JP2003028090A - Molecular pump and vacuum pumping device - Google Patents
Molecular pump and vacuum pumping deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ドラッグポンプ機
構を有する分子ポンプおよびその分子ポンプを備える真
空排気装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molecular pump having a drag pump mechanism and a vacuum pumping apparatus equipped with the molecular pump.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、エッチング装置やＣＶＤ装置など
の半導体製造装置ではプロセスガスを流しながら各プロ
セスが行われるため、大流量タイプの複合型ターボ分子
ポンプが用いられている。複合型ターボ分子ポンプは、
タービン翼を備えたターボ分子ポンプ部と、ネジ溝を備
えたドラッグポンプ部とで構成されている。ターボ分子
ポンプ部は吸気口から取り込んだガスを大気圧まで圧縮
することができないので、通常、ターボ分子ポンプ部の
排気口側に補助ポンプを接続し、排気したガスを補助ポ
ンプで大気圧まで圧縮するようにしている。2. Description of the Related Art Conventionally, since a semiconductor manufacturing apparatus such as an etching apparatus or a CVD apparatus performs each process while flowing a process gas, a large flow type composite turbo-molecular pump is used. The hybrid turbo molecular pump is
It is composed of a turbo molecular pump section having a turbine blade and a drag pump section having a thread groove. The turbo molecular pump unit cannot compress the gas taken in from the intake port to atmospheric pressure, so normally an auxiliary pump is connected to the exhaust port side of the turbo molecular pump unit and the exhausted gas is compressed to atmospheric pressure by the auxiliary pump. I am trying to do it.
【０００３】半導体製造装置にターボ分子ポンプを用い
る場合には、オイルフリーという要請から補助ポンプと
して一般的にドライ真空ポンプが用いられている。ドラ
イ真空ポンプは電力消費量が大きいため、省エネルギー
の観点からより消費電力の小さな小型のドライ真空ポン
プを使用することが望まれている。When a turbo molecular pump is used in a semiconductor manufacturing apparatus, a dry vacuum pump is generally used as an auxiliary pump due to the requirement of being oil-free. Since the dry vacuum pump consumes a large amount of power, it is desired to use a small dry vacuum pump that consumes less power from the viewpoint of energy saving.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、排気速
度の小さな小型のドライ真空ポンプを使用した場合に
は、プロセスガスを流したときにターボ分子ポンプの排
気口圧力が高くなる傾向がある。そのため、従来のター
ボ分子ポンプでは圧縮能力が不足してターボ分子ポンプ
の吸気口側圧力、すなわち真空チャンバ内の圧力が上昇
し、所望のプロセス圧力にできないという課題があっ
た。However, when a small dry vacuum pump having a small exhaust speed is used, the exhaust port pressure of the turbo molecular pump tends to increase when the process gas is supplied. Therefore, the conventional turbo molecular pump has a problem that the compression capacity is insufficient and the pressure on the intake port side of the turbo molecular pump, that is, the pressure in the vacuum chamber rises, and the desired process pressure cannot be obtained.
【０００５】本発明の目的は、圧縮性能に優れた分子ポ
ンプ、および、その分子ポンプを備えた真空排気装置を
提供することにある。An object of the present invention is to provide a molecular pump having excellent compression performance, and a vacuum exhaust device equipped with the molecular pump.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１，２，５および１０に対応付けて説明する。
（１）図１、２および５に対応付けて説明すると、請求
項１の発明は、ネジ溝５１を有するドラッグポンプ部Ｍ
を備えた分子ポンプ１に適用され、ネジ溝５１のリード
角φを吸気側から排気側へと近づくにつれて小さくし、
かつ、リード角φの変化率ｄ２ｙ／ｄｘ２を吸気側から
排気側へと近づくにつれて小さくしたことにより上述の
目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、ネジ溝５１を有するドラッグ
ポンプ部Ｍを備えた分子ポンプ１に適用され、ｘｙ座標
平面上における曲線ｙ＝−ｂ・ｘ０．５の一部分である
曲線ＣＤをネジ溝５１のリード形状とするとともに、一
部分の曲線ＣＤの座標原点側の端部Ｃをネジ溝５１の吸
気側とし、一部分の曲線ＣＤの他方の端部Ｄをネジ溝５
１の排気側としたことにより上述の目的を達成する。た
だし、ｂは任意の正の実数とする。
（３）図１０に対応付けて説明すると、請求項３の発明
による真空排気装置は、請求項１または２に記載の分子
ポンプ１と、分子ポンプ１の排気口３に接続される補助
ポンプ６８とを備えて上述の目的を達成する。An embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 5 and 10. (1) Explaining in association with FIGS. 1, 2 and 5, the invention of claim 1 is a drag pump portion M having a thread groove 51.
The lead angle φ of the thread groove 51 is reduced as approaching from the intake side to the exhaust side.
In addition, the above-described object is achieved by reducing the rate of change d 2 y / dx 2 of the lead angle φ as it approaches the exhaust side from the intake side. (2) The invention of claim 2 is applied to the molecular pump 1 provided with the drag pump portion M having the thread groove 51, and is a curve CD which is a part of the curve y = −b · x 0.5 on the xy coordinate plane. Is the lead shape of the screw groove 51, the end C on the coordinate origin side of the partial curve CD is the intake side of the screw groove 51, and the other end D of the partial curve CD is the screw groove 5
The above-described object is achieved by adopting the exhaust side of 1. However, b is an arbitrary positive real number. (3) Describing in association with FIG. 10, the vacuum exhaust device according to the invention of claim 3 is the molecular pump 1 according to claim 1 or 2, and an auxiliary pump 68 connected to the exhaust port 3 of the molecular pump 1. The above object is achieved by providing
【０００７】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態
の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態
に限定されるものではない。In the section of the means for solving the above problems, the drawings of the embodiments of the present invention are used to make the present invention easy to understand, but the present invention is limited to the embodiments of the present invention. Not something.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１は本発明による複合型ターボ分
子ポンプの断面図である。ターボ分子ポンプ１の吸気口
フランジ２ａには、真空排気すべきチャンバー（不図
示）が接続される。一方、排気口フランジ３にはドライ
ポンプなどの補助ポンプ（不図示）が接続される。吸気
口フランジ２ａが形成された外筒２の内部には、複数段
の回転翼４ａとネジ溝５１が形成された回転円筒部４ｂ
とを有するロータ４が回転自在に配設されている。上下
に並んだ回転翼４ａの間には固定翼５ａが配設され、回
転円筒部４ｂの周囲を囲むように固定円筒部５ｂが配設
されている。後述するように、固定円筒部５ｂの内周面
にはネジ溝５１が形成されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a hybrid turbomolecular pump according to the present invention. A chamber (not shown) to be evacuated is connected to the intake port flange 2a of the turbo molecular pump 1. On the other hand, an auxiliary pump (not shown) such as a dry pump is connected to the exhaust port flange 3. Inside the outer cylinder 2 having the intake port flange 2a formed therein, a rotary cylindrical portion 4b having a plurality of stages of rotary blades 4a and screw grooves 51 formed therein.
A rotor 4 having a and is rotatably arranged. Fixed blades 5a are arranged between the rotating blades 4a arranged vertically, and a fixed cylindrical portion 5b is arranged so as to surround the periphery of the rotating cylindrical portion 4b. As will be described later, a thread groove 51 is formed on the inner peripheral surface of the fixed cylindrical portion 5b.
【０００９】複合型ターボ分子ポンプ１では、回転翼４
ａと固定翼４ｂとがターボ分子ポンプ部Ｔを構成し、回
転円筒部４ｂと固定円筒部５ｂとがドラッグポンプ部Ｍ
を構成している。図１に示した複合型ターボ分子ポンプ
１は磁気軸受式のターボ分子ポンプであり、ロータ４は
ラジアル電磁石６Ａ，６Ｂおよびアキシャル電磁石６Ｃ
により非接触支持され、高周波モータ７により回転駆動
される。ロータ４は、磁気浮上していないときには非常
用のメカニカルベアリング８により支持される。磁気浮
上時には、ロータ４とメカニカルベアリング８とは非接
触状態になる。In the hybrid turbo molecular pump 1, the rotary blade 4
a and the fixed blade 4b constitute a turbo molecular pump unit T, and the rotary cylindrical unit 4b and the fixed cylindrical unit 5b form a drag pump unit M.
Are configured. The composite turbomolecular pump 1 shown in FIG. 1 is a magnetic bearing type turbomolecular pump, and the rotor 4 is a radial electromagnet 6A, 6B and an axial electromagnet 6C.
Is supported in a non-contact manner by the high frequency motor 7 and is rotationally driven by the high frequency motor 7. The rotor 4 is supported by an emergency mechanical bearing 8 when it is not magnetically levitated. During magnetic levitation, the rotor 4 and the mechanical bearing 8 are in a non-contact state.
【００１０】高周波モータ７によりロータ４が高速回転
駆動されると、吸気口フランジ２ａからターボ分子ポン
プ１側に飛び込んだ気体分子は、ターボ分子ポンプ部Ｔ
によって圧縮されてドラッグポンプ部Ｍ側へと排気され
る。ドラッグポンプ部Ｍではターボ分子ポンプ部Ｔで圧
縮された気体を更に圧縮し、排気口フランジ３側へと排
気する。排気口フランジ３側に排気された気体は、排気
口フランジ３に接続されたドライポンプにより大気圧側
に排気される。When the rotor 4 is driven to rotate at a high speed by the high-frequency motor 7, the gas molecules that have jumped from the intake flange 2a to the turbo molecular pump 1 side have a turbo molecular pump section T.
And is discharged to the drag pump section M side. In the drag pump section M, the gas compressed by the turbo molecular pump section T is further compressed and exhausted to the exhaust port flange 3 side. The gas exhausted to the exhaust port flange 3 side is exhausted to the atmospheric pressure side by the dry pump connected to the exhaust port flange 3.
【００１１】図２は固定円筒部５ｂの内周面に形成され
たネジ溝５１を示す展開図である。図２において、Ｘ軸
はネジ溝面の展開方向（円周方向）の長さを表してお
り、図示上方（ｙ軸正側）がターボ分子ポンプ部側であ
り、図示下方が排気口側である。なお、展開したときの
角度（０〜３６０°）も参考に付した。固定円筒部５ｂ
の内周面にはネジ溝５１が複数形成されており、ネジ溝
間は凸部５２となっている。図３は、図２のＡ−Ａ断面
を示した図であり、５１ａはネジ溝５１と凸部５２との
境界である。φは境界５１ａの傾き角度であり、ネジ溝
５１のリード角を表している。ターボ分子ポンプ部側の
リード角はφ１で排気口側のリード角はφ２であり、φ
１＞φ２に設定されている。ネジ溝５１の深さは排気口
側に近づくにつれて浅くなっている。FIG. 2 is a development view showing the screw groove 51 formed on the inner peripheral surface of the fixed cylindrical portion 5b. In FIG. 2, the X-axis represents the length of the thread groove surface in the developing direction (circumferential direction), the upper side in the figure (the positive side of the y-axis) is the turbo molecular pump section side, and the lower side in the figure is the exhaust port side. is there. In addition, the angle (0 to 360 °) when developed is also referred to. Fixed cylindrical part 5b
A plurality of screw grooves 51 are formed on the inner peripheral surface of the, and convex portions 52 are formed between the screw grooves. FIG. 3 is a view showing a cross section taken along the line AA in FIG. 2, and 51 a is a boundary between the screw groove 51 and the convex portion 52. φ is the inclination angle of the boundary 51 a and represents the lead angle of the thread groove 51. The lead angle on the turbo molecular pump side is φ1, and the lead angle on the exhaust port side is φ2.
1> φ2. The depth of the screw groove 51 becomes shallower toward the exhaust port side.
【００１２】《従来のネジ溝のリード角》ドラッグポン
プ部Ｍの排気性能は、ネジ溝５１のリード角φ，ネジ溝
５１の幅，ネジ溝５１の深さ，回転円筒部４ｂと固定円
筒部５ｂとのギャップ寸法などに依存している。リード
角φは、この角度が小さくなるにつれてドラッグポンプ
部Ｍの圧縮性能が向上する。分子ポンプでは排気口側の
圧力と吸気口側（ターボ分子ポンプ側）の圧力との比を
圧縮比と称し、圧縮性能はこの圧縮比により判断され
る。従来、ネジ溝の加工し易さなどから当初はリード角
φを一定としていた。<< Lead Angle of Conventional Thread Groove >> The exhaust performance of the drag pump M is as follows: the lead angle φ of the thread groove 51, the width of the thread groove 51, the depth of the thread groove 51, the rotating cylindrical portion 4b and the fixed cylindrical portion. It depends on the size of the gap with 5b. As for the lead angle φ, as the angle becomes smaller, the compression performance of the drag pump portion M improves. In the molecular pump, the ratio of the pressure on the exhaust port side to the pressure on the intake port side (turbo molecular pump side) is called the compression ratio, and the compression performance is judged by this compression ratio. Conventionally, the lead angle φ was initially constant because of the ease of processing the thread groove.
【００１３】その後、吸気口側のリード角φを比較的大
きくして気体分子を受け入れやすくし、排気口側のリー
ド角φを小さくして排気口側からドラッグポンプ部側に
逆流する気体分子を抑えたものが考え出された。このと
き、図３の境界５１ａの形状に対応するネジ溝のリード
形状は、展開図の固定円筒部軸方向をｙ、展開方向をｘ
とすると式（１）で表される。After that, the lead angle φ on the intake side is made relatively large to facilitate the acceptance of gas molecules, and the lead angle φ on the exhaust port side is made small to remove gas molecules flowing back from the exhaust port side to the drag pump section side. What was suppressed was invented. At this time, the lead shape of the thread groove corresponding to the shape of the boundary 51a in FIG. 3 is y in the axial direction of the fixed cylindrical portion in the development view and x in the development direction.
Then, it is represented by the equation (1).
【数１】ｙ＝ａ・ｘ２ …（１）[Formula 1] y = a · x 2 (1)
【００１４】図４（ａ）は曲線ｙ＝ａ・ｘ２を示したも
のであり、曲線ｙ＝ａ・ｘ２上の傾き角がφ１のＡ点か
ら傾き角がφ２のＢ点までの曲線ＡＢをネジ溝の形状と
していた。このとき、ネジ溝のリード角φはターボ分子
ポンプ部側（点Ａ）のφ１から徐々に小さくなり、排気
口側（点Ｂ）でφ２となる。ところで、リード角φに関
して、曲線ｙ＝ａ・ｘ２の一階微分ｄｙ／ｄｘは曲線の
傾きｔａｎφを表している（図４（ｂ））。また、図４
（ｃ）に示す二階微分ｄ２ｙ／ｄｘ２は傾きｔａｎφの
変化率である。すなわち、曲線ＡＢの傾きｔａｎφの変
化率は２ａで一定となっているので、リード角φの変化
率も一定となっている。このように、式（１）で表され
る従来のネジ溝は、リード角φの変化率が一定（＝２
ａ）となってる。FIG. 4A shows a curve y = a · x 2 , which is a curve on the curve y = a · x 2 from a point A with an inclination angle of φ1 to a point B with an inclination angle of φ2. AB had a thread groove shape. At this time, the lead angle φ of the screw groove gradually decreases from φ1 on the turbo molecular pump portion side (point A), and becomes φ2 on the exhaust port side (point B). By the way, regarding the lead angle φ, the first-order derivative dy / dx of the curve y = a · x 2 represents the slope tan φ of the curve (FIG. 4 (b)). Also, FIG.
The second derivative d 2 y / dx 2 shown in (c) is the rate of change of the slope tan φ. That is, since the rate of change of the slope tanφ of the curve AB is constant at 2a, the rate of change of the lead angle φ is also constant. As described above, the conventional thread groove represented by the formula (1) has a constant rate of change of the lead angle φ (= 2).
a).
【００１５】《本実施の形態におけるネジ溝形状》図５
は本実施の形態におけるネジ溝形状の一例を示す図であ
る。図５（ａ）は曲線ｙ２＝ｂ２・ｘを図示したもので
あり、その下側半分はｙ＝−ｂ・ｘ０．５と表される。
そして、上述したネジ溝５１の境界５１ａの形状（リー
ド形状）を、点Ｃ（リード角φ１）から点Ｄ（リード角
φ２）までの曲線ＣＤと同一形状となるようにした。図
５（ｂ）は曲線ｙ＝−ｂ・ｘ０．５の一階微分ｄｙ／ｄ
ｘを、図５（ｃ）は曲線ｙ＝−ｂ・ｘ０．５の二階微分
ｄ２ｙ／ｄｘ２を示したものである。<< Screw Groove Shape in the Present Embodiment >> FIG.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a thread groove shape in the present embodiment. FIG. 5A illustrates the curve y 2 = b 2 · x, and the lower half thereof is represented as y = −b · x 0.5 .
Then, the shape (lead shape) of the boundary 51a of the thread groove 51 described above is made to be the same shape as the curve CD from the point C (lead angle φ1) to the point D (lead angle φ2). FIG. 5B shows a curve y = −b · x 0.5 first derivative dy / d.
5C shows the second derivative d 2 y / dx 2 of the curve y = −b · x 0.5 .
【００１６】図５（ｃ）からも分かるように、曲線ＣＤ
においては、ｘ(C)からｘ(D)に近づくにつれて曲線の傾
きｔａｎφの変化率が小さくなっている。すなわち、曲
線の傾きｔａｎφの変化率が一定である曲線ＡＢに比べ
て、曲線ＣＤの場合にはリード角φ２に近い傾きの部分
の割合が大きいことが分かる。なお、図２に示した各境
界５１ａの形状は全て同一であり、それらは曲線ＣＤを
図２のｘ軸方向に平行移動することによりそれぞれ得ら
れる。As can be seen from FIG. 5 (c), the curve CD
In, the rate of change of the slope tanφ of the curve decreases as it approaches x (C) from x (C). That is, it can be seen that, in the case of the curve CD, the proportion of the portion having the inclination close to the lead angle φ2 is larger than that of the curve AB in which the rate of change of the curve tan φ is constant. The shapes of the boundaries 51a shown in FIG. 2 are all the same, and they are obtained by translating the curve CD in the x-axis direction of FIG.
【００１７】図６は本実施の形態におけるネジ溝５１の
リード形状（白丸で示した曲線）と、従来のようにリー
ド角の変化率が一定の曲線ＡＢに基づくリード形状（黒
丸で示した曲線）とを示したものである。図６において
縦軸は固定円筒部５ｂの軸方向の寸法で図４および図５
のｙ軸に対応しており、横軸はネジ溝面を展開したとき
の展開方向の寸法でｘ軸に対応している。また、リード
形状の違いが分かり易いように、図６ではリード角φ１
の点Ａおよび点Ｃを一致させて図示した。点Ａ，Ｃのリ
ード角はそれぞれφ１＝２６°に設定されており、点
Ｂ，Ｄのリード角はそれぞれφ２＝１４°に設定されて
いる。FIG. 6 shows a lead shape of the thread groove 51 (curve indicated by a white circle) in the present embodiment and a lead shape based on a curve AB in which the rate of change of the lead angle is constant as in the conventional case (curve indicated by a black circle). ) And is shown. In FIG. 6, the vertical axis represents the axial dimension of the fixed cylindrical portion 5b.
And the horizontal axis corresponds to the x-axis, which is the dimension in the expansion direction when the thread groove surface is expanded. In addition, in order to make it easier to understand the difference in lead shape, in FIG.
The point A and the point C in FIG. The lead angles at points A and C are set to φ1 = 26 °, and the lead angles at points B and D are set to φ2 = 14 °.
【００１８】図６に示すようにネジ溝の軸方向寸法を１
６０（ｍｍ）とすると、本実施の形態の場合のリード形
状は曲線ｙ＝−ｂ・ｘ０．５においてｂ＝１２．８とし
たものになり、図５（ａ）の点Ｃのｘ座標はｘ(C)＝１
７０（ｍｍ）で、点Ｄのｘ座標はｘ(D)＝６５６（ｍ
ｍ）となる。一方、一定変化リード角のリード形状（黒
丸で示した曲線）は、曲線ｙ＝ａ・ｘ２においてａ＝
２．７５×１０−３としたものになり、図４（ａ）の点
Ａのｘ座標はｘ(A)＝−８８７（ｍｍ）で、点Ｂのｘ座
標はｘ(B)＝−４５２（ｍｍ）となる。図６では点Ａ，
Ｃのｘ座標を０としているので、図６における点Ｂおよ
び点Ｄのｘ座標はそれぞれｘ(B)＝４３５（ｍｍ）、ｘ
(D)＝４８６（ｍｍ）となる。As shown in FIG. 6, the axial dimension of the thread groove is 1
If it is set to 60 (mm), the lead shape in the case of the present embodiment becomes b = 12.8 in the curve y = −b · x 0.5 , and the x coordinate of the point C in FIG. Is x (C) = 1
At 70 (mm), the x coordinate of the point D is x (D) = 656 (m
m). On the other hand, (a curve shown by black circles) constant changes lead angle of the lead shape, the curve y = a · x 2 a =
2.75 × 10 −3 , the x coordinate of point A in FIG. 4A is x (A) = − 887 (mm), and the x coordinate of point B is x (B) = − 452. (Mm). In FIG. 6, point A,
Since the x-coordinate of C is 0, the x-coordinates of points B and D in FIG. 6 are x (B) = 435 (mm) and x, respectively.
(D) = 486 (mm).
【００１９】例えば、各々のリード形状に対してφ＝１
４°〜１６°の範囲を示すと、図６のそれぞれＲ１，Ｒ
２で示す範囲となる。従来の場合の範囲Ｒ１はリード形
状全体に対して約１６％であるが、本実施の形態の範囲
Ｒ２は約３３％となる。その結果、圧縮性能が従来の場
合よりも向上した。また、ターボ分子ポンプ部側のリー
ド角は従来と同様にφ１＝２６°としているため、気体
分子の受け入れ易さ（排気速度性能）に関してはほとん
ど変わらない。For example, φ = 1 for each lead shape
When the range of 4 ° to 16 ° is shown, R1 and R of FIG.
It becomes the range shown by 2. The range R1 in the conventional case is about 16% with respect to the entire lead shape, while the range R2 in the present embodiment is about 33%. As a result, the compression performance is improved over the conventional case. Further, since the lead angle on the turbo molecular pump side is set to φ1 = 26 ° as in the conventional case, there is almost no difference in acceptability of gas molecules (exhaust velocity performance).
【００２０】上述した実施の形態では、リード形状を曲
線ｙ＝−ｂ・ｘ０．５の一部としたが、これに限らず、
図５（ｃ）に示したように吸気口側（点Ｃ）から排気口
側（点Ｄ）に近づくにつれてリード角φの変化率が小さ
くなるような曲線であれば良い。例えば、図７に示すよ
うな曲線ｙ＝ｋ・ｘ４の一部（曲線ＥＦ）であっても良
い。図７において、（ａ）は曲線ｙ＝ｋ・ｘ４を示す図
であり、（ｂ）は一階微分ｄｙ／ｄｘ、（ｃ）は二階微
分ｄ２ｙ／ｄｘ２をそれぞれ示す。この場合も、点Ｅか
ら点Ｆに近づくにつれて、リード角φの変化率である二
階微分ｄ２ｙ／ｄｘ２が小さくなっている。In the above-described embodiment, the lead shape is a part of the curve y = -b · x 0.5 , but the present invention is not limited to this.
As shown in FIG. 5C, the curve may be such that the rate of change of the lead angle φ decreases from the intake port side (point C) toward the exhaust port side (point D). For example, it may be a part (curve EF) of the curve y = k · x 4 as shown in FIG. 7. In FIG. 7, (a) is a diagram showing a curve y = k · x 4 , (b) shows a first derivative dy / dx, and (c) shows a second derivative d 2 y / dx 2 . Also in this case, as the point E approaches the point F, the second derivative d 2 y / dx 2, which is the rate of change of the lead angle φ, decreases.
【００２１】図８は、上述した曲線ＡＢのリード形状を
有する従来の複合型ターボ分子ポンプの排気性能と、曲
線ＣＤのリード形状を有する本実施の形態の複合型ター
ボ分子ポンプの排気性能とを示す図である。図８では、
一定量の窒素ガスを排気チャンバ内に流入したときのタ
ーボ分子ポンプの吸気口圧力と排気口圧力との関係を示
している。なお、図８に例示したターボ分子ポンプは、
ドライエッチング装置等に用いられる２０００（Ｌ／ｓ
ｅｃ）クラスのポンプである。Ｌ１０，Ｌ１１は本実施
の形態のターボ分子ポンプに関するものであり、Ｌ２
０，Ｌ２１は従来のターボ分子ポンプに関する。また、
Ｌ１０およびＬ２０は窒素ガスを１０００（ＳＣＣＭ）
流入させた場合で、Ｌ１１，Ｌ２１は窒素ガスを５００
（ＳＣＣＭ）流入させた場合である。FIG. 8 shows the exhaust performance of the conventional composite turbo molecular pump having the lead shape of the curve AB and the exhaust performance of the composite turbo molecular pump of the present embodiment having the lead shape of the curve CD. FIG. In FIG.
The relationship between the inlet pressure and the outlet pressure of the turbo molecular pump when a certain amount of nitrogen gas flows into the exhaust chamber is shown. The turbo molecular pump illustrated in FIG.
2000 (L / s used for dry etching equipment, etc.
ec) It is a class pump. L10 and L11 relate to the turbo molecular pump of the present embodiment, and L2
0 and L21 relate to a conventional turbo molecular pump. Also,
L10 and L20 are nitrogen gas 1000 (SCCM)
When inflowing, L11 and L21 are nitrogen gas 500
(SCCM) when inflow.
【００２２】本実施の形態のターボ分子ポンプの場合、
上述したように圧縮性能が従来のターボ分子ポンプより
も向上しているため、排気口圧力を１２００（Ｐａ）程
度まで上昇させても、吸気口圧力（すなわちチャンバ内
圧力）を一定に保持することができる。一方、従来のタ
ーボ分子ポンプの場合には、排気口圧力が３００（Ｐ
ａ）程度まで上昇すると、吸気口圧力が上昇し始める。
そのため、より大きな補助ポンプを使用して排気口圧力
を３００（Ｐａ）よりも低くしないと安定した排気が行
えないことが分かる。In the case of the turbo molecular pump of this embodiment,
Since the compression performance is improved as compared with the conventional turbo molecular pump as described above, even if the exhaust port pressure is increased to about 1200 (Pa), the intake port pressure (that is, the chamber internal pressure) is kept constant. You can On the other hand, in the case of the conventional turbo molecular pump, the exhaust port pressure is 300 (P
When it rises to about a), the inlet pressure starts to rise.
Therefore, it is understood that stable exhaust cannot be performed unless the exhaust port pressure is made lower than 300 (Pa) using a larger auxiliary pump.
【００２３】例えば、排気速度３００（Ｌ／ｍｉｎ）の
補助ポンプを図８に示すと、Ｐ０，Ｐ１のようになる。
Ｐ０は、１０００（ＳＣＣＭ）の窒素ガスをこの補助ポ
ンプで排気したときの補助ポンプの吸気口圧力、すなわ
ちターボ分子ポンプの排気口圧力を示している。また、
Ｐ１は、５００（ＳＣＣＭ）の窒素ガスをこの補助ポン
プで排気したときの補助ポンプの吸気口圧力を示してい
る。Ｐ０は流量１０００（ＳＣＣＭ）では補助ポンプの
吸気口圧力が４００（Ｐａ）程度となることを示してお
り、一方、Ｐ１は流量５００（ＳＣＣＭ）では補助ポン
プの吸気口圧力が２００（Ｐａ）程度となることを示し
ている。すなわち、本実施の形態のターボ分子ポンプで
は、ガス流量が１０００（ＳＣＣＭ）であっても３００
（Ｌ／ｍｉｎ）クラスの補助ポンプを使用することがで
きる。For example, when an auxiliary pump having an exhaust speed of 300 (L / min) is shown in FIG. 8, it becomes P0 and P1.
P0 indicates the intake port pressure of the auxiliary pump when 1000 (SCCM) nitrogen gas is exhausted by this auxiliary pump, that is, the exhaust port pressure of the turbo molecular pump. Also,
P1 represents the inlet pressure of the auxiliary pump when 500 (SCCM) nitrogen gas is exhausted by this auxiliary pump. P0 indicates that the inlet pressure of the auxiliary pump is about 400 (Pa) when the flow rate is 1000 (SCCM), while P1 indicates that the inlet pressure of the auxiliary pump is about 200 (Pa) when the flow rate is 500 (SCCM). It shows that it becomes. That is, in the turbo molecular pump of the present embodiment, even if the gas flow rate is 1000 (SCCM),
An auxiliary pump of the (L / min) class can be used.
【００２４】一方、従来のターボ分子ポンプの場合、流
量が５００（ＳＣＣＭ）であれば補助ポンプ吸気口圧力
はＰ１で示すように２００（Ｐａ）程度なので、３００
（Ｌ／ｍｉｎ）クラスの補助ポンプを使用することがで
きる。しかし、流量が１０００（ＳＣＣＭ）のときの補
助ポンプ吸気口圧力はＰ０で示すように４００（Ｐａ）
程度なので、ターボ分子ポンプの吸気口圧力が上昇して
安定した排気を行うことができない。すなわち、流量１
０００（ＳＣＣＭ）で使用する場合には、より排気速度
の大きな補助ポンプを使用してターボ分子ポンプの排気
口圧力を２００（Ｐａ）より低く下げる必要がある。On the other hand, in the case of the conventional turbo molecular pump, if the flow rate is 500 (SCCM), the auxiliary pump intake port pressure is about 200 (Pa) as indicated by P1, so 300
An auxiliary pump of the (L / min) class can be used. However, the auxiliary pump intake port pressure when the flow rate is 1000 (SCCM) is 400 (Pa) as indicated by P0.
However, the intake pressure of the turbo molecular pump rises and stable exhaust cannot be performed. That is, flow rate 1
When used at 000 (SCCM), it is necessary to lower the exhaust port pressure of the turbo molecular pump below 200 (Pa) by using an auxiliary pump having a higher pumping speed.
【００２５】このようなターボ分子ポンプとドライ真空
ポンプとを組み合わせた真空排気装置をドライエッチン
グ装置に用いた場合のポンプ配置例を、図９および図１
０に示す。図９は従来のターボ分子ポンプ６４を用いた
場合の図であり、補助ポンプとして１０００〜３０００
（Ｌ／ｍｉｎ）のドライ真空ポンプ６６が用いられる。
半導体製造工場は一般的に二層構造になっていて、二階
部分がクリーンルームで、一階部分が機械室になってい
る。エッチング装置６０はプロセス室６１，搬送室６
２，ロードロック室６３を有しており、プロセス室６１
にはバルブ６９を介してターボ分子ポンプ６４が接続さ
れている。9 and 1 show examples of pump arrangements when a vacuum evacuation device that combines such a turbo molecular pump and a dry vacuum pump is used in a dry etching device.
It shows in 0. FIG. 9 is a diagram when the conventional turbo molecular pump 64 is used, and the auxiliary pump 1000 to 3000 is used.
(L / min) dry vacuum pump 66 is used.
Semiconductor manufacturing factories generally have a two-layer structure, with a clean room on the second floor and a machine room on the first floor. The etching apparatus 60 includes a process chamber 61 and a transfer chamber 6
2. The process chamber 61 has a load lock chamber 63.
A turbo molecular pump 64 is connected to the valve via a valve 69.
【００２６】従来、ターボ分子ポンプ６４の補助ポンプ
であるドライ真空ポンプ６６は体積および重量が大きい
ため、エッチング装置６０と分離されて一階部分の機械
室に配設される。ターボ分子ポンプ６４の排気口とドラ
イ真空ポンプ６５の吸気口とは配管６５により連結され
る。ドライ真空ポンプ６６を機械室に配設しているので
配管６５の短縮化には限度があり、ガスの流れに対する
配管抵抗を低減するために、可能な限り内径の大きな配
管６５が用いられる。Conventionally, the dry vacuum pump 66, which is an auxiliary pump of the turbo molecular pump 64, has a large volume and a large weight, and therefore is separated from the etching apparatus 60 and disposed in the machine room on the first floor. The exhaust port of the turbo molecular pump 64 and the intake port of the dry vacuum pump 65 are connected by a pipe 65. Since the dry vacuum pump 66 is arranged in the machine room, there is a limit to the shortening of the pipe 65, and in order to reduce the pipe resistance to the gas flow, the pipe 65 having the largest inner diameter is used.
【００２７】一方、図１０は本実施の形態のターボ分子
ポンプ１を用いた場合の配置を示す図である。上述した
ようにターボ分子ポンプ１は圧縮性能が従来のターボ分
子ポンプ６４よりも向上しているので、排気速度１００
〜５００（Ｌ／ｍｉｎ）の小型のドライ真空ポンプ６８
を使用することができる。その結果、ターボ分子ポンプ
１だけでなくドライ真空ポンプ６８もエッチング装置６
０内に組み込むことが可能となる。そのため、ターボ分
子ポンプ１の排気口とドライ真空ポンプ６８の吸気口と
を連結する配管７０の長さを短くすることができ、配管
径も従来の場合（図９）よりも小さくて良い。さらに、
従来は１０００〜３０００（Ｌ／ｍｉｎ）クラスであっ
たドライ真空ポンプ６６を、１００〜５００（Ｌ／ｍｉ
ｎ）クラスの小型のドライ真空ポンプ６８に置き換える
ことができるので、エッチング装置６０のトータルの消
費電力を大幅に低減することができるOn the other hand, FIG. 10 is a diagram showing the arrangement when the turbo-molecular pump 1 of the present embodiment is used. As described above, the turbo molecular pump 1 has a higher compression performance than the conventional turbo molecular pump 64.
~ 500 (L / min) small dry vacuum pump 68
Can be used. As a result, not only the turbo molecular pump 1 but also the dry vacuum pump 68 is etched.
It becomes possible to incorporate in 0. Therefore, the length of the pipe 70 connecting the exhaust port of the turbo molecular pump 1 and the intake port of the dry vacuum pump 68 can be shortened, and the pipe diameter may be smaller than that in the conventional case (FIG. 9). further,
The dry vacuum pump 66, which used to be in the 1000 to 3000 (L / min) class, is now 100 to 500 (L / min).
Since the n-class small dry vacuum pump 68 can be replaced, the total power consumption of the etching apparatus 60 can be significantly reduced.
【００２８】なお、上述した本実施の形態ではターボ分
子ポンプ部Ｔとドラッグポンプ部Ｍとを備えた複合型タ
ーボ分子ポンプを例に説明したが、本発明はドラッグポ
ンプ部のみから成る分子ポンプにも適用することができ
る。また、固定円筒部５ｂの回転円筒部４ｂと対向する
面（内周面）にネジ溝を形成したが、回転円筒部４ｂ側
にネジ溝５１を形成しても良い。さらに、ネジ溝５１は
ドラッグポンプ部Ｍの上下方向全域に形成されていなく
ても良く、一部分に形成されていても良い。In the above-described embodiment, the hybrid turbo molecular pump including the turbo molecular pump section T and the drag pump section M has been described as an example, but the present invention is applicable to a molecular pump including only the drag pump section. Can also be applied. Further, although the thread groove is formed on the surface (inner peripheral surface) of the fixed cylindrical portion 5b facing the rotating cylindrical portion 4b, the thread groove 51 may be formed on the rotating cylindrical portion 4b side. Furthermore, the screw groove 51 does not have to be formed in the entire area of the drag pump portion M in the vertical direction, and may be formed in a part thereof.
【００２９】また、図１１（ａ）に示すように、ネジ溝
５１が形成された固定円筒部５ｃをロータ４の回転円筒
部４ｂの内側に配設しても良い。さらに、図１１（ｂ）
に示すように、ネジ溝５１が形成された固定円筒部５ｄ
を回転円筒部４ｂの内外両側に設けても良い。Further, as shown in FIG. 11A, the fixed cylindrical portion 5c having the thread groove 51 may be arranged inside the rotating cylindrical portion 4b of the rotor 4. Further, FIG. 11 (b)
As shown in FIG. 5, the fixed cylindrical portion 5d having the thread groove 51 is formed.
May be provided on both inner and outer sides of the rotating cylindrical portion 4b.
【００３０】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、曲線ＣＤは請求項２の一部分
を、点Ｃは座標原点側の端部を、点Ｄは他方の端部を、
排気口フランジは請求項３の排気口をそれぞれ構成す
る。In the correspondence between the embodiment described above and the elements of the claims, the curve CD is a part of claim 2, the point C is the end on the coordinate origin side, and the point D is the other end. ,
The exhaust port flange constitutes the exhaust port of claim 3, respectively.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ネジ溝のリード角の変化率を吸気側から排気側へと近づ
くにつれて小さくしたので、排気口側のリード角の小さ
な部分の割合が従来より大きくなり、ポンプの圧縮性能
が向上する。その結果、排気速度の小さな小型の補助ポ
ンプを使用することが可能となる。As described above, according to the present invention,
Since the rate of change of the lead angle of the thread groove is made smaller as it approaches from the intake side to the exhaust side, the proportion of the portion having a small lead angle on the exhaust port side is larger than in the conventional case, and the compression performance of the pump is improved. As a result, it becomes possible to use a small auxiliary pump having a low pumping speed.
【図１】複合型ターボ分子ポンプの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a hybrid turbo molecular pump.
【図２】固定円筒部５ｂの内周面に形成されたネジ溝５
１を示す展開図である。FIG. 2 is a thread groove 5 formed on an inner peripheral surface of a fixed cylindrical portion 5b.
It is a development view showing 1.
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
【図４】従来のリード形状を説明する図であり、（ａ）
は曲線ｙ＝ａ・ｘ２を示す図、（ｂ）は曲線ｙ＝ａ・ｘ
２の一階微分ｄｙ／ｄｘを示す図、（ｃ）は曲線ｙ＝ａ
・ｘ２の二階微分ｄ２ｙ／ｄｘ２を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a conventional lead shape, (a)
Shows a curve y = a · x 2 , (b) shows a curve y = a · x
2 is a diagram showing the first derivative dy / dx of FIG. 2, (c) is a curve y = a
- is a diagram showing the second derivative d 2 y / dx 2 of x 2.
【図５】本実施の形態におけるリード形状を説明する図
であり、（ａ）は曲線ｙ＝−ｂ・ｘ０．５を示す図、
（ｂ）は曲線ｙ＝−ｂ・ｘ０．５の一階微分ｄｙ／ｄｘ
を示す図、（ｃ）は曲線ｙ＝−ｂ・ｘ０．５の二階微分
ｄ２ｙ／ｄｘ２を示す図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a lead shape in the present embodiment, (a) is a diagram showing a curve y = −b · x 0.5 ,
(B) is a curve y = −b · x 0.5 first-order derivative dy / dx
FIG. 3C is a diagram showing a second derivative d 2 y / dx 2 of the curve y = −b · x 0.5 .
【図６】本実施の形態におけるリード形状と従来のリー
ド形状とを同一条件で示した図である。FIG. 6 is a view showing a lead shape in the present embodiment and a conventional lead shape under the same conditions.
【図７】リード形状の他の例を説明する図であり、
（ａ）は曲線ｙ＝ｋ・ｘ４を示す図、（ｂ）は曲線ｙ＝
ｋ・ｘ４の一階微分ｄｙ／ｄｘを示す図、（ｃ）は曲線
ｙ＝ｋ・ｘ４の二階微分ｄ２ｙ／ｄｘ２を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the lead shape,
(A) is a diagram showing a curve y = k · x 4 , and (b) is a curve y =
shows the first derivative dy / dx of k · x 4, a diagram illustrating the second derivative d 2 y / dx 2 (c), the curve y = k · x 4.
【図８】本実施の形態の複合型ターボ分子ポンプの排気
性能を従来のものと比較して示した図である。FIG. 8 is a diagram showing the exhaust performance of the composite turbo-molecular pump of the present embodiment in comparison with the conventional one.
【図９】従来の真空排気装置を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a conventional vacuum exhaust device.
【図１０】本発明による真空排気装置を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an evacuation device according to the present invention.
【図１１】ドラッグポンプ部の変形例を示す図であり、
（ａ）は第１の変形例を、（ｂ）は第２の変形例を示す
図である。FIG. 11 is a view showing a modified example of the drag pump unit,
(A) is a figure showing the 1st modification, and (b) is a figure showing the 2nd modification.
１，６４ 複合型ターボ分子ポンプ ２ 外筒 ３ 排気口フランジ ４ ロータ ４ａ 回転翼 ４ｂ 回転円筒部 ５ａ 固定翼 ５ｂ 固定円筒部 ５１ ネジ溝 ５１ａ 境界 ５２ 凸部 ６０ エッチング装置 ６６，６８ ドライポンプ Ｍ ドラッグポンプ部 Ｔ ターボ分子ポンプ部 φ，φ１，φ２ リード角 1,64 Hybrid turbo molecular pump 2 outer cylinder 3 Exhaust port flange 4 rotor 4a rotor 4b rotating cylinder 5a fixed wing 5b Fixed cylindrical part 51 screw groove 51a border 52 convex 60 etching equipment 66,68 Dry pump M Drag pump section T turbo molecular pump section φ, φ1, φ2 lead angle
Claims (3)
た分子ポンプにおいて、 前記ネジ溝のリード角を吸気側から排気側へと近づくに
つれて小さくし、かつ、前記リード角の変化率を吸気側
から排気側へと近づくにつれて小さくしたことを特徴と
する分子ポンプ。1. A molecular pump comprising a drag pump section having a thread groove, wherein the lead angle of the thread groove is reduced as it approaches the exhaust side from the intake side, and the rate of change of the lead angle is changed from the intake side. A molecular pump characterized by being made smaller as it approaches the exhaust side.
た分子ポンプにおいて、 ｘｙ座標平面上における曲線ｙ＝−ｂ・ｘ０．５の一部
分を前記ネジ溝のリード形状とするとともに、前記一部
分の座標原点側の端部を前記ネジ溝の吸気側とし、前記
一部分の他方の端部を前記ネジ溝の排気側としたことを
特徴とする分子ポンプ。ただし、ｂは任意の正の実数と
する。2. A molecular pump provided with a drag pump unit having a thread groove, wherein a part of a curve y = −b · x 0.5 on an xy coordinate plane has a lead shape of the thread groove, and A molecular pump, wherein an end on a coordinate origin side is an intake side of the thread groove, and another end of the part is an exhaust side of the thread groove. However, b is an arbitrary positive real number.
と、前記分子ポンプの排気口に接続される補助ポンプと
を備えたことを特徴とする真空排気装置。3. A vacuum exhaust device comprising the molecular pump according to claim 1 or 2, and an auxiliary pump connected to an exhaust port of the molecular pump.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001210828A JP2003028090A (en) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | Molecular pump and vacuum pumping device |
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Cited By (3)
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2001
- 2001-07-11 JP JP2001210828A patent/JP2003028090A/en active Pending
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