JPH03275997A - 可変容量型真空ポンプ - Google Patents
可変容量型真空ポンプInfo
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- JPH03275997A JPH03275997A JP7353190A JP7353190A JPH03275997A JP H03275997 A JPH03275997 A JP H03275997A JP 7353190 A JP7353190 A JP 7353190A JP 7353190 A JP7353190 A JP 7353190A JP H03275997 A JPH03275997 A JP H03275997A
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Landscapes
- Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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、特にその容量を可変とした真空ポンプに関
するもので、例えば、半導体ガスを真空容器内に流しな
がら半導体を製造する装置や、反応ガスを真空容器内に
流しながら基板に薄膜を生成する装置等において、その
真空容器内を所定の圧力となるように排気する手段とし
て用いるのに適した真空ポンプに関するものである。
に適用され、特にその容量を可変とした真空ポンプに関
するもので、例えば、半導体ガスを真空容器内に流しな
がら半導体を製造する装置や、反応ガスを真空容器内に
流しながら基板に薄膜を生成する装置等において、その
真空容器内を所定の圧力となるように排気する手段とし
て用いるのに適した真空ポンプに関するものである。
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
ンプやねじ溝穴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、半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けてい
る。供給ガス流量調節弁では、半導体ガス導入管を流れ
るガス流量を熱線流量計等によって計測し、この計測デ
ータ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、また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プラム式真空計等によって得
られた圧力信号に基づいてその弁開度がフィードバック
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定の値に保ち、この状態の真空
容器内で均一な薄膜を生成させている。
ンプやねじ溝穴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、半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けてい
る。供給ガス流量調節弁では、半導体ガス導入管を流れ
るガス流量を熱線流量計等によって計測し、この計測デ
ータ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、また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プラム式真空計等によって得
られた圧力信号に基づいてその弁開度がフィードバック
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定の値に保ち、この状態の真空
容器内で均一な薄膜を生成させている。
前記のような半導体製造装置の排気系では、真空容器内
の真空度を所定の値に正確に合わせるために、その真空
容器内圧力調節弁として、ステッピングモータ等を用い
た高い分解能を有する高価な可変圧力調節弁を使用する
ことが必要であった。
の真空度を所定の値に正確に合わせるために、その真空
容器内圧力調節弁として、ステッピングモータ等を用い
た高い分解能を有する高価な可変圧力調節弁を使用する
ことが必要であった。
さらに、半導体製造工程では主にウェハ搬入後に真空容
器内を真空ポンプにより10−2〜10−’Pa程度の
高真空まで引き、その状態から半導体製造用ガスを定常
流量で流すと共に、可変圧力調節弁を圧力に関してフィ
ードバック制御することにより10”Pa程度の圧力を
維持し半導体を製造するが、制御対象が真空容器内の圧
力であり、稼動初期の到達圧力と定常圧力までの圧力差
が大きいこと、及び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、真空容器内の圧力が定常に保たれ
るまでに時間がかかり、現状では作業者が経験によりマ
ニュアル操作によって定常圧力付近まで圧力調節弁を調
整し、定常圧力近傍に達したのち自動制御に切り替える
というような煩雑な手順をとっている。
器内を真空ポンプにより10−2〜10−’Pa程度の
高真空まで引き、その状態から半導体製造用ガスを定常
流量で流すと共に、可変圧力調節弁を圧力に関してフィ
ードバック制御することにより10”Pa程度の圧力を
維持し半導体を製造するが、制御対象が真空容器内の圧
力であり、稼動初期の到達圧力と定常圧力までの圧力差
が大きいこと、及び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、真空容器内の圧力が定常に保たれ
るまでに時間がかかり、現状では作業者が経験によりマ
ニュアル操作によって定常圧力付近まで圧力調節弁を調
整し、定常圧力近傍に達したのち自動制御に切り替える
というような煩雑な手順をとっている。
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広い範囲にわたって自由に制御する
ことができる真空ポンプを提供することによって、例え
ば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
。
するところは容量を広い範囲にわたって自由に制御する
ことができる真空ポンプを提供することによって、例え
ば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
。
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、基本的に円錐台形又はそれに類似の回転体
表面を有し原動機によって一方向に回転駆動されるロー
タと、前記ロータを取囲む回転体内表面を有し回転方向
には静止しているステータとを備えており、前記ロータ
又は前記ステータの少なくとも一方の前記表面にはねじ
溝が設けられており、前記ロータと前記ステータの軸方
向の相対的変位によって排気容量が変化するようになっ
ていると共に、前記ロータは円錐台形又はそれに類似し
た回転体表面が二つ軸方向につながった形をしており、
前記ロータの二つの回転体表面のそれぞれに対応して前
記ロータ又は前記ステータの表面に設けられたねじ溝が
互いに逆ねじの関係にあり、排気容量を変化させるため
に前記ロータと前記ステータとを軸方向に相対的に変位
させたとき、前記ロータの二つの回転体表面の一方が前
記ステータの一方の内表面に接近すると同時に、他方が
前記ステータの他方の内表面から還ざかることによって
、前記ロータの二つの回転体表面によるそれぞれの排気
容量が相反的に増減するように構成されているか、又は
、前記ロータの一方の端面に近接した位置には排気口が
設けられており、排気容量を減少させるように前記ロー
タと前記ステータとを軸方向に相対的に変位させたとき
、前記ロータの前記端面が前記排気口を部分的に塞いで
流れに抵抗を与えるように構成されていることを特徴と
する。
空ポンプは、基本的に円錐台形又はそれに類似の回転体
表面を有し原動機によって一方向に回転駆動されるロー
タと、前記ロータを取囲む回転体内表面を有し回転方向
には静止しているステータとを備えており、前記ロータ
又は前記ステータの少なくとも一方の前記表面にはねじ
溝が設けられており、前記ロータと前記ステータの軸方
向の相対的変位によって排気容量が変化するようになっ
ていると共に、前記ロータは円錐台形又はそれに類似し
た回転体表面が二つ軸方向につながった形をしており、
前記ロータの二つの回転体表面のそれぞれに対応して前
記ロータ又は前記ステータの表面に設けられたねじ溝が
互いに逆ねじの関係にあり、排気容量を変化させるため
に前記ロータと前記ステータとを軸方向に相対的に変位
させたとき、前記ロータの二つの回転体表面の一方が前
記ステータの一方の内表面に接近すると同時に、他方が
前記ステータの他方の内表面から還ざかることによって
、前記ロータの二つの回転体表面によるそれぞれの排気
容量が相反的に増減するように構成されているか、又は
、前記ロータの一方の端面に近接した位置には排気口が
設けられており、排気容量を減少させるように前記ロー
タと前記ステータとを軸方向に相対的に変位させたとき
、前記ロータの前記端面が前記排気口を部分的に塞いで
流れに抵抗を与えるように構成されていることを特徴と
する。
本発明による真空ポンプにおいては、その基本構成によ
り、ロータとステータの間に軸方向の相対的変位を与え
ると、円錐台形又はそれに類似の回転体表面を有するロ
ータとそれを取囲んでいる同様な形状の回転体内表面を
有するステータとの間のすき間が変化するので、ロータ
又はステータの表面に設けられたねじ溝によりロータが
回転した時は気体を軸方向に送るポンプ作用の強さが変
化して、真空ポンプとしての排気容量が変化する。
り、ロータとステータの間に軸方向の相対的変位を与え
ると、円錐台形又はそれに類似の回転体表面を有するロ
ータとそれを取囲んでいる同様な形状の回転体内表面を
有するステータとの間のすき間が変化するので、ロータ
又はステータの表面に設けられたねじ溝によりロータが
回転した時は気体を軸方向に送るポンプ作用の強さが変
化して、真空ポンプとしての排気容量が変化する。
この作用に加えて第1の発明においては、前記ロータが
前記回転体表面を二つ備えており、それぞれの部分に対
応するねじ溝が互いに逆ねじの関係にあることから、ロ
ータが一方向に回転すると、ロータの二つの回転体表面
によるポンプ作用は互いに逆向きとなり、一方の作用が
他方の作用を打消す関係が生じる。そして前記のように
ロータとステータの軸方向の相対的変位が加えられると
、ロータの二つの回転体表面の一方によるポンプ作用が
ステータとのすき間の減少によって強められるのに反し
、他方によるポンプ作用がすき間の増大によって弱めら
れるので、両者の差による正味のポンプ作用が大幅に変
化するようになる。この作用によって、真空ポンプの排
気容量はロータとステータの軸方向の相対的変位のみに
よって自由に調整可能となる。
前記回転体表面を二つ備えており、それぞれの部分に対
応するねじ溝が互いに逆ねじの関係にあることから、ロ
ータが一方向に回転すると、ロータの二つの回転体表面
によるポンプ作用は互いに逆向きとなり、一方の作用が
他方の作用を打消す関係が生じる。そして前記のように
ロータとステータの軸方向の相対的変位が加えられると
、ロータの二つの回転体表面の一方によるポンプ作用が
ステータとのすき間の減少によって強められるのに反し
、他方によるポンプ作用がすき間の増大によって弱めら
れるので、両者の差による正味のポンプ作用が大幅に変
化するようになる。この作用によって、真空ポンプの排
気容量はロータとステータの軸方向の相対的変位のみに
よって自由に調整可能となる。
第2の発明においては、ロータとステータの軸方向の相
対的変位により、ロータの端面と排気口との距離が変化
するので、そこを通って排出される気体の流れに及ぼす
絞り抵抗が変化することになり、前記ロータとステータ
の軸方向の相対的変位によるポンプ作用の変化に対して
、この絞り抵抗の変化が加わり、真空ポンプの排気容量
が大幅に変化することになる。この場合も、真空ポンプ
の排気容量はロータとステータの軸方向の相対的変位の
みによって自由に調整が可能である。
対的変位により、ロータの端面と排気口との距離が変化
するので、そこを通って排出される気体の流れに及ぼす
絞り抵抗が変化することになり、前記ロータとステータ
の軸方向の相対的変位によるポンプ作用の変化に対して
、この絞り抵抗の変化が加わり、真空ポンプの排気容量
が大幅に変化することになる。この場合も、真空ポンプ
の排気容量はロータとステータの軸方向の相対的変位の
みによって自由に調整が可能である。
本発明の第1の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。第1図において、円筒状のねじ溝穴真空ポンプのハウ
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。
。第1図において、円筒状のねじ溝穴真空ポンプのハウ
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は回転軸方向に突き合わせられた2つの
部分102a及び102bからなり、それらの内面はロ
ータ101の回転軸方向(図中矢印Y方向)に対してそ
れぞれ所定角度傾斜した傾斜面(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2つの傾斜面101a及び101bが突き
合わせられた形となっている。このロータ101の傾斜
面101a及び102bには、それぞれ第2図に示すよ
うに互いに逆向きのねじ溝101 a ’及び101b
’が数条ずつ形成されている。なお、このねじ溝101
a ’は第1図におけるロータ101の上から下に向
かってその購深さが徐々に浅くなるように形成されてい
る。
部分102a及び102bからなり、それらの内面はロ
ータ101の回転軸方向(図中矢印Y方向)に対してそ
れぞれ所定角度傾斜した傾斜面(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2つの傾斜面101a及び101bが突き
合わせられた形となっている。このロータ101の傾斜
面101a及び102bには、それぞれ第2図に示すよ
うに互いに逆向きのねじ溝101 a ’及び101b
’が数条ずつ形成されている。なお、このねじ溝101
a ’は第1図におけるロータ101の上から下に向
かってその購深さが徐々に浅くなるように形成されてい
る。
また、この実施例では、軸受装置として上下2組のラジ
アル磁気軸受103 a 、 103 bと、1組のス
ラスト磁気軸受104 a 、 104 bとを用いて
おり、回転手段として一般的なかご彫工相誘導モータ1
05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上し、ステータ102およ
び上下の各補助軸受106.107等と全く接触せず、
高速回転が可能になり、ロータの回転方向とねじ溝10
1 a ’及び101 b ’の巻き方向によって、軸
方向のどちらかへ流体を送るポンプ作用が生じる。
アル磁気軸受103 a 、 103 bと、1組のス
ラスト磁気軸受104 a 、 104 bとを用いて
おり、回転手段として一般的なかご彫工相誘導モータ1
05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上し、ステータ102およ
び上下の各補助軸受106.107等と全く接触せず、
高速回転が可能になり、ロータの回転方向とねじ溝10
1 a ’及び101 b ’の巻き方向によって、軸
方向のどちらかへ流体を送るポンプ作用が生じる。
ねじ溝101 a ’ とねじ溝101 b ’ とは
互いに逆向きであるから、ねじ溝101 a ’が真空
ポンプとしての作用をする時は、ねじ溝101 b ’
はその作用を弱める作用、すなわち逆のポンプ作用をす
ることになる。従って、ねじ溝101a全体を正ねじ溝
部と呼び、ねじ溝101 b ’全体を逆ねじ溝部とい
うことにする。逆ねじ溝部を設けたのは、低真空側に使
用圧力範囲を拡げるためであり、この領域を設けること
によって圧力の変化範囲が大幅に広くなるが、それにつ
いては後に詳述する。
互いに逆向きであるから、ねじ溝101 a ’が真空
ポンプとしての作用をする時は、ねじ溝101 b ’
はその作用を弱める作用、すなわち逆のポンプ作用をす
ることになる。従って、ねじ溝101a全体を正ねじ溝
部と呼び、ねじ溝101 b ’全体を逆ねじ溝部とい
うことにする。逆ねじ溝部を設けたのは、低真空側に使
用圧力範囲を拡げるためであり、この領域を設けること
によって圧力の変化範囲が大幅に広くなるが、それにつ
いては後に詳述する。
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(光
方式、MRE、ギャップセンサ等のピックアップセンサ
)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103a103 b 、 104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、三相誘導モータ1
05にかかる印加電圧が制御される。
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(光
方式、MRE、ギャップセンサ等のピックアップセンサ
)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103a103 b 、 104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、三相誘導モータ1
05にかかる印加電圧が制御される。
次に、上記のように構成された真空ポンプの作用を説明
するにあたり、まず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。
するにあたり、まず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。
1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l内の圧力を検出するダイ
ヤプラム式真空計等の圧力検出器である。5は本実施例
のねじ溝穴真空ポンプ、6はねじ溝穴真空ポンプ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(詳細は後述する。)であり、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(スラスト方向)
への浮上量が制御される。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101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からの信号と
、真空容器lに供給される半導体ガスの流量を示す流量
検出器2a、3aからの流量信号とに基づいて上記制御
信号をねじ溝穴真空ポンプ5のスラスト磁気軸受104
a 、 104 b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
。
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l内の圧力を検出するダイ
ヤプラム式真空計等の圧力検出器である。5は本実施例
のねじ溝穴真空ポンプ、6はねじ溝穴真空ポンプ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(詳細は後述する。)であり、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(スラスト方向)
への浮上量が制御される。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101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からの信号と
、真空容器lに供給される半導体ガスの流量を示す流量
検出器2a、3aからの流量信号とに基づいて上記制御
信号をねじ溝穴真空ポンプ5のスラスト磁気軸受104
a 、 104 b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
。
ここで、第1図に示されたねじ溝穴真空ポンプ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、ねじ溝
穴真空ポンプ5で真空容器内を一度高真空まで引くこと
により大気中に含まれる水蒸気等のガスが排出され、そ
の後、流量調節弁2.3を介して反応ガス等を一定流量
だけ真空容器1へ流し続けると共に、ねじ溝穴真空ポン
プ5で真空容器1内の圧力を一定に保つのに必要なガス
量を真空容器1から引くことにより、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1内に搬入されたウェ
ハ等に薄膜が形成される。ねじ溝穴真空ポンプ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。
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、ねじ溝
穴真空ポンプ5で真空容器内を一度高真空まで引くこと
により大気中に含まれる水蒸気等のガスが排出され、そ
の後、流量調節弁2.3を介して反応ガス等を一定流量
だけ真空容器1へ流し続けると共に、ねじ溝穴真空ポン
プ5で真空容器1内の圧力を一定に保つのに必要なガス
量を真空容器1から引くことにより、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1内に搬入されたウェ
ハ等に薄膜が形成される。ねじ溝穴真空ポンプ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。
前記操作との関連から、真空容器1側に設けられたねじ
溝穴真空ポンプ5及び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。ねじ溝穴真空ポンプ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−”Pa程度以下で、数101/SeC
〜数1001 /sea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。またねじ溝穴真空
ポンプ5は、吸気口側圧力10−2〜10−’Pa程度
においても性能を発揮し、数1105CC〜数1100
OSCC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、ねじ溝穴
真空ポンプ5等が排気効果を発揮することができる圧力
まで真空容器1を低真空に引く粗引きポンプであり、1
Q2Pa程度以上で性能を発揮する。
溝穴真空ポンプ5及び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。ねじ溝穴真空ポンプ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−”Pa程度以下で、数101/SeC
〜数1001 /sea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。またねじ溝穴真空
ポンプ5は、吸気口側圧力10−2〜10−’Pa程度
においても性能を発揮し、数1105CC〜数1100
OSCC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、ねじ溝穴
真空ポンプ5等が排気効果を発揮することができる圧力
まで真空容器1を低真空に引く粗引きポンプであり、1
Q2Pa程度以上で性能を発揮する。
従って、真空容器1は先ず油回転ポンプ7により10’
Pa程度の低真空状態まで粗引きされ、その後、ねじ溝
穴真空ポンプ5によって、前述の通り、最初の半導体製
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l内の圧力を上記の設定圧力に制御
することにおいて、後述の如くねじ溝穴真空ポンプ5の
ロータ101のスラスト方向の浮上量の制御が行われる
。
Pa程度の低真空状態まで粗引きされ、その後、ねじ溝
穴真空ポンプ5によって、前述の通り、最初の半導体製
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l内の圧力を上記の設定圧力に制御
することにおいて、後述の如くねじ溝穴真空ポンプ5の
ロータ101のスラスト方向の浮上量の制御が行われる
。
次に、前述の如く真空容器1内の圧力を調整するねじ溝
穴真空ポンプ5のスラスト浮上量を制御するスラスト磁
気軸受制御装置6の具体的回路構戊を第4図に基づいて
説明する。第4図中−点鎖線で示された6の部分が前述
のスラスト磁気軸受制御装置である。スラスト磁気軸受
制御装置6は、M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。
穴真空ポンプ5のスラスト浮上量を制御するスラスト磁
気軸受制御装置6の具体的回路構戊を第4図に基づいて
説明する。第4図中−点鎖線で示された6の部分が前述
のスラスト磁気軸受制御装置である。スラスト磁気軸受
制御装置6は、M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内の圧力に係る信号、スラスト位置検出回路203に
おいて上記の非接触変位センサ109の出力信号に基づ
いて検出されるスラスト浮上量に係る信号、流量調節弁
2.3の流量検出器2a。
1内の圧力に係る信号、スラスト位置検出回路203に
おいて上記の非接触変位センサ109の出力信号に基づ
いて検出されるスラスト浮上量に係る信号、流量調節弁
2.3の流量検出器2a。
3aからのガス流量に係る信号がそれぞれ入力される。
制御回路201 はこれらの入力信号によって与えられ
るデータを参考にして、ねじ溝穴真空ポンプ5のロータ
浮上量が後述の如き予め定められた状態で変化するよう
に制御するためのスラスト目標値204を演算し、スラ
スト磁気軸受駆動回路202へ出力する。
るデータを参考にして、ねじ溝穴真空ポンプ5のロータ
浮上量が後述の如き予め定められた状態で変化するよう
に制御するためのスラスト目標値204を演算し、スラ
スト磁気軸受駆動回路202へ出力する。
ここでスラスト磁気軸受制御装置6によるスラスト方向
のロータの移動量と真空容器l内の圧力変化の関係を第
5図に基づいて説明する。第5図は第1図及び第2図に
示すねじ溝穴真空ポンプのテーバ型ネジ溝ロータ101
の上段(正ねじ部)と、それに向き合うテーパ型ステー
タ102aの拡大図である。ロータ101は前記スラス
ト磁気軸受制御装置6によりhの範囲内でスラスト浮上
量が変化する。この変化量りに対しロータ101 とス
テータ102aとのすき間の変化量Δδは、ロータ10
1の傾斜角をαとすると、 Δδ=hsinα ・・・(1)(°、
°δ=δ。+△δ) となる。
のロータの移動量と真空容器l内の圧力変化の関係を第
5図に基づいて説明する。第5図は第1図及び第2図に
示すねじ溝穴真空ポンプのテーバ型ネジ溝ロータ101
の上段(正ねじ部)と、それに向き合うテーパ型ステー
タ102aの拡大図である。ロータ101は前記スラス
ト磁気軸受制御装置6によりhの範囲内でスラスト浮上
量が変化する。この変化量りに対しロータ101 とス
テータ102aとのすき間の変化量Δδは、ロータ10
1の傾斜角をαとすると、 Δδ=hsinα ・・・(1)(°、
°δ=δ。+△δ) となる。
第6図にロータ101 とステータ102aのすき間δ
と排気流量との関係を示す。第6図よりロータ101
とステータ102 とのすき間δを変化させることによ
り、排気流量を制御することができることがわかる。た
だし、すき間δを大きくとりすぎると、ポンプ作用がな
くなる。
と排気流量との関係を示す。第6図よりロータ101
とステータ102 とのすき間δを変化させることによ
り、排気流量を制御することができることがわかる。た
だし、すき間δを大きくとりすぎると、ポンプ作用がな
くなる。
また先に述べた真空容器1内の圧力に関する制御性につ
いて述べる。理想気体の状態方程式(真空に近い状態の
気体は十分に希薄であるので、理想気体であると考えて
よい。)の関係より、真空容器1内の状態方程式として P :真空容器内圧力 Vo:真空容器内体積 Ql: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 が威り立つ。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7図に示す関係がある。第7図
によれば、排気流量は、約10’Pa〜103Paの吸
気口圧力に対し、はぼ一定であり、この範囲ではすき間
δのみの関数であると考えられるから、 Q、=に、δ+に2 ・・・(3)k
、、に、;定数 とおくことができる。(3)式を(2)式に代入して =に3−に4δ ・・・(4)k
3.’ka;定数 なる関係が成り立つ。また(1〉式を(4)式に代入し P=に3−に4(δo+hsinα) ””ks ksh ・・・(5
〉ks、ks;定数 が得られる。これより、先と同様に、真空容器1内の圧
力Pに関してフィードバックし、テーパ型ロータのスラ
スト浮上変化1hを制御することにより、排気流量を変
化させることができ、それによって真空容器1内の圧力
Pを制御することができる。
いて述べる。理想気体の状態方程式(真空に近い状態の
気体は十分に希薄であるので、理想気体であると考えて
よい。)の関係より、真空容器1内の状態方程式として P :真空容器内圧力 Vo:真空容器内体積 Ql: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 が威り立つ。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7図に示す関係がある。第7図
によれば、排気流量は、約10’Pa〜103Paの吸
気口圧力に対し、はぼ一定であり、この範囲ではすき間
δのみの関数であると考えられるから、 Q、=に、δ+に2 ・・・(3)k
、、に、;定数 とおくことができる。(3)式を(2)式に代入して =に3−に4δ ・・・(4)k
3.’ka;定数 なる関係が成り立つ。また(1〉式を(4)式に代入し P=に3−に4(δo+hsinα) ””ks ksh ・・・(5
〉ks、ks;定数 が得られる。これより、先と同様に、真空容器1内の圧
力Pに関してフィードバックし、テーパ型ロータのスラ
スト浮上変化1hを制御することにより、排気流量を変
化させることができ、それによって真空容器1内の圧力
Pを制御することができる。
次に第1実施例のねじ溝穴真空ポンプの作用を第8図を
用いて説明する。まず真空容器内を高真空に排気する時
には第8図(a)の様にテーパ型ねじ溝ロータ101は
上方に位置し、すき間δ8は最小付近となる。高真空に
達した後、真空容器1内に反応ガス等を流し始めると、
テーパ型ねじ溝ロータ101は真空容器1内の圧力を一
定に保持させるために第8図(b)の様に下方へ移動す
る。
用いて説明する。まず真空容器内を高真空に排気する時
には第8図(a)の様にテーパ型ねじ溝ロータ101は
上方に位置し、すき間δ8は最小付近となる。高真空に
達した後、真空容器1内に反応ガス等を流し始めると、
テーパ型ねじ溝ロータ101は真空容器1内の圧力を一
定に保持させるために第8図(b)の様に下方へ移動す
る。
そして真空容器1内圧力が設定圧力になる様にテーパ型
ねじ溝ロータ101のスラスト浮上量の制御を行う。こ
こでロータ101下段の逆ねじ溝部は、ロータが下側に
移動しδLが小さくなるにつれ、逆方向にポンプ作用を
行うようになり、正ねじ溝部のポンプ作用を減殺するた
め、低真空側に圧力制御範囲を広げることができる。
ねじ溝ロータ101のスラスト浮上量の制御を行う。こ
こでロータ101下段の逆ねじ溝部は、ロータが下側に
移動しδLが小さくなるにつれ、逆方向にポンプ作用を
行うようになり、正ねじ溝部のポンプ作用を減殺するた
め、低真空側に圧力制御範囲を広げることができる。
第9図に本発明のテーパ型ねじ溝ポンプを用いた場合の
実験結果を示すと共に、第10図に逆ねじ溝部を有しな
いテーパ型ネジ溝ロータを用いた場合の実験結果を示す
。ロータが最も上に位置する時が(1)、最も下に位置
する時が(2)で、移動距離はそれぞれ同じである。両
図から低真空側に圧力制御範囲が拡がっているのがわか
る。特に逆ねじ溝部を有する場合では、油回転ポンプ7
の性能(破線によって示す。)を減少させる方向に圧力
範囲が拡がっている。
実験結果を示すと共に、第10図に逆ねじ溝部を有しな
いテーパ型ネジ溝ロータを用いた場合の実験結果を示す
。ロータが最も上に位置する時が(1)、最も下に位置
する時が(2)で、移動距離はそれぞれ同じである。両
図から低真空側に圧力制御範囲が拡がっているのがわか
る。特に逆ねじ溝部を有する場合では、油回転ポンプ7
の性能(破線によって示す。)を減少させる方向に圧力
範囲が拡がっている。
第11図は第2の実施例を示すもので、この場合はロー
タ101の下部(逆テーパ部〉外周にはねじ溝GJ或せ
ず、その代りにステータ102b内周にねじ溝102
b ’を形成している。
タ101の下部(逆テーパ部〉外周にはねじ溝GJ或せ
ず、その代りにステータ102b内周にねじ溝102
b ’を形成している。
第12図に示す第3の実施例はロータ101下部の逆テ
ーパ部外周、ステータ102b内周のそれぞれに互いに
逆向きのねじ溝101b’ 、102b’を形成してい
る。またロータ及びステータの形状は円錐台形に限らず
、それに近い種々の回転曲面を自由に組合せることがで
き、逆ネジ溝部の形状が、吸入側から排気側に向って連
続状に或いは階段状に変化するように構成(図示しない
)しても良い。
ーパ部外周、ステータ102b内周のそれぞれに互いに
逆向きのねじ溝101b’ 、102b’を形成してい
る。またロータ及びステータの形状は円錐台形に限らず
、それに近い種々の回転曲面を自由に組合せることがで
き、逆ネジ溝部の形状が、吸入側から排気側に向って連
続状に或いは階段状に変化するように構成(図示しない
)しても良い。
第13図に示す第4の実施例は逆ねじ溝部を使用しない
で、代りにロータ101 によるチョーク作用を用いて
排気口111のコンダクタンスを小さくし、反応ガス等
の流れを制限することにより真空容器内の圧力が上昇し
、低真空側に圧力制御範囲が広がるようにしたものであ
る。第13図にみられるように、ロータ101は逆ねじ
溝部を有しないが、その下端面101′に近接した位置
に排気口H1が開口するように設定される。チョーク作
用は、ロータ101が回転し、ねじ溝101 a ’の
ポンプ作用によって反応ガス等を流しながらロータ10
1が軸方向下方に移動し、ロータ101の下端面によっ
て排気口111をふさぐことにより生じる。ロータ10
1の下降が大きくなるほど、すき間δ8が大となってポ
ンプ作用が弱まるのに加えて、排気口111でのチョー
ク作用が大となり、低真空の側に傾むく。
で、代りにロータ101 によるチョーク作用を用いて
排気口111のコンダクタンスを小さくし、反応ガス等
の流れを制限することにより真空容器内の圧力が上昇し
、低真空側に圧力制御範囲が広がるようにしたものであ
る。第13図にみられるように、ロータ101は逆ねじ
溝部を有しないが、その下端面101′に近接した位置
に排気口H1が開口するように設定される。チョーク作
用は、ロータ101が回転し、ねじ溝101 a ’の
ポンプ作用によって反応ガス等を流しながらロータ10
1が軸方向下方に移動し、ロータ101の下端面によっ
て排気口111をふさぐことにより生じる。ロータ10
1の下降が大きくなるほど、すき間δ8が大となってポ
ンプ作用が弱まるのに加えて、排気口111でのチョー
ク作用が大となり、低真空の側に傾むく。
また、圧力範囲を広げるために、逆ねじ溝とチョーク作
用を組合わせる(図示しない)ことも可能である。
用を組合わせる(図示しない)ことも可能である。
第14図に示す第5の実施例は、逆ねじ溝部101aが
ロータ101の上部の傾斜面101aに設けられると共
に、正ねじ溝部101 b ’が下部の傾斜面101b
に設けられたもので、ロータ101が上方へ移動した時
、油回転ポンプの性能を減少させる方向く第9図(2)
の方向)へ圧力範囲が拡がる。
ロータ101の上部の傾斜面101aに設けられると共
に、正ねじ溝部101 b ’が下部の傾斜面101b
に設けられたもので、ロータ101が上方へ移動した時
、油回転ポンプの性能を減少させる方向く第9図(2)
の方向)へ圧力範囲が拡がる。
第15図に示す第6の実施例は、ロータ101Cが軸方
向には移動せず、代りにステータ102cがステッピン
グモータ112等の外部操作手段により軸方向に移動す
るようにしたもので、ロータが軸方向に移動しないため
、広域ターボ分子ポンプ113等と組合わせることが可
能となる。容量の制御は正ねじ溝部と逆ねじ溝部の釣合
いによっている点で、第1図に示した第1実施例などと
共通性がある。図中に示す114はステッピングモータ
112の回転をステータ102Cに伝える歯車、また、
115はハウジング100とステータ102cの各一部
に設けられた螺子部である。
向には移動せず、代りにステータ102cがステッピン
グモータ112等の外部操作手段により軸方向に移動す
るようにしたもので、ロータが軸方向に移動しないため
、広域ターボ分子ポンプ113等と組合わせることが可
能となる。容量の制御は正ねじ溝部と逆ねじ溝部の釣合
いによっている点で、第1図に示した第1実施例などと
共通性がある。図中に示す114はステッピングモータ
112の回転をステータ102Cに伝える歯車、また、
115はハウジング100とステータ102cの各一部
に設けられた螺子部である。
以上述べた各実施例では、ロータ101は、すべてその
内部に密閉して設けられたモータ105によって駆動さ
れるようになっているが、外部のモータにより軸を介し
て駆動するように設計することができることは言うでも
ない。
内部に密閉して設けられたモータ105によって駆動さ
れるようになっているが、外部のモータにより軸を介し
て駆動するように設計することができることは言うでも
ない。
本発明の構成により、真空ポンプの排気容量を変化させ
、使用圧力範囲を大きくとることができる。したがって
真空容器内等の圧力を大幅に変更・調整することが可能
となるので、排気系に従来使用された可変圧力調整弁を
設ける必要がなくなり、排気系の構成を簡素化してコス
トの低減を図ることができる。
、使用圧力範囲を大きくとることができる。したがって
真空容器内等の圧力を大幅に変更・調整することが可能
となるので、排気系に従来使用された可変圧力調整弁を
設ける必要がなくなり、排気系の構成を簡素化してコス
トの低減を図ることができる。
第1図は第1実施例の全体構造を示す縦断正面図、第2
図はロータのみを示す正面図、第3図は応用例のシステ
ム全体を概括的に示す系統図、第4図は応用例のシステ
ム全体をより詳細に示す系統図、第5図は作用を説明す
るための構造部分の断面図、第6図及び第7図は作用を
説明するための特性線図、第8図は作動状態を説明する
ための比較図、第9図は本発明の作用効果を示す特性線
図、第10図は比較対象の作用効果を示す特性線図、第
11図は第2の実施例の全体構成を示す縦断正面図、第
12図は第3の実施例の全体構造を示す縦断正面図、第
13図は第4の実施例の全体構造を示す縦断正面図、第
14図は第5の実施例の全体構造を示す縦断正面図、第
15図は第6の実施例の全体構造を示す縦断正面図であ
る。 101・・・0−タ、101’・・・ロータの端面、1
01 a 、 101 b −・・傾斜面、101a’
、101b’−D−9(DねLJF、102・・・
ステータ、 102a 、1o2b・・−ス7−−9(D一部分、1
02a’ 、 102b’ −・−スf−51(Dネジ
K、104 a 、 104 b・・・スラスト磁気軸
受、111・・・排気口。
図はロータのみを示す正面図、第3図は応用例のシステ
ム全体を概括的に示す系統図、第4図は応用例のシステ
ム全体をより詳細に示す系統図、第5図は作用を説明す
るための構造部分の断面図、第6図及び第7図は作用を
説明するための特性線図、第8図は作動状態を説明する
ための比較図、第9図は本発明の作用効果を示す特性線
図、第10図は比較対象の作用効果を示す特性線図、第
11図は第2の実施例の全体構成を示す縦断正面図、第
12図は第3の実施例の全体構造を示す縦断正面図、第
13図は第4の実施例の全体構造を示す縦断正面図、第
14図は第5の実施例の全体構造を示す縦断正面図、第
15図は第6の実施例の全体構造を示す縦断正面図であ
る。 101・・・0−タ、101’・・・ロータの端面、1
01 a 、 101 b −・・傾斜面、101a’
、101b’−D−9(DねLJF、102・・・
ステータ、 102a 、1o2b・・−ス7−−9(D一部分、1
02a’ 、 102b’ −・−スf−51(Dネジ
K、104 a 、 104 b・・・スラスト磁気軸
受、111・・・排気口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、円錐台形又はそれに類似の回転体表面を有し原動機
によって一方向に回転駆動されるロータと、前記ロータ
を取囲む回転体内表面を有し回転方向には静止している
ステータとを備えており、前記ロータ又は前記ステータ
の少なくとも一方の前記表面にはねじ溝が設けられてお
り、前記ロータと前記ステータの軸方向の相対的変位に
よって排気容量が変化するようになっていると共に、前
記ロータは円錐台形又はそれに類似した回転体表面が二
つ軸方向につながった形をしており、前記ロータの二つ
の回転体表面のそれぞれに対応して前記ロータ又は前記
ステータの表面に設けられたねじ溝が互いに逆ねじの関
係にあり、排気容量を変化させるために前記ロータと前
記ステータとを軸方向に相対的に変位させたとき、前記
ロータの二つの回転体表面の一方が前記ステータの一方
の内表面に接近すると同時に、他方が前記ステータの他
方の内表面から遠ざかることによって、前記ロータの二
つの回転体表面によるそれぞれの排気容量が相反的に増
減するように構成されていることを特徴とする可変容量
型真空ポンプ。 2、円錐台形又はそれに類似の回転体表面を有し原動機
によって一方向に回転駆動されるロータと、前記ロータ
を取囲む回転体内表面を有し回転方向には静止している
ステータとを備えており、前記ロータ又は前記ステータ
の少なくとも一方の前記表面にはねじ溝が設けられてお
り、前記ロータと前記ステータの軸方向の相対的変位に
よって排気容量が変化するようになっていると共に、前
記ロータの一方の端面に近接した位置には排気口が設け
られており、排気容量を減少させるように前記ロータと
前記ステータとを軸方向に相対的に変位させたとき、前
記ロータの前記端面が前記排気口を部分的に塞いで流れ
に抵抗を与えるように構成されていることを特徴とする
可変容量型真空ポンプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7353190A JPH03275997A (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | 可変容量型真空ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7353190A JPH03275997A (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | 可変容量型真空ポンプ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03275997A true JPH03275997A (ja) | 1991-12-06 |
Family
ID=13520910
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7353190A Pending JPH03275997A (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | 可変容量型真空ポンプ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03275997A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009001765A1 (ja) * | 2007-06-22 | 2008-12-31 | Daikin Industries, Ltd. | シングルスクリュー圧縮機およびその組立方法 |
JP2021080917A (ja) * | 2019-11-19 | 2021-05-27 | プファイファー・ヴァキューム・ゲーエムベーハー | 真空ポンプ及びそのような真空ポンプを製造する方法 |
-
1990
- 1990-03-26 JP JP7353190A patent/JPH03275997A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009001765A1 (ja) * | 2007-06-22 | 2008-12-31 | Daikin Industries, Ltd. | シングルスクリュー圧縮機およびその組立方法 |
US8485804B2 (en) | 2007-06-22 | 2013-07-16 | Daikin Industries, Ltd. | Single screw compressor structure and method of assembling single screw compressor including the same |
JP2021080917A (ja) * | 2019-11-19 | 2021-05-27 | プファイファー・ヴァキューム・ゲーエムベーハー | 真空ポンプ及びそのような真空ポンプを製造する方法 |
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