JP2001132683A - Turbo-molecular pump - Google Patents

Turbo-molecular pump

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JP2001132683A
JP2001132683A JP30955899A JP30955899A JP2001132683A JP 2001132683 A JP2001132683 A JP 2001132683A JP 30955899 A JP30955899 A JP 30955899A JP 30955899 A JP30955899 A JP 30955899A JP 2001132683 A JP2001132683 A JP 2001132683A
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JP
Japan
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pump
rotor
exhaust port
turbo
unit
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JP30955899A
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Kazuo Kosuge
一生 小菅
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Applied Materials Inc
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Publication date
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  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbo-molecular pump capable of reducing an installation space and capable of improving exhaust efficiency. SOLUTION: This turbo-molecular pump 100 is characterized in that rotor parts 10, 20 for arranging rotary blades 14, 24 composed of plural fins 14a, 24a on the respective outer peripheries, stator parts 11, 21 having plural fixed blades 13, 23 arranged on the inner periphery so as to be alternately positioned with the rotary blades 14, 24 in the flowing direction of gas turning to an exhaust port 31 from an intake port 30 and pump parts 1, 2 having high frequency motors 17, 27 for driving the rotor parts 10, 20 are arranged in this order in the direction for turning to the exhaust port 31 from the intake port 30 in a casing K.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はターボ分子ポンプに
関し、詳しくは、分子流域で動作可能であり、且つ、背
圧がほぼ大気圧となり得るターボ分子ポンプに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbo-molecular pump, and more particularly, to a turbo-molecular pump that can operate in a molecular flow region and can have a back pressure of approximately atmospheric pressure.

【0002】[0002]

【従来の技術】チャンバ、減圧室等の内部を10-7〜1
1Paオーダー(10-9〜10-1Torrオーダー)
の高真空、いわゆる分子流域から粘性流域まで減圧する
場合には、通常、ターボ分子ポンプが用いられる。ター
ボ分子ポンプは、一般に、背圧が103Paオーダー
(1Torrオーダー)となるので、ターボ分子ポンプ
の後段にその背圧を排気するためのドライポンプといっ
た補助ポンプが接続された構成が多く用いられている。
2. Description of the Related Art The interior of a chamber, a decompression chamber or the like is 10 -7 to 1.
0 1 Pa order (10 -9 to 10 -1 Torr order)
When the pressure is reduced from a high vacuum, that is, a so-called molecular flow region to a viscous flow region, a turbo molecular pump is usually used. Generally, the back pressure of a turbo molecular pump is on the order of 10 3 Pa (1 Torr order). Therefore, a configuration in which an auxiliary pump such as a dry pump for exhausting the back pressure is connected to the subsequent stage of the turbo molecular pump is often used. ing.

【0003】このような高真空が必要とされる用途のひ
とつとしては、半導体製造設備における半導体基板の処
理を行うためのチャンバの減圧が挙げられる。半導体基
板が収容されるチャンバは、クラス1程度の高い清浄度
が要求されるクリーンルームに設置されることがあり、
この清浄度を維持するために、主ポンプはクラス100
0程度の別のクリーンルームに設置され、補助ポンプ
は、より清浄度の低いノンクリーンルームに設置される
ことが多い。
[0003] One of the applications requiring such a high vacuum is decompression of a chamber for processing a semiconductor substrate in a semiconductor manufacturing facility. The chamber in which the semiconductor substrate is housed may be installed in a clean room where high cleanliness of about class 1 is required,
To maintain this cleanliness, the main pump must be a class 100
The auxiliary pump is installed in another clean room of about 0, and the auxiliary pump is often installed in a less clean non-clean room.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体製造装置
としては、複数のチャンバが設けられたいわゆるマルチ
チャンバプロセス方式の製造装置が採用される傾向にあ
る。この場合にはポンプがチャンバの台数分必要とな
る。よって、主ポンプに加えて補助ポンプを設置するた
めに大きな床面積が必要とされ、設備全体の建築コスト
や運転コストが増大する傾向にあった。また、清浄度の
異なるクリーンルームに主ポンプと補助ポンプとを設置
する必要があるため、主ポンプと補助ポンプとを接続す
る配管が長大化する傾向にあった。その結果、配管部分
における圧力損失及び気体の失速によってポンプ全体の
排気効率が低下してしまうという問題が生じていた。
In recent years, a so-called multi-chamber process type manufacturing apparatus having a plurality of chambers has been used as a semiconductor manufacturing apparatus. In this case, pumps are required for the number of chambers. Therefore, a large floor area is required to install the auxiliary pump in addition to the main pump, and there has been a tendency that the construction cost and the operation cost of the entire equipment increase. In addition, since it is necessary to install the main pump and the auxiliary pump in clean rooms having different degrees of cleanliness, the pipe connecting the main pump and the auxiliary pump tends to be long. As a result, there has been a problem that the exhaust efficiency of the entire pump is reduced due to the pressure loss and the gas stall in the piping portion.

【0005】そこで、本発明は上記のような問題点に鑑
みてなされたものであり、設置スペースを縮小すること
ができ、且つ、排気効率を向上させることが可能なター
ボ分子ポンプを提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a turbo molecular pump capable of reducing an installation space and improving exhaust efficiency. With the goal.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、分子流域から粘
性流域において作動する主ポンプの背圧を効率よく排気
する構成を見出し、本発明を完成するに至った。すなわ
ち本発明のターボ分子ポンプは、吸気口及び排気口を有
して気体が流通するケーシングと、複数のフィンから成
る回転翼が外周に複数設けられたロータ部、複数の固定
翼が吸気口から排気口へ向かう気体の流通方向に沿って
回転翼と交互に位置するように内周に設けられたステー
タ部、及び、ロータ部を駆動するモータ部を有する複数
のポンプ部とを備え、これら複数のポンプ部が、ケーシ
ング内に、吸気口から排気口へ向かう気体の流通方向に
沿って配置されたことを特徴とする。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors have conducted intensive studies and as a result, have found a configuration for efficiently exhausting the back pressure of the main pump operating in the viscous flow region from the molecular flow region, The present invention has been completed. That is, the turbo-molecular pump of the present invention has a casing having an inlet port and an exhaust port, through which gas flows, a rotor section having a plurality of rotating blades formed of a plurality of fins on the outer periphery, and a plurality of fixed blades extending from the inlet port. A stator section provided on the inner periphery so as to be alternately located with the rotor along the gas flow direction toward the exhaust port, and a plurality of pump sections having a motor section for driving the rotor section. Is disposed in the casing along the gas flow direction from the intake port to the exhaust port.

【0007】このように構成されたターボ分子ポンプ
は、チャンバ等の減圧対象に接続されて運転される。ま
ず、各ポンプ部のロータ部がモータ部によって駆動さ
れ、回転翼の回転によってチャンバ内の気体がケーシン
グ内に吸気される。吸気された気体は、吸気口から排気
口へ向かう気体の流通方向に沿って交互に配置された回
転翼と固定翼との間の空間を通って排気される。前段の
ポンプから排気された気体は後段のポンプに吸気され、
このような吸気と排気が、吸気口から排気口へ向かう方
向に沿って設けられた複数のポンプ部間で連続して行わ
れる。その結果、ターボ分子ポンプの入口圧力(チャン
バ内圧力)が分子流域から粘性流域の減圧状態になると
ともに、出口圧力(背圧)がほぼ大気圧となり得る。し
たがって、従来の補助ポンプ、主ポンプと補助ポンプと
を接続するための配管、及び、補助ポンプの設置スペー
スが不要となる。
[0007] The turbo molecular pump configured as described above is operated by being connected to a decompression target such as a chamber. First, the rotor section of each pump section is driven by the motor section, and the gas in the chamber is sucked into the casing by the rotation of the rotating blades. The sucked gas is exhausted through the space between the rotating wings and the fixed wings arranged alternately along the gas flow direction from the intake port to the exhaust port. The gas exhausted from the preceding pump is drawn into the subsequent pump,
Such intake and exhaust are continuously performed between a plurality of pump units provided along the direction from the intake port to the exhaust port. As a result, the inlet pressure (inside pressure of the chamber) of the turbo molecular pump can be reduced from the molecular flow region to the viscous flow region, and the outlet pressure (back pressure) can be substantially equal to the atmospheric pressure. Therefore, the conventional auxiliary pump, piping for connecting the main pump and the auxiliary pump, and installation space for the auxiliary pump are not required.

【0008】また、複数のポンプ部のうち、少なくと
も、吸気口から排気口へ向かう方向において最も吸気口
側に配置されたポンプ部が、そのポンプ部に備わるロー
タ部の回転速度を変化させる回転制御部を更に有すると
好ましい。
Further, among the plurality of pump units, at least the pump unit disposed closest to the intake port in the direction from the intake port to the exhaust port changes the rotation speed of the rotor unit provided in the pump unit. It is preferable to further have a part.

【0009】通常、チャンバ等の内部圧力を調節するに
は、ポンプの前段にバリアブルオリフィス等の部材を設
け、ポンプ出力を一定にした状態で、吸気容量を変化さ
せることが多い。これに対し、本発明のターボ分子ポン
プにおいては、回転制御部によってロータ部の回転速度
を所望の値に調整して排気容量を調節する。これによ
り、ターボ分子ポンプが接続されたチャンバ等の内部圧
力が任意に変更される。よって、バリアブルオリフィス
が必要なく、部品点数を削減できる。
Normally, in order to adjust the internal pressure of the chamber or the like, a member such as a variable orifice is provided at the preceding stage of the pump, and the suction volume is often changed while the pump output is kept constant. On the other hand, in the turbo-molecular pump of the present invention, the rotation control unit adjusts the rotation speed of the rotor unit to a desired value to adjust the exhaust capacity. Thereby, the internal pressure of the chamber or the like to which the turbo-molecular pump is connected is arbitrarily changed. Therefore, a variable orifice is not required, and the number of parts can be reduced.

【0010】さらに、複数のポンプ部は、下記式
(1); Mu<Md …(1) [式中、Muは、複数のポンプ部のうち、ある所定のひ
とつのポンプ部に備わるロータ部の慣性モーメントを示
し、Mdは、所定のポンプよりも排気口側に配置された
ひとつのポンプ部に備わるロータ部の慣性モーメントを
示す。]、で表される関係を満たすように設けられてい
るとより好ましい。
Further, the plurality of pump units are represented by the following formula (1): Mu <Md (1) [where Mu is the rotor unit provided in a given one of the plurality of pump units. Md represents the moment of inertia, and Md represents the moment of inertia of a rotor provided in one pump disposed closer to the exhaust port than a predetermined pump. ] Is more preferably provided so as to satisfy the relationship represented by

【0011】ターボ分子ポンプの運転時におけるケーシ
ング内の圧力は、吸気口から排気口へ向かうにしたがっ
て高くなり、回転翼が回転する際に気体の抵抗が次第に
大きくなる傾向にある。よって、より排気口側(下流
側)に位置するモータ部に備わるロータ部の慣性モーメ
ントを上流側より大きくすることにより、圧力が相対的
に高い下流側のポンプ部において、気体の抵抗が回転翼
の回転に与える影響の度合いを低減できる。
During operation of the turbo molecular pump, the pressure in the casing increases from the intake port to the exhaust port, and the gas resistance tends to gradually increase when the rotating blades rotate. Therefore, by increasing the moment of inertia of the rotor unit provided in the motor unit located closer to the exhaust port (downstream side) than in the upstream side, the gas resistance is reduced in the downstream pump unit where the pressure is relatively high. The degree of influence on the rotation of the motor can be reduced.

【0012】またさらに、複数のポンプ部が、下記式
(2); Ru<Rd …(2) [式中、Ruは、複数のポンプ部のうち、ある所定のひ
とつのポンプ部に備わるモータ部の最大回転トルクを示
し、Rdは、所定のポンプよりも排気口側に配置された
ひとつのポンプ部に備わるモータ部の最大回転トルクを
示す。]、で表される関係を満たすように設けられてい
ると一層好ましい。こうすれば、相対的に圧力が高い下
流側に位置するポンプ部のロータ部の運動量を高めるこ
とができる。その結果、気体抵抗のロータ部への影響を
軽減することができる。よって、ターボ分子ポンプの排
気性能、特に前段のポンプ部の背圧を後段のポンプ部で
排気する性能を向上できる。
Further, a plurality of pump units are provided by the following formula (2); Ru <Rd (2) [wherein, Ru is a motor unit provided in a certain one of the plurality of pump units. And Rd indicates the maximum rotation torque of the motor provided in one pump disposed closer to the exhaust port than the predetermined pump. ] Is more preferably provided to satisfy the relationship represented by In this case, the momentum of the rotor portion of the pump portion located on the downstream side where the pressure is relatively high can be increased. As a result, the influence of the gas resistance on the rotor can be reduced. Therefore, it is possible to improve the exhaust performance of the turbo-molecular pump, particularly, the performance of exhausting the back pressure of the upstream pump section by the downstream pump section.

【0013】さらにまた、複数のポンプ部のうち少なく
とひとつのポンプ部が、下記式(3); Su>Sd …(3) [式中、Suは、吸気口から排気口へ向かう気体の流通
方向に沿って配置された複数の回転翼のうち、ある所定
のひとつの回転翼を構成するフィンの表面積の合計値を
示し、Sdは、所定の回転翼よりも排気口側に配置され
たひとつの回転翼を構成するフィンの表面積の合計値を
示す。]、で表される関係を満たすように設けられてい
るとより一層好ましい。
Further, at least one of the plurality of pump units is provided by the following equation (3): Su> Sd (3) [wherein, Su represents the gas flow from the intake port to the exhaust port. Among the plurality of rotors arranged along the direction, the total value of the surface area of the fins constituting one predetermined rotor is indicated, and Sd is one of the rotors disposed closer to the exhaust port than the predetermined rotor. The total value of the surface area of the fins constituting the rotating blade of FIG. ] Is more preferably provided to satisfy the relationship represented by

【0014】この場合には、吸気口から排気口へ向かう
気体の流通方向における排気口側(下流側)に位置する
回転翼に作用する面圧を、より吸気口側(上流側)に位
置する回転翼に比して低減できる。ポンプ部内では、下
流側の気体の圧力が上流側に比して高いので、下流側の
回転翼に作用する面圧が低減されることにより、ロータ
部が円滑に回転され、回転速度の低下を抑制できる。
In this case, the surface pressure acting on the rotor located on the exhaust port side (downstream side) in the direction of gas flow from the intake port to the exhaust port is located on the intake port side (upstream side). It can be reduced compared to a rotating blade. In the pump section, the pressure of the gas on the downstream side is higher than that on the upstream side.Therefore, the surface pressure acting on the rotor blades on the downstream side is reduced, so that the rotor section rotates smoothly and the rotation speed decreases. Can be suppressed.

【0015】このとき、フィンの枚数が各回転翼におい
て同数又はほぼ同数であり、式(3)が満たされるとき
には、回転翼の半径方向の各フィンの長さは、下流側よ
り上流側に位置するものの方が長くなる。よって、下流
側に位置する回転翼ほど、回転時の気体との抵抗が低減
される。上述の如く、下流側の気体の圧力は上流側に比
して高いので、下流側の回転翼に作用する抵抗が低減さ
れることにより、ロータ部をより円滑に回転できる。
At this time, the number of fins is the same or almost the same in each rotor, and when the formula (3) is satisfied, the length of each fin in the radial direction of the rotor is located on the upstream side from the downstream side. Those who do are longer. Therefore, the resistance to gas at the time of rotation decreases as the rotor blades are located on the downstream side. As described above, since the pressure of the gas on the downstream side is higher than that on the upstream side, the resistance acting on the rotor blades on the downstream side is reduced, so that the rotor portion can rotate more smoothly.

【0016】またさらに、複数のポンプ部のうち少なく
とひとつのポンプ部が、下記式(4); θu>θd …(4) [式中、θuは、吸気口から排気口へ向かう気体の流通
方向に沿って配置された複数の回転翼のうち、ある所定
のひとつの回転翼を構成するフィンがロータ部の軸方向
に垂直な平面に対して成す角度を示し、θdは、所定の
回転翼よりも排気口側に配置されたひとつの回転翼を構
成するフィンが平面に対して成す角度を示す。]、で表
される関係を満たすように設けられていると更に一層好
ましい。
Further, at least one of the plurality of pump units is provided by the following equation (4): θu> θd (4) [wherein, θu represents the gas flow from the intake port to the exhaust port. Among the plurality of rotors arranged along the direction, an angle formed by a fin constituting one predetermined rotor with respect to a plane perpendicular to the axial direction of the rotor unit, and θd is a predetermined rotor It shows the angle formed by the fins that constitute one rotor located closer to the exhaust port side with respect to the plane. ], It is still more preferable to satisfy the relationship represented by

【0017】この場合には、下流側における回転翼のフ
ィンと気体との抵抗が低減され、ロータ部の回転速度の
低下をより抑制できる。このとき、各ポンプ部における
上流側においては、気体の圧力が相対的に小さいが、フ
ィンの角度が下流側よりも大きいので、気体分子との接
触確率が高められ、排気効率を向上できる。そして、最
も上流側に位置するポンプ部に備わる回転翼を構成する
フィンが式(3)及び(4)で表される関係を同時に満
たすと、ポンプ部の入口圧力として分子流域から粘性流
域にわたる広い圧力範囲を確実に達成し易くなる。
In this case, the resistance between the gas and the fins of the rotor blades on the downstream side is reduced, and the reduction of the rotation speed of the rotor can be further suppressed. At this time, the gas pressure is relatively small on the upstream side of each pump unit, but the angle of the fin is larger than on the downstream side, so that the probability of contact with the gas molecules is increased, and the exhaust efficiency can be improved. Then, when the fins constituting the rotor provided in the pump section located at the most upstream side simultaneously satisfy the relations represented by the formulas (3) and (4), the inlet pressure of the pump section is wide from the molecular flow region to the viscous flow region. It is easier to reliably achieve the pressure range.

【0018】加えて、複数のポンプ部が、下記式
(5); Tu<Td …(5) [式中、Tuは、複数のポンプ部のうち、ある所定のひ
とつのポンプ部に備わるロータ部の回転翼を構成するフ
ィンの厚さを示し、Tdは、所定のポンプよりも排気口
側に配置されたひとつのポンプ部に備わるロータ部の回
転翼を構成するフィンの厚さを示す。]、で表される関
係を満たすように設けられていると好適である。
In addition, the plurality of pump units are expressed by the following formula (5); Tu <Td (5) [where Tu is a rotor unit provided in a given one of the plurality of pump units. And Td indicates the thickness of the fins constituting the rotor blades of the rotor unit provided in one pump unit disposed closer to the exhaust port than the predetermined pump. ] Is preferably provided to satisfy the relationship represented by

【0019】圧力が相対的に高い下流側のポンプ部のフ
ィンに作用する面圧は、より上流側のポンプ部のフィン
に作用する面圧に比して大きくなるが、式(5)が満た
されるとフィンの機械的強度が高まり、下流側のポンプ
部において面圧に対する耐性が向上される。また、下流
側に配置されたポンプ部に備わるロータ部の慣性モーメ
ントが、より上流側に配置されたポンプ部に備わるロー
タ部に比して大きくされ得る。これにより、圧力が相対
的に高い下流側のポンプ部において、気体の抵抗が回転
翼の回転に与える影響の度合いを更に低減できる。
The surface pressure acting on the fins of the pump section on the downstream side where the pressure is relatively high becomes larger than the surface pressure acting on the fins of the pump section on the upstream side, but the expression (5) is satisfied. As a result, the mechanical strength of the fin is increased, and the resistance to the surface pressure is improved in the downstream pump section. Further, the moment of inertia of the rotor provided in the pump disposed on the downstream side can be made larger than that of the rotor provided in the pump disposed on the more upstream side. Thereby, the degree of the influence of the gas resistance on the rotation of the rotor blades can be further reduced in the downstream pump section where the pressure is relatively high.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。なお、同一の要素には
同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以
下の説明において上下左右は図面を基準とする。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In the following description, up, down, left, and right are based on the drawings.

【0021】図1は、本発明によるターボ分子ポンプの
構成を模式的に示す斜視図(一部断面を示す)であり、
図2は、図1に示すターボ分子ポンプの模式断面図であ
る。図1及び2に示すターボ分子ポンプ100は、下方
端が閉じられた略筒状を成すケーシングK内に、二つの
ポンプ部1,2が設けられたものである。ケーシングK
は、略筒状を成す上部ケーシングK1の下方端に、下方
端が閉じられた略筒状を成す下部ケーシングK2の上方
端が結合されたものである。下部ケーシングK2の側壁
には排気口31が設けられ、上部ケーシングK1の上方
端が吸気口30となっている。このように、吸気口30
から排気口31へ向かって下方(図2に示す矢印)に気
体が流通するようにされている。
FIG. 1 is a perspective view (partly in section) schematically showing the structure of a turbo-molecular pump according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of the turbo-molecular pump shown in FIG. The turbo-molecular pump 100 shown in FIGS. 1 and 2 has two pump parts 1 and 2 provided in a substantially cylindrical casing K having a closed lower end. Casing K
The upper end of a substantially cylindrical lower casing K2 having a closed lower end is coupled to the lower end of a substantially cylindrical upper casing K1. An exhaust port 31 is provided on a side wall of the lower casing K2, and an upper end of the upper casing K1 serves as an intake port 30. Thus, the intake port 30
The gas flows downward (arrows shown in FIG. 2) from the exhaust port 31 to the exhaust port 31.

【0022】ポンプ部1,2は、それぞれ上部ケーシン
グK1及び下部ケーシングK2の内部に収容されてい
る。ポンプ部1は、回転翼14が外周に複数設けられた
ロータ部10、及び、固定翼13が内周に複数設けられ
たステータ部11を備えている。ステータ部11は、上
部ケーシングK1の内壁に固定されており、固定翼13
と回転翼14とは、鉛直方向に交互に配置されている。
各回転翼14は、フィン14a,14b,14cが異な
る鉛直高さの円周上に並置されて成っている。
The pump units 1 and 2 are accommodated in the upper casing K1 and the lower casing K2, respectively. The pump unit 1 includes a rotor unit 10 having a plurality of rotating blades 14 provided on the outer periphery, and a stator unit 11 having a plurality of fixed blades 13 provided on the inner periphery. The stator portion 11 is fixed to the inner wall of the upper casing K1, and fixed stator 13
And the rotary wings 14 are alternately arranged in the vertical direction.
Each rotor 14 has fins 14a, 14b, and 14c juxtaposed on circumferences having different vertical heights.

【0023】また、ロータ部10は、主軸12の上端側
に結合されており、ロータ部10の内側空間で且つ主軸
12の周囲には、主軸12及びロータ部10を回転させ
る高周波モータ17(モータ部)が配置されている。高
周波モータ17の上方には、主軸12を半径方向に支持
する磁気軸受15が設置されており、下方には、主軸1
2の下端部を支持する磁気軸受16が設置されている。
また、高周波モータ17の上方には、主軸12の変位及
び回転速度を検知するセンサ部18が設けられている。
センサ部18は、高周波モータ17に接続された周波数
インバーター19(回転制御部)に接続されている。
The rotor section 10 is coupled to the upper end side of the main shaft 12, and a high-frequency motor 17 (motor) for rotating the main shaft 12 and the rotor section 10 is provided inside the rotor section 10 and around the main shaft 12. Part) is arranged. A magnetic bearing 15 that supports the main shaft 12 in the radial direction is installed above the high-frequency motor 17, and below the main shaft 1
A magnetic bearing 16 for supporting the lower end of the magnetic bearing 2 is provided.
Above the high-frequency motor 17, a sensor unit 18 for detecting the displacement and the rotation speed of the main shaft 12 is provided.
The sensor section 18 is connected to a frequency inverter 19 (rotation control section) connected to the high-frequency motor 17.

【0024】ここで、図3は、高周波モータ17、セン
サ部18、及び周波数インバーター19の接続関係を示
すブロック図である。図3に示すように、センサ部18
及び周波数インバーター19は、更に演算制御部70
(回転制御部)に接続されている。演算制御部70は、
CPU73に入力インターフェース74,75及び出力
インターフェース76が接続されたものである。入力イ
ンターフェース74には、例えば、キーボードや、磁気
情報を読み取るデータリーダー、或いは、磁気、光又は
光磁気情報を保持且つ出力し得るディスク等から成る入
力部71が接続されており、減圧対象であるチャンバ等
の内部圧力に関する所望の値(設定値)がこの入力部7
1から入力インターフェース74へ入力されると、その
入力情報信号がCPU73に伝送されるようになってい
る。
FIG. 3 is a block diagram showing a connection relationship between the high-frequency motor 17, the sensor unit 18, and the frequency inverter 19. As shown in FIG.
And the frequency inverter 19 further include an arithmetic control unit 70
(Rotation control unit). The arithmetic control unit 70
The input interface 74, 75 and the output interface 76 are connected to the CPU 73. The input interface 74 is connected to an input unit 71 including, for example, a keyboard, a data reader that reads magnetic information, or a disk that can hold and output magnetic, optical, or magneto-optical information, and is subjected to decompression. A desired value (set value) relating to the internal pressure of the chamber or the like is set in the input unit 7.
When the input information signal is inputted from 1 to the input interface 74, the input information signal is transmitted to the CPU 73.

【0025】さらに、周波数インバーター19は、演算
制御部70の出力インターフェース76に接続されてい
る。CPU73は、CPU73に入力されたチャンバ内
圧力の設定値に対応する高周波インバータの回転速度の
設定値を演算し、得られた回転速度値に基づく制御信号
を、出力インターフェース76を通して周波数インバー
ター19に出力する。周波数インバーター19は、高周
波モータの電流又は電圧周波数を、設定された回転速度
を達成し得る周波数に変換する。
Further, the frequency inverter 19 is connected to an output interface 76 of the arithmetic control unit 70. The CPU 73 calculates the set value of the rotation speed of the high-frequency inverter corresponding to the set value of the chamber pressure input to the CPU 73, and outputs a control signal based on the obtained rotation speed value to the frequency inverter 19 through the output interface 76. I do. The frequency inverter 19 converts the current or voltage frequency of the high-frequency motor into a frequency that can achieve a set rotation speed.

【0026】また、センサ部18は、演算制御部70の
入力インターフェース75に接続されている。センサ部
18は、図1に示す主軸の回転速度を検知し、実際の回
転速度情報を入力インターフェース75を通してCPU
73に伝送する。CPU73は、入力された回転速度の
設定値と実際の回転速度との差異を演算し、差異がある
場合には設定値の回転速度を達成するための補正信号を
出力インターフェース76を通して周波数インバーター
19に出力する。演算制御部70は、このようなフィー
ドバック制御により、ロータ部10の回転速度が設定値
となるように調整する。
The sensor unit 18 is connected to an input interface 75 of the arithmetic and control unit 70. The sensor unit 18 detects the rotation speed of the spindle shown in FIG.
Transmit to 73. The CPU 73 calculates a difference between the input rotation speed set value and the actual rotation speed, and if there is a difference, sends a correction signal for achieving the set value rotation speed to the frequency inverter 19 through the output interface 76. Output. The arithmetic control unit 70 adjusts the rotation speed of the rotor unit 10 to a set value by such feedback control.

【0027】一方、図1及び2に示すポンプ部2は、回
転翼24が外周に複数設けられたロータ部20、及び、
固定翼23が内周に複数設けられたステータ部21を備
えている。ステータ部21は、下部ケーシングK2の内
壁に固定されており、固定翼23と回転翼24とは、鉛
直方向に交互に配置されている。各回転翼24は、フィ
ン24a,24b,24cが異なる鉛直高さの円周上に
並置されて成っている。
On the other hand, the pump section 2 shown in FIGS. 1 and 2 comprises a rotor section 20 having a plurality of rotating blades 24 provided on the outer periphery thereof, and
The stator unit 21 includes a plurality of fixed wings 23 provided on the inner periphery. The stator portion 21 is fixed to the inner wall of the lower casing K2, and the fixed blades 23 and the rotating blades 24 are alternately arranged in the vertical direction. Each rotor 24 has fins 24a, 24b and 24c juxtaposed on the circumference of different vertical heights.

【0028】また、ロータ部20の下部には、主軸22
がロータ部20の底壁を貫通するように固定されてお
り、ロータ部20の外部下方で且つ主軸22の周囲に
は、主軸22及びロータ部20を回転させる高周波モー
タ27(モータ部;大気圧)が配置されている。高周波
モータ27の上方には、主軸22を半径方向に支持する
ころがり軸受25が設置されており、高周波モータ27
の下方には、主軸22の下端を支持するころがり軸受2
6が設置されている。
A main shaft 22 is provided below the rotor unit 20.
Is fixed so as to penetrate the bottom wall of the rotor section 20, and a high-frequency motor 27 (motor section; atmospheric pressure) for rotating the main shaft 22 and the rotor section 20 is provided below the outside of the rotor section 20 and around the main shaft 22. ) Is arranged. A rolling bearing 25 that supports the main shaft 22 in the radial direction is installed above the high-frequency motor 27.
Rolling bearing 2 supporting the lower end of main shaft 22
6 are installed.

【0029】ここで、ポンプ部1,2は、下記式
(1); Mu<Md …(1) (式中、Muは、複数のポンプ部のうち、ある所定のひ
とつのポンプ部に備わるロータ部の慣性モーメントを示
し、Mdは、所定のポンプよりも排気口側に配置された
ひとつのポンプ部に備わるロータ部の慣性モーメントを
示す。)、で表される関係を満たすように設けられてい
る。すなわち、図1に示すポンプ部1のロータ部10の
慣性モーメントをM1とし、ポンプ部2のロータ部20
の慣性モーメントをM2としたときに、下記式(6); M1<M2 …(6) に示す関係が満たされている。
Here, the pump units 1 and 2 are expressed by the following formula (1); Mu <Md (1) (where Mu is a rotor provided in a given one of a plurality of pump units) Md indicates the moment of inertia of a rotor provided in one of the pumps disposed closer to the exhaust port than a predetermined pump.) I have. That is, the moment of inertia of the rotor unit 10 of the pump unit 1 shown in FIG.
When the moment of inertia is M2, the relationship represented by the following equation (6): M1 <M2 (6) is satisfied.

【0030】また、ポンプ部1,2は、下記式(2); Ru<Rd …(2) (式中、Ruは、複数のポンプ部のうち、ある所定のひ
とつのポンプ部に備わるモータ部の最大回転トルクを示
し、Rdは、所定のポンプよりも排気口側に配置された
ひとつのポンプ部に備わるモータ部の最大回転トルクを
示す。)、で表される関係を満たすように設けられてい
る。すなわち、図1に示すポンプ部1の高周波モータ1
7の最大回転トルクをR1とし、ポンプ部2の高周波モ
ータ27の慣性モーメントをR2としたときに、下記式
(7); R1<R2 …(7) に示す関係が満たされている。
The pump units 1 and 2 are expressed by the following formula (2); Ru <Rd (2) (where Ru is a motor unit provided in a predetermined one of a plurality of pump units) Rd is the maximum rotational torque of the motor provided in one pump unit disposed closer to the exhaust port than the predetermined pump.) Rd is provided so as to satisfy the relationship represented by: ing. That is, the high-frequency motor 1 of the pump unit 1 shown in FIG.
When the maximum rotational torque of R.7 is R1 and the moment of inertia of the high-frequency motor 27 of the pump unit 2 is R2, the relationship represented by the following equation (7): R1 <R2 (7) is satisfied.

【0031】さらに、ポンプ部1,2は、下記式
(3); Su>Sd …(3) (式中、Suは、吸気口から排気口へ向かう気体の流通
方向に沿って配置された複数の回転翼のうち、ある所定
のひとつの回転翼を構成するフィンの表面積の合計値を
示し、Sdは、所定の回転翼よりも排気口側に配置され
たひとつの回転翼を構成するフィンの表面積の合計値を
示す。)で表される関係を満たすように設けられてい
る。
Further, the pump units 1 and 2 have the following formula (3): Su> Sd (3) (wherein, Su is a plurality of components arranged along the gas flow direction from the intake port to the exhaust port). Indicates the total surface area of the fins constituting one given rotor, and Sd represents the fin of the fin constituting one rotor arranged closer to the exhaust port than the given rotor. The total value of the surface areas is shown.).

【0032】すなわち、図1に示すポンプ部1において
は、回転翼14を構成するフィン14a,14b,14
cの面積S14a,S14b,S14cが下記式
(8); S14a>S14b>S14c …(8) に示す関係を満たしている。また、図1に示すポンプ部
2においては、回転翼24を構成するフィン24a,2
4b,24cの面積S24a,S24b,S24cが下
記式(9); S24a>S24b>S24c …(9) に示す関係を満たしている。
That is, in the pump section 1 shown in FIG. 1, the fins 14a, 14b, 14
The areas S14a, S14b, S14c of c satisfy the relationship expressed by the following equation (8); S14a>S14b> S14c (8). In the pump section 2 shown in FIG. 1, the fins 24a, 2
The areas S24a, S24b, S24c of 4b, 24c satisfy the relationship shown in the following equation (9); S24a>S24b> S24c (9).

【0033】また、ポンプ部1,2は、下記式(4); θu>θd …(4) (式中、θuは、吸気口から排気口へ向かう気体の流通
方向に沿って配置された複数の回転翼のうち、ある所定
のひとつの回転翼を構成するフィンがロータ部の軸方向
に垂直な平面に対して成す角度を示し、θdは、所定の
回転翼よりも排気口側に配置されたひとつの回転翼を構
成するフィンが平面に対して成す角度を示す。)で表さ
れる関係を満たすように設けられている。これについて
図4を参照して説明する。
The pump units 1 and 2 have the following formula (4): θu> θd (4) (where, θu denotes a plurality of pumps arranged along the gas flow direction from the intake port to the exhaust port). Of the rotating blades, the fins constituting a certain one rotating blade indicate an angle formed with respect to a plane perpendicular to the axial direction of the rotor portion, θd is disposed closer to the exhaust port than the predetermined rotating blade. An angle formed with respect to a plane by a fin constituting one rotor blade is shown.) This will be described with reference to FIG.

【0034】図4は、ポンプ部1,2にそれぞれ備わる
回転翼14,24の一部を示す側面図である(各回転翼
を構成するフィンのうちそれぞれ一つのフィンのみ示
す)。なお、図4中に示す矢印Xは、図1における主軸
12,22及びロータ部10,20の軸方向(図4中、
矢印Zで示す)に垂直な方向を示す。
FIG. 4 is a side view showing a part of the rotors 14 and 24 provided in the pump sections 1 and 2 respectively (only one of the fins constituting each rotor is shown). The arrow X shown in FIG. 4 indicates the axial direction of the main shafts 12 and 22 and the rotor units 10 and 20 in FIG.
(Indicated by an arrow Z).

【0035】図4に示すように、ポンプ部1において
は、回転翼14を構成するフィン14a,14b,14
cがそれぞれX方向に対して成す角度θ1,θ2,θ3
が、下記式(10); θ1>θ2>θ3 …(10) に示す関係を満たしている。また、ポンプ部2において
は、回転翼24を構成するフィン24a,24b,24
cがそれぞれX方向に対して成す角度θ4,θ5,θ6
が下記式(11); θ4>θ5>θ6 …(11) に示す関係を満たしている。
As shown in FIG. 4, in the pump section 1, fins 14a, 14b, 14
The angles θ1, θ2, θ3 respectively formed by c with respect to the X direction
Satisfy the relationship expressed by the following equation (10): θ1>θ2> θ3 (10) In the pump section 2, the fins 24a, 24b, 24
The angles θ4, θ5, θ6 respectively formed by c with respect to the X direction
Satisfies the relationship expressed by the following formula (11); θ4>θ5> θ6 (11)

【0036】さらに、ポンプ部1,2は、下記式
(5); Tu<Td …(5) (式中、Tuは、複数のポンプ部のうち、ある所定のひ
とつのポンプ部に備わるロータ部の回転翼を構成するフ
ィンの厚さを示し、Tdは、所定のポンプよりも排気口
側に配置されたひとつのポンプ部に備わるロータ部の回
転翼を構成するフィンの厚さを示す。)で表される関係
を満たしている。すなわち、図1に示すポンプ部1の回
転翼14を構成するフィン14a,14b,14cのう
ち最も厚いフィンの厚さをT1とし、ポンプ部2の回転
翼24を構成するフィン24a,24b,24cのうち
最も薄いフィンの厚さをT2としたときに、下記式(1
2); T1<T2 …(12) に示す関係が満たされている。
Further, the pump units 1 and 2 are provided by the following formula (5); Tu <Td (5) (where Tu is a rotor unit provided in a predetermined one of a plurality of pump units) And Td indicates the thickness of the fins forming the rotor blades of the rotor unit provided in one pump unit disposed closer to the exhaust port than the predetermined pump.) Satisfies the relationship represented by That is, the thickness of the thickest fin among the fins 14a, 14b, 14c constituting the rotor 14 of the pump unit 1 shown in FIG. 1 is T1, and the fins 24a, 24b, 24c constituting the rotor 24 of the pump unit 2 are shown. When the thickness of the thinnest fin is T2, the following equation (1)
2); T1 <T2 (12) is satisfied.

【0037】以上のように構成されたターボ分子ポンプ
100がチャンバ等の減圧対象に接続され、高周波モー
タ17,27が運転されると、それぞれ主軸12,22
とともにロータ部10,20が回転される。そうする
と、ポンプ部1の回転翼14の回転によってチャンバ内
の気体が吸気口30からケーシングK内に吸気される。
吸気された気体は、回転翼14と固定翼13との間の空
間を通って上部ケーシングK1内から下部ケーシングK
2内へ排出される。ポンプ部1から排出された気体は、
ポンプ部2の回転翼24の回転によってポンプ部2内に
直ちに吸気される。吸気された気体は、回転翼24と固
定翼23との間の空間を通って排気口31からケーシン
グKの外部へ排出される。
When the turbo molecular pump 100 constructed as described above is connected to a decompression target such as a chamber and the high-frequency motors 17 and 27 are operated, the main shafts 12 and 22 are operated, respectively.
At the same time, the rotor units 10 and 20 are rotated. Then, the gas in the chamber is sucked into the casing K from the suction port 30 by the rotation of the rotor 14 of the pump unit 1.
The inhaled gas passes through the space between the rotary blades 14 and the fixed blades 13 and from inside the upper casing K1 to the lower casing K1.
It is discharged into 2. The gas discharged from the pump unit 1 is
The air is immediately sucked into the pump unit 2 by the rotation of the rotor 24 of the pump unit 2. The sucked gas passes through a space between the rotary wings 24 and the fixed wings 23 and is discharged from the exhaust port 31 to the outside of the casing K.

【0038】ポンプ部1のロータ部10の回転数が、例
えば数万rpmの回転速度に達し、その状態で運転が行
われると、ターボ分子ポンプの入口圧力(チャンバ内圧
力)は分子流域から粘性流域(10-7〜101Paオー
ダー(10-9〜10-1Torrオーダー))の高真空と
なる。このとき、ポンプ部1の出口圧力、すなわちポン
プ部1の背圧は、数百Paオーダー(数Torrオーダ
ー)となり得る。この背圧は、ポンプ部2により直ちに
排気され排気口31から排出される気体圧力(ポンプ部
2の背圧)は、ほぼ大気圧となり得る。
When the rotation speed of the rotor unit 10 of the pump unit 1 reaches a rotation speed of, for example, tens of thousands of rpm, and the operation is performed in this state, the inlet pressure (pressure in the chamber) of the turbo molecular pump changes from the molecular flow region to the viscosity. a high vacuum in the basin (10 -7 ~10 1 Pa order (10 -9 ~10 -1 Torr order)). At this time, the outlet pressure of the pump unit 1, that is, the back pressure of the pump unit 1, can be on the order of several hundred Pa (several Torr order). This back pressure is immediately exhausted by the pump unit 2 and the gas pressure (back pressure of the pump unit 2) discharged from the exhaust port 31 can be substantially equal to the atmospheric pressure.

【0039】このように本発明のターボ分子ポンプ10
0によれば、従来の補助ポンプを用いなくても、ターボ
分子ポンプ100のみで、入口圧力として分子流域から
粘性流域の高真空を達成できるとともに、出口圧力をほ
ぼ大気圧にすることができる。よって、補助ポンプ、主
ポンプと補助ポンプとを結ぶ配管、及び補助ポンプの設
置スペースが必要ないので、ターボ分子ポンプを含む排
気設備の建設コスト及び運転コストを削減できる。ま
た、補助ポンプの設置スペース(又は設置室)で使用さ
れていた空調等に掛かる費用を削減でき、排気設備の運
転コストを更に低減できる。さらに、従来の主ポンプと
補助ポンプとを接続するための配管が不要なので、その
ような配管における圧力損失や気体の流速の低下が殆ど
無い。よって、従来の主ポンプと補助ポンプとを組み合
わせた場合に比して、排気効率を向上できる。したがっ
て、従来よりも低出力で、従来と同等の排気性能を得る
ことができる。すなわち、エネルギー変換効率が高めら
れて運転コストをより一層低減できる。
As described above, the turbo molecular pump 10 of the present invention
According to No. 0, a high vacuum from the molecular flow region to the viscous flow region can be achieved as the inlet pressure and the outlet pressure can be made almost atmospheric pressure only by the turbo molecular pump 100 without using the conventional auxiliary pump. Therefore, there is no need for an auxiliary pump, a pipe connecting the main pump and the auxiliary pump, and an installation space for the auxiliary pump, so that the construction cost and the operating cost of the exhaust equipment including the turbo-molecular pump can be reduced. In addition, the cost for air conditioning and the like used in the installation space (or installation room) of the auxiliary pump can be reduced, and the operating cost of the exhaust equipment can be further reduced. Further, since piping for connecting the conventional main pump and auxiliary pump is unnecessary, there is almost no pressure loss or reduction in gas flow velocity in such piping. Therefore, the exhaust efficiency can be improved as compared with the case where the conventional main pump and auxiliary pump are combined. Therefore, it is possible to obtain the same exhaust performance as before with a lower output than before. That is, the energy conversion efficiency is increased, and the operating cost can be further reduced.

【0040】また、高周波モータ27は、ころがり軸受
25,26といった機械軸受を有し、ロータ部20の外
部に設置されたする外部モータなので、磁気軸受15,
16を有するいわゆる内部モータとしての高周波モータ
17に比して、大きな回転トルクを発現できるモータ部
とされている。このようにすれば、ポンプ部1よりも気
体の圧力が高いポンプ部2の排気が効率よく行われる。
その結果、ポンプ部1の背圧をポンプ部2で確実に排気
でき、上述した分子流域から粘性流域の入口圧力をより
達成し易くなる。
The high-frequency motor 27 has mechanical bearings such as rolling bearings 25 and 26 and is an external motor installed outside the rotor section 20.
The motor unit is capable of expressing a larger rotational torque than a high-frequency motor 17 as a so-called internal motor having the motor 16. With this configuration, the pump section 2 having a higher gas pressure than the pump section 1 can be efficiently evacuated.
As a result, the back pressure of the pump unit 1 can be reliably exhausted by the pump unit 2, and the inlet pressure from the molecular flow region to the viscous flow region can be more easily achieved.

【0041】また、ポンプ部1においては、周波数イン
バーター19、演算制御部70及びセンサ部18によっ
て高周波モータ17の回転速度が変更され、所望のチャ
ンバ内圧力を達成できるので、従来のバリアブルオリフ
ィスといった吸気容量を変化させるための部材が必要な
い。したがって、バリアブルオリフィスを用いていた従
来に比して部品点数が削減されるので、経済性を向上で
きる。また、そのような部材の保守を行う必要がないの
で、保守性を向上できる。
Further, in the pump section 1, the rotation speed of the high frequency motor 17 is changed by the frequency inverter 19, the arithmetic control section 70 and the sensor section 18 so that a desired chamber pressure can be achieved. No member for changing the capacity is required. Therefore, the number of parts is reduced as compared with the conventional case using the variable orifice, and the economy can be improved. In addition, since there is no need to perform maintenance on such members, maintainability can be improved.

【0042】さらに、ポンプ部1,2が、上記式(1)
及び(6)で表される関係を満たすように設けられてい
るので、内部の気体の圧力が、ポンプ部1に比して相対
的に高いポンプ部2においてもロータ部20の運動量を
十分に高めることができる。よって、気体抵抗のロータ
部20への影響を軽減することができる。したがって、
ターボ分子ポンプ分子100の排気性能、特にポンプ部
1の背圧をポンプ部2で排気する性能を向上できる。ま
たさらに、ポンプ部1,2が、上記式(2)及び(7)
で表される関係を満たすように設けられているので、気
体の抵抗がポンプ部2の回転翼24の回転に与える影響
の度合いを低減できる。よって、回転翼24が円滑に回
転され易くなり、排気効率の低下を抑制できる。
Further, the pump units 1 and 2 are expressed by the above formula (1).
And (6), the momentum of the rotor section 20 can be sufficiently increased even in the pump section 2 in which the pressure of the internal gas is relatively higher than that of the pump section 1. Can be enhanced. Therefore, the influence of the gas resistance on the rotor unit 20 can be reduced. Therefore,
The pumping performance of the turbo molecular pump molecule 100, particularly the performance of pumping the back pressure of the pump unit 1 with the pump unit 2, can be improved. Further, the pump units 1 and 2 are determined by the above equations (2) and (7).
Is provided so as to satisfy the relationship represented by the following expression, so that the degree of the effect of gas resistance on the rotation of the rotary wings 24 of the pump unit 2 can be reduced. Therefore, the rotating wings 24 are easily rotated smoothly, and a decrease in exhaust efficiency can be suppressed.

【0043】さらに、ポンプ部1,2が、上記式
(3),(8)及び(9)で表される関係を満たすよう
に設けられているので、気体の圧力が比較的高い下流側
に配置された回転翼14,24に作用する面圧が、上流
側に位置する回転翼14,24に比して低減できる。よ
って、ロータ部10,20の回転の円滑性が高められる
ので、分子流域から粘性流域にわたる広い範囲の高真空
を十分に達成できる。
Further, since the pump sections 1 and 2 are provided so as to satisfy the relations expressed by the above equations (3), (8) and (9), the pump sections 1 and 2 are located on the downstream side where the gas pressure is relatively high. The surface pressure acting on the arranged rotors 14 and 24 can be reduced as compared with the rotors 14 and 24 located on the upstream side. Therefore, the smoothness of the rotation of the rotor units 10 and 20 is enhanced, and a high vacuum in a wide range from the molecular flow region to the viscous flow region can be sufficiently achieved.

【0044】またさらに、ポンプ部1,2が、上記式
(4),(10)及び(11)を満たすように設けられ
ているので、下流側における回転翼14,24を構成す
るフィンと気体との抵抗が低減され、ロータ部10,2
0の回転速度の低下が抑制される。同時に、ポンプ部
1,2における上流側においては、気体分子との接触確
率が高められ、排気効率が向上される。したがって、分
子流域から粘性流域にわたる広い範囲の高真空を確実に
達成できる。
Further, since the pump sections 1 and 2 are provided so as to satisfy the above equations (4), (10) and (11), the fins constituting the rotors 14 and 24 on the downstream side and the gas With the rotor parts 10, 2
A decrease in the rotation speed of 0 is suppressed. At the same time, on the upstream side of the pump sections 1 and 2, the probability of contact with gas molecules is increased, and the exhaust efficiency is improved. Therefore, high vacuum in a wide range from the molecular flow region to the viscous flow region can be reliably achieved.

【0045】さらにまた、ポンプ部1,2が、上記式
(5)及び(12)を満たすように設けられているの
で、ポンプ部2のフィンの機械的強度が高まり、ポンプ
部2において面圧に対する耐性が向上される。また、ポ
ンプ部2に備わるロータ部20の慣性モーメントが、ポ
ンプ部1に備わるロータ部10に比して大きくされ得る
ので、圧力が相対的に高いポンプ部2において、気体の
抵抗が回転翼24の回転に与える影響の度合いが低減さ
れる。したがって、排気効率の低下を抑制でき、分子流
域から粘性流域にわたる広い範囲の高真空を一層確実に
達成できるとともに、ポンプ部1の背圧を十分に排気で
きる。
Further, since the pump portions 1 and 2 are provided so as to satisfy the above equations (5) and (12), the mechanical strength of the fins of the pump portion 2 is increased, and the surface pressure in the pump portion 2 is increased. Resistance is improved. In addition, since the moment of inertia of the rotor section 20 provided in the pump section 2 can be made larger than that of the rotor section 10 provided in the pump section 1, in the pump section 2 where the pressure is relatively high, the gas resistance is reduced. The degree of influence on the rotation of the motor is reduced. Therefore, a decrease in the exhaust efficiency can be suppressed, a high vacuum in a wide range from the molecular flow region to the viscous flow region can be more reliably achieved, and the back pressure of the pump unit 1 can be sufficiently exhausted.

【0046】図5は、本発明によるターボ分子ポンプの
他の実施形態におけるポンプ部に備わる回転翼の一部を
示す側面図である。図5には、各回転翼を構成する複数
のフィンのうちそれぞれ一つのフィンのみ示している
が、本実施形態のターボ分子ポンプは、フィンの取付け
角度が異なること以外は、図1に示すターボ分子ポンプ
100と同様に構成されている。
FIG. 5 is a side view showing a part of a rotary blade provided in a pump section in another embodiment of the turbo-molecular pump according to the present invention. FIG. 5 shows only one fin among a plurality of fins constituting each rotor, but the turbo-molecular pump of the present embodiment differs from the turbo-molecular pump shown in FIG. It is configured similarly to the molecular pump 100.

【0047】図5に示す回転翼14’,24’は、それ
ぞれ図1に示すポンプ部1,2に備わるものである。回
転翼14’はX方向に対して成す角度が互いに異なるフ
ィンWi(添字iは1〜nの整数を示す。図1において
nは11である。)から構成されている。一方、回転翼
24’はX方向に対して成す角度が互いに異なるフィン
Vi(添字iは1〜mの整数を示す。図1においてmは
7である。)から構成されている。
Rotor blades 14 'and 24' shown in FIG. 5 are provided in pump units 1 and 2 shown in FIG. 1, respectively. The rotor 14 'is composed of fins Wi having different angles with respect to the X direction (the subscript i represents an integer of 1 to n. In FIG. 1, n is 11). On the other hand, the rotary wing 24 'is composed of fins Vi having different angles with respect to the X direction (the subscript i represents an integer of 1 to m; m is 7 in FIG. 1).

【0048】本実施形態のターボ分子ポンプにおいて
は、図5に示すように、回転翼14’を構成するフィン
W1〜WnがそれぞれX方向に対して成す角度θW1〜
θWnは、下記式(13); θW1>…>θWi>…>θWn …(13) (ただし、i≠1、及び、i≠nである。)に示す関係
を満たしている。また、回転翼24’を構成するフィン
V1〜VmがそれぞれX方向に対して成す角度θV1〜
θVmは、下記式(14); θV1>…>θVi>…>θVm …(14) (ただし、i≠1、及び、i≠mである。)に示す関係
を満たしている。
In the turbo-molecular pump according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, the fins W1 to Wn constituting the rotor 14 'form angles θW1 to
θWn satisfies the relationship shown in the following equation (13): θW1 >>... θWi >>... θWn (13) (where i ≠ 1 and i ≠ n). Further, the angles θV1 to θ1 formed by the fins V1 to Vm constituting the rotor 24 ′ with respect to the X direction are respectively described.
θVm satisfies the relationship shown in the following formula (14); θV1 >>... θVi >>... θVm (14) (where i ≠ 1 and i ≠ m).

【0049】このように構成された本発明のターボ分子
ポンプにおいても、気体の圧力が比較的高い下流側に配
置された回転翼14’,24’に作用する面圧が、上流
側に位置する回転翼14,24に比して低減できる。よ
って、ロータ部の回転の円滑性が高められるので、分子
流域から粘性流域にわたる広い範囲の高真空を十分に達
成できる。
In the turbo-molecular pump of the present invention thus configured, the surface pressure acting on the rotors 14 ', 24' disposed on the downstream side where the gas pressure is relatively high is located on the upstream side. This can be reduced as compared with the rotating blades 14 and 24. Therefore, the smoothness of the rotation of the rotor portion is enhanced, and a high vacuum in a wide range from the molecular flow region to the viscous flow region can be sufficiently achieved.

【0050】図6は、本発明によるターボ分子ポンプ1
00を用いて半導体製造設備のチャンバ内を減圧してい
る状態を模式的に示す断面図である。チャンバ51は、
クラス1程度の高い清浄度が達成されたクリーンルーム
50内に配置されている。チャンバ51は、半導体基板
3を支持するサセプタ53と、サセプタ53に対向して
設けられたヘッダー部52を有するものである。サセプ
タ53には接地された高周波電源5が接続されており、
ヘッダー部52には配管54を介して反応ガス供給部5
6が設けられている。また、チャンバ51には、配管5
7を介してターボ分子ポンプ100が接続されている。
ターボ分子ポンプ100はクラス1000程度の清浄度
を有するマシンルーム60に設置されている。
FIG. 6 shows a turbo molecular pump 1 according to the present invention.
It is sectional drawing which shows typically the state which decompresses the inside of the chamber of semiconductor manufacturing equipment using 00. The chamber 51
It is arranged in a clean room 50 in which a high cleanliness of about class 1 has been achieved. The chamber 51 has a susceptor 53 for supporting the semiconductor substrate 3 and a header 52 provided to face the susceptor 53. The susceptor 53 is connected to the grounded high-frequency power supply 5.
The reaction gas supply section 5 is connected to the header section 52 via a pipe 54.
6 are provided. Further, the pipe 51 is provided in the chamber 51.
7, a turbo molecular pump 100 is connected.
The turbo molecular pump 100 is installed in a machine room 60 having a class 1000 cleanliness.

【0051】このチャンバ51は、例えば、プラズマR
IE( Reactive Ion Etching )法によって半導体基板
3のエッチング処理を行うためのものである。この場
合、まず、本発明のターボ分子ポンプ100により、チ
ャンバ51内を減圧し所定の真空度の高真空とする。次
に、反応ガス供給部56からEtch用の反応ガスをヘ
ッダー部52へ供給し、反応ガスをチャンバ51内に導
入する。チャンバ51内が所定の圧力となった後、サセ
プタ53に高周波電力を印加して、チャンバ51内にプ
ラズマを形成させる。これにより、反応ガスがイオン等
の活性種に解離され、半導体基板3上の膜のエッチング
が行われる。
The chamber 51 includes, for example, a plasma R
This is for performing an etching process on the semiconductor substrate 3 by an IE (Reactive Ion Etching) method. In this case, first, the inside of the chamber 51 is reduced in pressure by the turbo-molecular pump 100 of the present invention to a high vacuum of a predetermined degree of vacuum. Next, a reaction gas for Etch is supplied from the reaction gas supply unit 56 to the header unit 52, and the reaction gas is introduced into the chamber 51. After the pressure in the chamber 51 reaches a predetermined pressure, high-frequency power is applied to the susceptor 53 to form plasma in the chamber 51. Thereby, the reaction gas is dissociated into active species such as ions, and the film on the semiconductor substrate 3 is etched.

【0052】このように、半導体基板3の処理に際し
て、本発明のターボ分子ポンプ100を用いてチャンバ
51内を減圧することにより、チャンバ51内を十分な
高真空まで確実に減圧できる。また、ターボ分子ポンプ
100は排気効率が従来に比して高められ得るので、十
分な高真空を達成するまでの排気時間を短縮できる。よ
って、半導体基板3の処理時間を低減することが可能と
なる。さらに、従来はマシンルーム60に主ポンプが設
置され、更に数mから10m程度の配管を介してマシン
ルーム60よりも清浄度が低いノンクリーンルームに補
助ポンプが配置されていたのに対し、上述の如く、補助
ポンプが不要なので、従来に比して半導体製造設備のコ
ストを格段に低減することができる。
As described above, when the semiconductor substrate 3 is processed, the inside of the chamber 51 can be reliably reduced to a sufficiently high vacuum by reducing the pressure inside the chamber 51 using the turbo molecular pump 100 of the present invention. Further, since the exhaust efficiency of the turbo-molecular pump 100 can be increased as compared with the related art, the exhaust time required for achieving a sufficiently high vacuum can be reduced. Therefore, the processing time of the semiconductor substrate 3 can be reduced. Further, conventionally, a main pump is installed in the machine room 60, and an auxiliary pump is arranged in a non-clean room having a lower cleanness than the machine room 60 through a pipe of several meters to about 10 meters. As described above, since the auxiliary pump is unnecessary, the cost of the semiconductor manufacturing equipment can be remarkably reduced as compared with the related art.

【0053】なお、ターボ分子ポンプ100は、二つの
ポンプ部1,2から成っているが、三つ以上のポンプ部
から成っていてもよい。この場合、例えば、最終段のポ
ンプ部として図1に示すポンプ部2を有し、ポンプ部2
の上流側に図1に示すポンプ部1が複数連結されていて
もよい。また、図6に示すチャンバ51内の圧力を検知
するセンサの出力信号を図3に示す演算制御部70に伝
送してもよい。そして、チャンバ51内の圧力の実測値
を入力信号とし、その圧力値に基づいてターボ分子ポン
プの回転速度調整を行うといったフィードバック制御を
行うようにしてもよい。また、センサ部18を用いなく
ともよく、高周波モータ17の回転速度の実測値の代わ
りにチャンバ51内の圧力の実測値を、制御演算部70
にフィードバックする上記の場合にも、センサ部18は
必須ではない。
Although the turbo molecular pump 100 is composed of two pump parts 1 and 2, it may be composed of three or more pump parts. In this case, for example, the pump unit 2 shown in FIG.
A plurality of pump units 1 shown in FIG. Further, an output signal of a sensor for detecting the pressure in the chamber 51 shown in FIG. 6 may be transmitted to the arithmetic and control unit 70 shown in FIG. Then, a feedback control may be performed in which the measured value of the pressure in the chamber 51 is used as an input signal, and the rotation speed of the turbo-molecular pump is adjusted based on the pressure value. Further, the sensor section 18 may not be used, and the measured value of the pressure in the chamber 51 may be used instead of the measured value of the rotation speed of the high-frequency motor 17.
Also in the above case where the feedback is made, the sensor unit 18 is not essential.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のターボ分
子ポンプによれば、設置スペースを縮小して排気設備の
建設コスト及び運転コストを低減できるとともに、排気
効率を向上させることが可能となる。
As described above, according to the turbo-molecular pump of the present invention, the installation space can be reduced, the construction cost and operation cost of the exhaust equipment can be reduced, and the exhaust efficiency can be improved. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるターボ分子ポンプの構成を模式的
に示す斜視図(一部断面を示す)である。
FIG. 1 is a perspective view (partially showing a cross section) schematically showing a configuration of a turbo-molecular pump according to the present invention.

【図2】図1に示すターボ分子ポンプの模式断面図であ
る。
FIG. 2 is a schematic sectional view of the turbo-molecular pump shown in FIG.

【図3】図1に示すターボ分子ポンプを構成する高周波
モータ、センサ部、及び周波数インバーターの接続関係
を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a connection relationship among a high-frequency motor, a sensor unit, and a frequency inverter that constitute the turbo-molecular pump shown in FIG.

【図4】図1に示すターボ分子ポンプを構成するポンプ
部に備わる回転翼の一部を示す側面図である
FIG. 4 is a side view showing a part of a rotary wing provided in a pump section constituting the turbo molecular pump shown in FIG. 1;

【図5】本発明によるターボ分子ポンプの他の実施形態
におけるポンプ部に備わる回転翼の一部を示す側面図で
ある。
FIG. 5 is a side view showing a part of a rotary blade provided in a pump section in another embodiment of the turbo-molecular pump according to the present invention.

【図6】本発明によるターボ分子ポンプを用いて半導体
製造設備のチャンバ内を減圧している状態を模式的に示
す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a chamber of a semiconductor manufacturing facility is depressurized by using a turbo-molecular pump according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2…ポンプ部、10,20…ロータ部、11,21
…ステータ部、12,22…主軸、13,23…固定
翼、14,24…回転翼、14a,14b,14c,2
4a,24b,24c…フィン、17,27…高周波モ
ータ(モータ部)、18…センサ部、19…周波数イン
バーター(回転制御部)、30…吸気口、31…排気
口、70…演算制御部(回転制御部)、100…ターボ
分子ポンプ、K…ケーシング、K1…上部ケーシング
(ケーシング)、K2…下部ケーシング(ケーシン
グ)。
1, 2,... Pump section, 10, 20,... Rotor section, 11, 21
... stator part, 12, 22 ... spindle, 13, 23 ... fixed wing, 14, 24 ... rotating wing, 14a, 14b, 14c, 2
4a, 24b, 24c: fins, 17, 27: high-frequency motor (motor unit), 18: sensor unit, 19: frequency inverter (rotation control unit), 30: intake port, 31: exhaust port, 70: arithmetic control unit ( Rotation control section), 100: turbo molecular pump, K: casing, K1: upper casing (casing), K2: lower casing (casing).

フロントページの続き (72)発明者 小菅 一生 千葉県成田市新泉14−3野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Fターム(参考) 3H021 AA05 AA08 BA00 BA06 BA13 CA01 CA04 CA07 CA10 DA06 DA21 DA26 EA12 EA19 3H031 DA00 DA02 EA00 EA12 EA13 EA14 EA15 EA16 FA00 FA01 FA02 FA40 Continuing on the front page (72) Inventor Kazuo Kosuge F-term (reference) 3H021 AA05 AA08 BA00 BA06 BA13 CA01 CA04 CA07 CA10 DA06 DA21 DA26 EA12 Inside Noizumiira Industrial Park, 14-3 Shinizumi, Narita-shi, Chiba Pref. EA19 3H031 DA00 DA02 EA00 EA12 EA13 EA14 EA15 EA16 FA00 FA01 FA02 FA40

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 吸気口及び排気口を有して気体が流通す
るケーシングと、 複数のフィンから成る回転翼が外周に複数設けられたロ
ータ部、複数の固定翼が前記吸気口から前記排気口へ向
かう気体の流通方向に沿って前記回転翼と交互に位置す
るように内周に設けられたステータ部、及び、前記ロー
タ部を駆動するモータ部を有する複数のポンプ部と、を
備え、 前記複数のポンプ部が、前記ケーシング内に、前記吸気
口から前記排気口へ向かう方向に沿って配置された、こ
とを特徴とするターボ分子ポンプ。
1. A casing having an intake port and an exhaust port through which a gas flows, a rotor section having a plurality of rotors formed of a plurality of fins on an outer periphery, and a plurality of fixed vanes being arranged from the intake port to the exhaust port. And a plurality of pump units having a motor unit for driving the rotor unit, and a stator unit provided on the inner circumference so as to be alternately located with the rotor along the gas flow direction toward the rotor, A turbo-molecular pump, wherein a plurality of pump units are arranged in the casing along a direction from the intake port to the exhaust port.
【請求項2】 前記複数のポンプ部のうち、少なくと
も、前記吸気口から前記排気口へ向かう方向において最
も吸気口側に配置されたポンプ部が、該ポンプ部に備わ
る前記ロータ部の回転速度を変化させる回転制御部を更
に有する、ことを特徴とする請求項1記載のターボ分子
ポンプ。
2. A pump unit, which is arranged at least on the intake port side in a direction from the intake port to the exhaust port, of the plurality of pump units, controls a rotation speed of the rotor unit provided in the pump unit. The turbo-molecular pump according to claim 1, further comprising a rotation control unit for changing the rotation.
【請求項3】 前記複数のポンプ部は、 前記複数のポンプ部のうち、ある所定のひとつのポンプ
部に備わるロータ部の慣性モーメントをMuとし、 前記所定のポンプよりも前記排気口側に配置されたひと
つのポンプ部に備わるロータ部の慣性モーメントをMd
としたときに、 下記式(1); Mu<Md …(1) で表される関係を満たすように設けられていることを特
徴とする請求項1又は2に記載のターボ分子ポンプ。
3. The plurality of pump sections, wherein a moment of inertia of a rotor section provided in a predetermined one of the plurality of pump sections is Mu, and the plurality of pump sections are disposed closer to the exhaust port than the predetermined pump. Md is the moment of inertia of the rotor provided in one pump
The turbo molecular pump according to claim 1, wherein the turbo molecular pump is provided so as to satisfy a relationship represented by the following expression (1); Mu <Md (1).
【請求項4】 前記複数のポンプ部は、 前記複数のポンプ部のうち、ある所定のひとつのポンプ
部に備わるモータ部の最大回転トルクをRuとし、 前記所定のポンプよりも前記排気口側に配置されたひと
つのポンプ部に備わるモータ部の最大回転トルクをRd
としたときに、 下記式(2); Ru<Rd …(2) で表される関係を満たすように設けられていることを特
徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のターボ分
子ポンプ。
4. The plurality of pump sections, wherein the maximum rotation torque of a motor section provided in one predetermined one of the plurality of pump sections is Ru, and the maximum rotation torque is closer to the exhaust port side than the predetermined pump. The maximum rotation torque of the motor unit provided in one arranged pump unit is Rd
The turbocharger according to any one of claims 1 to 3, wherein the turbocharger is provided so as to satisfy a relationship represented by the following expression (2); Ru <Rd (2). Molecular pump.
【請求項5】 前記複数のポンプ部のうち少なくとひと
つのポンプ部は、 前記吸気口から前記排気口へ向かう気体の流通方向に沿
って配置された前記複数の回転翼のうち、ある所定のひ
とつの回転翼を構成するフィンの表面積の合計値をSu
とし、 前記所定の回転翼よりも前記排気口側に配置されたひと
つの回転翼を構成するフィンの表面積の合計値をSdと
したときに、 下記式(3); Su>Sd …(3) で表される関係を満たすように設けられていることを特
徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のターボ分
子ポンプ。
5. At least one of the plurality of pump units is a predetermined one of the plurality of rotor blades arranged along a gas flow direction from the intake port to the exhaust port. The sum of the surface areas of the fins that make up one rotor is
When the total value of the surface area of the fins constituting one rotor arranged closer to the exhaust port than the predetermined rotor is Sd, the following equation (3): Su> Sd (3) The turbo molecular pump according to any one of claims 1 to 4, wherein the turbo molecular pump is provided so as to satisfy a relationship represented by:
【請求項6】 前記複数のポンプ部のうち少なくとひと
つのポンプ部は、 前記吸気口から前記排気口へ向かう気体の流通方向に沿
って配置された前記複数の回転翼のうち、ある所定のひ
とつの回転翼を構成するフィンが前記ロータ部の軸方向
に垂直な平面に対して成す角度をθuとし、 前記所定の回転翼よりも前記排気口側に配置されたひと
つの回転翼を構成するフィンが前記平面に対して成す角
度をθdとしたときに、 下記式(4); θu>θd …(4) で表される関係を満たすように設けられていることを特
徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のターボ分
子ポンプ。
6. At least one of the plurality of pumps is a predetermined one of the plurality of rotors arranged along a gas flow direction from the intake port to the exhaust port. An angle formed by a fin that forms one rotor with respect to a plane perpendicular to the axial direction of the rotor portion is θu, and one rotor that is disposed closer to the exhaust port than the predetermined rotor is configured. The fin is provided so as to satisfy a relationship represented by the following formula (4); θu> θd (4) when an angle formed by the fin with respect to the plane is θd. The turbo-molecular pump according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】 前記複数のポンプ部は、 前記複数のポンプ部のうち、ある所定のひとつのポンプ
部に備わるロータ部の回転翼を構成するフィンの厚さを
Tuとし、 前記所定のポンプよりも前記排気口側に配置されたひと
つのポンプ部に備わるロータ部の回転翼を構成するフィ
ンの厚さをTdとしたときに、 下記式(5); Tu<Td …(5) で表される関係を満たすように設けられていることを特
徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のターボ分
子ポンプ。
7. The plurality of pump sections, wherein a thickness of a fin constituting a rotor blade of a rotor section provided in a certain one of the plurality of pump sections is Tu, Also, assuming that the thickness of the fins constituting the rotor blades of the rotor portion provided in one of the pump portions arranged on the exhaust port side is Td, the following formula (5); Tu <Td (5) The turbo molecular pump according to any one of claims 1 to 6, wherein the turbo molecular pump is provided so as to satisfy the following relationship.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005042709A (en) * 2003-07-10 2005-02-17 Ebara Corp Vacuum pump
JP2005264932A (en) * 2004-03-16 2005-09-29 Pfeiffer Vacuum Gmbh Turbo molecular pump and its disc manufacturing method
WO2007041932A1 (en) * 2005-10-10 2007-04-19 Jiguo Chu Double-drag molecular pump
WO2023162985A1 (en) * 2022-02-28 2023-08-31 エドワーズ株式会社 Vacuum discharge system

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