WO2021090738A1

WO2021090738A1 - 真空ポンプ

Info

Publication number: WO2021090738A1
Application number: PCT/JP2020/040332
Authority: WO
Inventors: 慶行高井; 三輪田　透
Original assignee: エドワーズ株式会社
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-05-14
Also published as: KR20220092858A; EP4056855A1; JP2021076025A; US11680585B2; JP7356869B2; US20220397124A1; CN114555951A; EP4056855A4

Abstract

ねじ溝を備える真空ポンプのねじ溝よりも下流側の流路における、副生成物の析出および堆積を抑制できる真空ポンプを提供する。　吸気口（１２）または排気口（２１）を有するケーシング（１１）と、複数のロータ翼（３２）およびロータ円筒部（３３）を備えるロータ（３０）と、駆動部（８０）と、軸受と、ステータ翼（４３）と、ステータ翼（４３）よりも下流側に配置されてロータ円筒部（３３）の外周面と対面する内周面を有するねじ溝ステータ（５０）と、ねじ溝（５１）よりも下流側に配置される断熱壁（９０）と、を有する真空ポンプ（１）である。断熱壁（９０）は、リング状の環状部（９２）と、環状部（９２）の径方向の内側部から上流側へ延在して外周面側に流路を形成する略円筒形状の壁部（９３）と、を有し、環状部（９２）の上流側の面と壁部（９３）の外周面との間に第１の隅部（９７）が形成され、第１の隅部（９７）は、円弧状に形成されている。

Description

真空ポンプ

　本発明は、真空ポンプに関するものであり、特に、半導体製造装置や分析装置等に使用される真空ポンプに関するものである。

　メモリや集積回路等の半導体装置を製造する際には、絶縁膜、金属膜及び半導体膜等の成膜を行う処理やエッチングを行う処理が行われる。これらの処理は、空気中の塵等による影響を防止するために、高真空状態のチャンバ内で行われる。チャンバは、内部に導入されたガス（気体）を排気して所定の高真空度にするために、真空ポンプに接続される。使用される真空ポンプの例として、例えば、ターボ分子ポンプとねじ溝ポンプとを組み合わせた複合ポンプが挙げられる。

　ターボ分子ポンプとねじ溝ポンプとを組み合わせた真空ポンプは、例えば特許文献１に開示されるように、軸方向に交互に配列された回転翼および固定翼を有するターボポンプの下流側に、ねじ溝ポンプが配置される。吸気口より取込まれた排気ガスは、ターボ分子ポンプとねじ溝ポンプによって圧縮されて、排気口より真空ポンプの外部に排出される。

　ねじ溝ポンプは、回転するロータ円筒部と、ロータを収容するケーシング側のねじ溝ステータにより構成される。ロータ円筒部またはねじ溝ステータの対向する表面には、ねじ溝が形成される。このため、ロータ円筒部がねじ溝ステータの内部で回転することで、気体を排気口側へ移送することができる。

　排気ガスは、ターボ分子ポンプでは、分子流の挙動を示すが、ねじ溝ポンプおよびそれよりも下流の流路においては、比較的圧力が高くなっていることで、粘性流のような挙動を示す。このため、ねじ溝ポンプおよびそれよりも下流の流路の、排気ガスの流れが淀む箇所で、副生成物が析出しやすい。このため、ねじ溝ステータは、排気ガス中の副生成物の析出により流路が閉塞しないように、ヒータなどで高温化される。

　副生成物としては、塩素系や硫化フッ素系のガスが一般的である。これらのガスは真空度が低くなり、圧力が高くなるほど昇華温度が高くなり、真空ポンプの内部にガスが固化して堆積しやすくなる。副生成物が真空ポンプ内部に堆積すると、副生成物が流路を狭めて真空ポンプの圧縮性能、排気性能が低下する可能性がある。

　一方で、ロータを回転駆動する電磁石やモータなどの電装品を内包するステータコラムは、電装品の性能低下および故障防止のため、水冷管などで所定温度以下となるように冷却されている。このため、流路が、高温化された高温部と冷却された冷却部の間に形成されると、ガスが、低温部において副生成物として析出しやすい。

　このため、ねじ溝よりも下流側の流路に隣接する低温の部材の一部を、高温の断熱壁で覆うことが行われている。断熱壁は、ねじ溝よりも下流側の排気ガスが、低温部に接触することを制限する。

特開２０１９－０９０３８４公報

　ねじ溝ポンプのガスの出口は、ネジの条数分、周方向に複数ある。これに対し、排気口へつながる流路は一カ所のみである。このため、断熱壁は、周方向の一カ所に設けられる排出口へガスを移送するために、リング状に形成されている。リング状の熱隔壁の流路を形成する面には、凹部が形成されると、ガスの流れの淀みが発生し、副生成物が析出して堆積しやすいという問題がある。

　本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、ねじ溝を備える真空ポンプのねじ溝よりも下流側の流路における、副生成物の析出および堆積を抑制できる真空ポンプを提供することを目的とする。

　上記目的を達成する本発明に係る真空ポンプは、外部から気体を吸引する吸気口または吸引した気体を外部へ排出する排気口を有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に配置され、複数のロータ翼および当該ロータ翼よりも下流側にロータ円筒部を備えるロータと、前記ロータを回転駆動する駆動部と、前記ロータを回転可能に支持する軸受と、前記ロータの軸方向において前記ロータ翼と交互に配置されたステータ翼と、前記ステータ翼よりも下流側に配置されて前記ロータ円筒部の外周面と対面する内周面を有するねじ溝ステータと、前記ロータ円筒部の外周面または前記ねじ溝ステータの内周面に形成されるねじ溝よりも下流側に配置される断熱壁と、を有する真空ポンプであって、前記断熱壁は、リング状の環状部と、前記環状部の径方向の内側部から上流側へ延在し、外周面側に流路を形成する略円筒形状の壁部と、を有し、前記環状部の上流側の面と前記壁部の外周面との間に第１の隅部が形成され、前記ロータの回転軸を通る断面において、前記第１の隅部は、円弧状に形成されていることを特徴とする。

　上記のように構成した本発明に係る真空ポンプは、第１の隅部が円弧状に形成されているため、ねじ溝よりも下流側で断熱壁に沿って周方向へ流れて排気口へ向かう気体が、第１の隅部で淀み難くなる。このため、断熱壁の第１の隅部において、副生成物が析出および堆積し難くなる。したがって、本真空ポンプは、ねじ溝ポンプのねじ溝よりも下流側の流路における、副生成物の析出および堆積を抑制できる。

　前記壁部は、略円筒形状の筒状壁部と、前記筒状壁部の上流側の端部から径方向の外側へ突出するリング状の折り返し部と、を有してもよい。これにより、折り返し部の径方向の厚さを、適切な長さに確保しつつ、筒状壁部を薄くすることができる。筒状壁部が薄くなることで、筒状壁部の径方向の外側の流路を広く確保できる。さらに、ロータの回転軸と直交する筒状壁部の断面積が小さくなるため、筒状壁部の熱抵抗が上昇し、環状部側から折り返し部へ熱が伝わり難くなる。このため、折り返し部の温度上昇を制限して、断熱壁からロータへの熱伝導を低減できる。

　前記ロータの回転軸を通る断面において、前記筒状壁部の外周面と前記折り返し部の下流側の面との間に第２の隅部が形成され、前記第２の隅部は円弧状に形成されてもよい。これにより、ねじ溝よりも下流側で断熱壁に沿って周方向へ流れて排気口へ向かう気体が、第２の隅部で淀み難くなる。このため、断熱壁の第２の隅部において、副生成物が析出および堆積し難くなる。したがって、本真空ポンプは、ねじ溝ポンプよりも下流側の流路における、副生成物の析出および堆積を抑制できる。

　前記ケーシングは、前記断熱壁よりも下流側に形成される通路と、前記排気口が形成される略円筒形状の排気管と、を有し、前記通路の内壁面と、前記排気管の内壁面は、段差なく連続して形成されてもよい。これにより、断熱壁よりも下流側で排気口へ向かう気体が、排気管の入口で淀み難くなる。このため、本真空ポンプは、排気口が形成される排気管の入口における、副生成物の析出および堆積を抑制できる。

　前記断熱壁は、当該断熱壁よりも下流側および／または径方向の内側に配置されて当該断熱壁よりも温度の低い前記ケーシングの低温部を覆うように配置されてもよい。これにより、断熱壁は、排気口へ向かう気体が低温部に接触することを制限し、低温部における、副生成物の析出および堆積を抑制できる。

　前記ねじ溝ステータまたは前記ねじ溝ステータに連結される部材は、加熱ヒータが配置され、前記断熱壁は、前記ねじ溝ステータまたは前記ねじ溝ステータに連結されて加熱ヒータが配置される部材に連結されてもよい。これにより、断熱壁は、加熱されるため、気体に接触することによる副生成物の析出および堆積を抑制できる。

　前記壁部の上流側の端面は、前記ロータ円筒部の下流側の端面と軸方向において近接して対面してもよい。これにより、断熱壁の端面とロータ円筒部の端面が、シール構造を構成する。このため、断熱壁とロータ円筒部の間から気体が漏れ難くなり、低温の部位における、副生成物の析出および堆積を抑制できる。

　前記断熱壁は、前記ねじ溝ステータまたは前記ねじ溝ステータに連結される部材の内周面と、前記環状部の上流側の面と、の間に第３の隅部が形成され、前記ロータの回転軸を通る断面において、前記第３の隅部は円弧状に形成されてもよい。これにより、ねじ溝よりも下流側で断熱壁に沿って周方向へ流れて排気口へ向かう気体が、第３の隅部で淀み難くなる。このため、断熱壁の第３の隅部において、副生成物が析出および堆積し難くなる。したがって、本真空ポンプは、ねじ溝ポンプのねじ溝よりも下流側の流路における、副生成物の析出および堆積を抑制できる。

第１実施形態に係る真空ポンプを示す断面図である。真空ポンプの断熱壁および排気口の近傍における、回転軸と直交する概略断面である。第１実施形態における排気管および通路の近傍を示す部分断面図である。第１実施形態における断熱壁およびネジ溝ステータの近傍を示す部分断面図である。第２実施形態に係る真空ポンプを示す断面図である。第２実施形態における断熱壁およびネジ溝ステータの近傍を示す部分断面図である。第２実施形態における排気管および通路の近傍を示す部分断面図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、図面の寸法は、説明の都合上、誇張されて実際の寸法とは異なる場合がある。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。なお、本発明の実施形態では、便宜上、ロータの直径方向を「径方向」、ロータの直径方向と垂直な方向を「軸方向」として説明する。
　＜第１実施形態＞

　本発明の第１実施形態に係る真空ポンプ１は、図１に示すように、ロータ翼３２を備えたロータ３０が高速回転することで、気体分子を弾き飛ばすことにより気体を排気するターボ分子ポンプと、ターボ分子ポンプの下流側に配置されるねじ溝ポンプとを有する複合ポンプである。真空ポンプ１は、気体を吸引して排気するための真空ポンプ本体２と、真空ポンプ本体２を制御する制御装置３とを有している。

　真空ポンプ本体２は、例えば半導体製造装置や分析装置等のチャンバから気体を吸引して排気する。真空ポンプ本体２は、吸気口１２および排気口２１が形成される固定部１０と、固定部１０の内部で回転可能なロータ３０と、ロータ３０を回転可能に支持する軸受と、ロータ３０の変位を検出する変位センサと、ロータ３０を回転駆動するモータ８０（駆動部）とを有している。

　固定部１０は、吸気口１２が形成されるケーシング１１と、ステータ翼４３が設けられる静翼部４０と、ケーシング１１に連結される水冷スペーサ１４と、ねじ溝５１が形成されるねじ溝ステータ５０と、排気口２１が形成される排気管２０と、ベース１００とを有している。固定部１０は、さらに、ねじ溝ステータ５０と水冷スペーサ１４を断熱する断熱スペーサ１８と、ねじ溝ステータ５０および水冷スペーサ１４をベース１００から断熱する断熱材１９と、ねじ溝５１の下流側に設けられる断熱壁９０とを有している。

　ケーシング１１は、半導体製造装置等のチャンバに取り付けられるフランジ１３と、チャンバに連通する吸気口１２を有している。

　静翼部４０は、ケーシング１１の内側に配置されている。静翼部４０は、多段のステータ４１と、各段のステータ４１を挟持するように段積みされた複数のステータ用スペーサ４２とを有している。各々のステータ４１は、複数のステータ翼４３を有している。ステータ翼４３は、シャフト３５の軸方向に垂直な平面から所定の角度で傾斜して形成されている。ステータ翼４３は、ロータ翼３２の段と互い違いに配設されている。ステータ翼４３の外周側の端部は、複数の段積みされたリング状のステータ用スペーサ４２の間に挟まれて支持されている。ステータ用スペーサ４２は、ケーシング１１の内側に段積みされて配置される。ステータ翼４３は、後述するロータ３０のロータ翼３２とともに、ターボ分子ポンプを構成する。

　水冷スペーサ１４は、略円筒状に形成され、ケーシング１１の下流側に配置されている。水冷スペーサ１４は、ボルト１５によってケーシング１１に連結されている。水冷スペーサ１４には、水冷管１６および第１の温度センサ１７が埋設されている。第１の温度センサ１７は、水冷スペーサ１４の温度を調節するために、水冷スペーサ１４の温度を検出する。水冷管１６は、水冷スペーサ１４の温度を調節するために、冷却水の流通が制御される。これにより、水冷スペーサ１４は、所定の温度（例えば、５０℃～１００℃）に維持される。

　ねじ溝ステータ５０は、略円筒状に形成され、水冷スペーサ１４の内側に、水冷スペーサ１４から断熱のために隙間を空けて配置されている。ねじ溝ステータ５０は、ねじ溝５１における副生成物の析出および堆積を抑制するために、加熱される構造を備えている。なお、水冷スペーサ１４とねじ溝ステータ５０との間には、断熱材が配置されてもよい。

　ねじ溝ステータ５０の内周面には、螺旋状のねじ溝５１が形成されている。また、ねじ溝ステータ５０には、加熱手段としてのカートリッジヒータ５２（加熱ヒータ）と、ねじ溝ステータ５０内の温度を検出する第２の温度センサ５３が設けられている。なお、本実施形態では、ねじ溝ステータ５０の内周面にねじ溝５１が形成されている。しかしながら、これとは逆に、ロータ円筒部３３の外周面にねじ溝が形成されてもよい。

　ねじ溝５１の螺旋の方向は、ロータ３０の回転方向に気体の分子が移動したときに、この分子が排気口２１の方へ移送される方向である。ねじ溝ステータ５０およびロータ円筒部３３は、ねじ溝ポンプを構成する。ねじ溝ステータ５０は、例えばアルミニウム、ステンレス鋼、銅、鉄、またはこれらの金属を成分とする合金等の金属によって構成される。一例として、ねじ溝ステータ５０は、アルミニウムにより構成される。なお、本実施形態では、ねじ溝ステータ５０は、加熱手段であるカートリッジヒータ５２が配置されているため、熱伝導性の高い材料により構成されている。しかしながら、ねじ溝ステータ５０が、加熱手段であるカートリッジヒータ５２が設けられる部材（ヒータスペーサ）と別構成である場合、カートリッジヒータ５２が設けられる部材を熱伝導性の高い材料（例えば、アルミニウム）により構成し、ねじ溝ステータ５０を、高温時の強度確保のために、強度の高い材料（例えば、ステンレス鋼）により構成してもよい。

　第２の温度センサ５３は、ねじ溝ステータ５０の温度を調節するために、ねじ溝ステータ５０の温度を検出する。カートリッジヒータ５２は、ねじ溝ステータ５０に収容されている。カートリッジヒータ５２は、通電されることにより発熱し、ねじ溝ステータ５０の温度を調節する。カートリッジヒータ５２は、第２の温度センサ５３の検出結果に基づいて電力供給を制御される。これにより、ねじ溝ステータ５０は、所定の温度（例えば１００℃～１５０℃）に維持される。

　ねじ溝ステータ５０は、ねじ溝５１が形成される部位よりも下流側に、径方向へ貫通する１つの通路５４が形成されている。なお、通路５４が形成される部材は、ねじ溝５１よりも下流側に設けられる部材であれば、ねじ溝ステータ５０に限定されない。図１～３に示すように、通路５４は、ねじ溝ステータ５０の内側でねじ溝５１から移送される気体を、径方向の外側に設けられる排気口２１へ向かって流通させる。通路５４は、ねじ溝ステータ５０の内周側の通路入口部５５から、ねじ溝ステータ５０の外周側の通路出口部５６まで、一定の内径で形成される。通路５４の延在方向は、ロータ３０の回転軸と直交している。ねじ溝ステータ５０は、通路出口部５６よりも排気口２１側に、排気管２０が嵌合する嵌合部５７と、嵌合部５７よりも径方向の外側でＯリング５９が収容されるリング収容部５８とが形成されている。嵌合部５７の内径は、通路５４の内径よりも大きく、リング収容部５８の内径は、嵌合部５７の内径よりも大きい。

　排気管２０は、ボルト２２により、ねじ溝ステータ５０に連結される。排気管２０は、排気管通路２３と、排気管通路２３の排気側に位置する排気口２１と、排気口２１の反対側でねじ溝ステータ５０の嵌合部５７に嵌合する排気管基端部２４と、ねじ溝ステータ５０の外周面と接する排気管フランジ２５とを有している。排気口２１は、図示しない補助ポンプに連通するように接続される。排気管通路２３の内径は、通路５４の内径と一致する。排気管通路２３の内周面は、通路５４の内周面と段差なく滑らかに連続している。排気管通路２３の延在方向は、通路５４の延在方向と一致し、ロータ３０の回転軸と直交している。排気管通路２３と通路５４の境界部における、排気管通路２３の内径と通路５４の内径の差は、小さいほど好ましく、例えば０．６ｍｍ以下、好ましくは０．４ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ以下である。排気管通路２３と通路５４の境界部における、排気管通路２３の軸心と通路５４の軸心のずれは、小さいほど好ましく、例えば０．３ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下である。排気管２０は、水冷スペーサ１４に接触せずに、水冷スペーサ１４を貫通している。このため、排気管２０は、カートリッジヒータ５２が設けられて高温となるねじ溝ステータ５０により加熱される。このため、排気管２０において、副生成物は析出して堆積し難い。

　断熱スペーサ１８は、高温となるねじ溝ステータ５０と水冷スペーサ１４との間を断熱する断熱手段である。断熱スペーサ１８は、熱伝導率が低い、すなわち熱が伝わり難い材料により形成される。断熱スペーサ１８の構成材料は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等である。また、断熱スペーサ１８は、下段側（下流側）の複数のステータ４１に密着して配置されているとともに、上段側（上流側）の複数のステータ４１と連結されている水冷スペーサ１４の内周面から、断熱用の隙間を有して離れている。

　水冷スペーサ１４およびねじ溝ステータ５０は、いずれも、断熱材１９を介してベース１００のベース本体１０１に連結されている。したがって、水冷スペーサ１４およびねじ溝ステータ５０は、いずれも、断熱材１９によってベース１００と断熱されている。

　ベース１００は、ねじ溝ステータ５０および水冷スペーサ１４が連結されるベース本体１０１と、ベース本体１０１の中央から上方側（上流側）に向かって突出するステータコラム１０２とを有している。ステータコラム１０２は、モータ８０のステータとして機能する。

　ベース本体１０１には、水冷管１０３が埋設されている。水冷管１０３は、内部に冷却水が流通されることによって、ベース本体１０１、ステータコラム１０２、後述する磁気軸受、補助軸受６５、モータ８０等を常時冷却する。本実施形態では、水冷管１０３は、常に冷却水を流通されることにより、２５～７０℃の温度を維持している。

　断熱壁９０は、図４に示すように、ねじ溝ステータ５０の下流側の端面にボルト９１によって連結されている。断熱壁９０は、ねじ溝ステータ５０と熱的に接続されているため、高温化される。このために、断熱壁９０は、熱伝導性に優れる材料により構成されることが好ましい。熱伝導性に優れる材料は、例えばアルミニウム等である。なお、断熱壁９０が連結される部材は、ネジ溝５１よりも下流側の部材であれば、ねじ溝ステータ５０でなくてもよい。断熱壁９０が連結される部材は、ねじ溝ステータ５０と同様に加熱手段（加熱ヒータ）により加熱された高温部であることが好ましい。したがって、例えば、ねじ溝ステータ５０が、加熱手段が設けられる部材と別構成である場合、断熱壁９０は、加熱手段が設けられる部材に連結されてもよい。断熱壁９０は、ねじ溝５１よりも下流側の流路に近接する低温部であるステータコラム１０２およびベース本体１０１の少なくとも一部を覆っている。断熱壁９０は、ねじ溝５１よりも下流側の気体が、水冷管１０３により冷却される低温のステータコラム１０２やベース１００に接触することを制限して、低温部における副生成物の析出および堆積を抑制する。

　断熱壁９０は、図２に示すように、ねじ溝５１から排出される気体を、周方向の一カ所に設けられる排気口２１に連通する通路５４へ、気体を移送できるように形成されている。断熱壁９０は、図４に示すように、ねじ溝ステータ５０の下流側の部位から径方向の内側へ向かうリング状の環状部９２と、環状部９２の径方向の内側部から上流側へ延在し、外周面側に流路を形成する略円筒形状の壁部９３とを有している。壁部９３は、環状部９２側に位置する円筒状の筒状壁部９４と、筒状壁部９４の上流側の端部から径方向の外側へ突出する折り返し部９５とを有している。

　壁部９３は、温度の低いステータコラム１０２の外周面から、断熱用の隙間を有して離れている。壁部９３の上流側の端面は、ロータ３０のロータ円筒部３３の下流側の端面と軸方向において対面している。筒状壁部９４の径方向の厚さＬ３は、折り返し部９５の径方向の厚さＬ１よりも短い。このため、折り返し部９５の径方向の厚さＬ３を、適切な長さに確保しつつ、筒状壁部９４を薄くすることができる。筒状壁部９４が薄くなることで、筒状壁部９４の径方向の外側の流路を広く確保できる。さらに、ロータ３０の回転軸と直交する筒状壁部９４の断面積が小さくなるため、筒状壁部９４の熱抵抗が上昇し、環状部９２側から折り返し部９５へ熱が伝わり難くなる。このため、折り返し部９５の温度上昇を制限して、断熱壁９０からロータ３０への熱伝導を低減できる。なお、折り返し部９５は、設けられなくてもよい。

　ねじ溝ステータ５０のねじ溝５１よりも下流側の内周面（固定部１０の内周面）と、環状部９２の上流側の面との間には、第３の隅部９６が形成される。また、環状部９２の上流側の面と、壁部９３の外周面との間には、第１の隅部９７が形成される。ロータ３０の回転軸を通る断面において、第３の隅部９６および第１の隅部９７は、気体が淀み難いように、円弧状の凹形状（Ｒ形状）に形成されている。ロータ３０の回転軸を通る断面において、第３の隅部９６および第１の隅部９７の曲率半径は、特に限定されないが、大きければ大きいほど良い。例えば、本実施形態では５ｍｍである。

　断熱壁９０とロータ３０との隙間部分は、非接触のシール構造となっている。壁部９３の上流側の端面は、ロータ円筒部の下流側の端面に対して、シール性を確保するために適切な隙間Ｇ（ギャップ）と、適切な対向面積で対面している。一例として、壁部９３の上流側の端面と、ロータ円筒部の下流側の端面との間の軸方向の隙間Ｇは、静止時で１．５ｍｍ程度である。また、一例として、適切な対向面積を形成するために、壁部９３の上流側の端面の径方向の厚さＬ１は４ｍｍ程度であり、断熱壁９０と対向するロータ円筒部３３の下流側の端面の径方向の厚さＬ２は８ｍｍ程度である。

　ロータ３０は、ケーシング１１の内方に回転可能に配置されている。ロータ３０は、シャフト３５と、軸方向に多段のロータ翼３２と、ロータ翼３２よりも下流に配置されるロータ円筒部３３とを有している。ロータ翼３２は、ターボ分子ポンプを構成し、気体を吸引排気するためのブレードである。各段の複数のロータ翼３２は、周方向に放射状に並んでいる。

　ロータ３０は、略円筒形状であり、内側にシャフト３５が貫通固定されている。各々のロータ翼３２は、気体の分子を衝突によって下方向へ移送するために、シャフト３５の軸方向に垂直な平面から所定の角度で傾斜して形成されている。ロータ翼３２は、ロータ３０の外周面に一体で形成されている。または、ロータ翼３２は、ロータ３０の外周面に固定されていてもよい。

　ロータ円筒部３３は、ロータ翼３２よりも下流に配置されて、円筒状に形成されている。このロータ円筒部３３は、ねじ溝ステータ５０の内周面に向かって張り出して形成されている。ロータ円筒部３３は、ねじ溝ステータ５０の内周面と所定の隙間を隔てて近接している。

　シャフト３５は、ロータ３０の回転中心に配置される。シャフト３５は、円柱状の主軸部３６と、主軸部３６の下部に配置される円板状のディスク３７とを有している。主軸部３６およびディスク３７は、磁気によって吸引可能な高透磁率材（鉄等）により形成されている。主軸部３６は、後述する上流側径方向電磁石６１および下流側径方向電磁石６２の磁力により、吸引されて位置を制御される。

　軸受は、例えば、いわゆる５軸制御の磁気軸受であり、シャフト３５を浮上支持かつ位置制御する。軸受は、主軸部３６の上流側を吸引する上流側径方向電磁石６１と、主軸部３６の下流側を吸引する下流側径方向電磁石６２と、ディスク３７を吸引する軸方向電磁石６３Ａ、６３Ｂと、補助軸受６５とを有している。補助軸受６５は、ロータ３０の軸振れが大きくなった際に主軸部３６と接触して、ロータ３０が固定子側に直接接触して破損することを抑制する。

　上流側径方向電磁石６１は、回転軸と垂直な面で直交する２軸の各々において対をなして配置される４個の電磁石を有している。下流側径方向電磁石６２は、回転軸と垂直な面で直交する２軸の各々において対をなして配置される４個の電磁石を有している。軸方向電磁石６３Ａ、６３Ｂは、ディスク３７を上下に挟んで配置されている。

　変位センサは、ロータ３０の変位を検出するために、ステータコラム１０２に配置されている。変位センサは、上流側径方向センサ７１と、下流側径方向センサ７２と、軸方向センサ７３とを有している。上流側径方向センサ７１は、４個の上流側径方向電磁石６１に近接かつ対応して配置される４個の非接触型のセンサである。上流側径方向センサ７１は、シャフト３５の主軸部３６の上部の径方向変位を検出し、その変位信号を制御装置３に送信するように構成されている。上流側径方向センサ７１として用いられるセンサの例としては、インダクタンス式センサや渦電流式センサなどがある。

　下流側径方向センサ７２は、４個の下流側径方向電磁石６２に近接かつ対応して配置される４個の非接触型のセンサである。下流側径方向センサ７２は、主軸部３６の下部の径方向変位を検出し、その変位信号を制御装置３に送信するように構成されている。下流側径方向センサ７２として用いられるセンサの例としては、インダクタンス式センサや渦電流式センサなどがある。

　軸方向センサ７３は、ディスク３７の下方に配置される。軸方向センサ７３は、シャフト３５の軸方向変位を検出し、その変位信号を制御装置３に送信するように構成されている。

　制御装置３は、上流側径方向センサ７１が検出した変位信号に基づき、ＰＩＤ調節機能を有する補償回路を介して上流側径方向電磁石６１を励磁制御し、主軸部３６の上流側の径方向位置を調整する。この調整は、回転軸と垂直な面で直交する２軸の各々において独立して行われる。

　また、制御装置３は、下流側径方向センサ７２が検出した変位信号に基づき、ＰＩＤ調節機能を有する補償回路を介して下流側径方向電磁石６２を励磁制御し、主軸部３６の下流側の径方向位置を調整する。この調整は、回転軸と垂直な面で直交する２軸の各々において独立して行われる。

　さらに、制御装置３では、軸方向センサ７３が検出した変位信号に基づき、軸方向電磁石６３Ａ、６３Ｂを励磁制御する。このとき、軸方向電磁石６３Ａは、磁力によりディスク３７を上方に吸引し、軸方向電磁石６３Ｂは、ディスク３７を下方に吸引する。このように、磁気軸受は、シャフト３５に及ぼす磁力を適当に調節することで、シャフト３５を磁気浮上させ、非接触で回転可能に支持することができる。

　モータ８０は、回転子側に配置される複数の永久磁石である磁極８１と、固定子側に配置されるモータ電磁石８２とを有している。磁極８１は、モータ電磁石８２から、シャフト３５を回転させるトルク成分を加えられる。これにより、ロータ３０が回転駆動される。

　また、モータ８０は、図示しない回転数センサ及びモータ温度センサが取り付けられている。回転数センサ及びモータ温度センサは、検出した結果を、検出信号として制御装置３へ送信する。制御装置３は、回転数センサ及びモータ温度センサから受信した信号を、シャフト３５の回転の制御に利用する。

　上述した真空ポンプ本体２は、シャフト３５がモータ８０により駆動されると、ロータ翼３２およびロータ円筒部３３が回転する。これにより、ロータ翼３２とステータ翼４３の作用により、吸気口１２を通じてチャンバからの気体が吸気される。

　吸気口１２から吸気された気体は、ロータ翼３２とステータ翼４３によって、ロータ円筒部とねじ溝ステータ５０の間へ移送される。このとき、気体がロータ翼３２に接触する際に生ずる摩擦熱や、モータ８０で発生した熱の伝導等により、ロータ翼３２の温度は上昇する。しかしながら、この熱は輻射または気体の気体分子等による伝導により、ステータ翼４３側に伝達される。さらに、ステータ用スペーサ４２は、外周部で互いに接合されている。このため、ステータ翼４３がロータ翼３２から受け取った熱や、気体がステータ翼４３に接触する際に生ずる摩擦熱等は、ステータ用スペーサ４２を介して外部へ伝達される。

　また、ロータ円筒部３３とねじ溝ステータ５０の間へ移送された気体は、ねじ溝ステータ５０のねじ溝５１によって下流側へ移送される。ねじ溝ステータ５０は、カートリッジヒータ５２により加熱される。これにより、低温となると副生成物が析出して堆積しやすいねじ溝５１を高温に維持して、ねじ溝５１に副生成物が析出して堆積することを抑制する。したがって、ねじ溝５１の流路が副生成物によって狭くなることを抑制できる。

　また、吸気口１２から吸引された気体が、モータ８０、下流側径方向電磁石６２、下流側径方向センサ７２、上流側径方向電磁石６１、上流側径方向センサ７１等で構成される電装部側に侵入することのないよう、電装部の外周囲は、ステータコラム１０２で覆われている。電装部を囲むステータコラム１０２内は、パージガスによって所定圧に保たれている。ステータコラム１０２は、図示しない配管が配設され、この配管を通じてパージガスが導入される。この導入されたパージガスは、補助軸受６５とシャフト３５の間、モータ８０の間、ステータコラム１０２とロータ翼３２の間の隙間を通じて排気口２１へ送出される。

　ベース本体１０１は、水冷管１０３によって冷却される。これにより、ベース本体１０１と、ベース本体１０１に熱的に接続されるステータコラム１０２、磁気軸受、補助軸受６５、モータ８０等が、常時冷却される。これにより、真空ポンプ本体２の内部に、気体が付着して堆積することを抑制する。

　ねじ溝５１よりも下流側へ移送された気体は、図２、４に示すように、ねじ溝ステータ５０の下流側に固定されたリング状の断熱壁９０により、下方への移動が制限され、周方向の一カ所に設けられるねじ溝ステータ５０の通路入口部５５へ移送される。断熱壁９０は、ねじ溝５１よりも下流側の流路に近接する低温のステータコラム１０２やベース本体１０１を覆っている。このため、断熱壁９０は、ねじ溝５１よりも下流側の気体が、低温のステータコラム１０２やベース１００に接触することを制限して、低温部における副生成物の析出および堆積を抑制する。断熱壁９０の第３の隅部９６および第１の隅部９７は、ロータ３０の回転軸を通る断面において、円弧状の凹形状で形成されている。このため、第３の隅部９６および第１の隅部９７において、流れの淀みが生じ難くなり、第３の隅部９６および第１の隅部９７に、副生成物が析出して堆積することが抑制される。また、断熱壁９０は、ねじ溝ステータ５０と熱的に接続されて高温化されるため、副生成物の析出および堆積がさらに抑制される。

　また、断熱壁９０の上流側の端面と、ロータ３０のロータ円筒部３３の下流側の端面は、適切な隙間Ｇと、適切な対向面積で対面しているため、適切なシール性が確保されている。これにより、断熱壁９０とロータ円筒部３３の隙間Ｇから、気体がステータコラム１０２、ベース本体１０１、ステータコラム１０２の内部等へ到達して、副生成物が析出して堆積されることを抑制する。

　通路入口部５５へ移送された気体は、図１～３に示すように、通路５４を通って排気管２０に到達し、排気管２０の排気口２１から外部へ排気される。ねじ溝ステータ５０の通路５４と排気管通路２３は、段差なく滑らかに連続している。このため、通路入口部５５から排気口２１の間で、流れの淀みが生じ難くなり、副生成物が析出して堆積することが抑制される。
　＜第２実施形態＞

　本発明の第２実施形態に係る真空ポンプ１は、図５～７に示すように、断熱壁９０およびねじ溝ステータ５０の形状のみが、第１実施形態と異なる。

　断熱壁９０は、筒状壁部９４の外周面と折り返し部９５の下流側の面との間に、第２の隅部９８が形成されている。そして、第２の隅部９８は、ロータ３０の回転軸を通る断面において、円弧状の凹形状で形成されている。このため、ねじ溝５１から移送された気体が断熱壁９０に沿って周方向に流れる際に、第２の隅部９８において、流れの淀みが生じ難くなる。このため、第２の隅部９８に、副生成物が析出して堆積することが抑制される。第２の隅部９８の曲率半径は、特に限定されないが、大きければ大きいほど良い。例えば、本実施形態では２ｍｍである。

　ねじ溝ステータ５０は、図７に示すように、軸方向において、通路５４の内壁面のうちの下流側の内壁面５４Ａの位置が、第３の隅部９６と第１の隅部９７の間に位置する最も下流側（軸方向に沿って吸気口１２が設けられる側の反対側）の最奥部９９の位置と一致する。このため、ねじ溝ステータ５０の通路入口部５５は、第３の隅部９６を貫通し、最奥部９９へ平滑に連続している。したがって、断熱壁９０に沿って周方向へ流れる気体は、ねじ溝ステータ５０の通路５４へ円滑に入り、排気口２１へ円滑に流れることができる。したがって、通路入口部５５の近傍において、副生成物が析出して堆積することが抑制される。なお、断熱壁９０は、周方向において通路入口部５５と通じる部位以外には、第１実施形態と同様に第３の隅部９６が形成されている。なお、変形例として、断熱壁９０の周方向において通路入口部５５と通じる部位以外の第３の隅部９６は、ロータ３０の回転軸を通る断面において、円弧状でなくてもよく、曲率半径が略０の凹形状であってもよい。

　また、ねじ溝ステータ５０は、軸方向において、通路５４の内壁面のうちの上流側の内壁面５４Ｂの位置が、折り返し部９５の下流側の面９５Ａの位置と一致する。このため、断熱壁９０に沿って周方向へ流れる気体は、折り返し部９５の第２の隅部９８と環状部９２の第１の隅部９７の間の流路から、ねじ溝ステータ５０の通路５４へ円滑に入り、排気口２１へ円滑に流れることができる。したがって、通路入口部５５の近傍において、副生成物が析出して堆積することが抑制される。

　なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。例えば、軸受は、磁気軸受でなくてもよい。また、ケーシング１１は、排気口２１が形成されてもよい。また、ケーシング１１は、吸気口１２および排気口２１の両方が形成されてもよい。

　　１　　真空ポンプ
　　２　　真空ポンプ本体
　　１１　　ケーシング
　　１２　　吸気口
　　１８　　断熱スペーサ
　　２０　　排気管
　　２１　　排気口
　　２３　　排気管通路
　　３０　　ロータ
　　３２　　ロータ翼
　　４１　　ステータ
　　４３　　ステータ翼
　　５０　　ねじ溝ステータ
　　５１　　ねじ溝
　　５４　　通路
　　５５　　通路入口部
　　８０　　モータ（駆動部）
　　９０　　断熱壁
　　９２　　環状部
　　９３　　壁部
　　９４　　筒状壁部
　　９５　　折り返し部
　　９６　　第３の隅部
　　９７　　第１の隅部
　　９８　　第２の隅部

Claims

　外部から気体を吸引する吸気口または吸引した気体を外部へ排出する排気口を有するケーシングと、
　前記ケーシング内に回転可能に配置され、複数のロータ翼および当該ロータ翼よりも下流側にロータ円筒部を備えるロータと、
　前記ロータを回転駆動する駆動部と、
　前記ロータを回転可能に支持する軸受と、
　前記ロータの軸方向において前記ロータ翼と交互に配置されたステータ翼と、
　前記ステータ翼よりも下流側に配置されて前記ロータ円筒部の外周面と対面する内周面を有するねじ溝ステータと、
　前記ロータ円筒部の外周面または前記ねじ溝ステータの内周面に形成されるねじ溝よりも下流側に配置される断熱壁と、を有する真空ポンプであって、
　前記断熱壁は、リング状の環状部と、前記環状部の径方向の内側部から上流側へ延在し、外周面側に流路を形成する略円筒形状の壁部と、を有し、
　前記環状部の上流側の面と前記壁部の外周面との間に第１の隅部が形成され、
　前記ロータの回転軸を通る断面において、前記第１の隅部は、円弧状に形成されている
ことを特徴とする真空ポンプ。
　前記壁部は、略円筒形状の筒状壁部と、前記筒状壁部の上流側の端部から径方向の外側へ突出するリング状の折り返し部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
　前記ロータの回転軸を通る断面において、前記筒状壁部の外周面と前記折り返し部の下流側の面との間に第２の隅部が形成され、
　前記第２の隅部は円弧状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の真空ポンプ。
　前記ケーシングは、前記断熱壁よりも下流側に形成される通路と、前記排気口が形成される略円筒形状の排気管と、を有し、
　前記通路の内壁面と、前記排気管の内壁面は、段差なく連続して形成されることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
　前記断熱壁は、当該断熱壁よりも下流側および／または径方向の内側に配置されて当該断熱壁よりも温度の低い前記ケーシングの低温部を覆うように配置される請求項１～４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
　前記ねじ溝ステータまたは前記ねじ溝ステータに連結される部材は、加熱ヒータが配置され、
　前記断熱壁は、前記ねじ溝ステータまたは前記ねじ溝ステータに連結されて加熱ヒータが配置される部材に連結される請求項１～５のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
　前記壁部の上流側の端面は、前記ロータ円筒部の下流側の端面と軸方向において近接して対面することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
　前記断熱壁は、前記ねじ溝ステータまたは前記ねじ溝ステータに連結される部材の内周面と、前記環状部の上流側の面と、の間に第３の隅部が形成され、
　前記ロータの回転軸を通る断面において、前記第３の隅部は円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の真空ポンプ。