JP2022046347A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】断熱用に設けられた隙間に向かうガスの流れ（ガス分子の数）を少なくして、隙間に堆積する副生成物の量を減らし、メンテナンスを必要とする間隔を延ばして生産性を向上させることができる真空ポンプを提供する。【解決手段】吸気口１０１と排気口１３３を有する外筒１２７と、外筒１２７の内側に、回転自在に支持されたロータ軸１１３と、ロータ軸１１３と共に回転可能な複数段の回転翼１０２と、外筒に対して固定され、かつ、複数段の回転翼１０２間に配置される複数段の固定翼１２３と、複数段の固定翼１２３を所定間隔に保持する冷却側ステータ１１０Ａ及び加熱側ステータ１１０Ｂと、を備え、冷却側ステータ１１０Ａと加熱側ステータ１１０Ｂとの間を断熱する所定幅の隙間１１４の開口部１１４Ａを、回転体１０３の軸方向において回転翼１０２の外周面と対向しない位置に設けた。【選択図】図１

Description

本発明は真空ポンプに関するものであり、特に、真空ポンプ内にガスが固化して生成される堆積物（通称「デポ」という）等が隙間に堆積する量を減らすことができる真空ポンプに関するものである。

近年、被処理基板であるウエハから半導体素子を形成するプロセスにおいて、ウエハを、高真空に保持された半導体製造装置の処理室内で処理して、製品の半導体素子を作る方法が取られている。ウエハを真空室で加工処理する半導体製造装置では、高真空度を達成して保持するためにターボ分子ポンプ部及びネジ溝ポンプ部などを備えた真空ポンプが用いられている。

ターボ分子ポンプ部は、ケーシングの内部に、薄い金属製の回転可能な回転翼とケーシングに固定された固定翼を有している。そして、回転翼を、例えば数百ｍ／秒の高速で運転させ、吸気口側から入って来る加工処理に用いたプロセスガスをポンプ内部で圧縮して排気口側から排気するようにしている。

ところで、真空ポンプの吸気口側より取り込まれたプロセスガスの分子は、吸気された直後は高温で、真空ポンプ内で回転翼の回転に伴う排気口側への移動に伴う圧縮過程で冷却される。プロセスガスが冷却されると固体化し、固体化された副生成物が固定翼や外筒（ケーシング）内面等に付着されてデポとして堆積する。副生成物としては、塩素系や硫化フッ素系のガスが一般的である。これらのガスは、真空度が低くなり、圧力が高くなるほど昇華温度が高くなり、真空ポンプ内部にガスが固化して堆積しやすくなる。反応生成物が真空ポンプ内部に堆積すると、反応生成物の流路を狭めて真空ポンプの圧縮性能、排気性能が低下する虞がある。一方、回転翼や固定翼にアルミニウムやステンレス材等を使用している気体移送部では、余り高い温度になると、回転翼や固定翼の強度が低下して運転中に破断を起す虞がある。また、真空ポンプ内に設けられた電装品やロータを回転させる電動モータは、温度が高くなると所望の性能を発揮しない虞等がある。そのため、真空ポンプは所定の温度を維持するように温度制御が必要となる。

そこで、反応生成物が堆積するのを抑制する真空ポンプとして、ステータの周囲に冷却装置又は加熱装置を設けてガス流路内の温度を制御し、ガス流路内のガスが固化することなく移送できるようにした構造も知られている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、真空ポンプ内の吸入されたガスは、真空度が増して圧力が高くなるほど昇華温度が高くなり、真空ポンプ内部にガスが固化して堆積しやすくなるという特性がある。一方、回転翼や固定翼等で構成される気体移送部は、余り高い温度になると強度が低下する問題や、真空ポンプ内の電装品や電動モータの性能に悪い影響を与えることがある。したがって、真空ポンプ内の電装品や電動モータの性能に悪い影響を与えずに、また、気体移送部の強度を低下させることなく、真空ポンプを正常に運転させながら真空ポンプ内部におけるガスの固化を抑制できるように温度制御を行うことが好ましい。

そこで、例えば図９及び図１０に示す真空ポンプ１０のように、冷却を必要とする冷却範囲内に配置される冷却側ステータ１７Ａを有した上段群気体移送部１１と加熱を必要とする加熱範囲内に配置される加熱側ステータ１７Ｂを有した下段気体移送部１２とに分け、冷却側ステータ１７Ａと加熱側ステータ１７Ｂとの間に隙間１５を設けて、冷却側ステータ１７Ａと加熱側ステータ１７Ｂをそれぞれ独立化させ、上段群気体移送部１１の温度と下段気体移送部１２の温度が互いに影響し合わないようにしている。なお、冷却側ステータ１７Ａと加熱側ステータ１７Ｂとの間は、固定翼スペーサ１４をボルト１９で押さえて位置決めをしている。

特開平１０－２０５４８６号公報

冷却側ステータ１７Ａと加熱側ステータ１７Ｂとの間を、ボルト１９で押さえて位置決めする構造にあっては、ボルト１９を締め付ける力の大きさや、締め付けによるＯリング１８の変形量、又は固定翼スペーサ１４の種類等によって、冷却側ステータ１７Ａと加熱側ステータ１７Ｂとの間の隙間１５の大きさ（軸方向における寸法）が変わる。そして、隙間１５が、回転翼１６の半径方向周面と対向した状態で位置決めされた場合、回転翼１６が回転するときに、回転翼１６により、接線方向及び下流方向に移送されたプロセスガスの分子は、隙間１５内に向かい易くなる（ガス分子の数が増える）。そして、隙間１５内に入ったガスは、冷却側ステータ１７Ａによって冷却され、隙間１５内で固体化し、副生成物として堆積する。この堆積物は、隙間１５の幅を狭めて断熱効果を低下させ、ポンプ内温度分布を変化させる。したがって、定期的に真空ポンプ１０を分解する等して、隙間１５に溜まった堆積物を取り除く、メンテナンス作業が必要になる。このメンテナンス作業により、生産性が悪いという問題点があった。

そこで、断熱用に設けられた隙間に向かうガスの流れ（ガス分子の数）を少なくして、隙間に堆積する副生成物の量を減らし、メンテナンス作業を必要とする間隔を延ばして生産性を向上させることができる真空ポンプを提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載の発明は、吸気口と排気口を有するケーシングと、前記ケーシングの内側に、回転自在に支持されたロータ軸と、前記ロータ軸と共に回転可能な複数段の回転翼と、前記ケーシングに対して固定され、かつ、前記複数段の回転翼間に配置される複数段の固定翼と、前記複数段の固定翼を所定間隔に保持する冷却側ステータ及び加熱側ステータと、を備えた真空ポンプであって、前記冷却側ステータと前記加熱側ステータとの間を断熱する所定幅の隙間の開口部を、前記ロータ軸の軸方向において前記回転翼の外周面と対向しない位置に設けた、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、冷却側ステータと加熱側ステータとの間を断熱するための所定幅の隙間の開口部を、ロータ軸の軸方向において回転翼の外周面と対向しない位置に設けている。したがって、回転翼の回転による遠心力で、ガスの一部がステータの内周面に向かって飛ばされても、隙間の開口部は、回転翼の外周面とは対向しないずれた位置に設けているので、隙間の開口に入り込む量も極めて少なく、隙間内に堆積する堆積物の量を減らすことができる。これにより、メンテナンス作業を必要とする間隔を延ばすことができ、生産性の向上に寄与する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記隙間の形状は、前記軸方向と垂直な径方向の外側に向かって水平に延びる第１の隙間部分と、前記第１の隙間部分の外端から更に前記径方向の外側、かつ、前記軸方向の下流側に沿って延びる第２の隙間部分を有する、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、開口部から第１の隙間部分に入り込んだプロセスガスが、更に奥へ進もうとしたとき、次の第２の隙間部分の壁に一度ぶつかるので、その壁が、隙間内に向かう流れの抵抗となる。これにより、開口部から隙間内に入り込むプロセスガスの量を減らして、プロセスガスで生成される堆積物の量を更に少なくすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、前記隙間の形状は、前記軸方向の下流側に沿って延びる第３の隙間部分を有する、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、開口部からプロセスガスが隙間内に入り込もうしたとき、開口部を入って直ぐの正面の処に、下側に向かう第３の隙間部分が壁となってぶつかり、プロセスガスが隙間内に向かう流れの抵抗となる。これにより、開口部から隙間内に入り込むプロセスガスの量を減らして、プロセスガスで生成される堆積物の量を更に少なくすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３までのいずれか１項に記載の構成において、前記隙間の形状は、前記軸方向と垂直な径方向の外側、かつ、前記軸方向の上流側に延びる第４の隙間部分を有する、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、隙間の縦断面の形状が、軸方向と垂直な径方向の外側、かつ、軸方向の上流側に延びる第４の隙間部分を有している。したがって、開口部から隙間内に入ったプロセスガスは、一度第４の隙間部分とぶつかり、プロセスガスが隙間内に向かう流れの抵抗となる。これにより、開口部から隙間内に入り込むプロセスガスの量を減らし、プロセスガスで生成される堆積物の量を更に少なくすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４までのいずれか１項に記載の構成において、前記隙間の形状は、前記開口部の上部に、前記開口部よりも前記ケーシングの内側に向かって突き出している軒部を有する、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、隙間の縦断面の形状が、ケーシングを軸方向に縦断面したとき、ケーシング内周面に形成される隙間の開口部の上部に、開口部よりもケーシングの内側に向かって突き出している軒部を設けているので、上流側から流れて来るプロセスガスは軒部に流れが制御されて、隙間の開口部の方向には進まずに、開口部とは異なる下流側に向かわせることができる。これにより、開口部から隙間内に入り込むプロセスガスの量を減らして、プロセスガスで生成される堆積物の量を更に少なくすることができる。

発明によれば、断熱用に設けられた隙間内に入り込むプロセスガスの量を減らして、プロセスガスで生成される堆積物が、隙間内に堆積する量を減らすことができる。これにより、隙間内の堆積物を取り除くメンテナンス作業を必要とする間隔を延ばして、生産性を向上させることができる。
また、隙間の断熱効果も向上して、真空ポンプ内に設けられた電装品やロータを回転させる電動モータの性能に悪い影響をあたえることのない範囲、及び、ロータやステータの強度低下に影響を与えない範囲で、温度を細かく制御することが可能になる。
また、プロセスガスの固化を制御しながら真空ポンプの正常運転を実現できる。

本発明の実施の形態に係る真空ポンプの実施例として示すターボ分子ポンプの縦断面図である。 同上ターボ分子ポンプにおけるアンプ回路の一例を示す図である。 同上ターボ分子ポンプにおけるアンプ回路で検出した電流指令値が検出値より大きい場合の一制御例を示すタイムチャートである。 同上ターボ分子ポンプにおけるアンプ回路で検出した電流指令値が検出値より小さい場合の一制御例を示すタイムチャートである。 図１に示すターボ分子ポンプの一部拡大断面図で、（ａ）は図１のＡ部の拡大図、（ｂ）は隙間の形状を説明するための更に一部を拡大した断面図である。 本発明の一変形例を示し、（ａ）は図１のＡ部に相当する部分拡大図、（ｂ）は隙間の形状を説明するための更に（ａ）の一部を拡大した断面図である。 本発明の他の変形例を示し、（ａ）は図１のＡ部に相当する部分拡大図、（ｂ）は隙間の形状を説明するための更に（ａ）の一部を拡大した断面図である。 本発明の更に他の変形例を示し、（ａ）は図１のＡ部に相当する部分拡大図、（ｂ）は隙間の形状を説明するための更に（ａ）の一部を拡大した断面図である。 従来における真空ポンプの一例として示すターボ分子ポンプの縦断面図である。 図９のＢ部に相当する部分拡大図である。

本発明は、断熱用に設けられた隙間に向かうガスの流れ（ガス分子の数）を少なくして、隙間に堆積する副生成物の量を減らし、メンテナンス作業を必要とする間隔を延ばして生産性を向上させることができる真空ポンプを提供するという目的を達成するために、吸気口と排気口を有するケーシングと、前記ケーシングの内側に、回転自在に支持されたロータ軸と、前記ロータ軸と共に回転可能な複数段の回転翼と、
前記ケーシングに対して固定され、かつ、前記複数段の回転翼間に配置される複数段の固定翼と、前記複数段の固定翼を所定間隔に保持する加熱側ステータ及び冷却側ステータと、を備えた真空ポンプであって、前記加熱側ステータと前記冷却側ステータとの間を断熱する所定幅の隙間の開口部を、前記ロータ軸の軸方向において前記回転翼の外周面と対向しない位置に設けた、ことにより実現した。

以下、本発明の実施形態に係る一実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

また、以下の説明において、上下や左右等の方向を示す表現は、絶対的なものではなく、本発明のターボ分子ポンプの各部が描かれている姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。また、実施例の説明の全体を通じて同じ要素には同じ符号を付している。

図１は本発明に係る真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ１００の一実施例を示すもので、図１はその縦断面図である。

図１において、ターボ分子ポンプ１００は、円筒状のハウジングとしての外筒１２７の上端に吸気口１０１が形成されている。外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードである複数の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）を周部に放射状かつ多段に形成した回転体１０３が備えられている。この回転体１０３の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、例えば５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。

上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石がＸ軸とＹ軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石１０４の近接に、かつ上側径方向電磁石１０４のそれぞれに対応されて４個の上側径方向センサ１０７が備えられている。上側径方向センサ１０７は、例えば伝導巻線を有するインダクタンスセンサや渦電流センサなどが用いられ、ロータ軸１１３の位置に応じて変化するこの伝導巻線のインダクタンスの変化に基づいてロータ軸１１３の位置を検出する。この上側径方向センサ１０７はロータ軸１１３、すなわちそれに固定された回転体１０３の径方向変位を検出し、図示せぬ制御装置に送るように構成されている。

この制御装置においては、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、上側径方向センサ１０７によって検出された位置信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４の励磁制御指令信号を生成し、図２に示すアンプ回路１５０（後述する）が、この励磁制御指令信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４を励磁制御することで、ロータ軸１１３の上側の径方向位置が調整される。

そして、このロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄、ステンレスなど）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。また、下側径方向電磁石１０５及び下側径方向センサ１０８が、上側径方向電磁石１０４及び上側径方向センサ１０７と同様に配置され、ロータ軸１１３の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。

さらに、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディスク１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ１０９が備えられ、その軸方向位置信号が制御装置に送られるように構成されている。

そして、制御装置において、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、軸方向センサ１０９によって検出された軸方向位置信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂのそれぞれの励磁制御指令信号を生成し、アンプ回路１５０が、これらの励磁制御指令信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂをそれぞれ励磁制御することで、軸方向電磁石１０６Ａが磁力により金属ディスク１１１を上方に吸引し、軸方向電磁石１０６Ｂが金属ディスク１１１を下方に吸引し、ロータ軸１１３の軸方向位置が調整される。

このように、制御装置は、この軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。なお、これら上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０については、後述する。

一方、モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、制御装置によって制御されている。また、モータ１２１には図示しない例えばホール素子、レゾルバ、エンコーダなどの回転速度センサが組み込まれており、この回転速度センサの検出信号によりロータ軸１１３の回転速度が検出されるようになっている。

さらに、例えば下側径方向センサ１０８近傍に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸１１３の回転の位相を検出するようになっている。制御装置では、この位相センサと回転速度センサの検出信号を共に用いて磁極の位置を検出するようになっている。

回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）が配設されている。回転翼１０２は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。

また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の段と互い違いに配設されている。そして、固定翼１２３の外周端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５（１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・）の間に嵌挿された状態で支持されている。

固定翼スペーサ１２５はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。固定翼スペーサ１２５の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒１２７が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設されている。ベース部１２９には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。チャンバ側から吸気口１０１に入ってベース部１２９に移送されてきた排気ガスは、排気口１３３へと送られる。

さらに、ターボ分子ポンプ１００の用途によって、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間には、ネジ付スペーサ１３１が配設される。ネジ付スペーサ１３１は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。ネジ溝１３１ａの螺旋の方向は、回転体１０３の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口１３３の方へ移送される方向である。回転体１０３の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）に続く最下部には円筒部１０２Ｅが垂下されている。この円筒部１０２Ｅの外周面は、円筒状で、かつネジ付スペーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ付スペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。回転翼１０２および固定翼１２３によってネジ溝１３１ａに移送されてきた排気ガスは、ネジ溝１３１ａに案内されつつベース部１２９へと送られる。

ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ１００の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。ベース部１２９はターボ分子ポンプ１００を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。

かかる構成において、回転翼１０２がロータ軸１１３と共にモータ１２１により回転駆動されると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気口１０１を通じてチャンバから排気ガスが吸気される。吸気口１０１から吸気された排気ガスは、回転翼１０２と固定翼１２３の間を通り、ベース部１２９へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼１０２に接触する際に生ずる摩擦熱や、モータ１２１で発生した熱の伝導などにより、回転翼１０２の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子などによる伝導により固定翼１２３側に伝達される。

固定翼スペーサ１２５は、外周部で互いに接合しており、固定翼１２３が回転翼１０２から受け取った熱や排気ガスが固定翼１２３に接触する際に生ずる摩擦熱などを外部へと伝達する。

なお、上記では、ネジ付スペーサ１３１は回転体１０３の円筒部１０２Ｅの外周に配設し、ネジ付スペーサ１３１の内周面にネジ溝１３１ａが刻設されているとして説明した。しかしながら、これとは逆に円筒部１０２Ｅの外周面にネジ溝が刻設され、その周囲に円筒状の内周面を有するスペーサが配置される場合もある。

また、ターボ分子ポンプ１００の用途によっては、吸気口１０１から吸引されたガスが上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７、モータ１２１、下側径方向電磁石１０５、下側径方向センサ１０８、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂ、軸方向センサ１０９などで構成される電装部に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム１２２で覆われ、このステータコラム１２２内はパージガスにて所定圧に保たれる場合もある。

この場合には、ベース部１２９には図示しない配管が配設され、この配管を通じてパージガスが導入される。導入されたパージガスは、保護ベアリング１２０とロータ軸１１３間、モータ１２１のロータとステータ間、ステータコラム１２２と回転翼１０２の内周側円筒部の間の隙間を通じて排気口１３３へ送出される。

ここに、ターボ分子ポンプ１００は、機種の特定と、個々に調整された固有のパラメータ（例えば、機種に対応する諸特性）に基づいた制御を要する。この制御パラメータを格納するために、上記ターボ分子ポンプ１００は、その本体内に電子回路部１４１を備えている。電子回路部１４１は、ＥＥＰ－ＲＯＭ等の半導体メモリ及びそのアクセスのための半導体素子等の電子部品、それらの実装用の基板１４３等から構成される。この電子回路部１４１は、ターボ分子ポンプ１００の下部を構成するベース部１２９の例えば中央付近の図示しない回転速度センサの下部に収容され、気密性の底蓋１４５によって閉じられている。

ところで、半導体の製造工程では、チャンバに導入されるプロセスガスの中には、その圧力が所定値よりも高くなり、或いは、その温度が所定値よりも低くなると、固体となる性質を有するものがある。ターボ分子ポンプ１００内部では、排気ガスの圧力は、吸気口１０１で最も低く排気口１３３で最も高い。プロセスガスが吸気口１０１から排気口１３３へ移送される途中で、その圧力が所定値よりも高くなったり、その温度が所定値よりも低くなったりすると、プロセスガスは、固体状となり、ターボ分子ポンプ１００内部に付着して堆積する。

例えば、Ａｌエッチング装置にプロセスガスとしてＳｉＣｌ４が使用された場合、低真空（７６０［ｔｏｒｒ］～１０－２［ｔｏｒｒ］）かつ、低温（約２０［℃］）のとき、固体生成物（例えばＡｌＣｌ３）が析出し、ターボ分子ポンプ１００内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。これにより、ターボ分子ポンプ１００内部にプロセスガスの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭め、ターボ分子ポンプ１００の性能を低下させる原因となる。そして、前述した生成物は、排気口付近やネジ付スペーサ１３１付近の圧力が高い部分で凝固、付着し易い状況にあった。

そのため、この問題を解決するために、従来はベース部１２９等の外周に図示しないヒータや環状の水冷管１４９を巻着させ、かつ例えばベース部１２９に図示しない温度センサ（例えばサーミスタ）を埋め込み、この温度センサの信号に基づいてベース部１２９の温度を一定の高い温度（設定温度）に保つようにヒータの加熱や水冷管１４９による冷却の制御（以下ＴＭＳという。ＴＭＳ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が行われている。

次に、このように構成されるターボ分子ポンプ１００に関して、その上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０について説明する。このアンプ回路１５０の回路図を図２に示す。

図２において、上側径方向電磁石１０４等を構成する電磁石巻線１５１は、その一端がトランジスタ１６１を介して電源１７１の正極１７１ａに接続されており、また、その他端が電流検出回路１８１及びトランジスタ１６２を介して電源１７１の負極１７１ｂに接続されている。そして、トランジスタ１６１、１６２は、いわゆるパワーＭＯＳＦＥＴとなっており、そのソース－ドレイン間にダイオードが接続された構造を有している。

このとき、トランジスタ１６１は、そのダイオードのカソード端子１６１ａが正極１７１ａに接続されるとともに、アノード端子１６１ｂが電磁石巻線１５１の一端と接続されるようになっている。また、トランジスタ１６２は、そのダイオードのカソード端子１６２ａが電流検出回路１８１に接続されるとともに、アノード端子１６２ｂが負極１７１ｂと接続されるようになっている。

一方、電流回生用のダイオード１６５は、そのカソード端子１６５ａが電磁石巻線１５１の一端に接続されるとともに、そのアノード端子１６５ｂが負極１７１ｂに接続されるようになっている。また、これと同様に、電流回生用のダイオード１６６は、そのカソード端子１６６ａが正極１７１ａに接続されるとともに、そのアノード端子１６６ｂが電流検出回路１８１を介して電磁石巻線１５１の他端に接続されるようになっている。そして、電流検出回路１８１は、例えばホールセンサ式電流センサや電気抵抗素子で構成されている。

以上のように構成されるアンプ回路１５０は、一つの電磁石に対応されるものである。そのため、磁気軸受が５軸制御で、電磁石１０４、１０５、１０６Ａ、１０６Ｂが合計１０個ある場合には、電磁石のそれぞれについて同様のアンプ回路１５０が構成され、電源１７１に対して１０個のアンプ回路１５０が並列に接続されるようになっている。

さらに、アンプ制御回路１９１は、例えば、制御装置の図示しないディジタル・シグナル・プロセッサ部（以下、ＤＳＰ部という）によって構成され、このアンプ制御回路１９１は、トランジスタ１６１、１６２のｏｎ／ｏｆｆを切り替えるようになっている。

アンプ制御回路１９１は、電流検出回路１８１が検出した電流値（この電流値を反映した信号を電流検出信号１９１ｃという）と所定の電流指令値とを比較するようになっている。そして、この比較結果に基づき、ＰＷＭ制御による１周期である制御サイクルＴｓ内に発生させるパルス幅の大きさ（パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２）を決めるようになっている。その結果、このパルス幅を有するゲート駆動信号１９１ａ、１９１ｂを、アンプ制御回路１９１からトランジスタ１６１、１６２のゲート端子に出力するようになっている。

なお、回転体１０３の回転速度の加速運転中に共振点を通過する際や定速運転中に外乱が発生した際等に、高速かつ強い力での回転体１０３の位置制御をする必要がある。そのため、電磁石巻線１５１に流れる電流の急激な増加（あるいは減少）ができるように、電源１７１としては、例えば５０Ｖ程度の高電圧が使用されるようになっている。また、電源１７１の正極１７１ａと負極１７１ｂとの間には、電源１７１の安定化のために、通常コンデンサが接続されている（図示略）。

かかる構成において、トランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにすると、電磁石巻線１５１に流れる電流（以下、電磁石電流ｉＬという）が増加し、両方をｏｆｆにすると、電磁石電流ｉＬが減少する。

また、トランジスタ１６１、１６２の一方をｏｎにし他方をｏｆｆにすると、いわゆるフライホイール電流が保持される。そして、このようにアンプ回路１５０にフライホイール電流を流すことで、アンプ回路１５０におけるヒステリシス損を減少させ、回路全体としての消費電力を低く抑えることができる。また、このようにトランジスタ１６１、１６２を制御することにより、ターボ分子ポンプ１００に生じる高調波等の高周波ノイズを低減することができる。さらに、このフライホイール電流を電流検出回路１８１で測定することで電磁石巻線１５１を流れる電磁石電流ｉＬが検出可能となる。

すなわち、検出した電流値が電流指令値より小さい場合には、図３に示すように制御サイクルＴｓ（例えば１００μｓ）中で１回だけ、パルス幅時間Ｔｐ１に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、正極１７１ａから負極１７１ｂへ、トランジスタ１６１、１６２を介して流し得る電流値ｉＬｍａｘ（図示せず）に向かって増加する。

一方、検出した電流値が電流指令値より大きい場合には、図４に示すように制御サイクルＴｓ中で１回だけパルス幅時間Ｔｐ２に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｆｆにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、負極１７１ｂから正極１７１ａへ、ダイオード１６５、１６６を介して回生し得る電流値ｉＬｍｉｎ（図示せず）に向かって減少する。

そして、いずれの場合にも、パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２の経過後は、トランジスタ１６１、１６２のどちらか１個をｏｎにする。そのため、この期間中は、アンプ回路１５０にフライホイール電流が保持される。

ところで、ケーシングとしての外筒１２７内においては、冷却を必要とする冷却範囲内に配置した冷却側ステータ１１０Ａ（固定翼１２３ａ～１２３ｆ）及び冷却側回転翼１０２Ａ（回転翼１０２ａ～１０２ｇ）を有する上段群気体移送部と、加熱を必要とする加熱範囲内に配置した加熱側ステータ１１０Ｂ（固定翼１２３ｈ～１２３ｊ）及び冷却側回転翼１０２Ｂ（回転翼１０２ｈ～１０２ｋ）を有する下段群気体移送部とでなる。そして、冷却側ステータ１１０Ａと加熱側ステータ１１０Ｂの間にＯリング１１２を配設して、冷却側ステータ１１０Ａと加熱側ステータ１１０Ｂの間を所定量離して隙間１１４を設けることにより、冷却側ステータ１１０Ａと加熱側ステータ１１０Ｂをそれぞれ独立化させ、冷却側ステータ１１０Ａの温度と加熱側ステータ１１０Ｂの温度が互いに影響し合わないようにしている。なお、冷却側ステータ１１０Ａと加熱側ステータ１１０Ｂとの間は、固定翼スペーサ１２５をボルト１１５で押さえて位置決めをしている。また、図１中の符号１５２は、冷却側ステータ１１０Ａ側の温度を検出する温度センサ、符号１５３は、加熱側ステータ１１０Ｂ側の温度を検出する温度センサ、符号１５４は加熱側ステータ１１０Ｂを加熱するためのヒータ、符号１５５は冷却側ステータ１１０Ａを冷却する冷却管である。

一方、冷却側ステータ１１０Ａと加熱側ステータ１１０Ｂの間の隙間１１４の開口部１１４Ａと近接する上段群気体移送部の冷却側の回転翼１０２ｇと下段群気体移送部の加熱側の回転翼１０２ｈとの間は、冷却側の回転翼１０２ｇの外周面と加熱側の回転翼１０２ｈの外周面のどちらも、隙間１１４の開口部１１４Ａと真っ正面から向き合わないように、回転翼１０２ｇと回転翼１０２ｈの位置をそれぞれ開口部１１４Ａに対して軸方向、すなわち上下方向にずらし、回転翼１０２ｇと回転翼１０２ｈとの間に距離Ｓの隙間を設けている。その距離Ｓは、冷却側ステータ１１０Ａと加熱側ステータ１１０Ｂとの間を、ボルト１１５で押さえて位置決めした際、冷却側ステータ１１０Ａ又は加熱側ステータ１１０Ｂのいずれか一方あるいは両方が軸方向に移動しても、隙間１１４の開口部１１４Ａと真っ正面から向き合わないだけの大きさを確保するのが好ましい。
また、開口部１１４Ａの好ましい位置としては、回転翼１０２ｇと回転翼１０２ｈによるプロセスガスの分子の移動を考慮し、回転翼１０２ｇと回転翼１０２ｈの軸方向距離の略中央が考えられる。ただし、開口部１１４Ａの位置は略中央に限定されず、例えば、回転翼１０２ｇによるプロセスガスの分子の移動を重視し、略中央位置から下流側にあってもよい。

また、隙間１１４における開口部１１４Ａの幅の大きさ（軸方向の寸法）は、プロセスガスの分子が他の分子に衝突して進路を変えられることなく進むことのできる距離の平均値である平均自由行程や、断熱効果等を考慮して、分子ができるだけ入り込みにくい所定幅の大きさに設定される。例えば、隙間１１４および開口部１１４Ａの大きさとしては、０．１ｍｍから２．０ｍｍであり、より好ましくは、０．５ｍｍから１．０ｍｍが考えられる。

なお、本実施例の構造では、図５に図１のＡ部を拡大して示しているように、ケーシングである外筒１２７を軸方向に縦断面したときにおける、隙間１１４の縦断面の形状は、開口部１１４Ａから軸方向と垂直な径方向の外側に向かって水平に延びる第１の隙間部分としての水平隙間部分１１４ａと、水平隙間部分１１４ａの外側端から更に径方向の外側、かつ、軸方向の下流側に沿って斜め下側に延びる傾斜した第２の隙間部分としての傾斜隙間部分１４ｂとを一体に有して、開口部１１４Ａから逆Ｌ字状に形成された部分を有する構造とした。以下の説明では、軸方向の上流側とは吸気口１０１側で、軸方向の下流側とは排気口１３３側とする。また、軸方向とは、ロータ軸１１３の軸線方向で、径方向とは軸線に対して垂直な方向、すなわち外筒１２７の径方向である。

この実施例のように構成された真空ポンプ１０では、冷却側ステータ１１０Ａと加熱側ステータ１１０Ｂとの間を断熱している所定幅の隙間１１４の開口部１４Ａを、回転体１０３の軸方向において回転翼１０２（回転翼１０２ｇと回転翼１０２ｈ）の外周面と対向しない、軸方向にずれた位置に設けている。したがって、回転翼１０２の回転による遠心力で、プロセスガスの一部が、円筒部１０２Ｅの冷却側ステータ１１０Ａと加熱側ステータ１１０Ｂの内周面に向かって飛ばされても、隙間１１４の開口部１１４Ａに入り込むプロセスガスの量も極めて少なく、隙間１１４内に堆積する堆積物の量を減らすことができる。これにより、隙間１１４内に堆積した堆積物等を除去するためのメンテナンス作業を必要とする間隔を延ばすことができ、生産性の向上に寄与することになる。

なお、図１及び図５に示す実施例では、ケーシングである外筒１２７を軸方向に断面したときの、隙間１１４の縦断面の形状を、開口部１１４Ａから外側に向かって水平に延びる水平隙間部分１１４ａと、水平隙間部分１１４ａの外端から更に径方向の外側、かつ、軸方向の下流側に沿って斜めに延びる傾斜した傾斜隙間部分１１４ｂとを一体に設けて、概略逆Ｌ字状に形成してなる構造を示した。

この図１及び図５に示す構造では、開口部１１４Ａから水平隙間部分１１４ａ内に入ると、次に水平隙間部分１１４ａの外側端から外側に向かって斜め下側に折れ曲がって延びる傾斜した傾斜隙間部分１１４ｂがあるので、開口部１１４Ａから水平隙間部分１１４ａに入って、次に傾斜隙間部分１１４ｂに流れ込むとき、傾斜隙間部分１１４ｂが壁となってぶつかり、プロセスガスが更に内側に向かう流れの抵抗となる。これにより、開口部１１４Ａから隙間１１４内に入り込むプロセスガスの量を減らし、プロセスガスで生成される堆積物の量を更に少なくすることができる。

なお、隙間１１４の構造は、図１及び図５に示す構造に限ることなく、例えば、図６、図７、図８に示すような構造にしてもよい。また、傾斜隙間部分１１４ｂは、水平隙間部分１１４ａの外端から更に径方向の外側、かつ、軸方向の上流側に沿って斜め上側に向かって延びる隙間部分としてもよい。

図６に示す隙間１１４の構造では、ケーシングである外筒１２７を軸方向に断面したときの、隙間１１４の縦断面の形状を、開口部１１４Ａを入ると直ぐに軸方向の下流側に向かう第３の隙間部分としての垂直隙間部分１１４ｃと、垂直隙間部分１１４ｃの下端から径方向の外側に向かって水平に延びる水平隙間部分１１４ａを一体に設けて、開口部１１４Ａから略Ｉ字状に形成している部分を有する構造にしている。

この図６の構造では、隙間１１４の断面形状を略Ｉ字状に形成することにより、開口部１１４Ａからプロセスガスが隙間１１４内に入り込もうとしたとき、開口部１１４Ａを入って直ぐの正面の処に、軸方向の下流側に向かう垂直隙間部分１１４ｃの壁が存在するので、その壁が、プロセスガスが内側に向かう流れの抵抗となる。これにより、開口部１１４Ａから隙間１１４内に入り込むプロセスガスの量を減らし、同時に、堆積物ができる量を更に少なくすることができる。なお、垂直隙間部分１１４ｃは、開口部１１４Ａを入ると直ぐに軸方向の下流側に向かう構造にしているが、反対に、開口部１１４Ａを入ると直ぐに軸方向の上流側に向かう構造にしてもよい。

図７に示す隙間１１４の構造では、ケーシングである外筒１２７を軸方向に断面したときの、隙間１１４の縦断面の形状を、開口部１１４Ａを入ると直ぐに、開口部１１Ａから軸方向と垂直な径方向の外側、かつ、軸方向の上流側に向かって斜めに延びる第４の隙間部分としての傾斜隙間部分１１４ｄと、傾斜隙間部分１１４ｄの外端から軸方向の下流側に向かって斜めに延びる第５の隙間部分としての傾斜隙間部分１１４ｅとを一体に設けて、開口部１１４Ａから略逆Ｖ字状に形成している部分を有する構造にしている。

この図７の構造では、開口部１１４Ａから傾斜隙間部分１１４ｄ内に入ると直ぐに、外側斜め上方に昇るので、開口部１１４Ａから傾斜隙間部分１１４ｄ内に入ったプロセスガスは、外側斜め上方に傾斜している傾斜隙間部分１１４ｄが壁となってぶつかり、プロセスガスが内側に向かう流れの抵抗となる。これにより、開口部１１４Ａから隙間１１４内に入り込むプロセスガスの量を減らし、プロセスガスで生成される堆積物の量を更に少なくすることができる。

なお、図７の構成では、開口部１１４Ａから軸方向と垂直な径方向の外側、かつ、軸方向の上流に向かって斜めに延びる傾斜隙間部分１１４ｄと、傾斜隙間部分１１４ｄの外端から軸方向の下流側に向かって斜めに延びる傾斜隙間部分１１４ｅとを一体に設けて、開口部１１４Ａから略逆Ｖ字状に形成している部分を有する構造にしているが、開口部１１４Ａから上流側に傾斜して延びる傾斜隙間部分１１４ｄ、又は、開口部１１４Ａから下流側に向かって傾斜して延びる傾斜隙間部分１１４ｅのいずれか一方を設けた構造にしてもよいものである。

図８に示す隙間１１４の構造では、ケーシングである外筒１２７を軸方向に断面したとき、外筒１２７の内周面に形成される隙間１１４における開口部１１４Ａの上部に、開口部１１４Ａよりも外筒１２７の内側に向かって突き出している軒部１１６を設けた構造にしている。すなわち、軒部１１６は、開口部１１４Ａとの間に段差を作り、上流側から流れて来るプロセスガスが開口部１１４Ａの方向へは向かわずに、真っ直ぐ下流側へ進むように流れを制御することができる。また、隙間１１４は、開口部１１４Ａを入ると直ぐに下流側へ向かう第３の隙間部分としての垂直隙間部分１１４ｃと、垂直隙間部分１１４ｃの下端から軸方向と垂直な径方向の外側に向かって水平に延びる水平隙間部分１１４ａとを一体に設けて、開口部１１４Ａから略Ｉ字状に形成している部分を有する構造にしている。

図８の構造では、隙間１１４の断面形状を略Ｉ字状に形成することにより、開口部１１４Ａからプロセスガスが隙間１１４内に入り込もうとしたとき、開口部１１４Ａを入って直ぐの正面の処に、下側に向かう垂直隙間部分１１４ｃの壁が存在するので、その壁にプロセスガスがぶつかり、プロセスガスが内側に向かう流れの抵抗となる。これにより、開口部１１４Ａから隙間１１４内に入り込むプロセスガスの量を減らし、プロセスガスで生成される堆積物の量を更に少なくすることができる。また、軒部１１６の下面エッジ部分（軒先下面）１１６ａと開口部１１４Ａの下側エッジ部分１１４ｇには、それぞれＲ面取り加工を施している。Ｒ面取り加工は、下面エッジ部分１１６ａ又は下側エッジ部分１１４ｇに、外筒１２７内で回転翼１０２にぶつかって跳ね返って来たプロセスガスの一部がぶつかったとき、そのぶつかったプロセスガスの一部を開口部１１４Ａ内とは異なるロータ軸１１３の方向に向け、開口部１１４Ａ内に入り込まないようにするものである。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を成すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

１００ ：ターボ分子ポンプ
１０１ ：吸気口
１０２ ：回転翼
１０２Ａ ：冷却側回転翼
１０２Ｂ ：冷却側回転翼
１０２Ｅ ：円筒部
１０２ａ ：回転翼
１０２ｂ ：回転翼
１０２ｃ ：回転翼
１０２ｄ ：回転翼
１０２ｅ ：回転翼
１０２ｆ ：回転翼
１０２ｇ ：回転翼
１０３ ：回転体
１０４ ：上側径方向電磁石
１０５ ：下側径方向電磁石
１０６Ａ ：軸方向電磁石
１０６Ｂ ：軸方向電磁石
１０７ ：上側径方向センサ
１０８ ：下側径方向センサ
１０９ ：軸方向センサ
１１０Ａ ：冷却側ステータ（上段群気体移送部）
１１０Ｂ ：加熱側ステータ（下段群気体移送部）
１１１ ：金属ディスク
１１２ ：Ｏリング
１１３ ：ロータ軸
１１４ ：隙間
１１４Ａ ：開口部
１１４ａ ：水平隙間部分（第１の隙間部分）
１１４ｂ ：傾斜隙間部分（第２の隙間部分）
１１４ｃ ：垂直隙間部分（第３の隙間部分）
１１４ｄ ：傾斜隙間部分（第４の隙間部分）
１１４ｅ ：傾斜隙間部分（第５の隙間部分）
１１４ｇ ：下側エッジ部分
１１５ ：ボルト
１１６ ：軒部
１１６ａ ：下面エッジ部分
１２０ ：保護ベアリング
１２１ ：モータ
１２２ ：ステータコラム
１２３ ：固定翼
１２３ａ ：固定翼
１２３ｂ ：固定翼
１２３ｃ ：固定翼
１２３ｄ ：固定翼
１２３ｅ ：固定翼
１２３ｆ ：固定翼
１２３ｇ ：固定翼
１２３ｈ ：固定翼
１２３ｉ ：固定翼
１２５ ：固定翼スペーサ
１２７ ：外筒
１２９ ：ベース部
１３１ ：ネジ付スペーサ
１３１ａ ：ネジ溝
１３３ ：排気口
１４１ ：電子回路部
１４３ ：基板
１４５ ：底蓋
１４９ ：水冷管
１５０ ：アンプ回路
１５１ ：電磁石巻線
１５２ ：温度センサ
１５３ ：温度センサ
１５４ ：電磁石巻線
１５５ ：水冷管
１６１ ：ヒータ
１６１ａ ：カソード端子
１６１ｂ ：アノード端子
１６２ ：トランジスタ
１６２ａ ：カソード端子
１６２ｂ ：アノード端子
１６５ ：ダイオード
１６５ａ ：カソード端子
１６５ｂ ：アノード端子
１６６ ：ダイオード
１６６ａ ：カソード端子
１６６ｂ ：アノード端子
１７１ ：電源
１７１ａ ：正極
１７１ｂ ：負極
１８１ ：電流検出回路
１９１ ：アンプ制御回路
１９１ａ ：ゲート駆動信号
１９１ｂ ：ゲート駆動信号
１９１ｃ ：電流検出信号
Ｓ ：距離
Ｔｐ１ ：パルス幅時間
Ｔｐ２ ：パルス幅時間
Ｔｓ ：制御サイクル
ｉＬ ：電磁石電流
ｉＬｍａｘ ：電流値
ｉＬｍｉｎ ：電流値

Claims (5)

1. 吸気口と排気口を有するケーシングと、
   前記ケーシングの内側に、回転自在に支持されたロータ軸と、
   前記ロータ軸と共に回転可能な複数段の回転翼と、
   前記ケーシングに対して固定され、かつ、前記複数段の回転翼間に配置される複数段の固定翼と、
   前記複数段の固定翼を所定間隔に保持する冷却側ステータ及び加熱側ステータと、
   を備えた真空ポンプであって、
   前記冷却側ステータと前記加熱側ステータとの間を断熱する所定幅の隙間の開口部を、前記ロータ軸の軸方向において前記回転翼の外周面と対向しない位置に設けた、
   ことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記隙間の形状は、前記軸方向と垂直な径方向の外側に向かって水平に延びる第１の隙間部分と、前記第１の隙間部分の外端から更に前記径方向の外側、かつ、前記軸方向の下流側に沿って延びる第２の隙間部分を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記隙間の形状は、前記軸方向の下流側に沿って延びる第３の隙間部分を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
4. 前記隙間の形状は、前記軸方向と垂直な径方向の外側、かつ、前記軸方向の上流側に延びる第４の隙間部分を有する、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の真空ポンプ。
5. 前記隙間の形状は、前記開口部の上部に、前記開口部よりも前記ケーシングの内側に向かって突き出している軒部を有する、ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の真空ポンプ。

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