JP4667043B2 - 真空ポンプ排出装置 - Google Patents

Description

本発明は、直列に連結されたターボ分子ポンプ排出機構と分子ドラグポンプ排出機構を有する真空ポンプ排出装置に関する。
公知の真空ポンプ排出装置は、分子ドラグポンプ排出機構と直列に連結されたターボ分子ポンプ排出機構を有し、分子ドラグポンプ排出機構は、任意適当な形式、例えばホルベック（Holweck）型又はゲーデ（Gaede）型ポンプ排出機構であるのがよい。バッキングポンプは一般に、真空ポンプ排出装置の排気部のところの圧力を減少させるために用いられ、このバッキングポンプは、任意適当な形式のもの、例えば再生ポンプ又はクロー（claw）ポンプであるのがよい。 ターボ分子ポンプ排出機構は、全体として円筒形のロータ本体のところに支持された傾斜羽根の１以上の周方向アレイを有している。通常の作動中、駆動シャフトに結合されているロータは、２０，０００〜２００，０００回毎分で回転し、その間、ロータ羽根は、ガス中の分子と衝突し、これら分子をポンプ出口に向かって押す。分子ドラグポンプ排出機構は、ターボ分子ポンプ排出機構と同時に回転できるよう駆動シャフトに結合されたロータを有し、このロータは、ホルベック型ポンプ排出機構中の中空シリンダを有する場合がある。分子ドラグポンプ排出機構の回転により、ターボ分子ポンプ排出機構の排気部から、シリンダの周囲に対し接線方向に且つステータとシリンダとの間でドラグ出口寄りに形成された螺旋チャネルに沿って分子ドラグポンプ排出機構に入るガス分子に速度が当たえられる。

ホルベック型ポンプ排出機構のシリンダは、周囲の中心が駆動シャフトの軸線に一致した状態で全体として軸方向に延び、かかるシリンダは、ターボ分子ポンプ排出機構とシリンダとの間で駆動シャフトから半径方向に延びる有孔板によって支持されている。したがって、使用中、ガスがターボ分子ポンプ排出機構の出口から有孔板を通り、分子ドラグポンプ排出機構内へ流れる。
改良型真空ポンプ排出装置を提供することが望ましい。
本発明は、真空ポンプ排出装置であって、直列に連結されたターボ分子ポンプ排出機構と分子ドラグポンプ排出機構を有し、分子ドラグポンプ排出機構のロータは、ターボ分子ポンプ排出機構のロータ羽根によって支持されていることを特徴とする真空ポンプ排出装置を提供する。
本発明の他の特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。

本発明をよりよく理解できるようにするために、例示として与えられているに過ぎないその幾つかの実施形態を今、添付の図面を参照して説明する。
図１を参照すると、真空ポンプ排出装置１０が示されており、この真空ポンプ排出装置は、分子ポンプ排出機構１２及びバッキングポンプ排出機構１４を有する。分子ポンプ排出機構は、直列状態のターボ分子ポンプ排出手段１６と、分子ドラグ又は摩擦ポンプ排出手段１８とから成っている。バッキングポンプ排出機構１４は、再生ポンプ排出機構から成り、この再生ポンプ排出機構は、図示のように提供されていて、分子ポンプ排出機構と同一の駆動シャフトに取り付けられた状態で駆動される。変形例として、バッキングポンプを分子ポンプ排出機構とは別個のユニットとして設けてもよい。別の分子ドラグポンプ排出機構２０を分子ドラグポンプ排出機構１８と再生ポンプ排出機構１４との間に設けることができる。分子ドラグポンプ排出機構２０は、直列状態の３つのドラグポンプ排出段から成り、これに対し分子ドラグポンプ排出機構１８は、並列状態の２つのドラグポンプ排出段を有している。

真空ポンプ排出装置１０は、３つの別々の部品２２，２４，２６の状態のハウジングを有する。部品２２，２４は、図示のように分子ポンプ排出機構１２及び分子ドラグポンプ排出機構２０の内面を形成するのがよい。部品２６は、再生ポンプ排出機構１４のステータを形成するのがよい。
部品２６は、端ぐり凹部２８を備え、この端ぐり凹部は、駆動シャフト３２を支持する潤滑式軸受３０を受け入れる。軸受３０を例えばグリースで潤滑するのがよい。というのは、これは、ポンプ排出装置の入口から見て遠くに位置するポンプ排出装置１０の一部の中に位置しているからである。ポンプ排出装置の入口は、クリーンな環境が必要である半導体処理チャンバと流体連結関係にある場合がある。
駆動シャフト３２は、図示のようにハウジングの部品２２，２４で支持されたモータ３４によって駆動される。モータ３４を真空ポンプ排出装置内の任意の有利な位置で支持するのがよい。モータ３４は、再生ポンプ排出機構１４、分子ドラグポンプ排出機構２０及び分子ポンプ排出機構１２に同時に動力供給できるようになっている。一般的に、再生ポンプ排出機構は、分子ポンプ排出機構よりも大きな作動のための動力を必要とし、再生ポンプ排出機構は、風損及び空気抵抗が比較的高い大気圧に近い圧力で動作する。ターボ分子ポンプ排出機構又は分子ドラグポンプ排出機構は、必要とする作動のための動力が比較的小さく、したがって、再生ポンプ排出機構に動力供給するために選択されたモータも又、一般に分子ポンプ排出機構に動力供給するのに適している。

再生ポンプ排出機構１４は、駆動シャフト３２に対して固定されたロータを有している。再生ポンプ排出機構１４は、３つのポンプ排出段を有し、各段について、周方向アレイ状に配列されたロータ羽根３８が、ロータ本体３６の一方の一表面から実質的に垂直に延びている。３つのアレイのロータ羽根３８は、部品２６内に同心状に設けられたそれぞれの周方向ポンプ排出チャネル４０内へ軸方向に延び、この部分２６は、再生ポンプ排出機構１４のステータを構成している。作動中、駆動シャフト３２は、ロータ本体３６を回転させ、それによりロータ羽根３８は、ポンプ排出チャネルに沿って動き、それにより入口４２からのガスを半径方向外側のポンプ排出チャネル、半径方向中間ポンプ排出チャネル及び半径方向内側ポンプ排出チャネルに沿って順次圧送し、かかる半径方向内側ポンプ排出チャネルにおいて、ガスは排気部４４を介してポンプ排出機構１４から大気圧に近い圧力又は大気圧で排気される。

２つの円筒形ドラグシリンダ４６が、ロータ本体３６から垂直に延びており、これらドラグシリンダは、一緒になって分子ドラグポンプ排出機構２０のロータを形成している。ドラグシリンダ４６は、強固であり且つ軽量である炭素繊維強化材料で作られている。アルミニウム製のドラグシリンダを用いた場合と比較して炭素繊維製のドラグシリンダを用いた場合における質量の減少により、分子ドラグポンプ排出機構が作動しているときに生じる慣性が小さくなる。したがって、分子ドラグポンプ排出機構の回転速度は、制御が容易である。
概略的に示された分子ドラグポンプ排出機構２０は、ホルベック型ドラグポンプ排出機構であり、かかるホルベック型では、ステータ部分４８は、ハウジング部品２４の内面とドラグシリンダ４６との間に螺旋の溝を構成している。３つのドラグ段が示されており、これらドラグ段の各々は、ロータとステータとの間にガスの螺旋流路を備えている。ガスの流れは、直列状態のドラグ段を連続的に通って流れる曲がりくねった経路を辿る。

分子ポンプ排出機構１２は、再生ポンプ排出機構１４から見て駆動シャフト３２の遠い方の端部のところで駆動される。駆動シャフト３２をバックアップ軸受で支持するのがよいが、このようにするかどうかは任意である。磁気軸受５４が、ロータ本体５２とハウジング２２に対して固定された円筒形部分５６との間に設けられている。磁石の同一極が互いに反発して中心軸線Ａに対するロータ本体５２の半径方向運動に抵抗する受動式磁気軸受が示されている。他形式の適当な軸受を必要に応じて使用できる。
円周方向アレイ状に配置された傾斜ロータ羽根５８が、ロータ本体５２から半径方向外方に延びている。ロータ羽根の半径方向長さに沿うほぼ半分のところに、環状支持リング６０が設けられており、この環状支持リングには、分子ドラグポンプ排出機構１８のドラグシリンダ又はロータ６２が固定されており、したがって、ターボ分子ポンプ排出機構のロータ羽根が分子ドラグポンプ排出機構のロータを支持するようになっている。分子ドラグポンプ排出機構１８は、単一のドラグシリンダ６２と並列に設けられた２つのドラグ段を有し、１つの段は、その半径方向内方に位置し、もう１つの段は、その半径方向外方に位置している。段は各々、ステータ部分６４を有し、ハウジング２２のテーパした内壁６６は、螺旋分子ガス流れチャネルを形成している。ガスを分子ドラグポンプ排出機構１８から排出するための出口６８が設けられている。

ターボ分子ポンプ排出機構１６のロータ羽根を分子ドラグポンプ排出機構１８のロータを支持するために用いることにより、上述の先行技術において用いられているような分子ドラグポンプ排出機構のロータのための別個の支持板を設ける必要性が回避される。したがって、分子ポンプ排出機構は、先行技術の場合よりも複雑さが低く、コンパクトさの度合いが高い。また、理解されるように、支持板（有孔支持板であるが）は、或る程度、ターボ分子ポンプ排出機構と分子ドラグポンプ排出機構との間のガスの流れを減少させ、したがって、効率に対する妨げとして働くことになる。ガスがターボ分子ポンプ排出機構から分子ドラグポンプ排出機構に自由に流れることができる図１の構成例では、かかる妨げはない。

図２〜図５は、ターボ分子ポンプ排出機構１６のロータを詳細に示している。ロータは、駆動シャフト３２（これらの図には示されていない）への結合のためのハブを形成するロータ本体５２を有する。複数の傾斜したロータ羽根５８が、ロータ本体５２から半径方向外方に延びている。環状リング６０が、ロータ羽根５８と一体に形成され、この環状リングは、ロータ羽根の中央半径方向部分のところ又はこれらの長さに沿う約半分のところに設けられている。分子ドラグポンプ排出機構のロータ又はシリンダは、任意適当な方法により環状リングに固定されていて、ロータ羽根が分子ドラグポンプ排出機構のロータを支持できるようになっている。

通常の作動中、ポンプ排出装置１０の入口７０は、圧力を減少させることが望ましいチャンバに連結されている。モータ３４は、駆動シャフト３２を回転させ、それによりロータ本体３６及びロータ本体５２を駆動する。分子流れ条件におけるガスは、入口７０を通ってターボ分子ポンプ排出手段１６に引き込まれ、このターボ分子ポンプ排出手段１６は、分子を並列状態のドラグポンプ排出段の両方に沿うと共に出口６８を通って分子ドラグポンプ排出手段１８に押し込む。次に、ガスをドラグポンプ排出機構２０の直列状態の３つの段を通り、そして入口４２を通って再生ポンプ排出機構に吸い込まれる。ガスは、排気ポート４４を通って大気圧で又はそれに近い圧力で排出される。
本発明の別の実施形態を以下に説明する。簡潔にするために、これら別の実施形態を、第１の実施形態とは異なるその部分に関してのみ説明し、同一部品には同一の符号が用いられる。

図６は、分子ポンプ排出機構１２が直列状態の２つのポンプ排出段を備えたターボ分子排出機構１６を有する真空ポンプ排出装置１００を示している。２つのアレイ状に配列された傾斜ロータ羽根５８が、これらアレイ相互間にステータ形成部７２を備えた状態で、ロータ本体５２のハブから半径方向外方に延びている。ターボ分子ポンプ排出機構の下流側の又は最終段のロータ羽根は、分子ドラグポンプ排出機構のロータを支持しており、これらロータ羽根は、分子ドラグポンプ排出機構のロータが固定された環状リング６０を備えている。
上述の実施形態の改造例では、分子ドラグポンプ排出機構１８は、ターボ分子ポンプ排出機構１６のロータ羽根３８によって支持された２以上のドラグシリンダ又はロータ６２を有している。したがって、ターボ分子ポンプ排出機構のロータ羽根は、ドラグポンプロータがそれぞれ固定された半径方向に間隔を置いて位置する環状リングを備えるのがよい。この構成では、例えば、３つのドラグポンプロータが存在している場合、最高６つの相互並列状態のドラグポンプ段を設けることができ、２つの並列のポンプ排出経路が、各ロータの半径方向内方及び半径方向外方に延びる。

分子ポンプ排出機構１２が再生ポンプ排出機構１４と共通のシャフトにより駆動され、これと一緒になって１つのポンプ排出ユニットを形成する本発明を図１〜図６を参照して説明したが、本発明は、このような形態には限定されない。変形例として、分子ポンプ排出機構は、再生ポンプ排出機構とは別個のポンプ排出ユニットを形成することができ、これら機構の両方は、別々のモータ及び別々の駆動シャフトによって駆動される。

概略的に示された真空ポンプ排出装置の断面図である。 ターボ分子ポンプ排出機構のロータの上から且つ一方の側から見た斜視図である。 図２のロータの下から且つ一方の側から見た斜視図である。 図２のロータの立面図である。 図２のロータの平面図である。 概略的に示された別の真空ポンプ排出装置の断面図である。

Claims (10)

1. 真空ポンプ排出装置であって、直列に連結されたターボ分子ポンプ排出機構と分子ドラグポンプ排出機構を有し、分子ドラグポンプ排出機構のロータは、ターボ分子ポンプ排出機構のロータ本体から半径方向外方に延びる傾斜したロータ羽根によって支持され、分子ドラグポンプ排出機構のロータには２つの互いに平行なポンプ排出経路が設けられ、前記ポンプ排出経路は、ロータの半径方向内方のポンプ排出経路と、ロータの半径方向外方のポンプ排出経路とから成り、前記ロータ羽根は、分子ドラグポンプ排出機構の前記ロータが固定された環状リングを備え、前記環状リングは、前記ロータ羽根の上流側から下流側に延び且つ下流側端部から更に下流に突出していることを特徴とする真空ポンプ排出装置。
2. ターボ分子ポンプ排出機構は、複数の段を有し、少なくとも最後の段のロータ羽根は、前記環状リングを備えていることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ排出装置。
3. 分子ドラグポンプ排出機構のロータは、ターボ分子ポンプ排出機構のロータ羽根の半径方向長さに沿ってほぼ半分のところで支持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空ポンプ排出装置。
4. 分子ドラグポンプ排出機構は、前記ターボ分子ポンプ排出機構の前記ロータ羽根によって支持された複数のロータを有することを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ排出装置。
5. 複数のロータ羽根は、それぞれの半径方向に間隔を置いて設けられた環状リングに固定され、前記環状リングは、ターボ分子ポンプ排出機構のロータ羽根を備えていることを特徴とする請求項４記載の真空ポンプ排出装置。
6. 分子ドラグポンプ排出機構は、ホルベック（Holweck）型のものであることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一に記載の真空ポンプ排出装置。
7. 第２の分子ドラグポンプ排出機構と、前記第２の分子ドラグポンプ排出機構の下流側に設けられる再生ポンプ排出排気機構と、を更に有し、前記再生ポンプ排出排気機構は、駆動シャフトに固定されたロータ本体と、前記ロータ本体に固定されたロータ羽根とを有し、前記第２の分子ドラグポンプ排出機構のロータは、前記再生ポンプ排出排気機構の前記ロータ本体により支持されていることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一に記載の真空ポンプ排出装置。
8. 全ての分子ドラグポンプ排出機構のロータは、炭素繊維複合材料で作られていることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか一に記載の真空ポンプ排出装置。
9. ターボ分子ポンプ排出機構のロータ羽根は、アルミニウムで作られていることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか一に記載の真空ポンプ排出装置。
10. 環状リングは、アルミニウムで作られていることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ排出装置。

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