JP5420323B2

JP5420323B2 - 分子ポンプ

Info

Publication number: JP5420323B2
Application number: JP2009148192A
Authority: JP
Inventors: 昌司井口; 哲郎大林
Original assignee: Osaka Vacuum Ltd
Current assignee: Osaka Vacuum Ltd
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2029-06-23
Also published as: JP2011007049A

Description

本発明は、超高真空装置及びＩＣや半導体等の製造装置における真空発生装置に好適なねじ溝ポンプ部を有する分子ポンプに関する。

従来エッチング装置、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等の成膜装置の排気用に使用する分子ポンプでは、排気ガス中の付着凝固性を有するプロセスガスが分子ポンプ内に凝着するのを防止する必要があった。

このためプロセスガス負荷の大小にかかわらずロータやステータや排気管等の排気ガスと接触する部分の温度を所定温度に保って凝縮性ガスの凝着を常時防止するようにした分子ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平９−３１０６９６号公報

分子ポンプ内のプロセスガスは、排気口側に行くほど温度と圧力が上がり、腐食性と付着凝固性が強まる。排気口側ガス通路の効果的な昇温と、ガス通路を形成しない部材の効果的な昇温防止と、非ガス通路へのプロセスガスの回り込みを効果的に遮断する構造が求められている。

特にねじ溝ポンプ、又はねじ溝ポンプ部を有する複合分子ポンプにおいては、ねじ溝ポンプ部のステータを所定の高温に保つ必要がある。

従来の複合分子ポンプの一例を図４に示した。

図４において複合分子ポンプＡはターボ分子ポンプ部Ｂにねじ溝ポンプ部Ｃを連設して形成されており、該複合分子ポンプＡの外殻はターボ分子ポンプ部Ｂの外殻をなす上部ケーシングＢ１、ねじ溝ポンプ部Ｃのステータ兼用の中部ケーシングＣ１、及び複合分子ポンプＡの基盤部分をなすベース部Ｄからなっている。

然して該複合分子ポンプＡは、前記ベース部Ｄに排気口Ｄ１を設けており、このためベース部Ｄに必要な冷却手段を設けた場合においては、排気ガス中の凝縮成分が該ベース部Ｄ内の排気通路に凝着することがあるという問題があった。

又、排気通路での凝縮を防ぐ目的でベース部を加熱すると、該ベース部Ｄ上に立設されている軸受部Ｅの温度が上昇して不具合を生ずるという問題があった。

尚、前記特許文献１に示した分子ポンプも前記複合分子ポンプＡと同様に、下部のベース部に排気口を有しており、この様な排気口の配置は従来一般に行なわれていたものである。

本発明はこれらの問題点を解消し、ねじ溝ポンプ部を有する分子ポンプにおいて、ねじ溝ポンプ部のステータの温度を所定の高温に保つと共に排気ガスが排気通路内に凝着するのを防ぐことができ、しかも分子ポンプのベース部の高温化を防止できるような構造の分子ポンプを提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成すべく、ねじ溝ポンプ部ロータの外側に円筒状のステータを有するねじ溝ポンプ部をベース部上に立設して有する分子ポンプにおいて、該ねじ溝ポンプ部を囲繞するケーシングと前記ベース部とを別体にて形成し、該ケーシングの側壁部の内周面と前記ステータの外周面と前記ケーシングの側壁部の上端部より内方に突出する環状の天井部の下面と前記ベース部の上面とにより形成される環状の排気ガス室を、前記ケーシングと前記ステータとの間に介在させると共に、前記ケーシングの側壁部のみに該排気ガス室に連通する排気口を設けて、前記ねじ溝ポンプ部の排気ガスが前記排気ガス室を介して前記排気口へ連通するように形成した。

本発明によれば、ねじ溝ポンプ部を有する分子ポンプにおいて、ねじ溝ポンプ部のステータの温度を所定の高温に保つことができると共に排気ガスが排気通路内に凝着するのを防ぐことができ、しかも高温化を避けたい分子ポンプのベース部への高温を保ったステータからの伝熱を防止できるような構造の分子ポンプを提供できる効果を有する。

本発明の実施例１の複合分子ポンプの縦断面図である。本発明の実施例２の複合分子ポンプの縦断面図である。本発明の実施例３の複合分子ポンプの縦断面図である。従来の複合分子ポンプの一例の縦断面図である。

本発明を実施するための形態の実施例を以下に示す。

本発明の分子ポンプの実施例１を図１により説明する。

１は本発明を適用した複合分子ポンプであり、該複合分子ポンプ１は、上部のターボ分子ポンプ部２と、その下方部に連設したねじ溝ポンプ部３と、その下方部に固定したベース部８とからなる。

４はロータで、該ロータ４の上方部には複数の動翼２ａを放射状に且つ多段に突出させたターボ分子ポンプ部ロータ４ａが形成されている。

尚、２ｂは前記ターボ分子ポンプ部２のケーシングを示す。

前記ロータ４の下方部には円筒状のねじ溝ポンプ部ロータ４ｂが形成されている。

ねじ溝ポンプ部ロータ４ｂの外側には該ねじ溝ポンプ部ロータ４ｂの外周面と狭小の間隙を有して対向する内周面を有する外側ステータ３ａがあって、該外側ステータ３ａの内周面にねじ溝を凹設しており、該外側ステータ３ａと前記ねじ溝ポンプ部ロータ４ｂとで第１ねじ溝ポンプ部３１が形成されている。

又、ねじ溝ポンプ部ロータ４ｂの内側には該ねじ溝ポンプ部ロータ４ｂの内周面と狭小の間隙を有して対向する外周面を有する内側ステータ３ｂがあって、該内側ステータ３ｂの外周面にねじ溝を凹設しており、該内側ステータ３ｂと前記ねじ溝ポンプ部ロータ４ｂとで第２ねじ溝ポンプ部３２が形成されている。

前記ねじ溝ポンプ部３は、これら第１ねじ溝ポンプ部３１と第２ねじ溝ポンプ部３２の２組のポンプからなっている。

５は前記ねじ溝ポンプ部３を囲繞するケーシングで、該ケーシング５の長さ（高さ）は前記ねじ溝ポンプ部３の長さと同程度の長さに形成されている。

該ケーシング５と前記外側ステータ３ａとの間には、円筒状の排気ガス室６ｃ（後述する第３排気ガス流路に同じ）が介在していて、両者を該排気ガス室６ｃで隔てている。

５ａは排気口を示し、該排気口５ａは前記ケーシング５の側壁部５ｃの中間部において、前記ねじ溝ポンプ部３の側方に位置するように設けられていて、該排気口５ａは前記排気ガス室６ｃに連通している。

６は排気ガス通路を示し、該排気ガス通路６は第１排気ガス流路６ａとこれに連通する第２排気ガス流路６ｂとこれに連通する第３排気ガス流路（前述の排気ガス室６ｃに同じ）とからなる。

前記第１排気ガス流路６ａは前記内側ステータ３ｂの内周面と前記内部ハウジング９の外周面との間の間隙に形成され、又前記第２排気ガス流路６ｂは前記ベース部８の上面と前記内外ステータ３ａ、３ｂの下面との間の間隙に形成され、又第３排気ガス流路は前記排気ガス室６ｃの一部がこれに相当する。

即ち排気ガス室６ｃは、前記ケーシング５の側壁部５ｃの内周面と前記外側ステータ３ａの外周面と該側壁部５ｃの上端部より内方に突出する環状の天板部５ｄの下面とベース部８の上面とにより形成される断面方形の環状の空間である。

即ち排気ガス通路６は、前記第１排気ガス流路６ａから前記第２排気ガス流路６ｂ、前記排気ガス室６ｃの一部を経て前記排気口５ａへと連通するように形成されている。

７は反転流路部を示し、該反転流路部７は前記ねじ溝ポンプ部ロータ４ｂの下端部に沿って環状に設けられており、前記第１ねじ溝ポンプ部３１から排出されるガスは該反転流路部７において反転をして、前記第２次ねじ溝ポンプ部３２へと導かれる。

９は前記ロータ４の軸受部を支承する内部ハウジングを示し、該内部ハウジング９は前記ベース部８に立設され、前記内側ステータ３ｂを挿通している。

次に本実施例の複合分子ポンプ１の作動及びその効果について説明する。

複合分子ポンプ１は上部の吸気口１ａから凝固性ガス等を含んだガスを吸入する。

該ガスはターボ分子ポンプ部２を経て第１ねじ溝ポンプ部３１で下方へ送られ、反転流路部７において反転をして次の第２ねじ溝ポンプ部３２で上方へ送られる。

該第２ねじ溝ポンプ部３２の上端部から吐出されたガスは第１排気ガス流路６ａ、第２排気ガス流路６ｂ、排気ガス室６ｃを経て排気口５ａへと導かれる。

このようにケーシング５と外側ステータ３ａとの間に排気ガス室６ｃを設けて両者を隔てると共に第２ねじ溝ポンプ部３２からの排気が該排気ガス室６ｃを通過するようにしたので、外側ステータ３ａが外気によって冷却されることがなく、付着凝固性を有するプロセスガスが該外側ステータ３ａに凝着することがない。

又、排気ガス通路６がケーシング５と内外のステータ３ｂ、３ａとベース部８に囲まれていて、排気ガスが冷却され難い構造なので、排気中に含まれる凝固性ガス成分が通路壁に凝固する不具合が避けられる効果を有している。

更に又、排気口５ａをねじ溝ポンプ部３のケーシング５の側壁部５ｃの中間部に設けたので、ベース部に排気口を有する従来の分子ポンプとは異なり、ベース部８を低温に保つことができると共に、排気口がねじ溝ポンプ部の下方のベース部に設けられている従来の分子ポンプの構造と比較して分子ポンプの全長（全高）を短くできる効果を有している。

本発明の分子ポンプの実施例２を図２により説明する。

１０は本発明を適用した複合分子ポンプであり、該複合分子ポンプ１０は、上部のターボ分子ポンプ部２０と、該ターボ分子ポンプ部２０の下方部に連設したねじ溝ポンプ部３０とその下方部に固定したベース部８とからなる。

前記ねじ溝ポンプ部３０はロータ（ねじ溝ポンプ部ロータ）４ｂの外周面と狭小の間隙を有して対向する外側ステータ３０ａを有しており、ねじ溝ポンプ部３０を囲繞するケーシング５０は該ねじ溝ポンプ部３０と略同程度の長さ（高さ）に形成されている。

該ケーシング５０と前記外側ステータ３０ａとの間には、円筒状の排気ガス室６０ｂが介在している。

５１はヒータで、前記ケーシング５０を取り巻くように形成されており、該ヒータ５１によってケーシング５０内の排気通路６０を一括して昇温させることができる。

尚、５２は温度センサーで前記ケーシング５０の外側面に取り付けられている。

本実施例の排気通路６０は、ロータ４ｂの下方に設けられている環状の第４排気ガス流路６０ａとこれに連通する前記排気ガス室６０ｂとからなり、該排気通路６０は前記ケーシング５０の側壁部に設けた排気口５ａに連通している。

ねじ溝ポンプ部３０を囲繞するケーシング５０の側壁部５０ｃの下端部より環状の底板部５０ａを内方に突設すると共に該底板部５０ａの内縁部に突条５０ｂを形成し、該突条５０ｂの頂面に円筒状の内壁部５３の下端面を係着した。

該内壁部５３は前記ロータ４ｂを挿通するように配置されており、該内壁部５３の外周面と前記ロータ４ｂの内周面との間に狭小の間隙を有して対向してクリアランス・シール部５４を形成している。

該クリアランス・シール部５４は、上方よりパージガスを放出することにより、下方の第４排気ガス流路６０ａから付着性を有するプロセスガスが浸入して軸受部を汚染するのを防止する役目をしている。

８ａはベース部８に設けられたパージガス供給口を示し、又、８ｂはベース部８に敷設された冷却水管を示す。

１１ａ及び１１ｂはいずれもリング状の断熱部材を示し、一方の断熱部材１１ａは前記ねじ溝ポンプ部３０のケーシング５０の一端部とターボ分子ポンプ部２０のケーシング２ｂとの間に、又他方の断熱部材１１ｂは前記ねじ溝ポンプ部３０のケーシング５０の他端部と前記ベース部８との間にそれぞれ介在し、ねじ溝ポンプ部３０のケーシング５０からターボ分子ポンプ部２０のケーシング２ｂやベース部８への熱伝達を阻止するようにしている。

尚、２ｃはコイルばねを示し、該コイルばね２ｃは静翼の外側リング２ｄを上方へ押し上げる役目を有している。

次に本実施例の複合分子ポンプ１０の作動及びその効果について説明をする。

複合分子ポンプ１０の上部の吸気口１ａから吸入されたガスは、ターボ分子ポンプ部２０及びねじ溝ポンプ３０を経て第４排気ガス流路６０ａに吐出され、排気ガス室６０ｂを経て排気口５ａへと導かれる。

この間、ターボ分子ポンプ部２０及びねじ溝ポンプ部３０の圧縮作用により高温となった排気ガスは、ケーシング５０及び外側ステータ３０ａと内壁部５３の下部とのみと接触し、又これらは一括してヒータ５１によって昇温されるので、排気ガスは高温を保ったまま排気口５ａから排出される。

かくて該ケーシング５０はターボ分子ポンプ部２０やベース部８に直接に接触をせず、断熱的に保たれ、又ベース部８を冷却水で冷却することも可能となる。

即ち、該ケーシング５０内のガスは冷却されないので、該ガス中の凝固し易い成分も凝固することがなく、従って排気ガスがケーシング５０内で凝固しないという効果が得られる。

本発明の実施例３を図３により説明する。

本実施例は前述の実施例２と下記の構成のみが相違する。

即ち、本実施例の複合分子ポンプ１１は、内壁部５３´の下端部の外方に環状板部５３ａを突出させて有しており、該環状板部５３ａと外側ステータ３０ａとをボルト５３ｃで螺着して、一体の二重円筒構造に形成した。

又、前記底板部５０ａの内縁部の突条５０ｂの上部にＯリング溝を凹設して、該Ｏリング溝に嵌入しているＯリング５５の上に前記内壁部５３´の下端を載置するようにした。

尚、該内壁部５３´と一体の外側ステータ３０ａは、フランジ部３０ｂを介してねじ溝ポンプ部３０のケーシング５０ｃに係着されている。

又、前記環状板部５３ａには複数のガス流通孔５３ｂを貫通して形成している。

次に本実施例の複合分子ポンプ１１の作動及びその効果について説明する。

ねじ溝ポンプ部ロータ４ｂから吐出される排気ガスは、ガス流通孔５３ｂを通り、第４排気ガス流路６０ａに吐出され、以後は前記実施例２の複合分子ポンプ１０の場合と同様である。

本実施例の分子ポンプ１１は前記内壁部５３´と外側ステータ３０ａとを２重円筒構造の一体のものとし、これをフランジ部３０ｂによって外殻のケーシング５０ｃに固定したので、各パーツの芯合せが容易となり、前記内壁部５３´及び外側ステータ３０ａとロータ４ｂの各対向する面間の間隙の精度が良くなり、製造上好ましい効果が得られる。

尚、前記実施例２及び実施例３では、ロータ４ｂの内周部と内壁部５３又は５３´との間をクリアランスシール部５４に形成したが、これは前記内壁部の外周部又は前記ロータの内周部のいずれか一方の周面部にラビリンス溝あるいはねじシール溝を凹設して、クリアランスシール部の代りにラビリンスシール部あるいはねじシール部に形成してもよい。

本発明の分子ポンプは、超高真空装置及びＩＣや半導体等の製造装置における特にねじ溝ポンプ部を有する真空発生装置に用いられる。

１、１０、１１分子ポンプ
２、２０ターボ分子ポンプ部
３、３０ねじ溝ポンプ部
３ａ、３ｂ、３０ａステータ
５、５０ケーシング
５ａ排気口
５ｃ側壁部
６、６０排気ガス流路
６ｃ、６０ｂ排気ガス室
８ベース部
１１ａ、１１ｂ、５５断熱部材
３０ｂフランジ部
５０ａ底板部
５３、５３´ 内壁部
５３ａ環状板部
５３ｂガス流通孔
５４クリアランスシール部（ラビリンスシール部あるいはねじシール部）

Claims

ねじ溝ポンプ部ロータの外側に円筒状のステータを有するねじ溝ポンプ部をベース部上に立設して有する分子ポンプにおいて、
該ねじ溝ポンプ部を囲繞するケーシングと前記ベース部とを別体にて形成し、
該ケーシングの側壁部の内周面と前記ステータの外周面と前記ケーシングの側壁部の上端部より内方に突出する環状の天井部の下面と前記ベース部の上面とにより形成される環状の排気ガス室を、前記ケーシングと前記ステータとの間に介在させると共に、
前記ケーシングの側壁部のみに該排気ガス室に連通する排気口を設けて、前記ねじ溝ポンプ部の排気ガスが前記排気ガス室を介して前記排気口へ連通するように形成した分子ポンプ。
前記排気口を前記側壁部の中間部に設けた請求項１に記載の分子ポンプ。
前記ケーシングの側壁部の一端と前記ベース部の間に、前記ケーシングから前記ベース部への熱伝達を阻止するための断熱部材を介在した請求項１又は請求項２に記載の分子ポンプ。
前記ねじ溝ポンプ部をターボ分子ポンプ部の下流側に連設して複合分子ポンプに形成した請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の分子ポンプ。
前記ねじ溝ポンプ部のケーシングの側壁部の他端と前記ターボ分子ポンプ部のケーシングとの間に、前記ねじ溝ポンプ部のケーシングから前記ターボ分子ポンプ部のケーシングへの熱伝達を阻止するための断熱部材を介在した請求項４に記載の分子ポンプ。
前記排気ガス室の下端部を、前記ケーシングの下端部より内方に突設した環状の底板部で形成すると共に、該底板部の内縁部に円筒状の内壁部を上方へ突出させて設け、該内壁部の外周部と前記ロータの内周部との間を狭小の間隙を有して対向させたクリアランスシール部に形成した請求項１乃至５のいずれか１に記載の分子ポンプ。
前記内壁部は前記底板部の内縁部の上にＯリング等の弾性を有する部材を介して載置される構造とし、該内壁部の下端部の外方に環状板部を突出させて、該環状板部と前記ロータの外側のステータの下端部とを結着して前記内壁部と前記ステータとが二重円筒状となるように形成し、該環状板部に複数個の貫通するガス流通孔を設けた請求項６に記載の分子ポンプ。
前記内壁部の外周部又は前記ロータの内周部のいずれか一方の周面部にラビリンス溝又はねじ溝を凹設して、前記内壁部の外周部と前記ロータの内周部との間をラビリンスシール部あるいはねじシール部に形成した請求項６又は請求項７に記載の分子ポンプ。