JP7292881B2 - 真空ポンプ - Google Patents
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Description
これらの半導体は、きわめて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、エッチングにより半導体基板上に微細な回路を形成したりなどして製造される。
また、半導体の製造工程では、さまざまなプロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が数多くあり、ターボ分子ポンプはチャンバ内を真空にするのみならず、これらのプロセスガスをチャンバ内から排気するのにも使用される。
そして、これらのプロセスガスは、排気される際に冷却されてある温度になると固体となり排気系に生成物を析出する場合がある。そして、この種のプロセスガスがターボ分子ポンプ内で低温となって固体状となり、ターボ分子ポンプ内部に付着して堆積する場合がある。
ターボ分子ポンプ内部にプロセスガスの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭め、ターボ分子ポンプの性能を低下させる原因となる。
この制御温度は高い方が生成物が堆積し難いため、この温度は可能な限り高くすることが望ましい。
一方、このようにベース部を高温にした際には、回転翼は、排気負荷の変動や周囲温度が高温に変化した場合等には限界温度を超えるおそれがある。
しかし、磁気軸受式真空ポンプでは、磁力により非接触で回転体を支持するため、放熱ができない。このため、プロセスガスの圧縮に伴い回転体で生ずる圧縮熱や、プロセスガスが回転体と接触又は衝突する際に生ずる摩擦熱や、モータで発生した熱の放熱が課題となる。
このことにより、ポンプの運転時に発生する圧縮熱や摩擦熱が液体で除去されるため、回転翼がオーバーヒートし、破損するのを防止できる。
また、多量のガスを連続排気できるようになるため、半導体製造装置や、フラットパネルの製造装置の待ち時間が軽減され、生産量が増加する。
このことにより、ポンプの運転時に発生する圧縮熱や摩擦熱が液体で除去されるため、回転翼がオーバーヒートし、破損するのを防止できる。
また、多量のガスを連続排気できるようになるため、半導体製造装置や、フラットパネルの製造装置の待ち時間が軽減され、生産量が増加する。
図1において、ターボ分子ポンプ10のポンプ本体100の円筒状の外筒127の上端には吸気口101が形成されている。外筒127の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードによる複数の回転翼102a、102b、102c・・・をハブ99の周部に放射状かつ多段に形成した回転体103を備える。
上側径方向電磁石104は、4個の電磁石が、ロータ軸113の径方向の座標軸であって互いに直交するX軸とY軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石104に近接かつ対応して、コイルを備えた4個の上側径方向変位センサ107が備えられている。この上側径方向変位センサ107はロータ軸113の径方向変位を検出し、図示しない制御装置に送るように構成されている。
ロータ軸113は、高透磁率材(鉄など)などにより形成され、上側径方向電磁石104の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、X軸方向とY軸方向とにそれぞれ独立して行われる。
更に、軸方向電磁石106A、106Bが、ロータ軸113の下部に備えた円板状の金属ディスク111を上下に挟んで配置されている。金属ディスク111は、鉄などの高透磁率材で構成されている。
このように、制御装置は、この軸方向電磁石106A、106Bが金属ディスク111に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸113を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。
そして、固定翼123の一端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ125a、125b、125c・・・の間に嵌挿された状態で支持されている。
固定翼スペーサ125はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。
ネジ付きスペーサ131は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝131aが複数条刻設されている。
回転体103のハブ99の下端には径方向かつ水平に張出部88が形成され、この張出部88の周端より回転翼102dが垂下されている。この円筒部102dの外周面は、円筒状で、かつネジ付きスペーサ131の内周面に向かって張り出されており、このネジ付きスペーサ131の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。
ベース部129はターボ分子ポンプ10を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。
この延長部材95に対峙するステータコラム122の膨出境界点97より下側半分は上側半分に比べて径が大きく形成されている。
回転翼102がモータ121により駆動されてロータ軸113と共に回転すると、回転翼102と固定翼123の作用により、吸気口101を通じてチャンバからの排気ガスが吸気される。
吸気口101から吸気された排気ガスは、回転翼102と固定翼123の間を通り、ベース部129へ移送される。そして、排気口133から吐出される。
ロータ軸113の回転に伴い、ネジ溝9とロータ軸113の下端壁部間に形成されたネジ溝ポンプの作用により、ネジ溝9の上端と下端間で液体の圧力差が生じる。このことにより、底部空間1の液体が吸い上げられる。
底部空間1は水冷管23により冷却される。この水冷管23はプロセスガスの析出物の堆積を防止するために設けられたものと共用されてもよい。また、底蓋3内に埋設されてもよい。底部空間1で冷やされた液体がロータ軸113の内部と回転翼102の内側に接触しつつ流れるので回転体103は効率よく冷却される。
また、多量のガスを連続排気できるようになるため、半導体製造装置や、フラットパネルの製造装置の待ち時間が軽減され、生産量が増加する。
これにより、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
第3実施形態は第1実施形態と同様に液体輸送機構としてネジ溝ポンプを採用している。第3実施形態が第1実施形態と異なるのは連通穴の位置と液体留まり部の配設位置である。第1実施形態では、連通穴19が保護用ボールベアリング17の上方に形成されていたのに対し、第3実施形態では連通穴29が保護用ボールベアリング17の下方、即ち、磁気軸受の上端の近傍に形成されている。但し、連通穴29は磁気軸受の上端より下方に形成されてもよい。連通穴29から吐出された液体はロータ軸113の表面をロータ軸113に沿って流れる。このロータ軸113に沿って流れた液体は底部空間1に戻される。
このことにより、ロータ軸113の表面をロータ軸113に沿って流れた液体によりロータ軸113が直接冷やされ、また、回転翼102もこの液体により間接的に冷やされる。このため、第1実施形態と同様の効果を得ることが出来る。
このことにより、第1実施形態と同様の効果を得ることが出来る。
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が当該改変されたものにも及ぶことは当然である。
3 底蓋
5 ドレン穴
7、8 ドレンキャップ
9 ネジ溝
10 ターボ分子ポンプ
11 中空穴
15 ヒートシンク
16 液面
17 保護用ボールベアリング
19、29 連通穴
21 通孔
23 水冷管
25 空洞
27 テーパ構造ポンプ
61、71、83、91 突起部
73、93 隔壁
80、90 液体留まり部
85 連通穴(回収通路)
88 張出部
95 延長部材
97 膨出境界点
99 ハブ
100 ポンプ本体
102 回転翼
103 回転体
113 ロータ軸
121 モータ
122 ステータコラム
127 外筒
129 ベース部
Claims (10)
- 回転翼と、
該回転翼に固定され、軸端と軸外周部とが連通された連通路を有するロータ軸と、
該ロータ軸を空中に浮上支持する磁気軸受と、
前記ロータ軸を回転駆動する回転駆動手段と、
液体の貯留された液体貯留部と、
前記回転駆動手段による回転駆動に伴い前記液体貯留部に貯留された前記液体を前記連通路を通じて前記軸外周部より送出する液体輸送機構と、
前記連通路から前記液体貯留部に至る前記液体の流路の途中に形成され、前記回転翼により排気される排気ガスが流れる排気経路中に前記液体が漏れるのを防止する液体留まり部とを備え、
前記液体は前記回転翼を冷却していることを特徴とする真空ポンプ。 - 前記液体輸送機構が、
前記ロータ軸の前記軸端の前記連通路に対し挿入された挿入部材と、
前記ロータ軸の前記軸端周りの周壁と前記挿入部材のいずれか一方に形成された螺旋状の溝を備えたことを特徴とする請求項1記載の真空ポンプ。 - 前記液体輸送機構が、
前記ロータ軸の前記軸端の前記連通路周りにテーパ形状の周壁を備えたことを特徴とする請求項1記載の真空ポンプ。 - 前記軸外周部に通ずる連通路の端部が前記ロータ軸と前記回転翼との締結部の近傍に配置されたことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
- 前記軸外周部に通ずる連通路の端部が前記磁気軸受の上端の近傍又は下方に配置されたことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
- 前記液体が前記磁気軸受及び前記回転駆動手段の外側を通り前記液体貯留部へと戻される回収通路を備えたことを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
- 前記液体貯留部を冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
- 前記冷却手段が水冷管及びヒートシンクの少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項7に記載の真空ポンプ。
- 前記ロータ軸及び前記回転翼を有する回転体の少なくともいずれか一方に、径方向の突起部を備えたことを特徴とする請求項1~8のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
- 前記突起部の外周に隔壁が形成されたことを特徴とする請求項9に記載の真空ポンプ。
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