JP3201348B2

JP3201348B2 - ターボ分子ポンプ

Info

Publication number: JP3201348B2
Application number: JP14275498A
Authority: JP
Inventors: 修芦田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 2001-08-20
Anticipated expiration: 2018-05-25
Also published as: JPH11336691A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高真空や超高真空
を得る真空ポンプに関し、特にターボ分子ポンプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ターボ分子ポンプは、高速で回転するロ
ータ翼でガス排気を行うことによって高真空を得る真空
ポンプであり、ＣＶＤ装置等の半導体製造装置等に使用
されている。従来のターボ分子ポンプは、排気ガスが化
学反応してロータ翼に反応生成物が付着する。例えばタ
ーボ分子ポンプをアルミニウム膜用ドライエッチング装
置に用いる場合には、アルミニウム膜と塩素系の気体が
反応して塩化アルミニウム等の反応生成物がロータ翼に
付着する。ロータ翼に付着した反応生成物は、ロータ翼
のバランスの変化させて回転軸を振動させたり、固定翼
と接触してターボ分子ポンプに破損を与えるといった問
題を発生する。

【０００３】そのため、従来のターボ分子ポンプでは、
ポンプを加熱してポンプ温度を高温に制御する方法が用
いられている。また、ロータ翼の軸受け部にパージガス
を供給することによって、軸受け部への反応生成物の付
着を防止する方法も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】タングステンＣＶＤ装
置ではプロセスガスとしてＷＦ₆（六フッ化タングステ
ン）のガスを用いる。ターボ分子ポンプによってＷＦ₆
（六フッ化タングステン）のガス排気を行うと、反応生
成物としてタングステンが生成する。このタングステン
は温度の高い場所に付着し堆積するという性質があるた
め、従来のターボ分子ポンプのようにポンプ温度を高温
に制御すると、逆に反応生成物の付着，堆積を促進する
ことになる。

【０００５】また、ＷＦ₆のガス分子は分子量が大きい
ため、同じ体積流量の窒素ガスやアルゴンガスを排気す
る場合に比べて、ロータ翼の回転駆動に必要なトルクは
大きくなる。この回転エネルギーの多くはロータ翼とス
テータ翼との間で熱に変換される。さらに、ＷＦ₆のガ
スの熱伝導率は小さく、また、ロータ翼は真空断熱に近
い状態にあるため、ステータ翼を冷却してもロータ翼は
高温化する。

【０００６】したがって、ロータ翼には反応生成物が付
着しやすくなる。特に、ロータ翼の内側では、遠心力は
反応生成物を押しつける方向に作用するため、反応生成
物が付着しやすくなる。

【０００７】ロータ翼の内側に付着した反応生成物は、
ロータが回転を停止したときなどに剥離することがあ
る。通常、剥離はロータ翼上で不均一に発生する。タン
グステンはアルミ合金製のロータ翼に比べて密度が高い
ため、付着が薄い場合であってもその堆積物の重量は大
きくなる。そのため、反応生成物が不均一に剥離する
と、ロータ翼の回転バランスが崩れ、ロータが振動する
ことになる。ターボ分子ポンプは、磁気軸受部に設けた
ギャップセンサによってロータの振動を検出しており、
ロータの振動が大きい場合にはポンプの運転を停止す
る。

【０００８】従来のターボ分子ポンプでは、ロータ翼へ
の反応生成物の付着防止を十分に行うことができず、剥
離した場合にはターボ分子ポンプが非常停止するといっ
た問題はあり、また、反応生成物を除去するためのオー
バーホールを高い頻度で行う必要があるという問題点が
ある。

【０００９】そこで、本発明は前記した従来ターボ分子
ポンプの問題点を解決し、ターボ分子ポンプにおいて、
ロータ翼への反応生成物の付着を減少させることを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のターボ分子ポン
プは、軸支したロータ翼を高速回転させることによりガ
ス排気を行うターボ分子ポンプにおいて、ロータ翼に向
けてパージガスを供給するパージガス供給口を備えたガ
スシール部を、少なくともロータ翼の下流側端面及び下
流側端内側面に近接させて設けるとともに、ロータ翼に
向けて供給されたパージガスが、ガスシール部とロータ
翼の下流側端面及び下流側端内側面との間の隙間を充満
して、ロータ翼の下流側端内側への排気ガスの侵入を防
止し、これによって、ロータ翼の下流側端内側への反応
生成物の付着、堆積を防止するようパージガス供給口を
構成したことを特徴とする。

【００１１】ターボ分子ポンプは、排気ガスを吸気口側
から吸気して排気口側に排気する。ロータ翼は高速回転
することによって、上流側から下流側に向けて排気ガス
を移送させ、下流側端を経て排気口側に排出する。ロー
タ翼の下流側端内側部分は、排気作用を行う部分の裏側
であり、排気作用に寄与しない部分である。下流側端に
達した排気ガスは、排気口側に排気させると共に、一部
は下流側端内側に侵入する。下流側端内側に侵入した排
気ガスは、下流側端内側面に反応生成物を付着，堆積さ
せることになる。

【００１２】本発明のターボ分子ポンプは、ロータ翼の
下流側端又は下流側端内側に対してパージガスを供給す
る。供給されたパージガスは、ロータ翼の下流側端内側
に排気ガスが侵入することを阻止し、下流側端内側面に
反応生成物が付着，堆積することを防止する。

【００１３】また、ロータ翼に供給されたパージガス
は、ロータ翼の下流側端内側の近傍で対流してロータ翼
の熱をベース側に伝達し、ロータ翼の温度を下げる。プ
ロセスガスとして、反応生成物が高温の場所により多く
付着，堆積する性質がある場合には、このパージガスに
よってロータ翼の温度を下げ、反応生成物の付着，堆積
を減少させることができる。

【００１４】本発明の第１の態様は、ロータ翼の下流側
端又は下流側端内側に対してパージガスを供給する構成
において、ロータ翼に向けてパージガスを供給するパー
ジガス供給口を備えたガスシール部を、少なくともロー
タ翼の下流側端面又は下流側端内側面に近接させて、ポ
ンプベース部に固定する構成とする。このガスシール部
はロータ翼の下流側端の形成に対応したリング形状とす
ることができる。

【００１５】パージガス供給口から供給されたパージガ
スは、ガスシール部とロータ翼の下流側端面又は下流側
端内側面との間の隙間を充満して、プロセスガス等の排
気ガスの侵入を防止し、これによって、反応生成物の付
着，堆積を防止する。

【００１６】本発明の第２の態様は、ロータ翼の下流側
端又は下流側端内側に対してパージガスを供給する構成
において、少なくともロータ翼の下流側端面又は下流側
端内側面に近接させてポンプベース部を設け、該ポンプ
ベース部に、ロータ翼に向けてパージガスを供給するパ
ージガス供給口を備えた構成とする。

【００１７】パージガス供給口から供給されたパージガ
スは、ポンプベース部とロータ翼の下流側端面又は下流
側端内側面との間の隙間を充満して、プロセスガス等の
排気ガスの侵入を防止し、これによって、反応生成物の
付着，堆積を防止する。

【００１８】本発明の第３の態様は、ガスシール部又は
ポンプベース部の円周状の溝を構成し、該溝内にパージ
ガス供給口を形成する構成とする。パージガス供給口か
ら供給されたパージガスは、一方をロータ翼の下流側端
面又は下流側端内側面とし、他方をガスシール部の壁面
とする溝内を満たし、これによって、下流側端面又は下
流側端内側面への排気ガスの侵入を防止する。

【００１９】本発明の第４の態様は、ロータ翼はタービ
ン翼段及びモレキョラードラッグポンプ段を備え、下流
側端面又は下流側端内側面はモレキョラードラッグポン
プ段の端面又は端部内側面とするものである。

【００２０】本発明のターボ分子ポンプによれば、ロー
タ翼の下流側端又は下流側端内側に排気ガスが侵入する
ことを防止し、これによってロータ翼への反応生成物の
付着，堆積を減少させることができる。ロータ翼への反
応生成物の付着，堆積を減少ささせることによって、タ
ーボ分子ポンプのメンテナンス間隔を長くし、ランニン
グコストを下げることができる。

【００２１】また、ターボ分子ポンプを、プロセスガス
として腐食性ガスを用いるエッチング装置又はＣＶＤ装
置に適用した場合、ポンプ内部で腐食性ガスにさらされ
る部分を減らすことができるため、腐食による故障を減
少させることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図１は本発明のターボ分
子ポンプの一構成例を示す断面図である。図１におい
て、ターボ分子ポンプはケース内にスペーサ３を介して
取り付けられたステータ翼２と、ステータ翼２に対向し
て駆動軸４によって回転するロータ翼１を備える。ロー
タ翼１を高速回転させると、吸気口側Ａから吸気した気
体分子は排気口側Ｂに移送され、ガス排気が行われる。
吸気口側Ａには保護ネット８を有した吸気口フランジ７
が設けられ、また、排気口側Ｂには排気口フランジ９が
設けられている。

【００２３】ロータ翼１は、吸気口側Ａのタービン翼１
ａと排気口側Ｂのねじ溝ロータ１ｂとを備え、それぞれ
ステータ側との間で形成される隙間を通して排気ガスの
移送が行われる。駆動軸４は、半径方向の支持を行うラ
ジアル磁気軸受１０と、軸方向の支持を行うアキシアル
磁気軸受１１とによって非接触で支持され、高周波モー
タ６によって駆動される。磁気軸受１０，１１の磁力制
御は、ギャップセンサ１３で検出した駆動軸４の回転状
態信号をフィードバックし、磁気軸受を構成する電磁石
に流す電流を調整することによって行う。また、磁気軸
受が駆動しない場合には、駆動軸４はタッチダウンベア
リング１２で支持される。上記したターボ分子ポンプの
構成は、通常用いられる一般的な構成である。なお、ね
じ溝ロータ１ｂはモレキュラードラッグポンプ段により
構成することができる。

【００２４】本発明のターボ分子ポンプは、ロータ翼１
のねじ溝ロータ１ｂの下流側端に、ロータ翼の下流側端
又は下流側端内側に対してパージガスを供給する構成部
分を備え、図１中のガスシール部２０はこの一構成例を
示している。

【００２５】ガスシール部２０は、ねじ溝ロータ１ｂの
下流側端面又は下流側端内側面に近接させてポンプベー
ス部５に固定し、ねじ溝ロータ１ｂの下流側端面又は下
流側端内側面とポンプベース部５との間にパージガスを
供給して、該パージガスで満たす部材である。ねじ溝ロ
ータ１ｂの下流側端面又は下流側端内側面とポンプベー
ス部５との隙間２３に充満したパージガスは、ねじ溝ロ
ータ１ｂの下流側端から侵入する排気ガスを排斥して侵
入を防止する。

【００２６】パージガスの供給は、ポンプベース部５内
に設けた供給路２４を通して、ガスシール部２０に形成
したパージガス供給口２１からパージガスを吹き出すこ
とによって行うことができる。なお、パージガスの種類
は、化学的に不活性で、熱伝導率が高く、吸気口側に逆
流しにくい等の条件を備えた、たとえば窒素ガスを用い
ることができる。窒素ガスは価格が安価であるという利
点も備えている。

【００２７】図２はガスシール部２０の一構成例を説明
するための斜視図である。図２において、ガスシール部
２０は、ポンプベース部５（図２には示していない）側
のフランジ部分に、ポンプベース部５に貫通するパージ
ガス供給口２１を備える。また、パージガス供給口２１
の開口部分に円周状の溝２２を備えたリング形状とする
ことができる。

【００２８】パージガス供給口２１は、ガスシール部２
０の円周上に複数個設けることができる。溝２２によっ
て、溝の全周にわたってパージガスの圧力を均一化する
ことができる。なお、配置間隔は任意とすることができ
るが、等分配とすることにより溝内部の圧力分布をより
均一とすることができる。

【００２９】また、パージガスは、ねじ溝ロータ１ｂと
ガスシール部２０との間の隙間２３の中で発生する強制
対流によってロータ翼１側の熱を奪い、ガスシール部２
０に熱伝達する。ガスシール部２０はポンプベース部５
と接触して固定されており、また、ポンプベース部５は
冷却管１４によって水冷あるいはファン空冷されている
ため、ガスシール部２０はポンプベース部５によって冷
却される。

【００３０】パージガスの供給流量は、ねじ溝ロータ１
ｂとガスシール部２０との間の隙間２３に排気ガスが逆
流しない圧力となるように、排気口側Ｂの圧力よりも溝
２２内の圧力が高くなるように設定する。また、補助ポ
ンプの実効排気性能を考慮し、ポンプのパージガスに対
する圧縮性能から定まる許容背圧を超えない範囲とす
る。

【００３１】図３はパージガスの供給流量を説明するた
めの概略グラフである。図３は、吸気口側圧力と排気口
側圧力との関係を、パージガスの流量（図中の数値はパ
ージガスの流量の概略を示す目安であり、たとえばsccm
の単位である）をパラメータとして示し、吸気口側から
一定流量のガスを流したときに、パージガス（窒素ガ
ス）の流量を変化させたときの吸気口側圧力と排気口側
圧力との関係を示している。図３において、一般にター
ボ分子ポンプでは、パージガスの供給量が少ない場合に
は排気口側圧力はほぼ一定であるが、許容背圧Ｐを超え
ると吸気口側圧力は急激に増加する。したがって、パー
ジガスは、図３において、吸気口側圧力を許容背圧Ｐ以
下とする供給流量に設定する。

【００３２】なお、前記説明では、ガスシール部２０
は、ねじ溝ロータ１ｂの下流側端面又は下流側端内側面
に近接させてポンプベース部５に固定し、ねじ溝ロータ
１ｂの下流側端面又は下流側端内側面とポンプベース部
５との間にパージガスを供給しする構成としているが、
下流側端面及び下流側端内側面の両面に近接させてポン
プベース部５に固定し、ねじ溝ロータ１ｂの下流側端面
及び下流側端内側面の両面とポンプベース部５との間に
パージガスを供給する構成とすることもできる。なお、
図１，４は両面に近接させたガスシール部の構成を示し
ている。

【００３３】図４は本発明のターボ分子ポンプの他の構
成例を示す断面図である。図４に示す構成例は、前記図
１に示す構成例のガスシール部を、ポンプベース部５側
に一体に形成する構成である。

【００３４】なお、図４に示すターボ分子ポンプは図１
に示すターボ分子ポンプとガスシール部の構成の点で相
違するが、その他の構成は共通とすることができるた
め、ここでは、ガスシール部の構成のみについて説明
し、共通する構成の説明は省略する。

【００３５】図４において、ガスシール部３０はポンプ
ベース部５と一体に形成され、ポンプベース部５の一部
を、ロータ翼１のねじ溝ロータ１ｂの下流側端面又は下
流側端内側面側に近接させて形成し、図１のガスシール
部２０と同様に、パージガス供給口３１，溝３２，隙間
３３を構成する。パージガス供給口３１から供給された
パージガスは溝３２及び隙間３３を満たして、ねじ溝ロ
ータ１ｂの下流側端内側面に排気ガスが侵入することを
防止し、反応生成物の付着，堆積を防止する。

【００３６】パージガスは、図１のガスシール部２０と
同様に専用の供給路から供給する構成とすることも、あ
るいは、磁気軸受の保護のためにポンプベース部５が備
えるパージガス供給路を兼用する構成とすることもでき
る。図４は磁気軸受の保護のためのパージガス供給路を
兼用する構成を示している。パージガス供給路３４は、
ラジアル軸受１０やアキシアル軸受１１を排気ガスから
保護するために設けた、パージガス供給用の供給路であ
る。パージガス供給口３１は、このパージガス供給路３
４と連通することによって、溝３２及び隙間３３にパー
ジガスを供給する。

【００３７】本発明の実施の形態によれば、パージガス
の供給によって、排気ガスの侵入と、パージガスを介し
て行う冷却とによって、ロータ翼の下流側端内側面への
反応生成物の付着，堆積を防止することができる。特
に、ＷＦ₆等の高温で付着，堆積しやすい排気ガスにお
いても、反応生成物の付着，堆積を防止することができ
る。

【００３８】本発明の実施の形態によれば、プロセスガ
スとして腐食性ガスを使用する場合は、ポンプ内部で腐
食性ガスにさらされる部分を減らすことができるため、
腐食による故障を減少させることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のターボ分
子ポンプによれば、ロータ翼の反応生成物の付着を減少
させることができる。特に、排気作用に寄与しないロー
タ翼の下流側端内側に排気ガスが侵入することを防止し
て、ロータ翼の下流側端内側に反応生成物が付着、堆積
することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のターボ分子ポンプの一構成例を示す断
面図である。

【図２】ガスシール部の一構成例を説明するための斜視
図である。

【図３】パージガスの供給流量を説明するための概略グ
ラフである。

【図４】本発明のターボ分子ポンプの他の構成例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１…ロータ翼、１ａ…タービン翼、１ｂ…ねじ溝ロー
タ、２…ステータ翼、３…スペーサ、４…駆動軸、５…
ポンプベース部、６…高周波モータ、７…吸気口フラン
ジ、８…保護ネット、９…排気口フランジ、１０…ラジ
アル磁気軸受、１１…アキシアル磁気軸受、１２…タッ
チダウンベアリング、１３…ギャップセンサ、１４…冷
却管、２０，３０…ガスシール部、２１，３１…パージ
ガス供給口、２２，３２…溝、２３，３３…隙間、２
４，３４…供給路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸支したロータ翼を高速回転させること
によりガス排気を行うターボ分子ポンプにおいて、前記
ロータ翼に向けてパージガスを供給するパージガス供給
口を備えたガスシール部を、少なくともロータ翼の下流
側端面及び下流側端内側面に近接させて設けるととも
に、前記ロータ翼に向けて供給されたパージガスが、前
記ガスシール部とロータ翼の下流側端面及び下流側端内
側面との間の隙間を充満して、ロータ翼の下流側端内側
への排気ガスの侵入を防止し、これによって、ロータ翼
の下流側端内側への反応生成物の付着、堆積を防止する
よう前記パージガス供給口を構成したことを特徴とする
ターボ分子ポンプ。