TWI586894B - Turbo molecular pump - Google Patents

Description

渦輪分子泵

本發明是有關於一種在從半導體製造裝置或分析裝置等的中真空到超高真空的壓力範圍內使用的渦輪分子泵。

以前，在如半導體製造工程或液晶面板製造工程中的乾式蝕刻（dry etching）或化學氣相沉積（Chemical vapor deposition，CVD）等製程（process）那樣，在高真空的製程室內進行處理的工程中，使用如渦輪分子泵之類的真空泵作為形成高真空的機構。此種製程中，為了高速地進行製程而供給大量的氣體進行處理。

在用於蝕刻或CVD等處理的情況下，泵內容易產生反應生成物。因此，在渦輪分子泵內的接觸氣體部容易堆積反應生成物。堆積於渦輪分子泵內部的反應生成物在定期維護時利用清洗而去除堆積物。在進行維護時，將渦輪分子泵分解，利用清洗將堆積於各個零件的反應生成物加以去除。因此，專利文獻1或專利文獻2中記載的渦輪分子泵中，提出如下構成，即，無須將泵整體分解而僅將容易堆積反應生成物的零件分解並可進行清洗。   【先行技術文獻】 【專利文獻】

[專利文獻1]日本專利特開2003-278691號公報              [專利文獻2]日本專利特開平4-301197號公報

[發明要解決的問題]

然而，在反應生成物牢固地附著於零件的接觸氣體部的情況下，需要利用刷子等進行擦拭等而加以去除。且說，所述處理中使用的真空泵，一般而言為了防止腐蝕等而實施鍍鎳等耐腐蝕處理。因此，在將反應生成物擦掉時，會產生甚至鍍敷層與反應生成物一起剝離的問題。因此，在通常的清洗處理中未脫落的反應生成物堆積的情況下或反應生成物去除時甚至鍍敷層被去除的情況下，一般而言需要更換零件。因此，存在維護成本上升的問題。        [解決問題的技術方案]

本發明的較佳的實施方式的渦輪分子泵包括：渦輪翼泵部，包含固定翼及旋轉翼；牽引泵部，比所述渦輪翼泵部設置得靠排氣下游側；保護構件，以覆蓋比所述渦輪翼泵部靠排氣下游側的接觸氣體面的方式能夠裝卸地設置，防止堆積物對所述接觸氣體面的附著。 更佳的實施方式中，所述牽引泵部包含圓筒轉子、及相對於該圓筒轉子以規定間隙配置的定子，所述保護構件以覆蓋所述渦輪翼泵部與所述定子之間的接觸氣體面中的至少所述定子的接觸氣體面的一部分的方式設置。 更佳的實施方式中，所述保護構件與所述定子熱接觸。 更佳的實施方式中，所述保護構件隔著隔熱材料而能夠裝卸地固定於所述牽引泵部的排氣下游側的接觸氣體面。 更佳的實施方式中，所述保護構件的表面形成著包含氟樹脂的黑色鍍鎳層。        [發明的效果]

根據本發明，可實現渦輪分子泵的維護成本的降低。

以下，參照圖對用以實施本發明的形態進行說明。圖1是表示本發明的渦輪分子泵的一實施方式的剖面圖。渦輪分子泵1包括形成著多級旋轉翼12及轉子圓筒部13的轉子10。轉子10上固定著轉子軸11。轉子軸11由徑向磁軸承32及軸向磁軸承33支撐，且由馬達34旋轉驅動。

在磁軸承32、磁軸承33未動作時，轉子軸11由機械軸承35a、機械軸承35b支撐。徑向磁軸承32、軸向磁軸承33、馬達34及機械軸承35b收納於固定在殼體20的基底30。

在泵殼23的內側，與多級旋轉翼12對應地在泵軸方向上配置著多級固定翼21。在各級旋轉翼12及固定翼21，設置著配置於周向上的多個渦輪翼。多級固定翼21隔著環狀間隔件29而分別積層。該積層體配置於殼體20上。渦輪分子泵1中，多級旋轉翼12及固定翼21構成渦輪翼泵部TP。

圓筒形狀的定子22隔著微小間隙配置於轉子圓筒部13的外周側。定子22利用螺栓222固定於殼體20。在轉子圓筒部13的外周面或定子22的內周面的任一者形成著螺紋槽，轉子圓筒部13與定子22構成牽引泵部DP。另外，圖1所示的例中，牽引泵部DP構成在定子22形成著泵軸方向的螺紋槽而成的霍爾維克泵（Holweck pump）。

當轉子10高速旋轉時，從泵殼23的吸氣口230流入的氣體利用渦輪翼泵部TP（旋轉翼12及固定翼21）排出後，利用牽引泵部DP（轉子圓筒部13及定子22）進一步壓縮。而且，最終，從設置於殼體20的排氣管26排出。排氣管26上連接著後泵（未圖示）。一般而言，轉子10、定子22、殼體20等中使用鋁材，且為了防止腐蝕而實施鍍鎳等表面處理。

在進行使用容易堆積反應生成物的氣體的製程的排氣的情況下，泵內容易堆積反應生成物（例如氯化鋁等）。泵內的壓力越高，溫度越低，這些堆積物越容易堆積，因而越是泵的排氣下游側越容易附著堆積物。在圖1所示的渦輪分子泵1的情況下，因渦輪翼泵部TP壓力低，所以堆積物的附著相對少。然而，在比渦輪翼泵部TP的最下級附近靠下游側處，壓力上升而容易附著堆積物。

因此，在殼體20設置著加熱用的加熱器200及冷卻液管223，對加熱器的接通斷開與冷卻液的接通斷開進行控制，而將定子22維持為所需溫度。由此，防止反應生成物對定子22的堆積，從而防止堆積物引起的牽引泵部的性能下降或定子22與轉子圓筒部13的接觸等。

在泵動作時，因伴隨氣體排出的熱產生，而轉子溫度上升。定子22也因來自轉子圓筒部13的輻射熱而溫度上升。因此，定子22的溫度變得比殼體20或基底30高。其結果，溫度更低的殼體20或基底30的接觸氣體面容易堆積反應生成物。尤其在比牽引泵部DP靠下游側處，壓力相對增高，因而殼體20、基底30、排氣管26的接觸氣體面容易堆積反應生成物。

本實施方式中，在比渦輪翼泵部TP靠下游側處，在容易附著堆積物的接觸氣體面（壁面），配置了防止反應生成物的堆積且能夠容易廉價地更換的保護構件40、保護構件41、保護構件42。

圖2是將比圖1的渦輪翼泵部TP靠下游側的部分放大表示的圖。圖2的箭頭G示意性地表示氣體的流動。由渦輪翼泵部TP排出的氣體利用後級的牽引泵部DP進一步排出，且從排氣管26排出。定子22的螺紋槽22a形成於與轉子圓筒部13相向的面，其徑方向位置靠近最下級的旋轉翼12的翼根部附近。因此，如圖2所示，從渦輪翼泵部TP排出的氣體沿著定子22的上端面以捲起漩渦的方式流動而流入到螺紋槽22a內。

其結果，最下級的旋轉翼12與定子22的上端之間的空間中，氣體的滯留時間延長。因此，與滯留空間面向的接觸氣體面、即定子22的上端面或殼體20的內周面容易產生堆積物。本實施方式中，以覆蓋旋轉翼12與定子22之間的接觸氣體面中的殼體20的接觸氣體面、定子22的接觸氣體面的一部分的方式配置了保護構件40，以防止反應生成物對接觸氣體面的堆積。

圖3（a）、圖3（b）是表示保護構件40的形狀的圖。圖3（a）是保護構件40的平面圖，圖3（b）是保護構件40的A1-A1剖面圖。保護構件40包括：覆蓋定子22的接觸氣體面（上端面）的底板部400，及豎立設置在底板部400的外周側的緣的圓筒狀的側壁部401。在底板部400形成著多個貫通孔402，該貫通孔402供將底板部400固定於定子22的上端面的螺栓222（參照圖2）貫通。如圖2所示，當利用螺栓222將保護構件40固定於定子22時，側壁部401與殼體20的內周面接近而配置。當然，側壁部401也可與殼體20的內周面接觸。側壁部401與殼體內周面的間隙越小，越能夠抑制反應生成物對殼體內周面的堆積。

在設置了此種保護構件40的情況下，反應生成物堆積於保護構件40的底板部400及側壁部401，能夠減少對殼體內周面及定子22的上端面的堆積物的生成。在泵維護中的反應生成物去除作業中，在即便利用清洗也無法將附著於保護構件40的表面的堆積物去除的情況下，只要更換保護構件40本身即可。保護構件40如圖3（a）、圖3（b）所示，是對金屬（鋁合金或不銹鋼等）板材進行加工製作而成，與在未設置保護構件40的情況下而反應生成物堆積的定子22或殼體20相比能夠廉價地製作。

對設置保護構件40的優點進行敘述。在未設置保護構件40的情況下，反應生成物堆積於定子22的上端面或殼體20的內周面，即定子22或殼體20的接觸氣體面。在反應生成物堅硬而無法利用清洗去除的情況下或去除堆積物時將形成於定子22或殼體20的表面的鍍敷層剝離的情況下，需要更換定子22或殼體20。另一方面，通過如本實施方式那樣設置能夠更換的保護構件40，而能夠防止反應生成物對定子22或殼體20的接觸氣體面的堆積，進行維護時，只要對保護構件40進行清洗或更換即可。如所述那樣只將鋁合金或不銹鋼的板材彎曲加工而成的保護構件40，比起殼體20或定子22非常廉價。因此，能夠實現維護成本的降低。

圖3（a）、圖3（b）所示的保護構件40中，利用壓制加工等使底板部400的外周側的緣彎曲而形成側壁部401。然而，在側壁部401的高度相對高的情況下，難以利用壓制加工等形成壁部，加工成本也上升。該情況下，如圖4（a）、圖4（b）所示，也可使底板部400與側壁部401由不同構件形成。該情況下，底板部400設為與圖3（a）、圖3（b）所示的底板部400相同形狀的環狀板材。

圖4（a）、圖4（b）是表示側壁部401的形成方法的一例的圖。圖4（a）是表示用以形成側壁部401的帶狀構件403的圖。帶狀構件403的下邊形成著四個突耳（tab）404。各突耳404中，形成著用以將側壁部401螺固在定子22的上端面的貫通孔404a。將該帶狀構件403如圖4（b）所示那樣彎曲加工成環狀而形成側壁部401，將各突耳404向環狀的側壁部401的內側彎曲。環狀彎曲的帶狀構件403的兩端部403a、端部403b利用焊接等而接合。

另外，圖2所示的例中，是將保護構件40固定於定子22的上端面，但也可固定於殼體20側。然而，在對定子22與殼體20的溫度進行比較的情況下，受到來自轉子10（轉子圓筒部13）的輻射熱的定子22的溫度比殼體20高。因此，為了將保護構件40的溫度保持得更高，保護構件40較佳的是固定於定子22。接觸氣體面（壁面）溫度越低則反應生成物越容易堆積，因而，通過將保護構件40固定於溫度更高的定子22，而能夠進一步抑制反應生成物對保護構件40的堆積。

而且，比牽引泵部DP靠下游側的壓力，相比於牽引泵部DP的吸氣側的壓力進一步上升，因而堆積物的附著也進一步顯著。本實施方式的渦輪分子泵1中，在比牽引泵部DP靠下游側處，在固定著定子22的殼體20及排氣管26的內部設置著保護構件41、保護構件42。

圖5（a）、圖5（b）是表示保護構件41的形狀的圖，（a）是平面圖，（b）是A2-A2剖面圖。保護構件41包括：固定於殼體20的底板部410，豎立設置於底板部410的內周側的緣的側壁部411，豎立設置於底板部410的外周側的緣的側壁部412。底板部410形成著多個螺固用的貫通孔410a。內周側的側壁部411為環狀的壁部，以與基底30的筒狀部的外周面相向的方式配置。

在外周側的側壁部412，在圖示左側形成著切口部412a。如圖1所示，側壁部412為與殼體20的內周面相向的壁部。側壁部412的切口部412a與安裝著排氣管26的排氣口20a（參照圖2）相向。向牽引泵部DP的排氣側排出的氣體通過保護構件41的切口部412a而流入到排氣管26內（參照圖2）。保護構件41的側壁部411、側壁部412與由他們覆蓋的壁面（基底筒狀部的外周面及殼體20的內周面）之間的間隙盡可能設置得小。由此，能夠極力地抑制反應生成物堆積在由側壁部411、側壁部412覆蓋的壁面。

與所述保護構件40的情況同樣地，保護構件41的溫度越高，也越能夠抑制反應生成物的堆積。保護構件41與比殼體20或基底30高溫的轉子圓筒部13及定子22的下端面相向。因此，為了使因輻射而從轉子圓筒部13及定子22入射到保護構件41的熱不會向固定著保護構件41的基底30散放，而使隔熱材料43介隔存在於保護構件41與基底30之間。與使保護構件41與基底30接觸而固定的情況相比，能夠將保護構件41的溫度保持得高。由此，能夠抑制反應生成物對保護構件41的堆積。

圖6（a）、圖6（b）是表示配置於排氣管26內的保護構件42的形狀的圖。圖6（a）、圖6（b）中，（a）是從排氣管26的出口側觀察保護構件42的圖，（b）是保護構件42的剖面圖。保護構件42為筒狀體，一端形成著向外側彎曲的凸緣狀部421。如圖2所示，保護構件42以插入到排氣管26內的方式安裝於殼體20。

在要將保護構件42安裝於排氣管26時，首先，在將排氣管26安裝於排氣口20a前，將保護構件42從排氣管26的殼體排氣口側（圖2的右側）插入。此時，插入保護構件42直到凸緣狀部421與排氣管26的端部抵接為止。接下來，將排氣管26螺固於殼體20。如圖2所示，保護構件42的凸緣狀部421配置於排氣管26的右端與保護構件41的切口部412a之間的空間。因此，保護構件42的圖示左右方向的移動由排氣管26的右端與切口部412a限制。另外，在將保護構件42配置於排氣管26內的情況下，為了盡可能增大保護構件42的傳導性（conductance），較佳的是使保護構件42的外周面與排氣管26的內周面密接。

作為排氣管26的接觸氣體面的內周面，除排氣管26的出口區域外幾乎均由保護構件42所覆蓋。因此，能夠大致防止反應生成物對排氣管26的堆積。在進行維護時，對保護構件42進行清洗或更換。另外，在將其他排氣管連接於排氣管26的左端時，設置著具有中心環（center ring）的O型密封環。因此，為了確保具有中心環的O型密封環的配置區域，而使保護構件42不會延伸到排氣管26的左端。

在保護構件41、保護構件42的情況下，也與所述保護構件40的情況同樣地僅對板材或筒材進行彎曲加工，因而能夠相對廉價地製作。因此，通過設置保護構件41、保護構件42，可降低與維護時的反應生成物去除相關的成本。另外，在保護構件41的情況下，也能夠使側壁部411、側壁部412由如圖4（a）、圖4（b）那樣另外設置的帶狀構件形成。

且說，所述保護構件40～保護構件42由鋁合金或不銹鋼等板材形成，為了實現耐腐蝕性的提高而實施鍍鎳（例如非電解鍍鎳）的表面處理。進而，為了容易吸收來自轉子10的輻射，也可形成輻射率高的黑色鍍鎳。黑色鍍鎳為Ni-P層與黑色氧化膜的兩層結構，輻射率非常高。

進而，也可使用包含氟樹脂的鍍鎳或黑色鍍鎳來代替鍍鎳或黑色鍍鎳。包含氟樹脂的鍍鎳，是使聚四氟乙烯（polytetrafluorethylene，PTFE）的微粒子均勻地分散於非電解鍍鎳中而成。因此，可獲得與氟樹脂塗布大致同等的低摩擦覆膜。其結果，容易去除附著堆積於保護構件40～保護構件42的反應生成物。

如以上說明那樣，本實施方式的渦輪分子泵1如圖2所示，包括：渦輪翼泵部TP，包含固定翼21及旋轉翼12；牽引泵部DP，比渦輪翼泵部TP設置得靠排氣下游側；保護構件40、保護構件41、保護構件42，以覆蓋比渦輪翼泵部TP靠排氣下游側的接觸氣體面的方式能夠裝卸地設置，防止堆積物對接觸氣體面的附著。

通過設置能夠裝卸的保護構件40～保護構件42，而能夠抑制堆積物對容易附著堆積物的接觸氣體面的附著。進而，即便在不易去除堆積物的情況下，維護時只要更換保護構件40～保護構件42即可，因而能夠實現維護成本的降低。

例如，在牽引泵部DP為包含轉子圓筒部13與定子22的霍爾維克型牽引泵部的情況下，較佳的是以覆蓋堆積物的附著量多的定子22的上端面的方式設置保護構件40。進而，通過使保護構件40與溫度相對高的定子22熱接觸，而能夠將保護構件40的溫度保持得高，且降低堆積物對保護構件40的附著，從而可使維護期間更長。

而且，如圖2所示，也可以覆蓋牽引泵部DP的排氣下游側的接觸氣體面、即基底30的壁面或殼體20的壁面的方式，將保護構件41隔著隔熱材料43能夠裝卸地加以固定。保護構件41從溫度高的轉子圓筒部13或定子22受到輻射而溫度上升。因此，通過將保護構件41隔著隔熱材料43固定於溫度相對低的基底30，而能夠防止保護構件41的溫度下降，從而能夠抑制堆積物對保護構件41的附著。另外，隔熱材料43中使用導熱率低於基底30的材料。例如，在基底30為鋁合金的情況下，也可為不銹鋼材。

進而，通過在保護構件40～保護構件42的表面形成包含氟樹脂的黑色鍍鎳層，而實現以下的作用效果。通過形成黑色鍍鎳，而容易吸收來自作為高溫構件的轉子10或定子22的輻射，能夠將保護構件40～保護構件42的溫度保持得更高。其結果，能夠抑制堆積物對保護構件40～保護構件42的附著。進而，通過使黑色鍍鎳包含氟樹脂，而容易去除附著於保護構件40～保護構件42的堆積物，能夠實現堆積物去除作業的作業成本的降低。

以上已對各種實施方式及變形例進行了說明，但本發明並不限定於這些內容。在本發明的技術思想的範圍內所能考慮到的其他形態也包含在本發明的範圍內。例如，圖1所示的渦輪分子泵1中，是將設置著定子22的殼體20與收納著馬達定子或磁軸承用電磁鐵等的基底30分開，但也可將殼體20與基底30一體構成。而且，以磁軸承式渦輪分子泵為例進行了說明，但也可同樣地應用於非磁軸承式渦輪分子泵。進而，將牽引泵部DP設為霍爾維克泵型的牽引泵，但不限定於此，例如也可為西格班（Siegbahn）泵型牽引泵。

1‧‧‧渦輪分子泵
10‧‧‧轉子
11‧‧‧轉子軸
12‧‧‧旋轉翼
13‧‧‧轉子圓筒部
20‧‧‧殼體
20a‧‧‧排氣口
21‧‧‧固定翼
22‧‧‧定子
22a‧‧‧螺紋槽
23‧‧‧泵殼
26‧‧‧排氣管
29‧‧‧環狀間隔件
30‧‧‧基底
32‧‧‧徑向磁軸承
33‧‧‧軸向磁軸承
34‧‧‧馬達
35a、35b‧‧‧機械軸承
40～42‧‧‧保護構件
43‧‧‧隔熱材料
200‧‧‧加熱器
222‧‧‧螺栓
223‧‧‧冷卻液管
230‧‧‧吸氣口
400‧‧‧底板部
401‧‧‧側壁部
402、404a、410a‧‧‧貫通孔
403‧‧‧帶狀構件
403a、403b‧‧‧端部
404‧‧‧突耳
410‧‧‧底板部
411、412‧‧‧側壁部
412a‧‧‧切口部
421‧‧‧凸緣狀部
DP‧‧‧牽引泵部
G‧‧‧氣體的流動
TP‧‧‧渦輪翼泵部

圖1是表示本發明的渦輪分子泵的一實施方式的剖面圖。 圖2是比渦輪翼泵部靠下游側的部分的放大圖。 圖3（a）、圖3（b）是表示保護構件40的形狀的圖。 圖4（a）、圖4（b）是表示側壁部401的形成方法的一例的圖。 圖5（a）、圖5（b）是表示保護構件41的形狀的圖。 圖6（a）、圖6（b）是表示保護構件42的形狀的圖。

12‧‧‧旋轉翼

13‧‧‧轉子圓筒部

20‧‧‧殼體

20a‧‧‧排氣口

21‧‧‧固定翼

22‧‧‧定子

22a‧‧‧螺紋槽

26‧‧‧排氣管

30‧‧‧基底

40~42‧‧‧保護構件

43‧‧‧隔熱材料

421‧‧‧凸緣狀部

DP‧‧‧牽引泵部

G‧‧‧氣體的流動

TP‧‧‧渦輪翼泵部

Claims (5)

1. 一種渦輪分子泵，其特徵在於包括：渦輪翼泵部，包含固定翼及旋轉翼；牽引泵部，比所述渦輪翼泵部設置得靠排氣下游側；以及保護構件，以覆蓋比所述渦輪翼泵部靠排氣下游側的接觸氣體面的方式能夠裝卸地設置，且防止堆積物對所述接觸氣體面的附著，其中所述牽引泵部包含圓筒轉子、及相對於所述圓筒轉子以規定間隙配置的定子，所述保護構件以覆蓋所述渦輪翼泵部與所述定子之間的接觸氣體面中的至少所述定子的接觸氣體面的一部分的方式設置於所述定子的上端面。
2. 如申請專利範圍第1項所述的渦輪分子泵，其中所述保護構件與所述定子熱接觸。
3. 一種渦輪分子泵，其特徵在於包括：渦輪翼泵部，包含固定翼及旋轉翼；牽引泵部，比所述渦輪翼泵部設置得靠排氣下游側；基底，形成著所述渦輪分子泵的殼體；以及保護構件，以覆蓋比所述渦輪翼泵部靠排氣下游側的接觸氣體面的方式能夠裝卸地設置，且防止堆積物對所述接觸氣體面的附著，其中 所述保護構件隔著隔熱材料而能夠裝卸地固定於與所述牽引泵部的下端面相向的所述基底的接觸氣體面。
4. 一種渦輪分子泵，其特徵在於包括：渦輪翼泵部，包含固定翼及旋轉翼；牽引泵部，比所述渦輪翼泵部設置得靠排氣下游側；排氣管；以及保護構件，以覆蓋比所述渦輪翼泵部靠排氣下游側的接觸氣體面的方式能夠裝卸地設置，且防止堆積物對所述接觸氣體面的附著，其中所述保護構件能夠裝卸地固定於所述排氣管的內部。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的渦輪分子泵，其中所述保護構件的表面形成著包含氟樹脂的黑色鍍鎳層。