気口130が形成されている。バルブ吸気口130とバルブ排気口131とは、流路132により連通している。バルブモータ12により弁体11を開閉駆動すると、弁体11の流路132への挿入量、すなわち、バルブ開度が変化し、真空バルブ10のコンダクタンスが変化する。
The
真空ポンプ20は、真空バルブ10の排気側に設けられたバルブ排気口131に接続される。真空ポンプ20は、複数の回転翼段2Aおよびロータ円筒部2Bが形成されたポンプロータ2と、ロータ軸方向上下に並んだ複数の回転翼段2Aに対して交互に配設される複数の固定翼段4Aと、ロータ円筒部2Bの外周側に設けられるネジステータ4Bとを備える。ポンプロータ2をモータ7により高速回転すると、真空ポンプ20の吸気側から排気側へとガスが排気される。本実施の形態では、真空ポンプ20の吸気口フランジ80の中心軸J2は、ポンプロータ2の中心軸J1に対して偏心量Eだけ偏心している。
The
ポンプロータ2は、磁気軸受9a,9b,9cによって磁気浮上支持されるシャフト5に締結されている。シャフト5はモータ7によって回転駆動される。なお、磁気軸受9a〜9cが作動していない状態では、シャフト5はメカニカルベアリング3a,3bによって支持される。メカニカルベアリング3a,3b、磁気軸受9a〜9cおよびモータ7のモータステータは、ベース6に設けられている。ベース6には排気ポート60が設けられている。図示していないが、排気ポート60にはバックポンプが接続される。
The pump rotor 2 is fastened to a
ベース6には、ポンプロータ2および複数の固定翼段4Aが収容され、吸気口フランジ80を備えるポンプケーシング8が固定される。ポンプロータ2をモータ7により高速回転すると、複数の回転翼段2Aおよび固定翼段4Aで構成されるターボポンプ段の排気作用と、ロータ円筒部2Bおよびネジステータ4Bで構成されるドラッグポンプ段の排気作用とが発生する。その結果、真空バルブ10のバルブ吸気口130側から流路132を介して吸気口フランジ80に流入したガス分子は、破線矢印R1で示すような経路で真空ポンプ20の排気側へと排気され、排気ポート60に接続されたバックポンプ(不図示)によりポンプ外へと排気される。
A pump rotor 2 and a plurality of
図2は、図1のA矢視図である。また、図3は真空バルブ10のみを示す図であり、図2に示すA矢視図において真空ポンプ20を取り外した場合の図である。上述したように、駆動部14はバルブ排気口側の外壁面(底面)から真空ポンプ側に突出するように設けられており、真空バルブ10の駆動部14と真空ポンプ20のポンプケーシング8とが最も接近した箇所のギャップ寸法はGである。
FIG. 2 is a view taken along the arrow A of FIG. Further, FIG. 3 is a diagram showing only the
図3に示すように、駆動部14に設けられたバルブモータ12は、開度0%の位置と開度100%の位置との間で弁体11を所望の開度へと駆動する。真空バルブ10のバルブ吸気口130とバルブ排気口131とは同一呼び径のフランジ形式となっており、当然ながら、バルブ排気口131に接続される真空ポンプ20にも、バルブ排気口131と同一呼び径の吸気口フランジ80を有する真空ポンプが使用される。すなわち、バルブ吸気口130、バルブ排気口131および吸気口フランジ80は、同一の外径D1を有している。
As shown in FIG. 3, the
(吸気口フランジ80の偏心量E)
次いで、吸気口フランジ80の偏心について説明する。図4は比較例を示す図であり、図1に示した真空ポンプ20と異なる真空ポンプ20Cを真空バルブ10に接続した場合を示す。真空ポンプ20Cは、従来のターボ分子ポンプの場合と同様に、ポンプケーシング8Cの吸気口フランジ80がポンプロータ2Cと同軸となるように構成されている。なお、ポンプケーシング8Cの外径は、吸気口フランジ80の外径D1と同一とされている。そのため、ポンプケーシング8Cと真空バルブ10の駆動部14とのギャップ寸法は、図1の場合と同一寸法Gになっている。
(Eccentricity E of the intake flange 80)
Next, the eccentricity of the
本実施の形態の排気システム1は、例えば、半導体製造工程のドライエッチングやCVD等のプロセスチャンバの排気に用いられる。ターボ分子ポンプにおいては、一般に、タービン翼が形成されたポンプロータのロータ径が大きいほど排気速度および流量が大きい。一方で、真空バルブの吸気口および排気口の口径すなわちフランジ呼び径は、真空バルブが装着されるプロセスチャンバのフランジ呼び径によって決まってしまう。そのため、ターボ分子ポンプの吸気口フランジの呼び径を従来と同一としたまま、ターボ分子ポンプの大流量化を図る必要がある。
The
そのような対策の一つとして、図4に示すような、ロータ外径が吸気口フランジの内径よりも大きなポンプロータ2Cを有する真空ポンプ20C、すなわち、ポンプケーシング8Cの外径を吸気口フランジ80に近づくにつれて絞った形状の真空ポンプ20Cが知られている。弁体ケーシング13の排気口131側の外壁には、駆動部14が突出するように設けられている。
As one of such measures, as shown in FIG. 4, the vacuum pump 20C having the pump rotor 2C whose rotor outer diameter is larger than the inner diameter of the intake port flange, that is, the outer diameter of the
そのため、駆動部14と真空ポンプ20Cの吸気口フランジ80とのギャップ寸法を図1の場合と同様にGとした場合、ポンプケーシング8Cの外径は「D1+2G」以下に制限される。図4では、ポンプケーシング8Cの外径はD1に設定され、ポンプケーシング8Cと駆動部14との間にギャップGが形成されている。このように、図4に示す真空ポンプ20Cの場合、ポンプケーシング8Cの外径を「D1+2G」よりも大きくすることができないので、十分な大流量化を図ることができない。
Therefore, when the gap dimension between the
一方、図1に示す真空ポンプ20の場合には、ポンプロータ2およびポンプケーシング8の中心軸J1に対して、吸気口フランジ80の中心軸J2が駆動部14の方向に寸法Eだけ偏心している。言い換えると、ポンプロータ2およびポンプケーシング8の中心軸J1は、真空バルブ10のバルブ排気口131の中心軸J2に対して駆動部14の方向とは逆の方向に寸法Eだけ偏心している。ポンプケーシング8と駆動部14とのギャップ寸法はバルブ排気口131と駆動部14とのギャップ寸法と同一のGに設定されているので、ポンプケーシング8の外径D2は「D1+2E」である。ポンプケーシング8の外径D2は、最大「D1+2E+2G」とすることが可能である。
On the other hand, in the case of the
すなわち、図4に示す真空ポンプ20Cと比較して、ポンプケーシング8の外径D2を2Eだけより大きく設定することができ、より外径の大きなポンプロータ2を採用することで大流量化を図ることができる。この場合、必要とされる流量からポンプロータ2の外径が決まり、その外径に応じてポンプケーシング8が駆動部14と干渉しない偏心量Eを設定すれば良い。
That is, as compared with the vacuum pump 20C shown in FIG. 4, the outer diameter D2 of the pump casing 8 can be set larger than 2E by 2E, and the pump rotor 2 having a larger outer diameter is adopted to increase the flow rate. be able to. In this case, the outer diameter of the pump rotor 2 is determined from the required flow rate, and the eccentricity E that the pump casing 8 does not interfere with the
図5は、第2の比較例を示す図である。図5では、吸気口フランジ80の首下寸法を大きく設定して、吸気口フランジ80からポンプロータ2の上端までの距離を大きくし、ポンプケーシング8と駆動部14との干渉を防止するようにしている。しかし、第2の比較例の場合には、干渉を防止しつつ大流量化を図ることができても、排気システム1のポンプ軸方向の寸法が大きくなりすぎるという別の問題が生じてしまう。
FIG. 5 is a diagram showing a second comparative example. In FIG. 5, the dimension under the neck of the
上述した複数の例示的な実施の形態および変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。 It will be understood by those skilled in the art that the plurality of exemplary embodiments and modifications described above are specific examples of the following embodiments.
[1]一態様に係る排気システムは、バルブ吸気口およびバルブ排気口が形成されたバルブケーシング、前記バルブ吸気口と前記バルブ排気口との間の流路を開閉する弁体、および、前記弁体を開閉駆動する駆動部を有する真空バルブと、回転駆動されるロータ、および、前記バルブ排気口に接続される吸気口フランジが設けられ前記ロータと同軸に形成されるケーシングを有する真空ポンプと、を備え、前記ケーシングは、外径が前記吸気口フランジの外径よりも大きく、かつ、前記吸気口フランジの中心軸が前記ロータの中心軸に対して前記駆動部の方向に偏心している。 [1] The exhaust system according to one embodiment includes a valve casing in which a valve intake port and a valve exhaust port are formed, a valve body that opens and closes a flow path between the valve intake port and the valve exhaust port, and the valve. A vacuum valve having a drive unit that opens and closes the body, a rotor that is driven to rotate, and a vacuum pump that has a casing provided with an intake flange connected to the valve exhaust port and formed coaxially with the rotor. The outer diameter of the casing is larger than the outer diameter of the intake port flange, and the central axis of the intake port flange is eccentric with respect to the central axis of the rotor in the direction of the drive unit.
例えば、図1に示すように、ポンプケーシング8の外径D2が吸気口フランジ80の外径D1よりも大きく、かつ、吸気口フランジ80の中心軸J2をポンプロータ2の中心軸J1に対して駆動部14の方向に偏心させることで、ポンプケーシング8の外径D2が「D1+2G」よりも大きい場合であっても、ポンプケーシング8が駆動部14と干渉するのを防止することができる。ポンプケーシング8の外径D2を「D1+2G」よりも大きくできるので、より大きなポンプロータ2を採用することができ、真空バルブ10が同一であっても排気システム1の大流量化を図ることができる。
For example, as shown in FIG. 1, the outer diameter D2 of the pump casing 8 is larger than the outer diameter D1 of the
[2]上記[1]に記載の排気システムにおいて、前記駆動部は、前記バルブケーシングの前記バルブ排気口が形成されている外壁面から突出するように設けられ、前記吸気口フランジの外径をD1、前記ケーシングの外径をD2、前記バルブ排気口に接続された前記吸気口フランジと前記駆動部とのギャップをGとすると、前記吸気口フランジの中心軸の偏心量は、「(D2−D1)/2−G」よりも大きく「(D2−D1)/2」以下である。 [2] In the exhaust system according to the above [1], the drive unit is provided so as to project from the outer wall surface of the valve casing in which the valve exhaust port is formed, and has an outer diameter of the intake port flange. Assuming that D1, the outer diameter of the casing is D2, and the gap between the intake port flange connected to the valve exhaust port and the drive unit is G, the amount of eccentricity of the central axis of the intake port flange is "(D2- It is larger than "D1) / 2-G" and less than or equal to "(D2-D1) / 2".
例えば、図1の排気システム1において、偏心量Eは{(D2−D1)/2−G}<E≦{(D2−D1)/2}に設定される。図1は、E=(D2−D1)/2の場合を示したものである。駆動部14は、バルブ排気口131の外周よりも内側に設けられることはないので、偏心量Eは最大でも(D2−D1)/2であれば良く、それよりも大きく偏心させる必要はない。もちろん、偏心量Eが「(D2−D1)/2−G」以下であると、ポンプケーシング8が駆動部14に干渉する。
For example, in the
[3]上記[1]または[2]に記載の真空排気システムに用いられる真空ポンプであって、回転駆動されるロータと、吸気口フランジが設けられ、前記ロータと同軸に形成されるケーシングと、を備え、前記ケーシングの外径が前記吸気口フランジの外径よりも大きく、かつ、前記吸気口フランジの中心軸が前記ロータの中心軸に対して偏心している。 [3] A vacuum pump used in the vacuum exhaust system according to the above [1] or [2], the rotor being rotationally driven, and a casing provided with an intake flange and formed coaxially with the rotor. , The outer diameter of the casing is larger than the outer diameter of the intake port flange, and the central axis of the intake port flange is eccentric with respect to the central axis of the rotor.
例えば、図1に示すように真空ポンプ20の吸気口フランジ80の中心軸J2はポンプロータ2の中心軸J1に対して偏心しているので、真空ポンプ20を真空バルブ10のバルブ排気口131に装着する際に、吸気口フランジ80の中心軸J2に対してポンプロータ2の中心軸J1が駆動部14とは逆の方向に偏心するように固定することで、真空バルブ10に装着された真空ポンプ20のポンプケーシング8と駆動部14との干渉を避けることができる。
For example, as shown in FIG. 1, since the central axis J2 of the
なお、本発明はこれらの上述した内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。例えば、吸気口フランジが設けられたケーシングがポンプロータと同軸に構成される真空ポンプであれば、ターボ分子ポンプに限らず適用することができる。 The present invention is not limited to the above-mentioned contents. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention. For example, if the casing provided with the intake flange is a vacuum pump coaxial with the pump rotor, the application is not limited to the turbo molecular pump.
1…排気システム、13…弁体ケーシング、2,2C…ポンプロータ、8,8C…ポンプケーシング、10…真空バルブ、11…弁体、14…駆動部、20,20C…真空ポンプ、80…吸気口フランジ、130…バルブ吸気口、131…バルブ排気口、132…流路、D1,D2…外径、E…偏心量、J1,J2…中心軸 1 ... Exhaust system, 13 ... Valve body casing, 2,2C ... Pump rotor, 8,8C ... Pump casing, 10 ... Vacuum valve, 11 ... Valve body, 14 ... Drive unit, 20, 20C ... Vacuum pump, 80 ... Intake Mouth flange, 130 ... Valve intake port, 131 ... Valve exhaust port, 132 ... Flow path, D1, D2 ... Outer diameter, E ... Eccentricity, J1, J2 ... Central axis
Claims (3)
回転駆動されるロータ、および、前記バルブ排気口に接続される吸気口フランジが設けられ前記ロータと同軸に形成されるケーシングを有する真空ポンプと、を備え、
前記ケーシングは、外径が前記吸気口フランジの外径よりも大きく、かつ、前記吸気口フランジの中心軸が前記ロータの中心軸に対して前記駆動部の方向に偏心している、排気システム。 A vacuum valve having a valve casing in which a valve intake port and a valve exhaust port are formed, a valve body that opens and closes a flow path between the valve intake port and the valve exhaust port, and a drive unit that opens and closes the valve body. When,
A rotor driven by rotation and a vacuum pump provided with an intake flange connected to the valve exhaust port and having a casing formed coaxially with the rotor.
An exhaust system in which the outer diameter of the casing is larger than the outer diameter of the intake port flange, and the central axis of the intake port flange is eccentric with respect to the central axis of the rotor in the direction of the drive unit.
前記駆動部は、前記バルブケーシングの前記バルブ排気口が形成されている外壁面から前記真空ポンプ側に突出するように設けられ、
前記吸気口フランジの外径をD1、前記ケーシングの外径をD2、前記バルブ排気口に接続された前記吸気口フランジと前記駆動部とのギャップをGとすると、
前記吸気口フランジの中心軸の偏心量は、「(D2−D1)/2−G」よりも大きく「(D2−D1)/2」以下である、排気システム。 In the exhaust system according to claim 1,
The drive unit is provided so as to project toward the vacuum pump side from the outer wall surface of the valve casing in which the valve exhaust port is formed.
Assuming that the outer diameter of the intake port flange is D1, the outer diameter of the casing is D2, and the gap between the intake port flange connected to the valve exhaust port and the drive unit is G.
An exhaust system in which the amount of eccentricity of the central axis of the intake port flange is larger than "(D2-D1) / 2-G" and less than or equal to "(D2-D1) / 2".
回転駆動されるロータと、
吸気口フランジが設けられ、前記ロータと同軸に形成されるケーシングと、を備え、
前記ケーシングの外径が前記吸気口フランジの外径よりも大きく、かつ、前記吸気口フランジの中心軸が前記ロータの中心軸に対して偏心している、真空ポンプ。 A vacuum pump used in the exhaust system according to claim 1 or 2.
Rotationally driven rotor and
An intake flange is provided, and a casing formed coaxially with the rotor is provided.
A vacuum pump in which the outer diameter of the casing is larger than the outer diameter of the intake port flange, and the central axis of the intake port flange is eccentric with respect to the central axis of the rotor.
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