JPH0742693A - ドライ真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸引ガス中に含まれる反応生成物の付着堆積
を防ぐと共に性能の低下も防止することにある。 【構成】 ドライ真空ポンプのステータ５の冷却ジャケ
ット９を多室構造にし、各室に冷却媒体の入口１３ａ、
１３ｂと出口１４ａ、１４ｂを設け、各室の冷却媒体の
流量を調節できる流量調節弁１５ａ、１５ｂを設ける。 【効果】 ステータ内部の温度を均一に高くすることが
できるので、反応生成物の付着堆積を防ぐことができ
る。またドライ真空ポンプ各部に対して必要最小限の温
度上昇に止めることが出来るので、性能の低下を防ぐこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス流路内に油や水が
存在しないドライ真空ポンプに係り、特に半導体製造プ
ロセスにおける凝縮性ガスを排気するに好適なドライ真
空ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に真空ポンプはガス発生の少ない
真空容器から吸引するので真空ポンプを通過するガス量
は少なく、遠心型真空ポンプの場合ロータとステータ間
に滞留するガスをロータが高速で回転させている状態に
ある。真空ポンプの仕事により発生する熱はロータの回
転によってもたらされるガスの円周方向の速度勾配によ
るガス分子の摩擦によるものである。この発熱は真空ポ
ンプから吐出するガス量が少ないので持ち去られること
はなく蓄積する。

【０００３】また、ドライ真空ポンプは、吸気口から流
入するガスが通過する流路に油や水が存在しないため、
クリーンな真空が得られるもののガスを圧縮する際に発
生する圧縮熱を取り去る効果が無くなるため、ドライ真
空ポンプ内の温度が高くなリ、従ってガスの温度が高く
なることによる圧縮比の低下やロータ、ステータ間のギ
ャップが拡大することによる性能低下が生じるという問
題がある。そこで従来は、発熱部であるステータの外側
に冷却ジャケットを設けて、水、油等の冷媒により強制
冷却している。

【０００４】特開昭62-258186号公報「多段型ドライ真
空ポンプ」には、ステータに単室の水冷ジャケットを設
けたドライ真空ポンプが開示されている。

【０００５】一方、ドライ真空ポンプ内の温度が低い
と、アルミエッチング等の半導体製造プロセスで排気ガ
ス中の反応生成物がドライ真空ポンプのガス流路に付着
堆積し、短時間でドライ真空ポンプが運転不能になると
いう問題がある。そこでステータの温度を高く保つため
に冷却水量を少なくすることが考えられるが、冷却水量
を少なくすると冷却水の温度上昇が著しくステータの温
度の高い部分と低い部分が生じ不均一な温度分布とな
る。

【０００６】特開平3-290091号公報「ドライ真空ポン
プ」には、ステータの冷却に油を用いた単室ジャケット
のドライ真空ポンプが開示されている。この例では、冷
媒としての油の冷却能力（比熱）が水よりも小さいため
に、ステータの温度を高くするとともに温度分布を或る
程度均一にすることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のドライ
真空ポンプはステータ各部の温度分布を適切に制御する
ことができないため、反応生成物の付着堆積を防ぐため
に十分温度を高くしようとすると、部分的にはステータ
温度が高くなり過ぎて性能低下を招くという問題があ
る。

【０００８】ドライ真空ポンプの吸気口が、例えば、真
空の半導体製造装置のアルミエッチング装置に接続され
ている場合には、エッチングによる反応生成物として、
塩化アルミニウム（AlCl₃）が生成する。

【０００９】図３は塩化アルミニウムの昇華温度特性及
びステータの温度分布を示す図表である。

【００１０】本図の１６は塩化アルミニウムの昇華曲
線、１７はドライ真空ポンプのガス流路壁面の温度を示
す。本図に示すように、塩化アルミニウムの昇華温度特
性は圧力と温度の関係によって、固相側と気相側に分か
れる。圧力が低いと昇華温度も低いが、圧力が高いと昇
華温度も高くなる。従ってドライ真空ポンプの吸気口に
近い部分の温度は比較的低くても良いが、排気口に近い
部分は温度を高くする必要があることになる。冷却ジャ
ケットが単室構造の場合は、流す冷却水の流量が多い
と、ステータの内部温度は塩化アルミニウムの昇華温度
特性図の固相側に位置し、ステータの内壁に塩化アルミ
ニウムが付着堆積する。そこで、冷却水の流量を少なく
するとステータの温度を高くすることができるが、塩化
アルミニウムの昇華温度以上にしようとすると、部分的
には温度が高くなり過ぎてドライ真空ポンプとしての性
能が低下する。また給水温度と排水温度の差が大きくな
るため、流量を減らすと部分的に水が沸騰して冷却ジャ
ケット内の圧力が上昇することもある。

【００１１】本発明の目的は、吸引ガス中に含まれる反
応生成物の付着堆積を防ぐと共に性能の低下も防止する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ガスの吸気
口と排気口を有するケーシングと、該ケーシング内に軸
受により支持されたロータと、前記ケーシングの内周に
有り隙間を介して前記ロータと対向するステータと、前
記ケーシングの外周側に有り前記ステータを冷却する冷
却ジャケットと、該冷却ジャケットに設けた冷却媒体の
出入口とを備えたドライ真空ポンプにおいて、前記冷却
ジャケットを複数の室からなる多室構造としたことによ
り達成される。

【００１３】前記冷却ジャケットのそれぞれの室内に突
起物を設けても良い。

【００１４】前記ステータのガス流路側の温度を検出す
る温度センサと、該温度センサの出力により前記ガス中
に含まれる化合物の昇華温度となるような制御出力を出
力する温度コントローラと、該温度コントローラの制御
出力により前記冷却媒体の入口に供給する前記冷却媒体
の流量を調節する流量調節弁とを備えることが望まし
い。

【００１５】

【作用】上記構成によれば、冷却ジャケットを分割しそ
れぞれの室毎に冷却媒体流量を制御し、ステータの温度
分布を所望の状態に制御することができるため、反応生
成物の付着堆積を防ぐと共に必要最小限の温度上昇に止
めることが出来るので性能の低下も防止できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図により説明す
る。

【００１７】先ず、本発明の実施例の構成を説明する。

【００１８】図１は本発明の一実施例を示すドライ真空
ポンプの縦断面図である。

【００１９】本図において、吸気口１と排気口２とを有
するケーシング３内には、軸受７によって支承されモー
タ８により駆動されるロータ４と、ロータ４を囲むよう
にして取付けられたステータ５とからなるドライ真空ポ
ンプ機構部６がある。図示せざる真空容器に連結する吸
気口１から吸い込まれたガスは、ロータ４とステータ５
の圧縮作用により、順次大気圧まで昇圧され、排気口２
より大気へ排気される。ステータ５の外側には冷却ジャ
ケット９が設けてある。冷却ジャケット９の内部は、隔
壁１０により２室に区切られている。そして、エラスト
マー製のＯリング１１でシールして、ジャケットカバー
１２によって閉空間を形成している。ジャケットカバー
１２には、給水口１３ａ、１３ｂ及び排水口１４ａ、１
４ｂが設けてあり、各々の給水口の上流には流量調節弁
１５ａ、１５ｂが設けてある。流量調節弁１５ａ、１５
ｂによって流量が調節され、給水口１３ａ、１３ｂから
流入した冷却水は、ドライ真空ポンプ機構部６でガスが
圧縮されるときに発生する熱を奪って、排水口１４ａ、
１４ｂから排出される。

【００２０】冷却ジャケット９に供給する冷却水の流量
調節は上記のように手動制御ではなく自動制御装置で行
えば、更にステータ５の温度分布は均一と成る。即ち、
図示せざる自動制御装置はステータ５のガス流路側の温
度を検出する温度センサと、この温度センサの出力によ
りガス中に含まれる化合物の昇華温度となるような制御
出力を出力する温度コントローラと、この温度コントロ
ーラの制御出力により供給する冷却水の流量を調節する
流量調節弁とから構成される。

【００２１】次に、本実施例の動作について説明する。

【００２２】吸気口１から吸い込まれたガスは、ロータ
４とステータ５よりなるドライ真空ポンプ機構部６のガ
ス流路内で、順次昇圧され排気口２から大気へ放出され
る。昇圧の過程で、ロータ４が高速回転している部分で
はガスは高温になり、その熱がステータ５に伝達され
る。このままの状態ではガス温度が高くなってガス容積
が増加しドライ真空ポンプ機構部６の圧縮効率が低下し
たり、熱膨張によりロータとステータのギャップが拡大
してポンプ性能が低下したりするので、冷却ジャケット
９に冷却水を通して冷却する。そこで本実施例では、冷
却ジャケット９内を隔壁１０で２室構造に分割し、各々
のジャケット室に給水口１３ａ、１３ｂと排水口１４
ａ、１４ｂを設け、各給水口１３ａ、１３ｂの上流に流
量調節弁１５ａ、１５ｂを設けている。そして２室の冷
却ジャケット９に相当するステータ５の温度が、それぞ
れ塩化アルミニウムの昇華温度以上になるように冷却水
の流量を調節する。その結果、ステータ５の内部温度は
塩化アルミニウムの昇華温度特性図の気相側の位置にす
ることができ、ステータ５の内壁に反応生成物が付着堆
積しなくなる。また同時にドライ真空ポンプの吸気口に
近い部分は低い温度に、排気口に近い部分は高い温度に
することができるため、性能低下を防ぐことができる。
更に、各冷却ジャケットの給水と排水の温度差を小さく
できるので、部分的に水が沸騰することも防止できる。

【００２３】図２は本発明の他の実施例を示すドライ真
空ポンプの縦断面図である。

【００２４】本図に示す例では、冷却媒体として空気等
のガスを用いている。したがってジャケットカバー１２
には、図１の給水口１３ａ、１３ｂの代りに冷却ガス入
口１６ａ、１６ｂ、排水口１４ａ、１４ｂの代りに冷却
ガス出口１７ａ、１７ｂが設けてある。そして隔壁で分
けられた各々のジャケット室内面には、冷却用のリブ、
あるいはフィン１８が設けてあるが、このリブ、または
フィンの数や長さは各々のジャケット室に相当する所望
の値になるように設定する。つまり、冷却面積の大小で
冷却の度合を調節する。冷却ガス入口１６ａ、１６ｂか
ら流入した空気は、ドライ真空ポンプ機構部６でガスが
圧縮されるときに発生する熱を奪って、冷却ガス出口１
７ａ、１７ｂから排出される。この実施例は、ドライ真
空ポンプに接続する真空容器の真空度が高くなくドライ
真空ポンプ部の圧縮比及び圧縮熱が比較的小さい場合に
適している。

【００２５】図２に示す例では冷却媒体としてガスを説
明したが、高い真空度を得るためにロータ４の回転数を
極めて高くしステータ内壁面の温度が高くなる場合に、
水等の液体を冷却媒体として用いれば更に高い効果が得
られる。また、一方の冷却ジャケット室の排水口または
冷却ガス出口１７ｂと、他方の冷却ジャケット室の給水
口または冷却ガス入口１６ａを接続して、直列に冷却媒
体が流れるようにしても良い。更に冷却ジャケット内部
で、一方の冷却ジャケット室の排水口または冷却ガス出
口に相当する部分と、他方の冷却ジャケット室の給水口
または冷却ガス入口に相当する部分を通じる穴を設け
て、直列に冷却媒体が流れるようにしても良い。

【００２６】なお、上記実施例では冷却ジャケット９を
２室に分割したが、必要に応じて３室、若しくはそれ以
上に分割しても良いことは言うまでもない。更に上記実
施例では反応生成物として塩化アルミニウムを挙げた
が、他の凝縮性、または昇華性の化合物を含むガスにつ
いても適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、ドライ真空ポンプの冷
却ジャケットを分割しそれぞれの室毎に冷却媒体量を制
御し、ステータの温度分布を所望の状態に制御すること
により、反応生成物の付着堆積を防ぐと共に性能の低下
も防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すドライ真空ポンプの縦
断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示すドライ真空ポンプの
縦断面図である。

【図３】一般的な塩化アルミニウムの昇華温度特性及び
ステータの温度分布を示す図表である。

【符号の説明】

１ 吸気口 ２ 排気口 ３ ケーシング ４ ロータ ５ ステータ ６ ドライ真空ポンプ機構部 ７ 軸受 ８ モータ ９ 冷却ジャケット １０ 隔壁 １１ Ｏリング １２ ジャケットカバー １３ａ 給水口 １３ｂ 給水口 １４ａ 排水口 １４ｂ 排水口 １５ａ 流量調節弁 １５ｂ 流量調節弁 １６ 塩化アルミニウムの昇華曲線 １７ ドライ真空ポンプのガス流路壁面の温度 １８ リブまたはフィン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスの吸気口と排気口を有するケーシン
   グと、該ケーシング内に軸受により支持されたロータ
   と、前記ケーシングの内周に有り隙間を介して前記ロー
   タと対向するステータと、前記ケーシングの外周側に有
   り前記ステータを冷却する冷却ジャケットと、該冷却ジ
   ャケットに設けた冷却媒体の出入口とを備えたドライ真
   空ポンプにおいて、前記冷却ジャケットを複数の室から
   なる多室構造としたことを特徴とするドライ真空ポン
   プ。
2. 【請求項２】 前記冷却ジャケットのそれぞれの室内に
   突起物を設けたことを特徴とする請求項１に記載のドラ
   イ真空ポンプ。
3. 【請求項３】 前記ステータのガス流路側の温度を検出
   する温度センサと、該温度センサの出力により前記ガス
   中に含まれる化合物の昇華温度となるような制御出力を
   出力する温度コントローラと、該温度コントローラの制
   御出力により前記冷却媒体の入口に供給する前記冷却媒
   体の流量を調節する流量調節弁とを備えたことを特徴と
   する請求項１または請求項２に記載のドライ真空ポン
   プ。