DE3506299A1 - Turbo-molekularpumpe - Google Patents

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DIPL-PHYS. F. ENDLICH

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BLUMENSTRASSE 8

D-8034 GERMERING

21. Februar 1983 E/AX Meine Akte: SS-5259

Anmelderin: Seiko Seiki Kabushiki Kaisha, 3-1, 4-chome,Yashiki, Narashino-shi, Chiba, Japan „

Turbo-Molekularpumpe

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Turbo-Molekularpumpe.

Es sind bereits Turbo-Molekularpumpen bekannt (J-OS 47-33446), an deren Auslaß eine Gewindepumpe koaxial angeordnet ist. Turbo-Molekularpumpen dieser Art weisen den Vorteil auf, daß im Vergleich zu einer Gewindepumpe die Pumpgeschwindigkeit höher ist, und daß die erhöhte Pumpgeschwindigkeit bei Arbeitsvorgängen vorteilhaft genutzt werden kann. Ferner kann von einer derartigen Turbo-Molekularpumpe am Eingang zugeführtes komprimiertes Gas der Gewindepumpe zugeführt werden.

Bei einer derartigen Turbo-Molekularpumpe kann ein Kompressionsverhältnis und ein Durchsatz erzielt werden, welcher dem Durchsatz der Gewindepumpe auf der Unterseite davon entspricht, wenn die Turbo-Molekularpumpe im

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Hochvakuumbereich betrieben wird. Im Bereich von 10 bis 1 Torr ist jedoch der Wirkungsgrad der Turbo-Molekularpumpe normalerweise sehr gering, so daß das Kompressionsverhältnis nicht verbessert werden kann. In Fig. 1 ist die Pumpgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Einlaßdruck dargestellt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß der Nachteil der Gewindepumpe darin besteht, daß der Durchsatz in diesem Bereich gering ist, da die Pumpgeschwindigkeit sehr niedrig ist und stark abfällt. In diesem Vakuumbereich ist auch der Wirkungsgrad von Rotationspumpen gering.

Es ist ferner bereits bekannt (J-OS 47-33447), in Schichten abwechselnd eine rotierende kreisförmige Scheibe und eine ortsfeste kreisförmige Scheibe mit einer oberen und einer unteren Umkehr-Spirale anstelle der Gewinde-

pumpe vorzusehen. Aber auch bei dieser Pumpe besteht der Nachteil, daß der Kanal sich von der Einlaßseite zu der Auslaßseite entlang der Windungsrichtung der Spirale entfernt, so daß wie bei der zuerst genannten Pumpe die Pumpgeschwindigkeit in demjenigen Bereich stark verringert wird, in dem die Turbo-Molekularpumpe ein geringer Kompressionsverhältnis aufweist.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Pumpgeschwindigkeit in dem Bereich

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zwischen 10 und 1 Torr zu erhöhen. Dieser Bereich entspricht dem Vakuumbereich, bei dem die Herstellung von Halbleiter-Baueinheiten durchgeführt wird, beispielsweise in Plasma-CVD-Einrichtungen und reaktiven lonen-Ätzverfahren. Deshalb soll eine Turbo-Molekularpumpe geschaffen werden, die insbesondere für Arbeiten in einem derartigen Vakuumbereich verwendbar ist.

Eine kombinierte Turbo-Mulekularpumpe gemäß der Erfindung weist rotierende kreisförmige Scheiben am Einlaß eines Rotors auf. Ortsfeste kreisförmige Scheiben sind abwechselnd in Schichten an dem Umfang davon angeordnet. Eine Gewindenut ist entweder auf dem Rotor oder auf dem zylindrischen Teil vorgesehen, welcher den Rotor in der Nähe des Umfangs der Auslaßseite des Rotors umgibt. Insbesondere ist auf beiden Oberflächen entweder der rotierenden Scheiben oder der ortsfesten Scheiben eine Ausbildung von Spiralnuten vorgesehen, deren Windungsrichtung gleich ist. Der Umfang jeder ortsfesten

Scheibe kann mit dem Einlaß in Verbindung stehen und die rotierenden Schei- ^

ben können niit der Gewindenut in deren Zentrum in Verbindung stehen.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Pumpgeschwindigkeit (in Relativwerten) von dem Einlaßdruck bei einer bekannten kombinierten Turbo-Mo I ekularpumpe,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiebs einer kombinierten Turbo-Molekularpumpe gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung von drei wesentlichen Elementen der Pumpe in Fig. 2; und

Fig. 4 eine Fig. 1 entsprechende graphische Darstellung der Abhängigkeit der Pumpenleistung bei einer Turbo-Molekularpumpe gemäß der Erfindung.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zylindrisches Gehäuse 1 vorgesehen, an dessen Unterseite ein Basisteil 2 luftdicht angeordnet ist. dessen untere Öffnung durch eine Abdeckung 3 verschlossen ist.

Die oben vorgesehene Einlaßseite ist von einem Ringflansch 1a umgeben, der beispielsweise mit der Auslaßleitung einer Vakuumkammer verbunden werden kann. An dem Basisteil 2 ist eine Anschlußeinrichtung 4 vorgesehen und auf der gegenüberliegenden Seite davon ist eine Auslaßleitung 2a befestigt. Die Auslaßleitung 2a kann beispielsweise mit einer Rotationspumpe oder einem mechanischen Nachschaltverdichter verbunden werden. In dem Basisteil 2 ist ein Rotorgehäuse 5 angeordnet und ein Rotor 6 ist mit einer Rotorwelle 5a verschraubt.

In dem Rotorgehäuse 5 ist ein mit der Anschlußeinrichtung 4 verbundener Antriebsmotor zusammen mit einer Steuereinrichtung angeordnet. In dem Gehäuse

I ist ferner ein Zylinder 7 angeordnet, der entlang seiner Innenwand eine Gewindenut 7a aufweist und das untere Ende des Rotors 6 umgibt. Am oberen Bereich des Rotors 6 sind rotierende Scheiben 8 in drei Stufen befestigt. Drei Scheiben 10,11 sind über Abstandsringe 9 am Innenumfang des Gehäuses 1 derart befestigt und angeordnet, daß sie gegenüber den Scheiben 8 angeordnet sind.

Die unterste ortsfest angeordnete Scheibe 10 weist eine Spiralnut 10a nur auf ihrer Oberseite auf. Die beiden anderen darüber angeordneten ortsfesten Scheiben 11 sind sowohl auf ihrer Oberseite als auch auf ihrer Unterseite mit einer Spiralnut 11a versehen. Ein Abstandsring 9, eine nicht rotierende Scheibe

II und eine rotierende Scheibe 8 sind in Fig. 3 als wesentliche Elemente besonders dargestellt. Die Windungsrichtung der Spiralnuten 10a und 11a auf den Oberseiten und auf den Unterseiten ist gleich. Entlang dem Umfang jeder Scheibe 11 sind eine Anzahl von Verbindungsnuten 11b vorgesehen. Entlang dem Innenumfang der Abstandsringe 9 sind ebenfalls Verbindungsnuten 9a vorgesehen. Deshalb ist eine Verbindung zwischen der oberen Einlaßöffnung des Gehäuses 1 mit dem Außenumfang des Rotors 6 vorhanden. Auf der Außenfläche des Rotors 6 sind geränderte Kanalnuten 6a ausgebildet. Die dargestellte Kanalnut 6a ist durch die obere Scheibe 8 verschlossen und ihr unteres Ende steht mit der Gewindenut 7a in Verbindung.

Wenn sich der Rotor 6 dreht, wird die von Einlaß zugeführte Luftströmung entlang den äußeren Umfangsflächen der Scheiben 10,11 durch die Verbindungsnuten 9a,11b gefördert und entsprechend der Rotation der Scheiben 8 gelangt die Luftströmung zu dem Innenbereich davon entlang den Spiralnuten 10a,11a, wobei eine Kompression erfolgt und eine Förderung zu der Gewindenut 7a des Zylinders 7 durch eine Kanalnut 6a, die auf der Außenseite des Rotors 6 vorgesehen ist. Durch die Rotation des Rotors 6 erfolgt eine weitere Kompression

entlang der Gewindenut 7a, schließlich eine Förderung zu der Auslaßleitung 2a.

Durch die Spiralnuten 11a und 10a im oberen Bereich des Rotors 6 vollständig komprimiertes Gas wird in die Gewindenut 7a gefördert, so daß die Pumpgeschwindigkeit selbst dann erhöht werden kann, wenn ein geringerer Durchsatz in der Gewindenut 7a vorhanden ist. Fig. 4 zeigt die Pumpgeschwindigkeit in Relativwerten in Abhängigkeit von dem Einlaßdruck der beschriebenen Turbo-Molekularpumpe. Daraus ist ersichtlich, daß in dem Bereich zwischen 10 und 1 Torr die Pumpgeschwindigkeit nicht verringert wiird und daß eine stabile Pumpgeschwindigkeit in diesem Bereich im Vergleich zu einer bekannten kombinierten Turbo-Molekularpumpe und einer Gewindepumpe oder einer Spiralpumpe aufrecht erhalten werden kann.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Spiralnuten an den nicht rotierenden Scheiben angeordnet. Der gleich Effekt kann jedoch erzielt werden, wenn die Spiralnuten auf den rotierenden Scheiben vorgesehen werden. Entsprechendes gilt auch für die Gewindenut im unteren Bereich der kreisförmigen Scheibe.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in einem Bereich, in dem der Wirkungsgrad der Turbb-Molekularpumpe verringert ist und eine Rotationspumpe oder dergleichen nicht effektiv angetrieben werden kann, ein stabiler Antrieb bewirkt werden kann. Deshalb ermöglicht die beschriebene Turbo-Molekularpumpe eine vorteilhafte Verwendung bei der Herstellung von Halbleiter-Baueinheiten mit einer dazu erforderlichen Gasströmung.

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Claims (1)

1. Anmelderin: Seiko Seiki Kabushiki Kaisha, 3-1, 4-chome. Yashiki, Narashino-shi, Chiba, Japan

   Patentanspruch

   Kombinierte Turbo-Molekularpumpe, die rotierende Scheiben im Einlaßbereich eines Rotors und ortsfeste Scheiben aufweist, die abwechselnd in Schichten entlang dem Umfang davon angeordnet sind, sowie mit einer entweder an dem Rotor oder an dem zylindrischen Teil, der den Rotor umgibt, in der Umgebung des Umfangs der Auslaßseite des Rotors ausgebildeten Gewindenut, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Oberflächen entweder der rotierenden Scheiben (8) oder der nicht rotierenden Scheiben (10,11) Spiralnuten (10a,11a) ausgebildet sind, welche dieselbe Windungsrichtung aufweisen, daß der Umfang jeder nicht rotierenden Scheibe (10,11) in Verbindung mit dem Einlaß gelangen kann, und daß die rotierenden Scheiben (8) in Verbindung mit der Gewindenut (7a) auf ihrer zentralen Seite gelangen können.