JP2009092038A - 縦置きスクリュー式真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】塊状の反応生成物の排気室内の侵入を阻止することにより、動作上支障を来たすことがなく、しかもメンテナンスの頻度をする少なくできる真空ポンプを提供する。
【解決手段】半導体製造工程に用いられる縦置きスクリュー真空ポンプであって、一対のスクリューロータが回転軸を鉛直にしてハウジング内に回転自在に固定されており、吸気口がハウジングの上端面から側面にかけて開口され、かつ鉛直上方から見て少なくともスクリューロータの一部と重なる位置に開口しており、ハウジングの下部に排気口が開口され、ハウジングと一対のスクリューロータで吸気口と排気口とが常に連通しないように仕切られ、前記吸気側のハウジングと一対のスクリューロータで排気室が閉じるまでの位置における、吸気口下端部のハウジング内周部分に、反応生成物を収容するための窪みを設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製品や電子部品等の半導体製造工程において用いられるスクリュー式真空ポンプについて、半導体製造装置の反応室からスクリュー式真空ポンプの吸気口へ落下してくる反応生成物がスクリュー式真空ポンプの排気室内へ入りにくくする構造に関する。

半導体製品の製造プロセスにおいて、被処理体の表面にポリＳｉ膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜等の膜を形成することが行なわれている。
これら膜形成には、一般的に化学気相成長装置（ＣＶＤ）やエッチング装置等が用いられている。
例えば、前記した化学気相成長装置（ＣＶＤ）を用いて膜を形成する場合、前記装置の反応室内に、多数の被処理体を搭載した石英ボートを収納し、反応室内を減圧及び加熱環境下になす。そして、原料ガス供給系よりＳｉＨ4、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＮＨ3などの原料ガスを供給することによって、被処理体表面にポリＳｉ膜、シリコン窒化膜等の反応生成膜を形成している。そしてまた、このような化学気相成長装置（ＣＶＤ）やエッチング装置における反応室に供給されたプロセスガス（気体）は、真空ポンプによって反応室から排気される。

ところで、ＳｉＨ4、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＮＨ3などの原料ガス等が反応室で、化学反応を起し、固形粉状の反応生成物が生成されることが知られている。
また、この反応生成物の中には例えば減圧状態から圧力が上昇し、また高温状態から温度が低下する等の物理的な条件の変化により反応生成物が生じ、更に前記粉状の反応生成物が凝集し、塊状の固形物となるものがあることが知られている。

このような反応生成物が生成されると、反応生成物が処理後のプロセスガス（気体）と共に真空ポンプ内に侵入し、真空ポンプの動作に支障を来たすという問題があった。
本願出願人はこの問題について鋭意研究し、特許文献１（特開２００４−３６５４７号公報）に記載した発明を提案している。

この先に提案した発明について図８及び図９に基づいて説明する。この図８は、真空ポンプの概略の内部構造を示す要部正面断面図であり、図８は図９の真空ポンプの断面図である。
図に示すように、この真空ポンプ１００は、反応室に接続された排気管（図示せず）に接続される吸気口部１０１および排気口１０２を形成したケーシング１０３を備えている。このケーシング１０３内には、所定のクリアランス（微小隙間）をもって非接触噛合状態で互いに噛み合うよう平行に、スクリューロータ１０４、１０５が収納されている。

そして、これらケーシング１０３およびスクリューロータ１０４、１０５の間には軸受け１０６、１０７、１０８、１０９及び軸穴封止用のシール部材１１０、１１１、１１２、１１３が設けられている。
また、スクリューロータ１０４、１０５に一体的に装着された同期歯車１１４、１１５が設けられ、前記スクリューロータ１０５の一端には、モータ等の駆動手段１１６が設けられている。

更に、スクリューロータ１０４、１０５は、ケーシング１０３の内壁面１０３ａに対して所定のクリアランス、例えば５０ミクロンの隙間を隔てる外径寸法および軸方向長さを有している。
そして、ケーシング１０３とスクリューロータ１０４、１０５の噛合部分で仕切られた、複数の螺旋形状の作業室が形成され、スクリューロータ１０４、１０５の回転によって回転軸の軸方向に作業室が移動するように構成されている。

また、前記吸気口部１０１は、一端が反応室に接続された排気管（図示せず）に接続され、他端がケーシングの吸気口１０１ｂに接続される吸気管１０１ａと、前記吸気口１０１ｂの直前に配置された、網状の反応生成物トラップ１１７とを備えている。また、前記トラップ１１７近傍の吸気管１０１ａには、反応生成物１１８を収容するための収容室１０１ｃが設けられている。

このように構成された真空ポンプ１００にあっては、モータ等の駆動手段１１６によってスクリューロータ１０４、１０５が回転すると、ケーシング１０３とスクリューロータ１０４、１０５の噛合部分で仕切られた作業室が、吸気口１０１ｂ側から排気口１０２側に移動する。
これにより、吸気口１０１ｂから吸気した作業室内のプロセスガス（気体）は排気口側に移送され、真空ポンプ１００から排気される。

このとき、前記した反応生成物１１８は、網状の反応生成物トラップ１１７で捕捉され、真空ポンプ内の侵入が抑制される。特に、真空ポンプの動作に支障を来たす程の塊状の反応生成物１１８は、反応生成物トラップ１１７で捕捉される。
また、反応室あるいは反応室と真空ポンプとを接続する排気管の内部に付着、堆積した反応生成物が、塊状の反応生成物１１８となって剥離し、吸気管１０１ａの内部を落下することがあるが、前記収容室１０１ｃが設けられているため、前記収容室１０１ｃ内に捕捉される。

このように、反応生成物１１８の真空ポンプの内部への侵入が阻止されるため、スクリューロータ１０４，１０５の回転ができず、真空ポンプが動作不能状態となる事態を回避するこができる。
特開２００４−３６５４７号公報

ところで、前記した真空ポンプ１００にあっては、反応生成物トラップ１１７が前記吸気口１０１ｂの直前に配置されていたため、該反応生成物トラップ１１７を配置するための空間が必要になり、真空ポンプの配置スペースが大きくなるという問題があった。
また、捕捉された反応生成物１１８によって反応生成物１１８を収容するための収容室１０１ｃが一杯になった場合、該反応生成物を清掃する際に、収容室１０１ｃが吸気口から見えない位置に配置されていると、清掃するための特殊な道具が必要になる上に、残留している反応生成物が残っているかを確認する作業が困難であった。

特に、スクリューロータを一方の軸端のみで支持する片持ち式スクリュー真空ポンプを縦置きに配置した場合、配置スペースを少なくし、コンダクタンスを悪化させないため、吸気口をスクリュー端面に形成しなければならず、排気室内に吸引される反応生成物が細かな粉状物でれば、吸引しても真空ポンプ動作上大きな問題とはなりにくいが、反応室あるいは反応室と真空ポンプとを接続する排管から剥離した塊状の反応生成物が吸引されると、吸気口がスクリュー端面に形成されているので、直接排気室内に落下してしまい空ポンプの動作上支障が生じた。

本発明は上記問題に基づいてなされたものであり、特に、塊状の反応生成物の真空ポンプ内への侵入を阻止することにより、真空ポンプの動作上支障を来たすことがなく、配置スペースも小さくし、しかもメンテナンスを容易にできる縦置きスクリュー式真空ポンプを提供することを目的とするものである。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明にかかる縦置きスクリュー式真空ポンプは、半導体製造工程に用いられる縦置きスクリュー真空ポンプであって、一対のスクリューロータが回転軸を鉛直にしてハウジング内に回転自在に固定されており、吸気口がハウジングの上端面から側面にかけて開口され、かつ鉛直上方から見て少なくともスクリューロータの一部と重なる位置に開口しており、ハウジングの下部に排気口が開口され、ハウジングと一対のスクリューロータで吸気口と排気口とが常に連通しないように仕切られ、前記吸気側のハウジングと一対のスクリューロータで排気室が閉じるまでの位置における、吸気口下端部のハウジング内周部分に、反応生成物を収容するための窪みを設けた。このような構成にすることにより、ハウジングとは別部材で反応生成物を収容するためのトラップを設ける必要がなく、真空ポンプを小型にすることができる。
特に、スクリューロータを下側軸端のみに軸受を配置して片持ち支持する縦置きスクリュー式真空ポンプに対しては、吸気側に軸受等のロータ軸支持部材が配置されていないので、ハウジング上端部の吸気口形状を自由に選択することができ、真空ポンプをより小型にすることができる。
また、吸気口下端部のハウジング内周部分に、反応生成物を収容するための窪みが設けられているので、スクリューロータ上面に反応生成物の塊が落ちても、ロータの回転による遠心力によりハウジング側へ飛ばされ、窪み内に反応生成物の塊を収集することができる。
また、２段式スクリュー真空ポンプの反応室側のポンプとして、容積圧縮して排気するスクリュー式真空ポンプを用いた場合、吸気口を本願発明の位置に配置し、窪みを設けることにより、外付けのトラップを設ける必要が無くなり、大型となる反応室側のポンプの配置スペースを減らすことができる。

本発明にかかる縦置きスクリュー式真空ポンプは、前記鉛直上方から見てスクリューロータの一部と重なる位置に配置された吸気口と前記スクリューロータ上端面との重なり部分を覆うようにスクリューロータ上端面と吸気口間に邪魔板を配置した。このような構成にすることにより、反応生成物の大きな塊が、邪魔板によりダイレクトに真空ポンプの排気室内に落下することを防止できる。邪魔板は、反応生成物を収容するための窪みへ反応生成物が落下しやすくなるような形状、例えば、窪み部へ傾斜した溝を設けた構造にしてもよいし、邪魔板上面に反応生成物を堆積できる構造としてもよい。
特に、スクリューロータを下側軸端のみに軸受を配置して片持ち支持する縦置きスクリュー式真空ポンプに対しては、スクリューロータの上端面が軸受を介して固定されていないため、運転中にロータ間やハウジングとロータ間で反応生成物の塊を噛み込むと、ロータ間やハウジングとロータ間で接触が起こり、故障の原因となる可能性があり、吸気口を鉛直上方から見て少なくともスクリューロータの一部と重なる位置に配置することが困難であったが、邪魔板によりダイレクトに生成物の塊が排気室内に落下しないようにすることにより容易となった。
また、２段式スクリュー真空ポンプの反応室側のポンプとして容積圧縮して排気するスクリュー式真空ポンプを用いた場合、スクリューロータの上端面や下端面とハウジング間の隙間が少なくなるため、反応生成物が排気室内に入り込みにくくした本構成により、反応生成物の噛み込みによる故障を減らすことができる。

本発明にかかるスクリュー式真空ポンプは、前記上端部に形成された吸気口を、鉛直上方から見て少なくとも反応生成物を収容するための窪みと重なる位置に設けた。このような構成にすることにより、前記反応生成物を収容するための窪みに溜まった反応生成物を、上端部ハウジングを取り外すことなく吸引機等を用いて除去することができ、メンテナンスや修理の際の分解・組立作業を簡素化できる。また、吸気口上部から目視で反応生成物を除去できるので、誤って反応生成物を排気室内へ落下させることを防止できる。
特に、スクリューロータを下側軸端のみに軸受を配置して片持ち支持する縦置きスクリュー式真空ポンプに対しては、反応生成物を収容するための窪みとハウジング端面との距離を短くでき、より反応生成物を除去しやすくなる。

本願請求項１の発明によれば、ハウジングとは別部材で反応生成物を収容するためのトラップを設ける必要がなく、真空ポンプを小型にすることができる。

本願請求項２の発明によれば、反応生成物の大きな塊が、邪魔板によりダイレクトに真空ポンプの排気室内に落下することを防止できる。さらに、スクリューロータの回転による遠心力及びロータの回転により、スクリューロータ上端面に落下した反応性生物の塊を反応生成物を収容するための窪み側へ導くことができ、排気室内への落下を抑制できる。

本願請求項３の発明によれば、前記反応生成物を収容するための窪みに溜まった反応生成物を吸引機等を用いて上部から目視で除去することができ、メンテナンスや修理の際の分解・組立作業を簡素化でき、また、誤って反応生成物を排気室内へ落下させることを防止できる。

以下、本発明に係る真空ポンプの実施の形態について図面に基づき説明する。図５は本願発明に係る二段スクリュー式真空ポンプの実施の形態を模式的に示す断面図である。
ここで、図５の第一のスクリュー式真空ポンプ（第一の真空ポンプ、回転ロータ式ポンプ、片持ち式回転ポンプ、前段真空ポンプもしくはブースタポンプ）１Ａについて、図１及び図２を用いて説明する。
図１は第一のスクリュー式真空ポンプ（第一の真空ポンプ、回転ロータ式ポンプ、片持ち式回転ポンプ、前段真空ポンプもしくはブースタポンプ）１Ａの実施の形態を模式的に示す断面図である。また、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
図示するように、この第一のスクリュー式真空ポンプ１Ａは、縦置に配置された一対のスクリューロータ１０２，１０３を備え、この一対のスクリューロータ１０２、１０３は排気室ハウジング１７１の内部に収納されている。排気室を形成するハウジング（排気室ハウジング）１７１はロータハウジング１０４、上端ハウジング１７２及び軸受ハウジング１７３により構成されている。

前記一対のスクリューロータ１０２、１０３と排気室ハウジング１７１により複数の作動室１０７が形成される。この作動室１０７はロータハウジング１０４及び上端ハウジング１７２に形成された吸気口１５３からプロセスガス（反応生成ガス）を吸入し、前記一対のスクリューロータ１０２、１０３の回転に伴いプロセスガス（反応生成ガス）を圧縮してロータハウジング１０４の側面に形成された排出口（排気口）１５４から排気する。

スクリューロータ１０２、１０３と排気室ハウジング１７１とで吸気口１５３と排出口（排気口）１５４とが常に連通しないように仕切られ、 吸気側のスクリューロータ１０２、１０３と排気室ハウジング１７１で排気室１６８の吸気側が閉じるまでの位置において、ロータハウジング１０４に形成されている吸気口１５３の下端部には、反応生成物を収容するための窪み１７３が設けられている。また、スクリューロータ１０２，１０３の上部の吸気口１５３には反応生成物の塊がダイレクトに排気室１６８に落下しないように邪魔板１７４が配置されている。

スクリューロータ１０２、１０３と排気室ハウジング１７１間はスクリューロータ１０２、１０３の端面も含めて微小隙間とされるが、大気側に配置され、大気のシール機能も必要となる第二のスクリュー式真空ポンプと比較して隙間は大きくてもよい。

また、第一のスクリュー式真空ポンプ（前段真空ポンプもしくはブースタポンプ）１Ａで容積圧縮して排気することにより、大気へ排気するための動力が大きな第二のスクリュー式真空ポンプ（後段真空ポンプもしくはメインタポンプ）１Ｂを小型化することができ、省エネとなる。

スクリューロータ１０２は、ロータ部材１５６と回転軸部材１０５により構成されている。ロータ部材１５６はアルミニウム系の素材、回転軸部材１０５は鉄系の素材でできている。ロータ部材１５６は中空ロータであり、中空部分には鉄系の素材でできた筒部材１５７が焼嵌めもしくは冷嵌めされている。このように、アルミニウム系の素材でできたロータ部材１５６に鉄系の素材でできた筒部材１５７を焼嵌めもしくは冷嵌めすることにより、温度上昇した際にアルミ系の素材のほうが鉄系の素材よりも熱膨張しても、焼嵌めもしくは冷嵌めによる鉄系素材の圧縮とアルミ系素材の膨張が緩衝し、ロータ部材１５６と筒部材１５７との間に隙間を生じにくくすることができた。また、ロータ部材１５６と筒部材１５７間の接合面を円筒形状とし、両部材の回転軸合わせを容易にできるようにしている。筒部材１５７の下端にはロータ部材１５６と軸方向の相対位置が変わらないように段部１６６が設けられている。がさらに、筒部材１５７の内周に上部に行くにしたがって狭くなるテーパを設け、さらに回転軸部材１０５の上端にも端部に行くにしたがって細くなる筒部材１５７のテーパと同形状のテーパを設けてある。そして筒部材１５７と回転軸部材１０５のテーパ部を圧密着させることによりロータ部材１５６と筒部材１５７の回転軸を一致させ、さらには回転軸部材１０５との回転軸とも一致させる。筒部材１５７と回転軸部材１０５は同じ鉄系の素材であり、温度変化による熱膨張量の違いはほとんどない。筒部材１５７と回転軸部材１０５とは、円筒部材１５７の上面と回転軸部材１０５の上端に締結されたボルト１５９との間に皿バネ１５８を配置することにより圧密着される。スクリューロータ１０２の上端部にはロータ部材１５６の中空部に反応性生物が堆積しないように蓋１６０が締結されている。

同様に、スクリューロータ１０３は、ロータ部材１６１と回転軸部材１０８により構成されている。ロータ部材１６１はアルミニウム系の素材、回転軸部材１０８は鉄系の素材でできている。ロータ部材１６１は中空ロータであり、中空部分には鉄系の素材でできた筒部材１６２が焼嵌めもしくは冷嵌めされている。このように、アルミニウム系の素材でできたロータ部材１６１に鉄系の素材でできた筒部材１６２を焼嵌めもしくは冷嵌めすることにより、温度上昇した際にアルミ系の素材のほうが鉄系の素材よりも熱膨張しても、焼嵌めもしくは冷嵌めによる鉄系素材の圧縮とアルミ系素材の膨張が緩衝し、ロータ部材１６１と筒部材１６２との間に隙間を生じにくくすることができた。また、ロータ部材１６１と筒部材１６２間の接合面を円筒形状とし、両部材の回転軸合わせを容易にできるようにしている。筒部材１６２の下端にはロータ部材１６１と軸方向の相対位置が変わらないように段部１６７が設けられている。さらに、筒部材１６２の内周に上部に行くにしたがって狭くなるテーパを設け、さらに回転軸部材１０８の上端にも端部に行くにしたがって細くなる筒部材１６２のテーパと同形状のテーパを設けてある。そして筒部材１６２と回転軸部材１０８のテーパ部を圧密着させることによりロータ部材１６１と筒部材１６２の回転軸を一致させ、さらには回転軸部材１０８との回転軸とも一致させる。筒部材１６２と回転軸部材１０８は同じ鉄系の素材であり、温度変化による熱膨張量の違いはほとんどない。筒部材１６２と回転軸部材１０８とは、筒部材１６２の上面と回転軸部材１０８の上端に締結されたボルト１６４との間に皿バネ１６３を配置することにより圧密着される。スクリューロータ１０３の上端部にはロータ部材１６１の中空部に反応性生物が堆積しないように蓋１６５が締結されている。

スクリューロータ１０２、１０３のように軽量なアルミニウム系素材や中空部を設けてスクリューロータ１０２、１０３をできるだけ軽量にすることにより、共振周波数を高くしてスクリューロータ１０２、１０３を高速回転できるようにした。これにより、第一の真空ポンプ（前段真空ポンプもしくはブースタポンプ）が小型になり、シール性を向上できるので排気効率のよい第一の真空ポンプ（前段真空ポンプもしくはブースタポンプ）を構成することができる。

スクリューロータ１０２は、ロータの回転軸部１０５が、回転軸部１０５の下方で上部に設けられた軸受１０６、１０１及び下部に設けられた軸受１２３によりロータハウジング１０４内で回転自在に支持されている。軸受１０６と排気室１６８との間には排気室内のプロセスガス（反応生成ガス）が軸受側に漏れて軸受に堆積したり潤滑油を汚染しないように、さらには軸受側１０６の潤滑油が排気室１６８側に漏れないように軸シール１６９が設けられている。また、軸受１０６、１０１、１２３は皿ばね（図示なし。）等で与圧をかけられている。

また、スクリューロータ１０３も同様に、ロータの回転軸部１０８が、回転軸部１０８の下方で上部に設けられた軸受１０９、１１０及び下部に設けられた軸受１２４によりロータハウジング１０４内で回転自在に支持されている。軸受１０９と排気室１６８との間には排気室内のプロセスガス（反応生成ガス）が軸受側に漏れて軸受に堆積したり潤滑油を汚染しないように、さらには軸受側１０９の潤滑油が排気室１６８側に漏れないように軸シール１７０が設けられている。軸受１０９、１１０、１２４は皿ばね（図示なし。）等で与圧をかけられている。

軸受１０６，１０１の外輪は、鉄系の素材でできた円柱形状の軸受支持部材１７５の内周に圧接固定され、軸受支持部材１７５の外周部分はアルミ系の素材でできた軸受ハウジング１７５に圧接固定している。軸受支持部材１７５の下端には軸受の外輪と軸受ハウジング１７５に対して軸方向で位置決めし易いように回転軸の放射方向に突出部１８０が形成されている。同様に、軸受１０９，１１０の外輪は、鉄系の素材でできた軸受支持部材１７７に圧接固定され、軸受支持部材１７７はアルミ系の素材でできた軸受ハウジング１７６に圧接固定している。軸受支持部材１７７の下端には軸受の外輪と軸受ハウジング１７６に対して方向で位置決めし易いように回転軸の放射方向に突出部１８１が形成されている。このように軸受１０６，１０１、１０９、１１０の外輪とほぼ同じ熱膨張率を持つ軸受支持部材１７５、１７７を介して熱膨張率の異なる（大きな）アルミ系の素材でできた軸受ハウジング１７６に固定することにより、軸受１０６，１０１、１０９，１１０の外輪と軸受支持部材１７５，１７７との間に隙間の変化ができないようにできる。

さらに、軸受ハウジング１７６には軸受１０６，１０１、１０９，１１０と排気室１６８とを熱的に断熱するための中空部１８２が形成されている。このように排気室１６８で発生した排気ガスの圧縮熱等の熱が、軸受１０６，１０１、１０９，１１０へ伝達しないように、排気室１６８と軸受１０６，１０１、１０９，１１０との間の熱伝導経路に空間を設けることにより、軸受１０６，１０１、１０９，１１０へ熱が伝達しにくくなり、軸受１０６，１０１、１０９，１１０が高温になることによる破壊を防止することができる。この中空部１８２は軸受１０６，１０１、１０９，１１０の周辺に設けることにより、軸受ハウジング１７６を介して軸受１０６，１０１、１０９，１１０へ熱が伝わる熱伝導経路を長くできるので、より断熱効果が向上する。さらに、低温で固体となる反応生成ガスが流れる場合、反応生成物が堆積しないように、反応生成ガスが流れる経路（吸気口１５３→排気室１６８→排気口１５４）を高温にして真空ポンプを運転する必要があるが、中空部１８２により高温に維持されている排気室１６８周辺の熱が、軸受１０６，１０１、１０９，１１０へ伝達するのを防止するという効果もある。

排気室ハウジング１７１を構成するロータハウジング１０４、上端ハウジング１７２及び軸受ハウジング１７３は、アルミ系の素材でできたロータ部材１６１と同じアルミ系の素材で構成されており、熱膨張率を同等とすることによりスクリューロータ１０２，１０３と排気室ハウジング１７１との隙間が温度により変化しないようにしている。さらに排気室ハウジング１７１がアルミ系の素材でできているので熱伝導率が良く排気口１５３付近で発生した熱を吸気口１５４側へ移送し易くなり、排気室１６８の温度を均一にし易い。

ロータハウジング１０４の周辺には排気室１６８内の温度を制御するためのアルミ系の素材でできた伝熱プレート１８３が密着されている。該伝熱プレートには冷却媒体（水等）もしくは加熱媒体（高温高圧蒸気等）を流すための経路１８４が形成されており、加熱・冷却はこれらの媒体で行う。例えば、タングステン系等の高温で固化する反応生成ガスを排気する場合は、排気室を低温に維持する必要があり、経路１８４に冷却水を流す。

軸受ハウジング１７６の下端であり、軸受ハウジング１７６を介して軸受１０６，１０１、１０９，１１０へ熱が伝わる熱伝導経路と接する位置にはアルミ系の素材でできた冷却プレート１８５が配置されている。中空部１８２だけでは十分に軸受１０６，１０１、１０９，１１０を低温に維持できない場合、前記冷却プレート１８５が配置されていることにより、軸受１０６，１０１、１０９，１１０へ伝導する熱量を減らすことができるので、軸受１０６，１０１、１０９，１１０の温度上昇を抑えることができる。
該冷却プレート１８５には冷却水等の媒体を流すための冷却経路１８６が形成されており、冷却効率をより向上させている。

さらに、前記冷却プレート１８５はモータハウジング１８７とも接しており、モータ１１３も冷却することができる。さらにモータハウジング１８７の外周には第二の冷却プレート１８８が密着しており、該第二の冷却プレート１８８によってもモータ１１３は冷却される。また、第二の冷却プレート１８８には冷却水等の媒体を流すための冷却経路１８９が形成されており、冷却効率をより向上させている。

回転軸部１０５の下端部にはタイミングギア１１１が設けられ、回転軸部１０８の下端部にはタイミングギア１１２が設けられており、タイミングギア１１１及び１１２が互いに噛み合うことにより、スクリューロータ１０２及び１０３が同期して非接触で回転するように構成されている。

回転軸部１０８の軸受１１０とタイミングギア１１２間にはモータ１１３の永久磁石方式の回転子１５０が固定され、キャン１５１によりキャンド化されている。真空ポンプ駆動して排気室１６８内が真空になるとモータ１１３側も真空に引かれるので、キャン１５１で回転子１５０側を大気と分離することにより排気室１６８への大気の漏洩を防止している。また、運転開始時等に排気口１５３の圧力が大気圧よりも高くなると、排気室１６８内のプロセスガスがモータ１１３側に漏れることもある。この場合、モータがキャンド化されていることによりプロセスガスが大気へ漏れることを防止できる。キャン１５１の外側にはモータ１１３の電磁石方式の固定子１５２が固定されており、インバータによりスクリューロータ１０３の回転数を制御している。さらに、該回転運動をタイミングギア１１１及び１１２を介してスクリューロータ１０２を伝達することによりスクリューロータ１０２及び１０３は同期して非接触で回転するように構成されている。

タイミングギア１１１及び１１２はオイルハウジング１２５で仕切られた潤滑油１２６が貯留されているオイル室１２７内に収納されている。タイミングギア１１１及び１１２には図示していない潤滑油供給手段により潤滑油が供給されるように構成されている。さらに、タイミングギア１１１及び１１２の軸方向の厚みを変え、軸方向底面を合わせて配置することにより、タイミングギア１１１から回転の遠心力によりタイミングギア１１２へ飛ばされた潤滑油がタイミングギア１１２との段差部分で止められて、タイミングギア１１１及び１１２との噛み合い部分を潤滑するように構成されている。

次に、図５の第二のスクリュー式真空ポンプ（回転ロータ式ポンプ、片持ち式回転ポンプ、後段真空ポンプもしくはメインポンプ）１Ｂについて、図３及び図４を用いて説明する。
図３は第二のスクリュー式真空ポンプ（回転ロータ式ポンプ、片持ち式回転ポンプ、後段真空ポンプもしくはメインポンプ）１Ｂの実施の形態を模式的に示す断面図である。また、図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。
図示するように、このスクリュー式真空ポンプ１Bは、縦置に配置された一対のスクリューロータ２０２，２０３を備え、この一対のスクリューロータ２０２、２０３は排気室ハウジング２７１の内部に収納されている。排気室ハウジング２７１はロータハウジング２０４、上端ハウジング２７２及び軸受ハウジング２７６により構成されている。

前記一対のスクリューロータ２０２、２０３と排気室ハウジング２７１により複数の作動室２０７が形成される。この複数の作動室２０７は上端ハウジング２７２に形成された吸気口２５３からプロセスガス（反応生成ガス）を吸入し、前記一対のスクリューロータ２０２、２０３の回転に伴いプロセスガス（反応生成ガス）を移送してロータハウジング２０４の下端の側面に形成された排出口（排気口）２５４から排気する。

上端ハウジング２７２、つまり下記説明の構造をもつ片持ちのスクリューロータ２０２，２０３の上部には、第一のスクリュー式真空ポンプ１Ａの排気口１５４と第二のスクリュー式真空ポンプ１Bの吸気口２５３との間の中間圧が脈動した際に、脈動を緩衝するための脈動防止空間２９０が形成されている。例えば、極端な場合として真空状態から急激に大気圧を排気すると、脈動の最高圧力は大気圧以上（場合によっては大気圧の数倍以上）となり、第一のスクリュー式真空ポンプ１Ａの排気口１５４と第二のスクリュー式真空ポンプ１Bの吸気口２５３との間で脈動が生じると、圧力の低い第一のスクリュー式真空ポンプ１Aの軸受１０９側へプロセスガスが漏れ、故障の原因となる。また、中間圧に圧力変化の大きい脈動が生じると、第一のスクリュー式真空ポンプ１Ａ及び第二のスクリュー式真空ポンプ１Ｂのような片持ちのスクリューロータの場合、スクリューロータを曲げる方向に偏った力が発生し、スクリューロータ間もしくはスクリューロータとハウジング間で接触が生じ破壊の原因となる。特に、第一のスクリュー式真空ポンプは例えば一対のスクリューロータを３条と４条、４条と６条というように並列に複数の作動室が形成され、容積圧縮して排気しているため、排気端面での各作動室の圧力が異なり、スクリューロータに対して曲げる方向への力が大きくなる。第二のスクリュー式真空ポンプでは、両スクリューロータを１条とし、容積圧縮しないで排気する構造であり、第一のスクリュー式真空ポンプのスクリューロータと比較して軸径も小さいので、第一の真空ポンプと比較してスクリューロータに対して曲げる方向への力はそれほど大きくはならない。

上端ハウジング２７２内に形成された脈動防止空間２９０には反応生成物が排気室２６８内に侵入しないように吸気口２５３と排気室２６８間を仕切るようにトラップ部材２９１が配置されている。トラップ部材２９１は下端から上端に行くにしたがって先細りとなる中空構造で、上端ハウジング２７２とトラップ部材２９１との間に形成される溝部２９２に反応生成物が堆積するような構成となっている。上端ハウジング２７２を上面フランジと吸気口２５３が形成された側面ハウジングという構成にすることにより、該上面フランジを取り外すだけで、前記溝部２９２に堆積した反応生成物を掃除することができる。

スクリューロータ２０２、２０３と少なくともロータハウジング２０４間は微小隙間とされる。

スクリューロータ２０２は、ロータ部材２５６と回転軸部材２０５により構成されている。ロータ部材２５６及び回転軸部材２０５は鉄系の素材でできている。ロータ部材２５６は中空ロータであり、ロータ部材２５６の内周に上部に行くにしたがって狭くなるテーパを設け、さらに回転軸部材２０５の上端にも端部に行くにしたがって細くなるロータ部材２５６のテーパと同形状のテーパを設けてある。そしてロータ部材２５６と回転軸部材２０５のテーパ部を圧密着させることによりロータ部材１５６と回転軸部材２０５との回転軸を容易に一致させることができる。ロータ部材２５６と回転軸部材２０５は同じ鉄系の素材であり、温度変化による熱膨張量の違いはほとんどない。ロータ部材２５６と回転軸部材２０５とは、ロータ部材２５６の中空内上面と回転軸部材２０５の上端に締結されたボルト２５９との間に皿バネ２５８を配置することによりテーパ部で圧密着される。スクリューロータ２０２の上端部にはロータ部材２５６の中空部に反応性生物が堆積しないように蓋２６０が締結されている。

同様に、スクリューロータ２０３は、ロータ部材２６１と回転軸部材２０８により構成されている。ロータ部材２６１及び回転軸部材２０８は鉄系の素材でできている。ロータ部材２６１は中空ロータであり、ロータ部材２６１の内周上部に行くにしたがって狭くなるテーパを設け、さらに回転軸部材２０８の上端にも端部に行くにしたがって細くなり、ロータ部材２６１のテーパと同形状のテーパを設けてある。そしてロータ部材２６１と回転軸部材２０８のテーパ部を圧密着させることによりロータ部材２６１と回転軸部材２０８との回転軸を容易に一致させることができる。ロータ部材２６１と回転軸部材２０８は同じ鉄系の素材であり、温度変化による熱膨張量の違いはほとんどない。ロータ部材２６１と回転軸部材２０８とは、ロータ部材２６１の中空内上面と回転軸部材２０８の上端に締結されたボルト２６４との間に皿バネ２６４を配置することによりテーパ部で圧密着される。スクリューロータ２０３の上端部にはロータ部材２６１の中空部に反応性生物が堆積しないように蓋２６５が締結されている。

第一のスクリュー式真空ポンプは、排気容量を得るために、スクリューロータが大きくなり、回転部の重量は重くなる。しかしながら、運転中の排気室１６８は分子流領域付近であり、スクリューロータ間及びスクリューロータとロータケーシング間等の隙間は広くできるため、熱膨張係数の大きな材料でも使用が可能である。従って、第一のスクリュー式真空ポンプのスクリューロータは、熱膨張係数は大きいが軽量であるアルミ系の材料が最適である。
それに対し、第二のスクリュー式真空ポンプは第一のスクリュー式真空ポンプより排気容量が小さいため、スクリューロータ部は小型であるが、大気の逆流を抑えるためのシール機能が必要なため、スクリューロータ間及びスクリューロータとロータケーシング間等の隙間を狭くする必要がある。従って、第二のスクリュー式真空ポンプのスクリューロータは、密度は大きいが熱膨張係数は小さい鉄系の材料が最適である。

スクリューロータ２０２は、ロータの回転軸部２０５が、回転軸部２０５の下方で上部に設けられた軸受２０６、２０１及び下部に設けられた軸受２２３によりロータハウジング２０４内で回転自在に支持されている。軸受２０６と排気室２６８との間には排気室内のプロセスガス（反応生成ガス）が軸受側に漏れて軸受に堆積したり、潤滑油を汚染しないように、さらには軸受側２０６の潤滑油が排気室２６８側に漏れないように軸シール２６９が設けられている。また、軸受２０６、２０１、２２３は皿ばね（図示なし。）等で与圧をかけられている。

また、スクリューロータ２０３も同様に、ロータの回転軸部２０８が、回転軸部２０８の下方で上部に設けられた軸受２０９、２１０及び下部に設けられた軸受２２４によりロータハウジング２０４内で回転自在に支持されている。軸受２０９と排気室２６８との間には排気室内のプロセスガス（反応生成ガス）が軸受側に漏れて軸受に堆積したり、潤滑油を汚染しないように、さらには軸受側２０９の潤滑油が排気室２６８側に漏れないように軸シール２７０が設けられている。軸受２０６、２０１、２２３は皿ばね（図示なし。）等で与圧をかけられている。

軸受２０６，２０１の外輪は、鉄系の素材でできた円柱形状の軸受支持部材２７５の内周に圧接固定され、軸受支持部材２７５の外周部分は鉄系の素材でできた軸受ハウジング２７６に圧接固定している。軸受支持部材２７５の下端には軸受の外輪と軸受ハウジング２７６に対して回転軸方向で位置決めし易いように回転軸の放射方向に突出部２８０が形成されている。同様に、軸受２０９，２１０の外輪は、鉄系の素材でできた軸受支持部材２７７に圧接固定され、軸受支持部材２７７は鉄系の素材でできた軸受ハウジング２７６に圧接固定している。軸受支持部材２７７の下端には軸受の外輪と軸受ハウジング２７６に対して回転軸方向で位置決めし易いように回転軸の放射方向に突出部２８１が形成されている。軸受支持部材２７５、２７７は後記する空部２８２内で軸受を支持するように配置される。
このように軸受支持部材２７５、２７７を介して軸受２０６，２０７、２０９，２１０の外輪を軸受ハウジング２７６に固定することにより、中空部２８２と軸受２０６，２０７、２０９，２１０を回転軸方向で直列に配置せずに、真空ポンプの軸方向長を短くすることもできる。

さらに、軸受ハウジング２７６には軸受２０６，２０７、２０９，２１０と排気室２６８とを熱的に断熱するための中空部２８２が形成されている。このように排気室２６８で発生した排気ガスの圧縮熱等の熱が、軸受２０６，２０７、２０９，２１０へ伝達しないように、排気室２６８と軸受２０６，２０７、２０９，２１０との間の熱伝導経路に空間を設けることにより、軸受２０６，２０７、２０９，２１０へ熱が伝達しにくくなり、軸受２０６，２０７、２０９，２１０が高温になることによる破壊を防止することができる。この中空部２８２は軸受２０６，２０７、２０９，２１０の周辺に設けることにより、軸受ハウジング１７６を介して軸受２０６，２０７、２０９，２１０へ熱が伝わる熱伝導経路を長くできるので、より断熱効果が向上する。さらに、反応生成ガスを排気する場合、反応生成物が堆積しないように、反応生成ガスが流れる経路（吸気口２５３→排気室２６８→排気口２５４）を高温にして真空ポンプを運転する必要があるが、中空部２８２により高温に維持されている排気室２６８周辺の熱が、軸受２０６，２０７、２０９，２１０へ伝達するのを防止するという効果もある。

排気室ハウジング２７１を構成するロータハウジング２０４、上端ハウジング２７２及び軸受ハウジング２７６は、鉄系の素材でできたロータ部材１６１と同じ鉄系の素材で構成されており、熱膨張率を同等とすることによりスクリューロータ２０２，２０３と排気室ハウジング２７１との隙間が温度により変化しないようにしている。

ロータハウジング２０４の周辺には排気室２６８内の温度を制御するためのアルミ系の素材でできた伝熱プレート２８３が密着されている。該伝熱プレート２８３には冷却媒体（水等）もしくは加熱媒体（高温高圧蒸気等）を流すための経路２８４が形成されており、加熱・冷却はこれらの媒体で行う。例えば、タングステン系等の高温低温（常温に近い温度）で固化する反応生成ガスを排気する場合は、排気室を低温に維持する必要があり、経路２８４に冷却水を流す。このように鉄系の素材よりも熱伝導率のよいアルミ系素材でできた伝熱プレート２８３をロータハウジング２０４に密着させて、ロータハウジング２０４の均熱化をしている。

軸受ハウジング２７６の下端であり、軸受ハウジング２７６を介して軸受２０６，２０７、２０９，２１０へ熱が伝わる熱伝導経路と接する位置にはアルミ系の素材でできた冷却プレート２８５が配置されている。中空部２８２だけでは十分に軸受２０６，２０７、２０９，２１０を低温に維持できない場合、前記冷却プレート２８５が配置されていることにより、軸受２０６，２０７、２０９，２１０へ伝導する熱量を減らすことができるので、軸受２０６，２０７、２０９，２１０の温度上昇を抑えることができる。
該冷却プレート２８５には冷却水等の媒体を流すための冷却経路２８６が形成されており、冷却効率をより向上させている。

さらに、前記冷却プレート２８５はモータハウジング２８７とも接しており、モータ２１３も冷却することができる。さらにモータハウジング２８７の外周には第二の冷却プレート２８８が密着しており、該第二の冷却プレート２８８によってもモータ２１３は冷却される。また、第二の冷却プレート２８８には冷却水等の媒体を流すための冷却経路２８９が形成されており、冷却効率をより向上させている。

回転軸部２０５の下端部にはタイミングギア２１１が設けられ、回転軸部２０８の下端部にはタイミングギア２１２が設けられており、タイミングギア２１１及び２１２が互いに噛み合うことにより、スクリューロータ２０２及び２０３が同期して非接触で回転するように構成されている。

回転軸部２０８の軸受２１０とタイミングギア２１２間にはモータ２１３の永久磁石方式の回転子２５０が固定され、キャン２５１によりキャンド化されている。第二のスクリュー式真空ポンプの排気口２５４側が詰まると、排気口２５４付近の圧力が大気圧よりも高くなることもあり、排気室２６８内のプロセスガスがモータ２１３側に漏れる。この場合、モータ２１３がキャンド化されていることによりプロセスガスが大気へ漏れることを防止できる。キャン２５１の外側にはモータ２１３の電磁石方式の固定子２５２が固定されており、インバータによりスクリューロータ２０３の回転数を制御している。さらに、該回転運動をタイミングギア２１１及び２１２を介してスクリューロータ２０２の伝達することによりスクリューロータ２０２及び２０３は同期して非接触で回転するように構成されている。

タイミングギア２１１及び２１２はオイルハウジング２２５で仕切られた潤滑油２２６が貯留されているオイル室２２７内に収納されている。タイミングギア２１１及び２１２には図示していない潤滑油供給手段により潤滑油が供給されるように構成されている。さらに、タイミングギア２１１及び２１２の軸方向の厚みを変え、軸方向底面を合わせて配置することにより、タイミングギア２１１から回転の遠心力によりタイミングギア２１２へ飛ばされた潤滑油がタイミングギア２１２との段差部分で止められて、タイミングギア２１１及び２１２との噛み合い部分を潤滑するように構成されている。

反応生成ガスは圧力が高くなると固化しやすい種類のものもあるため、大気側に配置されている第二のスクリュー式真空ポンプ１Bのロータハウジング２０４の側面には排気室内に不活性ガスを注入し、反応生成ガスを希釈して反応生成物ができにくくするための不活性ガス注入路２９５が設けられている。

最後に図５を用いて、前記第一のスクリュー式真空ポンプ１Aの排気口１５４と第二のスクリュー式真空ポンプ１Bの吸気口２５３を直列に連結して縦置き二段スクリュー式真空ポンプ３００の構成について説明する。

図５に示すように、前記第一のスクリュー式真空ポンプ１Aの排気口１５４、第二のスクリュー式真空ポンプ１Bの吸気口２５３及び中間配管３０１で形成されている排気経路は水平になるように配置することにより、コンダクタンスをほとんど落とすことなく、前記第一のスクリュー式真空ポンプ１Aの排気口１５４と第二のスクリュー式真空ポンプ１Bの吸気口２５３を接続することができる。
また、中間配管３０１を用いないで第一のスクリュー式真空ポンプ１Aの排気口１５４と第二のスクリュー式真空ポンプ１Bの吸気口２５３を接続してもよい。

スクリューロータ部分の修理やメンテナンス等を行う場合は、第一のスクリュー式真空ポンプ及び第二のスクリュー式真空ポンプの各々の軸受ハウジングとロータハウジングとの締結を解除しロータハウジングとともにロータハウジングよりも上部に配置されている上端ハウジング等を取り外すことにより、容易にスクリューロータ部分を作業者に対して露出することができ、作業性が向上するとともに、組立も容易となる。

回転ロータ式流体ポンプ、片持ち式回転流体ポンプ、回転ロータ式真空ポンプ、片持ち式回転真空ポンプ等に適応可能である。特に、半導体製造工程で使用されるプロセスガスを排気するための片持ちスクリュー式真空ポンプ、その中でも該片持ちスクリュー式真空ポンプを複数台を直列に連結した多段片持ちスクリュー式真空ポンプに適用できる。

本願発明に係る二段スクリュー式真空ポンプの第一のスクリュー式真空ポンプの実施の形態を模式的に示す断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本願発明に係る二段スクリュー式真空ポンプの第二のスクリュー式真空ポンプの実施の形態を模式的に示す断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 本願発明に係る二段スクリュー式真空ポンプの実施の形態を模式的に示す断面図である。 従来技術を示した説明図である。 図６の側面図である。

符号の説明

１Ａ 第一のスクリュー式真空ポンプ
１０２，１０３ スクリューロータ
１０４ ロータハウジング
１０５ 回転軸部材
１０１、１０６、１０９、１１０、１２３、１２４ 軸受
１０７ 作動室が形成
１１３ モータ
１１１、１１２ タイミングギア
１２５ オイルハウジング
１２６ 潤滑油
１５０ 回転子
１５１ キャン
１５２ 固定子
１５３ 吸気口
１５４ 排出口（排気口）
１５６ ロータ部材
１５７ 筒部材
１６６ 段部
１５８、１６３ 皿バネ
１５９、１６４ ボルト
１６０、１６５ 蓋
１６８ 排気室
１６９、１７０ 軸シール
１７１ 排気室ハウジング
１７２ 上端ハウジング
１７３ 軸受ハウジング
１７４ 邪魔板
１７５、１７７ 軸受支持部材
１８２ 中空部
１８３ 伝熱プレート
１８４ 経路
１８５ 冷却プレート
１８６、１８９ 冷却経路
１８８ 第二の冷却プレート

Claims (3)

1. 半導体製造工程に用いられる縦置きスクリュー真空ポンプであって、一対のスクリューロータが回転軸を鉛直にしてハウジング内に回転自在に固定されており、吸気口がハウジングの上端面から側面にかけて開口され、かつ鉛直上方から見て少なくともスクリューロータの一部と重なる位置に開口しており、ハウジングの下部に排気口が開口され、ハウジングと一対のスクリューロータで吸気口と排気口とが常に連通しないように仕切られ、
   前記吸気側のハウジングと一対のスクリューロータで排気室が閉じるまでの位置における、吸気口下端部のハウジング内周部分に、反応生成物を収容するための窪みを設けたことを特徴とする縦置きスクリュー式真空ポンプ。
2. 前記鉛直上方から見てスクリューロータの一部と重なる位置に配置された吸気口と前記スクリューロータ上端面との重なり部分を覆うようにスクリューロータ上端面と吸気口間に邪魔板を配置したことを特徴とする請求項１に記載の縦置きスクリュー式真空ポンプ。
3. 前記上端部に形成された吸気口を、鉛直上方から見て少なくとも反応生成物を収容するための窪みと重なる位置に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の縦置きスクリュー式真空ポンプ。

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