JP2568364B2 - トラップパネル付きターボポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スパッタ装置その他の
真空プロセスを有する装置などに用いられるトラップパ
ネル付きターボポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体、光学などの産業分野で真空装置
は広く使用されている。このような真空プロセスを有す
る装置を使用する一例として、ＰＶＤ(physical vapor
deposition) 法がある。ＰＶＤ法は、薄膜とする技術、
主として金属を物理的に堆積するもので、その成形法の
一つであるスパッタ法は、原理的には放電の方法によっ
て真空内でＡｒ⁺ などを加速して負電位に保った電極
（ターゲット）に衝突させるものである。この方法によ
ると、電極物質はＡｒ⁺ エネルギをもらって表面から脱
離し（これをスパッタ現象という）、その飛び出した物
質がほかの基板上に堆積し、薄膜となる。

【０００３】上記のようなスパッタ装置には、薄膜物質
を真空中で高エネルギイオンにするための真空チャンバ
が必要となる。この真空チャンバ内の気体を排気するた
めには真空排気装置が必要となるが、この真空排気装置
には、従来、クライオポンプまたはターボポンプが使用
されている。

【０００４】図６を参照してヘリウムガス冷凍機を用い
たクライオポンプシステムの一例を説明する。真空チャ
ンバ１には、メインバルブ（高真空バルブ）２を介して
管路８によりクライオポンプ３が接続されている。クラ
イオポンプ３はクライオバルブ４を介してロータリポン
プ（メカニカルポンプ）５に接続されている。真空チャ
ンバ１からは上記系統と別に途中にチャンバラフバルブ
６を有するラフ用配管７が導出されており、このラフ用
配管７の他端は、クライオバルブ４とロータリポンプ５
とを結ぶ管路８ａに接続されている。さらに、真空チャ
ンバ１からは別系統の管路１０が途中にチャンバベント
バルブ９を介して導出されている。

【０００５】クライオポンプ３の構成例は図７に示され
ている。ヘリウムガス小型冷凍機（図示せず）に接続さ
れた回転軸１１がポンプケース１２内に進入しており、
軸先端にコールド羽根１３が設けられている。ポンプケ
ース１２の吸気口にはバッフル１４が設けられており、
吸気口周縁部には管路８が接続されている。

【０００６】上記クライオポンブ３では、バッフル１
４、コールド羽根１３などが極低温に冷却されており、
管路８を通って気相から入射する気体分子のうち、水蒸
気やそれより蒸気圧の高い気体はポンプ入口のバッフル
１４などに凝縮排気される。それより低い窒素，酸素，
アルゴンなどの気体はコールド羽根１３に接着され、さ
らに蒸気圧の低い気体はコールドパネル（図示せず）に
接着され、吸着剤にそれぞれ捕獲される。

【０００７】クライオポンプ３を用いる図６の真空排気
システムにおいては、チャンバベントバルブ９と、メイ
ンバルブ２とクライオバルブ４を閉じ、チャンバラフバ
ルブ６を開き、ロータリポンプ５を駆動して真空チャン
バ１内の荒引きを行なう。つぎに、チャンバラフバルブ
６を閉じ、クライオポンプ３を駆動して真空チャンバ１
内を高真空にするものである。

【０００８】上記システムとは別に、吸気口のところに
水分子吸着用のコールドパネルを有するコールドパネル
付きターボポンプが知られており、その構成例は図８に
示されている。このコールドパネル付きターボポンプ１
６では、ポンプケース１７内に羽根車２１が装着された
主軸１９が収容されており、この主軸１９が上下のタッ
チダウン軸受け１８，１８と、モータ磁気軸受け２０に
よって支持されている。ポンプケース１７の下部には排
気口２２が設けられている。また、ポンプケース１７の
吸気口側の端縁部にコールドパネルケーシング２３が連
結されており、コールドパネルケーシング２３内に被覆
体２４で被覆されたコールドパネル２５が配設され、コ
ールドパネル２５には冷凍機（図示せず）と結合した冷
媒配管２６が接続されている。コールドパネルケーシン
グ２３には管路２７が接続されている。

【０００９】上記のターボポンプ１６では、コールドパ
ネルケーシング２３の吸気口２８から入った気体分子
は、羽根車２１による高速回転により圧縮され、排気口
２２から排出される。またこの場合、吸気口２８から入
った気体分子は、コールドパネル２５で冷却され、真空
チャンバ１内の残留ガス成分で最も卓越した水分子だけ
を冷凍捕集する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図７に示すクライオポ
ンプは、ため込み式ポンプのため、一定時間毎に運転停
止して、ポンプ内の低温パネルに凍結してため込んだ水
分子その他の気体分子を、上記低温パネルを昇温して蒸
発、排気させる必要がある。このため、複数の真空チャ
ンバ間での選択的な連続運転が不可能であり、排気効率
が低いという欠点があった。

【００１１】図８に示すトラップパネル付きターボポン
プは、トラッブパネルに水分子のみを吸着させ、他の気
体分子は排気するため、トラップパネルに凍結する水分
子の排気のスパンは、クライオポンに比べ著しく長く、
ターボポンプの選択的な連続排気運転が可能である。し
かし、水分子を連結排気するためポンプケースの吸入口
に配設するトラップパネルにより、吸入口の吸入有効面
積が減少してコンダクタンスが悪くなり、ターボポンプ
の特性が十分に生かされていないという欠点があった。

【００１２】本発明は、従来のトラップパネル付きター
ボポンプの欠点を改良した真空排気装置を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のトラップパネル
付きターボポンプは、ポンプケース内に主軸部と一体の
羽根車が収容され、ポンプケースの吸気口部にトラップ
パネルが配設されたトラップパネル付きターボポンプに
おいて、トラップパネルを、環状トラップパネルと、環
状トラップパネルの中心部に位置し、前記主軸部と同軸
に配置された中央部トラップパネルと、環状トラップパ
ネル及び中央部トラップパネルの間に配置され、両者を
連結する平板状の支持フレームとから構成し、前記支持
フレームを、その面が主軸部の軸線と平行に延びるよう
配設したことを特徴とする。

【００１４】また、羽根車の端部と主軸部の間の吸気有
効部の寸法をａ、主軸部の直径寸法をｂ、中央トラップ
パネルの外周から環状トラップパネルの内までの寸法を
ａ₁、中央部トラップパネルの直径をｂ₁ とし、各寸法
をａ₁≒ａ，ｂ₁≒ｂの寸法関係に設けた構成するとよ
い。

【００１５】

【作用】上記の構成によると、ポンプケースの吸気口か
ら吸入される水分子はトラップパネルで凝結捕収され
る。トラップパネルは、環状トラップパネルと中央部ト
ラップパネル、更に支持フレームから構成され、これら
の表面が全て水分子吸着面となるため、トラップパネル
の水分子吸着面積が非常に大きくなっている。しかも、
中央部トラップパネルは羽根車の主軸部と重なる部位に
配置され、支持フレームの面は主軸部の軸線と平行、即
ちターボポンプの吸気方向と平行にされているので、タ
ーボポンプ吸気口の吸気有効面積の低下は最小限に抑え
られる。従って、ターボポンプの吸気口を拡大せずと
も、ターボポンプの吸気効率（排気効率）を低下させる
ことなく、水分子の凍結凝縮を効率よく行うことが可能
となっている。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例を図を参照して説明す
る。

【００１７】図１Ｂは実施例に係るトラップパネル付き
ターボポンプ３１の破断側面図，図１Ａは分図Ｂに示す
トラップパネルの縦断正面図である。各図において、ポ
ンプケース３２内には主軸部３３と一体の羽根車３４が
設けられており、ポンプケース３２の一端側には排気口
３５が設けられ、他端側には吸気口３６が設けられてい
る。吸気口３６の周縁部３７には、管路（図示せず）と
接続するためのフランジ３７が設けられている。

【００１８】上記ポンプケース３２の吸気口３６には、
トラップパネル３８が配設されている。トラップパネル
３８は図２に拡大して示すように環状トラップパネル３
９を有し、この環状トラップパネル３９の内周面には、
環状中央部で交差するよう正面から見て略十字状に配さ
れた支持フレーム４０の外端が固定され、支持フレーム
４０の中央側面に中央部トラップパネル４１が設けられ
ている。環状トラップパネル３９の内径は、羽根車３４
の外径と略同一寸法に設けられている。また、中央部ト
ラップパネル４１は、羽根車３４の主軸部３３の断面形
状と略同じ円板形状で、かつ主軸部３３の直径と略同一
寸法に設けられている。また、中央部トラップパネル４
１と主軸部３３とは同一軸線上に設けられている。環状
トラップパネル３９と支持フレーム４０と中央部トラッ
プパネル４１は、いずれもコールドパネルであって、水
分子だけをトラップすることができ、水分子の急速な排
気により、排気時間の短縮化を可能にするものである。

【００１９】環状トラップパネル３９には、熱伝導率の
高い銅などを使用した熱伝導体４２が連結されており、
熱伝導体４２の端部は冷凍機４３の冷却部４４に結合さ
れている。そして、冷凍機４３にて発生した低温熱源を
熱伝導体４２によりトラップパネル３８に導き、これを
冷却する。トラップパネル３８の冷却温度は、トラップ
パネル３８に対する熱負荷、冷却能力のバランスにより
決まる。

【００２０】なお、冷凍器４３は、ポンプケース３２と
一体の保持ケース４５の端部に取付けられており、冷凍
機４３の冷却部４４と熱伝導体４２は、保持ケース４５
内に収容されている。

【００２１】図３は実施例に係るトラップパネル付きタ
ーボポンプ３１を用いた真空排気システムの説明図であ
る。同図において、真空チャンバ１とトラップパネル付
きターボポンプ３１とは、メインバルブ２を有する管路
４６を介して接続されている。また、上記ターボポンプ
３１は補助バルブ４８を介してロータリポンプ５と接続
されている。真空チャンバ１からはチャンバベントバル
ブ９を介して管路１０が導出されている。

【００２２】本実施例の作用を説明する。

【００２３】図３の真空排気システムで排気を行うに
は、チャンバベントバルブ９を閉じ、チャンバラフバル
ブ６を開いてロータリポンプ５を駆動し、真空チャンバ
１内の荒引きを行なう。それと同時に、補助バルブ４８
を開いてトラップパネル付きターボポンプ３１を駆動す
る。ターボポンプ３１は数分で定常回転となり、メイン
バルブ２を開いて真空チャンバ１内を排気し、さらに約
１時間程度でトラップパネル３８が定常温度となり、真
空チャンバ１内を高真空にすることができる。

【００２４】トラップパネル付きターボポンプ３１を駆
動するとき、図１に示すように羽根車３４の回転によ
り、真空チャンバ１内の気体分子が吸気口３６からポン
プケース３２内に吸引され、排気口３５から排気され
る。このとき、気体分子のうち、卓越した部分を占める
水分子はポンプケース３２の入口において環状トラップ
パネル３９と支持フレーム４０と中央部トラッブパネル
４１とにより凍結凝集され、排気が行なわれる。このと
き、環状トラップパネル３９は羽根車３４の外径部に位
置しており、また中央部トラップパネル４１は軸端部か
ら見て主軸部３３と略重なっているので、上記構成のト
ラップパネル３８をポンプケース３２の吸気口３６に設
けたことによって、吸気口３６の吸気有効面積は殆ど減
少されず、ターボポンプの特性が阻害されることがな
い。

【００２５】図４と図５を参照してさらに説明する。図
４において、ａは羽根車３４の羽根のあるエリア（有効
吸気エリア）の寸法、ｂは羽根のない主軸部３３のエリ
ア（非有効エリア）の寸法である。また図４において、
ａ₁ は環状トラップパネル３９の空間のあるエリア（有
効吸気エリア）の寸法、ｂ₁ は中央部トラップパネル４
１のあるエリア（被有効吸気エリア）の寸法である。そ
して、ａ₁ ＝ａ，ｂ₁ ＝ｂの位置関係にあるときターボ
ポンプに最大排気コンダクタンスが得られる（但し、ト
ラップパネル３８と羽根車３４は極力近付けておくもの
とする）。

【００２６】本実施例に係る構造のトラップパネル３８
は、ａ１≒ａ，ｂ１≒ｂの寸法関係を容易に達成でき、
有効吸気エリアを犠牲にすることなく、トラップパネル
の有効冷却面積を最大にとることができる。

【００２７】なお、本実施例では、環状トラップパネル
３９は切断部のない円環形状であるが、これに限らず、
円弧状に切断された複数のパネル部材を間隔をおいて環
状に配設されるものであっても構わない（但し、図示省
略）。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のトラップ
パネル付きターボポンプによると、トラップパネルをタ
ーボポンプの吸気口の有効吸気面積を阻害しない配置に
設けたので、コンダクタンスを最大にとることができ、
トラップパネルを設けた分、吸気口を拡大するなどの補
償が不要であり、よってターボポンプの特性低下を招か
ないで小型化することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】分図Ａは分図Ｂのトラップパネルの縦断正面
図，分図Ｂは実施例に係るトラップパネル付きターボポ
ンプの破断側面図である。

【図２】分図Ａはトラップパネルの拡大斜視図、分図Ｂ
は分図ＡのＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図３】実施例に係るトラップパネル付きターボポンプ
を用いた真空排気システムの説明図である。

【図４】分図Ａは羽根車とポンプケースの吸気口を示す
図，分図Ｂは、羽根車の有効と非有効の吸気エリアを示
す破断側面図である。

【図５】分図Ａは実施例に係るトラップパネルの正面
図、分図Ｂはトラップパネルの有効と非有効の吸気エリ
アを示す縦断面図である。

【図６】従来のクライオポンプを用いた真空排気システ
ムの説明図である。

【図７】従来のクライオポンプの断面説明図である。

【図８】従来のトラップパネル付きターボポンプの断面
図である。

【符号の説明】

３１…トラップパネル付きターボポンプ、３２…ポンプ
ケース、３３…主軸部、３４…羽根車、３６…吸気口、
３８…トラップパネル、３９…環状トラップパネル、４
０…支持フレーム、４１…中央部トラップパネル、４２
…熱伝導体。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプケース内に主軸部と一体の羽根車
   が収容され、ポンプケースの吸気口部にトラップパネル
   が配設されたトラップパネル付きターボポンプにおい
   て、前記トラップパネルを、 環状トラップパネルと、 環状トラップパネルの中心部に位置し、前記主軸部と同
   軸に配置された中央部トラップパネルと、 環状トラップパネル及び中央部トラップパネルの間に配
   置され、両者を連結する平板状の支持フレームと、 から構成し、前記支持フレームを、その面が前記主軸部
   の軸線と平行に延びるよう配設したことを 特徴とするト
   ラップパネル付きターボポンプ。
2. 【請求項２】 前記羽根車の端部と前記主軸部の間の吸
   気有効部の寸法をａ，前記主軸部の直径寸法をｂ，前記
   中央部トラップパネルの外周から前記環状トラップパネ
   ルの内周までの寸法をａ_１，前記中央部トラップパネル
   の直径をｂ_１とし、前記各寸法をａ_１＝ａ，ｂ_１＝ｂの
   寸法関係に設けた構成を特徴とする請求項１記載のトラ
   ップパネル付きターボポンプ。