JPH04140498A - Exhaust device - Google Patents

Exhaust device

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JPH04140498A
JPH04140498A JP26358990A JP26358990A JPH04140498A JP H04140498 A JPH04140498 A JP H04140498A JP 26358990 A JP26358990 A JP 26358990A JP 26358990 A JP26358990 A JP 26358990A JP H04140498 A JPH04140498 A JP H04140498A
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turbo molecular
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temperature
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Masahide Kubo
雅英 久保
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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To adjust a temperature of a turbo molecular pump so as to suppress sublimation of a reaction product in a pump by connecting the turbo molecular pump, constituting an exhaust device, to an auxiliary pump through a liquid circulating mechanism. CONSTITUTION:An exhaust port 1b of a magnetic bearing turbo molecular pump 1 is connected to a suction port 2a of a dry pump 2, which is an auxiliary pump, through an exhaust route l, interposing a valve 32, and a suction port 1a is connected to an etching chamber 4, which is an exhaust object, by an exhaust route l interposing a valve 31. A liquid circulating mechanism(water jacket)2c is provided in the dry pump 2, and cooling water is introduced from a cooling water source 5 to cool the inside, changed into warm water and allowed to flow out. A water jacket 1c, which is a liquid circulating mechanism, is buried in the bottom part of a base of the turbo molecular pump 1, and water after circulation is discharged by connecting one end of the water jacket 1c to the water jacket 2c of the dry pump 2 and drawing around the other end outside a device.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、ターボ分子ポンプを主体として構成され、プ
ロセスガスを排気する場合に特に好適となる排気装置に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to an exhaust device that is mainly composed of a turbo-molecular pump and is particularly suitable for exhausting process gas.

[従来の技術] 近時、ターボ分子ポンプを用いた排気装置を半導体製造
装置に利用する機会が増えてきた。半導体製造装置では
、クリーンな質の真空が要求されるため、オイルが混入
しないよう、ターボ分子ポンプの軸受方式はベアリング
を用いたものよりも磁気軸受を用いたものの方が好まれ
る。
[Prior Art] Recently, there have been increasing opportunities to use exhaust devices using turbomolecular pumps in semiconductor manufacturing equipment. Semiconductor manufacturing equipment requires a clean quality vacuum, so to avoid oil contamination, turbo molecular pumps that use magnetic bearings are preferred over bearings.

しかして、磁気軸受を使用したターボ分子ポンプにおい
ては、回転体は磁気軸受の作用によって浮上し、完全非
接触で回転する。このポンプの内部の発熱源としては、
■モータ、電磁石の発熱■排気流体の粘性抵抗による回
転体との摩擦発熱があるが、゛高真空ポンプでありポン
プ内部の気体密度が小さいため■による発熱は小さく、
また、■による発熱もそれ自体微少である。このため、
この方式によるターボ分子ポンプは、特に冷却機構を設
けずとも、常温で運転する限り、その温度上昇は小さい
という特徴がある。
In a turbomolecular pump using a magnetic bearing, the rotating body floats due to the action of the magnetic bearing and rotates completely without contact. The heat source inside this pump is:
■ Heat generated by the motor and electromagnet ■ Heat generated by friction with the rotating body due to the viscous resistance of the exhaust fluid, but since it is a high vacuum pump and the gas density inside the pump is small, the heat generated by ■ is small.
Furthermore, the heat generated by ■ is itself very small. For this reason,
This type of turbomolecular pump has the characteristic that its temperature rise is small as long as it is operated at room temperature, even without the provision of a cooling mechanism.

一方、このターボ分子ポンプとともに直列排気系を構成
する補助ポンプは、従来の油回転真空ポンプ等に代わっ
てオイル汚染の心配がないドライポンプ(ルーツ型、タ
ーボ型、スクリュー型など)を使用することが多くなっ
ている。このドライポンプは低真空領域で使用されるた
め、前述のターボ分子ポンプとは異なり、ポンプ内の気
体密度が高く、回転体との粘性摩擦による発熱が大きく
なるのが特徴である。このため、従来では冷却水による
液体循環機構を設けて内部を温調するようにしている。
On the other hand, as an auxiliary pump that constitutes a series exhaust system together with this turbo molecular pump, it is recommended to use a dry pump (roots type, turbo type, screw type, etc.) that does not have to worry about oil contamination instead of the conventional oil rotary vacuum pump. are increasing. Since this dry pump is used in a low vacuum region, unlike the above-mentioned turbo-molecular pump, the gas density inside the pump is high and heat generation due to viscous friction with the rotating body is large. For this reason, conventionally, a liquid circulation mechanism using cooling water has been provided to control the internal temperature.

この液体循環機構は、使用目的やポンプの種類によって
も異なるが、補助ポンプが通常の状態で使用されるとき
、冷却水の入口温度を20〜25℃に設定しておくのが
通例であり、これに対して冷却水の出口温度は、補助ポ
ンプの容量などによっても変わってくるが、一般に60
〜70℃程度になって排出されることが多い。
This liquid circulation mechanism differs depending on the purpose of use and the type of pump, but when the auxiliary pump is used under normal conditions, the inlet temperature of the cooling water is usually set at 20 to 25 degrees Celsius. On the other hand, the outlet temperature of the cooling water varies depending on the capacity of the auxiliary pump, but is generally 60°C.
It is often discharged at a temperature of ~70°C.

L発明が解決しようとする課題] ところで、このような排気装置を近時の半導体製造装置
に適用すると、ターボ分子ポンプ内に反応生成物が付着
、堆積するという問題を生じる。
Problems to be Solved by the Invention] By the way, when such an exhaust device is applied to recent semiconductor manufacturing equipment, a problem arises in that reaction products adhere and accumulate inside the turbomolecular pump.

例えば、半導体製造装置がアルミドライエツチングに用
いられるものである場合、チェンバ内に定常的に流した
塩素系プロセスガス(CCρ4、BCD 3 、CI 
2など)を排気する際にこのプロセスガスがAρと反応
することによってできる反応生成物A、Q CΩ3もそ
のガス中に混在してくるが、このAffCJ23は蒸気
圧特性上、固相となる温度がターボ分子ポンプの使用温
度以下にある場合が多く、ポンプ内に取り込まれた際に
昇華によって固化し、ポンプ内に付着、堆積し易い。
For example, when semiconductor manufacturing equipment is used for aluminum dry etching, chlorine-based process gases (CCρ4, BCD3, CI
2, etc.), the process gas reacts with Aρ, and the reaction products A, Q CΩ3 are also mixed in the gas, but this AffCJ23 has a temperature at which it becomes solid due to its vapor pressure characteristics. is often below the operating temperature of the turbomolecular pump, and when taken into the pump it solidifies by sublimation and tends to adhere and accumulate inside the pump.

このような問題は磁気軸受方式に限らず、ベアリング方
式であってもそれを焼損から保護するために水冷や空冷
によってポンプ室を昇華温度以下に引き下げている場合
には同様の事情が生じる。
Such problems are not limited to magnetic bearing systems, but similar situations occur even in bearing systems where the pump chamber is lowered below the sublimation temperature by water cooling or air cooling to protect the bearing system from burnout.

以上のような不具合を避けるためには、反応生成物が付
着し易い部位をヒータによって加熱すればよいのである
が、安直にヒータを用いると、長年の使用を通じて配線
の劣化やショートを招くことが容易に予想でき、構成上
もヒータをON、OFFさせるための制御機構が必要に
なるなど、メンテナンスやコスト面における不都合が増
大する。
In order to avoid the above-mentioned problems, it is possible to use a heater to heat the areas where reaction products tend to adhere, but using a heater too easily can lead to deterioration and short circuits in the wiring over many years of use. This is easily predicted and requires a control mechanism to turn the heater on and off, which increases inconvenience in terms of maintenance and cost.

本発明は、簡単な構成により、このような課題を適切に
解決することを目的としている。
The present invention aims to appropriately solve these problems with a simple configuration.

[課題を解決するための手段] 本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手
段を講じたものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.

すなわち、本発明の排気装置は、ターボ分子ポンプと、
補助ポンプとにより構成される排気装置であって、両ポ
ンプに液体循環機構を設けてその間を接続し、補助ポン
プの液体循環機構に流通させた冷媒を引き続きターボ分
子ポンプの液体循環機構に導入するようにしていること
を特徴とする。
That is, the exhaust device of the present invention includes a turbo molecular pump,
An exhaust device consisting of an auxiliary pump, in which both pumps are provided with a liquid circulation mechanism and connected between them, and the refrigerant that has been passed through the liquid circulation mechanism of the auxiliary pump is subsequently introduced into the liquid circulation mechanism of the turbomolecular pump. It is characterized by the fact that

[作用コ このような構成であると、補助ポンプの液体循環機構を
流通する間に冷熱を与えることによって昇温した冷媒が
、ターボ分子ポンプの液体循環機構に導入されると、上
述したようにターボ分子ポンプの内部温度は補助ポンプ
の内部温度よりも相対的に低温側にあるため、その冷媒
により逆にポンプ内に熱が持ち込まれる形となる。この
結果、ポンプ内温度が上昇し、反応生成物の昇華を妨げ
る方向に作用することになる。また、このような構成で
あると、ターボ分子ポンプの温度が軸受やモータ等の発
熱によって冷媒の温度以上に上がった場合に、冷媒は本
来の冷却機能を発揮できることになる。
[Operation] With such a configuration, when the refrigerant, which has been heated by giving cold heat while flowing through the liquid circulation mechanism of the auxiliary pump, is introduced into the liquid circulation mechanism of the turbo molecular pump, as described above, Since the internal temperature of the turbomolecular pump is relatively lower than the internal temperature of the auxiliary pump, the refrigerant conversely brings heat into the pump. As a result, the temperature inside the pump increases, which acts in a direction that prevents sublimation of the reaction product. Moreover, with such a configuration, when the temperature of the turbo molecular pump rises above the temperature of the refrigerant due to heat generation from the bearings, motor, etc., the refrigerant can perform its original cooling function.

[実施例コ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。[Example code] Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

この排気装置は、第1図に示すように、磁気軸受ターボ
分子ポンプ1の排気口1bと補助ポンプたるドライポン
プ2の吸気口2aとをバルブ3□を介設した排気系路g
によって接続し、ターボ分子ポンプ1の吸気口1aを排
気目的であるチェンバ(エツチング室)4にバルブ3、
を介設した排気系路gによって接続している。ドライポ
ンプ2は、先に述べたように液体循環機構(ウォータジ
ャケット)2cを有しており、冷却水源5から20〜2
5℃程度の冷却水を導入して内部を冷却し、60〜70
℃程度の温水となって流出させるように用いられている
As shown in FIG. 1, this exhaust system consists of an exhaust system path g that connects an exhaust port 1b of a magnetic bearing turbomolecular pump 1 and an intake port 2a of a dry pump 2, which is an auxiliary pump, with a valve 3□ interposed therebetween.
The inlet port 1a of the turbo molecular pump 1 is connected to the chamber (etching chamber) 4 for exhausting purposes by a valve 3,
They are connected by an exhaust system path g with an interposed one. As mentioned above, the dry pump 2 has a liquid circulation mechanism (water jacket) 2c, and has a liquid circulation mechanism (water jacket) 2c, which supplies water from the cooling water source 5 to 20 to 2
Cool the inside by introducing cooling water of about 5℃,
It is used to flow out as warm water at around ℃.

一方、前記ターボ分子ポンプ1の具体的な構成例は第2
図に示されており、ベース11の底部に液体循環機構た
るウォータジャケットICを埋設している。このウォー
タジャケット1cが設けられたベース11は、アルミ合
金などの熱伝動率の良好な部材でつくられたもので、ケ
ーシング15を支持すると同時に、上下ラジアル磁気軸
受12.13およびスラスト磁気軸受14を一体に被包
している。このため、ベース11の温度は反応生成物が
付着し易い領域Aに熱的につながり、また、各磁気軸受
12.13.14に熱的につながっている。そして、そ
のウォータジャケット1cの一端を前記ドライポンプ2
のウォータジャケット2Cに接続し、他端を装置外に引
き回して循環後の水を排出し得るようにしている。
On the other hand, the specific configuration example of the turbo molecular pump 1 is as follows.
As shown in the figure, a water jacket IC serving as a liquid circulation mechanism is embedded in the bottom of the base 11. The base 11 on which the water jacket 1c is provided is made of a material with good thermal conductivity such as aluminum alloy, and supports the casing 15, and at the same time supports the upper and lower radial magnetic bearings 12, 13 and the thrust magnetic bearing 14. Encased in one piece. Therefore, the temperature of the base 11 is thermally connected to the area A where reaction products tend to adhere, and is also thermally connected to each magnetic bearing 12, 13, 14. Then, one end of the water jacket 1c is connected to the dry pump 2.
The water jacket 2C is connected to the water jacket 2C, and the other end is routed outside the device so that the water after circulation can be discharged.

しかして、このように構成される排気装置を用い、ガス
ボンベ6のバルブ6aを開いた状態でチェンバ4内を排
気しながらアルミドライエツチングを開始すると、ター
ボ分子ポンプ1内に未反応プロセスガスとともにAρC
l13が流入してくる。
When aluminum dry etching is started while exhausting the inside of the chamber 4 with the valve 6a of the gas cylinder 6 open using the exhaust system configured as described above, AρC is generated in the turbo molecular pump 1 along with the unreacted process gas.
l13 is flowing in.

このAIC(13のターボ分子ポンプ1内における昇華
温度を、通常の使用状態で50℃前後とすると、ドライ
ポンプ2からこのターボ分子ポンプ1のウォータジャケ
ット1cに流入する水は60〜70°Cに昇温しでおり
、ポンプ内部は全体がこの温水に近い温度に引き上げら
れる。このため、A1cΩ3が固相になる割合は極めて
小さくなり、大半はガス状のままでこのターボ分子ポン
プ1を通過し、次段のドライポンプ2に向かう排気流路
gに流出していくことになる。この結果、この排気装置
を用いると、AρCg3がターボ分子ポンプ1内へ付着
、堆積することを有効に防止することが可能になる。し
かも、このような構成であれば、ヒータのように長年の
使用を通じて配線の劣化やショートを招くことがなく、
構成上も制御機構などが不要であって、メンテナンスや
コスト面での問題を持ち込まずに済むことになる。さら
に、このような構成であると、ターボ分子ポンプ1の温
度が何らかの原因で例えば100℃前後の使用限界温度
に近くなった場合に(実際にこのような可能性があるの
はベアリングによる支持構造を採用した場合に多いが)
、ドライポンプ2からターボ分子ポンプ1に流入した水
は冷却水としての機能を有効に発揮し、軸受を焼損から
適切に保護できることにもなる。
If the sublimation temperature in the turbo molecular pump 1 of this AIC (13) is around 50°C under normal usage conditions, the water flowing from the dry pump 2 into the water jacket 1c of this turbo molecular pump 1 will reach a temperature of 60 to 70°C. The temperature is rising, and the entire inside of the pump is raised to a temperature close to that of the hot water.For this reason, the proportion of A1cΩ3 that becomes a solid phase becomes extremely small, and most of it passes through this turbo molecular pump 1 while remaining in a gaseous state. , will flow out into the exhaust flow path g toward the next dry pump 2. As a result, using this exhaust device will effectively prevent AρCg3 from adhering and accumulating inside the turbomolecular pump 1. Moreover, with this configuration, unlike heaters, the wiring does not deteriorate or short-circuit over many years of use.
In terms of configuration, there is no need for a control mechanism, so there are no maintenance or cost problems. Furthermore, with such a configuration, if the temperature of the turbomolecular pump 1 becomes close to the operating limit temperature of around 100°C for some reason (in fact, this possibility exists because the bearing support structure (This is often the case when
The water flowing into the turbomolecular pump 1 from the dry pump 2 effectively functions as cooling water, and the bearings can be appropriately protected from burnout.

なお、上記実施例では磁気軸受方式のターボ分子ポンプ
について説明したが、本発明はこれに限定されず、ボー
ルベアリングを用いたもの等にも適用できるのは勿論で
ある。また、上記実施例では補助ポンプをドライポンプ
として説明したが、使用上問題がなければ油回転真空ポ
ンプやメカニカルブースタポンプ等も対象とし得る。こ
の場合、これらのポンプを同一の条件下に使用すると冷
却水の80温度が若+低くなることが予想されるが、こ
の場合は流量に絞りを入れるなどすれば簡単に対応する
ことができる。さらに、上記実施例においてターボ分子
ポンプ1と補助ポンプ2の間の排気流路(配管)ρにA
ρCρ3等の反応生成物が付着し易い場合には、本発明
を利用して補助ポンプ2の液体循環機構2cから流出し
た冷却水でこの部位を加熱することも有効となる。その
他、冷媒に水量外のものを用いたり、液体循環機構がパ
イプを引き回して構成されているもの等、本発明の趣旨
を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
In the above embodiment, a magnetic bearing type turbomolecular pump has been described, but the present invention is not limited thereto, and can of course be applied to a pump using ball bearings. Further, in the above embodiment, the auxiliary pump was explained as a dry pump, but if there is no problem in use, oil rotary vacuum pumps, mechanical booster pumps, etc. may also be used. In this case, if these pumps are used under the same conditions, it is expected that the temperature of the cooling water will be lower than 80°, but this can be easily countered by restricting the flow rate. Furthermore, in the above embodiment, A
If reaction products such as ρCρ3 tend to adhere, it is also effective to use the present invention to heat this area with the cooling water flowing out from the liquid circulation mechanism 2c of the auxiliary pump 2. In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention, such as using a refrigerant other than water or having the liquid circulation mechanism constructed by routing pipes.

なお、前記実施例の冷却水温度の推移は一例として示し
たものであり、排気装置の能力や使用目的などによって
これが異なった値になるのは言うまでもない。
It should be noted that the change in cooling water temperature in the above embodiment is shown as an example, and it goes without saying that this value will vary depending on the capacity of the exhaust system, the purpose of use, etc.

[発明の効果] 本発明の排気装置は、以上のような構成であるから、補
助ポンプを冷却した後の冷媒でターボ分子ポンプを温調
し、ポンプ内を、反応生成物が昇華し難く、かつ軸受を
有効に冷却し得る温度に保持できる効果が得られる。し
かも、ヒータを用いる場合に比べれば、メンテナンスサ
イクルが伸び、コスト的にも安価なもので済む。
[Effects of the Invention] Since the exhaust device of the present invention has the above-described configuration, the temperature of the turbomolecular pump is controlled by the refrigerant after cooling the auxiliary pump, and reaction products are difficult to sublimate inside the pump. Moreover, the effect of maintaining the temperature at which the bearing can be effectively cooled can be obtained. Moreover, compared to the case of using a heater, the maintenance cycle is longer and the cost is lower.

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

図面は本発明の一実施例を示し、第1図は模式的な回路
図、第2図はターボ分子ポンプの概略的な断面図である
。 1・・・ターボ分子ポンプ IC・・・液体循環機構(ウォータジャケット)2・・
・補助ポンプ(ドライポンプ)
The drawings show one embodiment of the present invention, with FIG. 1 being a schematic circuit diagram and FIG. 2 being a schematic sectional view of a turbomolecular pump. 1...Turbo molecular pump IC...Liquid circulation mechanism (water jacket) 2...
・Auxiliary pump (dry pump)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ターボ分子ポンプと、補助ポンプとにより構成される排
気装置であって、両ポンプに液体循環機構を設けてその
間を接続し、補助ポンプの液体循環機構に流通させた冷
媒を引き続きターボ分子ポンプの液体循環機構に導入す
るようにしていることを特徴とする排気装置。
An exhaust device consisting of a turbo molecular pump and an auxiliary pump, in which both pumps are provided with a liquid circulation mechanism and connected between them. An exhaust device characterized by being introduced into a circulation mechanism.
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