JP4147042B2 - 真空ポンプ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等に用いられる真空ポンプに関し、特に、ポンプに異常が発生し破壊トルクが生じた場合に、その破壊トルクを吸収低減できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程におけるドライエッチング等のプロセスのように、高真空のプロセスチャンバ内で作業を行なう工程においては、そのプロセスチャンバ内のガスを排気し該プロセスチャンバ内を高真空とする手段として、図４に示すような構造の真空ポンプを使用している。
【０００３】
同図の真空ポンプは、筒状のベース３と同形状のポンプケース４とを一体に連結した外装ケース１の内側に、ロータ２を回転可能に設置した構造からなり、そのロータ２の上部外周に多段に設けられた回転翼９と、この回転翼９と交互に多段に設けられた固定翼１０とからなる翼構造の部分が、ロータ２の回転によりターボ分子ポンプとして機能するとともに、ロータ２の下部外周面とこれに対向するベース３の内周部に形成されたネジ溝１２とからなる隙間構造の部分が、ロータ２の回転によりネジ溝ポンプとして機能するように構成されている。
【０００４】
しかしながら、上記のような従来構造の真空ポンプによると、その使用条件によってはロータ２の応力集中部を起点としたロータ２の破壊が発生する場合もある。このような破壊がロータ２の高速回転中に発生すると、回転翼９とロータ２からなる回転体全体の回転バランスが瞬時に崩れ、回転翼９がポンプケース４内周側に接触したり、ロータ２の下部外周がベース３の内周部に衝突し、ポンプケース４およびベース３からなる外装ケース１全体をその周方向に捩り回転させようとする破壊トルクが発生し、このような破壊トルクによりプロセスチャンバ１４が破損する、あるいはポンプケース４とプロセスチャンバ１４を固定している締結ボルトが破壊される等の問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ポンプに異常が発生し破壊トルクが生じた場合に、その破壊トルクを吸収低減できる真空ポンプを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、（１）本発明は、回転可能に設置されたロータと、上記ロータの下部外周を囲む筒状のベースと、上記ロータの上部外周を囲み、かつ上記ベースに連結された筒状のポンプケースと、上記ロータの上部外周に多段に配置された回転翼と、上記ポンプケースの内周側に位置し、かつ上記回転翼と交互に多段に配置された固定翼と、上記ベースの内周部に形成されたネジ溝と、上記ベースの内外周間に設けられ、当該ベースの上端面から上記ロータの回転軸方向に掘られた溝空間とを有することを特徴とするものである。
【０００７】
上記（１）本発明では、真空ポンプの運転動作中において、ロータの破壊が生じ該ロータの一部がベースの内周部側に衝突したとき、その衝撃力で該ベースの溝空間より内側のベース肉厚部分が溝空間側へ曲り塑性変形してロータの回転衝突エネルギを吸収する。
【０００８】
上記（１）本発明において、上記溝空間は、上記ベースの周方向に沿って環状に形成されてなる構造を採用することができる。
【０００９】
上記（１）本発明において、上記ベースの溝空間より内側のベース肉厚部分は、そのベース内周部に高速回転するロータが衝突したときの衝撃力により曲り塑性変形することのできる強度に設定されていることが望ましい。これは塑性変形によりロータの回転衝撃エネルギを効率よく吸収できるようにするためである。
【００１０】
（２）本発明は、回転可能に設置されたロータと、上記ロータの下部外周を囲む筒状のベースと、上記ロータの上部外周を囲み、かつ上記ベースに連結された筒状のポンプケースと、上記ロータの上部外周に多段に配置された回転翼と、上記ポンプケースの内周側に位置し、かつ上記回転翼と交互に多段に配置された固定翼と、上記ベースの内周部に形成されたネジ溝と、上記ベースの外周部に設けた凹部とを有し、上記凹部の内側底部に、その内側底部からこれに対向する上記ポンプケースの内周面に向かって突出する形状の突起が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
上記（２）本発明では、真空ポンプの運転動作中において、ロータの破壊が生じ該ロータの一部がベースの内周部側に衝突したとき、その衝撃力で該ベースの凹部より内側のベース肉厚部分が窪み塑性変形してロータの回転衝突エネルギを吸収する。
【００１２】
上記（２）本発明において、上記凹部は、上記ベースの周方向に沿って環状に形成されてなる構造を採用することができる。
【００１３】
上記（２）本発明において、上記ベースの凹部より内側のベース肉厚部分は、上記と同様の理由から、そのベース内周部に高速回転するロータが衝突したときの衝撃力により窪み塑性変形することのできる強度に設定されていることが望ましい。
【００１４】
上記（２）本発明において、上記突起は、上記凹部より内側のベース肉厚部分における窪み塑性変形が生じたときに、ポンプケースの内周面との間に挟まれて押し潰されるものとする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る真空ポンプの実施形態について、図１を基に詳細に説明する。
【００１６】
図１に示した真空ポンプは、ターボ分子ポンプとネジ溝ポンプを複合した真空ポンプであって、外装ケース１の内側にロータ２を回転可能に設置してなる構造となっている。
【００１７】
外装ケース１は、筒状のベース３とこれと同じく筒状のポンプケース４とをその各筒軸方向にボルトで一体に連結した筒型構造であり、このような筒型構造の外装ケース１内に上記ロータ２が収納されている。
【００１８】
上記のようなロータ収納状態において、当該ロータ２の下部側外周は、外装ケース１の約下半分を構成している上記筒状のベース３により囲まれ、かつ、該ベース３の内周部と一定の微小隙間を介して対向する構造となっている。一方、同ロータ２の上部外周は、外装ケース１の約上半分を構成している上記筒状のポンプケース４により囲まれる構造となっている。
【００１９】
本実施形態の場合、上記ロータ２も筒状に形成され、このロータ２の内側にステータコラム５が立設され、さらにステータコラム５の中心部にロータ軸７が回転可能に設置されている。そして、このロータ軸７は、ステータコラム５内に設けた径方向電磁石６−１と軸方向電磁石６−２からなる磁気軸受により、その軸方向及び径方向にそれぞれ軸受支持されている。また、このロータ軸７の上部はステータコラム５の上端部から突出し、そのロータ軸７の上部突出端に、上記ロータ２が連結固定されている。したがって、本実施形態の場合、ロータ２はロータ軸７と一体にそのロータ軸心回りに回転可能に設けられている。
【００２０】
ステータコラム５の内側には駆動モータ８が配置されており、この駆動モータ８は、その固定子８ａをステータコラム５の内側に、その回転子８ｂをロータ軸７側に一体に配置した構造であって、かつ、ロータ軸７をその軸心回りに回転させるように構成されている。
【００２１】
ロータ２の上部外周には複数の回転翼９が多段に配置固定されている一方、ポンプケース４の内周には複数の固定翼１０が回転翼９と交互に多段に位置決め設置されおり、このような回転翼９と固定翼１０からなる翼構造の部分が、ロータ２の回転によりターボ分子ポンプとして機能する。
【００２２】
固定翼１０をポンプケース４内周に設置する固定翼設置構造については各種考えられるが、本実施形態では、ポンプケース４の内周に沿ってリング状に形成されたスペーサ１１を複数用い、これらのスペーサ１１を多段に段積み設置するとともに、その上下段のスペーサ１１、１１間で固定翼１０の一端を挟持する構造を採用している。
【００２３】
ベース３の内周部にはネジ溝１２が設けられており、このネジ溝１２とこれに対向するロータ２の下部外周面とからなる隙間構造の部分が、ロータ２の回転によりネジ溝ポンプとして機能する。
【００２４】
ベース３の内外周間には溝状の空間部１３（以下「溝空間」という。）が穿設されている。本実施形態の場合、この溝空間１３はベース３の先端側から奥部へ向かって一定の深さで穿孔形成され、かつ、ベース３の周方向に沿って環状に設けられている。
【００２５】
したがって、本実施形態の場合、上記ベース３はその一部が溝空間１３を挟んで内筒部３−２と外筒部３-１からなる二重筒構造となっており、特に、ベース３の内筒部３−２、すなわち該ベース３の溝空間１３より内側のベース肉厚部分は、その内周部に高速回転するロータ２が衝突したときの衝撃力により曲り塑性変形することのできる強度に設定されている。
【００２６】
なお、本実施形態の真空ポンプにおいては、ポンプケース４の上縁周囲にフランジ４−１が設けられ、このフランジ４−１をプロセスチャンバ１４の下面開口縁に突き当て、かつ該フランジ４−１を貫通するボルト１５がプロセスチャンバ１４側にねじ込み固定されることにより、真空ポンプ全体がプロセスチャンバ１４側に連結固定される構造となっている。
【００２７】
また、外装ケース１を構成するポンプケース４の上端面はガス吸気口１６として開口し、同外装ケース１を構成するベース３の下部一側部にはガス排気口１７として排気パイプが突設されている。
【００２８】
次に、図１に示した真空ポンプの運転動作を説明する。この図１の真空ポンプの場合、先ず、ガス排気口１７に接続される図示しない補助ポンプを作動させることによりプロセスチャンバ１４内をある程度の真空状態にした後、駆動モータ８を作動させると、ロータ軸７とこれに連結したロータ２および回転翼９が高速回転する。
【００２９】
そして、高速回転している最上段の回転翼９がガス吸気口１６から入射したガス分子に下向き方向の運動量を付与し、この下向き方向の運動量を有するガス分子が固定翼１０によって次段の回転翼９側へ送り込まれる。以上のガス分子への運動量の付与と送り込み動作が繰り返し多段に行われることにより、ガス吸気口１６側のガス分子はベース３内周部のネジ溝１２側へ順次移行し排気される。このようなガス分子の排気の動作が回転翼９と固定翼１０との相互作用による分子排気動作である。
【００３０】
さらに、上記分子排気動作によりネジ溝１２側へ到達したガス分子は、ロータ２の回転とネジ溝１２との相互作用により、遷移流から粘性流に圧縮されてガス排気口１７側へ移送され、かつ、該ガス排気口１７から図示しない補助ポンプを通じて外部へ排気される。
【００３１】
ところで、上記のような真空ポンプの運転動作中において、ロータ２の破壊が生じ該ロータ２の一部がベース３の内周部側に衝突すると、その衝撃力でベース３の溝空間１３より内側のベース肉厚部分、すなわちベース３の内筒部３−２が積極的に溝空間１３内へ曲り塑性変形してロータ２の回転衝突エネルギを吸収する。
【００３２】
つまり、図１に示した真空ポンプによると、この種ロータ２の回転衝突エネルギはベース３の内部で減衰し小さくなるので、ベース３およびポンプケース４からなる外装ケース１全体に伝達されるロータ２の回転衝突エネルギが減少し、バリアリング等の破壊トルク低減部品を追加することなく、外装ケース１をその周方向に捩り回転させようとする破壊トルクが低減され、この種の破壊トルクによる不具合、たとえばプロセスチャンバ１４の破損やポンプケース４とプロセスチャンバ１４を固定しているボルト１５の破壊が生じることはない。
【００３３】
上記実施形態では、ベース３においてロータ２の回転衝突エネルギを吸収する構造として、当該ベース３に環状の溝空間１３を設けることで該ベース３を二重筒構造とする構成を採用したが、これと同様の溝空間を当該ベース３に別途追加形成することで該ベース３を二重以上の多重筒構造とする構成を採用することもできる。
【００３４】
また、上記実施形態では、高速回転するロータ２がベース３内周部のどの部分に衝突してもそのロータ２の回転衝突エネルギを効率よく吸収できるようにする観点から、ベース３の溝空間１３を該ベース３の周方向に沿って環状に形成したが、これ以外の形状の溝空間を採用することもできる。この種の溝空間１３をどのような形状とするかは、ベース３におけるロータ２の回転衝突エネルギの吸収しやすさとの関係から適宜決定される。
【００３５】
上記実施形態では、破壊トルクの低減手段として、ベース３の内外周間に溝空間１３を設ける構造を採用したが、この溝空間１３に代えて、または、その溝空間１３と併用する形態で、図２に示すような凹部１８をベース３の外周部に形成してもよい。この場合、当該凹部１８はベース３の周方向に沿って環状に形成することができ、また、ベース３において上記凹部１８より内側のベース肉厚部分は、ベース３内周部に高速回転中のロータ２が衝突したときの衝撃力により曲り塑性変形することのできる強度に設定されるものとする。
【００３６】
上記のような凹部１８を採用した構造によると、ロータ２の一部がベース３の内周部側に衝突したときに、その衝撃力で凹部１８より内側のベース肉厚部分が窪み塑性変形してロータ２の回転衝突エネルギを吸収することができるから、上記実施形態と同様な効果、すなわち破壊トルクの低減効果が得られる。
【００３７】
また、図３に示したように、上記のような凹部１８の内側には突起１９を設けることもできる。この場合、突起１９は、凹部１８の内側底部からこれに対向するポンプケース４の内周面に向かって突出するように形成され、かつ、上記のような凹部１８より内側のベース肉厚部分における窪み塑性変形が生じたときに、ポンプケース４の内周面との間に挟まれて押し潰されるものとする。
【００３８】
上記のような突起１９付きの凹部１８を採用した構造によると、凹部１８より内側のベース肉厚部分における窪み塑性変形に加え、さらに、突起１９の押し潰れ変形によっても、ロータ２の回転衝突エネルギを吸収できるから、より一層効率よく、破壊トルクを低減することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る真空ポンプにあっては、上記の如く、ベースの内外周間に溝空間を形成してなる構造、またはベースの外周部に凹部を形成してなる構造を採用したものである。このため、真空ポンプの運転動作中において、ロータの破壊が生じ該ロータの一部がベースの内周部側に衝突したとき、その衝撃力でベースの溝空間より内側のベース肉厚部分が溝空間内へ曲り塑性変形してロータの回転衝突エネルギを吸収する、または、その衝撃力でベースの凹部より内側のベース肉厚部分が窪み塑性変形してロータの回転衝突エネルギを吸収することから、ベースおよびポンプケースからなる外装ケース全体に伝達されるロータの回転衝突エネルギが減少し、外装ケースをその周方向に捩り回転させようとする破壊トルクの低減を図ることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である真空ポンプの断面図。
【図２】本発明の他の実施形態である真空ポンプの断面図。
【図３】本発明の他の実施形態である真空ポンプの断面図。
【図４】従来の真空ポンプの断面図。
【符号の説明】
１ 外装ケース
２ ロータ
３ 筒状のベース
３−１ 外筒部
３−２ 内筒部
４ 筒状のポンプケース
４−１ フランジ
５ ステータコラム
６−１ 径方向電磁石
６−２ 軸方向電磁石
７ ロータ軸
８ 駆動モータ
９ 回転翼
１０ 固定翼
１１ スペーサ
１２ ネジ溝
１３ 溝空間
１４ プロセスチャンバ
１５ ボルト
１６ ガス吸気口
１７ ガス排気口
１８ 凹部
１９ 突起

Claims (6)

  1. 回転可能に設置されたロータと、
    上記ロータの下部外周を囲む筒状のベースと、
    上記ロータの上部外周を囲み、かつ上記ベースに連結された筒状のポンプケースと、
    上記ロータの上部外周に多段に配置された回転翼と、
    上記ポンプケースの内周側に位置し、かつ上記回転翼と交互に多段に配置された固定翼と、
    上記ベースの内周部に形成されたネジ溝と、
    上記ベースの内外周間に設けられ、当該ベースの上端面から上記ロータの回転軸方向に掘られた溝空間とを有すること
    を特徴とする真空ポンプ。
  2. 上記溝空間は、上記ベースの周方向に沿って環状に形成されてなること
    を特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
  3. 上記ベースの溝空間より内側のベース肉厚部分は、そのベース内周部に高速回転するロータが衝突したときの衝撃力により曲り塑性変形することのできる強度に設定されていること
    を特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の真空ポンプ。
  4. 回転可能に設置されたロータと、
    上記ロータの下部外周を囲む筒状のベースと、
    上記ロータの上部外周を囲み、かつ上記ベースに連結された筒状のポンプケースと、
    上記ロータの上部外周に多段に配置された回転翼と、
    上記ポンプケースの内周側に位置し、かつ上記回転翼と交互に多段に配置された固定翼と、
    上記ベースの内周部に形成されたネジ溝と、
    上記ベースの外周部に設けた凹部とを有し、
    上記凹部の内側底部に、その内側底部からこれに対向する上記ポンプケースの内周面に向かって突出する形状の突起が設けられていること
    を特徴とする真空ポンプ。
  5. 上記凹部は、上記ベースの周方向に沿って環状に形成されてなること
    を特徴とする請求項４に記載の真空ポンプ。
  6. 上記ベースの凹部より内側のベース肉厚部分は、そのベース内周部に高速回転するロータが衝突したときの衝撃力により塑性変形することのできる強度に設定されていること
    を特徴とする請求項４に記載の真空ポンプ。
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