JP2003269367A

JP2003269367A - 真空ポンプ

Info

Publication number: JP2003269367A
Application number: JP2002068537A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Ishikawa; 隆治石川
Original assignee: BOC Edwards Technologies Ltd
Current assignee: Edwards Japan Ltd
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-09-25
Also published as: US6991439B2; US20030175132A1

Abstract

(57)【要約】【課題】真空ポンプ内におけるプロセスガスの排気路
を従来よりも高温に保ちながらポンプ内部基板の冷却を
効率的に行う真空ポンプを提供すること。【解決手段】ベース６の外周面にヒータ２９を装着し
ベース６を加熱する。ベース６を加熱することにより、
プロセスガスの排気路内部の温度を高温に保たせ、ポン
プ内部の固体生成物の析出を抑制する。また、裏蓋２６
の内側に真空ポンプの各種情報が記憶されたポンプ内部
基板２５を配置する。そして、ポンプ内部基板２５が配
置されている裏蓋２６に水冷管３０を取り付けて、裏蓋
２６を強制的に冷却する。さらに、ベース６の熱が裏蓋
２６へ伝わらないように、裏蓋２６とベース６との接合
部２７ａおよび接触部２７ｂに熱伝導率の低い断熱材２
７を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空ポンプに関
し、例えば、半導体製造装置のプロセスガスを吸引排気
する場合に使用される真空ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エレクトロニクスの発展に伴い、
メモリや集積回路といった半導体デバイスが普及してき
ている。そのため、半導体製造装置の需要が急激に増大
している。これらの半導体製造装置には、エッチング等
の作業を行う高真空状態の真空チャンバが設けられてい
る。一般に、この真空チャンバの内の真空化を行うため
に、真空ポンプが多用されている。また、半導体デバイ
ス製造工程には、種々のプロセスガスを半導体の基板に
作用させる工程が設けられているため、真空ポンプは真
空チャンバ内を真空にするのみならず、これらのプロセ
スガスの吸引排気にも利用されている。これらのプロセ
スガスは、反応性を高めるため高温の状態でチャンバに
導入される場合がある。しかし、これらのプロセスガス
は、排気される途中で冷却されることにより化学反応を
起こして固体の生成物となり、真空ポンプ内に付着して
堆積してしまうことがある。

【０００３】例えば、Ａｌエッチング装置にプロセスガ
スとして塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を使用した場合、水
分の含有量の多い７６０［ｔｏｒｒ］〜１０-２［ｔｏ
ｒｒ］の低真空領域では、塩化ケイ素の化学反応が促進
されて塩化アルミニウム（ＡＬＣｌ３）が固体生成物と
して析出し、真空ポンプ内に付着して堆積する。２０℃
程度の低温領域においては、さらに塩化ケイ素の化学反
応が促進される。真空ポンプ内部では、多数のロータ翼
の配設されたロータが毎分数万回転の高速回転をしてい
る。真空ポンプのケーシングの内周面に配設されたステ
ータ翼に析出物が堆積すると、ロータ翼と接触する等の
不都合が生じる場合がある。また、この堆積した析出物
のために気体の排気路が狭められ、真空ポンプの性能を
著しく低下させる場合もある。

【０００４】そのため、従来から真空ポンプ内部の固体
生成物の堆積を抑制する方法が提案されている。一般に
は、外部から加熱して真空ポンプの内部温度を上昇させ
ることによりプロセスガスの固着を抑制する方法が採用
されている。この方法の一例を図２に示したターボ分子
ポンプを参照して簡単に説明する。ターボ分子ポンプ内
において、最もプロセスガスの固体生成物が析出しやす
い場所は、圧力が高くしかも水冷管１０２（温度制御
用）に近いベース１０１である。そのため、このベース
１０１をヒータ１０３を用いて加熱し高温に保ってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たヒータ１０３を用いる方法においては、熱の伝導経路
で問題が生じてしまう。ヒータ１０３で加熱された熱の
伝導経路を図２の矢印で示す。このように、ヒータ１０
３で加熱された熱は、ベース１０１を経由してモータハ
ウジング１０６、および、ポンプ内部基板１０４の方へ
伝わってしまう。モータハウジング１０６の内部に配置
されているモータ部１０５、および、ポンプ内部基板１
０４は、信頼性を考慮した設計限界温度が設定されてい
るため、真空ポンプの動作時において設計限界温度の設
定値範囲内で使用しなければならない。特に、ポンプ内
部基板１０４の設計限界温度は８０℃と低い。

【０００６】このように、現在の構成では、ヒータを用
いて加熱すると、加熱されることを望まないモータ部や
ポンプ内部基板までも加熱されてしまい、そのためモー
タハウジング内部に配置されているポンプ内部基板の温
度が上昇してしまう。そこで、本発明の目的は、真空ポ
ンプ内におけるプロセスガスの排気路を従来よりも高温
に保ちながらポンプ内部基板の冷却を効率的に行う真空
ポンプを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、ケーシングと前記ケーシングとに連通する開口部を
有するベースを有し、吸気口と排気口とが配設された本
体と、前記本体内に回転自在に軸支されたロータと、前
記ロータを駆動させるモータと、前記モータを支持する
モータハウジングと、前記ケーシングと前記ロータとの
間に設けられ、前記吸気口から吸い込まれた気体を前記
排気口まで移送する気体移送手段と、前記気体移送手段
により移送される気体の排気路を加熱する加熱手段と、
前記ベースの開口部を覆う裏蓋と、前記裏蓋の前記モー
タハウジング側に配置されたポンプ内部基板と、を具備
することにより前記目的を達成する。前記加熱手段は、
例えば、前記ベースまたは前記ケーシングの周囲や真空
ポンプ内部に配置したヒータ等で構成される。請求項２
記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記裏
蓋を冷却する冷却手段を備えることにより前記目的を達
成する。請求項３記載の発明では、請求項１または請求
項２記載の発明において、前記裏蓋は、断熱材を介して
固定することにより前記目的を達成する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図１を参照して詳細に説明する。図１は、本
実施の形態に係るターボ分子ポンプ１を示した図であ
り、ロータ軸２の軸線方向の断面を示している。なお、
図１には示していないが、ターボ分子ポンプ１の吸気口
３は、コンダクタンスバルブ（配管の流路の断面積を変
化させ、排気ガスのコンダクタンス即ち流れやすさを調
節するバルブ）などを介して半導体製造装置の真空チャ
ンバに接続され、排気口４は補助ポンプに接続される。

【０００９】ターボ分子ポンプ１のケーシングを形成す
るケーシング５は円筒状の形状をしており、その中心に
ロータ軸２が設置されている。ケーシング５は、ベース
６と共にターボ分子ポンプ１の本体３１を形成する。ロ
ータ軸２の軸線方向の上部と下部および底部には、それ
ぞれ磁気軸受部７、８、９が設けられている。ロータ軸
２は、磁気軸受部７、８によってラジアル方向（ロータ
軸２の径方向）に非接触で支持され、磁気軸受部９によ
ってスラスト方向（ロータ軸２の軸方向）に非接触で支
持されている。これらの磁気軸受部７、８、９は、いわ
ゆる５軸制御型の磁気軸受を構成しており、ロータ軸２
はロータ軸２の軸線周りの回転の自由度のみ有してい
る。

【００１０】磁気軸受部７では、４つの電磁石がロータ
軸２の周囲に、９０°ごとに対向するように配置されて
いる。ロータ軸２は、高透磁率材（鉄など）などにより
形成され、これらの電磁石の磁力により吸引されるよう
になっている。変位センサ１０は、ロータ軸２のラジア
ル方向の変位を検出する。図示しない制御部は、変位セ
ンサ１０からの変位信号によってロータ軸２がラジアル
方向に所定の位置から変位したことを検出すると、各電
磁石の磁力を調節してロータ軸２を所定の位置に戻すよ
うに動作する。このように電磁石の磁力の調節は、各電
磁石の励磁電流をフィードバック制御することにより行
われる。

【００１１】制御部は、変位センサ１０の信号により磁
気軸受部７の磁力をフィードバック制御する。これによ
り、ロータ軸２は、磁気軸受部７において電磁石から所
定のクリアランスを隔ててラジアル方向に磁気浮上し、
空間中に非接触で保持される。磁気軸受部８の構成と作
用は、磁気軸受部７と同様である。磁気軸受部８では、
ロータ軸２の周囲に、９０°ごとに電磁石が４つ配置さ
れており、これらの電磁石の磁力の吸引力により、ロー
タ軸２は、磁気軸受部８でラジアル方向に非接触で保持
される。

【００１２】変位センサ１１は、ロータ軸２のラジアル
方向の変位を検出する。図示しない制御部は、変位セン
サ１１からロータ軸２がラジアル方向の変位信号を受信
すると、この変位を修正してロータ軸２を所定の位置に
保持するように電磁石の励磁電流をフィードバック制御
する。制御部は、変位センサ１１の信号により磁気軸受
部８の磁力をフィードバック制御する。これにより、ロ
ータ軸２は、磁気軸受部８において電磁石から所定のク
リアランスを隔ててラジアル方向に磁気浮上し、空間中
に非接触で保持される。このように、ロータ軸２は、磁
気軸受部７、８の２カ所でラジアル方向に保持されるの
で、ロータ軸２はラジアル方向に所定の位置で保持され
る。

【００１３】ロータ軸２の下端に設けられた磁気軸受部
９は、円板状の金属ディスク１２、電磁石１３、１４、
変位センサ１５によって構成され、ロータ軸２をスラス
ト方向に保持する金属ディスク１２は、鉄などの高透磁
率材で構成されており、その中心においてロータ軸２に
垂直に固定されている。金属ディスク１２の上には電磁
石１３が設置され、下には電磁石１４が設置されてい
る。電磁石１３は、磁力により金属ディスク１２を上方
に吸引し、電磁石１４は、金属ディスク１２を下方に吸
引する。制御部は、この電磁石１３、１４が金属ディス
ク１２に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸２をスラ
スト方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するよう
になっている。

【００１４】変位センサ１５は、ロータ軸２のスラスト
方向の変位を検出し、これを図示しない制御部に送信す
る。制御部は、変位センサ１５から受信した変位検出信
号によりロータ軸２のスラスト方向の変位を検出する。
ロータ軸２がスラスト方向のどちらかに移動して所定の
位置から変位した場合、制御部は、この変位を修正する
ように電磁石１３、１４の励磁電流をフィードバック制
御して磁力を調節し、ロータ軸２を所定の位置に戻すよ
うに動作する。制御部は、このフィードバック制御を連
続的に行い、ロータ軸２はスラスト方向に所定の位置で
磁気浮上し、保持される。以上に説明したように、ロー
タ軸２は、磁気軸受部７、８によりラジアル方向に保持
され、磁気軸受部９によりスラスト方向に保持されるた
め、ロータ軸２の軸線周りの回転の自由度のみ有してい
る。

【００１５】ロータ軸２には、磁気軸受部７、８の間に
モータ部１６が設けてある。本実施の形態では、一例と
してモータ部１６は、以下のように構成されたＤＣブラ
シレスモータであるとする。モータ部１６では、ロータ
軸２の周囲に永久磁石が固着してある。この永久磁石
は、ロータ軸２の周りに、例えばＮ極とＳ極が１８０°
ごとに配置されるように固定されている。この永久磁石
の周囲には、ロータ軸２から所定のクリアランスを経
て、例えば６個の電磁石が６０°ごとにロータ軸２の軸
線に対して対照的に対向するように配置されている。

【００１６】また、ロータ軸２の下端には、図示しない
回転数センサが取り付けられている。図示しない制御部
は、回転数センサの検出信号によりロータ軸２の回転数
を検出することができるようになっている。また、例え
ば変位センサ１１近傍に、ロータ軸２の回転の位相を検
出する図示しないセンサが取り付けてあり、制御装置
は、該センサと回転数センサの検出信号を共に用いて永
久磁石の位置を検出するようになっている。

【００１７】ロータ軸２の上端にはロータ１７が複数の
ボルト１８により取り付けられている。以下に説明する
ように、ロータ１７の略中ほどから吸気口３側、即ち、
図中上方向は分子ポンプ部となっており、略中ほどから
図中下方向、即ち排気口４側はねじ溝式ポンプ部となっ
ている。

【００１８】ロータ１７の吸気口３側に位置する分子ポ
ンプ部では、ロータ翼１９がロータ軸２の軸線に垂直な
平面から所定の角度だけ傾斜して、ロータ１７から放射
状に複数段取り付けてある。ロータ翼１９は、ロータ１
７に固着されており、ロータ軸２と共に高速回転するよ
うになっている。ケーシング５の吸気口３側には、ステ
ータ翼２０が、ロータ軸２の軸線に垂直な平面から所定
の角度だけ傾斜して、ケーシング５の内側に向けて、ロ
ータ翼１９の段と互い違いに配設されている。

【００１９】ロータ１７がモータ部１６により駆動され
てロータ軸２と共に回転すると、ロータ翼１９とステー
タ翼２０の作用により、吸気口３から排気ガスが吸気さ
れる。吸気口３から吸気された排気ガスは、ロータ翼１
９とステータ翼２０の間を通り、図中下半に構成された
ねじ溝ポンプ部へ移送される。このとき、ロータ翼１９
と排気ガスとの摩擦や、モータ部１６で発生した熱の伝
導などにより、ロータ翼１９の温度は上昇するが、この
熱は、輻射または排気ガスの気体分子などによりステー
タ翼２０に伝導される。

【００２０】スペーサ２１はリング状の部材であり、例
えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、ま
たはこれらの金属を成分として含む合金などの金属によ
って構成されている。スペーサ２１は、ステータ翼２０
によって形成された段を所定の間隔に保つために、ステ
ータ翼２０の段の間に介在させられると共に、ステータ
翼２０を所定の位置に保持する。各スペーサ２１は、外
周部で互いに接合しており、ステータ翼２０がロータ翼
１９から受け取った熱、および排気ガスとステータ翼２
０との摩擦によって発生した熱などを伝導する熱伝導路
を構成している。

【００２１】ロータ１７の排気口４側に形成されたねじ
溝ポンプ部は、ロータ１７とねじ溝スペーサ２２から構
成されている。ねじ溝スペーサ２２は、アルミニウム、
銅、ステンレス、鉄、またはこれらの金属を成分とする
合金などの金属によって構成された円筒状の部材であ
り、その内周面に螺旋状の複数のねじ溝２３が複数条形
成されている。ねじ溝２３の螺旋の方向は、ロータ１７
の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、該分子
が排気口４の方へ移送される方向である。ロータ１７が
モータ部１６により駆動されて回転すると、排気ガスが
図中上半の分子ポンプ部からねじ溝ポンプ部へ移送され
てくる。この移送されてきた排気ガスは、ねじ溝２３に
ガイドされながら、排気口４の方へ移送される。

【００２２】ベース６の外周面にヒータ２９が装着され
ている。ヒータ２９はニクロム線などの電熱部材によっ
て構成され、図示しない温度コントローラから電力を供
給される。ヒータ２９は電力が供給されると発熱し、ベ
ース６を加熱する。ベース６を加熱することにより、プ
ロセスガスの排気路内部の温度を高温に保たせ、ポンプ
内部の固体生成物の析出を抑制している。本発明の実施
の形態では、プロセスガスの固体生成物が析出しやすい
条件（低温・高圧力）の揃ったベース６付近の排気路内
部を加熱するためにベース６の外周面にヒータ２９を装
着している。従って、排気路内部を加熱することが可能
であるケーシング５の外周面にヒータ２９を装着しても
プロセスガスの固体生成物の析出を抑制する効果は得ら
れる。また、ヒータ２９を直接ターボ分子ポンプに内蔵
して排気路を加熱することもできる。

【００２３】ベース６の底部の開口部に裏蓋２６が取り
付けられている。この裏蓋２６は外気と接触しているた
め、ターボ分子ポンプの中では比較的低温状態にある。
この裏蓋２６の内側に真空ポンプの各種情報が記録され
たポンプ内部基板２５が配置されている。このポンプ内
部基板２５には、ポンプの運転時間、エラーの履歴、温
度制御の設定温度等が記憶された回路が形成され、これ
らの回路には多数の半導体部品が使用されている。これ
らの半導体部品は、信頼性を考慮した設計限界温度が設
定されているため、真空ポンプの動作時において設計限
界温度の設定値範囲内で使用しなければならない。設計
限界温度は部品メーカの保証値とマージンを考慮した値
に設定されている。従来品とのポンプ内部基板２５の配
置位置の違いが、図２のポンプ内部基板１０４の配置位
置と比較してみると分かる。

【００２４】従来品におけるポンプ内部基板１０４は、
磁気軸受部１０７に付設されていたため、ヒータで加熱
された熱が、ベース１０１、モータハウジング１０６、
磁気軸受部１０７を介して、または、モータ１６からの
熱が、ポンプ内部基板１０４に伝わってしまっていた。
しかし、ポンプ内部基板２５を裏蓋２６へ移設すること
により、ポンプ内部基板２５を加熱する上記の熱伝導路
を断つことが可能となる。これにより、ポンプ内部基板
２５の温度上昇が抑制される。

【００２５】なお、本発明におけるポンプ内部基板２５
は、裏蓋２６内部に配置されているため、真空ポンプの
組み立て作業効率を考慮して、ポンプ内部基板２５の配
線は従来品より長めに設計されている。本発明の実施の
形態においては、軸受に磁気軸受を採用したターボ分子
ポンプの例を示しているが、例えばベアリング軸受等を
採用した場合であっても適用可能である。先に説明した
ように、ポンプ内部基板２５は搭載されている部品の都
合により低温に保つ必要性がある。そのため、このポン
プ内部基板２５が配置されている裏蓋２６の外側に水冷
管３０を取り付けて、裏蓋２６を強制的に冷却してい
る。また、水冷管３０の代わりにファン等の強制空冷装
置を備えることによっても裏蓋２６の冷却効果が見込め
る。

【００２６】裏蓋２６とベース６との接合部２７ａおよ
び接触部２７ｂに熱伝導率の低い断熱材２７が配置され
ている。これは、裏蓋２６の冷却効果およびベース６の
加熱効果を向上させるためのもので、ヒータ２９で加熱
されたベース６の熱が裏蓋へ伝わることを遮る働きをす
る。この断熱材２７は、断熱性のあるセラミックス（例
えば、ＫＯ、ｎＴｉＯ、ＣａＯ、ＳｉＯなど）や樹脂、
（例えば、フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、
その他耐熱樹脂など）および熱伝導率の低い金属（例え
ば、ステンレス鋼、クロムニッケル（１８Ｃｒ２Ｎｉ）
など）により構成されている。

【００２７】吸気口３から吸気されたプロセスガスは、
温度を下げながら排気路内を排気口４方向へ移動する。
しかし、ベース６がヒータ２９により加熱されているの
で、プロセスガスが固体状になってベース６付近に付着
堆積することはない。また、ポンプ内部基板２５は、裏
蓋２６内部に配置されているため、裏蓋２６を外部から
強制的に冷却することにより効率的に冷却することがで
きる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、ポンプ内
部基板を裏蓋内部に配置することにより、効率的にポン
プ内部基板を冷却することができる。請求項２記載の発
明によれば、裏蓋を冷却する冷却手段を設けることによ
り、ポンプ内部基板の冷却効率が向上する。請求項３記
載の発明によれば、裏蓋とベースとの接合部に断熱材を
配置することにより、意図的にヒータによって加熱され
たベースの熱が裏蓋に伝導することを防ぐことができ
る。このように、効率的なポンプ内部基板の冷却が有効
になると、ポンプ内部温度を従来よりさらに上昇させる
ことが可能になる。よって、プロセスガスの排気路の温
度を従来より上げることが可能になり、真空ポンプ内部
の固体生成物の堆積をさらに抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係るターボ分子ポンプの断面を
示した図である。

【図２】従来のターボ分子ポンプの断面を示した図であ
る。

【符号の説明】

１ターボ分子ポンプ２ロータ軸３吸気口４排気口５ケーシング６ベース７磁気軸受部８磁気軸受部９磁気軸受部１０変位センサ１１変位センサ１２金属ディスク１３電磁石１４電磁石１５変位センサ１６モータ部１７ロータ１８ボルト１９ロータ翼２０ステータ翼２１スペーサ２２ねじ溝スペーサ２３ねじ溝２４モータハウジング２５ポンプ内部基板２６裏蓋２７断熱材２８水冷管２９ヒータ３０水冷管３１本体１０１ベース１０２水冷管１０３ヒータ１０４ポンプ内部基板１０５モータ部１０６モータハウジング１０７磁気軸受部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシングと前記ケーシングとに連通す
る開口部を有するベースを有し、吸気口と排気口とが配
設された本体と、前記本体内に回転自在に軸支されたロータと、前記ロータを駆動させるモータと、前記モータを支持するモータハウジングと、前記ケーシングと前記ロータとの間に設けられ、前記吸
気口から吸い込まれた気体を前記排気口まで移送する気
体移送手段と、前記気体移送手段により移送される気体の排気路を加熱
する加熱手段と、前記ベースの開口部を覆う裏蓋と、前記裏蓋の前記モータハウジング側に配置されたポンプ
内部基板と、を具備したことを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】前記裏蓋を冷却する冷却手段を備えたこ
とを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】前記裏蓋は、断熱材を介して固定されて
いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真
空ポンプ。