WO2005119060A1

WO2005119060A1 - 真空排気装置

Info

Publication number: WO2005119060A1
Application number: PCT/JP2005/010044
Authority: WO
Inventors: Manabu Nonaka
Original assignee: Boc Edwards Japan Limited
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2005-12-15
Also published as: JP2005344610A; EP1811176A4; EP1811176A1

Abstract

　真空ポンプから真空装置へ伝播する振動の遮断率を向上させることを目的とする。　ターボ分子ポンプ１を真空シール構造４を介して主真空室２に接続する。さらに、副真空室３を主真空室２、真空シール構造４、ターボ分子ポンプ１の吸気口１１０を内包するように配設する。副真空室３の粗引き真空排気処理を粗引真空ポンプ６により行い、副真空室３を中真空状態とする。真空シール構造４は、中真空状態となっている副真空室３内に配設されるため、主真空室２と副真空室３との間の圧力差を極めて小さくすることができる。これにより、主真空室２へのガスのリーク量を小さい値に抑えることができる。また、真空シール構造４は、ターボ分子ポンプ１を支持する機能を担うものではないため、例えば、非接触シール構造や柔軟性の高いシール部材を用いることができる。

Description

明細書

真空排気装置

技術分野

[0001] 本発明は、半導体製造装置や電子顕微鏡装置などに用いられる真空チャンバ (真空装置）の排気処理を真空ポンプを用いて行う真空排気装置に関し、特に、例えば真空ポンプで発生した振動の伝達を抑制する機構を有するものに関する。

背景技術

[0002] 例えば、真空ポンプを用いて排気処理を行い、内部が真空に保たれるような真空装置を用いる装置には、半導体製造装置、電子顕微鏡、表面分析装置、微細加工装置などがある。

また、各種ある真空ポンプのうち、高真空の環境を実現するために多用されるものに、ターボ分子ポンプがある。

ターボ分子ポンプは、吸気口および排気口を有するケーシングの内部でロータが高速回転するように構成されている。ケーシングの内周面には、ステータ翼が多段に配設されており、一方、ロータにはロータ翼が放射状にかつ多段に配設されている。ロータが高速回転すると、ロータ翼とステータ翼との作用により気体が吸気口力吸引され、排気口から排出されるようになっている。

[0003] ターボ分子ポンプは、ロータが高速回転すると、モータのコギングトルクにより振動が発生する。また、ロータは、完全にバランスがとれてない場合には、軸の振れによる振動が発生するおそれもある。

また、ターボ分子ポンプは、タービンを高速回転させて排気処理行っているため、気体分子の衝突熱や、モータから発生する熱などより加熱されて高温状態となる場合がある。

このような、真空ポンプで生じる振動や熱が真空装置側に伝播してしまうと支障を来してしまうおそれがある。

そこで、従来、下記の特許文献をはじめ、真空ポンプからの振動あるいは熱の伝播を抑制するための技術が提案されてレ、る。 [0004] 特許文献 1 :特開 2002— 295581公報

特許文献 2：特開 2002— 227765公報

[0005] 特許文献 1には、真空ポンプと真空装置とをダンバを介して接続し、真空ポンプで発生した振動をダンバで吸収することによって、真空装置への振動の伝播を抑制する技術が開示されている。

振動の吸収のために用いられるダンバは、ベローズにラバー等を巻き付けた構造となっている。

このべローズは、外周にちょうちん状の深いひだをもった円筒状の形状をしており、側面のひだが伸び縮みすることによって弾力性を発揮し、振動を吸収 (減衰）させるようになつている。

[0006] また、特許文献 2には、真空ポンプと真空装置とを、熱伝導率の高い部材 (配管）を介して接合し、この部材を水冷や空冷などの冷却方法を用いて冷却することによって、真空装置への熱の伝播を抑制する技術が開示されている。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] ところで、振動を吸収するために従来用いられているダンパは、真空ポンプを支持する機能を担っているだけでなぐ大気中に配置されるため、真空排気流路と大気との圧力差に耐えうる構造が必要となる。そのため、ダンバには、ある程度の高い剛性が要求されている。

し力しながら、このような剛性の高いダンパは、真空装置へ伝播する振動を遮断 (減衰）させる能力が低いものであった。

そこで、本発明は、真空ポンプから真空装置へ伝播する振動の遮断率を向上させることができる真空排気装置を提供することを第 1の目的とする。

さらに、本発明は、真空ポンプから真空装置へ伝播する熱の遮断率を向上させることができる真空排気装置を提供することを第 2の目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 請求項 1記載の発明では、主真空室と、前記主真空室の真空排気処理を行う真空ポンプと、前記主真空室および前記真空ポンプの吸気口を内包し、粗真空排気処理される副真空室と、を備え、前記主真空室と前記真空ポンプとは、前記主真空室と前記副真空室との間における気体の漏洩を防止あるいは低減するシール構造を介して接合されていることにより前記第 1の目的を達成する。

[0009] 請求項 1記載の発明において、主真空室および副真空室は、例えば、制振装置や除振装置を介して設置することが好ましい。この制振装置や除振装置は、例えば、外部振動の伝播を好適に抑制することが可能な、アクティブ制御方式を用いた装置が好ましい。

請求項 1記載の発明において、シール構造は、例えば、密封 (シール)強度の低いシール構造、密封 (シール)性の緩いシール構造、脆弱なシール構造等で構成することが好ましい。

[0010] 請求項 2記載の発明では、請求項 1記載の発明において、前記主真空室と前記真空ポンプとは、所定の間隙、非接触シール、シール部材、又は、前記主真空室と前記副真空室間の圧力差に応じて変形する弾性部材を介して接合されていることにより前記第 1または前記第 2の目的を達成する。

[0011] 請求項 2記載の発明において、所定の隙間は、例えば、副真空室からの気体のリーク量と、このリーク量が主真空室内の到達圧力に与える影響に基づいて算出される値であることが好ましい。

請求項 2記載の発明において、非接触シールとして、例えば、隙間の部分を複雑な流路によって構成するラビリンスシールを用いることが好ましぐこの流路のクリアランス（空隙幅）は、例えば、主真空室からの気体のリーク量と、このリーク量が主真空室内の到達圧力に与える影響に基づいて算出される値であることが好ましい。

[0012] 請求項 2記載の発明において、シール部材として、例えば、剛性の低レ、、即ち柔軟性の高い部材、詳しくは、ラバーやポリマー材を用いることが好ましい。さらに、シール部材として、例えば、熱伝導率又は温度伝導率の低い部材、即ち断熱性の高い部材を用いることが好ましい。

請求項 2記載の発明において、弾性部材として、例えば、弾性率の低い部材を用レ、ることが好ましぐ金属板等を用いるようにしてもよい。さらに、前記弾性部材は、例えば、熱伝導率又は温度伝導率の低い部材、即ち断熱性の高い部材を用いることが好ましい。

[0013] また、前記弾性部材として、例えば、本体部とコーティング部の複合（張り合わせ）構造を有する薄板弁形状の部材を用い、前記コーティング部が主真空室から真空ポンプに至る気体移送路 (排気経路）に臨むように構成してもよい。この場合、本体部は、例えば、柔軟性の高いラバー、ポリマー材等を用い、一方、コーティング部は、例えば、本体部の有する弾性特性に影響を与えない程度の、柔軟性のある金属であるステンレス鋼やアルミニウムを用いることが好ましい。

弾性部材がこのように構成される場合には、弾性部材は、例えば、主真空室から真空ポンプに至る気体移送路 (排気経路)側の圧力が副真空室の圧力よりも低レ、場合には、副真空室と気体移送路 (排気経路)とをシール (密封)し、主真空室から真空ポンプに至る気体移送路 (排気経路）の圧力が副真空室の圧力よりも高くなつた場合には、シール (密封）を解消するように変形することが好ましい。このような場合、例えば、前記弾性部材と接触する相手側（主真空室側）における接触面 (摺動接合面）に硬レ、材質のコーティング処理を施すようにしてもょレ、。

[0014] 請求項 3記載の発明は、請求項 1又は請求項 2記載の発明において、前記副真空室の粗真空排気処理を行う粗真空ポンプを備え、前記真空ポンプの排気口は、前記副真空室と連通している。

発明の効果

[0015] 本発明によれば、真空ポンプ力真空装置へ伝播する振動あるいは熱の遮断率を向上させることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明の好適な実施の形態について、図 1〜図 7を参照して詳細に説明する。

図 1は、本実施の形態に係る真空排気装置の概略構成を示した図である。本実施の形態に係る真空排気装置では、真空室を主真空室 2と、この主真空室 2を内包する副真空室 3とで構成した二重真空室構造 (二重ケーシング構造)をとつている。

本実施の形態に係る真空排気装置は、大別すると、ターボ分子ポンプ 1、主真空室 2、および副真空室 3の 3つの装置から構成されている。そして、本実施の形態の特徴部分の 1つである真空シール構造 4力ターボ分子ポンプ 1と主真空室 2との接合（結合)部に設けられている。

[0017] 次に、これら各構成について説明する。

ターボ分子ポンプ 1は、主真空室 2の排気処理を行うための真空ポンプである。このターボ分子ポンプ 1は、ターボ分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部を備えた、いわゆる複合翼タイプの分子ポンプである。

ターボ分子ポンプ 1の外装体を形成する上部ケーシング 101は、略円筒状の形状をしており、上部ケーシング 101の下部（排気口 111側）に設けられた下部ケーシング 102と共にターボ分子ポンプ 1の筐体を構成している。そして、この筐体の内部には、ターボ分子ポンプ 1に排気機能を発揮させる構造物が収納されてレ、る。

これら排気機能を発揮する構造物は、大きく分けて回転自在に軸支された回転部と筐体に対して固定された固定部から構成されている。

[0018] ターボ分子ポンプ 1の筐体を構成する上部ケーシング 101および下部ケーシング 1 02は、各々の結合部分に設けられた取り付け部をボルト等の締結部材を用いて固定することによって結合されてレ、る。

上部ケーシング 101および下部ケーシング 102の双方の取り付け部は、ターボ分子ポンプ 1の外周側に張り出したフランジ形状をしている。

さらに上部ケーシング 101における取り付け部には、下部ケーシング 102の取り付け部に対してさらに外周側へ張り出したフランジ部 118が形成されている。

[0019] なお、上部ケーシング 101のもう一方の端部には、当該ターボ分子ポンプ 1に気体を導入するための吸気口 110が形成されている。

また、下部ケーシング 102には、当該ターボ分子ポンプ 1から気体を排気するための排気口 111が形成されてレ、る。

[0020] 回転部は、回転軸であるシャフト 104、このシャフト 104に配設されたロータ 105、口ータ 105に設けられたロータ翼 106、排気口 111側（ねじ溝式ポンプ部）に設けられたステータコラム 107などから構成されている。

ロータ翼 106は、シャフト 104の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してシャフト 104から放射状に伸びたブレードからなる。

また、ステータコラムは、ロータ 105の回転軸線と同心の円筒形状をした円筒部材からなる。

シャフト 104の軸線方向中程には、シャフト 104を高速回転させるためのモータ部 1 09が設けられている。

さらに、シャフト 104のモータ部 109に対して吸気口 110側、および排気口 111側には、シャフト 104をラジアル方向（径方向）に軸支するための径方向磁気軸受装置 112、 113、シャフト 104の下端には、シャフト 104を軸線方向（アキシャル方向）に軸支するための軸方向磁気軸受装置 114が設けられている。

[0021] 筐体の内周側には、固定部が形成されている。この固定部は、吸気口 110側（ターボ分子ポンプ部）に設けられたステータ翼 115と、下部ケーシング 102の内周面に形成されたねじ溝部 116などから構成されている。

ステータ翼 115は、シャフト 104の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して筐体の内周面力らシャフト 104に向かって伸びたブレードから構成されている。各段のステータ翼 115は、円筒形状をしたスぺーサ 117により互いに隔てられている。

ターボ分子ポンプ部では、ステータ翼 115が軸線方向に、ロータ翼 106と互い違いに複数段形成されている。

[0022] ねじ溝部 116には、ステータコラム 107との対向面にらせん溝が形成されている。

ねじ溝部 116は、所定のクリアランス（間隙）を隔ててステータコラム 107の外周面に対面するようになっている。ねじ溝部 116に形成されたらせん溝の方向は、らせん溝内をロータ 105の回転方向にガスが輸送された場合、排気口 111に向力方向である。

また、らせん溝の深さは、排気口 111に近づくにつれ浅くなるようになつており、らせん溝を輸送されるガスは排気口 111に近づくにつれて圧縮されるようになってレ、る。このように構成されたターボ分子ポンプ 1により、主真空室 2内の真空排気処理を行うようになっている。

[0023] ターボ分子ポンプ 1は、回転部を高速回転させて排気処理行っているため、気体（ガス）分子の衝突熱や、モータ部 109から発生する熱などより加熱されて高温状態となる場合がある。

しかし、上部ケーシング 101の端部に形成されている吸気口 110部の圧力は、主真空室 2内の圧力とほぼ等しくなるようになつているため、対流による熱伝達 (対流熱伝達）は起こりにくい構造となっている。

[0024] また、ターボ分子ポンプ 1では、回転部が高速回転すると、モータ部 109で生じるコギングトルクにより振動が発生する場合がある。また、ロータ 105のバランスが完全にとれていない場合には、シャフト 104の振れによる振動も発生してしまう。

このような、ターボ分子ポンプ 1の内部で生じる振動は、筐体を構成する上部ケーシング 101や下部ケーシング 102に伝達してしまう。

[0025] 次に、主真空室 2について説明する。

主真空室 2は、例えば、半導体製造装置用のチャンバや、電子顕微鏡の測定室として用いられる真空装置を形成してレ、る。

主真空室 2は、主真空室壁 21によって構成された、排気ポート 22を有する真空容器である。主真空室壁 21は、強度のある金属、例えば、アルミニウム合金厚板等により形成されている。

[0026] 排気ポート 22は、主真空室 2を真空排気する際に内部ガスの排気口として機能する。ターボ分子ポンプ 1と主真空室 2とは、この排気ポート 22を介して接続 (結合）されるようになっている。

また、本実施の形態における排気ポート 22は、主真空室 2に対して内側に張り出したフランジ状に形成されているが、主真空室 2に対して外側に張り出したフランジ状に形成するようにしてもよい。

排気ポート 22の開口部分の面積 (大きさ）は、接続されるターボ分子ポンプ 1の吸気口 110あるいは、真空シール構造 4の形状に応じた適切な値となっている。

図示されていないが、主真空室壁 21には、例えば、主真空室 2内で扱う試料の取り出し口や、各種装置の配線の引き込み口が設けられている場合もある。なお、このような開口部を設けた場合には、ガスのリークを避けるために、開口部には、シール (密封）処理を施す。 [0027] 次に、副真空室 3について説明する。

副真空室 3は、主真空室 2、真空シール構造 4およびターボ分子ポンプ 1の上部ケ一シング 101の領域を内包するように設けられた真空装置である。

副真空室 3は、副真空室壁 31によって構成され、粗排気ポート 32およびターボ分子ポンプ 1を貫通させるためのポンプ貫通ポート 33を有する真空容器である。副真空室壁 31は、主真空室壁 21同様、強度のある金属、例えば、アルミニウム合金厚板等により形成されている。

[0028] 副真空室 3は、粗引真空ポンプ 6によって、粗引き真空排気 (粗真空排気処理）が行われるようになつている。

粗排気ポート 32は、副真空室 3を粗引き真空排気する際に内部ガスの排気口として機能する。

粗引真空ポンプ 6は、粗排気ポート 32に接続された粗引切替弁 7を介して副真空室 3と接続されている。

[0029] 粗引切替弁 7は、一方が粗排気ポート 32に接続されており、もう一方が、ターボ分子ポンプ 1の排気口 111に接続されてレ、る。この粗引切替弁 7を切り替えることによつて、粗引真空ポンプ 6によって排気処理される気体の流路が選択できるようになっている。即ち、粗引切替弁 7を切り替えることによって、粗引真空ポンプ 6へ導入される気体の供給元を、例えば、粗排気ポート 32のみ、ターボ分子ポンプ 1の排気口 111 のみ、粗排気ポート 32およびターボ分子ポンプ 1の排気口 111の双方のように切り替えることができるようになってレ、る。

なお、本実施の形態では、粗引切替弁 7を介して、粗引真空ポンプ 6を接続するようになつているが、粗引真空ポンプ 6はこれに限定されるものではなレ、。例えば、粗排気ポート 32に粗引真空ポンプ 6の吸気口を直接接続するようにしてもよい。

[0030] ポンプ貫通ポート 33にターボ分子ポンプ 1の上部ケーシング 101を嵌め込み、その嵌め込んだ状態で、副真空室 3は、ターボ分子ポンプ 1と結合されている。副真空室 3とターボ分子ポンプ 1は、ポンプ貫通ポート 33の外周部に設けられているフランジ状の取り付け部と、ターボ分子ポンプ 1の上部ケーシング 101に設けられたフランジ部 118とをボルト等の締結部材を用いて固定することによって結合されている。なお、ターボ分子ポンプ 1と副真空室 3との接合部からのガスのリークを避けるために、接続部には、シール (密封）処理が施されている。シール処理としては、例えば、〇リング等のシール部材を介在させるようにする。

[0031] このように、副真空室 3は、ターボ分子ポンプ 1の筐体（詳しくは、上部ケーシング 1 01)に直接結合されている。そのため、ターボ分子ポンプ 1の振動が直接フランジ部 118を介して副真空室 3に伝播してしまう。

この副真空室 3に伝播した振動が主真空室 2へさらに伝播することを抑制するために、図 1に示す本実施の形態においては、主真空室 2は、制振装置 5を介在させて副真空室壁 31に固定されてレ、る。制振装置 5を介して主真空室 2を固定 (支持）することによって、主真空室 2と副真空室 3とを機械的な振動の面から絶縁することができるようになつている。

[0032] 主真空室 2への振動の伝播を適切に抑制（遮断)するために、制振装置 5は、例えば、アクティブ制御方式を用いた装置であることが好ましい。また、制振装置 5の代わりに、振動吸収効率の高い除振装置を用いるようにしてもよレ、。

このように、主真空室 2を振動の面から外部（取付設置部）と絶縁（隔絶)することによって、主真空室 2内で扱う試料や装置等に及ぼされる影響を低減させることができる。

[0033] 次に、真空シール構造 4について説明する。

真空シール構造 4は、主真空室 2の排気ポート 22とターボ分子ポンプ 1の吸気口 1 10との接続 (結合）部に設けられた、主真空室 2と副真空室 3とをシールするための構造である。

真空シール構造 4を設けて主真空室 2と副真空室 3との間に生じる気体のリークを抑制あるいは低減させることにより、主真空室 2の排気効率を向上させることができる

[0034] この真空シール構造 4は、既に真空（中真空）状態となっている副真空室 3内に配設されるようになつている。そのため主真空室 2と副真空室 3との間の圧力差を極めて小さくすることができる。これにより、主真空室 2へのガスのリーク量を小さい値に抑えること力 Sできるようになってレ、る。また、真空シール構造 4は、既に真空（中真空)状態となっている副真空室 3内に配設されることにより、主真空室 2に求められる真空到達性能によっては、比較的単純な (簡単な)構造のシール構造を採用することができる。

さらに、本実施の形態に係る真空シール構造 4は、大気中に配設されていないだけでなぐターボ分子ポンプ 1を支持する機能を担うものではないため、従来技術で説明したようなダンパほどの剛性の高い部材で構成する必要がなレ、。従って、真空シール構造 4には、高レ、剛性特性を求める必要がなレ、。

[0035] 続レ、て、真空シール構造 4の具体的な構成にっレ、て説明する。

図 2 (a)は、隙間 dを用いた場合の真空シール構造 4を示した図である。図 2 (b)は、ラビリンスシールを用いた場合の真空シール構造 4を示した図である。図 2 (c)は、シール部材 43を用いた場合の真空シール構造 4を示した図である。

[0036] はじめに、隙間 dを用いて真空シール構造 4を構成した例について説明する。

この実施の形態では、図 2 (a)に示すように、主真空室 2とターボ分子ポンプ 1との間に所定の隙間 dを設けることで真空シール構造 4を構成している。

詳しくは、排気ポート 22の外周を形成する主真空室壁 21における副真空室 3に対面する面（外側面）と、ターボ分子ポンプ 1の上部ケーシング 101における吸気口 11 0側の端面との間に、所定の間隔、即ち隙間 dを設けることによって、真空シール構造 4を構成している。

[0037] ここで、主真空室 2とターボ分子ポンプ 1との間に設けられる隙間 dの導出（算出）方法について説明する。

隙間 dは、この隙間 dを通過するガスのリーク量が所望の値となるように設定されている。

はじめに、隙間 dからのガスのリーク量 Q [Pam/s]を算出する方法について説明する。

ここでは、排気ポート 22の直径 <i) Dが隙間 dよりも十分大きいと仮定し、平行となるように配置された長方形の 2面の間を通過するガスの流量をリーク量とする。なお、 2 面の間（以下、平行 2面間とする）とは、排気ポート 22の外周を形成する主真空室壁 21における副真空室 3に対面する面（外側面）と、ターボ分子ポンプ 1の上部ケーシング 101における吸気口 110側の端面との間に相当する。

[0038] 平行 2面間の気体の流れやすさを表す排気抵抗の逆数、即ちコンダクタンス C[m Zs]は、長方形の短辺 2を L、長辺を A、平行 2面間の補正係数を K[L/d]とした場合、次式で表される。

(式 1) C = 309-K-A-d/L ただし、 K=3/81n(L/d)

一方、主真空室 2内圧力を PI [Pa]、副真空室 3内圧力を P2[Pa]、ターボ分子ポンプ 1の吸気口 110圧力を Pb[Pa]、ターボ分子ポンプ 1の排気速度 Sb[mZs]とすると、コンダクタンス Cの定義（式 1)より、次式が成立する。

(式 2) Q = C(P2-P1)

(式 3) Q = PbXSb

[0039] ここで、定常状態を Pb = Plとする。

そして、排気ポート 22の直径 φ Dであるので、 Α= π Dとなり、これらの条件に基づレ、て式を解くと、隙間 dと主真空室 2内圧力 P1 (到達圧力）の関係を求めることができる。なお、主真空室壁 21面からの放出ガス量は、 Qに対して十分小さいものとして省略する。

従って、隙間 dの値は、隙間 dと主真空室 2内圧力 P1 (到達圧力）の関係に基づいて導き出すことができる。

このように、隙間 dは、主真空室 2からの気体のリーク量と、このリーク量が主真空室 2内の到達圧力に与える影響に基づいて算出（決定）される値となっている。

[0040] 続いて、主真空室 2内圧力 P1 (到達圧力）の実際の算出例について示す。

ここでは、 Sb = 2. 0[mZs]、 φΌ = 0. 25[m]、 L = 50[mm]、隙間 d = 0. 5 [mm ]との条件に基づいて PIを算出する。 φΌ = 0. 25[m]であるので、 Α 0. 94[m]となる。

そして、 K=l. 73とすると、上記（式 1)より、 C = l. 60X10[Pa]となる。一方、定常状態を Pb = Plとし、副真空室 3内圧力 P2を lX10[Pa]とすると、（式 2 )および（式 3)より、 Pl=4X10[Pa]となる。

[0041] このような条件下であれば、隙間 d=0. 5 [mm]において、主真空室 2内の圧力は十分に低圧状態となっているため、隙間 dを用いた非接触タイプの真空シール構造 4 は、真空シールとして機能していることがわかる。

このように、真空シール構造 4は、既に真空（中真空)状態となっている副真空室 3 内に配設されているため、隙間 dを介在させるようなシール構造であっても、十分に真空排気装置の仕様を満足することができる。

[0042] 上述したように、隙間 dによる真空シール構造 4を用いた場合、真空シール構造 4部分において、主真空室壁 21とターボ分子ポンプ 1とは物理的 (機械的）に接触していない。そのため、ターボ分子ポンプ 1で発生した振動が真空シール構造 4を介して伝播することを適切に抑制（遮断)することができる。

また、振動だけでなくターボ分子ポンプ 1で発生した熱も真空シール構造 4を介して伝導することがなくなるため、主真空室 2の加熱による温度上昇を抑制することができる。

[0043] 次に、図 2 (b)に示す、ラビリンスシールを用いて真空シール構造 4を構成した例について説明する。

ラビリンスシールとは、非接触シールの一種であり、隙間の部分を複雑な流路によつて構成することによって、気体 (流体）のリークを抑制（遮断)するものである。

このラビリンスシールによって真空シール構造 4を構成することにより、前述した隙間 dを用いた場合よりも、さらに真空シール特性を向上させることができる。即ち、よりリーク量を減少させることができる。これにより、主真空室 2は、より低い圧力に達すること力 Sできる。

[0044] 本実施の形態に係る真空シール構造 4におけるラビリンスシールは、ターボ分子ポンプ 1の上部ケーシング 101における吸気口 110側の端面から突起した環状の突起部 41と、主真空室 2の排気ポート 22の外周を形成する主真空室壁 21における副真空室 3に対面する面（外側面）から突起した環状の突起部 42と、力構成されている突起部 41および突起部 42は、それぞれ半径方向に隙間を介して複数形成されている。そして、これらの突起部 41および突起部 42は互いに、間に空隙（クリアランス）を設けた状態で、即ち、非接触状態で嚙み合うように配置されている。

このように、嚙み合わされた突起部 41および突起部 42によってジグザグに形成された空隙によって、複雑な気体の流路が形成されるようになっている。

さらに機密性を高める必要性がある場合には、突起部 41および突起部 42の対を追加して、ラビリンスシールに形成されるジグザグの流路を長く複雑にするようにする

[0045] 上述したように、ラビリンスシールによる真空シール構造 4を用いた場合、真空シール構造 4部分において、主真空室壁 21とターボ分子ポンプ 1とは物理的 (機械的）に接触していなレ、。そのため、ターボ分子ポンプ 1で発生した振動が真空シール構造 4 を介して伝播することを適切に抑制（遮断)すること力 Sできる。

さらに、振動だけでなくターボ分子ポンプ 1で発生した熱も真空シール構造 4を介して伝導することがなくなるため、主真空室 2の温度上昇を抑制することができる。

[0046] 次に、図 2 (c)に示す、シール部材 43を用いて真空シール構造 4を構成した例について説明する。

前述したラビリンスシールを用いた真空シール構造 4よりも、さらに高い真空シール特性を要求するような場合には、シール部材 43を用いた接触シールを用いる必要がある。

このような場合であっても、シール部材 43は、既に真空（中真空）状態となっている副真空室 3内に配設されるため、剛性の高レヽ部材で構成する必要がなレ、。

従って、シール部材 43は、剛性の低レ、、即ち柔軟性の高い振動の吸収特性に優れた材質によって形成することができる。

[0047] 本実施の形態に係るシール部材 43を用いた真空シール構造 4は、主真空室 2の排気ポート 22の外周を形成する主真空室壁 21における副真空室 3に対面する面（外側面）と、ターボ分子ポンプ 1の上部ケーシング 101における吸気口 110側の端面との間に配設されたシール部材 43によって構成されている。

このシール部材 43は、ターボ分子ポンプ 1の上部ケーシング 101における吸気口 1 10側の端面上に固定された環状の部材である。

このシール部材 43は、柔軟性の高い部材、例えば、弾性率の低レ、ラバーやポリマー材等によって形成されている。

[0048] そして、シール部材 43の柔軟性の高い特性を利用することによって、主真空室 2と副真空室 3とに、圧力差が生じるような場合においても、この圧力差によって作用する力に対応して形状を柔軟に変形させることができる。

そのため、常時、シール部材 43と、主真空室 2の排気ポート 22の外周を形成する主真空室壁 21における副真空室 3に対面する面（外側面）との接触 (密封）状態を容易に保持することができる。

[0049] また、環状のシール部材 43の代わりに、外周にちょうちん状の深いひだをもった円筒状のベローズを用いるようにしてもよレ、。

本実施の形態における真空シール構造 4には、直接大気圧が作用しない。それだけでなぐ真空シール構造 4には、主真空室 2を支持する、あるいはターボ分子ボンプ 1を支持する機能は要求されていないため、このべローズは高い剛性を必要としない。

従って、ベローズも、柔軟性の高い材質によって形成することができる。

[0050] 上述したように、シール部材 43による真空シール構造 4を用いた場合、主真空室壁 21とターボ分子ポンプ 1とは、柔軟性の高い部材で接続 (結合）させることができる。そのため、ターボ分子ポンプ 1で発生した振動をこのシール部材 43で適切に吸収すること力 Sできる。

また、柔軟性の高さだけでなぐ断熱性の高さも考慮した材質によってシール部材 4 3を形成することにより、振動だけでなくターボ分子ポンプ 1で発生した熱力真空シール構造 4を介して伝導することを抑制することができる。

このように、本実施の形態によれば、主真空室 2へ伝達する振動の減衰特性および熱伝達特性を著しく向上させることができる。

[0051] 次に、真空シール構造 4の別の実施の形態について説明する。

図 3は、弾性体 44を用いた場合の真空シール構造 4を示した図である。本実施の形態に係る弾性体 44を用いた真空シール構造 4は、主真空室 2の排気ポート 22の外周を形成する主真空室壁 21における副真空室 3に対面する面（外側面）と、ターボ分子ポンプ 1の上部ケーシング 101における吸気口 110側の端面との間に、配設された弾性体 44、この弾性体 44を固定するための溝 45によって構成されている。この弾性体 44は、本体部を形成する環状の薄板の本体部 46と、本体部 46の一方の面上に張り合わせられた金属板 47とで構成されている。

[0052] 本体部 46は、柔軟性の高い弾性部材、例えば、弾性率の低レ、ラバーやポリマー材等によって形成されている。

金属板 47は、本体部 46の一方の面をコーティングするように張り合わせられた金属製の薄板であり、本体部 46の有する弾性特性に影響を与えない程度の、柔軟性のある金属、例えば、ステンレス鋼やアルミニウムによって形成されている。

そして、本体部 46と金属板 47との複合（張り合わせ)構造によって構成された環状の弾性体 44は、その外周端へ向力う領域において、金属板 47の面が本体部 46側に反るように、即ち、金属板 47の面が湾出するように、湾曲に形成されている。

[0053] 一方、本体部 46は、その内周端へ向力う領域において、金属板 47が外側面を形成するように、断面コの字型に形成されている。

なお、コの字型の部分は、ターボ分子ポンプ 1の上部ケーシング 101の端部に形成された環状の溝 45と嵌合するようになつている。

この弾性体 44のコの字型の部分を溝 45に嵌合して固定することによって、真空シール構造 4が構成される。

本実施の形態において弾性体 44は、弾性体 44を取り付けた状態、即ち、この弾性体 44に何の力も作用しない状態において、金属板 47の面の一部が主真空室壁 21 と軽く接触するように配設されてレ、る。

この真空シール構造 4では、湾曲部分において、弾性体 44の金属板 47の面力主真空室 2から排気される気体の流路 (気体移送路）と対向し、一方の本体部 46の面力副真空室 3と対向するようになっている。

[0054] 続いて、弾性体 44によって構成される真空シール構造 4の動作について説明する図 4 (a)は、主真空室 2内圧力（Pl) >副真空室 3内圧力（P2)の場合における弾性体 44の状態を示した図である。

図 4 (b)は、主真空室 2内圧力（P1)≤副真空室 3内圧力（P2)の場合における弾性体 44の状態を示した図である。図 4 (a)に示すように、主真空室 2内圧力（P1)が副真空室 3内圧力（P2)より高い（ P1 >P2)場合には、圧力差により生じる力が、主真空室 2側から、即ち、気体の流路 (気体移送路)側から弾性体 44と主真空室壁 21との接触部を押し開く方向に作用する。

従って、この圧力差により生じる力の作用によって、弾性体 44がさらに本体部 46側、即ち副真空室 3側に反る（湾曲する）ように変形し、弾性体 44と主真空室壁 21との間に空隙が形成される。

[0055] そして、弾性体 44と主真空室壁 21と間に形成された隙間は、主真空室 2から副真空室 3へ気体をリークさせて、主真空室 2の圧力を低下させるように機能するようになつている。

つまり、この隙間を形成することにより、主真空室 2と副真空室 3との圧力差がなくなる方向に状態を移行させることができる。

[0056] 一方、図 4 (b)に示すように、主真空室 2内圧力（P1)が副真空室 3内圧力（P2)より低い（P1 < P2)の場合には、圧力差により生じる力力副真空室 3側から、弾性体 44 の反りを戻す方向に作用する。

従って、この圧力差により生じる力の作用によって、弾性体 44が金属板 47側、即ち主真空室 2側へ反り（湾曲部）が戻るように変形し、弾性体 44と主真空室壁 21とが接触する。

[0057] そして、弾性体 44と主真空室壁 21とが接触してシール (密封)構造を形成する。これにより、副真空室 3から主真空室 2への気体のリークが遮断される。

つまり、弾性体 44によって、主真空室 2と副真空室 3とがシールされることにより、適切に主真空室 2の低圧状態を保持することができるため、真空排気処理の効率を向上させることができる。

[0058] ところで、弾性体 44を用いた真空シール構造 4では、上述したように、接触状態と非接触状態の双方の状態が存在している。特に、接触状態においては、接触する際の衝撃により、接触部から摩耗片が発生するおそれがある。このような摩耗片は、主真空室 2内に進入して装置等に障害をきたすおそれがある。

そこで、このような接触部面の摩耗を抑制するために、図 3に示すように、弾性体 44 と接触する、主真空室壁 21における副真空室 3に対面する面（外側面）に、コーティング部材 48を設けるようにしてもよい。

[0059] なお、このコーティング部材 48の材質としては、母体部である副真空室壁 31および金属板 47を形成する金属よりも硬度の高いある金属等を用いるようにする。例えば、母体部がステンレス鋼もしくはアルミニウムの場合には、コーティング部材 48を Ti〇 ( 酸化チタン）、 TiN (窒化チタン）、 DLC (Diamond Like Carbon)等が有効であるこのようなコーティング部材 48を設けることにより、弾性体 44の接触部（摺動部）における摩耗片の発生を低減させることができる。

[0060] また、ラバーやポリマー材等は、金属とは異なり、超高真空状態となる部位に設けた場合には、部材自体からガスが放出されることがある。そして、部材から放出されたガスが真空装置に何らかの影響を与えるおそれがある。

しかし、上述したような、弾性体 44を用いた真空シール構造 4では、弾性体 44の主真空室 2と対向する部分を金属板 47を用いてコーティングすることによって、本体部 46から放出されたガス力主真空室 2へ直接流出しないようにすることができる。従って、本体部 46を形成する部材として、ラバーやポリマー材等を用いることができる。

弾性体 44は、ラバーやポリマー材等を用いた本体部 46と金属板 47との複合（張り合わせ)構造によって構成することにより、弾性体 44を金属製の部材のみで構成した場合よりも、剛性を高ぐかつ柔軟性を高く（ダンピング特性を良く）することができる。

[0061] ところで、従来、主真空室 2と副真空室 3との連通ポートが、ターボ分子ポンプ 1起動する前の主真空室 2の粗引き真空排気処理を行う際にのみ必要となっていた。しかし、弾性体 44を用いて真空シール構造 4を構成することにより、主真空室 2の粗引き真空排気処理時には、弾性体 44が開放されるため、別途連通ポートを設ける必要がなくなる。

これにより、真空排気装置のコスト低減に繋がるだけでな装置の構造および制御シーケンスを簡単にすることができる。

[0062] 次に、ターボ分子ポンプ 1における排気口 111 (排気部）の接続方法の変形例について説明する。

図 5は、本実施の形態に係る真空排気装置における、ターボ分子ポンプ 1の排気口 111の接続方法の第 1変形例を示した図である。

なお、上述した図 1に示す実施の形態と同一部分 (重複する箇所）には、同一の符号を用レ、詳細な説明を省略する。

本実施の形態に係る接続方法の第 1変形例では、副真空室 3にさらにターボ分子ポンプ 1の排気口 111から排出される気体を吸入するための接続ポート 34が設けられている。

この接続ポート 34とターボ分子ポンプ 1の排気口 111とは、排気ダクト 35によって接続されている。

そして、副真空室 3の粗排気ポート 32は、粗引真空ポンプ 6に接続されるようになつている。

[0063] 接続方法の第 1変形例では、主真空室 2内の気体 (ガス）が、ターボ分子ポンプ 1の吸気口 110に導入され、そしてターボ分子ポンプ 1の排気口 111から排出される。次にターボ分子ポンプ 1から排気された気体は、排気ダクト 35を経由して副真空室 3へ導入され、副真空室 3内の気体と混じる。

そして、副真空室 3内の気体は、粗排気ポート 32を通過して副真空室 3から排気される。なお、副真空室 3内の粗引き真空排気 (粗真空排気処理）は、粗引真空ポンプ 6によって行われる。

このように、ターボ分子ポンプ 1から排出される気体を、副真空室 3内の気体と合わせて粗引き真空排気処理をすることにより、図 1に示される粗引切替弁 7を用いることなく真空排気装置を構成することができる。即ち、真空排気処理装置における粗引き真空ポンプ 6を、主真空室 2および副真空室 3ごとに複数設ける必要がなくなる。

[0064] 図 6は、本実施の形態に係る真空排気装置における、ターボ分子ポンプ 1の排気口 111の接続方法の第 2変形例を示した図である。

なお、上述した図 1に示す実施の形態および接続方法の第 1変形例と同一部分（重複する箇所）には、同一の符号を用い詳細な説明を省略する。

本実施の形態に係る接続方法の第 2変形例は、さらに接続方法の第 1変形例で用レ、られている排気ダクト 35を排除することを可能にした構成となっている。

接続方法の第 2変形例では、ターボ分子ポンプ 1の筐体を構成する上部ケーシング 101 'が、図 1に示される上部ケーシング 101の軸方向の長さよりもさらに延長されている。

この上部ケーシング 101 'は、その軸線排気方向側の端面力当該ターボ分子ボンプ 1の端部近傍に設けられる程度に延長されている。そのため、排気口 111 'が上部ケーシング 101 'の側面に形成されるように構成されている。

[0065] ターボ分子ポンプ 1は、上部ケーシング 101 'を副真空室 3に嵌め込んだ状態で副真空室 3と結合されている。従って、ターボ分子ポンプ 1の排気口 111 'は、副真空室 3と連通するように配置される。

これにより、ターボ分子ポンプ 1から排気される気体は、排気口 111 'から副真空室 3へ導入することができる。即ち、図 5に示される接続方法の第 1変形例に設けられてレ、る、ターボ分子ポンプ 1の排気口 111と副真空室 3とを接続するための排気ダクト 3 5を排除することができる。

[0066] 接続方法の第 2変形例によれば、ターボ分子ポンプ 1から排出される気体を、直接副真空室 3へ導入し、副真空室 3内の気体と合わせて粗引き真空排気処理をすることにより、図 1に示される粗引切替弁 7を用いることなぐさらに、排気ダクト 35を設けることなく真空排気装置を構成することができる。

[0067] 次に、本実施の形態に係る真空排気装置における主真空室 2の固定方法の変形例について説明する。

図 7 (a)は、本実施の形態に係る真空排気装置における、主真空室 2の固定方法の第 1変形例を示した図である。

図 7 (b)は、本実施の形態に係る真空排気装置における、主真空室 2の固定方法の第 2変形例を示した図である。

[0068] 図 7 (a)に示す固定方法の第 1変形例では、図 1に示される本実施の形態の構成にさらに、副真空室 3を制振装置 51を介在させて接地面（固定面）に固定する構成をとつている。

制振装置 51を介して、副真空室 3を接地面に対して固定することによって、さらに、接地面と副真空室 3とを機械的な振動の面から絶縁することができるようになつている。これにより、接地面（固定面）から副真空室 3へ伝播する、例えば地震による振動等の外乱的振動を適切に抑制（低減）させること力できる。

[0069] 図 7 (b)に示す固定方法の第 2変形例では、副真空室 3を制振装置 51を介在させて接地面（固定面）に固定し、主真空室 2を制振装置 52を介在させて接地面（固定面）に固定する構成をとつている。

なお、主真空室 2を支持する制振装置 52は、副真空室壁 31を貫通させて配設しなければならないため、副真空室壁 31の制振装置 52が貫通する箇所からガスがリークするおそれがある。

そのため、副真空室壁 31の制振装置 52が貫通する箇所には、シール部材 53によつてシール (密封）処理が施されている。シール部材としては、例えば、 Oリング等を用いるようにする。

制振装置 52を介し主真空室 2を接地面に対して固定することによって、副真空室 3 力らもたらされる主真空室への振動の影響を低減させることができる。

なお、固定方法の変形例 1および変形例 2で用いられている制振装置 51、 52は、制振装置 5と同様の、例えば、アクティブ制御方式を用いた装置であることが好ましい。また、制振装置の代わりに、例えば、振動吸収効率の高い除振装置を用いるようにしてもよい。

[0070] 上述したような、真空室を主真空室 2と副真空室 3の二重構造とし、ターボ分子ボンプ 1と主真空室 2との間に設けられた真空シール構造 4を副真空室 3内に配設した本実施の形態によれば、ターボ分子ポンプ 1で発生した熱、ターボ分子ポンプ 1の不具合時等に発生する振動、またはターボ分子ポンプ 1本体に力かるモーメントを主真空室 2へ伝播 (伝達)させない、あるいは減衰 (低減）させること力できる。

従って、ターボ分子ポンプ 1で生じた振動や熱が主真空室 2側に与える影響を抑制 (低減）させることができる。

図面の簡単な説明園 1]本実施の形態に係る真空排気装置の概略構成を示した図である。

[図 2] (a)は、隙間を用いた場合の真空シール構造を示した図であり、（b)は、ラビリンスシールを用いた場合の真空シール構造を示した図であり、（c)は、シール部材を用レヽた場合の真空シール構造を示した図である。

園 3]弾性体を用いた場合の真空シール構造を示した図である。

[図 4] (a)は、主真空室内圧力（P 1 ) >副真空室内圧力（Ρ2)の場合における弾性体の状態を示した図であり、 (b)は、主真空室内圧力（P 1 )≤副真空室内圧力（P2)の場合における弾性体の状態を示した図である。

園 5]本実施の形態に係る真空排気装置における、ターボ分子ポンプの排気口の接続方法の第 1変形例を示した図である。

園 6]本実施の形態に係る真空排気装置における、ターボ分子ポンプの排気口の接続方法の第 2変形例を示した図である。

[図 7] (a)は、本実施の形態に係る真空排気装置における、主真空室の固定方法の第 1変形例を示した図であり、（b)は、本実施の形態に係る真空排気装置における、主真空室の固定方法の第 2変形例を示した図である。

符号の説明

1 ターボ分子ポンプ

2 主真空室

3 副真空室

4 真空シーノレ構造

5 制振装置

6 粗引真空ポンプ

7 粗引切替弁

21 主空室壁

22 排気ポート

31 aij言空室 β考

32 粗排気ポート

33 ポンプ貫通ポート接続ポート排気ダクト突起部

突起部

シール部材弾性体

溝

本体部

金属板

コーティング部材制振装置

制振装置

シーノレ部材上部ケーシング下部ケーシングシャフト

ロータ

ロータ翼

ステータコラムモータ部

吸気口

排気口

径方向磁気軸受装置径方向磁気軸受装置軸方向磁気軸受装置ステータ翼溝部

スぺーサ 118 フランジ奋 B

Claims

請求の範囲

[1] 主真空室と、

前記主真空室の真空排気処理を行う真空ポンプと、

前記主真空室および前記真空ポンプの吸気口を内包し、粗真空排気処理される副真空室と、

を備え、

前記主真空室と前記真空ポンプとは、前記主真空室と前記副真空室との間における気体の漏洩を防止あるいは低減するシール構造を介して接合されていることを特徴とする真空排気装置。

[2] 前記主真空室と前記真空ポンプとは、所定の間隙、非接触シール、シール部材、又は、前記主真空と前記副真空室間の圧力差に応じて変形する弾性部材を介して接合されていることを特徴とする請求項 1記載の真空排気装置。

[3] 前記副真空室の粗真空排気処理を行う粗真空ポンプを備え、

前記真空ポンプの排気口は、前記副真空室と連通していることを特徴とする請求項 1又は請求項 2記載の真空排気装置。