JPS63255598A - 高真空ポンプ - 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、半導体製造装置や各種分析装置、真空実験
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高真空ポンプに関する。

〔従来の技術〕

一般的に使用されている真空ポンプとしては、油回転ポ
ンプやメカニカルブースタポンプ、ターボ分子ポンプの
ように機械的に排気するもの、拡散ポンプやエジェクタ
ーポンプのように油や水銀などの蒸気の噴流を利用する
もの、イオンポンプやクライオポンプのようにゲッター
の吸着を利用するものなど、各種のものがある。

ところで、半導体製造プロセスなどにおいてチャンバー
内を高真空あるいは超高真空に排気するには、従来、ク
ライオポンプ、油拡散ポンプまたはターボ分子ポンプの
後ろ側に油回転ポンプを併設し、これら各２種類のポン
プを併用した高真空排気系が使用されている。このよう
に２種類のポンプを組み合わせるのは、ターボ分子ポン
プ等は、背圧が成る程度以下になるよう補助排気してか
らでないと正常に動作しないからである。そして、ター
ボ分子ポンプ等と油回転ポンプとは全く異なった型式、
構造であるため、それぞれ各別に製造し、２個もしくは
それ以上の数の真空ポンプを別々に設置して高真空排気
系を構成していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように従来の高真空排気系においては何れの場合も
、真空ポンプを複数使用していたため、設置スペースを
大きくとり、各ポンプ間を流路連絡する必要があること
からそのための配管、バルブ等といった構成部品点数が
多くなるといった問題点があった。また、複数の真空ポ
ンプを設置し、運転するので、イニシャルコスト、ラン
ニングコストが高くなり、また信頼性及び安全性につい
ても排気系全体としてみた場合には低くなる。さらにま
た、複数の真空ポンプを個々に運転制御するものである
ことから操作性も悪い、という問題点があった。

この発明は、従来の高真空排気系における上記諸問題点
を解決するためになされたものであって、１つの高真空
ポンプによって、大気圧から高真空、超高真空まで排気
できるように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、１つのケーシングにターボ分子ポンプユニ
ッ１〜と遠心式ポンプユニットとを、各ロータ部の回転
駆動軸の互いの軸心線が一致するように形成して高真空
ポンプを構成することにより上記課題を達成した。すな
わち、この発明に係る高真空ポンプは、吸気口及び排気
口を有する円筒状ケーシングの内周壁面の吸気側前半部
にターボ分子ポンプユニットのステータ部を、排気側後
半部に遠心式ポンプユニットのステータ部をそれぞれ形
成するとともに、前記ケーシングの内部の吸気側前半部
にターボ分子ポンプユニットのロータ部を、排気側後半
部に遠心式ポンプユニットのロータ部をそれぞれ、各回
転駆動軸の軸心線を一致させて配設した構成を有する。

〔作　　用〕

上記のように構成された高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し、ロータ部が回
転させられると、初期においては遠心式ポンプユニット
の作用により、吸気口に流路接続された真空チャンバー
等の内部ガスをその吸気口からケーシング内に吸い入れ
排気口から排出して徐々に真空排気してゆく。

そして、ターボ分子ポンプが正常に動作する程４一 度、すなわち、約０．０１Ｔｏｒｒ程度にまでケーシン
グ内の真空度が達すると、遠心式ポンプユニットととも
にターボ分子ポンプユニットも正常に動作し始め、さら
に真空度が上がってゆき、やがて所望の高真空、超高真
空の状態が得られる。このようにして、単一の真空ポン
プにより大気圧から高真空、超高真空までの排気が行な
われる。

〔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図はこの発明の１実施例を示し、高真空ポンプの構
成を概略的に表わした正面断面図である。この高真空ポ
ンプは、吸気口１２及び排気口１４を有する円筒状のケ
ーシング１０にターボ分子ポンプユニット１６と遠心式
ポンプユニット１８とを形設している。ターボ分子ポン
プは周知の通りであるので、その構造の詳細については
ここでは説明を省略するが、ターボ分子ポンプは、円板
の外周に、軸方向に対して傾斜した翼を多数周設したロ
ータと、同様に円板の外周に、前記翼とは反対方向に傾
斜した翼を多数周設したステータとを軸方向に並設し、
前記ロータを高速回転させることにより、吸気側の分子
密度を排気側の分子密度に対して徐々に／ＪＸさくして
ゆき、高真空を達成しようとするものである。但し、タ
ーボ分子ポンプは既述のように背圧が約０．０ＩＴｏｒ
ｒ以下でないと正常に動作しない。

従って、ケーシング１０の内周壁面の吸気側前半部にタ
ーボ分子ポンプユニット１６のステータ部２０を形成す
るとともに、ケーシング１０の内部の吸気側前半部にそ
のロータ部２２を設置し、一方、ケーシング１０の内周
壁面の排気側後半部に遠心式ポンプユニット１８のステ
ータ部２４を形成するとともに、ケーシング１０の内部
の排気側後半部にそのロータ部２６を配置している。遠
心式ポンプとしては、ガス分子に遠心力を作用させるこ
とによって、ガス分子の密度分布を回転中心部からその
周辺部へ向けて高くするようなものとし、これによって
排気するポンプのことであり。

本出願人により先に出願された特願昭６２−０２３１５
６号明細書において開示したような遠心式高真空ポンプ
を使用するとよい。第２図〜第４図に基づいて、その遠
心式高真空ポンプの構成、作用について次に説明してお
く。

第２図は遠心式高真空ポンプの］例を示す部分正面側断
面図、第３図は第２図のｍ−ｍ’横断面図である。これ
らの図に示すように、この遠心式高真空ポンプは、ケー
シング４ｏ、このケーシング４０の内周壁面に垂設され
た複数の隔壁（ステータ）４２、これら隔壁４２によっ
てケーシング４０の内部を画することにより形成された
複数の室４４にそれぞれ納設された複数の円板（ロータ
）４Ｇ、これら円板４Ｇの各回転中心に固着され、各円
板４６を同軸上に保持し、回転駆動源（図示せず）に連
結された回転駆動軸４８から構成されている。

隔壁４２は、ケーシング４０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４２の中央部
には通気孔５０が形成されていて、その通気孔５０を介
して隣り合う室４４同士が互いに流路連絡している。円
板４６は、円形状厚板５２の片面側中央部に円形状四部
５４を形成し、その凹部５４の周面から厚板５２の周縁
まで延びる複数本の溝５６を円周方向に等配して構成さ
れている。

溝５６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５６が通気路となる。

そして、各円板４６は各室４４にそれぞれ、円板前面が
隔壁４２の背面と近接し、かつ円板後面が隔壁４２の前
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４図に一部を拡大して示すように、円板４６の
前面と隔壁４２の背面との間隙ａは、円板４６の後面と
隔壁４２の前面との間隔すに比べて著しく小さくされて
おり、各室４４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、円板４６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５８が円周方向に多数、隔壁４２の背面に固設さ
れている。

一８＝ 次に、上記構成の遠心式高真空ポンプにおける動作につ
いて説明する。回転駆動源（図示せず）によってそれに
連結された回転駆動＄ｄＪ４Ｂが回転させられると、回
転駆動軸４８に固着された全ての円板４６が時計方向に
同一速度で回転する。

これら各円板４６の回転により、ガス分子に遠心力が作
用し、円板４６の溝（通気路）５６内において、円板４
６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、各室４４ごとにおいて円板４６
の凹部５４における圧力が円板４６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）５６の外方端より一旦排出された排気ガスは、案
内翼板５８の作用により、及び円板４６の前面と隔壁４
２の後面との間が極めて近接している（第４図において
ａ　：＞　ｂ　）ことにより、円板４６が回転している
間は逆流が抑制される。円板４６の外周辺部は、円板４
６の後背部及び隔壁４２の通気孔５０を介して次の室４
４に納設されている円板４６の凹部５４と連通しており
、次の円板４６の溝（通気路）５６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、最終的に高真空が得
られる。

以上に１構成例を示したような遠心式ポンプユニット１
８のロータ部２６と、ターボ分子ポンプユニット１６の
ロータ部２２とは、第１図に示した実施例装置における
場合は、共通の回転駆動軸２８に保持されている。その
回転駆動軸２８は、例えば高周波モータ、タービン等の
回転駆動源３０（詳細は図示せず）に連結されている。

図中、３２は回転駆動軸２８の軸受部であり、また３４
はネジシール、パージガス注入によるシール等のシール
手段による、回転駆動軸２８の軸封部である。

次に、第１図に示した上記構成の高真空ポンプにおける
動作について説明する。高周波モータ、タービン等の回
転駆動源３０が駆動すると、その回転駆動源３０に連結
された回転駆動軸２８が回転し、その回転駆動軸２８に
保持された、ターボ分子ポンプユニット１６及び遠心式
ポンプユニット１８の各ロータ部２２．２６が共に回転
させられる。ここで、ターボ分子ポンプは背圧が約０．
０ＩＴｏｒｒ以下でないと正常な排気動作が行なわれな
いので、大気圧下からその真空度に達するまでの初期運
転状態においては、遠心式ポンプユニット１８だけの作
用により、ケーシング１０の吸気口１２に流路接続され
た真空チャンバー等（図示せず）の内部にあるガスをそ
の吸気口１２からケーシング１０内に吸い入れ、上述し
たような過程により分子密度差をつくり出して、排気口
１４から大気圧下等へ排気する。このように、遠心式ポ
ンプユニッ１−１８の作用により徐々に真空排気してゆ
き、ケーシング１０内の、ターボ分子ポンプユニット１
６の後方空間における真空度が０．０ＩＴｏｒｒ程度に
まで達すると、それまでの遠心式ポンプユニット１８と
共にターボ分子ポンプユニット１６によっても排気動作
が行われる。

そして、これら２つのポンプユニット１６．１８の作用
によりさらに真空度が上がってゆき、遂には真空チャン
バー等において所望の高真空、超高真空が得られる。

第５図及び第６図はそれぞれこの発明の別の実施例を示
し、ターボ分子ポンプユニット及び遠心式ポンプユニッ
トの各ロータ部の駆動手段の変形例を模式的に表わした
部分断面図である。

これらのうち第５図に示したものは、遠心式ボンプユニ
ツ１−のロータ部６２の回転駆動軸６６を中空軸として
、その中空部にターボ分子ポンプユニットのロータ部６
０の回転駆動軸６４を同心状に内挿して二重シャフトに
し、各回転駆動軸６４．６６を各別の高周波モータ６８
．７０にそれぞれ連結している。このように回転駆動源
７２を２個の高周波モータ６８．７０で構成することに
よって、それぞれの高周波モータの容量を小さくするこ
とができ、またそれぞれに任意の回転数を持たせること
ができる。そして、ターボ分子ポンプユニットの背圧が
成る程度にまで減圧される初期運転状態においては、遠
心式ポンプユニットのロータ部６２のみを回転させるよ
うに、そのロータ部６２に回転駆動７４ｆ１１６６を介
して連結された高周波モータ７０のみを駆動させ、成る
程度の真空度に達してからターボ分子ポンプユニットの
高周波モータ６８をも駆動させるようにする。このよう
にしてそれぞれのロータ部６０．６２を回転駆動制御す
ることにより、動力効率を良くすることができる。尚、
図中７４は軸受である。

次に、第６図に示したものは、同じくターボ分子ポンプ
ユニットのロータ部７６の回転駆動軸８０と、遠心式ポ
ンプユニットのロータ部７８の回転駆動軸８２とを軸受
９０を介装して二重シャフトに構成している。但し、こ
の実施例のものは、回転駆動源８８が１個の高周波モー
タ８６だけで構成されており、その１個の高周波モータ
８Ｇに遠心式ポンプユニットの回転駆動軸８２が連結さ
れており、ターボ分子ポンプユニットの回転駆動軸８０
は、遠心式ポンプユニットの回転駆動軸８２から継手８
４を介して動力伝達されるようになっている。このよう
に１個の高周波モータ８６によって゛ターボ分子ポンプ
ユニット及び遠心式ポンプの両ロータ部７６．７８を回
転駆動させるものであることから、高周波モータの容量
を極力小さく抑える目的で、前記動力伝達を適宜断続で
きるようにするために継手８４にクラッチ方式が採用さ
れる。このクラッチとしては周知のものを使用すわばよ
く、例えば電磁クラッチを使用し、ターボ分子ポンプユ
ニットの背圧が所定圧力まで減圧された時点で電磁クラ
ッチに通電してそれ以後の定常運転状態においてのみタ
ーボ分子ポンプユニットの回転駆動軸８０にも動力を伝
達するようにすればよい。また、所定圧力以下の減圧下
においてのみ作動する自動クラッチ類を使用してもよい
。

この発明の高真空ポンプは、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、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々の変形例を包含し得る。例えば、遠心式
ポンプユニットとしては、第２図ないし第４図に示した
ような構成でなくても、ステータに対してロータを回転
させ、その遠心作用を利用して真空排気する形式の遠心
式真空ポンプであれば、それをターボ分子ポンプユニッ
トと組み合わせればよい。

〔発明の効果〕

この発明は上述した通り構成されかつ作用するので、こ
の発明に係る高真空ポンプを使用するときは、それ単独
で大気圧から高真空、超高真空まで真空排気することが
できる。従って、高真空排気系において、真空ポンプの
ための設置スペースを小さくすることができ、配管、バ
ルブ等といった構成部品の点数も従来に比べて少なくす
ることができる。また、従来の高真空排気系に比べて、
イニシャルコスト、ランニングコストを共に下げること
ができ、排気系全体としての信頼性及び安全性も向上さ
せることができ、さらに真空ポンプ自体の操作性も良好
である。この発明は、以上のような数々の利点を有した
高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図はこの発明の１実施例を示し、高真空ポンプの構
成を概略的に表わした正面断面図、−１５＝ 第２図ないし第４図はこの高真空ポンプの一部を形成し
ている遠心式ポンプユニットの構成の１例を示し、第２
図は部分正面断面図、第３図は第２図のｍ−ｍ’横断面
図、第４図は一部拡大断面図であり、第５図及び第６図
はそれぞれこの発明の別の実施例を示し、ターボ分子ポ
ンプユニット及び遠心式ポンプユニットの各ロータ部の
駆動手段の変形例を模式的に表わした部分断面図である
。 １０．４０・・・ケーシング、１２パ・吸気口、１４・
・・排気口、 １６・・・ターボ分子ポンプユニット。 １８・・・遠心式ポンプユニット、 ２０・・・ターボ分子ポンプユニットのステータ部、２
２・・・ターボ分子ポンプユニットのロータ部、２４・
・・遠心式ポンプユニットのステータ部、２６・・・遠
心式ポンプユニットのロータ部、２８．４８・・・回転
駆動軸、３０・・・回転駆動源、４２・・・隔壁、　　
　　　４４・・・室、４６・・・円板、　　　　　　　
５０・・・通気孔、５６・・・通気路、 ６０．７６・・・ターボ分子ポンプユニットのロータ部
、６２．７８・・・遠心式ポンプユニットのロータ部、
６４．８０・・ターボ分子ポンプユニットの回転駆動軸
、 ６６．８２・・・遠心式ポンプユニットの回転駆動軸、
６８．７０．８６・・・高周波モータ。 第１図 第４図 第２図 第３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ケーシングの内周
   壁面の吸気側前半部にターボ分子ポンプユニットのステ
   ータ部を、排気側後半部に遠心式ポンプユニットのステ
   ータ部をそれぞれ形成するとともに、前記ケーシングの
   内部の吸気側前半部にターボ分子ポンプユニットのロー
   タ部を、排気側後半部に遠心式ポンプユニットのロータ
   部をそれぞれ、各回転駆動軸の軸心線を一致させて配設
   してなる高真空ポンプ。 ２、遠心式ポンプユニットのステータ部が、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、前記通気孔を
   通して互いに流路連絡する複数の室に画する複数の隔壁
   から構成され、かつ遠心式ポンプユニットのロータ部が
   、前面側に、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、ケーシングの前記各室に
   それぞれ、前面と前記隔壁の背面とを近接させ、かつ後
   面と隔壁前面とを所定距離だけ離間させて納設され、回
   転駆動軸に同軸上に保持された複数の円板から構成され
   た特許請求の範囲第１項記載の高真空ポンプ。