JP7481085B2 - Gas transfer device and method of using the gas transfer device - Google Patents
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Description
本発明は、気体移送装置および気体移送装置の使用方法に関する。 The present invention relates to a gas transfer device and a method for using the gas transfer device.
半導体製造装置などに代表される真空装置の中に、真空チャンバの内部に何らかのガスを導入した状態で使用する装置が存在する。一例として、ドライエッチング装置は六フッ化硫黄などのガスを装置に導入した状態で基板のエッチング加工を行う。さらなる一例として、真空スパッタリング装置はアルゴンなどのガスを導入した状態で対象物のスパッタ加工を行う。 Among vacuum equipment such as semiconductor manufacturing equipment, there are some that are used with some kind of gas introduced into the vacuum chamber. One example is a dry etching equipment that etches a substrate with a gas such as sulfur hexafluoride introduced into the equipment. Another example is a vacuum sputtering equipment that sputters an object with a gas such as argon introduced into the equipment.
上記のようにガスをチャンバ内部に導入する真空装置においては、装置内部の真空度(導入したガスの圧力または濃度)によって対象物の加工量などが変動するので、真空度を制御することが重要となる。特開2007-134428号公報(特許文献1)には、オリフィスバルブを制御することでプラズマ室内の六フッ化硫黄のガス圧を調整するドライエッチング装置が開示されている。 As described above, in a vacuum device that introduces gas into a chamber, the amount of processing of the target object varies depending on the degree of vacuum inside the device (the pressure or concentration of the introduced gas), so it is important to control the degree of vacuum. JP 2007-134428 A (Patent Document 1) discloses a dry etching device that adjusts the gas pressure of sulfur hexafluoride in a plasma chamber by controlling an orifice valve.
特許文献1に記載の装置では、プラズマ室内のガスがオリフィスバルブからプラズマ室の外部へと排気される。したがって、オリフィスバルブに近い位置ではガス圧が低く(真空度が高く)なり、オリフィスバルブから遠い位置ではガス圧が高く(真空度が低く)なる可能性がある。プラズマ室の内部、特に加工対象物の近辺での真空度の不均一性は、ドライエッチングの加工精度、加工均一性および/または加工安定性などに影響を及ぼし得る。 In the device described in Patent Document 1, gas in the plasma chamber is exhausted from the orifice valve to the outside of the plasma chamber. Therefore, the gas pressure may be low (high vacuum) near the orifice valve, and the gas pressure may be high (low vacuum) far from the orifice valve. Non-uniformity in the vacuum level inside the plasma chamber, especially near the workpiece, may affect the processing accuracy, processing uniformity, and/or processing stability of the dry etching.
この課題はドライエッチング装置に限られるものではない。上述の課題は、たとえば真空スパッタリング装置などのチャンバ内にガスを導入する真空装置一般に存在するものである。 This issue is not limited to dry etching equipment. The issue described above exists in general vacuum equipment that introduces gas into a chamber, such as a vacuum sputtering device.
そこで本願は、上述の課題を解決することを一つの目的とする。 Therefore, one of the objectives of this application is to solve the above-mentioned problems.
本願は、気体を移送する気体移送装置であって、少なくとも一部に円柱状部分を有する内筒であって、内筒の吸気側に設けられたステージ取付部を含む、内筒と、少なくとも一部に円柱状部分を有する外筒であって、内筒の中心軸と同軸に配置される、外筒と、内筒と外筒で画定されるガス流路上に設けられた動翼であって、中心軸を中心として回転可能に構成された動翼と、ガス流路上に設けられた静翼と、動翼を回転するためのモータと、を備え、内筒および外筒が中空に形成されており、気体移送装置はさらに、内筒および動翼により画定される空間に気体を供給するためのガスパージ口を備える、気体移送装置を開示する。 This application discloses a gas transfer device for transferring gas, comprising an inner cylinder having at least a cylindrical portion on at least a part thereof and including a stage mounting portion provided on the intake side of the inner cylinder, an outer cylinder having at least a cylindrical portion on at least a part thereof and arranged coaxially with the central axis of the inner cylinder, a rotor blade provided on a gas flow path defined by the inner cylinder and the outer cylinder, the rotor blade configured to be rotatable around the central axis, a stationary blade provided on the gas flow path, and a motor for rotating the rotor blade, the inner cylinder and the outer cylinder being formed hollow, and the gas transfer device further comprising a gas purge port for supplying gas to a space defined by the inner cylinder and the rotor blade.
<第1実施形態>
図1は第1実施形態にかかる気体移送装置100の断面を模式的に示す図である。なお、本実施形態にかかる気体移送装置100では、コネクタ118、排気口122、気流調整バッフルプレート180に設けられた通気口181およびステージ取付部114に設けられたガスパージ口191を除き、中心軸113に対して対称となるように構成されている。
First Embodiment
1 is a schematic diagram showing a cross section of a
図1の気体移送装置100は、紙面上部から気体を吸気し、紙面下部へ気体を排気するように構成されている。なお、以下の説明における「吸気側」とは図1の紙面上部または紙面上方向を指し、「排気側」とは図1の紙面下部または紙面下方向を指す。また、気体移送装置100は真空装置10に接続されているものとして説明する。この例における真空装置10はドライエッチング装置であり、処理室11(真空チャンバ11)、処理室11に備えられたプロセスガス供給機構12およびシャワーヘッド電極13、交流電源14ならびに交流電源14に接続されたケーブル15が備えられている。また、真空装置10および気体移送装置100の少なくとも一方を制御するための制御装置20が備えられていてもよい。真空装置10は、ドライエッチング装置の他、CVD装置、真空蒸着装置またはアッシング装置などの装置であってもよい。
The
(内筒および外筒について)
図1の気体移送装置100は、内筒110と、内筒110の外側に内筒110から離隔して設けられた外筒120とを備える。図1の例では、内筒110の外周面と外筒120の内周面との間の空間が、気体移送装置100におけるガス流路130を形成する。換言すれば、内筒110と外筒120がガス流路130を画定する。気体移送装置100は、ガス流路130を通過した気体を排気するための排気口122を備える。本実施形態では、外筒120の底部に排気口122が設けられているが、排気口122は外筒120の他の部分に設けられていてもよい。また、排気口122は内筒110などの他の部品に設けられていてもよい。
(Regarding the inner and outer cylinders)
The
内筒110は少なくとも一部に円柱状部分111を有する。また、内筒110は中空に形成されており、中空空間112を画定している。外筒120も少なくとも一部に円柱状部分121を有し、中空に形成されている。外筒120の円柱状部分121は、内筒11
0の円柱状部分111の中心軸113と同軸に配置される。
The
1. The
内筒110は、内筒110の吸気側の端部に、ステージ115を取り付けるためのステージ取付部114を含む。ステージ取付部114は内筒110と一体形成されていてもよく、別個の部品として形成されていてもよい。本実施形態では、ステージ取付部114は円柱状で、かつ中空の部品であり、内筒110とは別個の部品である。しかし、ステージ取付部114の形状は円柱状に限らず、たとえばステージ115の形状に応じた形状にすることができる。また、ステージ取付部114を非中空のものとすることもできる。この場合、ステージ取付部114が中空空間112の閉口端となる。
The
ステージ取付部114には基板116を固定するためのステージ115が取り付けられている。なお、ステージ取付部114は内筒110の一部であるので、「内筒110にステージ115が取り付けられている」と表現することも可能である。本実施形態では、円形の基板116を固定するために、ステージ115は円柱状に形成されている。しかし、ステージ115の形状は円柱状に限らず、たとえば基板116の形状に応じた形状にすることができる。さらに、ステージ115は中空空間112の閉口端となっている。ステージ115は、たとえば静電チャックなどを備えることにより、シリコンウエハなどの基板116を固定することが可能なように構成されている。
A
内筒110、外筒120、ステージ取付部114、ステージ115および基板116の配置について、図2の分解立体図を用いて説明する。ただし、図2では内筒110、外筒120、ステージ取付部114、ステージ115、基板116、コネクタ118、第1のボルト124および第2のボルト202以外の部品の図示は省略されている。
The arrangement of the
図2に示されるとおり、本実施形態では、外筒120、ステージ取付部114、ステージ115および基板116の中心軸が、内筒110の円柱状部分111の中心軸113と同軸となるように配置されている。内筒110の底部には第1の雌ねじ穴117(この例では8つ)が設けられており、外筒120の底部には第1の貫通穴123(この例では8つ)が設けられている。この例では、8つの第1のボルト124を、第1の貫通穴123を介して第1の雌ねじ穴117にそれぞれねじ込むことで、内筒110を外筒120に固定することができる。ただし、内筒110と外筒120の固定方法は上述した方法に限らない。たとえば内筒110と外筒120との間に底板を設け、内筒110と底板を固定し、さらに外筒120と底板とを固定することもできる。また、内筒110および外筒120の間にOリングなどのシール材を設けることが好ましい。
2, in this embodiment, the central axes of the
内筒110とステージ取付部114についても、ステージ取付部114に設けられた第2の貫通穴200、内筒110の吸気側に設けられた第2の雌ねじ穴201および第2のボルト202を用いて固定することができる。この場合、第2の貫通穴200に座繰り部分を設けることで、第2のボルト202の頭部がステージ115と干渉することを防止することができる。ステージ取付部114とステージ115の固定についてもボルトによる固定を採用することができる。各部品間の固定は、ボルトによる固定の他、たとえば嵌合などの従来知られた固定方法を用いることもできる。
The
気体移送装置100が接続される真空装置10の種類に応じて、ステージ115に様々な機能または構成を付与することが可能である。たとえば真空装置10がドライエッチング装置である場合、交流電源14に接続される電極がステージ115に設けられていてよい。その他、たとえばステージ駆動機構またはステージ温度調整機構などをステージ115に設けることができる。これらの要素またはこれらの要素に接続された配線などを中空空間112に収納することで、気体移送装置100を小型化することができる。
Depending on the type of
(動翼および静翼について)
ガス流路130上には、動翼140および静翼150が設けられている。動翼140は、ガス流路130上で回転自在に配置されている。静翼150は、動翼140と対向するように配置されている。ガス流路130上に設けられた動翼140および静翼150は、ガス流路130上の気体分子の流れを阻害し、ガス流路130の配管コンダクタンスを低下させる。配管コンダクタンスを低下させることで、プロセスガス供給機構12から真空装置10の内部に供給されたガスを処理室11の内部で均一に保持することが可能になる。
(About rotor blades and stator blades)
A moving
動翼140は高速に回転するまたは回転させられる部材である。また、実施形態にかかる気体移送装置100は中空空間112を有する。したがって、実施形態にかかる動翼140の径は、中空空間を有さない気体移送装置の動翼の径よりも大きくなりやすい。よって、実施形態にかかる動翼140は強い遠心応力に曝され得る。さらに、気体移送装置100の駆動中は、気体移送装置100の各部品の温度が上昇し得る。したがって、動翼140は、なるべく軽量で、強い遠心応力に耐え得、かつ、耐クリープ性が高いことが好ましい。そこで、実施形態にかかる動翼140は、銀を含有したアルミ合金から形成されてよい。アルミ合金から形成された動翼は広く知られているが、銀を含有したアルミ合金を用いることで、動翼140の強度をさらに向上させることができることがわかった。なお、銀の含有量は、常温常圧の条件下で0.01%~5%(質量パーセント)であってよい。ただし、銀の含有量を前述の割合以外の割合としてもよい。さらに好ましくは、動翼140は、そのようなアルミ合金を鍛造して形成されてよい。なお、動翼140は、他の材質または他の形成方法により形成されていてもよい。
The moving
図1の例では、静翼150が伝熱スペーサ125を介して外筒120に間接的に取り付けられている。ただし、静翼150は外筒120に直接的に取り付けられてもよい。また、静翼150は、伝熱スペーサ125および/または外筒120から分離可能に構成されてもよい。静翼150の材質は動翼140の材質と同じでもよく、異なっていてもよい。また、静翼150は伝熱スペーサ125と一体に形成されていてもよい。より具体的には、後述する静翼ベース151の少なくとも一つが、伝熱スペーサ125と一体に形成されていてもよい。静翼150と伝熱スペーサ125がそれぞれ別個独立の部品である場合、静翼150と伝熱スペーサ125の間には隙間が発生し得る。後述するように、実施形態にかかる気体移送装置100は、分子流条件のみならず、中間流条件または粘性流条件においても用いられ得る。中間流条件または粘性流条件において静翼150と伝熱スペーサ125との間に隙間が存在すると、そのような隙間を介して処理室11から気体が漏出しやすいと考えられる。気体の漏出とは逆に、そのような隙間を介して、処理室11に意図しない気体が入り込む可能性もある。さらに、実施形態にかかる気体移送装置100は中空空間112を有する。したがって、実施形態にかかる静翼150の径は、中空空間を有さない気体移送装置の静翼の径より大きくなりやすい。よって、実施形態にかかる気体移送装置100では、静翼150と伝熱スペーサ125との間の隙間の大きさ(「隙間の長さ」「隙間の面積」または「隙間の体積」と表現してもよい)が大きくなりやすい。隙間が大きくなれば、処理室11からの気体の漏出量/処理室11への気体の流入量はいっそう大きくなると考えられる。静翼150と伝熱スペーサ125との間に隙間がなるべく発生しないよう、静翼150(または静翼150の少なくとも一部)を伝熱スペーサ125(または伝熱スペーサ125の少なくとも一部)と一体に形成することで、処理室11からの気体の漏出/処理室11への気体の流入を低減することができる。
In the example of FIG. 1, the
気体移送装置100が気体を移送している間、気体移送装置100の内部には熱が発生する。発生した熱は静翼150を温める。静翼150の熱は(伝熱スペーサ125が設けられている場合は伝熱スペーサ125を介して)外筒120に伝わる。外筒120に伝わった熱は、図1の構成であれば外部の空間に放熱される。しかし、図1とは異なり、外筒
120の外部にさらに何らかの部品が設けられている場合もある。たとえば、処理室11の下部が円筒状に形成されており、そのような円筒状の部分に気体移送装置100を取り付けた場合、外筒120の周囲には処理室11の壁が存在し得る。各部品の間で効率的に熱を伝導するためには、隣り合う部品同士を接触させることが好ましい。
While the
一方で、静翼150、(存在する場合は)伝熱スペーサ125および外筒120が熱を受け取ると、各部品は熱により膨張し得る。さらに、熱は気体移送装置100の内部から外部へ向かって移動するため、気体移送装置100の内側に位置する部品のほうが、外側に位置する部品よりも熱くなりやすい。(ただし、装置の構成や、各部品の比熱または熱容量などによっては、外側に位置する部品の方が熱くなる可能性もある。)したがって、隣り合う部品同士を接触させた状態で、気体移送装置100により気体を移送すると、焼きばめに類似した現象が発生する。すなわち、気体移送装置100により気体を移送すると、熱膨張により、隣り合う部品が互いを押さえつけ得る。熱膨張により部品が押さえつけられると、部品を分解することが不可能になるか、または、少なくとも部品の温度が低下するまで部品を分解することが困難になる。また、部品同士が互いを押さえつけることにより、部品の変形が起こり得ると考えられる。気体移送装置100には中空空間112が設けられているので、各部品の径は大きくなりやすい。部品の径が大きくなると熱による径方向の膨張量も大きくなるので、熱膨張による問題はより重大になると考えられる。
On the other hand, when the
焼きばめに類似した現象による問題を解決するため、次の条件の少なくともひとつを満たすように静翼150、(存在する場合は)伝熱スペーサ125および外筒120の寸法を決定してよい。
・静翼150が第1の所定の温度(たとえば気体移送装置100の最高許容温度より20度低い温度)以上の温度となった場合に、静翼150がその外周にある部品(たとえば伝熱スペーサ125または外筒150)に接触する。換言すれば、静翼150の温度が第1の所定の温度より低い場合には、静翼150はその外周にある部品に接触しない(隙間が形成される)。
・伝熱スペーサが第2の所定の温度(たとえば気体移送装置100の最高許容温度より30度低い温度)以上の温度となった場合に、伝熱スペーサ125がその外周にある部品(たとえば外筒120)に接触する。換言すれば、伝熱スペーサ125の温度が第2の所定の温度より低い場合には、伝熱スペーサ125はその外周にある部品に接触しない。
・外筒120が第3の所定の温度(たとえば気体移送装置100の最高許容温度より40度低い温度)以上の温度となった場合に、外筒120がその外周にある部品(たとえば処理室11)に接触する。換言すれば、外筒120の温度が第3の所定の温度より低い場合には、外筒120はその外周にある部品に接触しない。
To address problems caused by a phenomenon similar to shrink fitting, the
When the temperature of the
When the temperature of the heat transfer spacer reaches or exceeds a second predetermined temperature (e.g., a temperature 30 degrees lower than the maximum allowable temperature of the gas transfer device 100), the
When the temperature of the
上記の条件の少なくともひとつを満たすような構成によれば、部品の温度が所定の温度以上となった場合は部品同士が接触するため、部品間で熱が伝導する。したがって、部品の温度が所定の温度以上となった場合、気体移送装置100の放熱をすることが可能になる。一方で、常温では部品間に隙間が形成されている。したがって、熱膨張によって部品が他の部品を押さえつける力を低減することができる。よって、焼きばめに類似した現象による問題を解決することができる。
According to a configuration that satisfies at least one of the above conditions, when the temperature of the parts reaches or exceeds a predetermined temperature, the parts come into contact with each other, and heat is conducted between the parts. Therefore, when the temperature of the parts reaches or exceeds a predetermined temperature, it becomes possible to dissipate heat from the
図3を用いて、動翼140を詳細に説明する。図3Aは、動翼140を吸気側から見た上面図である。図3Bは動翼140の正面図である。本実施形態の動翼140は、円柱状かつ中空の動翼ベース141を備える。動翼ベース141には動翼の段142が4段備えられている。動翼の段142のそれぞれは個々の動翼143の集合体である。個々の動翼143のそれぞれは、動翼ベース141の中心軸を中心として放射状に形成されている。なお、気体移送装置100が組み立てられたとき、動翼ベース141の中心軸は内筒110の円柱状部分111の中心軸113とほぼ一致する。したがって、「動翼ベース141
の中心軸」を「中心軸113」と読み替えることが可能である。また、動翼の段142の数ならびに個々の動翼143の枚数および角度などは図示したものに限られない。
The
It is possible to read "the central axis of the
動翼140は、中心軸113を中心として回転することができる。個々の動翼143のそれぞれは、動翼140の回転方向300に対して前部が吸気側に位置し、後部が排気側に位置するよう傾けられている。この構成により、個々の動翼143は回転時に気体分子と衝突して気体分子に運動エネルギーを加え、気体分子を図1の紙面上部から紙面下部に向けて移送する。また、一般的に、吸気側において分子の吸気効率を上昇させ、かつ、排気側において分子の逆流を防止するために、吸気側に位置する動翼の段142の傾斜角度を大きくし、かつ、排気側に位置する動翼の段142の傾斜角度を小さくすることが知られている。一方で、実施形態にかかる気体移送装置100は、処理室10中にプロセスガスなどの気体を保つ必要がある。そこで、動翼の段142のすべての傾斜角度はほぼ同一であってよい。具体的には、個々の動翼143のすべてを、10度以上30度以下の間で傾けてよい(ただし、個々の動翼143が、図3Bの左右方向に平行な状態である場合の傾斜角度を0度とする)。もちろん、10度より小さい角度または30度より小さい角度とすることも可能である。この構成によれば、必要な圧縮比を保ちつつ、必要な気体移送の性能を保ちつつ、かつ、処理室10の内部にプロセスガスなどの気体を保つことが可能である。動翼140の回転速度が速いほど、気体分子の移送効率は向上する。したがって、動翼140の回転速度を増減することで、ガス流路130の配管コンダクタンスを増減させることができる。一例として、制御装置20が動翼140の回転速度を制御する構成を取ることが可能である。
The
次に、図4を用いて静翼150を詳細に説明する。図4Aは、静翼150(または静翼150の少なくとも一部)を吸気側から見た上面図である。図4Bは静翼150(または静翼150の少なくとも一部)の正面断面図である。静翼150は、円柱状かつ中空の静翼ベース151を備える。静翼ベース151は、分割線154の位置で二分割可能に構成されている。静翼ベース151の組立時には、動翼140を挟み込むように二つの部分が取り付けられる。ただし、静翼ベース151は分割構造を持つものに限られない。また、静翼ベース151には静翼の段152が1段備えられている。なお、図1において複数の部品(図1では4つ)に1つの符号「150」が付されていることから理解されるように、静翼150は複数の静翼ベース151を積み重ねたものであってよい。静翼ベース151を積み重ねることで、静翼150は全体として複数の静翼の段152を備える。1つの静翼ベース151が静翼の段152を1段備える場合、静翼ベース151の数は、動翼の段142の数と等しいことが好ましい。静翼の段152は個々の静翼153の集合体である。個々の静翼153のそれぞれは、静翼ベース151の中心軸(中心軸113と読み替えることができる)を中心として放射状に形成されている。ただし、1つの静翼ベース151に設けられる静翼の段152の数、静翼150全体としての静翼の段152の数、ならびに個々の静翼153の枚数および角度などは図示した数に限られない。
Next, the
個々の静翼153のそれぞれは、個々の動翼143とは逆方向に傾けられている。すなわち、個々の静翼153のそれぞれは、動翼140の回転方向300に対して前部が排気側に位置し、後部が吸気側に位置するよう傾けられている。この構成により、静翼150は、図1の紙面下部から紙面上部方向への気体分子の移動(気体分子の逆流)を防ぐ。動翼140と同様に、静翼150についても、吸気側に位置する静翼の段152の傾斜角度を大きく、排気側に位置する静翼の段152の傾斜角度を小さくすることが知られている。動翼140(動翼の段142)と同様に、静翼の段152のすべての傾斜角度はほぼ同一であってよい。具体的には、個々の静翼153のすべてを、10度以上30度以下の間で傾けてよい(ただし、個々の静翼153が、図4Bの左右方向に平行な状態である場合の傾斜角度を0度とする)。もちろん、10度より小さい角度または30度より小さい角度とすることも可能である。
Each of the
以上の構成によれば、動翼140(個々の動翼143)および静翼150(個々の静翼153)はガス流路130のコンダクタンスを低下させる他にも、それぞれ気体分子を移送するためのブレードとしても働く。ここで、JIS(Japanese Industrial Standards)には、以下の定義が記載されている。
JIS Z 8126-2:1999 2.1.2.5 “分子ポンプ”:“高速のロータ表面によって気体分子に運動量が与えられ,ポンプの排気口の方向に気体が輸送される運動量輸送式真空ポンプ。”
JIS Z 8126-2:1999 2.1.2.5.1 “ターボ分子ポンプ”:“ロータに溝又は羽根があって,それに対
応する同様のステータの間を回転する分子ポンプ。回転体の周速は,気体分子の運動速度とほぼ同じである。通常,分子流条件のもとでその性能を発揮する。”
According to the above configuration, the rotor blades 140 (individual rotor blades 143) and the stator blades 150 (individual stator blades 153) each act as a blade for transporting gas molecules in addition to reducing the conductance of the
JIS Z 8126-2:1999 2.1.2.5 "Molecular pump": "A momentum transport vacuum pump in which momentum is imparted to gas molecules by a high-speed rotor surface, and the gas is transported in the direction of the pump exhaust port."
JIS Z 8126-2:1999 2.1.2.5.1 "Turbomolecular pump": "A molecular pump in which a rotor has grooves or blades and rotates between a corresponding similar stator. The peripheral speed of the rotor is approximately the same as the speed of motion of the gas molecules. It usually performs well under molecular flow conditions."
実施形態にかかる気体移送装置100は、動翼140(個々の動翼143)により気体分子に運動量を与え、排気口の方向に気体を移送している。したがって、JISの定義に照らせば、実施形態にかかる気体移送装置100は分子ポンプであるといえる。さらに、実施形態にかかる気体移送装置100は、動翼140(動翼の段142)が静翼150(静翼の段152)の間を回転するように構成されている。したがって、JISの定義に照らせば、実施形態にかかる気体移送装置100はターボ分子ポンプであるといえる。ただし、実施形態にかかる気体移送装置は、「配管コンダクタンスを低下させることで、プロセスガス供給機構12から真空装置10の内部に供給されたガスを処理室11の内部で均一に保持する」ために設けられている。プロセスガスが供給された処理室11の内部は、分子流条件のみならず、粘性流条件または中間流条件にもなり得ると考えられる。したがって、実施形態にかかる気体移送装置は一般的なターボ分子ポンプ(JISによれば「通常,分子流条件のもとでその性能を発揮する」)とは異なることを留意されたい。
The
複数の静翼ベース151を積み重ねて用いる場合、静翼ベース151同士はいんろう継手(spigot joint)の形式により接続されることが好ましい。たとえば図4に示すとおり、静翼ベース151の上面の内周側には凸部155が設けられてよい。かつ、静翼ベース151の下面の内周側には、凸部155に対応する凹部156が設けられてよい。凸部155が凹部156と結合することで、複数の静翼ベース151を精度よく位置決めすることができる。また、静翼ベース151の位置決めが高精度化されることにより、動翼140と静翼150との間のギャップ長を精度よく管理することが可能である。なお、図4の構造はあくまでも例示である。たとえば、図4とは異なり、静翼ベース151の上面に凹部156を設け、静翼ベース151の下面に凸部155を設けてもよい。凸部155および凹部156は、静翼ベース151の内周側でない部分に設けられていてもよい。
When multiple stator vane bases 151 are stacked, it is preferable that the stator vane bases 151 are connected to each other in the form of a spigot joint. For example, as shown in FIG. 4, a
(軸受について)
気体移送装置100は、動翼140を回転可能に支持するための軸受を備える。軸受としては転がり軸受または磁気軸受などを用いることができる。図1の例では、内筒110と動翼140との間に設けられた磁気軸受160が用いられている。図1の例における磁気軸受160は、2組のラジアル磁極161および1組のアキシャル磁極162を含む。図1の磁気軸受はさらに、タッチダウン軸受163を含む。
(Regarding bearings)
The
ラジアル磁極161は、動翼140の径方向の荷重を支持するための磁極である。図1の例では、内筒110の円柱状部分111の外周面および動翼140の内周面にラジアル磁極161が設けられている。なお、ラジアル磁極161に、内筒110と動翼140との間の径方向の変位を測定するラジアル変位センサ(図示せず)を設けてもよい。その場合、制御装置20が変位センサの測定量に基づいてラジアル磁極161を制御することで、動翼140の回転を安定化することができる。
The radial
アキシャル磁極162は、動翼140の軸方向の荷重を支持するための磁極である。図1の例では、内筒110の一部であるステージ取付部114にアキシャル磁極162が設けられている。また、アキシャル磁極162の他に、アキシャル磁極162のターゲットであるアキシャル磁極ターゲット164、アキシャル変位センサ(図示せず)を保持するためのアキシャルセンサホルダ165およびアキシャル変位センサのターゲットであるアキシャルセンサターゲット166を備えてもよい。ここで、アキシャル変位センサは内筒110と動翼140との間の軸方向の変位を測定するセンサである。なお、図1の例では、アキシャル磁極ターゲット164およびアキシャルセンサターゲット166は動翼140に固定されており、動翼140とともに回転する。また、図1に示すように、アキシャル磁極162、アキシャル磁極ターゲット164、アキシャルセンサホルダ165およびアキシャルセンサターゲット166を気体移送装置100の上部からアクセス可能な位置に設けることで、アキシャル磁極162を交換することが容易になる。
The axial
タッチダウン軸受163は磁気軸受160が制御不能となった際などに動作する軸受である。図1の例では、内筒110の一部であるステージ取付部114と動翼140との間にタッチダウン軸受163が設けられている。
The
従来は、タッチダウン軸受163として、径方向または軸方向の1方向の荷重を支持することができる2点接触型玉軸受が用いられていた。しかし、磁気軸受160を緊急停止した場合には、径方向および軸方向の双方に荷重が発生し得る。そこで従来技術では、2点接触型玉軸受を二つ組み合わせる(複列化する)ことで、径方向および軸方向の双方の荷重を支持していた。一方、本実施形態では、タッチダウン軸受163として4点接触単列型玉軸受を用いている。4点接触型玉軸受は、一つの(単列の)軸受で径方向および軸方向の双方の荷重を支持することができる。タッチダウン軸受を単列化することで、部品の小型化、部品点数の削減を達成することができる。4点接触単列型玉軸受以外にも、通常の単列型玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受等の軸受を採用することも可能である。
Conventionally, a two-point contact ball bearing capable of supporting a load in one direction, either the radial or axial direction, was used as the
さらに、タッチダウン軸受163にはガラスコーティングが施されていてもよい。ガラスコーティングを施すことによって、タッチダウン軸受163の硬度およびすべり性が向上する。したがって、ガラスコーティングによって、たとえば磁気軸受160が緊急停止した際などにタッチダウン軸受163が受けるダメージを低減することができる。同様に、ガラスコーティングによって、タッチダウン軸受163と接触する他の部品が受けるダメージを低減することができる。タッチダウン軸受163として玉軸受を用いる場合は、軸受の内部のボールおよびそれらのボールが接触する箇所の少なくとも一方にガラスコーティングを施すことが好ましい。
Furthermore, the touchdown bearing 163 may be glass coated. The application of a glass coating improves the hardness and slipperiness of the
タッチダウン軸受163およびタッチダウン軸受163と接触する他の部品のダメージの軽減を目的として、ガラスコーティングの他に、他の潤滑剤を用いることも可能である。潤滑剤として、例えば二硫化モリブデンまたは二硫化タングステンなどを含む固体潤滑剤を用いることができる。また、タッチダウン軸受163の少なくとも一部を高強度の材質から形成してもよい。高強度の材質として、たとえばニッケルクロムモリブデン鋼が挙げられる。タッチダウン軸受163を高強度の材質から形成することにより、タッチダウン軸受の使用回数を向上させ得る。とくに、タッチダウン軸受163のうち動翼140と共に回転する部分を高強度の部材から形成することで、タッチダウン軸受163が強い回転応力に耐えることが可能になる。実施形態にかかる気体移送装置100は中空空間112を有するため、動翼140の径が大きくなりやすい。したがって、タッチダウン軸受163(より正確には、タッチダウン軸受163のうち動翼140と共に回転する部分)に発生する回転応力も大きくなりやすい。よって、回転応力に耐え得るようにタッチダウン
軸受163を構成することは重要である。
In order to reduce damage to the
磁気軸受160が制御不能となり、タッチダウン軸受163が動作を開始した場合、タッチダウン軸受163を軸として、動翼140の回転軸が振れてしまう可能性がある。そこで、内筒110の円柱状部分111の外周面に設けられたラジアル磁極161と、動翼140の内周面に設けられたラジアル磁極161間とのギャップ距離は、動翼140の回転軸が振れた場合であってもラジアル磁極同士が接触しないように構成されている。ここで、タッチダウン軸受163から遠いラジアル磁極161は、タッチダウン軸受163に近いラジアル磁極161よりも、回転軸の振れによる回転軸と垂直方向の移動量が大きいと考えられる。したがって、タッチダウン軸受163から遠くに設けられたラジアル磁極のギャップ距離を長くすることで、ラジアル磁極同士の接触を効果的に防ぐことができ得る。
If the
なお、磁気軸受160の部品のうち動翼140と共に回転する部品は高速で回転し得る。従来から、回転中に部品の結合が外れてしまうことを防止するため、磁気軸受160のうち動翼140と共に回転する部品と、動翼140との間にリング状のスペーサ部材を設けることが知られている。スペーサ部材は、磁気軸受の部品をしっかりと保持することができる。一方で、スペーサ部材を設けることにより、気体移送装置100全体の部品点数および重量が増加してしまうという課題があった。また、実施形態にかかる気体移送装置100のように、動翼140の径が大きい場合、各部材の熱膨張量が大きくなる。熱膨張量が大きい場合にスペーサ部材を用いると、膨張によって各部品が干渉してしまう可能性が高くなる。そこで、実施形態にかかる気体移送装置100の動翼140は、スペーサ部材を用いずに、焼きばめによって磁気軸受160の部品と結合されていてよい。より具体的には、動翼140の内周部分に溝を掘り、その溝に対して磁気軸受の部品を焼きばめしてよい。焼きばめの温度は、気体移送装置100の最高許容温度(たとえば120℃)より高いことが好ましい。そのような温度で焼きばめすることにより、気体移送装置100が最も高熱になった場合であっても、部品が脱落する可能性を低くすることができる。なお、焼きばめではなく、冷やしばめによって磁気軸受160の部品と動翼140とが結合されていてもよい。
In addition, among the components of the
(モータについて)
気体移送装置100はさらに、動翼140を回転させるためのモータを備える。図1の例では、動翼140の回転の中心は中心軸113である。また、図1の例では、ロータ171およびステータ172を含む1つのラジアルギャップ型モータ170がモータとして用いられている。ロータ171は動翼140に設けられている。ステータ172は内筒110の円柱状部分111のうち、ロータ171と対向する位置に設けられている。
(Regarding motors)
The
なお、上述した軸受およびモータの配置および個数等は一例である。軸受及びモータについては、本願明細書の記載と矛盾しない限り、従来知られた任意の構成を採用することができる。 The above-mentioned arrangement and number of bearings and motors are merely examples. Any conventionally known configurations of bearings and motors may be used as long as they do not contradict the description in this specification.
(コネクタおよび配線について)
気体移送装置100の部品(磁気軸受160およびラジアルギャップ型モータ170など)を動作させるために、それらの部品に電力を供給することが必要である。すなわち気体移送装置100には、気体移送装置100の内外を電気的に接続するためのコネクタが必要になる場合がある。ここで、中空空間112には、交流電源14などに接続されたケーブル15などの部品が存在する。したがって、ケーブル15など中空空間112の内部に存在する部品とコネクタとの干渉を避けるために、コネクタを内筒110の円柱状部分111以外の場所に設けることが好ましい。
(Regarding connectors and wiring)
In order to operate the components of the gas transfer device 100 (such as the
そこで本実施形態では、気体移送装置100の排気側の底部である、外筒120の排気側の底部にコネクタ118を設けている。なお、コネクタ118を内筒110の排気側の底部に設けることも可能である。仮に、内筒110と外筒120とが底板によって接続されている場合、底板にコネクタ118を設けてもよい。以上の構成によれば、内筒110の円柱状部分111に存在する部品とコネクタ118との干渉を回避することができる。なお、1つのコネクタ118あたりのピン数を低減するために、コネクタ118を複数設けてもよい。例外はあるものの、一般的に、ピン数が少ないコネクタは、ピン数が多いコネクタより小さい。したがって、複数のコネクタ118を用いることによって、コネクタ118の大きさを小さくすることが可能である。コネクタ118の個数は、部品点数、必要なピンの数(必要な導電路の数)、コネクタ118が設けられる部分の寸法などによって適宜決定されてよい。
Therefore, in this embodiment, the
さらに本実施形態では、内筒110の円柱状部分111の外周面に、コネクタ118に接続される配線を敷設するための溝203が形成されている(図2を参照)。この溝203に配線を敷設して、コネクタ118と各種部品(モータなど)の間を接続することで、配線が動翼140等に巻き込まれることを防止することができる。溝203の形状は、配線が接続される部品の配置および個数などに応じた任意の形状であってよい。
Furthermore, in this embodiment, a
(気流調整バッフルプレートについて)
図1に示すように、気体移送装置100の排気口122が紙面左側にのみ存在する場合、ガス流路130のうち紙面左側の部分の流路長が紙面右側の部分の流路長より短くなる。その結果、ガス流路130のうち紙面左側の部分の配管コンダクタンスが紙面右側の配管コンダクタンスより大きくなり得る。したがって、真空装置10に気体移送装置100を取り付けて駆動させた場合、真空装置10の紙面左側の部分では真空度が高く、紙面右側の部分では真空度が低くなり得る。
(About the airflow adjustment baffle plate)
1, if
また、本実施形態においては、真空装置10内部の気体分子が動翼140の個々の動翼143と衝突することで真空装置10の内部が排気される。個々の動翼143は、中心軸113を中心として、回転方向300の方向に回転している(図3A参照)。個々の動翼143の回転によって、真空装置10の内部に旋回流が発生し得る。旋回流の制御は困難であり、旋回流は真空度の不均一化を招き得るので、旋回流の発生を可能な限り回避することが好ましい。
In addition, in this embodiment, the inside of the
そこで図1の気体移送装置は、動翼140の吸気側に隣接した位置に、通気口181を有する気流調整バッフルプレート180を備える。気流調整バッフルプレート180は、動翼140および静翼150とは独立別個のバッフルプレートであり、真空装置10の内部の気流を調整するためのプレートである。気流調整バッフルプレート180として、設置位置、設置角度および/または通気口の大きさ等を調整できるものを用いてもよい。
The gas transfer device in FIG. 1 is provided with an airflow
気流調整バッフルプレート180の通気口181は、ガス流路130の配管コンダクタンスの位置による変化を補償するように設けられている。さらに、通気口181は、旋回流の発生を防ぐように設けられている。具体例として、気流調整バッフルプレート180をリング状としたうえで、複数個の通気口181を設けることができる。この場合、各通気口の形状、大きさおよび/または設置位置をそれぞれ適切なものとすることで、ガス流路130の配管コンダクタンスの差異を補償することが可能である。たとえば図1では、紙面右側の通気口181が紙面左側の通気口181より大きく形成されている。そのほか、所望の性能に応じて、任意の形状の気流調整バッフルプレート180および通気口181を採用することができる。
The
気流調整バッフルプレート180ではなく、静翼150により旋回流の発生を抑制する
ことも可能である。図1の構成では、動翼の段142および静翼の段152のうちもっとも吸気側に位置するものは動翼の段142である。図1の構成に代え、図12に示すように、静翼の段152が最も吸気側に位置するよう気体移送装置100を構成してもよい。図12の構成によれば、最も吸気側の動翼の段142より吸気側に静翼の段152が存在するため、動翼140による旋回流の発生を抑制することができる。なお、図12の構成は、図1の構成から最も吸気側に位置する動翼の段142を削除したものである。しかし、たとえば、図1の構成に静翼の段152を追加するなど、他の方法により静翼の段152をもっとも吸気側に位置させてもよい。
It is also possible to suppress the generation of swirling flow by using the
(ガスパージ口について)
さらに、本実施形態にかかる気体移送装置100は、内筒110および動翼140により画定される排気側空間190に気体を供給するためのガスパージ口191を備える。より具体的には、排気側空間190は、内筒110の外周面および動翼(さらに具体的には動翼ベース141)の内周面により画定される空間であってよい。
(Gas purge port)
Furthermore, the
図1の例では、内筒110の一部であるステージ取付部114にガスパージ口191が設けられている。ただし、ガスパージ口191を設ける場所は例示である。排気側空間190に気体を供給できる限り、内筒110の任意の場所または他の部品(たとえば外筒120)にガスパージ口191を設けてもよい。また、ガスパージ口191には、ガスパージ口191を介してパージガスを供給するパージガス供給機構192が接続されている。
In the example of FIG. 1, the
たとえば真空装置10がドライエッチング装置である場合、ドライエッチング装置に供給されプラズマ化された六フッ化硫黄などが気体移送装置100の構成要素(特にモータまたは軸受など)にダメージを与える可能性がある。そこで、本実施形態にかかる気体移送装置100は、非反応性の気体をパージガス供給機構192からガスパージ口191を介して排気側空間190に供給することで、気体移送装置100の構成要素を保護している。パージガスとしては、乾燥大気、アルゴンまたは窒素などを用いることが好ましい。
For example, if the
気体移送装置100の駆動中、パージガス供給機構192から気体を常に供給することもできる。しかし、この手法では気体の消費量が大きくなり得る。そこで、気体移送装置100の構成要素の保護が必要な場合、すなわち(1)所定の種類の気体(特に、気体移送装置100の構成要素にダメージを与えうる気体(たとえばプロセスガス供給機構12により供給されるプロセスガス))が処理室11に供給されている場合および(2)処理室11の内部の真空度が所定の値以上となる場合の少なくとも一方の場合に、パージガス供給機構192からガスパージ口191を介して気体を供給してもよい。上記(1)および(2)の少なくとも一方の場合に気体を供給することで、気体の消費量を低減することが可能となり得る。
Gas can be constantly supplied from the purge
(螺旋構造について)
気体移送装置100における動翼140などの回転体は高速で回転するため、Oリングなどのガスケットを回転体に設けることは困難である。そこで気体移送装置100には、回転体と静止体との間にわずかな隙間が設けられている。隙間の大きさはわずかであるから、この隙間から大きな気体流出は起こらない。しかし、わずかであっても隙間が存在する以上、この隙間を気体流出流路として、微量の気体流出が起こる可能性がある。特にガスパージ口191から気体を供給した場合、供給した気体が真空装置10の内部へ流出する可能性がある。そこで本実施形態では、内筒110と動翼140により画定される排気側空間190と、真空装置10の内部との間の気体流出流路500に螺旋構造501(ねじ溝構造)が形成されている。
(About the spiral structure)
Since the rotating body such as the moving
図5は、図1に示した気体移送装置100のうちアキシャル磁極162の周辺の拡大断
面図である。図5では、アキシャル磁極162およびタッチダウン軸受163の間に気体を供給するように、ガスパージ口191がステージ取付部114に設けられている。ガスパージ口191から供給された気体の一部は、タッチダウン軸受163を介して排気側へと流れていき、気体移送装置100の構成要素を保護する。一方、ガスパージ口191から吸気側へと流れる気体は、アキシャル磁極162、アキシャル磁極ターゲット164、アキシャルセンサホルダ165およびアキシャルセンサターゲット166との間の隙間を介して処理室11の内部へ流出し得る。すなわち、この隙間が気体流出流路500となる。
5 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of the axial
そこで図5では、気体流出流路500のうち、アキシャルセンサホルダ165に螺旋構造501を形成している。図6は螺旋構造501が形成されたアキシャルセンサホルダ165を示す図であり、図6Aは正面図、図6Bは排気側から見た下面図である。本実施形態では、螺旋構造501として、側面に形成された螺旋構造601および底面に形成された螺旋構造602の双方を含む。ただし、側面および底面のどちらか一方のみに螺旋構造を形成してもよい。
In FIG. 5, a
本実施形態の気体移送装置100では、吸気側へと流れる気体が、気体流出流路500の螺旋構造501を通過する。したがって、螺旋構造501を設けた場合の流路長は螺旋構造501を設けない場合の流路長より長くなる。結果として、気体流出流路500の配管コンダクタンスが低下し、気体流出流路500からの気体の流出量を低減することができる。
In the
本実施形態では、動翼140の回転方向300は吸気側から見て時計回りである(図3A参照)。さらに、側面に形成された螺旋構造601は右ネジ様に形成されている(図6A参照)。側面に形成された螺旋構造601の内部に存在する気体分子が、回転している動翼140(または動翼140と共に回転する他の部品)に衝突すると、気体分子は、回転方向300への力を受けて移動する。右ネジ様の、側面に形成された螺旋構造601の内部を、吸気側から見て時計回りに移動することで、気体分子は徐々に排気側へと移動する。したがって、右ネジ様の構造を採用することで、ガスパージ口191から導入された気体分子が、気体流出流路500を介して処理室11に流入する可能性を低減することができる。
In this embodiment, the
他の構造は変更せず、側面に形成された螺旋構造601のみを左ネジ様に変更すると、側面に形成された螺旋構造601内部の気体分子は徐々に吸気側へと移動する。したがって、左ネジ様の構造を採用することで、処理室11の内部の気体分子が、気体流出流路500を介して排気側空間190に流出する可能性を低減することができる。なお、動翼140が回転方向300と逆方向に回転している場合、右ネジ様の構造の特性と左ネジ様の構造の特性は入れ替わる。
If only the
側面に形成された螺旋構造601と同様に、底面に形成された螺旋構造602も、形成する向きによってその特性が異なる。側面に形成された螺旋構造601および底面に形成された螺旋構造602の特性、すなわち螺旋構造501全体としての特性は、必要に応じて適宜選択されてよい。
Like the
図5および図6の例では、アキシャルセンサホルダ165のみに螺旋構造501が設けられている。しかし、気体流出流路500上であれば任意の場所に螺旋構造501を設けてもよい。また、図5および図6の例では、気体流出流路500の片面のみに螺旋構造501が設けられている。しかし、螺旋構造501同士が対向するように、螺旋構造501を気体流出流路500の両面に設けることもできる。螺旋構造501の溝幅、溝の本数その他の具体的な構造は、所望の性能に応じて決定されてよい。
5 and 6, the
(ステージ取付部の分離構造について)
たとえば真空装置10がドライエッチング装置である場合、動翼140および静翼150にプラズマ化されたガスが接触してダメージを受ける場合がある。また、気体移送装置100の緊急停止を繰り返した場合、タッチダウン軸受163にダメージが蓄積される。よって、動翼140、静翼150、タッチダウン軸受163その他の部品の保守のため、気体移送装置100のメンテナンス性が重要になる。
(Regarding the separation structure of the stage mounting part)
For example, if the
本実施形態にかかる気体移送装置100のステージ取付部114は、内筒110と分離可能に設けられている(図2参照)。さらに本実施形態にかかる気体移送装置100では、動翼140は磁気軸受を介してステージ取付部114に接続されている。したがって、内筒110から分離したステージ取付部114を吸気側の方向に引き抜くことで、動翼140を気体移送装置100から取り外すことが可能である。また、動翼140の取り外しと同時に、静翼150を気体移送装置100から取り外すことも可能である。図7に、ステージ取付部114を引き抜いた状態の気体移送装置100を示す。なお、動翼140の取り外しと同時に、ステータ172、タッチダウン軸受163、アキシャル磁極162なども気体移送装置から取り外されるよう構成してもよい。この構成によれば、取り外された各部品に容易にアクセスすることが可能であるので、気体移送装置100のメンテナンス性を大幅に向上させることができる。
The
(気体移送装置の効果について)
以上の構成の気体移送装置100は、動翼140および静翼150によってガス流路130のコンダクタンスを低下させている。よって、プロセスガス供給機構12から真空装置10の内部に供給されたガスを、処理室11の内部で均一に保持することが可能である。さらに、気体移送装置100はターボ分子ポンプ100としても機能するので、処理室11の内部から気体を排気することも可能である。ここで、気体移送装置100のガス流路130は、ステージ取付部114を中心としたリング状の吸気口を形成している。よって、従来の装置より容易に真空装置10内部(特に基板116近辺)の真空度を均一化することが可能である。
(Effects of the gas transfer device)
In the
(気体移送装置の制御について)
真空装置10の内部の真空度を均一化するのみならず、図1の気体移送装置100によって真空装置10の内部の真空度を調整することも可能である。真空度の調整は、プロセスガス供給機構12から処理室11に気体を供給しながらまたは気体を供給した後に、処理室11の真空度が所望の真空度となるように、動翼140の回転速度およびプロセスガス供給機構12の気体供給量の少なくとも一方を制御することで実行される。制御はユーザーが人力で行ってもよく、制御装置20が行ってもよい。上記「所望の真空度」を、ガス流路130のもっとも排気側の真空度より低くすることも可能である。この場合、気体移送装置100の圧縮比は1未満となる。
(Regarding control of gas transfer device)
Not only can the degree of vacuum inside the
<第2実施形態>
図8は第2実施形態にかかる気体移送装置100の断面を模式的に示した図である。第2実施形態にかかる気体移送装置100は、図1の磁気軸受160に代えて転がり軸受860を備え、ラジアルギャップ型モータ170に代えてアキシャルギャップ型モータ870を備える。図8の例におけるアキシャルギャップ型モータ870は、各々が回転軸方向に離隔しているロータ871およびステータ872を備え、ロータ871はマグネット873およびロータヨーク874を備える。また、本実施形態の気体移送装置100は、ステージ取付部114が内筒110と一体に形成されている。さらに、排気口122は外筒120の底面ではなく側部に設けられている。さらに、内筒110と外筒120とは底板800を介して接続されている。さらに、本実施形態では気流調整バッフルプレート18
0が備えられていない。これらの点に関して、第1実施形態と同様の構成とすることも可能である。なお、図示の便宜のため、制御装置20、コネクタ118、第1のボルト124およびパージガス供給機構192などの図示は省略されている。
Second Embodiment
FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross section of the
In this respect, the second embodiment does not include the
(転がり軸受について)
転がり軸受860は、磁気軸受160に比べて摩耗が大きい一方で、磁気軸受160より低コストである。図8の例では、転がり軸受860として二列の玉軸受を用いている。転がり軸受860のうち、摩耗が起こり得る部分にガラスコーティングを施してもよい。
(Regarding rolling bearings)
The rolling
(アキシャルギャップ型モータについて)
第1実施形態で説明したように、ラジアルギャップ型モータ170を用いる場合、ラジアルギャップ型モータ170は内筒110と動翼140との間(排気側空間190)に設けられる(図1参照)。内筒110と動翼140との間の隙間はそれほど大きくないので、大型のラジアルギャップ型モータ170を用いる場合、モータと他の部品とが干渉し得る。仮に大型のラジアルギャップ型モータ170を用いようとするならば、内筒110および/または動翼140の形状を変化させるなどして、ラジアルギャップ型モータ170を設置するためのスペースを確保しなければならない。しかし、各部品の形状を変化させることは、気体移送装置100全体の大型化または気体移送装置100の性能の低下を招き得る。一方で、小型のラジアルギャップ型モータ170を用いる場合は、十分なモータの出力が得られない場合がある。
(Axial gap motor)
As described in the first embodiment, when the radial
そこで本実施形態にかかる気体移送装置100では、アキシャルギャップ型モータ870が採用されている。アキシャルギャップ型モータ870は、一般的なモータ(ラジアルギャップ型モータ)と異なり、ロータ871およびステータ872が回転軸方向に離隔している。図8の例では、ロータ871のマグネット873はロータヨーク874を介して動翼140の排気側の端部に設けられている。ステータ872は、ガス流路130のロータ871と対向する位置に設けられている。このようにロータ871およびステータ872を設置することで、径方向について他の部品との干渉が起こりにくくなる。したがって、気体移送装置100全体の大型化および気体移送装置100の性能低下を招くことなく、出力が十分に高いモータを使用することが可能となる。
Therefore, the
また、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ870は漏洩磁場の点でも有利となり得る。たとえば真空装置10がプラズマエッチング装置である場合、モータから基板116の近傍まで磁場が漏洩すると、エッチング加工に悪影響を及ぼし得る。本実施形態のアキシャルギャップ型モータ870のロータ871およびステータ872は排気側に設けられており、第1実施形態のラジアルギャップ型モータ170よりステージ取付部114から遠い位置に設けられている。したがって、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ870は、ラジアルギャップ型モータ170より漏洩磁場の量を低減することが可能となり得る。
The
なお、本実施形態では磁気軸受160に代えて転がり軸受860を採用しているため、磁気軸受160の構成要素(ラジアル磁極161、アキシャル磁極162、タッチダウン軸受163、アキシャル磁極ターゲット164、アキシャルセンサホルダ165およびアキシャルセンサターゲット166)が備えられていない。したがって、本実施形態では動翼140および内筒110(の一部であるステージ取付部114)間の隙間が気体流出流路500となる。螺旋構造501は、動翼140および/または内筒110(の一部であるステージ取付部114)に形成されている。
In this embodiment, since a rolling
<第3実施形態>
第3実施形態では、第1実施形態と異なった場所に設けられたタッチダウン軸受163
を備える気体移送装置100について、図9を用いて説明する。ただし、図9において、タッチダウン軸受163の設置場所の説明に必要のない要素(外筒120など)の図示が省略されている場合がある。
Third Embodiment
In the third embodiment, a
A
図9で示されるように、本実施形態では、タッチダウン軸受163が動翼140の排気側の端部の近辺に設けられている。また、タッチダウン軸受163の設置場所の変更に伴い、アキシャル磁極162およびアキシャル磁極ターゲット164も動翼140の排気側の端部の近辺に設けられている。
As shown in FIG. 9, in this embodiment, the touchdown bearing 163 is provided near the exhaust side end of the
さらに本実施形態では、排気側空間190と処理室11との境界を画定するため、動翼140の吸気側の端部に、封止部材900が設けられている。図9の例では、封止部材900は動翼140と別個独立した部品であるものとして図示した。しかし、封止部材900は動翼140と一体に形成されていてもよい。また、内筒110のうち封止部材900と対向する部分には、螺旋構造501が設けられている。追加または代替で、封止部材900のうち内筒110と対向する部分に螺旋構造501を設けることもできる。
Furthermore, in this embodiment, a sealing
タッチダウン軸受163を動翼140の排気側の端部の近辺に設けることで、動翼140の吸気側の端部近辺の構造を簡易化することができる。構造の簡易化に伴い、動翼140の吸気側の端部近辺における部品同士の干渉が起きにくくなる。また、構造の簡易化に伴い、気体移送装置100の大きさ、特に気体移送装置100の高さを低減することができ得るという効果がある。
By providing the touchdown bearing 163 near the exhaust end of the
さらに、本実施形態におけるタッチダウン軸受163は、第1実施形態(図1等参照)のタッチダウン軸受163よりも排気側に設けられている。したがって、本実施形態におけるタッチダウン軸受163と処理室11との間の距離は、第1実施形態におけるタッチダウン軸受163と処理室11との間の距離より長い。本実施形態において、処理室11から流出したプロセスガスは、比較的長い経路を辿ってタッチダウン軸受163に到達することになる。長い経路を辿る間に気体分子が拡散することによってプロセスガスの濃度が低下するため、本実施形態におけるプロセスガスとタッチダウン軸受163との反応量は低下すると考えられる。したがって、本実施形態では、タッチダウン軸受163を長寿命化することができると考えられる。
Furthermore, the touchdown bearing 163 in this embodiment is provided on the exhaust side of the touchdown bearing 163 in the first embodiment (see FIG. 1, etc.). Therefore, the distance between the
<第4実施形態>
第4実施形態では、底板1000を備え、処理室11の内部の方向へ内筒110を底板1000と共に取り外すことが可能な気体移送装置100について、図10および図11を用いて説明する。ただし、図11において、気体移送装置100の部品の取り外しの説明に必要のない要素(処理室11など)の図示が省略されている場合がある。
Fourth Embodiment
In the fourth embodiment, a
本実施形態にかかる気体移送装置100は、図1に示した気体移送装置100に加え、底板1000を備える。底板1000は、外筒120の底部に、処理室11の内部の方向(吸気側)に取り外し可能に固定されている。底板1000と外筒120の固定にはボルト等(図示せず)の任意の手段を用いることができる。さらに、底板1000は、第1のボルト124によって内筒110を支持している。また、図10の例では、排気口122およびコネクタ118は底板1000に設けられている。ただし、図11で説明する内筒110の取り外しに悪影響を与えない限り、排気口122およびコネクタ118は内筒110または外筒120に設けられていてもよい。
The
図11は、処理室11の内部の方向へ内筒110を底板1000と共に取り外した場合の気体移送装置100を示す図である。本実施形態では、底板1000を外筒120から処理室11の内部の方向(吸気側)に取り外すことで、内筒110および内筒110に付
随する部品を底板1000と共に取り外すことが可能である。さらに、本実施形態にかかる気体移送装置100および/または真空装置10は、内筒110を底板1000と共に取り外した際に、気体移送装置100と真空装置10との間の干渉が起こらないように構成されている。
11 is a diagram showing the
本実施形態の構成によれば、内筒110および内筒110に付随する部品の取り外しが容易となり、メンテナンス性が向上し得るという効果がある。
The configuration of this embodiment has the advantage that the
以上、いくつかの本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。 Although several embodiments of the present invention have been described above, the above-mentioned embodiments of the invention are intended to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the present invention. The present invention may be modified or improved without departing from its spirit, and the present invention naturally includes equivalents. Furthermore, any combination or omission of each component described in the claims and specification is possible within the scope of solving at least part of the above-mentioned problems or achieving at least part of the effects.
本願は、一実施形態として、気体を移送する気体移送装置であって、少なくとも一部に円柱状部分を有する内筒であって、内筒の吸気側に設けられたステージ取付部を含む、内筒と、少なくとも一部に円柱状部分を有する外筒であって、内筒の中心軸と同軸に配置される、外筒と、内筒と外筒で画定されるガス流路上に設けられた動翼であって、中心軸を中心として回転可能に構成された動翼と、ガス流路上に設けられた静翼と、動翼を回転するためのモータと、を備え、内筒および外筒が中空に形成されており、気体移送装置はさらに、内筒および動翼により画定される空間に気体を供給するためのガスパージ口を備える、気体移送装置を開示する。 As one embodiment, the present application discloses a gas transfer device for transferring gas, comprising an inner cylinder having at least a cylindrical portion on at least a portion thereof and including a stage mounting portion provided on the intake side of the inner cylinder, an outer cylinder having at least a cylindrical portion on at least a portion thereof and arranged coaxially with the central axis of the inner cylinder, a rotor blade provided on a gas flow path defined by the inner cylinder and the outer cylinder, the rotor blade configured to be rotatable around the central axis, a stationary blade provided on the gas flow path, and a motor for rotating the rotor blade, the inner cylinder and the outer cylinder being formed hollow, and the gas transfer device further comprising a gas purge port for supplying gas to a space defined by the inner cylinder and the rotor blade.
この気体移送装置は、真空装置の内部に供給されたガスを、処理室の内部で均一に保持することが可能であるという効果を一例として奏する。 One example of the effect of this gas transfer device is that it is possible to maintain the gas supplied to the inside of the vacuum device uniformly inside the processing chamber.
さらに本願は、一実施形態として、ガスパージ口が内筒または外筒に備えられている、気体移送装置を開示する。この開示内容により、気体移送装置の詳細が明らかにされる。 Furthermore, as one embodiment, the present application discloses a gas transfer device in which a gas purge port is provided in the inner cylinder or the outer cylinder. The contents of this disclosure reveal the details of the gas transfer device.
さらに本願は、一実施形態として、内筒と動翼の間に設けられた、動翼を回転可能に支持する磁気軸受を備え、磁気軸受がタッチダウン軸受を含み、タッチダウン軸受が4点接触単列型玉軸受である、気体移送装置を開示する。 Furthermore, as one embodiment, the present application discloses a gas transfer device that includes a magnetic bearing disposed between the inner cylinder and the rotor blades to rotatably support the rotor blades, the magnetic bearing including a touchdown bearing, and the touchdown bearing being a four-point contact single row ball bearing.
この気体移送装置は、タッチダウン軸受を単列化することで、部品の小型化、部品点数の削減を達成することができるという効果を一例として奏する。 This gas transfer device has the advantage of being able to reduce the size and number of parts by using a single row of touchdown bearings.
さらに本願は、一実施形態として、タッチダウン軸受にガラスコーティングが施されている、気体移送装置を開示する。 Furthermore, the present application discloses, as one embodiment, a gas transfer device in which a touchdown bearing is glass coated.
この気体移送装置は、ガラスコーティングによって、タッチダウン軸受およびタッチダウン軸受と接触する他の部品が受けるダメージを低減することができるという効果を一例として奏する。 As an example, this gas transfer device has the effect of reducing damage sustained by the touchdown bearing and other parts that come into contact with the touchdown bearing through the glass coating.
さらに本願は、一実施形態として、気体移送装置の排気側の底部に設けられ、気体移送装置の内外を電気的に接続するためのコネクタを備える、気体移送装置を開示する。 Furthermore, as one embodiment, the present application discloses a gas transfer device that is provided at the bottom of the exhaust side of the gas transfer device and includes a connector for electrically connecting the inside and outside of the gas transfer device.
この気体移送装置は、内筒の円柱状部分に存在する部品とコネクタとの干渉を回避することができるという効果を一例として奏する。 One example of the effect of this gas transfer device is that it is possible to avoid interference between the connector and parts present in the cylindrical portion of the inner tube.
さらに本願は、一実施形態として、内筒の円柱状部分の外周面に、コネクタに接続される配線を敷設するための溝が形成されている、気体移送装置を開示する。 Furthermore, as one embodiment, the present application discloses a gas transfer device in which a groove for laying wiring connected to a connector is formed on the outer circumferential surface of the cylindrical portion of the inner tube.
この気体移送装置は、溝に配線を敷設することで、配線が動翼140等に巻き込まれることを防止することができるという効果を一例として奏する。
As an example, this gas transfer device has the effect of preventing the wiring from becoming entangled in the
さらに本願は、一実施形態として、気体流出流路に螺旋構造が形成されている、気体移送装置を開示する。 Furthermore, as one embodiment, the present application discloses a gas transfer device in which a spiral structure is formed in the gas outflow passage.
この気体移送装置は、気体流出流路からの気体の流出量を低減することができるという効果を一例として奏する。 As an example, this gas transfer device has the effect of reducing the amount of gas flowing out from the gas outflow passage.
さらに本願は、一実施形態として、ステージ取付部が、内筒と分離可能に設けられている、気体移送装置を開示する。さらに本願は、一実施形態として、ステージ取付部を内筒から分離することで、動翼および静翼を気体移送装置から取り外すことが可能であるように構成された、気体移送装置を開示する。 Furthermore, as one embodiment, the present application discloses a gas transfer device in which the stage mounting portion is provided so as to be separable from the inner cylinder.Furthermore, as one embodiment, the present application discloses a gas transfer device configured so that the moving blades and stationary blades can be removed from the gas transfer device by separating the stage mounting portion from the inner cylinder.
これらの気体移送装置は、メンテナンス性を向上させることができるという効果を一例として奏する。 One example of the effect of these gas transfer devices is that they can improve maintainability.
さらに本願は、一実施形態として、モータが、ロータとステータを含むアキシャルギャップ型モータであり、ロータが動翼の排気側に設けられ、ステータがガス流路上のロータと対向する位置に設けられている、気体移送装置を開示する。 Furthermore, as one embodiment, the present application discloses a gas transfer device in which the motor is an axial gap type motor including a rotor and a stator, the rotor is provided on the exhaust side of the rotor blades, and the stator is provided in a position facing the rotor on the gas flow path.
この気体移送装置は、気体移送装置の大型化および性能低下を招くことなく、出力が十分に高いモータを使用することが可能となるという効果を一例として奏する。 This gas transfer device has the effect of making it possible to use a motor with sufficiently high output without increasing the size of the gas transfer device or reducing its performance.
さらに本願は、一実施形態として、内筒と動翼の間に設けられた、動翼を回転可能に支持する転がり軸受を備える、気体移送装置を開示する。 Furthermore, as one embodiment, the present application discloses a gas transfer device that includes a rolling bearing disposed between the inner cylinder and the rotor blades, which rotatably supports the rotor blades.
この開示内容により、アキシャルギャップ型モータを用いた場合の構成の詳細が説明される。 This disclosure provides detailed configuration information when using an axial gap motor.
さらに本願は、一実施形態として、真空チャンバに接続された、気体移送装置の使用方法であって、(1)真空チャンバに所定の種類の気体が供給されている場合および(2)真空チャンバの内部の真空度が所定の値以上となる場合の少なくとも一方の場合に、ガスパージ口を介して、内筒および動翼により画定される空間に気体を供給するステップ、を含む方法を開示する。 Furthermore, as one embodiment, the present application discloses a method of using a gas transfer device connected to a vacuum chamber, the method including the step of supplying gas to a space defined by the inner cylinder and the rotor blades through a gas purge port when at least one of (1) a predetermined type of gas is being supplied to the vacuum chamber and (2) the degree of vacuum inside the vacuum chamber is equal to or greater than a predetermined value.
この方法は、気体の消費量を低減することが可能となり得るという効果を一例として奏する。 One example of the effect of this method is that it may be possible to reduce gas consumption.
10…真空装置
11…処理室(真空チャンバ)
12…プロセスガス供給機構
13…シャワーヘッド電極
14…交流電源
15…ケーブル
20…制御装置
100…気体移送装置
110…内筒
111…内筒の円柱状部分
112…中空空間
113…中心軸
114…ステージ取付部
115…ステージ
116…基板
117…第1の雌ねじ穴
118…コネクタ
120…外筒
121…外筒の円柱状部分
122…排気口
123…第1の貫通穴
124…第1のボルト
125…伝熱スペーサ
130…ガス流路
140…動翼
141…動翼ベース
142…動翼の段
143…個々の動翼
150…静翼
151…静翼ベース
152…静翼の段
153…個々の静翼
154…分割線
155…凸部
156…凹部
160…磁気軸受
161…ラジアル磁極
162…アキシャル磁極
163…タッチダウン軸受
164…アキシャル磁極ターゲット
165…アキシャルセンサホルダ
166…アキシャルセンサターゲット
170…ラジアルギャップ型モータ
171…ロータ
172…ステータ
180…気流調整バッフルプレート
181…通気口
190…排気側空間
191…ガスパージ口
192…パージガス供給機構
200…第2の貫通穴
201…第2の雌ねじ穴
202…第2のボルト
203…溝
300…動翼の回転方向
500…気体流出流路
501、601、602…螺旋構造
800…底板
860…転がり軸受
870…アキシャルギャップ型モータ
871…ロータ
872…ステータ
873…マグネット
874…ロータヨーク
900…封止部材
1000…底板
10...
12: Process gas supply mechanism 13: Shower head electrode 14: AC power supply 15: Cable 20: Control device 100: Gas transfer device 110: Inner cylinder 111: Cylindrical part of inner cylinder 112: Hollow space 113: Central axis 114: Stage mounting part 115: Stage 116: Substrate 117: First female threaded hole 118: Connector 120: Outer cylinder 121: Cylindrical part of outer cylinder 122: Exhaust port 123: First through hole 124: First bolt 125: Heat transfer spacer 130: Gas flow path 140: Rotating blade 141: Rotating blade base 142: Rotating blade stage 143: Individual rotating blade 150: Stator blade 151: Stator blade base 152: Stator blade stage 153: Individual stator blade 154: Parting line 155: Convex part Reference Signs List 156: Recess 160: Magnetic bearing 161: Radial magnetic pole 162: Axial magnetic pole 163: Touchdown bearing 164: Axial magnetic pole target 165: Axial sensor holder 166: Axial sensor target 170: Radial gap type motor 171: Rotor 172: Stator 180: Airflow adjustment baffle plate 181: Vent 190: Exhaust side space 191: Gas purge port 192: Purge gas supply mechanism 200: Second through hole 201: Second female threaded hole 202: Second bolt 203: Groove 300: Rotation direction of rotor blade 500: Gas outflow flow path 501, 601, 602: Spiral structure 800: Bottom plate 860: Rolling bearing 870: Axial gap type motor 871: Rotor 872: stator 873: magnet 874: rotor yoke 900: sealing member 1000: bottom plate
Claims (9)
少なくとも一部に円柱状部分を有する内筒であって、前記内筒の吸気側に設けられたステージ取付部を含む、内筒と、
少なくとも一部に円柱状部分を有する外筒であって、前記内筒の中心軸と同軸に配置される、外筒と、
前記内筒と前記外筒で画定されるガス流路上に設けられた動翼であって、前記中心軸を中心として回転可能に構成された動翼と、
前記ガス流路上に設けられた静翼と、
前記動翼を回転するためのモータと、
を備え、
前記内筒および外筒が中空に形成されており、
前記気体移送装置はさらに、前記内筒の外周面と前記動翼の内周面とにより画定される排気側空間に気体を供給するためのガスパージ口を備え、
前記気体移送装置はさらに、前記内筒と前記動翼の間に設けられた、前記動翼を回転可能に支持する磁気軸受又は転がり軸受を備え、
前記磁気軸受がタッチダウン軸受を含み、
前記ガスパージ口は、前記ステージ取付部に設けられ、且つ、前記ガスパージ口から供給された気体の一部が前記タッチダウン軸受又は前記転がり軸受を通過した後に、前記排気側空間を通過するように構成されている、
気体移送装置。 A gas transfer device for transferring a gas, comprising:
an inner cylinder having at least a cylindrical portion at a portion thereof, the inner cylinder including a stage mounting portion provided on an intake side of the inner cylinder;
An outer cylinder having at least a cylindrical portion and arranged coaxially with a central axis of the inner cylinder;
a rotor blade provided on a gas flow path defined by the inner cylinder and the outer cylinder, the rotor blade being configured to be rotatable about the central axis;
A stator blade provided on the gas flow path;
A motor for rotating the rotor blades;
Equipped with
The inner cylinder and the outer cylinder are formed hollow,
the gas transfer device further includes a gas purge port for supplying a gas to an exhaust side space defined by an outer circumferential surface of the inner cylinder and an inner circumferential surface of the rotor blade;
The gas transfer device further includes a magnetic bearing or a rolling bearing provided between the inner cylinder and the rotor blades to rotatably support the rotor blades,
the magnetic bearing includes a touchdown bearing;
the gas purge port is provided in the stage mounting portion, and is configured such that a portion of the gas supplied from the gas purge port passes through the exhaust side space after passing through the touchdown bearing or the rolling bearing .
Gas transfer device.
前記ロータが前記動翼の排気側に設けられ、
前記ステータが前記ガス流路上の前記ロータと対向する位置に設けられている、請求項1から7のいずれか一項に記載の気体移送装置。 The motor is an axial gap motor including a rotor and a stator,
The rotor is provided on the exhaust side of the rotor blade,
The gas transfer device according to claim 1 , wherein the stator is provided at a position opposite to the rotor on the gas flow path.
(1)前記真空チャンバに所定の種類の気体が供給されている場合および
(2)前記真空チャンバの内部の真空度が所定の値以上となる場合
の少なくとも一方の場合に、前記ガスパージ口を介して、前記排気側空間に気体を供給するステップ、
を含む方法。 9. A method of using a gas transfer device according to any one of claims 1 to 8 in connection with a vacuum chamber, comprising the steps of:
supplying a gas to the exhaust side space through the gas purge port when at least one of the following conditions is met: (1) a predetermined type of gas is being supplied to the vacuum chamber ; and (2) a degree of vacuum inside the vacuum chamber is equal to or greater than a predetermined value.
The method includes:
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