JPH06249187A - 真空ポンプおよびその駆動方法 - Google Patents

真空ポンプおよびその駆動方法

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JPH06249187A
JPH06249187A JP5033239A JP3323993A JPH06249187A JP H06249187 A JPH06249187 A JP H06249187A JP 5033239 A JP5033239 A JP 5033239A JP 3323993 A JP3323993 A JP 3323993A JP H06249187 A JPH06249187 A JP H06249187A
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JP
Japan
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exhaust
vacuum
vacuum pump
chamber
chambers
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JP5033239A
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English (en)
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Hiroyuki Abe
洋之 阿部
Yoshiyuki Tada
圭志 多田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02Surge control
    • F04D27/0269Surge control by changing flow path between different stages or between a plurality of compressors; load distribution between compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00Pumping installations or systems
    • F04D25/16Combinations of two or more pumps ; Producing two or more separate gas flows

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速排気と超高真空との二つの要請を同時に
満足することができ、しかも小型の真空ポンプおよびそ
の駆動方法を提供すること。 【構成】 真空チャンバー4内の気体を排出して真空チ
ャンバー4内の真空度を高める真空ポンプ2であって、
二以上の独立した排気室6,8を有し、各排気室6,8
内にそれぞれ装着してある動翼16,18が、単一の駆
動軸10で駆動される。駆動軸10は、磁気浮上型軸受
24により回転自在に支持されていることが望ましい。
排気開始直後には、複数の排気室6,8を並列して使用
して排気を行い、真空チャンバー4内の真空度が所定値
以上になった場合に、複数の排気室6,8を直列に接続
して多段排気を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば半導体産業お
よび電子部品産業に代表される微細加工プロセス産業に
おいて広く使用されている真空チャンバー内を高真空度
にするための真空ポンプおよびその駆動方法に係り、さ
らに詳しくは、高速排気と超高真空との二つの要請を同
時に満足することができる小型の真空ポンプおよびその
駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体産業および電子部品産業に代表さ
れる微細加工プロセス産業などにおいては、数多くの真
空装置が使用されている。これらの真空装置において
は、真空チャンバー内を高真空に維持するために、ター
ボ分子ポンプなどの真空ポンプが使用されている。微細
加工プロセス産業においては、次世代のプロセスに向け
て、真空ポンプには、超高真空能力および高排気能力が
要求されてきている。
【0003】ターボ分子ポンプなどの真空ポンプにおい
て、ポンプの性能は、排気速度Sと、最大圧縮比Kmax
とで表わすことができる。これらのパラメータS,K
max は、一般的には、それぞれ下記の関係式で表わされ
る関係を有している。 S = C1 ・A・V … (I) Kmax = C2 ・Vz ・Mz/2 … (II)
【0004】上記関係式(I),(II)中、Aはポンプ
の吸引口面積、Vは動翼の回転速度、Mは排気されるガ
スの分子量、Zは動翼または静翼の段数、C1 ,C2
比例定数である。すなわち、上記関係式(I),(II)
から、動翼が形成されたロータの回転数Vが一定であれ
ば、排気速度Sは、ポンプの吸引口面積に比例して増大
する。また、最大圧縮比Kmax は、翼の段数Zおよび気
体の分子量Mに依存して増大する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】真空ポンプにより排気
される真空チャンバー内の到達真空度は、最大圧縮比K
max により決定されるが、従来のターボ分子ポンプで
は、水素などの分子量が小さい気体では、圧縮比が1×
104 程度しかないため、1×10-7〜1×10-9Pa
台といった超高真空領域にはなかなか到達できないのが
実情である。そこで、超高真空にするために、ターボ分
子ポンプを直列に接続し、真空度を1×10 -9Pa台ま
で到達できるシステムが考えられる。
【0006】ところが、ターボ分子ポンプを二台直列に
接続したシステムでは、装置が大型になると共に、逆に
排気速度が遅くなるなどの問題が発生する。
【0007】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、高速排気と超高真空との二つの要請を同時に満足す
ることができ、しかも小型の真空ポンプおよびその駆動
方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の真空ポンプは、真空チャンバー内の気体を
排出して真空チャンバー内の真空度を高める真空ポンプ
であって、二以上の独立した排気室を有し、各排気室内
にそれぞれ装着してある動翼が、単一の駆動軸で駆動さ
れることを特徴とする。
【0009】上記駆動軸は、磁気浮上型軸受により回転
自在に支持されていることが望ましい。
【0010】本発明の真空ポンプの駆動方法は、上記真
空ポンプに形成された独立した排気室を、それぞれ真空
チャンバー内に適宜連通させ、排気開始直後には、複数
の排気室を並列して使用して排気を行い、真空チャンバ
ー内の真空度が所定値以上になった場合に、複数の排気
室を直列に接続して多段排気を行なうことを特徴とす
る。
【0011】
【作用】本発明の真空ポンプでは、二以上の独立した排
気室を有し、各排気室内にそれぞれ装着してある動翼
が、単一の駆動軸で駆動される。この駆動ポンプの使用
に際し、真空ポンプによる排気開始直後には、複数の排
気室を並列して使用して排気を行うことができる。その
結果、排気開始初期の段階では、高速排気を実現するこ
とができる。また、真空チャンバー内の真空度が所定値
以上になった場合には、複数の排気室を直列に接続して
多段排気を行なうことができることから、超高真空を実
現することができる。しかも本発明では、複数の排気室
を有する真空ポンプを単一のユニットで構成しているこ
とから、装置の小型化が可能である。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例に係る真空ポンプにつ
いて、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は本発明
の一実施例に係る真空ポンプの概略断面図、図2は同実
施例の真空ポンプの動作状態を示す概念図、図3は本実
施例の真空ポンプの駆動方法の一例を示すグラフ、図4
は本発明の他の実施例に係る真空ポンプの概略断面図で
ある。
【0013】図1に示すように、本発明の一実施例に係
る真空ポンプ2は、微細加工プロセス産業などに用いら
れる真空チャンバー4の内部を高真空に維持するため
に、真空チャンバー4に接続されている。本実施例の真
空ポンプ2は、第1ケーシング5および第2ケーシング
7により仕切られた二つの独立した第1排気室6と第2
排気室8とを有する。
【0014】第1排気室6および第2排気室8には、単
一の駆動軸10が、両室に跨るように装着してある。各
排気室6,8に位置する駆動軸10の外周には、それぞ
れハブ12,14を介して動翼16,18が軸方向に所
定間隔で複数装着してある。各動翼16,18の間に位
置するように、各ケーシング5,7の内周には、動翼に
対応して静翼20,22が装着してある。各動翼16,
18および静翼20,22の具体的形状は、従来のター
ボ分子ポンプと同様である。ただし、従来のターボ分子
ポンプと異なり、本実施例の真空ポンプ2では、複数の
排気室6,8を有する。各排気室6,8に装着される動
翼16,18および静翼20,22の形成数は、特に限
定されないが、たとえば各排気室毎に、動翼が20で静
翼が19である。また、動翼16,18および静翼2
0,22の形成数は、必ずしも同一である必要はなく、
各排気室毎に数が相違しても良い。
【0015】駆動軸10は、第1ケーシング5と第2ケ
ーシング7との間に位置する磁気浮上型軸受24により
回転自在に支持されている。磁気浮上型軸受24を用い
ることにより、オイルなどによる汚染を防止できると共
に、軸受部での摩擦損失が少なくなり、駆動軸10を数
万回転まで高速回転させることができる。駆動軸10
は、真空ポンプ2内に一体に装着されたモータあるいは
外部モータにより回転駆動される。
【0016】本実施例では、真空ポンプ2における第1
排気室6の吸引口26が、真空チャンバー4に接続して
あり、第2排気室8の吸引口28が、吸引パイプ30を
通して真空チャンバー4に接続してある。吸引パイプ3
0の途中には、電磁弁32が装着してあり、真空チャン
バー4内と第2排気室8内との連通を適宜遮断可能にな
っている。
【0017】第1排気室6の吐出口34は、第1吐出パ
イプ33に接続してある。第1吐出パイプ33には、電
磁弁37を介して第2吐出パイプ35が接続してある。
電磁弁37には、第2排気室8の補助吸引口38へ分岐
するパイプも接続してある。電磁弁37を駆動させるこ
とで、第1吐出パイプ33と第2吐出パイプ35との連
通状態と、第1吐出パイプ33と補助吸引口38との連
通状態との切り替えを行う。第2吐出パイプ35は、第
2排気室8の吐出口36に連通する第3吐出パイプ40
に対して接続し、内部が連通するようになっている。第
3吐出パイプ40は、図示しない荒引きポンプに接続し
てある。
【0018】次に、本実施例の真空ポンプ2を用いて、
真空チャンバー4内を所定の真空度に排気するための方
法について説明する。
【0019】まず、図示しない荒引きポンプを駆動し、
真空チャンバー4内の気体を排気し、真空チャンバー4
内の真空度を、1×10-1Pa〜1×10-2Paの圧力
とする。次に、本実施例の真空ポンプ2を駆動する。本
実施例の真空ポンプ2では、駆動時初期には、電磁弁3
2が開き、各排気室6,8の両吸引口26,28は、真
空チャンバー4内に連通している。また、電磁弁37の
作用により、第1吐出パイプ33と第2吐出パイプ35
とが連通し、第2排気室8の補助吸引口38とは連通し
ないようになっている。
【0020】したがって、本実施例の真空ポンプ2の運
転初期時には、図2(A)に示す排気ラインに沿って、
真空チャンバー4内の気体が排気される。すなわち、運
転時初期には、真空チャンバー4内の気体は、第1排気
室6および第2排気室8を通して並列に排気されるの
で、高速排気が可能である。
【0021】次に、図3に示すように、図2(A)に示
す排気ラインでの排気動作により、真空チャンバー4内
の圧力が1×10-5Pa〜1×10-6Paの圧力になっ
た場合に、電磁弁32および37を操作して、図2
(B)に示す排気ラインでの排気動作を行う。すなわ
ち、電磁弁32により吸引パイプ30を閉じ、電磁弁3
7により第1吐出パイプ33と補助吸引口38とを連通
させ、第2吐出パイプ35との連通を閉じる。
【0022】図2(A)に示す排気ラインから図2
(B)に示す排気ラインへの切り替えは、たとえば真空
チャンバー4内に装着された圧力センサからの検知信号
に基づき、真空チャンバー4内が1×10-5Pa〜1×
10-6Pa以下の圧力になった場合に、電磁弁32,3
7を操作して排気ラインを切り替える。また、図2
(A)に示す排気ラインで排気を行い、真空チャンバー
4内が所定以下の真空度になる時間を予め計測し、タイ
マーを用いて排気ラインの切り替え制御を行うことも可
能である。
【0023】図2(B)に示す排気ラインの排気動作で
は、第1排気室6と第2排気室8とが直列に接続され、
各排気室6,8に配置された翼の段数の合計が、真空ポ
ンプ2の最大圧縮比を決定するので、1×10-7Pa〜
1×10-8Pa台の超高真空まで排気することができ
る。
【0024】図3に示すように、真空チャンバー4内が
1×10-7Pa〜1×10-8Pa台の超高真空に到達す
れば、次に、真空チャンバー4内にプロセスガスを導入
し、蒸着、スパッタリング、熱酸化処理、CVDなどの
処理を行う。その処理に際しては、真空ポンプ2におけ
る排気ラインは、図2(B)に示す直列排気ラインから
図2(A)に示す並列排気ラインに再度切り替わる。こ
の並列排気ラインに戻すことで、急速排気が可能なこと
から、プロセスガスを真空チャンバー4内に大量に導入
することが可能になり、プロセスガスを多量に必要とす
るプロセスにも対応することができる。
【0025】すなわち、本実施例の真空ポンプを用いる
ことにより、各目的に応じて、排気速度および圧縮比を
可変にすることができる。
【0026】図4は、本発明の他の実施例に係る真空ポ
ンプ2aを示す。この真空ポンプ2aでは、第1ケーシ
ング5aに形成された第1排気室6aの吸引口26a
と、第2ケーシング7aに形成された第2排気室8aの
吸引口28aとが、駆動軸10aの両端部外側に形成さ
れ、各排気室6a,8aの吐出口34a,36aが駆動
軸10aの中央部に向き合うように形成される。各排気
室6a,8aには、動翼16a,18aと静翼20a,
22aとが装着してある。本実施例では、各排気室6
a,8aにおける気体の軸方向流れは、図1に示す実施
例と異なり、相互に向き合う方向に流れる。
【0027】この真空ポンプ2aでは、第1排気室6a
の吸引口26aが真空チャンバー4内に連通し、第2排
気室8aの吸引口28aが吸引パイプ30aを介して真
空チャンバー4内に連通する。吸引パイプ30aの途中
には、電磁弁32aが装着してあり、第2排気室8aの
吸引口28aと真空チャンバー4内との連通を適宜遮断
可能になっている。また、吸引パイプ30aには、第1
排気室6aの補助排気口34bに連通する分岐パイプ4
2が接続してあり、分岐パイプ42には、電磁弁44が
装着してある。電磁弁44は、第1排気室6aの補助吐
出口34aと吸引パイプ30aとの連通を遮断可能にな
っている。
【0028】第1排気室6aの吐出口34aは、第1吐
出パイプ46に連通し、第2排気室8aの吐出口36a
は、第2吐出パイプ48に連通するようになっている。
これら第1,第2吐出パイプ46,48は、電磁弁50
に接続してある。電磁弁50には、第3吐出パイプ52
が接続してある。電磁弁50は、第1吐出パイプ46と
第2吐出パイプ48と第3吐出パイプ52とを全て連通
する状態と、第2吐出パイプ48と第3吐出パイプ52
のみを連通する状態とに切り替えることが可能になって
いる。
【0029】この実施例の真空ポンプ2aでは、電磁弁
32a,44,50を操作することにより、図1に示す
実施例の排気状態を示す図2(A),(B)と同様に、
両排気室6a,8aの並列排気動作と、直列排気動作と
に切り代えることができる。並列排気動作では、高速排
気が可能であり、直列排気動作では、超高真空排気が可
能である。特に本実施例では、各排気室6a,8aにお
ける軸方向排気流れを、相互に逆方向にしていることか
ら、各排気室6a,8aにおいて駆動軸10aに作用す
るスラスト力が逆方向に作用し、打ち消し合うことか
ら、磁気浮上型軸受24に作用するスラスト力が小さく
なるので、軸受の動作が安定する。
【0030】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。たとえば、上述した実施例では、排気室を
二室とした真空ポンプについて説明したが、本発明は、
上記実施例に限定されず、排気室を三室以上とし、各排
気室内に配置される動翼を単一の駆動軸で回転させるよ
うに構成することもできる。
【0031】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、二以上の独立した排気室を有しているので、たとえ
ば真空ポンプによる排気開始直後には、複数の排気室を
並列して使用して排気を行うことができ、その結果、高
速排気を実現することができる。また、真空チャンバー
内の真空度が所定値以上になった場合には、複数の排気
室を直列に接続して多段排気を行ない、ポンプの圧縮比
を向上させることができることから、超高真空を実現す
ることができる。しかも本発明では、複数の排気室を有
する真空ポンプを単一のユニットで構成していることか
ら、装置の小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る真空ポンプの概略断面
図である。
【図2】同実施例の真空ポンプの動作状態を示す概念図
である。
【図3】本実施例の真空ポンプの駆動方法の一例を示す
グラフである。
【図4】本発明の他の実施例に係る真空ポンプの概略断
面図である。
【符号の説明】
2,2a… 真空ポンプ 4… 真空チャンバー 6,6a… 第1排気室 8,8a… 第2排気室 10,10a… 駆動軸 16,18,16a,18a… 動翼 20,22,20a,22a… 静翼 24… 磁気浮上型軸受 26,26a… 吸引口 28,28a… 吸引口 30,30a… 吸引パイプ 32,37,32a,44,50…電磁弁 34,36,34a,36a… 吐出口 34b… 補助吐出口 33… 第1吐出パイプ 35… 第2吐出パイプ 40… 第3吐出パイプ 46… 第1吐出パイプ 48… 第2吐出パイプ 52… 第3吐出パイプ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空チャンバー内の気体を排出して真空
    チャンバー内の真空度を高める真空ポンプであって、 二以上の独立した排気室を有し、各排気室内にそれぞれ
    装着してある動翼が、単一の駆動軸で駆動されることを
    特徴とする真空ポンプ。
  2. 【請求項2】 上記駆動軸が、磁気浮上型軸受により回
    転自在に支持されていることを特徴とする請求項1に記
    載の真空ポンプ。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の真空ポンプの駆動方法
    において、上記独立した排気室が、それぞれ真空チャン
    バー内に適宜連通され、排気開始直後には、複数の排気
    室を並列して使用して排気を行い、真空チャンバー内の
    真空度が所定値以上になった場合に、複数の排気室を直
    列に接続して多段排気を行なうことを特徴とする真空ポ
    ンプの駆動方法。
JP5033239A 1993-02-23 1993-02-23 真空ポンプおよびその駆動方法 Pending JPH06249187A (ja)

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