JP2021179193A - 真空ポンプ、及び、ステータ部品 - Google Patents

Abstract

【課題】ネジ溝ポンプ機構部から下流側流路における堆積物の発生を防止可能な真空ポンプを提供する。【解決手段】ロータ翼２０とステータ翼１９とを有するターボ分子ポンプ機構部１７と、ターボ分子ポンプ機構部１７の排気側に、ロータ２８の外周面に一体に形成されたロータ円筒部２３を有し、ロータ円筒部２３に対向するネジステータ２４にらせん状ネジ溝部４１を有するネジ溝ポンプ機構部１８を備え、ロータシャフト２１を駆動することで、吸気口２７から吸入したプロセスガスを排気口２５を通じ外部へ排気し、ネジ溝ポンプ機構部１８において、プロセスガスが固体化することを防止する為に、ネジステータ２４に設けられた導入口から所定温度以上の不活性ガスを導入した。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプやそのステータ部品に関する。

一般に、真空ポンプの一種としてターボ分子ポンプが知られている。このターボ分子ポンプにおいては、ポンプ本体内のモータへの通電によりロータ翼を回転させ、ポンプ本体に吸い込んだガス（プロセスガス）の気体分子を弾き飛ばすことによりガスを排気するようになっている。

特開２００８−２４８７５４号公報 特開２０１４−０３７８０９号公報

ところで、上述のターボ分子ポンプのような真空ポンプにおいては、移送されるガス内の物質が副反応生成物として堆積する場合がある。例えば、半導体製造装置のエッチングプロセスに使用されるガスが、ポンプ本体に吸い込んだガス(プロセス)を圧縮し、徐々に圧力を上げる過程で、真空ポンプ内に堆積物が発生することがある。そして、このような堆積物の発生を防止するための策として、加熱されたガスをポンプ内に供給することが提案されている（特許文献１、２など）。しかし、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプにおいては、要求される特性に応じた改良が種々に施されており、公知の手法を画一的に適用するのみでは、堆積物の発生防止の効果が十分でないことも考えられる。

本発明の目的とするところは、ネジ溝ポンプ機構部から下流側流路における堆積物の発生を防止可能な真空ポンプ、及び、ステータ部品を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために本発明は、吸気口と排気口を有するケーシングと、
前記ケーシング内に配置され、シャフトを有するロータと、
前記シャフトを回転駆動する駆動部と、
前記ロータの外周面に固定または一体に形成された複数のロータ翼と、
前記シャフトの軸方向において前記ロータ翼と交互に配置されたステータ翼と、
前記ロータ翼と前記ステータ翼とを有するターボ分子ポンプ機構部と、
前記ターボ分子ポンプ機構部の排気側に、前記ロータの外周面に固定または一体に形成された円筒部を有し、対向するステータ部品と前記円筒部との外周面のいずれか一方にらせん状ネジ溝部を有するネジ溝ポンプ機構部と、を備え、
前記シャフトを駆動することで、前記吸気口から吸入した被排気ガスを前記排気口を通じ外部へ排気する真空ポンプであって、
前記ネジ溝ポンプ機構部において、前記被排気ガスが固体化することを防止する為に、前記ステータ部品に設けられた導入口から所定温度以上の不活性ガスを導入したこと を特徴とする真空ポンプにある。
（２）また、上記目的を達成するために他の本発明は、前記不活性ガスが、前記被排気ガスの排気に対応付けて導入されるものであることを特徴とする（１）に記載の真空ポンプにある。
（３）また、上記目的を達成するために他の本発明は、前記導入口は、前記被排気ガスの排気時に中間流となる領域に位置していることを特徴とする（１）又は（２）に記載の真空ポンプにある。
（４）また、上記目的を達成するために他の本発明は、前記導入口は、複数あり、ポンプ軸方向において、同一高さ位置にあることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の真空ポンプにある。
（５）また、上記目的を達成するために他の本発明は、前記導入口は、前記ネジ溝ポンプ機構部の流路内に設けられていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の真空ポンプにある。
（６）また、上記目的を達成するために他の本発明は、前記所定温度は、前記被排気ガスが固体から気体に遷移する昇華温度以上であり、かつ前記ロータに用いられる材料の温度特性から設定されたものであることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の真空ポンプにある。
（７）また、上記目的を達成するために他の本発明は、吸気口と排気口を有するケーシングと、
前記ケーシング内に配置され、シャフトを有するロータと、
前記シャフトを回転駆動する駆動部と、
前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、
前記ロータの外周面に固定または一体に形成された複数のロータ翼と、
前記シャフトの軸方向において前記ロータ翼と交互に配置されたステータ翼と、
前記ロータ翼と前記ステータ翼とを有するターボ分子ポンプ機構部と、
前記ターボ分子ポンプ機構部の排気側に、前記ロータの外周面に固定または一体に形成された円筒部を有し、対向するステータ部品と前記円筒部との外周面のいずれか一方にらせん状ネジ溝部を有するネジ溝ポンプ機構部と、を備え、
前記シャフトを駆動することで、前記吸気口から吸入した被排気ガスを前記排気口を通じ外部へ排気する真空ポンプに用いられる前記ステータ部品であって、
前記ネジ溝ポンプ機構部において、前記被排気ガスが固体化することを防止する為に、所定温度以上の不活性ガスを導入する導入口を有することを特徴とするステータ部品にある。

上記発明によれば、ネジ溝ポンプ機構部から下流側流路における堆積物の発生を防止が可能な真空ポンプ、及び、ステータ部品を提供することができる。

本発明の最良の実施形態に係るターボ分子ポンプの縦断図にブロックや記号により関連機器を付加して示す説明図である。 （ａ）はネジステータの平面図、（ｂ）は（ａ）中のＶＩ−ＶＩ線に沿ったネジステータの縦断図、（ｃ）は（ｂ）中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ってネジ溝部とネジ突条部を拡大して示す断面図である。 ターボ分子ポンプを用いた排気システムの動作タイミングを示すタイミングチャートである。 ネジステータの変形例を概略的に示す斜視図である。

以下、本発明の最良の実施形態に係る真空ポンプについて、図面に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ１０を縦断して概略的に示している。このターボ分子ポンプ１０は、例えば、半導体製造装置、電子顕微鏡、質量分析装置などといった対象機器（排気対象機器）６１の真空チャンバに接続されるようになっている。ここで、図１では、本実施形態のターボ分子ポンプ１０を中心として、ターボ分子ポンプ１０に関連する排気対象機器６１やＴＭＰ制御部５６（後述する）等をブロックにより概略的に示している。

ターボ分子ポンプ１０は、円筒状のポンプ本体１１と、箱状の電装ケース（図示略）とを備えている。これらのうちのポンプ本体１１は、図１中の上側が排気対象機器６１の側に吸気口２７を向けて繋がる吸気部１２となっており、下側が補助ポンプ等に繋がる排気部１３となっている。そして、ターボ分子ポンプ１０は、図１に示すような鉛直方向の垂直姿勢のほか、倒立姿勢や水平姿勢、傾斜姿勢でも用いることが可能となっている。

電装ケース（図示略）には、ポンプ本体１１に電力供給を行うための電源回路部や、ポンプ本体１１を制御するための制御回路部が収容されているが、ここでは、これらについての詳しい説明は省略する。なお、図１には、制御回路部を備えたＴＭＰ制御部５６が示されているが、ＴＭＰ制御部５６の主な機能については後述する。

ポンプ本体１１は、略円筒状の筐体となるケーシングとしての本体ケーシング１４を備えている。本体ケーシング１４は、図１中の上部に位置する吸気側ケーシング１４ａと、図１中の下側に位置する排気側ケーシング１４ｂとを軸方向に直列に繋げて構成されている。ここで、吸気側ケーシング１４ａを例えばケーシングなどと称し、排気側ケーシング１４ｂを例えばベースなどと称することも可能である。

吸気側ケーシング１４ａは、本体ケーシング１４の吸気側の部位を構成しており、排気側ケーシング１４ｂは、本体ケーシング１４の排気側の部位を構成している。吸気側ケーシング１４ａと排気側ケーシング１４ｂは、径方向（図１中の左右方向）に重ねられている。さらに、吸気側ケーシング１４ａは、軸方向一端部（図１中の下端部）における内周面を、排気側ケーシング１４ｂの上端部２９における外周面に対向させている。そして、吸気側ケーシング１４ａと排気側ケーシング１４ｂは、溝部に収容されたＯリング３６を挟んで、複数のケーシング用ボルト１４ｃ（六角穴付きボルト）により、互いに気密的に結合されている。ここで、図１では、複数のケーシング用ボルト１４ｃのうちの一部のみを示している。

このように構成された本体ケーシング１４内には、排気機構部１５と回転駆動部（駆動部、以下では「モータ」と称する）１６とが設けられている。これらのうち、排気機構部１５は、ポンプ機構部としてのターボ分子ポンプ機構部１７と、ネジ溝排気機構部としてのネジ溝ポンプ機構部１８とにより構成された複合型のものとなっている。

ターボ分子ポンプ機構部１７とネジ溝ポンプ機構部１８は、ポンプ本体１１の軸方向に連続するよう配置されており、図１においては、図１中の上側にターボ分子ポンプ機構部１７が配置され、図１中の下側にネジ溝ポンプ機構部１８が配置されている。以下に、ターボ分子ポンプ機構部１７やネジ溝ポンプ機構部１８の基本構造について概略的に説明する。

図１中の上側に配置されたターボ分子ポンプ機構部１７は、多数のタービンブレードにより被排気ガス（プロセスガスやクリーニングガスなど）の移送を行うものであり、所定の傾斜や曲面を有し放射状に形成された固定翼（以下では「ステータ翼」と称する）１９と回転翼（以下では「ロータ翼」と称する）２０とを備えている。ターボ分子ポンプ機構部１７において、ステータ翼１９とロータ翼２０は、後述するシャフトとしてのロータシャフト（「ロータ軸」などともいう）２１の軸方向に、複数段（図１の例では５段）に亘って交互に並ぶよう配置されている。

ステータ翼１９は、本体ケーシング１４に一体的に設けられており、上下のステータ翼１９の間に、ロータ翼２０が入り込んでいる。ロータ翼２０は、筒状のロータ２８の外周面に一体化されており、ロータ２８はロータシャフト２１に、ロータシャフト２１の外側を覆うよう同心的に固定されている。ここで、ロータ翼２０は、ロータ２８と別体に形成されロータ２８に固定されたものであってもよい。

ロータシャフト２１に対するロータ２８の固定は、ロータシャフト２１の軸方向における一端部側（図１中の上端部側）において、複数のロータ固定ボルト２２（２つのみ図示）を用いて行われている。

ロータシャフト２１は、ステータとしての中空状のステータコラム２６に、磁気軸受（後述する）を介して支持されている。ステータコラム２６は、前述した排気側ケーシング１４ｂに、同軸的にボルト止めされ、モータ１６やロータシャフト２１等の支持を担っている。ここで、ステータコラム２６は、排気側ケーシング１４ｂと一体に形成される場合もある。

ロータシャフト２１は、段付きの円柱状に加工されており、ターボ分子ポンプ機構部１７から下側のネジ溝ポンプ機構部１８に達している。さらに、ロータシャフト２１における軸方向（ポンプ軸方向）の中央部には、モータ１６が配置されている。このモータ１６については後述する。

ネジ溝ポンプ機構部１８は、円筒部としてのロータ円筒部２３と、ステータ部品としてのネジステータ２４を備えている。このネジステータ２４の材質としては、主にアルミニウム合金が採用されている。ネジステータ２４は、加熱された不活性ガスの導入（噴出）に用いられるステータ部品となっているが、ネジステータ２４の構造や、不活性ガスの導入機能については後述する。

ネジ溝ポンプ機構部１８の後段には排気パイプに接続する為の排気口２５が配置されており、排気口２５の内部とネジ溝ポンプ機構部１８が空間的に繋がっている。

前述のモータ１６は、ロータシャフト２１の外周に固定された回転子（符号省略）と、回転子を取り囲むように配置された固定子（符号省略）とを有している。モータ１６を作動させるための電力の供給は、前述の電装ケース（図示略）に収容された電源回路部や制御回路部により行われる。

ここで、ターボ分子ポンプ１０のポンプ本体１１においては、主だった部品の材質としてアルミニウム合金やステンレス鋼が採用されている。例えば、排気側ケーシング１４ｂ、ステータ翼１９、ロータ２８などの材質はアルミニウム合金である。さらに、吸気側ケーシング１４ａ、ロータシャフト２１やロータ固定ボルト２２などの材質はステンレス鋼である。また、図１では、ポンプ本体１１における部品の断面を示すハッチングの記載は、図面が煩雑になるのを避けるため省略している。

ロータシャフト２１の支持には、磁気浮上による非接触式の軸受である磁気軸受が用いられている。磁気軸受としては、モータ１６の上下に配置された２組のラジアル磁気軸受（径方向磁気軸受）３０と、ロータシャフト２１の下部に配置された１組のアキシャル磁気軸受（軸方向磁気軸受）３１とが用いられている。

これらのうち各ラジアル磁気軸受３０は、ロータシャフト２１に形成されたラジアル電磁石ターゲット３０Ａ、これに対向する複数（例えば２つ）のラジアル電磁石３０Ｂ、およびラジアル方向変位センサ３０Ｃなどにより構成されている。ラジアル方向変位センサ３０Ｃはロータシャフト２１の径方向変位を検出する。そして、ラジアル方向変位センサ３０Ｃの出力に基づいて、ラジアル電磁石３０Ｂの励磁電流が制御され、ロータシャフト２１が、径方向の所定位置で軸心周りに回転できるよう浮上支持される。

アキシャル磁気軸受３１は、ロータシャフト２１の下端側の部位に取り付けられた円盤形状のアーマチュアディスク３１Ａと、アーマチュアディスク３１Ａを挟んで上下に対向するアキシャル電磁石３１Ｂと、ロータシャフト２１の下端面から少し離れた位置に設置したアキシャル方向変位センサ３１Ｃなどにより構成されている。アキシャル方向変位センサ３１Ｃはロータシャフト２１の軸方向変位を検出する。そして、アキシャル方向変位センサ３１Ｃの出力に基づいて、上下のアキシャル電磁石３１Ｂの励磁電流が制御され、ロータシャフト２１が、軸方向の所定位置で軸心周りに回転できるよう浮上支持される。

そして、これらのラジアル磁気軸受３０やアキシャル磁気軸受３１を用いることにより、ロータシャフト２１（及びロータ翼２０）が高速回転を行うにあたって摩耗がなく、寿命が長く、且つ、潤滑油を不要とした環境が実現されている。また、本実施形態においては、ラジアル方向変位センサ３０Ｃやアキシャル方向変位センサ３１Ｃを用いることにより、ロータシャフト２１について、軸方向（Ｚ方向）周りの回転の方向（θz）のみ自由とし、その他の５軸方向であるＸ、Ｙ、Ｚ、θx、θyの方向についての位置制御が行われている。

さらに、ロータシャフト２１の上部及び下部の周囲には、所定間隔をおいて半径方向の保護ベアリング（「保護軸受」、「タッチダウン（Ｔ／Ｄ）軸受」、「バックアップ軸受」などともいう）３２、３３が配置されている。これらの保護ベアリング３２、３３により、例えば万が一電気系統のトラブルや大気突入等のトラブルが生じた場合であっても、ロータシャフト２１の位置や姿勢を大きく変化させず、ロータ翼２０やその周辺部が損傷しないようになっている。

ここで、ターボ分子ポンプ１０においては、軸受部分（ラジアル磁気軸受３０やアキシャル磁気軸受３１）などの周囲の隙間にパージガス（保護ガス）が供給されるようになっている。このパージガスは、軸受部分や、前述のロータ翼２０等の保護のために使用され、プロセスガスに因る腐食の防止や、ロータ翼２０の冷却等を行うものである。このパージガスの供給のため、図示は省略するが、排気側ケーシング１４ｂの所定の部位にパージガス導入管を取り付けている。

このような構造のターボ分子ポンプ１０の運転時には、前述のモータ１６が駆動され、ロータ翼２０が回転する。ロータ翼２０の回転に伴い、図１中の上側に示す吸気部１２からプロセスガスが吸引され、ステータ翼１９とロータ翼２０とに気体分子を衝突させながら、ネジ溝ポンプ機構部１８の側へガスの移送が行われる。さらに、ネジ溝ポンプ機構部１８においてガスが圧縮され、圧縮されたガスが排気部１３から排気口２５へ進入し、排気口２５を介してポンプ本体１１から排出される。

なお、ロータシャフト２１や、ロータシャフト２１と一体的に回転するロータ翼２０、ロータ円筒部２３、及び、モータ１６の回転子（符号省略）等を、例えば「ロータ部」、或は「回転部」等と総称することが可能である。

次に、前述したネジステータ２４について、より詳細に説明する。ネジステータ２４は、円筒状に加工されており、図示しないボルトを介して排気側ケーシング（ベース）１４ｂに固定されている。さらに、ネジステータ２４は、外周部（外周面）を吸気側ケーシング１４ａの内周面に沿わせており、内周部を、所定の隙間を介して、ロータ円筒部２３の外周面に対向させている。

図２（ａ）〜（ｃ）には、ネジステータ２４を拡大して示している。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ネジステータ２４の内周部には、複数条（ここでは６条）のらせん状ネジ溝部（以下では「ネジ溝部」と称する）４１と、ネジ溝部４１を区画するネジ突条部４２が所定のリード角αで形成されている。

これらのネジ溝部４１やネジ突条部４２は、図２（ｂ）に示すように、プロセスガスに係る吸気側を図の上方としてネジステータ２４の断面を正面視した場合に、左から右へ低く傾斜した形態を呈するよう形成されている。ここで、図２（ｂ）に矢印Ｄで示すのは、ガス排気方向である。また、図２（ｂ）では、断面を示すハッチングの記載は省略している。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面を拡大して示している。ネジ溝部４１は、谷幅Ｅで等幅に形成されており、矩形状に凹んだ流路断面を有している。また、ネジ突条部４２は、山幅Ｆで等幅に形成されており、矩形状に突出した断面形状を有している。さらに、ネジ溝部４１の、ガス排気方向Ｄに垂直な流路断面の面積は、ネジ溝部４１の谷幅Ｅとネジ突条部４２の高さ（谷深さ）Ｇとの積で表すことができる。

ネジ溝部４１における内径は、図１及び図２（ｂ）に示すように、プロセスガスに係る吸気側から排気側へ徐々に小さく（狭く）なるように変化している。つまり、ネジ溝部４１の底面は、ネジステータ２４の軸方向（ポンプ軸方向）における一旦側から他端側（プロセスガスに係る吸気側から排気側）へ徐々に径寸法が小さくなるよう、テーパ状に成形されている。なお、本実施形態の説明では、谷幅Ｅと山幅Ｆを吸気側から排気側まで一定とし、ネジ溝部４１の内径を徐々に小さくして、ガス排気方向Ｄに垂直な流路断面の面積が小さくなるようにしているが、これに限定されず、ネジ溝４１の内径を変化させず、谷幅Ｅを変化させて、流路断面の面積を小さくしてもよい。

さらに、ネジステータ２４には、加熱ガス供給路４５が形成されている。この加熱ガス供給路４５は、ネジステータ２４における所定の部位に、所定温度（例えば約１３０℃程度）に加熱された不活性ガス（例えばＮ２ガス、以下略）を供給することによって、本体ケーシング１４の内部に堆積物が溜まるのを防止するものとなっている。

つまり、本体ケーシング１４の内部に堆積物が溜まるのを防止するためのポイントとして、本体ケーシング１４の内部の温度を上げることや、本体ケーシング１４の内部を流れるパージガス等の流量を増やす（プロセスガスの分圧を下げる）ことを挙げることができる。そして、加熱ガス供給路４５は、本体ケーシング１４の内部の温度を上げ、且つ、プロセスガスの分圧を下げて、堆積物が溜まるのを可能な限り防止するものとなっている。

具体的には、加熱ガス供給路４５は、断面が真円状の穴により構成し、図１に破線で示すように、ネジステータ２４の外周面と内周面との間で、径方向に延びるよう形成することが可能である。さらに、加熱ガス供給路４５の一端（ネジステータ２４の外周側の端部）を、吸気側ケーシング１４ａの貫通孔４６を介して、本体ケーシング１４の外部と空間的に繋げるようにする。

また、加熱ガス供給路４５は、吸気側ケーシング１４ａの貫通孔４６に設けられたポート部（図示略）を介して、前述の不活性ガスが内部に導かれるようにする。ここで、ポート部は、配管継手（図示略）を備えたものとすることが可能である。

また、不活性ガスは、例えば、不活性ガスタンク等のガス供給部５７から供給され、後述するバルブ装置５１や、図示を省略するガス加熱用ヒータなどを通って、加熱ガス供給路４５に導かれるものとすることが可能である。ここで、ガス加熱用ヒータをバルブ装置５１よりもターボ分子ポンプ１０に近い側に配置することで、バルブ装置が高温ガスに曝されることがなくなり、バルブ装置５１の選定を、不活性ガスの所定温度（約１３０℃）を考慮して行う必要がなくなる。

さらに、加熱ガス供給路４５の他端（ネジステータ２４の内周側の端部）は、図２（ｂ）に示すように、ネジステータ２４におけるネジ溝部４１の底面に開口した導入口４８とする。そして、加熱ガス供給路４５内の不活性ガスが、導入口４８を介してネジ溝部４１内に導入され、ネジ溝部４１に沿って流れるようにする。

言い方を変えれば、ネジ溝ポンプ機構部１８におけるプロセスガスの流路に空間的に繋がるようネジ溝部４１が開口しており、このネジ溝部４１の底部に導入口４８が開口している。このため、導入口４８については、ネジ溝ポンプ機構部１８の流路内に設けられているということができる。

また、上述の不活性ガスをターボ分子ポンプ１０に供給する配管中には、バルブ装置５１を設置する。このバルブ装置５１は、不活性ガス供給路の開放や閉止、及び、不活性ガスの流量の調整などが可能なものとする。そして、本体ケーシング１４中に堆積物が溜まるのは、プロセスガスが流れる状況（プロセス中）であるから、プロセス中にのみ不活性ガスの供給を行い、その他の場合は不活性ガスの供給を止めるようにする。

プロセス中に適切に不活性ガスの供給を行うため、排気対象機器６１のセンサや制御部（いずれも図示略）などからの信号を、例えばＴＭＰ制御部５６へ送信し、ＴＭＰ制御部５６からの信号を受けて、バルブ装置５１が開閉制御されるようにする。

図３は、不活性ガスの供給についての考え方を概念的に表したフローチャートである。図中には、上から順に、「Process」、「Valve」、「N2」、「TMP」、「Maintenance」、及び、「Vacuum」のチャートを示している。これらのうち「Process」のチャートは、ターボ分子ポンプ１０がプロセスガスを排気している状態を「ON」で示しており、排気していない状態を「OFF」で示している。

また、次段の「Valve」は、前述のバルブ装置５１が開いている状態を「Open」で示しており、閉じている状態を「Close」で示している。さらに、「N2」は、不活性ガスであるＮ２ガスが加熱ガス供給路４５に供給されている状態を「ON」で示しており、供給されていない状態を「OFF」で示している。また、「TMP」は、ターボ分子ポンプ１０が作動している状態を「ON」で示しており、作動していない状態を「OFF」で示している。

さらに、「Maintenance」は、ターボ分子ポンプ１０による排気対象機器６１の容器（真空チャンバ）内をリセットする（不純物がない状態にする）ために、クリーニングガスなどを流して洗浄すること（保守すること）を示している。

また、「Vacuum」は、排気対象機器６１の真空チャンバ内の圧力を示している。そして、「Vacuum」のうちの「ATM」は、Atmosphere（大気）の略であり、真空チャンバ内の圧力が大気圧と同程度になっている状態を意味している。さらに、「Final」は、排気対象機器６１においてプロセスを行うための、真空チャンバ内圧力の目標圧力を意味している。

続いて、図３中の横軸には、「Chamber vent」、「Pump down」、「Purge on」、「Process start」、「Process off」、及び、「Purge off」の各動作が開始されるタイミングが、吹き出しによって示されている。各動作の吹き出しは、吹き出しの出元を指す先鋭部分（吹き出しの「しっぽ」などともいう）により、それぞれの動作の開始タイミングを示している。

上述の各動作のうちの「Chamber vent」は、真空チャンバを大気に対して解放して、真空チャンバ内を大気圧に戻すことを意味している。さらに、この「Chamber vent」は、「チャンバ圧力解放」や「大気解放」などと称することも可能である。

続いて、「Pump down」は、ターボ分子ポンプ１０の運転開始（排気開始）により、真空チャンバ内の圧力を下げることを意味している。そして、この「Pump down」は、一般に「真空排気」と称されるものである。

さらに、「Purge on」は、前述の加熱ガス供給路４５を介した本発明の不活性ガスの導入（供給）を開始することを意味している。また、「Process start」は、排気対象機器６１の真空チャンバにおいて所定のプロセスが開始されることを意味している。さらに、「Process off」はプロセスの終了を意味しており、「Purge off」は不活性ガスの供給を停止することを意味している。

図３の例では、「Chamber vent」が開始されると、真空チャンバ内の圧力（符号Ｋ１で示す）が、「Final」の側から「ATM」の側に向かって直線的に上昇している。さらに、真空チャンバ内の圧力は、「Pump down」のタイミングまで「ATM」で一定の状態を示すが、その間に、クリーニングガスなどを用いる前述の「Maintenance」が、所定期間（ONの期間）に亘り行われる。ここで、図３のタイミングチャートでは、「Process」、「Valve」、「N2」、「TMP」、及び、「Maintenance」に関して、「ON」や「Open」となっている期間は、ＯＮ期間によって示されている。

続いて、「TMP」が「ON」されると、その後に「Pump down」から右側に示すように、真空チャンバ内の圧力が「Final」に向かって低下する。図３では、真空チャンバ内の圧力が、下方に突（凸）な円弧を描くように低下している。

真空チャンバ内の圧力が、「Final」の近辺に到達した後、前述のバルブ装置５１が開放（解放）され、「Valve」が「Open」となっている。そして、不活性ガスのネジステータ２４への供給が開始されることを示す、「N2」が「ON」となっている。図３では、「N2」の「ON」に伴い、「Vacuum」で示す真空チャンバ内の圧力（符号Ｋ１で示す）が、「Purge on」のタイミングに示すように「Final」から少し上昇している。

続いて、図３の最上段に示すように、排気対象機器６１におけるプロセスが開始されると（「Process」が「ON」になると）、真空チャンバ内の圧力（符号Ｋ１で示す）が、「Process start」のタイミングに示すように、更に上昇する。そして、排気対象機器６１におけるプロセスが終了すると（「Process」が「OFF」になると）、真空チャンバ内の圧力（符号Ｋ１で示す）が、「Process off」のタイミングに示すように低下する。

そして、その後に「Valve」が「Close」となり、不活性ガスの供給が停止されて「Purge off」があると、真空チャンバ内の圧力（符号Ｋ１で示す）が、徐々に低下する。

ここで、堆積物が発生し得るのはプロセス中であることから、不活性ガスは、プロセスガスの排気に対応付けて導入されるものとなっている。具体的には、バルブ装置５１が「Open」となっている期間を、「TMP」が「ON」となっている期間（高真空状態の期間）中で、且つ、「Process」が「ON」となる前から、「Process」が「OFF」となった後までの期間としている。

排気対象機器６１内やポンプ１０へ至る配管およびポンプ１０内のプロセスガスの排気を考慮して、バルブ装置５１が「Open」となっている期間を、「Process」が「ON」となる第１所定時間前（例えば、数秒から数十秒程度前）から、「Process」が「OFF」となってから第２所定時間後（例えば、数秒から数十秒程度後）までとしている。そして、この第１所定時間と第２所定時間は同じであってもよく、或いは、異なっていてもよい。

図３に示す「N2」が「ON」となっている期間において、ターボ分子ポンプ１０は、不活性ガスに係る、加熱ガス供給路４５に供給される際の圧力（導入圧）と、ポンプ内の圧力（ロータ円筒部２３の外周部の圧力など）との圧力差によって、不活性ガスの流れを生じさせる。

不活性ガスの流量は、プロセスガスの流量との比率を考慮して決めることができる。そして、不活性ガスの流量としては、例えば、１分間に数百ｃｃ程度とすることが考えられる。また、ネジステータ２４が設けられた位置や、導入口４８が設けられている位置においては、多くの状況（ターボ分子ポンプ１０の定常運転時（高速回転時）など）では、ネジステータ２４の内周部におけるガスの状態は、中間流の状態にあると考えられる。さらに、本実施形態においては、導入口４８が、プロセスガスの排気時に中間流となる領域に位置しているものであるということもできる。また、導入口４８が、ネジ溝ポンプ機構部１８の中でも、吸気口２７の側への圧力影響を避け得る位置にあるということもできる。

このように中間流の位置に不活性ガスを導入することにより、プロセス圧力に影響を与えるリスクは低くなる。つまり、分子流となっている位置（例えば、ターボ分子ポンプ機構部）の部品に導入口４８を設けて不活性ガスを導入した場合には、低圧な部位に不活性ガスを導入することとなり、排気対象機器６１の側へガスが逆流することや、高まった圧力が伝播しやすくなることが考えられる。しかし、中間流の位置に不活性ガスを導入することにより、ガスの逆流や、圧力の伝播を防止でき、圧力状態への影響を最小限に抑えることが可能となる。

なお、導入口４８が設けられている位置におけるガスの状態が、プロセスガスの排気時に、常に中間流となっているとは限らない。例えば、プロセスガスを流していない状況や、プロセスガスが少ない状況などにおいては、導入口４８が設けられている位置におけるガスの状態が、分子流となっている場合もあり得る。

また、導入口４８は、１つ（単数）に限らず複数設けることも可能である。この場合、加熱ガス供給路４５を複数設け、各加熱ガス供給路４５に対して１つの導入口４８を設けることが考えられる。さらに、複数の導入口４８の配置としては、軸方向（ポンプ軸方向）に関して同一位置（図１の例でいえば、同一高さの位置（同一高さ位置））に在るようにすること（ポンプ軸周りの同一円周上に在るようにすること）が考えられる。

また、例えば、２つの導入口４８を周方向に１８０度間隔で配置することや、４つの導入口４８を周方向に９０度間隔で配置すること、或いは、複数の導入口４８を周方向に不均一な間隔で配置することなども考えられる。

また、不活性ガスの所定温度を約１３０℃としているのは、プロセスガスの昇華温度と、ターボ分子ポンプ１０を構成する各種の部品の温度特性に係る設計基準を考慮したものである。

つまり、ターボ分子ポンプ１０を構成する各種の部品のうち、ロータシャフト２１や、ロータシャフト２１と一体なロータ翼２０、ロータ円筒部２３などの素材はアルミニウム合金である。そして、不活性ガスの温度としては、プロセスガスが固体から気体に遷移する昇華温度以上であり、かつ、ロータ２８に用いられる材料（ここではアルミニウム合金）の高速回転時のクリープポイントに係る設計基準を参照し、更に安全率を加味した値として、約１３０℃を採用している。

なお、不活性ガスの温度を正確に１３０℃に設定したとしても、加熱ガス供給路４５内を流動する際や、導入口４８から噴射された際には温度変化が生じているものと考えられる。また、ターボ分子ポンプ１０に導入する前の不活性ガスの温度管理だけでなく、後述するネジステータ２４の温度管理やバルブ装置５１の流量制御も適切に行うことで、より良好に、不活性ガスの過度な温度上昇や低下を防止することができる。

また、不活性ガスの温度（所定温度）は約１３０℃に限定されず、プロセスガスの特性や部品の強度等を考慮して、例えば１２０℃や１５０℃などとすることも可能である。また、ネジ溝部４１でのプロセスガスの状態が、蒸気圧曲線（昇華曲線）での気相域になることを目的としている為、圧力によっては上記温度よりも低い温度を設定することも可能である。

以上説明したようなターボ分子ポンプ１０によれば、ネジステータ２４に加熱ガス供給路４５を形成していることから、ネジステータ２４の位置に不活性ガスを供給することができる。そして、プロセスガスの分圧低下により、ネジ溝ポンプ機構部１８（ここでは特にネジステータ２４）から、プロセスガスに係る下流側の流路における堆積物の発生を防止することが可能である。さらに、排気ガス（プロセスガス）の状態を蒸気圧曲線（昇華曲線）の気相域に移動させて堆積物の発生を防止するに際して、プロセスガスの加熱を良好に行うことが可能となる。
なお、下流側の流路としては、ネジ溝ポンプ機構部の出口から排気口２５までの流路の全体もしくはその一部を意味する。

さらに、ネジステータ２４にネジ溝部４１を形成した場合、ネジ溝部４１内の底部５２や隅部５３などに堆積物が溜まりやすいと考えられる。しかし、本実施形態では、ネジ溝部４１内の底面に加熱ガス供給路４５を開口させていることから、ネジ溝部４１の底部５２から隅部５３にかけて効率よく不活性ガスを供給でき、このことによっても、堆積物の発生を良好に防止することが可能である。

また、加熱された不活性ガスを導入することで、ネジステータ２４を加熱することもできる。したがって、ネジステータ２４、特にネジ溝部４１を加熱する際に、後述する、ネジステータ２４を加熱するヒータの出力を小さくでき、堆積物の発生を良好に防止することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能なものである。

ネジ溝部４１は、ステータ部品であるネジステータ２４に限らず、ロータ２８（ロータ部品）に設けてもよい。この場合は、ロータ円筒部２３の外周面にネジ溝部４１を設けることが可能である。

さらに、上述の実施形態では、加熱済みの不活性ガスをターボ分子ポンプ１０の内部に供給しているが、これに限定されるものではなく、本体ケーシング１４内で加熱される部品の熱を利用して不活性ガスの温度を高めるようにしてもよい。例えば、ターボ分子ポンプ１０のネジステータを加熱する為のヒータ（図示略）により、不活性ガスの供給路（加熱ガス供給路４５）の周囲の部位の温度が、目標となる不活性ガスの所定温度（約１３０℃）に加熱するようにしてもよい。
この構成により、本体ケーシング１４の外側で不活性ガスを加熱するヒータ等の加熱手段を設ける必要がなく、ターボ分子ポンプ１０における不活性ガスの供給構成を簡素化することができる。

更に、図４に概略的に示すように、ネジステータ２４ａの内部及び外周部のうちの少なくともいずれか一方に、らせん状の加熱ガス供給流路４５ａを設けてもよい（内部については図示を省略する）。この構造により、不活性ガスの供給路の流路の長さ（流路長）が全体として長くなり、その分、ネジステータ２４ａによる加熱時間を増やすことができる。そして、長大化された加熱ガス供給流路４５ａを利用して、ネジステータ２４ａでの不活性ガスの温度を、目標値に近づけることができる。

また、不活性ガスの供給経路は、吸気側ケーシング１４ａからネジステータ２４に繋がるものに限定されず、例えば、排気側ケーシング（ベース）１４ｂからネジステータ２４の内部を経て、ネジステータ２４の内周部に到達するものであってもよい。

また、本発明は、ターボ分子ポンプに限らず、他のタイプの真空ポンプにも適用が可能である。

１０ ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
１４ 本体ケーシング（ケーシング）
１４ａ 吸気側ケーシング
１４ｂ 排気側ケーシング
１６ モータ（駆動部）
１８ ネジ溝ポンプ機構部
１９ ステータ翼
２０ ロータ翼
２１ ロータシャフト（シャフト）
２３ ロータ円筒部（円筒部）
２４ ネジステータ（ステータ部品）
２５ 排気口
２６ ロータ
２７ 吸気口
３０ ラジアル磁気軸受
３１ アキシャル磁気軸受
４１ ネジ溝部（らせん状ネジ溝部）
４５ 加熱ガス供給路
４８ 導入口
５１ バルブ装置

Claims (7)

1. 吸気口と排気口を有するケーシングと、
   前記ケーシング内に配置され、シャフトを有するロータと、
   前記シャフトを回転駆動する駆動部と、
   前記ロータの外周面に固定または一体に形成された複数のロータ翼と、
   前記シャフトの軸方向において前記ロータ翼と交互に配置されたステータ翼と、
   前記ロータ翼と前記ステータ翼とを有するターボ分子ポンプ機構部と、
   前記ターボ分子ポンプ機構部の排気側に、前記ロータの外周面に固定または一体に形成された円筒部を有し、対向するステータ部品と前記円筒部との外周面のいずれか一方にらせん状ネジ溝部を有するネジ溝ポンプ機構部と、を備え、
   前記シャフトを駆動することで、前記吸気口から吸入した被排気ガスを前記排気口を通じ外部へ排気する真空ポンプであって、
   前記ネジ溝ポンプ機構部において、前記被排気ガスが固体化することを防止する為に、前記ステータ部品に設けられた導入口から所定温度以上の不活性ガスを導入したこと
   を特徴とする真空ポンプ。
2. 前記不活性ガスが、前記被排気ガスの排気に対応付けて導入されるものであることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記導入口は、前記被排気ガスの排気時に中間流となる領域に位置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
4. 前記導入口は、複数あり、ポンプ軸方向において、同一高さ位置にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
5. 前記導入口は、前記ネジ溝ポンプ機構部の流路内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１項に記載の真空ポンプ。
6. 前記所定温度は、前記被排気ガスが固体から気体に遷移する昇華温度以上であり、かつ前記ロータに用いられる材料の温度特性から設定されたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
7. 吸気口と排気口を有するケーシングと、
   前記ケーシング内に配置され、シャフトを有するロータと、
   前記シャフトを回転駆動する駆動部と、
   前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、
   前記ロータの外周面に固定または一体に形成された複数のロータ翼と、
   前記シャフトの軸方向において前記ロータ翼と交互に配置されたステータ翼と、
   前記ロータ翼と前記ステータ翼とを有するターボ分子ポンプ機構部と、
   前記ターボ分子ポンプ機構部の排気側に、前記ロータの外周面に固定または一体に形成された円筒部を有し、対向するステータ部品と前記円筒部との外周面のいずれか一方にらせん状ネジ溝部を有するネジ溝ポンプ機構部と、を備え、
   前記シャフトを駆動することで、前記吸気口から吸入した被排気ガスを前記排気口を通じ外部へ排気する真空ポンプに用いられる前記ステータ部品であって、
   前記ネジ溝ポンプ機構部において、前記被排気ガスが固体化することを防止する為に、所定温度以上の不活性ガスを導入する導入口を有することを特徴とするステータ部品。

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