JPS63223393A - 遠心式真空ポンプ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体製造装置などにおいてチャンバー内
等を高真空に排気する必要がある場合に使用される遠心
式真空ポンプに関するものであり、特に真空排気系にお
ける真空度を調整する必要があるような場合に有益な真
空ポンプに関する。

〔従来の技術〕

半導体製造プロセスなどにおいて反応チャンバー内を高
真空排気するには、例えばターボ分子ポンプと油回転ポ
ンプとを併設した真空排気システムが使用されている。

ところで、ＣＶＤ（ケミカル・ペーパー・デポジション
）プロセスやエツチングプロセスなどにおいては、その
反応工程中にチャンバー内の真空度を調整制御する必要
がある。この真空排気系の真空度を制御するには、従来
、反応チャンバーと真空ポンプ装置との間を流路接続す
る配管の途中にバルブを介設し、このバルブのコンダク
タンスを変化させるようにしたり、反応チャンバーと真
空ポンプ装置との間、あるいはターボ分子ポンプと油回
転ポンプとの間を流路接続する配管の途中にガス導入管
を連通させ、ガス導入量を変化させるようにしたり、ま
た、真空ポンプの回転数を変化させたりしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、配管途中に介設したバルブのコンダクタ
ンスを変化させることにより真空度を制御する方法は、
僅かなバルブ操作でもそのコンダクタンスが大きく変化
するため、バルブの制御機構が複雑になり、その制御も
難しい。

また、バルブコンダクタンスの影響で真空ポンプが大型
化する。配管途中から真空排気系にガスを導入して真空
度を制御する方法においては、導入ガスは窒素、アルゴ
ン等の不活性ガスであるが、この導入ガスが反応チャン
バー内に流入したりすると製造プロセスの条”件が不安
定になる。また、真空ポンプの回転数を変化させる方法
は、応答性が悪く、精度良く制御することが難しい。

この発明は、以−ヒのような現状に鑑みてなされたもの
であり、真空ポンプ自体に系の真空度を変化させる簡単
な機構を付加して、ポンプ本体の大型化を招くことなく
、真空排気系の真空度の調整制御を比較的簡単に、かつ
精度良く行なうことができ、しかも製造プロセスへの影
響を及ぼすことがないような真空ポンプを提供すること
を技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記課題を達成するための技術的手段とし
て、本出願人により特願昭６２−０２３１５６号として
先に出願され、同号明細書において開示した遠心式高真
空ポンプの構成に一部機構を付加して真空ポンプを構成
した。具体的に言えば、この発明に係る遠心式真空ポン
プは、吸気口及び排気口を有する円筒状のケーシングと
、このケーシングの内周壁面に垂設されてそれぞれ中央
部に通気孔が形成され、ケーシングの内部をその軸方向
に、前記各通気孔を介して互いに流路連絡する複数の室
に画する複数の隔壁と、円板の前面側に、その中心部か
ら遠心方向に向かって周縁まで延びる複数の通気路が形
成され、前記ケーシングの各室にそれぞれ、円板前面と
前記隔壁の背面またはケーシング前壁の内面とを近接さ
せ、かつ円板後面と隔壁前面またはケーシング後壁の内
面とを所定距離だけ離間させて納設された複数のロータ
と、これらロータの各回転中心に固着され、それらロー
タを同軸上に保持する回転駆動軸と、この回転駆動軸に
連結された回転駆動源とを備えてなる遠心式真空ポンプ
において、前記ケーシングと前記回転駆動軸とを軸方向
に相対的に微動させて、前記ロータの円板前面と前記隔
壁の背面またはケーシング前壁の内面との間隙を変化さ
せる手段を設けたことを特徴として構成されている。

〔作　　用〕

上記のように構成されたこの発明の遠心式真空ポンプに
おいては、回転駆動源に連結された回転駆動軸が回転す
ると、ケーシング内部の隔壁によって画された各室に納
設された各ロータが回転し、このロータの回転により生
じる遠心力によって、ロータの前面側に形成されている
複数の通気路を通し、ロータの回転中心部から遠心方向
に向かってガス分子が再配列され、ロータの回転中心部
からその周辺部までの間で回転中心部に近くなるほど低
くなるガス分子の密度分布が生じる。ロータの通気路を
通してロータの回転中心部とその周辺部との間で作り出
されたこの分子密度差は、ロータの円板前面と隔壁の背
面あるいはケーシング前壁の内面とが近接しており、か
つ円板後面と隔壁前面あるいはケーシング後壁の内面と
は所定距離だけ離間しているので、ロータ回転中有効に
保持される。

そして、ケーシングの隣り合う室同士は隔壁中央部に形
成された通気孔を介して互いに流路連絡しているので、
多段排気が行なわれ、ケーシングの吸気口と各室との間
で分子数の差が徐々に大きくなってゆき、排気ガスはケ
ーシングの排気口から大気圧下等へ排気される。

そして、この発明の真空ポンプは、ケーシングと回転駆
動軸とが軸方向に相対的に微動し、ロータの円板前面と
隔壁の背面またはケーシング前壁の内面との間隙が変化
するようにされているので、その間隙を変化させること
により、真空排気系における真空度が調整制御される。

すなわち、ロータの円板前面と隔壁の背面またはケーシ
ング前壁の内面との間隙が大きくなると、ロータの周辺
部に分配されたガス分子の一部がその間隙を通してロー
タの回転中心部の方へ移動し、ロータの回転中心部と周
辺部との間の分子密度差が小さくなる。その結果、ケー
シングの排気口（大気圧下等）に対する吸気口の圧力低
下が小さくなり、系の真空度が低くなる。

そして、その程度は、上記間隙を変化させることにより
制御されることになる。

〔実施例〕 以下、この発明の好適な実施例について図面を参照しな
がら説明する。

第１図及び第２図はこの発明の１実施例を示し、第１図
は遠心式真空ポンプの側断面図、第２図は第１図のＩＩ
　−ＩＩ　’正面断面図である。これらの図に示すよう
に、この遠心式真空ポンプは、ケーシング１０、このケ
ーシング１０の内周壁面に垂設された複数の隔壁１２、
これら隔壁１２によってケーシング１０の内部を画する
ことにより形成された複数の室１４にそれぞれ納設され
た複数のロータ１６、これらロータ１６の各回転中心に
固着され、各ロータ１６を同軸上に保持する回転駆動軸
１８、及びこの回転駆動軸１８に連結された回転駆動源
２０から構成されている。ケーシング１０は、円筒状周
壁２２及び前壁２４、後壁２６により構成されており、
前壁２４の中央部に、管路を介して真空チャンバー等（
いずれも図示せず）と流路接続する吸気口２８が形成さ
れ、周壁２２の、後壁２６の近傍個所に排気口３０が形
成されている。

隔壁１２は、ケーシング１０の軸方向に等間隔で互いに
平行になるよう連設されており、各隔壁１２の中央部に
は通気孔３２が形成されていて、その通気孔３２を介し
て隣り合う室１４同士が互いに流路連絡している。ロー
タ１６は、円形状厚板３４の片面側中央部に円形状凹部
３６を形成し、その凹部３６の周面から厚板３４の周縁
まで延びる複数本の溝３８を円周方向に等配した円板か
ら構成されている。溝３８は円板中心部から遠心方向に
向かって放物線状に延びた形状であり、一定深さで一定
幅に刻設されており、これらの溝３８が通気路となる。

そして、各ロータ１６は各室１４にそれぞれ、円板前面
が隔壁１２の背面（またはケーシング前壁２４の内面）
と近接し、かつ円板後面が隔壁１２の前面（またはケー
シング後壁２６の内面）と所定距離だけ離間するように
配設されている。

すなわち、第３図に一部を拡大して示すように、ロータ
１６の前面と隔壁１２の背面との間隙ａは、ロータＩ６
の後面と隔壁１２の前面との間隔すに比ぺて著しく小さ
くされており、各室１４間で排気ガスが逆流するのを抑
制している。また、排気ガスの逆流を抑制するために、
ロータ１６の外周端縁に対向して近接し、法線方向に対
して傾斜した案内翼板４０が円周方向に多数、ケーシン
グ前壁２４の内面及び隔壁１２の背面に固設されている
。回転駆動軸１８の軸受部４２には、回転駆動源２０と
の間におけるシールを行なうためのシール部４４が設け
られている。このシール部４４は相対圧が高い（場合に
よっては大気圧状態にある）排気側に設けられているこ
とから、そのシール手段としては特別な回転軸シールな
どを使用する必要がなく、ネジシールやパージガス注入
によるシール等といったシール手段を使用でき。

オイルフリーとすることができる。以上説明したポンプ
本体の各構成部材は、それらをセラミックス材料で成型
するようにすれば、真空ポンプにおける耐腐食性及び耐
熱性を共に満足させることができる。尚、回転駆動源２
０としては高周波モータ、タービン等が使用される。

そして、この遠心式真空ポンプは、回転駆動軸１８に、
その回転駆動軸１８をケーシング１０に対して軸方向に
調節可能に微動させる調節手段４６が介装接合されてい
る。この調節手段４６は、回転駆動源２０の手前に設け
られており、例えば印加される電圧に応じて軸方向長さ
が変化する圧電素子部材や、温度によって軸方向長さが
変わる形状記憶合金部材などによって構成される。

また、第４図に真空ポンプの一部を断面で示すように、
回転駆動軸１８はそのままで、ケーシング１０′の円筒
状周壁２２′に、ケーシング１０’　を回転駆動軸１８
に対して軸方向に調節可能に微動させる調節手段４８を
介装接合するようにしてもよい。この調節手段４８は、
上記回転駆動軸における場合と同様に、圧電素子部材や
形状記憶合金部材などからなり、円筒状周壁２２′の一
部に、その内周面りに無端状、すなわち、環状に形成さ
れる。また、第５図にケーシングの一部を断面で示すよ
うに、ケーシング１０″を軸方向に分割し、各構成部分
５０．５２の外周面及び内周面に互いに螺合する雄ねじ
及び雌螺子をそれぞれ螺刻して、構成部分５０．５２同
士を結合させ、その螺入程度を変化させることにより、
ケーシング１０″を回転駆動軸に対して軸方向に微動調
節できるようにした調節手段４８′　としてもよい。

次に、上記構成の遠心式真空ポンプにおける動作につい
て説明する。回転駆動源２０によってそれに連結された
回転駆動軸１８が回転させられると、回転駆動軸１８に
固着された全てのロータ１６が時計方向に同一速度で回
転する。こわら各ロータ１６の回転により、ガス分子に
遠心力が作用し、ロータ１６の溝（通気路）３８内にお
いて、ロータ１６の回転中心部からその周辺部に向かう
遠心方向にガス分子の密度分布ができ、前記のことから
、各室１４ごとにおいてロータ１６の凹部３６における
圧力がロータ１６の外周辺部における圧力に比べて減圧
される。そして、遠心力により溝（通気路）３８の外方
端より一旦排出された排気ガスは、案内翼板４０の作用
により、及びロータ１６の前面と隔壁１２の後面（もし
くはケーシング前壁２４の内面）との間が極めて近接し
ている（第３図においてａ　ｐ　ｂ　）ことにより、ロ
ータ１６が回転している間は逆流が抑制される。ロータ
１６の外周辺部は、ロータ１６の後背部及び隔壁１２の
通気孔３２を介して次の室１４に軸設されているロータ
１６の凹部３６と連通しており、次のロータ１６の溝（
通気路）３８においても同様に分子密度の分布が生じる
。このような過程を繰り返すことにより、徐々に真空排
気してゆき、最終的に吸気口２８、従ってそれに流路接
続された真空チャンバー等において高真空が得られる。

尚、排気ガスは排気口３０から大気圧下等へ排気される
。

そして、回転駆動軸１８に介装された調節手段４６（あ
るいはケーシング１０′の円筒状周壁２２′介装された
調節手段４８．４８′）によって、回転駆動軸１８をケ
ーシング１０に対して（あるいはケーシング１０’　、
　１０”を回転駆動軸１８に対して）軸方向に微動調節
すると、ロータＩ６の前面と隔壁１２の背面との間隙ａ
が変化する。この間隙ａが変化することにより、その間
隙ａを通してロータ１６の周辺部から回転中心部の方へ
僅かに逆流する排気ガスの旦が変化し、ロータ１６の回
転中心部と周辺部との間における分子密度差が変化する
。その結果、大気圧下にあるケーシングの排気口３０側
に対する吸気口２８側の減圧度が変化し、以上のような
過程により系の真空度が制御される。この発明は以上説
明したように構成されているが、この発明の範囲は上記
説明並びに図面の内容によって限定されるものではなく
、要旨を逸脱しない範囲で種々の変形例が考えられる。

例えばロータの通気路となる溝の正面形状は、放物線状
でなくて直線状、あるいはそれ以外の形状であってもよ
い。また、上記実施例におけるロータのように、円形状
厚板の片面側に放射状の溝を刻設してそれらの溝を通気
路とする構成に代えて、円形状薄板の片面側に放射状の
翼板を垂設し、その隣り合う翼板同士に挟まれた空間を
通気路としてロータを構成することもできる。

＝　１６− 〔発明の効果〕 この発明は以上説明したように構成されかつ作用するの
で、この発明によれば、簡単な機構を付加しただけの遠
心式真空ポンプにより、真空排気系における真空度の調
整制御を比較的簡単に、かつ精度良く行なうことができ
、しかもその真空度の制御動作によっても製造プロセス
への影響を何ら及ぼすことがない。このようにこの発明
は、半導体製造装置などにおいて、有用な遠心式真空ポ
ンプを提供し得たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の１実施例を示し、第１図
は遠心式真空ポンプの側断面図、第２図は第１図のＩＩ
　−ｎ　’正面断面図であり、第３図はその一部を拡大
して示す側断面図、第４図はこの発明の別の実施例を示
し、遠心式真空ポンプの一部を断面で表わした図、第５
図はこの発明のさらに別の実施例を示し、ケーシングの
一部を断面で表わした図である。 １０．１０′、１０″′・・・ケーシング、１２・・・
隔壁、　　　　　１４・・・室、１６・・・ロータ、　
　　　１８・・・回転駆動軸、２０・・回転駆動源、　
　２２．２２′・・・円筒状周壁、２４・・・ケーシン
グ前壁、２６・・・ケーシング後壁、２８・・吸気口、
　　　　３０・・・排気口、３２・・・通気孔、　　　
　３４・・円形状厚板、３６・・・円形状凹部、　　３
８・・・溝（通気路）、４０・・案内翼板、 ４６・・回転駆動軸に介装接合された調節手段、４８．
４８′・・・ケーシングの円筒状周壁の一部に介装接合
された調節手段。 第１図 １ｏ「■３０ ３２　　覧　２２ 囮 Ｌ■・ 第３図　　　　第５図 クク 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸気口及び排気口を有する円筒状のケーシングと、
   このケーシングの内周壁面に垂設されてそれぞれ中央部
   に通気孔が形成され、ケーシングの内部をその軸方向に
   、前記各通気孔を介して互いに流路連絡する複数の室に
   画する複数の隔壁と、円板の前面側に、その中心部から
   遠心方向に向かって周縁まで延びる複数の通気路が形成
   され、前記ケーシングの各室にそれぞれ、円板前面と前
   記隔壁の背面またはケーシング前壁の内面とを近接させ
   、かつ円板後面と隔壁前面またはケーシング後壁の内面
   とを所定距離だけ離間させて納設された複数のロータと
   、これらロータの各回転中心に固着され、それらロータ
   を同軸上に保持する回転駆動軸と、この回転駆動軸に連
   結された回転駆動源とを備えてなる遠心式真空ポンプに
   おいて、前記ケーシングと前記回転駆動軸とを軸方向に
   相対的に微動させて、前記ロータの円板前面と前記隔壁
   の背面またはケーシング前壁の内面との間隙を変化させ
   る手段を設けたことを特徴とする遠心式真空ポンプ。 ２、間隙を変化させる手段は、回転駆動軸の、回転駆動
   源の手前に介装接合された圧電素子部材であり、この圧
   電素子部材に印加する電圧を変化させることにより、そ
   の圧電素子部材の軸方向長さを変化させ、回転駆動軸を
   ケーシングに対して軸方向に微動させるようにした特許
   請求の範囲第１項記載の遠心式高真空ポンプ。 ３、間隙を変化させる手段は、ケーシングの円筒状周壁
   の一部に、その円周回りに無端状に介装接合された圧電
   素子部材であり、この圧電素子部材に印加する電圧を変
   化させることにより、その圧電素子部材の軸方向長さを
   変化させ、ケーシングを回転駆動軸に対して軸方向に微
   動させるようにした特許請求の範囲第１項記載の遠心式
   真空ポンプ。 ４、間隙を変化させる手段は、回転駆動軸の、回転駆動
   源の手前に介装接合された形状記憶合金部材であり、こ
   の形状記憶合金部材の温度を変化させることにより、そ
   の形状記憶合金部材の軸方向長さを変化させ、回転駆動
   軸をケーシングに対して軸方向に微動させるようにした
   特許請求の範囲第１項に記載の遠心式真空ポンプ。 ５、間隙を変化させる手段は、ケーシングの円筒状周壁
   の一部に、その円周回りに無端状に介装接合された形状
   記憶合金部材であり、この形状記憶合金部材の温度を変
   化させることにより、その形状記憶合金部材の軸方向長
   さを変化させ、ケーシングを回転駆動軸に対して軸方向
   に微動させるようにした特許請求の範囲第１項に記載の
   遠心式真空ポンプ。 ６、ケーシングを軸方向に分割し、その構成部分同士を
   螺合して結合することにより、その螺入程度を変化させ
   、ケーシングを回転駆動軸に対して軸方向に微動させる
   ようにした特許請求の範囲第１項記載の遠心式真空ポン
   プ。