JPH02153294A - Variable capacity type vacuum pump - Google Patents

Variable capacity type vacuum pump

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JPH02153294A
JPH02153294A JP30756188A JP30756188A JPH02153294A JP H02153294 A JPH02153294 A JP H02153294A JP 30756188 A JP30756188 A JP 30756188A JP 30756188 A JP30756188 A JP 30756188A JP H02153294 A JPH02153294 A JP H02153294A
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JP
Japan
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rotor
stator
vacuum pump
vacuum
pump
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Application number
JP30756188A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirotomo Asa
弘知 麻
Masaatsu Ito
正篤 伊東
Minoru Kimura
実 木村
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Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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Publication date
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  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable control of capacity of a vacuum pump by a method wherein, in a device in which a screw groove forming a flow passage for gas molecules is formed at least in the one of a stator and a rotor, at least the one of the stator and the rotor is movable in the direction an axis. CONSTITUTION:A rotor 101 in the side of which a plurality of lines of screw grooves are formed is concentrically and rotatably arranged facing the inner surface of a stator 102 secured to a housing 100, and the screw groove is formed such that the depth of the groove is gradually decreased from the upper part toward the lower part of the stator 101. The inner surface of the stator 102 forms a slope inclined at a given angle with the direction of the rotary axis of the rotor 101, and the side of the rotor 101 also forms a slope inclined based on the direction of a rotary axis. The rotor 101 is supported in a levitating state by using two sets of upper and lower radial magnetic bearings 103a and 103b and one set of thrust magnetic bearings 104, and a volume is controlled through control of a levitating amount in the direction of thrust.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気体が主として分子流〜中間流領域にある場合
に適用される真空ポンプに係り、特にその容量を可変と
した真空ポンプに関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a vacuum pump that is applied when gas is mainly in the molecular flow to intermediate flow region, and particularly relates to a vacuum pump with variable capacity. be.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来から真空ポンプの代表的なものとしてターボ分子ポ
ンプやねし溝式真空ポンプが知られている。これらの真
空ポンプは、例えば半導体製造装置の排気系に用いられ
る。この場合、11導体製造装置においては、半導体ガ
ス導入管に供給ガス流量調節弁を設けると共に、真空容
器と真空ポンプとの間に真空容器内圧力調節弁を設りて
いる。(Jt給ガス流量調節弁では、半導体ガス導入管
のガス流量を熱線流量計等によって泪測し、この計測う
−夕に基づいてその弁開度が高精度にフィードバック制
御され、真空容器内圧力調節弁では、真空容器に取り付
けられた高精度ダイヤフラム式真空計等で得られた圧力
信号に基づいてその弁開度がフィードバンク制御される
。これにより、半導体ガスの流量と真空容器内の圧力と
をそれぞれ所望の値に保ち、この状態で均一の薄膜を形
成することを可能にしている。
Turbomolecular pumps and groove-type vacuum pumps have been known as typical vacuum pumps. These vacuum pumps are used, for example, in exhaust systems of semiconductor manufacturing equipment. In this case, in the 11-conductor manufacturing apparatus, a supply gas flow rate control valve is provided in the semiconductor gas introduction pipe, and a vacuum container internal pressure control valve is provided between the vacuum container and the vacuum pump. (In the Jt gas supply flow rate control valve, the gas flow rate in the semiconductor gas introduction pipe is measured using a hot wire flow meter, etc., and the valve opening degree is highly precisely feedback controlled based on this measurement, and the pressure inside the vacuum vessel is In the control valve, the valve opening degree is subjected to feedbank control based on the pressure signal obtained from a high-precision diaphragm vacuum gauge attached to the vacuum vessel.This allows the flow rate of the semiconductor gas and the pressure inside the vacuum vessel to be controlled. It is possible to maintain each of these at desired values and form a uniform thin film in this state.

[発明が解決しようとする課題] しかしながらこの半導体製造装置の排気系では、真空容
器内の真空度を所望の値に正確に設定するために、その
真空容器内圧力調節弁に、ステッピングモータ等を用い
た高分解能を有する高価な可変圧力調節弁が必要とされ
た。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the exhaust system of this semiconductor manufacturing equipment, in order to accurately set the degree of vacuum in the vacuum container to a desired value, a stepping motor or the like is installed in the vacuum container pressure control valve. Expensive variable pressure regulating valves with high resolution were required.

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは容量を制御可能な真空ポンプを提供するご
とによって、例えは本発明の真空ポンプを半導体製造装
置の排気系に適用した場合には、真空ポンプ自身が真空
容器内の圧力を制御することによって前記可変圧力調節
弁を不要とし、半導体製造装置の排気系を簡素化・低廉
化することである。
The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to provide a vacuum pump whose capacity can be controlled, for example, by applying the vacuum pump of the present invention to the exhaust system of semiconductor manufacturing equipment. In some cases, the vacuum pump itself controls the pressure within the vacuum container, thereby eliminating the need for the variable pressure control valve and simplifying and reducing the cost of the exhaust system of semiconductor manufacturing equipment.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するために、本発明による可変容量型真
空ポンプは、 円Mのステータの内面に対向し、かっこのステータと同
心的に配置されたロータとを備え、前記ステータと前記
ロータとの少なくとも−・方にねじ溝が形成されて、こ
のねし溝が気体分子の流路となり、前記ロータの回転に
よって前記気体分子を前記ロータの回転軸方向に移動さ
せる真空ポンプにおいて、 前記ステータの内面と前記ロータの側面が前記回転軸方
向に対して傾斜している傾斜面を有し、前記ロータと前
記ステータとの間隙を制御するために前記ステータと前
記ロータとの少なくとも−・方を前記回転軸方向に移動
可能とし、この移動量を制御する制御手段を備えること
により、前記真空ポンプの容量を制御する構成とする。
In order to achieve the above object, a variable displacement vacuum pump according to the present invention includes a rotor that faces the inner surface of a stator having a circle M and is arranged concentrically with the stator in parentheses, and has the following features: A vacuum pump in which a threaded groove is formed at least in the - direction, the threaded groove serves as a flow path for gas molecules, and the gas molecules are moved in the direction of the rotational axis of the rotor by rotation of the rotor, the inner surface of the stator. and a side surface of the rotor has an inclined surface inclined with respect to the direction of the rotation axis, and in order to control a gap between the rotor and the stator, at least one side of the stator and the rotor is rotated. The vacuum pump is movable in the axial direction and includes a control means for controlling the amount of movement, thereby controlling the capacity of the vacuum pump.

〔作用〕[Effect]

上記構成によれば、スう一一夕の内面とロータの側面と
が、ロータの回転軸方向に対して傾斜している傾斜面を
有しているために、ステータとロータとの相対位置を変
えればステータとロータとの間隙も変化する。ここで本
発明においては、ステータとロータとの少なくとも一方
をロータの回転軸方向に移動可能とし、さらにこの移動
量を制御可能とびでいる。これにより、ステータとロー
タとの間隙を制御することができるため、ねじ溝を流れ
る気体分子の流量すなわち真空ポンプの容量を制御する
ことかできる。
According to the above configuration, since the inner surface of the stator and the side surface of the rotor have an inclined surface that is inclined with respect to the rotational axis direction of the rotor, the relative position between the stator and the rotor can be controlled. If you change it, the gap between the stator and rotor will also change. Here, in the present invention, at least one of the stator and the rotor is movable in the direction of the rotation axis of the rotor, and the amount of this movement can be controlled. As a result, the gap between the stator and the rotor can be controlled, so the flow rate of gas molecules flowing through the thread grooves, that is, the capacity of the vacuum pump can be controlled.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の第1実施例を図面に基づいて説明する。な
お、本実施例においては真空ポンプとしてねじ溝式真空
ポンプを採用している。
A first embodiment of the present invention will be described below based on the drawings. In this embodiment, a thread groove type vacuum pump is used as the vacuum pump.

第1図において、円筒状のねじ溝式真空ポンプのハウジ
ング100にステータ102が固定され、このステータ
102の内面に対向してロータ101が同心的にかつ回
転可能に設置されている。ステータ102の内面はロー
タ101の回転軸方向(図中矢印Y方向)に対して所定
角度傾斜した1す1斜面(テーパー面)を有しており、
これに応じてロータ101の側面も回転軸方向に対し傾
斜した傾斜面となっている。このロータ101の側面に
は、第2図に示すようにねじ溝が数条に形成されている
。なお、このねじ溝は第1図における「j−タ101の
上向から下方に向かってその溝深さが徐々に浅くなるよ
うに形成されている。
In FIG. 1, a stator 102 is fixed to a housing 100 of a cylindrical thread groove type vacuum pump, and a rotor 101 is installed concentrically and rotatably opposite the inner surface of the stator 102. The inner surface of the stator 102 has a 1/1 slope (tapered surface) that is inclined at a predetermined angle with respect to the rotational axis direction of the rotor 101 (arrow Y direction in the figure).
Accordingly, the side surface of the rotor 101 also has an inclined surface inclined with respect to the rotation axis direction. Several thread grooves are formed on the side surface of the rotor 101, as shown in FIG. Note that this thread groove is formed so that the groove depth gradually becomes shallower from the top to the bottom of the jetter 101 in FIG.

また、図示された実施例では、軸受≠部材として上下2
組のラジアル磁気軸受103a、103bと、1組のス
ラスト磁気軸受104とを用いており、回転手段として
一般的なかご形三相誘導モータ105を用いている。こ
の構成により、ロータ101は各磁気軸受の部分で完全
に浮」二し、ステータ102および上下の各補助軸受1
06,107等と全く接触せず、高速回転を可能にする
In addition, in the illustrated embodiment, the bearing ≠ the upper and lower 2 as members.
A set of radial magnetic bearings 103a and 103b and a set of thrust magnetic bearings 104 are used, and a general squirrel cage three-phase induction motor 105 is used as a rotating means. With this configuration, the rotor 101 is completely floating at each magnetic bearing, and the stator 102 and each upper and lower auxiliary bearing
No contact with 06, 107, etc., enabling high speed rotation.

また、図中108及び109はロータ101の挙動を常
時計測する非接触変位センサ、110はロータ101の
回転速度を非接触状態で計測する回転速度センサである
。ロータ101が浮上状態で回転しているときには、非
接触変位センサ108゜109からの出力によって、各
磁気軸受103a。
Further, in the figure, 108 and 109 are non-contact displacement sensors that constantly measure the behavior of the rotor 101, and 110 is a rotation speed sensor that measures the rotation speed of the rotor 101 in a non-contact manner. When the rotor 101 is rotating in a floating state, each magnetic bearing 103a is controlled by the output from the non-contact displacement sensors 108 and 109.

103b、]04にかかる電圧や電流がPID制御され
る。また同時に回転速度センサ110からの出力によっ
て、三相誘導モーフ105にかかる印加電圧が制御され
る。
The voltage and current applied to 103b and ]04 are PID controlled. At the same time, the voltage applied to the three-phase induction morph 105 is controlled by the output from the rotational speed sensor 110.

次に、」−記のように構成された真空ポンプの作用を説
明する前に、半導体製造装置における真空装置の一例を
第3図に示す。
Next, before explaining the operation of the vacuum pump configured as described above, FIG. 3 shows an example of a vacuum device in a semiconductor manufacturing apparatus.

■は半導体基板が収容される真空容器、2,3はそれぞ
れガス導入管に取り付けられた流量調節弁、2a、3a
は流量検出器、4は真空容器1内の圧力を検出するタイ
ヤフラム式真空計等の圧力検出器である。5は本実施例
のねし渦式真空ポンプ、6はねじ渦式↓“を空ポンプ5
のスラスト磁気軸受104に供給する信号を制御する制
御装置であす、制御装置6からの制御信号によりロータ
101の回転軸方向(スラスI・方向)への浮上量か制
御される。この制御装置6は圧力検出器4からの圧力信
号と、ロータ】01のスラスト方向への浮上量を検出す
る非接触変位センサ109からのイ1−号と、真空容器
1に供給される半導体ガスの流星を示す流量検出器2a
、3aからの流量信号とに基づいて上記制御信号をスラ
スト磁気軸受#−104に与える。なお7は油回転ポン
プ、8.9.10は空気圧式操作弁、11は排気管であ
る。
(2) is a vacuum container in which a semiconductor substrate is housed; (2) and (3) are flow rate control valves attached to gas introduction pipes, respectively, (2a, (3a))
4 is a flow rate detector, and 4 is a pressure detector such as a tire flam type vacuum gauge for detecting the pressure inside the vacuum container 1. 5 is the screw vortex type vacuum pump of this embodiment, 6 is the screw vortex type ↓" is the empty pump 5
This control device controls the signals supplied to the thrust magnetic bearing 104 of the rotor 101. The flying height of the rotor 101 in the rotational axis direction (thrust I direction) is controlled by control signals from the control device 6. This control device 6 receives a pressure signal from the pressure detector 4, a non-contact displacement sensor 109 that detects the flying height of the rotor 01 in the thrust direction, and a semiconductor gas supplied to the vacuum vessel 1. Flow rate detector 2a showing a meteor of
, 3a, the control signal is given to the thrust magnetic bearing #-104. Note that 7 is an oil rotary pump, 8, 9, and 10 are pneumatic operation valves, and 11 is an exhaust pipe.

ここで、第1図に示されたねじ渦式真空ポンプ5と油回
転ポンプ7の各ポンプ作用を真空容器1の内圧制御との
関連で説明する。半導体製造用の真空容器1は、ねじ渦
式真空ポンプ5で真空容器内を一度高真空まで引くごと
により大気中に含まれる水蒸気等のガスを排出し、その
後、流量調節弁2,3を介して反応ガス等を一定流量た
り真空容器Iへ流し続けると共にねじ渦式真空ポンプ5
で真空容器1内圧力を一定に保つのに必要なガス量を真
空容器1から引くこと心こより、真空容器1内の反応ガ
スの流量と真空容器1内の圧力を一定に保つように操作
される。この状態で真空容器内に搬入されたウェハ等に
薄膜が形成される。ねじ渦式真空ポンプ5による前記操
作は、ウェハ等に一層の薄膜を形成するたびに行われる
。前記操作の関連で、真空容器1側に設けられたねし渦
式真空ポンプ5、次段に設けられた油回転ポンプ7は次
のように用いられる。ねじ渦式真空ポンプ5において、
数段に設けられた溝深さと長いストロークにより吸気口
側圧力10−’Torr程度以下で、数]−042/s
ec 〜数1001 /secの排気速度を有し、半導
体生成前の真空容器1内のガス排出を行う。またねし渦
式真空ポンプ5は、吸気口側圧力10−4〜10°To
rr程度においても性能を発揮し、数1105CC〜数
1000SCCMの排気流量を有し、半導体製造中の反
応ガス等の排気作用を行う。また、油回転ポンプ7は、
ねし溝式真空ポンプ5等が排気効果を発揮できる圧力ま
で真空容器1を低真空に引く粗引きポンプであり、10
°Torr程度以」二で性能を発揮する。従って、真空
容器1は先ず油回転ポンプ7により10°Torr程度
の低真空状態に粗引きされ、その後、ねじ渦式真空ポン
プ5によって前述の通り最初に半導体製造前のガス排出
のため高い真空状態まで引かれ、次に半導体製造のため
の設定圧力となるよう内圧を調整される。ただし、真空
容器1内の圧力を−)二記の設定圧力に制御することに
おいて、後述の如くねし渦式真空ポンプ5のロータ10
1のスラスト方向の浮上量の制御が行われる。
Here, the pump operations of the screw vortex type vacuum pump 5 and the oil rotary pump 7 shown in FIG. 1 will be explained in relation to the internal pressure control of the vacuum container 1. A vacuum container 1 for semiconductor manufacturing uses a screw vortex vacuum pump 5 to draw the inside of the vacuum container to a high vacuum once to exhaust gas such as water vapor contained in the atmosphere. At the same time, the reaction gas, etc. continues to flow at a constant flow rate into the vacuum container I, and the screw vortex vacuum pump 5
In order to draw from the vacuum container 1 the amount of gas necessary to keep the pressure inside the vacuum container 1 constant, the reactor gas flow rate and the pressure inside the vacuum container 1 are operated to be kept constant. Ru. In this state, a thin film is formed on the wafer etc. carried into the vacuum container. The operation using the screw vortex vacuum pump 5 is performed every time a thin film is formed on a wafer or the like. In connection with the above operation, the spiral vortex vacuum pump 5 provided on the side of the vacuum container 1 and the oil rotary pump 7 provided at the next stage are used as follows. In the screw vortex vacuum pump 5,
Due to the groove depth provided in several stages and the long stroke, the intake port side pressure is about 10-'Torr or less, and the number is -042/s.
It has an evacuation speed of ec to several 1001/sec, and exhausts the gas in the vacuum container 1 before semiconductor production. In addition, the spiral vortex vacuum pump 5 has an inlet side pressure of 10-4 to 10°To
It exhibits performance even at temperatures as low as RR, has an exhaust flow rate of several 1105 CCCM to several 1000 SCCM, and performs the exhaust function of reaction gases, etc. during semiconductor manufacturing. In addition, the oil rotary pump 7 is
It is a roughing pump that pulls the vacuum container 1 to a low vacuum to a pressure at which the groove type vacuum pump 5 etc. can exert an evacuation effect,
Demonstrates performance at temperatures below about 2°Torr. Therefore, the vacuum container 1 is first roughly pumped to a low vacuum state of about 10° Torr by the oil rotary pump 7, and then, as described above, is first brought to a high vacuum state by the screw vortex type vacuum pump 5 for exhausting gas before semiconductor manufacturing. The internal pressure is then adjusted to the set pressure for semiconductor manufacturing. However, in controlling the pressure inside the vacuum container 1 to the set pressure in -)2, the rotor 10 of the spiral vortex vacuum pump 5 is
The flying height in the first thrust direction is controlled.

次に、第3図に基づいてロータ101のスラスト方向の
浮上量を制御する制御装置6について説明する。第3図
において制御装置6ば制御演算回路201とスラスト磁
気軸受駆動回路202とスラスト位置検出回路203と
から構成される。制御演算回路201には圧力検出器4
からの真空容器1内の圧力信号と、スラスト位置検出回
路203において非接触変位センづ109の出力信−号
4.二基づいて検出されるスラスl浮」二量を示す信号
と、流量調節弁2,3の流量検出器2a、3aからのガ
ス流量を示す信号とがそれぞれ人力される。制御回路2
01はこれらの入力信号に基づいて、ロータ101のス
ラスト方向の浮上量に対する目標値(スラスト目標値)
204を演算し、スラスト磁気軸受駆動回路202に出
力する。
Next, the control device 6 that controls the flying height of the rotor 101 in the thrust direction will be explained based on FIG. In FIG. 3, the control device 6 is composed of a control calculation circuit 201, a thrust magnetic bearing drive circuit 202, and a thrust position detection circuit 203. The control calculation circuit 201 includes a pressure detector 4.
and the output signal of the non-contact displacement sensor 109 in the thrust position detection circuit 203. A signal indicating the amount of slush detected based on the flow rate control valves 2 and 3 and a signal indicating the gas flow rate from the flow rate detectors 2a and 3a of the flow rate regulating valves 2 and 3 are respectively input manually. Control circuit 2
01 is a target value for the flying height of the rotor 101 in the thrust direction (thrust target value) based on these input signals.
204 is calculated and output to the thrust magnetic bearing drive circuit 202.

こごでロータ101のスラスI・方向への移動量と真空
容器1内の圧力変化との関係を第4図、第5図、第6図
に基づいて説明する。
The relationship between the amount of movement of the rotor 101 in the thrust I direction and the pressure change within the vacuum vessel 1 will now be explained based on FIGS. 4, 5, and 6.

第4図において、ロータ101のスラスト方向への浮」
二量は制御装置6により図中りの範囲内で制御される。
In FIG. 4, the rotor 101 floats in the thrust direction.
The amount is controlled by the control device 6 within the range shown in the figure.

この浮上量の範囲りに対してロータ101とステータ1
02との間隙δの変化量Δδはロータ101のイ頃斜角
をαとする。
For this range of flying height, the rotor 101 and the stator 1
The amount of change Δδ in the gap δ between the rotor 101 and the rotor 101 is α.

Δδ−hsinα(,°δ−δ。+△δ) ・・・・・
・(1)と表すことができる。
Δδ−hsinα(,°δ−δ.+△δ) ・・・・・・
・It can be expressed as (1).

ここで、ロータ101とステータ102との間隙δと真
空ポンプ5の排気流量との関係を第5図に示す。第5図
からロータ101とステーク102との間隙δによって
分子ポンプ5のワ1ユ気流量を制御可能であることがわ
かる。ただし、あまり間隙δを大きくとりすぎると、ポ
ンプ作用をなさなくなってしまうため注意を要する。
Here, the relationship between the gap δ between the rotor 101 and the stator 102 and the exhaust flow rate of the vacuum pump 5 is shown in FIG. It can be seen from FIG. 5 that the air flow rate of the molecular pump 5 can be controlled by the gap δ between the rotor 101 and the stake 102. However, if the gap δ is too large, the pumping action will no longer be achieved, so care must be taken.

また、真空容器1内においては理想気体の状態方程式が
成り立つと考えられるため、真空容器1内の状態方程式
として、 ・・・・・・(2) P :真空容器内圧力 ■o :真空容器内体積 Q、;ガス吸入体積流量 Qo =ガス排気体積流量 Rg:ガス定数 T :真空容器内温度 が成り立つ。更にねじ溝穴真空ポンプ5の排気流量と吸
気口圧力との間には第6図に示す関係がある。第6図に
よれば、排気流量は約10 ” Torr〜1QTor
rの吸気口圧力に対しほぼ−・定であり、この範囲では
第5図に示したように1ノ1気流量ばr:Iり101と
ステーク102との間隙δのみの関数であると考えられ
るから、 Qo=に+  δ−+−K z           
  −・−・−(3)K+、に2 :定数 とおくことができる。(3)式を(2)式に代入してO =に3−に、  δ             ・・・
・・・(4)K3.に4:定数 なる関係が成り立つ。また(1)式を(4)式に代入し
てP=に3−に4 (δo+hsinα)=に5−に6
h          ・・・・・・(5)K、、、に
、、:定数 が得られる。
In addition, since the equation of state of an ideal gas is considered to hold within the vacuum vessel 1, the equation of state within the vacuum vessel 1 is as follows: (2) P: Pressure inside the vacuum vessel ■o: Inside the vacuum vessel Volume Q,; gas suction volumetric flow rate Qo = gas exhaust volumetric flow rate Rg: gas constant T: vacuum vessel internal temperature. Furthermore, there is a relationship shown in FIG. 6 between the exhaust flow rate of the threaded slot vacuum pump 5 and the intake port pressure. According to Fig. 6, the exhaust flow rate is approximately 10” Torr to 1Q Torr.
It is almost constant for the inlet pressure of r, and in this range, as shown in FIG. Therefore, Qo=+ δ−+−K z
−・−・−(3) K+, 2: Can be set as a constant. Substituting equation (3) into equation (2), O = 3-, δ...
...(4) K3. 4: A constant relationship holds true. Also, by substituting equation (1) into equation (4), P = 3- to 4 (δo+hsinα) = 5- to 6
h...(5) K, , , , : A constant is obtained.

以上説明したようにロータ101のスラスト方向への浮
上1hを制御することにより真空ポンプ5の排気流量及
び真空容器1内の圧力Pを制御することができる。
As explained above, by controlling the levitation 1h of the rotor 101 in the thrust direction, the exhaust flow rate of the vacuum pump 5 and the pressure P in the vacuum vessel 1 can be controlled.

ここで半導体製造装置に本実施例のねし溝穴真空ポンプ
を適用した場合の一効果例として従来の半導体製造装置
に比較して真空容器内の圧力が定常状態に移行するまで
の時間を非常に短縮することができる。以下、この理由
について説明する。
Here, as an example of the effect when the slotted hole vacuum pump of this embodiment is applied to semiconductor manufacturing equipment, the time required for the pressure inside the vacuum container to reach a steady state is significantly longer than in conventional semiconductor manufacturing equipment. can be shortened to The reason for this will be explained below.

従来の半導体製造装置の製造工程では真空容器内にウェ
ハ等を搬入した後に、まずターボ分子ポンプ等により真
空容器内をIn−’〜] 0−’Torr稈度の高い真
空状態とし、その後この高い真空状態から半導体ガスを
定常流星で流すとともに可変圧力調節弁を真空容器内の
圧力に関してフィーバ1”ツタ制御を行うことにより、
真空容器内を10Torr程度の圧力状態に維持する。
In the manufacturing process of conventional semiconductor manufacturing equipment, after loading a wafer etc. into a vacuum container, the inside of the vacuum container is first brought into a vacuum state with a high degree of 0-' Torr by using a turbo molecular pump, etc. By flowing semiconductor gas from a vacuum state as a steady meteor, and controlling the pressure inside the vacuum container with a variable pressure control valve,
The pressure inside the vacuum container is maintained at about 10 Torr.

しかしながら従来例においては稼働初期の圧力(10−
’〜10Torr )と定常状態の圧力(I O−’T
orr)との差が大きく、またガス流量調節弁が一定流
量を流すだけの制御であるため、真空容器内の圧力か定
常に保たれるまでに長い時間を要していた。
However, in the conventional example, the pressure at the initial stage of operation (10-
'~10Torr) and steady-state pressure (IO-'T
orr), and since the gas flow rate control valve only controls a constant flow rate, it takes a long time to maintain the pressure inside the vacuum container at a constant level.

これに対し、本実施例のねし溝式真空ポンプを適用した
半導体製造装置においては、真空容器内圧力を高い真空
状態(10−’〜10−6Torr)から定常状態(1
0’−’Torr)まで移行させる際に、真空容器1の
内容積と真空ポンプ5の排気特性を吸(I  r+ ) 大ガス流量と目標圧力等から目標とするロータ101の
スラスト方向の浮1:ihを算出し、制御装置6により
直ちにロータ101の浮上lhを制御する。ごのロータ
101のスラスト方向の浮上量りを目標とする浮Jib
に制御する際に要する時間は非常に短いために、従来例
と比較して定常状態に移行するまでの時間を非常に短縮
することができる。第7図に半導体製造装置に木実施例
のねし溝式真空ポンプ5を適用した場合の真空容器内圧
力の収束状態例を示す。なお、第7図において半導体ガ
ス導入時を0分としている。
On the other hand, in the semiconductor manufacturing equipment to which the groove-type vacuum pump of this embodiment is applied, the pressure inside the vacuum chamber is changed from a high vacuum state (10-' to 10-6 Torr) to a steady state (10-6 Torr).
0'-'Torr), the internal volume of the vacuum vessel 1 and the exhaust characteristics of the vacuum pump 5 are determined by the thrust direction of the rotor 101 as a target based on the large gas flow rate, target pressure, etc. : ih is calculated, and the control device 6 immediately controls the levitation lh of the rotor 101. A floating Jib whose target is the flying height of the rotor 101 in the thrust direction.
Since the time required to perform the control is very short, the time required to shift to a steady state can be significantly shortened compared to the conventional example. FIG. 7 shows an example of the convergence state of the pressure inside the vacuum container when the groove-type vacuum pump 5 of the wooden embodiment is applied to a semiconductor manufacturing apparatus. Note that in FIG. 7, the time when the semiconductor gas is introduced is set to 0 minutes.

第8図に本発明の第2実施例を示す。第2実施例におい
ては、ロータ101a及びステータ102aのスラスト
方向の傾斜面の傾きを第1実施例とは逆にしている。
FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the inclinations of the inclined surfaces of the rotor 101a and the stator 102a in the thrust direction are reversed from those in the first embodiment.

この第2実施例においても、ロータ101aの移動方向
か逆になるたりて第1実施例と同様の効果を得ることが
できる。
In this second embodiment as well, the same effects as in the first embodiment can be obtained, except that the moving direction of the rotor 101a is reversed.

第9図に示す第3実施例はロータ101b及びステータ
102bの一部にストレー1〜部Aを設にノたものであ
る。第3実施例においてはこのストシ・−1・部Aを設
けることにより、ロータ101dのスラスト方向への浮
上量11が大きく変化することによって、油回転ポンプ
7の潤滑油等が逆流する恐れがある時でも排気流量が変
化しないスI・レト部へでこれ阻止することができる。
In the third embodiment shown in FIG. 9, strays 1 to A are provided in parts of the rotor 101b and the stator 102b. In the third embodiment, by providing this stoshi-1 section A, the floating height 11 of the rotor 101d in the thrust direction changes greatly, which may cause the lubricating oil etc. of the oil rotary pump 7 to flow backward. This can be prevented by moving the exhaust flow rate to the rear and back portions, where the exhaust flow rate does not change even when the exhaust gas is in use.

第10図に示す第4実施例てはロータ101cの」二部
に動翼101dを取り伺り、ステータ102cの上部に
静翼113を設けた広域ターボ分子ポンプにおいて、ス
テーク102CもステッピングモーフIII及びギヤ1
12等によってスラスト方向へ移動できるようにしてい
る。このような構成は動翼101 (iと静翼113と
のずき間か小さく、ロータ101cのスラスI・方向の
浮上1hをあまり変化させることができない広域ターボ
分子ポンプにおいて特に有効である。なお、第4実施例
は軸受に玉軸受等を用いたねし溝式真空ポンプあるいは
広域ターボ分子ポンプにおいても有効である。
The fourth embodiment shown in FIG. 10 is a wide-area turbomolecular pump in which a rotor blade 101d is arranged in the second part of a rotor 101c, and a stator blade 113 is provided in the upper part of a stator 102c. gear 1
12 etc. so that it can move in the thrust direction. Such a configuration is particularly effective in a wide-area turbomolecular pump in which the gap between the rotor blade 101 (i) and the stator blade 113 is small and the levitation 1h of the rotor 101c in the thrust I direction cannot be changed much. The fourth embodiment is also effective in a groove type vacuum pump or a wide area turbo molecular pump using a ball bearing or the like as a bearing.

第11図に示す第5実施例は複数のロータ20Ia、2
01bとステータ202a  202bから真空ポンプ
を構成したものである。第11図において非接触変位セ
ンサ204からの信号によって前述の如くロータ201
a、201bのスラスト方向の浮上量りが制御される。
The fifth embodiment shown in FIG. 11 has a plurality of rotors 20Ia, 2
01b and stators 202a and 202b constitute a vacuum pump. In FIG. 11, the rotor 201 is moved as described above by the signal from the non-contact displacement sensor 204.
The flying heights of a and 201b in the thrust direction are controlled.

なお、第11図において203はスラスト磁気軸受、2
05はロータ201a、201bの回転駆動機構、20
6゜207はラジアル軸受、208は吸気口、209は
排気しJを示す。
In addition, in FIG. 11, 203 is a thrust magnetic bearing;
05 is a rotational drive mechanism for the rotors 201a and 201b, 20
6° 207 is a radial bearing, 208 is an intake port, 209 is an exhaust port, and J is shown.

さらに本発明は第12図に示す第6実施例のように回転
するロータ101dの側面にはねじ溝を形成せず、ステ
ータ102dの内面にねじ溝を形成する形状のポンプに
ついても有効である。更に、第13図に示す第7実施例
のように排気特性を上げるため、ロータ101eの側面
、ステータ1゜2eの内面のそれぞれに、互いに逆向き
のねし溝を形成したポンプにおいても有効である。
Further, the present invention is also effective for a pump having a shape in which a thread groove is not formed on the side surface of the rotating rotor 101d but is formed on the inner surface of the stator 102d, as in the sixth embodiment shown in FIG. Furthermore, it is also effective in a pump in which spiral grooves are formed in opposite directions on the side surface of the rotor 101e and the inner surface of the stator 1.degree. 2e in order to improve the exhaust characteristics, as in the seventh embodiment shown in FIG. be.

また、本発明の可変容量型真空ポンプでは、ロタとステ
ークの少なくとも一方をスラスト方向に移動可能とする
ごとによりロータ、ステータ間の間隙を変化させ、ねじ
溝部の排気性能を変化させるものであるため、ロータと
ステークの少なくとも一方をスラスト方向に移動したと
きにロータとステータとの間隙を変化させることができ
る形状であればどの様な形状であっても良い。これらの
形状の他の一例を第14図〜第17図に示す。
Further, in the variable displacement vacuum pump of the present invention, by making at least one of the rotor and the stake movable in the thrust direction, the gap between the rotor and the stator is changed, and the exhaust performance of the threaded groove portion is changed. Any shape may be used as long as the gap between the rotor and the stator can be changed when at least one of the rotor and the stake is moved in the thrust direction. Other examples of these shapes are shown in FIGS. 14 to 17.

第14図に示す第8実施例においては、ステーク102
fの傾斜面の角度が下方に行くほど大きくなるように、
傾斜面が滑らかな曲面で湾曲して形成されている。第1
5図に示す第9実施例においては第14図に示した例と
は逆にステーク102gの傾斜面の角度が下方に行くほ
ど小さくなるように形成されている。第16図に示す第
10実施例においてはステータ102 hの回転軸方向
の傾斜面の傾きを第15図に示した例と逆に形成してい
る。第17図に示す第11実施例においてはステータ1
021の軸方向の中央部付近が最も長い径となり、図中
上部および下部へ行くほど、その径が小さくなるように
形成されている。この例においては、ロータ1011の
」一部半分と下部〉1′−(1■) 分で排気性能の異なるねし溝を形成し、ロータ101j
が」二値に位置するときにはF側のポンプが、下位に位
置するときには下側のポンプが作用するようにしても良
い。
In the eighth embodiment shown in FIG.
So that the angle of the slope of f increases as it goes downward,
The inclined surface is curved with a smooth curved surface. 1st
In the ninth embodiment shown in FIG. 5, contrary to the example shown in FIG. 14, the angle of the slope of the stake 102g becomes smaller as it goes downward. In the tenth embodiment shown in FIG. 16, the slope of the inclined surface in the direction of the rotation axis of the stator 102h is formed to be opposite to the example shown in FIG. 15. In the eleventh embodiment shown in FIG.
The longest diameter is near the center in the axial direction of 021, and the diameter becomes smaller toward the top and bottom in the figure. In this example, grooves with different exhaust performance are formed in the half and lower part of the rotor 1011, and the rotor 101j
The pump on the F side may be operated when the value is at the binary level, and the pump on the lower side may be operated when the value is at the lower level.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように本発明によれば、ステータの内面とロ
ータの側面がロータの回転軸に対して傾けて設げられ、
ごのステータとロータとの少なくとも一方をロータの回
転軸方向に移動可能としたために、これらのステータ及
びロータを備える真空ポンプの容量を可変とすることが
できる。
As described above, according to the present invention, the inner surface of the stator and the side surface of the rotor are provided at an angle with respect to the rotation axis of the rotor,
Since at least one of the stator and rotor is movable in the direction of the rotor's rotation axis, the capacity of the vacuum pump including the stator and rotor can be made variable.

さらに本発明の真空ポンプをミ1毛導体製造装置の排気
系に用いた場合には従来必要であった可変圧力調整弁を
不要とし、半導体製造装置の排気系を簡素化・低廉化す
るごとができる。
Furthermore, when the vacuum pump of the present invention is used in the exhaust system of micro-conductor manufacturing equipment, the conventionally required variable pressure regulating valve is no longer necessary, and the exhaust system of semiconductor manufacturing equipment is simplified and reduced in cost. can.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例のねし溝式真空ポンプの構
造を示す断面図、第2図は第1図のねじ溝式真空ポンプ
のロータの正面図、第3図は第1実施例のねじ溝弐真空
ポンプを半導体製造装置に適用した場合の構成図、第4
図はねし溝式真空ポンプのロータのスラス1方向への浮
I−量に対するロータとステータとの間隙の変化量を説
明する主要部拡大断面図、第5図はねし溝弐真空ポンプ
のロータとステークとの間隙と排気流量との関係を示す
特性図、第6図はねじ溝式真空ポンプの吸気口圧力と排
気流量との関係を示す特性図、第7図は真空容器内圧力
の変化を示す特性図、第8図〜第17図は本発明の第2
〜第11実施例の構造を示す断面図である。 101.101a〜1011・・・1:1−夕、102
゜102a〜1021・・・ステータ、]03a、10
3b・・・ラジアル磁気軸受1104・・・スラスl−
磁気軸受、I05・・・三相誘導モータ、106,10
7・・・補助軸受、108.109・・・非接触変位セ
ン」ノ“2110・・・回転速度センタ。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a thread groove vacuum pump according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the rotor of the thread groove vacuum pump shown in FIG. 1, and FIG. 4th block diagram of the case where the thread groove 2 vacuum pump of the embodiment is applied to semiconductor manufacturing equipment
Figure 5 is an enlarged cross-sectional view of the main parts of a groove-type vacuum pump to explain the amount of change in the gap between the rotor and stator with respect to the floating I-amount of the rotor in the thrust direction 1. A characteristic diagram showing the relationship between the gap between the rotor and the stake and the exhaust flow rate, Figure 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the suction port pressure and the exhaust flow rate of a thread groove vacuum pump, and Figure 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the vacuum vessel internal pressure. Characteristic diagrams showing changes, FIGS. 8 to 17 are the second characteristics of the present invention.
- It is a sectional view showing the structure of the 11th example. 101.101a-1011...1:1-Evening, 102
゜102a-1021...Stator, ]03a, 10
3b...Radial magnetic bearing 1104...Slus l-
Magnetic bearing, I05...Three-phase induction motor, 106,10
7...Auxiliary bearing, 108.109...Non-contact displacement sensor"2110...Rotational speed center.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 円筒のステータの内面に対向し、かつこのステータと同
心的に配置されたロータとを備え、前記ステータと前記
ロータとの少なくとも一方にねじ溝が形成されて、この
ねじ溝が気体分子の流路となり、前記ロータの回転によ
って前記気体分子を前記ロータの回転軸方向に移動させ
る真空ポンプにおいて、 前記ステータの内面と前記ロータの側面が前記回転軸方
向に対して傾斜している傾斜面を有し、前記ロータと前
記ステータとの間隙を制御するために前記ステータと前
記ロータとの少なくとも一方を前記回転軸方向に移動可
能とし、この移動量を制御する制御手段を備えることに
より、前記真空ポンプの容量を制御することを特徴とす
る可変容量型真空ポンプ。
[Scope of Claims] A rotor is provided which faces an inner surface of a cylindrical stator and is arranged concentrically with the stator, and a thread groove is formed in at least one of the stator and the rotor, and the thread groove is formed in at least one of the stator and the rotor. is a flow path for gas molecules, and in a vacuum pump in which the gas molecules are moved in the direction of the rotation axis of the rotor by rotation of the rotor, the inner surface of the stator and the side surface of the rotor are inclined with respect to the direction of the rotation axis. the stator and the rotor, at least one of the stator and the rotor is movable in the direction of the rotation axis in order to control a gap between the rotor and the stator, and a control means is provided for controlling the amount of movement. A variable capacity vacuum pump characterized in that the capacity of the vacuum pump is controlled by:
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