JP2020125714A

JP2020125714A - 真空ポンプ及び真空ポンプに用いられる接続ポート

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Publication number: JP2020125714A
Application number: JP2019018310A
Authority: JP
Inventors: 勉高阿田; Tsutomu Takaada; 永偉時; Nagatake Toki
Original assignee: Edwards Japan Ltd
Current assignee: Edwards Japan Ltd
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2020-08-20
Anticipated expiration: 2039-02-04
Also published as: CN113286948A; US20220106961A1; WO2020162249A1; JP7668613B2; EP3922858A1; EP3922858A4

Abstract

【課題】排気性能を低下させることなく小型化可能な真空ポンプ及び真空ポンプに用いられる接続ポートを提供する。【解決手段】真空ポンプ１と補助ポンプとを接続する排気ポート１４は、真空ポンプ１に接続可能なオーバル状の第１の開口１４ａと、補助ポンプに接続可能な円形状の第２の開口１４ｂと、を備え、真空ポンプ１のアキシャル方向において、第１の開口１４ａの径寸法が、第２の開口１４ｂの径寸法より小さく設定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、真空ポンプ及び真空ポンプに用いられる接続ポートに関するものである。

メモリや集積回路等の半導体装置の製造において、絶縁膜、金属膜、半導体膜等の成膜を行う処理やエッチングを行う処理は、空気中の塵等による影響を避けるために高真空状態のプロセスチャンバ内で行われる。プロセスチャンバ内の排気には、例えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプが使用されている。

このような真空ポンプとして、外部から気体を吸入する吸気口と吸入された気体を外部に排気する排気口を有するケーシング内に、軸方向に交互に多段配列した回転翼及び固定翼を有するターボ分子機構を配置したものが知られている。

特許文献１には、吸気口４を介して導入された気体を気体移送機構で軸線方向の下方に移送し、圧縮された気体を排気口６から外部に排気するように構成された真空ポンプ１が開示されている。なお、符号は特許文献１に記載されたものである。

特開２０１８−３５７１８号公報

しかしながら、上述したような真空ポンプでは、略円筒状に形成された排気口が比較的広いスペースを占めており、真空ポンプを軸線方向に小型化できないという問題があった。

このような問題に対して、排気口を縮径して余剰スペースを作り出すことも考えられるが、単に排気口を小さくしても、気体をスムーズに排気できずに真空ポンプの排気性能を低下させてしまう。

そこで、排気性能を低下させることなく真空ポンプを小型化するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る真空ポンプは、接続された外部機器との間で、ガスを吸気又は排気する真空ポンプであって、前記外部機器と前記真空ポンプとを接続する接続ポートは、前記真空ポンプに接続可能な非円形状の第１の開口と、前記外部機器に接続可能な円形状の第２の開口と、を備え、前記ガスの流れ方向に対して垂直な方向において、前記第１の開口の径寸法が、前記第２の径寸法より小さく設定されている。

この構成によれば、従来のような円筒状の接続ポートを用いた真空ポンプと比べて、真空ポンプの排気性能を維持したまま、接続ポートの第１の開口側を小さく成形でき、真空ポンプを小型化することができる。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る真空ポンプは、前記ガスの流れ方向に対して垂直な前記接続ポートの開口断面積は、前記第１の開口から前記第２の開口に亘って略同一に設定されることが好ましい。

また、本発明に係る真空ポンプは、前記第１の開口が、オーバル状に形成されており、その短軸が前記真空ポンプのアキシャル方向と略一致するように設定されていることが好ましい。

この構成によれば、接続ポートの第１の開口側をアキシャル方向に小さく成形でき、真空ポンプをアキシャル方向に小型化することができる。

また、本発明に係る真空ポンプは、前記接続ポートが、該接続ポートを加熱するヒータを挿入可能なヒータ取付部を備えていることが好ましい。

この構成によれば、ヒータが接続ポートを昇温し、接続ポート内でのガス生成物の堆積を抑制することができる。

また、本発明に係る真空ポンプは、前記ヒータ取付部が、筒状に形成された孔であり、その軸方向が前記第１の開口の長軸と一致するように設けられていることが好ましい。

この構成によれば、ヒータが接続ポートを横断するように取り付けられるため、接続ポートが効率的に昇温され、接続ポート内でのガス生成物の堆積をさらに抑制することができる。

また、本発明に係る真空ポンプは、前記接続ポートが、アルミ合金で形成されていることが好ましい。

この構成によれば、熱伝導率に優れたアルミ合金で接続ポートを形成することにより、接続ポートが効率的に昇温され、接続ポート内でのガス生成物の堆積をさらに抑制することができる。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る接続ポートは、真空ポンプ及び外部機器を接続し、内部にガスを流通させる接続ポートであって、前記真空ポンプに接続可能で非円形状の第１の開口と、前記外部機器に接続可能な円形状の第２の開口と、を備え、前記ガスの流れ方向に対して垂直な方向において、前記第１の開口の径寸法が、前記第２の径寸法より小さく設定されている。

発明に係る真空ポンプによれば、従来のような円筒状の接続ポートを用いた真空ポンプと比べて、真空ポンプの排気性能を維持したまま、接続ポートの第１の開口側を小さく成形でき、真空ポンプを小型化することができる。

また、発明に係る接続ポートによれば、従来のような円筒状の接続ポートを用いた真空ポンプと比べて、真空ポンプの排気性能を維持したまま、接続ポートの第１の開口側を小さく成形でき、真空ポンプを小型化することができる。

本発明の一実施形態に係る真空ポンプの縦断面図である。図１の排気ポートを示す斜視図である。排気ポートを示す平面図、第１の開口側から視た側面図及び縦断面図である。

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

図１は、真空ポンプ１を示す縦断面図である。真空ポンプ１は、略円筒状のケーシング１０内に収容されたターボ分子ポンプ機構ＰＡとねじ溝ポンプ機構ＰＢとから成る複合ポンプである。

真空ポンプ１は、ケーシング１０と、ケーシング１０内に回転可能に支持されたロータシャフト２１を有するロータ２０と、ロータシャフト２１を回転駆動させるモータ３０と、ロータシャフト２１の一部及びモータ３０を収容するステータコラム４０とを備えている。

ケーシング１０は、ベース１１と、ベース１１上に載置された状態でボルト１２を介して固定された円筒部１３と、で構成されている。

ベース１１の下部側方には、図示しない補助ポンプに連通される排気ポート１４が設けられている。

円筒部１３の上端には、図示しないチャンバ等の真空容器に接続される吸気口１５が形成されている。また、吸気口１５の外周には、真空容器に連結されるフランジ１２ｂが形成されている。また、円筒部１３の側方には、真空容器に接続される吸気ポート１６が設けられている。なお、以下では、排気ポート１４及び吸気ポート１６を総称して「接続ポート」といる。

ロータ２０は、ロータシャフト２１と、ロータシャフト２１の上部に固定されてロータシャフト２１の軸心に対して同心円状に並設された回転翼２２と、を備えている。

ロータシャフト２１は、磁気軸受５０により非接触支持されている。磁気軸受５０は、ラジアル電磁石５１と、アキシャル電磁石５２と、を備えている。ラジアル電磁石５１及びアキシャル電磁石５２は、制御ユニット６０に接続されている。

ロータシャフト２１の上部及び下部は、タッチダウン軸受２３内に挿通されている。ロータシャフト２１が制御不能になった場合には、高速で回転するロータシャフト２１がタッチダウン軸受２３に接触して真空ポンプ１の損傷を防止するようになっている。

回転翼２２は、ボス孔２４にロータシャフト２１の上部を挿通した状態で、ボルト２５をロータフランジ２６に挿通すると共にシャフトフランジ２７に螺着することで、ロータシャフト２１に一体に取り付けられている。

モータ３０は、ロータシャフト２１の外周に取り付けられた回転子３１と、回転子３１を取り囲むように配置された固定子３２とで構成されている。固定子３２は、制御ユニット６０に接続されており、制御ユニット６０によってロータシャフト２１の回転が制御されている。

ステータコラム４０は、ベース１１上に載置された状態で、ステータコラム４０の下端部がボルト４１を介してベース１１に固定されている。

制御ユニット６０は、ロータシャフト２１のラジアル方向の変位を検出する図示しないラジアルセンサ及びロータシャフト２１のアキシャル方向の変位を検出する図示しないアキシャルセンサの検出値に基づいて、ラジアル電磁石５１、アキシャル電磁石５２の励磁電流を制御することにより、ロータシャフト２１が所定の位置に浮上した状態で支持されるようになっている。

次に、真空ポンプ１の略上半分に配置されたターボ分子ポンプ機構ＰＡについて説明する。

ターボ分子ポンプ機構ＰＡは、回転翼２２と、アキシャル方向において回転翼２２との間に隙間を空けて配置された固定翼７０と、で構成されている。回転翼２２と固定翼７０とは、アキシャル方向に沿って交互にかつ多段に配列されており、本実施例では、５段の回転翼２２と４段固定翼７０が配列されている。

回転翼２２は、所定の角度で傾斜したブレードからなり、ロータ２０の上部外周面に一体に形成されている。また、回転翼２２は、ロータ２０の軸線回りに放射状に複数設置されている。

固定翼７０は、回転翼２２とは反対方向に傾斜したブレードからなり、円筒部１３の内壁面に段積みで設置されているスペーサ７１によりアキシャル方向に挟持されて位置決めされている。また、固定翼７０も、ロータ２０の軸線回りに放射状に複数設置されている。

上述したようなターボ分子ポンプ機構ＰＡは、回転翼２２の回転により、吸気口１５及び吸気ポート１６から吸入されたガスをアキシャル方向の上方から下方に移送するようになっている。

次に、真空ポンプ１の略下半分に配置されたねじ溝ポンプ機構ＰＢについて説明する。

ねじ溝ポンプ機構ＰＢは、ロータ２０の下部に設けられてアキシャル方向に沿って延びたロータ円筒部２８と、ロータ円筒部２８の外周面２８ａを囲んで配置された略円筒状のステータ８０と、を備えている。

ステータ８０は、ベース１１上に載置されている。ステータ８０は、内周面に刻設されたねじ溝部８１を備えている。

上述したようなねじ溝ポンプ機構ＰＢは、吸気口１５及び吸気ポート１６からアキシャル方向の下方に移送されたガスを、ロータ円筒部２８の高速回転によるドラッグ効果によって圧縮して、排気ポート１４に向かって移送する。具体的には、ガスは、ロータ円筒部２８とステータ８０との隙間に移送された後に、ねじ溝部８１内で圧縮されて排気ポート１４に移送される。

次に、接続ポートの構成について、排気ポート１４を例に図２、３に基づいて説明する。図２は、排気ポート１４を示す斜視図である。図３（ａ）は、排気ポート１４の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図３（ｃ）は、排気ポート１４の側面図である。

排気ポート１４は、筒状に形成されており、内部にガスを流通させる。排気ポート１４は、例えば熱伝導率に優れたアルミ合金を鋳造して成る。排気ポート１４は、ベース１１に接続される非円形状に形成された第１の開口１４ａと、補助ポンプに接続される円形状に形成された第２の開口１４ｂと、を備えている。なお、第１の開口１４ａがベース１１に接続されることを、便宜上、排気ポート１４が真空ポンプ１に接続されるという意味で用いる場合がある。

第１の開口１４ａは、真空ポンプ１のアキシャル方向に沿って短軸が設定された長円形に形成されている。したがって、アキシャル方向において、第１の開口１４aの径寸法D1が、第２の開口１４ｂの径寸法D2よりも小さく設定されている。なお、第１の開口１４aの形状は、図示したような長円形に限定されず、例えば、第１の開口１４ａに要求される排気量に応じた開口面積を有する円を想定し、この円よりもアキシャル方向に小さいオーバル状のものであれば、第１の開口１４ａは楕円形等の如何なる形状であっても構わない。また、第１の開口１４ａは、オーバル状のものに限定されず、長方形やひし形等であっても構わない。

排気ポート１４は、第１の開口１４ａから第２の開口１４ｂに向かうガスの排気方向に対して垂直な断面積が、非円形状の第１の開口１４ａから円形状の第２の開口１４ｂに亘って略同一に設定されている。これにより、従来のような円筒状の排気ポートを用いた真空ポンプと比べても、非円筒状の排気ポート１４を用いた真空ポンプ１の排気性能を維持したまま、排気ポート１４の第１の開口１４ａ側をアキシャル方向に小さく成形でき、真空ポンプ１をアキシャル方向に小型化することができる。なお、排気ポート１４の垂直断面積は、ガスの排気方向に沿って漸次縮小又は順次拡大するように滑らかに形成されたものであっても構わない。

また、排気ポート１４の外周には、ヒータ取付部１４ｃが設けられている。具体的には、ヒータ取付部１４ｃは、排気ポート１４の外周から膨出する台座１４dに形成された筒状孔であり、図示しない棒状のシーズヒータを挿通可能に構成されている。

ヒータ取付部１４ｃ内に収容されたシーズヒータは、ボルト孔１４ｅに挿通された図示しないボルトによって排気ポート１４に固定される。シーズヒータは、排気ポート１４内でガスの生成物が堆積することを抑制するために、排気ポート１４を適温（例えば、１２０℃）まで昇温するものである。

ヒータ取付部１４ｃは、その軸方向が第１の開口１４ａの長軸と一致するように配置されている。これにより、シーズヒータが排気ポート１４を横断するように取り付けられるため、排気ポート１４を効率的に昇温することができる。

なお、図２中の符号１４ｆは、図示しない温度センサを挿通可能なセンサ収容孔である。温度センサは、センサ収容孔１４ｃ内に収容された状態でボルト孔１４ｅに挿通された図示しないボルトによって排気ポート１４に固定される。温度センサは、測定した排気ポート１４の温度を制御ユニット６０に送り、制御ユニット６０は予め設定された温度を維持するように、シーズヒータのオン・オフ制御を行う。

次に、吸気ポート１６の構成について説明する。なお、吸気ポート１６は、排気ポート１４と略同じ構成であり、重複する説明を省略する。

吸気ポート１６は、上述した排気ポート１４とガスを流通させる向きが相違する。すなわち、吸気ポート１６は、第１の開口１４ａに相当する非円形状の第１の開口１６ａがケーシング１０に、第２の開口１４ｂに相当する円形状の第２の開口１６ｂが図示しない真空容器にそれぞれ接続される。なお、第１の開口１６ａがケーシング１０に接続されることを、便宜上、吸気ポート１６が真空ポンプ１に接続されるという意味で用いる場合がある。

そして、吸気ポート１６では、第２の開口１６ｂから第１の開口１６ａに向かうガスの流れ方向に対して垂直な断面積が、ガスの流れ方向に沿って、即ち円形状の第２の開口１６ｂから非円形状の第１の開口１６ａに亘って略同一に形成されている。なお、吸気ポート１６の垂直断面積は、ガスの流れ方向に沿って漸次縮小又は順次拡大するように滑らかに形成されたものであっても構わない。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を成すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

なお、本発明の実施形態及び変形例は、必要に応じて組み合わせても構わない。

また、上述した実施形態では、吸気口１５及び吸気ポート１６を備えた真空ポンプ１を例にその構成を説明したが、真空ポンプ１は、吸気口１５又は吸気ポート１６の何れかのみを備えたものであっても構わない。

また、接続ポートは、真空ポンプ１及び外部機器を直接接続するものに限定されず、真空ポンプ１及び外部機器に他の配管等を介して間接的に接続されるものであっても構わない。

１・・・真空ポンプ
１０・・・ケーシング
１１・・・ベース
１４・・・排気ポート（接続ポート）
１４ａ・・・（排気ポートの）第１の開口
１４ｂ・・・（排気ポートの）第２の開口
１４ｃ・・・ヒータ取付部
１４ｄ・・・台座
１４ｅ・・・ボルト孔
１４ｆ・・・センサ収容孔
１５・・・吸気口
１６・・・吸気ポート（接続ポート）
１６ａ・・・（吸気ポートの）第１の開口
１６ｂ・・・（吸気ポートの）第２の開口

Claims

接続された外部機器との間で、ガスを吸気又は排気する真空ポンプであって、
前記外部機器と前記真空ポンプとを接続する接続ポートは、前記真空ポンプに接続可能な非円形状の第１の開口と、前記外部機器に接続可能な円形状の第２の開口と、を備え、
前記ガスの流れ方向に対して垂直な方向において、前記第１の開口の径寸法が、前記第２の径寸法より小さく設定されていることを特徴とする真空ポンプ。
前記ガスの流れ方向に対して垂直な前記接続ポートの開口断面積は、前記第１の開口から前記第２の開口に亘って略同一に設定されていることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
前記第１の開口は、オーバル状に形成されており、その短軸が前記真空ポンプのアキシャル方向と略一致するように設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の真空ポンプ。
前記接続ポートは、該接続ポートを加熱するヒータを挿入可能なヒータ取付部を備えていることを特徴とする請求項３記載の真空ポンプ。
前記ヒータ取付部は、筒状に形成された孔であり、その軸方向が前記第１の開口の長軸と一致するように設けられていることを特徴とする請求項４記載の真空ポンプ。
前記接続ポートは、アルミ合金で形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の真空ポンプ。
真空ポンプ及び外部機器を接続し、内部にガスを流通させる接続ポートであって、
前記真空ポンプに接続可能で非円形状の第１の開口と、前記外部機器に接続可能な円形状の第２の開口と、を備え、
前記ガスの流れ方向に対して垂直な方向において、前記第１の開口の径寸法が、前記第２の径寸法より小さく設定されていることを特徴とする接続ポート。