WO2014021096A1

WO2014021096A1 - 真空ポンプ

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Publication number: WO2014021096A1
Application number: PCT/JP2013/069304
Authority: WO
Inventors: 坂口　祐幸; 伊藤　彰浩
Original assignee: Edwards Japan Ltd
Current assignee: Edwards Japan Ltd
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: JP2014029129A

Description

真空ポンプ

　本発明は、真空ポンプに関し、特に、昇華し易い成分を含んだガスを排気する場合に
使用して最適な真空ポンプに関するものである。

　半導体製造装置では、エッチング等のプロセス装置から排出されたガスを外部へ排気する場合、例えば図９に示すように、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプ３１を使用している。この真空ポンプ３１は、吸気口３４及び排気口３６を有するケーシング３２と、この
ケーシング３２内に設けたモータ部３５により回転する回転軸３７と、該回転軸３７に取り付けられたロータ３８と、前記回転軸３７を回転可能に支持するベース部３３と、このベース部３３を冷却する水冷管３９などを備えている。

　前記ベース部３３には、ロータ３８（ロータ円筒部分４０）との間にネジ溝ポンプ部ＳＰを形成する筒状のネジ溝ポンプ部固定側部材４１が直接固定されている。

　上記構成において、前記吸気口３４側に存在するガスは、回転するロータ３８によって下向きの運動量が与えられることにより、ネジ溝ポンプ部ＳＰの上流に移送される。ついで、前記ガスは、ネジ溝ポンプ部ＳＰで圧縮された後、排気口３６から外部に排気される（特許文献１参照）。

特開２００４－７６６２２号

　ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを半導体製造用に使用した場合は、半導体の製造工程で様々なプロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が数多くあることから、前記プロセスガスは、ポンプ内を通過して排気される途中で圧縮される。そして、プロセスガスが所定の圧力以上になると、プロセスガスの成分が固体状物質に昇華し、その昇華物質が排気通路を形成する各部材の表面に付着して堆積する。

　この種のプロセスガスは、特にネジ溝ポンプ部固定側部材を通過する際に圧縮されて昇華圧力以上に上昇し易い。この圧力上昇に伴い、プロセスガスの成分が固体状物質に昇華し、その昇華物質がネジ溝ポンプ部固定側部材に付着して堆積する。そのため、この付着物の堆積量に応じてネジ溝ポンプ部の流路を次第に狭め、その結果、ロータの回転不能（ポンプ起動不能）ないしポンプ稼働率の低下などを招来するという問題があった。

　そこで、上記の背景技術に鑑み、前記堆積物によるロータの回転不能（ポンプ起動不能）などを確実に防止できる真空ポンプを提供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。

　本出願人は、ガスがネジ溝ポンプ部を通過する際に、ガス成分が昇華してネジ溝ポンプ部固定側部材に付着・堆積することを抑えるべく、簡単な構造でネジ溝ポンプ部固定側部材の温度を高める技術を提案するものである。

　上記の課題解決手段として、本発明は、ベース部とネジ溝ポンプ部固定側　部材との間に、熱移動を阻止するステンレス板などの断熱部材を介設することにより、ネジ溝ポンプ部固定側部材におけるガス成分の昇華物質の付着・堆積を抑制して、ロータの回転不能等の課題を解決するものである。

　即ち、本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、吸気口を有するケーシングと、ロータが取り付けられ、回転可能に支持された回転軸と、前記ロータとの間にネジ溝ポンプ部を形成する筒状のネジ溝ポンプ部固定側部材が配設されたベース部とを備えた真空ポンプにおいて、前記ベース部と前記ネジ溝ポンプ部固定側部材との合わせ面に断熱プレートを介装し、該断熱プレートにより前記ベース部と前記ネジ溝ポンプ部固定側部材との間の熱移動を阻止できるように構成したことを特徴とする真空ポンプを提供する。

　従来技術では、ネジ溝ポンプ部固定側部材が水冷されているベース部に直接設置されていたため、当該ベース部の冷却温度に応じて、ネジ溝ポンプ部固定側部材の温度が低下していたが、本発明では、断熱プレートにより、ベース部とネジ溝ポンプ部固定側部材との間の熱移動を阻止できるため、ネジ溝ポンプ部固定側部材の温度低下を防止して、従来技術に比しネジ溝ポンプ部固定側部材の温度が実質的に高くなる。

　その結果、高圧縮されたガスが、ネジ溝ポンプ部固定側部材の部分を通過しても、温度が高くなったネジ溝ポンプ部固定側部材においてガス成分が昇華することを抑制する。従って、従来技術のように、上記昇華物質がネジ溝ポンプ部固定側部材に付着して堆積することを未然に防止できる。

　請求項２記載の発明は、前記ネジ溝ポンプ部固定側部材は、少なくとも１ヶ所以上において固定端側に行くに伴い肉薄になるように形成された断面変化部をもつことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプを提供する。

　この構成によれば、ネジ溝ポンプ部固定側部材は、少なくとも１ヶ所以上に設けた断面変化部により、ネジ溝ポンプ部固定側部材の先端側から固定端側に向かう方向に行くに伴い連続的若しくは非連続的に肉薄になるように形成される。依って、ネジ溝ポンプ部固定側部材自体の熱抵抗が肉薄部にて増大し、ベース部とネジ溝ポンプ部固定側部材との間における熱移動をより効率的に阻止できる。

　請求項３記載の発明は、前記断熱プレートは、前記ネジ溝ポンプ部固定側部材の固定側端面形状に応ずるリング状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空ポンプを提供する。

　この構成によれば、断熱プレートは、筒状のネジ溝ポンプ部固定側部材の固定側端面形状に応ずるリング状に形成されているので、断熱プレートにおけるネジ溝ポンプ部固定側部材の固定側端面のリング形状に対応する全領域において、ネジ溝ポンプ部固定側部材自体の熱抵抗が均等に上がる。依って、断熱プレートを介するベース部とネジ溝ポンプ部固定側部材との間の熱移動が、前記リング形状に対応する全領域においてより効率良く満遍なく阻止される。

　請求項１記載の発明は、ガス成分の昇華物質がネジ溝ポンプ部固定側部材に付着・堆積することを抑制できるので、構造が簡単でありながら、ネジ溝ポンプ部固定側部材における付着・堆積物に起因するモータの回転不能（ポンプ起動不能）を防止してポンプ稼働率を向上させることができる。　

　請求項２記載の発明は、ベース部とネジ溝ポンプ部固定側部材との間における熱移動を効率良く阻止できるので、請求項１に記載の発明の効果に加えて、従来技術に比しネジ溝ポンプ部固定側部材の昇温効果が一層高くなり、以って、ネジ溝ポンプ部固定側部材におけるガス成分の昇華物質の付着・堆積を一層効果的に防止することが出来る。

　請求項３記載の発明は、ネジ溝ポンプ部固定側部材における固定側端面のリング形状に対応する全領域において、ベース部とネジ溝ポンプ部固定側部材との間の断熱プレートを介する熱移動を満遍なく阻止できるので、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加えて、ネジ溝ポンプ部固定側部材の昇温効果がより一層高くなり、以って、ネジ溝ポンプ部固定側部材におけるガス成分の昇華物質の付着・堆積を更に効率良く防止することが出来る。

本発明の実施形態に係る真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を示す断面図。図１のネジ溝ポンプ部ＳＰを示す詳細図。本発明の実施形態に係る断熱プレートを示し、（ａ）はその平面図、（b）は（ａ）のＡ―Ａ断面拡大図。ネジ溝ポンプ部固定側部材の従来例（比較例）を示す正面図。本発明の実施形態に係る階段状のネジ溝ポンプ部固定側部材の一例を示す断面図。本発明の実施形態に係るテーパ状のネジ溝ポンプ部固定側部材の一例を示す断面図。本発明の実施形態に係る曲線傾斜状のネジ溝ポンプ部固定側部材の一例を示す断面図。本発明の他の実施形態に係る真空ポンプを示す断面図。従来例に係る真空ポンプを示す断面図。

　本発明は、ネジ溝ポンプ部固定側部材におけるガス成分の昇華物質の付着・堆積を抑制してロータの回転不能や稼働率低下を防止できる真空ポンプを提供するという目的を達成すべく、吸気口及び排気口を有するケーシング内に、回転軸に取り付けられたロータを回転可能に支持するベース部を備え、該ベース部に、前記ロータとの間にネジ溝ポンプ部を形成する筒状のネジ溝ポンプ部固定側部材が固設された真空ポンプにおいて、前記ベース部と前記ネジ溝ポンプ部固定側部材との合わせ面に断熱プレートを介装し、該断熱プレートにより前記ベース部と前記ネジ溝ポンプ部固定側部材との間の熱移動を阻止できるように構成したことを特徴とする。

　本発明は、前記昇華物質の付着・堆積を抑えるため、ネジ溝ポンプ部固定側部材の温度を高める構造を具備するものであって、例えば、ネジ溝ポンプ部固定側部材と、水冷されたベース部との間に、ブラスト処理されたステンレス板等の断熱プレートを挟むことで、ネジ溝ポンプ部固定側部材とベース部との間における熱抵抗の上昇師匠、すなわち、熱伝導率の低下を可能にする。

　ステンレス板等の断熱プレートにブラスト処理を施す理由は、断熱プレートの表面を粗くし、断熱プレートとネジ溝ポンプ部固定側部材及び/又はベース部に対する接触状態を
面接触から点接触に変えて、熱伝導率を一層効果的に低下させるためである。

　更に、ネジ溝ポンプ部固定側部材に断面変化部を設けて、ネジ溝ポンプ部固定側部材の肉厚を連続的若しくは非連続的に薄くなるように形成して、ネジ溝ポンプ部固定側部材自体の熱抵抗を上げることが出来る。

　以下、本発明の好適な実施の形態について、図１乃至図８を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、真空ポンプの一例としてターボ分子ポンプを用いて説明する。

　本実施例では、ベース部とネジ溝ポンプ部固定側部材との合わせ面に、断熱プレートとして例えばステンレス板を介装して、ベース部とネジ溝ポンプ部固定側部材との間の熱伝導率を低下させる。ネジ溝ポンプ部固定側部材を段階的若しくは連続的に肉薄に形成するが、熱移動量が一番多い箇所、即ち、ネジ溝ポンプ部固定側部材の固定端側の根元部分を最も薄く形成するのが好ましい。

　このように、断面変化部を１ヶ所若しくは２ヶ所以上有するネジ溝ポンプ部固定側部材の根元部分を最も薄く形成することで、ネジ溝ポンプ部固定側部材自体の熱抵抗を有効に増大させて、熱の移動量を効率良く減少させることが出来る。その結果、従来構造に比し、ネジ溝ポンプ部固定側部材の温度が効果的に上がり、ネジ溝ポンプ部固定側部材におけるガス成分の昇華を抑制することができる。

　図１は、本発明の実施形態に係るターボ分子ポンプ１の内部を示す断面図である。同図において、ターボ分子ポンプ１は、真空室の排気処理を行うために適した真空ポンプであり、例えば半導体製造装置などのチャンバ等として用いられる真空装置（図示せず）に接続される。

　ターボ分子ポンプ１は、ターボ分子ポンプ部とねじ溝ポンプ部を備えた、いわゆる複合タイプの分子ポンプであって、腐食性若しくは昇華し易いガス等を含んだプロセスガスの排気に好適に用いられる。

　ターボ分子ポンプ１の外装体を形成するケーシング２は、略円筒状の形状に形成され、ケーシング２の下部側に設けられたアルミニウム製のベース部３と共に、ターボ分子ポンプ１の筐体を構成している。そして、この筐体の内部には、ターボ分子ポンプ１に排気機能を発揮させるガス移送機構が収納され、このガス移送機構は、回転自在に軸支された回転部と、筐体に対して固定された固定部から構成されている。

　ケーシング２の軸方向一端側には、ターボ分子ポンプ１へガス（プロセスガス）を導入するための吸気口４が形成されている。また、ケーシング２の吸気口４側の端面には、外周側へ張り出したフランジ部５が形成されている。また、ベース部３の軸方向他端側には、ターボ分子ポンプ１からガスを排気するための排気口６が形成されている。さらに、ベース部３には、該ベース部３を冷却するための水冷管１８が設けられている。

　回転部は、回転軸であるシャフト７と、該シャフト７に配設されたロータ８と、該ロータ８に設けられた複数枚の回転翼９と、排気口６側（ねじ溝ポンプ部ＳＰ側）に設けられたロータ円筒部分１０などから構成されている。なお、シャフト７及びロータ８によってロータ部が構成されている。

　また、ロータ円筒部分１０は、ロータ８の回転軸線と同心の円筒形状を有している。さらに、シャフト７の軸線方向中間部には、シャフト７を高速回転させるためのモータ部１１が設けられている。

　筐体の内周側には固定部が形成されている。この固定部は、吸気口４側に設けられた複数枚の固定翼１５と、ケーシング２の内周面に設けられたねじ溝スペーサ（筒状外側ステ
ータ）１６などから構成されている。各段の固定翼１５は、円筒形状スペーサ１７により互いに隔てられている。固定翼１５は、回転翼９に対して互い違いになるよう複数段形成されている。

　ねじ溝スペーサ１６には、筒型回転部材１０との対向面にらせん溝が形成されている。ねじ溝スペーサ１６は、所定のクリアランスを隔てて筒型回転部材１０の外周面に対面している。また、前記らせん溝の深さは、排気口６に近づくにつれて浅くなるようになっており、らせん溝を輸送されるガスは、排気口６に近づくにつれて圧縮されるようになっている。

　ここで、従来技術においては上述した問題があった。すなわち、プロセスガスは、ロータ８（ロータ円筒部分１０）との間にネジ溝ポンプ部ＳＰを形成するネジ溝ポンプ部固定側部材（筒状内側ステータ）２０を通過する際に、圧縮されて固体状に昇華し、この昇華した物質は、ネジ溝ポンプ部固定側部材２０等に付着して堆積する。そして、その堆積量の増大に応じてネジ溝ポンプ部ＳＰの流路を狭め、ロータ８の回転不能などを招く原因になっていた。

　かかる堆積現象に起因する上記問題を解決するために、本実施例では、図２に示すように、ベース部３とネジ溝ポンプ部固定側部材２０との合わせ面に、断熱プレート１９を介装している。この断熱プレート１９により、ベース部３とネジ溝ポンプ部固定側部材２０との間の熱移動を阻止することができる。

　図３に示すように、断熱プレート１９の平面視形状は、複数のボルト挿通用の孔２２，２２…２２を有するリング状に形成され、前記孔２２，２２…２２には、断熱プレート１９を介してネジ溝ポンプ部固定側部材２０をベース部３に締結固定するためのボルト（図示せず）が貫通する。

　前記断熱プレート１９のリング形状は、ネジ溝ポンプ部固定側部材２０の固定側端面形状に対応している。断熱プレート１９は、ネジ溝ポンプ部固定側部材２０とベース部３との間で、ネジ溝ポンプ部固定側部材２０の固定側端面全域において、熱抵抗を上げることで熱伝導率を下げる機能を有している。

　このように、断熱プレート１９により、ベース部３とネジ溝ポンプ部固定側部材２０との間の熱移動を阻止することにより、従来構造に比し、ネジ溝ポンプ部固定側部材２０の温度を高めて、ネジ溝ポンプ部ＳＰを通過するガス成分が固体状物質に昇華することが効果的に抑制される。この結果、ガス成分の昇華物質の付着・堆積によるロータの回転不能などを確実に防止することができる。

　前記断熱プレート１９としては、図示例ではステンレス板を採用しているが、アルミニウムよりも熱伝導率が所定値以上低い金属材であれば、ステンレス板に限定されず他の金属素材を採択しうる。

　また、断熱プレート１９は、設計条件などにより、金属材に限らず非金属材を採用することがあり、例えば、所要の機械強度を有する繊維強化樹脂（ＦＲＰ）板などを採用することができる。要は、断熱プレート１９により、ベース部３とネジ溝ポンプ部固定側部材２０との間にて熱の移動を効率良く阻止できる構成であればよい。

　更に云えば、断熱プレート（ステンレス板）１９の表面にはブラスト処理が施されている。断熱プレート１９の表面にブラスト処理を施す理由は、その表面を粗く形成することにより、断熱プレート１９とネジ溝ポンプ部固定側部材２０とが相互に多点状に接触するようになり、結果として、両者１９，２０間の熱伝導率を効率良く低下させる効果を得るためである。

　本実施例に係るネジ溝ポンプ部固定側部材２０は、ネジ溝ポンプ部固定側部材２０少なくとも１ヶ所以上において断面変化部を有している。図４に示す従来構造のネジ溝ポンプ部固定側部材３０は、同図における右側部分に、ネジを刻設するために必要な段差部ＲＤを有するものの、それ以外の断面は均一に形成されていた。

　之に対して、本実施例に係るネジ溝ポンプ部固定側部材２０は、図４に示した従来構造のネジ溝ポンプ部固定側部材３０の左側の所定部分（カット予定部分）ＣＴを切断除去することにより、図５に示すように、断面変化部２３を１ヶ所又は２ヶ所以上有する階段状のネジ溝ポンプ部固定側部材３０を作製する。ネジ溝ポンプ部固定側部材３０は断面変化部２３を有することにより、固定端側に行くに伴い段差状に肉薄になるように形成されている。

　また、ネジ溝ポンプ部固定側部材３０の他の変形例としては、図６又は図７に示すように、テーパ状又は曲線傾斜状の断面変化部２３を有する形状に形成することにより、固定端側に行くに伴い、ネジ溝ポンプ部固定側部材３０の厚みがテーパ状又は曲線傾斜状に漸次肉薄化するように構成してもよい。

　上記実施形態では、複合分子ポンプの場合について示したが、本発明は、ターボ分子ポンプ部を有しないねじ溝ポンプ部のみを備えた真空ポンプにも適用することが出来る。

　図８は、ねじ溝ポンプ部のみを備えた真空ポンプの実施形態例を示す。尚、上記実施形態と同様の構成要素にはそれと同一の符号を付して、その詳細説明を省略するものとする。

　図８に示すように、真空ポンプ１Ａのベース部３とネジ溝ポンプ部固定側部材２０との合わせ面には、上記付着・堆積現象を防ぐために、ステンレス板等の金属材又は非金属材から成る断熱プレート１９を介装し、この断熱プレート１９により、ベース部３とネジ溝ポンプ部固定側部材２０との間の熱移動を阻止できるように構成する。

　断熱プレート１９の平面視形状は、ネジ溝ポンプ部固定側部材２０の固定側端面形状に対応するリング状に形成されている。断熱プレート１９は、ネジ溝ポンプ部固定側部材２０とベース部３との間で、ネジ溝ポンプ部固定側部材２０の固定側端面全域において、熱抵抗を上げることで熱伝導率を下げる機能を有している。

　このように構成することで、前記実施例と同様に、ベース部３とネジ溝ポンプ部固定側部材２０との間における熱移動が効果的に阻止される。このため、ネジ溝ポンプ部固定側部材２０の温度を高めて、ネジ溝ポンプ部ＳＰを通過するガス成分が固体状物質に昇華することを抑制することができる。この結果、固体状物質の堆積現象によるロータの回転不能などの不都合を未然に防止できる。

　本実施例においても、ネジ溝ポンプ部固定側部材２０は、少なくとも１ヶ所以上において階段状、テーパ状若しくは曲線傾斜状の断面変化部を有し、このことにより、ネジ溝ポンプ部固定側部材２０の先端側から固定端側に行くに伴い肉薄になるように形成されている。

　叙上のごとく、本発明によると、断熱プレートにより、ベース部とネジ溝ポンプ部固定側部材との間の熱移動を効果的に阻止できるように構成したため、ネジ溝ポンプ部固定側部材の温度低下を防止して、従来技術に比しネジ溝ポンプ部固定側部材の温度が実質的に高くなる。

　その結果、高圧縮されたガスがネジ溝ポンプ部固定側部材を通過しても、温度上昇したネジ溝ポンプ部固定側部材の表面におけるガス成分の昇華現象が防止される。

　斯くして、ガス成分の昇華物質がネジ溝ポンプ部固定側部材に付着・堆積することを抑制できるので、構造が簡単でありながら、ネジ溝ポンプ部固定側部材における付着・堆積物に起因するモータの回転不能（ポンプ起動不能を含む）を未然に防止して真空ポンプの稼働率向上を図り、以って、真空ポンプの稼動時間を大幅に延長させることができる。

　また、ネジ溝ポンプ部固定側部材は、少なくとも１ヶ所以上に設けた断面変化部により、ネジ溝ポンプ部固定側部材の先端側から固定端側に向かう方向に行くに伴い、連続的若しくは非連続的に肉薄化するように構成した。そのため、ネジ溝ポンプ部固定側部材自体の熱抵抗を肉薄部にて増大させることができる。

　従って、ベース部とネジ溝ポンプ部固定側部材との間における熱移動を効率良く阻止できるので、従来技術に比しネジ溝ポンプ部固定側部材の昇温効果が一層高くなる。その結果、ネジ溝ポンプ部固定側部材におけるガス成分の昇華物質の付着・堆積を一層効果的に防止することが出来る。

　さらに、断熱プレートは、前記ネジ溝ポンプ部固定側部材の固定側端面形状に応ずるリング状に形成することが出来る。このように構成すると、断熱プレートにおけるネジ溝ポンプ部固定側部材の固定側端面のリング形状に対応する全領域において、ネジ溝ポンプ部固定側部材自体の熱抵抗が均等に上昇する。

　依って、ネジ溝ポンプ部固定側部材における固定側端面のリング形状に対応する全領域において、ベース部とネジ溝ポンプ部固定側部材との間の断熱プレートを介する熱移動を効率良く満遍なく阻止できる。従って、ネジ溝ポンプ部固定側部材の昇温効果がより一層高くなり、以って、ネジ溝ポンプ部固定側部材におけるガス成分の昇華物質の付着・堆積防止効果を顕著に発揮することができる。

　特に、ステンレス板等の金属材からなる断熱プレートに対して、その表面お及び裏面の双方若しくは何れか一方にブラスト処理を施した場合は、断熱プレートとネジ溝ポンプ部固定側部材及び/又はベース部との接触状態が面接触から多点状接触に変わる。

　これにより、ネジ溝ポンプ部固定側部材の薄肉化による熱抵抗の増大化と相俟って、断熱プレートを介するネジ溝ポンプ部固定側部材とベース部との間の熱伝導率を一層効率良く低減させることができる。

　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為すことができ、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。

１　　ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
１Ａ　真空ポンプ
２　　ケーシング
３　　ベース部
４　　吸気口
６　　排気口
７　　シャフト（回転軸）
８　　ロータ
９　　回転翼
１０　筒型回転部材
１８　水冷管
１９　断熱プレート
２０　ネジ溝ポンプ部固定側部材
２３　断面変化部
ＳＰ　ネジ溝ポンプ部

Claims

　吸気口を有するケーシングと、ロータが取り付けられ、回転可能に支持された回転軸と、前記ロータとの間にネジ溝ポンプ部を形成する筒状のネジ溝ポンプ部固定側部材が配設されたベース部とを備えた真空ポンプにおいて、
　前記ベース部と前記ネジ溝ポンプ部固定側部材との合わせ面に断熱プレートを介装し、該断熱プレートにより前記ベース部と前記ネジ溝ポンプ部固定側部材との間の熱移動を阻止できるように構成したことを特徴とする真空ポンプ。
　前記ネジ溝ポンプ部固定側部材は、少なくとも１ヶ所以上において固定端側に行くに伴い肉薄になるように形成された断面変化部をもつことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
　前記断熱プレートは、前記ネジ溝ポンプ部固定側部材の固定側端面形状に応ずるリング状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空ポンプ。