JP7048391B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は真空ポンプに関するものであり、特に、半導体製造装置や分析装置等に使用される真空ポンプに関するものである。

メモリや集積回路等の半導体装置を製造する際における絶縁膜や金属膜及び半導体幕等の、成膜を行う処理やエッチングを行う処理は、空気中の塵等による影響を避けるために、高真空状態のプロセスチャンバ内で行っている。また、プロセスにおいて、プロセスチャンバ内に導入されたガス（気体）を排気してプロセスチャンバ内を所定の高真空度にするのに、例えば、ターボ分子ポンプとネジ溝ポンプとを組み合わせた複合ポンプ等の真空ポンプが使用されている。

ターボ分子ポンプとネジ溝ポンプとを組み合わせた真空ポンプは、プロセスチャンバ内に発生した反応生成物（気体）を吸入する吸気口と、吸入された反応生成物を外部に排気する排気口と、を有するケーシング内に、軸方向に交互に多段配列された回転翼及び固定翼を有する排気機能部と、前記排気機能部の排気側に連設されたネジ溝手段と、前記固定翼同士の位置間隔を固定するスペーサとを備えている。

ケーシングの内部に収容されている排気機能部は、固定翼をステータに取り付けるとともに、各段の回転翼を固定翼間にそれぞれ回転翼と面対向させてロータに取り付け、ロータを回転翼と共に回転させることにより、回転翼と固定翼翼との間に気体が移送される気体移送部を形成したものが挙げられる。そして、ロータを電動モータ等の駆動手段により定速回転させ、気体移送部内の反応生成物を排気側に移送することにより外部の気体を吸引するようになっている。

反応生成物としては、塩素系や硫化フッ素系のガスが一般的である。これらのガスは真空度が低くなり、圧力が高くなるほど昇華温度が高くなり、真空ポンプ内部にガスが固化して堆積しやすくなる。反応生成物が真空ポンプ内部に堆積すると、反応生成物の流路を狭めて真空ポンプの圧縮性能、排気性能が低下する虞がある。一方、回転翼や固定翼にアルミニュームやステンレス材等を使用している気体移送部では、余り高い温度になると、回転翼や固定翼の強度が低下して運転中に破断を起す虞がある。また、真空ポンプ内に設けられた電装品やロータを回転させる電動モータは、温度が高くなると所望の性能を発揮しない虞等がある。そのため、真空ポンプは所定の温度を維持するように温度制御が必要となる。

そこで、反応生成物が堆積するのを抑制する真空ポンプとして、ステータの周囲に冷却装置又は加熱装置を設けてガス流路内の温度を制御し、ガス流路内のガスが固化することなく移送できるようにした構造も知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０－２０５４８６号公報

上述したように真空ポンプ内の吸入されたガスは、真空度が増して圧力が高くなるほど昇華温度が高くなり、真空ポンプ内部にガスが固化して堆積しやすくなるという特性がある。一方、回転翼や固定翼等で構成される気体移送部は、余り高い温度になると強度が低下する問題や、真空ポンプ内の電装品や電動モータの性能に悪い影響を与えることがある。したがって、真空ポンプ内の電装品や電動モータの性能に悪い影響を与えずに、また、気体移送部の強度を低下させることなく、真空ポンプを正常に運転させながら真空ポンプ内部におけるガスの固化を抑制できるように温度制御を行うことが好ましい。

しかしながら特許文献１に記載されるような真空ポンプでは、温度制御を行ってはいるが、十分満足できる温度制御対策が採られておらず、更なる改良が要求されている。

そこで、ポンプを正常に運転させながらガスの固化を更に抑制するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載の発明は、外部から気体を吸入する吸気口と吸入された前記気体を外部に排気する排気口とを有するケーシング内に、軸方向に交互に多段配列された回転翼及び固定翼を有するターボ分子ポンプ機構と、前記ターボ分子ポンプ機構の排気側に連設されたネジ溝ポンプ機構と、前記ターボ分子ポンプ機構の回転部及び前記ネジ溝ポンプ機構の回転部を回転可能に保持している軸受、及びそれらを回転駆動させるモータ部、を備える真空ポンプであって、前記ターボ分子ポンプ機構を冷却調整する第１の温度調整手段と、前記ネジ溝ポンプ機構を加熱調整する第２の温度調整手段と、を備え、前記ターボ分子ポンプ機構は、多段配列された前記回転翼及び前記固定翼を前記吸気口側に配置して、前記第１の温度調整手段により冷却される上段群気体移送部と、前記ネジ溝ポンプ機構側に配置されて前記第２の温度調整手段により加熱される下段群気体移送部と、に分割され、前記第１の温度調整手段と前記下段群気体移送部との間に断熱手段を設けている、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、ターボ分子ポンプ機構の冷却調整を第１の温度調整手段で行い、ネジ溝ポンプ機構を加熱調整する第２の温度調整手段で行うようにして、ターボ分子ポンプ機構の温度調整とネジ溝ポンプ機構の温度制御を、それぞれ個々に制御することが可能となる。したがって、気体移送部を通る気体の温度も、ケーシング内で各部毎に細かく制御することができる。すなわち、真空ポンプ内に設けられた電装品やロータを回転させる電動モータに悪い影響を与えることのない範囲、及び、ロータやステータの強度低下に影響を与えない範囲で、温度を細かく制御することが可能になる。この結果、ガスの固化を効率良く抑制しながらポンプの正常運転を実現することが可能になる。また、第２の温度調整手段により、ターボ分子ポンプ機構の下段群気体移送部の温度調整とネジ溝ポンプ機構の温度調整を一体化して制御することができる。さらに、第１の温度調整手段と下段群気体移送部との間に断熱手段を設けて、上段群気体移送部と下段群気体移送部との間の熱干渉を断つようにしている。これにより、上段群気体移送部の温度制御と下段群気体移送部の温度制御を、それぞれ個々に制御することが可能となる。したがって、気体移送部を通る気体の温度も、気体移送部毎に細かく制御することができる。すなわち、真空ポンプ内に設けられた電装品やロータを回転させる電動モータに悪い影響を与えることのない範囲、及び、ロータやステータの強度低下に影響を与えない範囲で、温度を細かく制御することが可能になる。この結果、ガスの固化を効率良く抑制しながらポンプの正常運転を実現することが可能になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記ネジ溝ポンプ機構のステータと前記モータ部のステータの間に、第２の断熱手段を設けている、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、ネジ溝ポンプ機構のステータとモータ部のステータの間に、第２の断熱手段を設けているので、モータ部に影響に与えることなく、ターボ分子ポンプ機構の温度調整とネジ溝ポンプ機構の温度制御を、それぞれ個々に制御することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、前記軸受及び前記モータ部のステータは、常時冷却される、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、軸受及びモータ部を常時冷却することにより、軸受及びモータ部に影響を与えることなく、ターボ分子ポンプ機構の温度調整とネジ溝ポンプ機構の温度制御を、それぞれ個々に制御することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の構成において、前記ターボ分子ポンプ機構のステータが温度センサと冷却構造を具備するとともに、前記ネジ溝ポンプ機構のステータが温度センサと加熱構造を具備し、前記第１の温度調整手段は前記ターボ分子ポンプ機構の前記温度センサで検知された温度に基づいて前記ターボ分子ポンプ機構の前記冷却構造の温度調整を行い、第２の温度調整手段は前記ネジ溝ポンプ機構の前記温度センサで検知された温度に基づいて前記ネジ溝ポンプ機構の前記加熱構造の温度調整を行う、ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の真空ポンプ。

この構成によれば、ターボ分子ポンプ機構のステータの温度調整は、ターボ分子ポンプ機構の冷却構造を第１の温度調整手段が、ターボ分子ポンプ機構の温度センサが検知した温度に基づいて制御することにより調整され、ネジ溝ポンプ機構のステータの温度調整は、ネジ溝ポンプ機構の加熱構造を第２の温度調整手段が、ネジ溝ポンプ機構の温度センサが検知した温度に基づいて制御することにより調整される。すなわち、ターボ分子ポンプ機構の温度調整とネジ溝ポンプ機構の温度制御を、それぞれ個々に制御することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１、２、３又は４に記載の構成において、前記断熱手段は、前記下段群気体移送部と密着し、かつ、前記上段群気体移送部との間に隙間を設けて配置されている、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、断熱手段と下段群気体移送部との間に断熱用の所定の隙間を設けていることにより、断熱手段による上段群気体移送部と下段群気体移送部との間の断熱効果が更に増し、上段群気体移送部で必要とする適正温度の制御と下段群気体移送部で必要とする適正温度の制御を更に簡単に行うことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１、２、３、４又は５に記載の構成において、前記ターボ分子ポンプ機構は、前記上段群気体移送部と前記下段群気体移送部との間に、軸方向に所定量離間された断熱用の隙間を設けている、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、上段群気体移送部と下段群気体移送部との間に、軸方向に所定量離間された断熱用の隙間を設けていることにより、上段群気体移送部と下段群気体移送部との間の断熱効果が更に図れ、上段群気体移送部で必要とする適正温度の制御と下段群気体移送部で必要とする適正温度の制御を、更に簡単に行うことができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６に記載の構成において、前記断熱手段は、ステンレス材である、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、熱伝導率が低い、つまり熱が伝わりにくいステンレス材を使用して、上段群気体移送部と下段群気体移送部との間の断熱を行うので、所望する断熱効果が容易に得られる。

請求項８に記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の構成において、前記第１の温度調整手段は、前記上段群気体移送部の温度を検知する第１の温度センサが検知した温度に基づいて前記上段群気体移送部の温度を調整し、前記第２の温度調整手段は、前記ネジ溝ポンプ機構側の温度を検知する第２の温度センサが検知した温度に基づいて前記ネジ溝ポンプ機構側の温度を調整する、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、上段群気体移送部の温度を検知する第１の温度センサが検知した温度に基づいて上段群気体移送部側の温度を調整し、前記ネジ溝ポンプ機構の温度を検知する第２の温度センサが検知した温度に基づいてネジ溝ポンプ機構を介して下段群気体移送部側の温度を調整するようにして、ターボ分子ポンプ機構側における適正な温度調整とネジ溝ポンプ機構側における適正な温度調整を容易に行うことができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８に記載の構成において、前記軸受と前記モータ部の軸受部が磁気軸受である、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、軸受とモータ部の軸受部が磁気軸受として構成してなる真空モータにおけるターボ分子ポンプ機構の温度調整とネジ溝ポンプ機構の温度制御を、それぞれ個々に制御することが可能となる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９に記載の構成において、前記第２の温度調整手段は、前記気体の温度と圧力との関係に基づく昇華曲線を参照して前記温度を制御する、真空ポンプを提供する。

この構成によれば、取り扱う気体の温度を、取り扱う気体の温度と圧力の関係に基づく昇華曲線を参照して制御し、気体における反応生成物の気化状態を容易に維持できる。

発明によれば、真空ポンプ内に設けられた電装品やロータを回転させる電動モータの性能に悪い影響を与えることのない範囲、及び、ロータやステータの強度低下に影響を与えない範囲で、温度を細かく制御することができるので、ガスの固化を抑制しながらポンプの正常運転を実現できる。

本発明の一実施例に係る真空ポンプを示す断面図である。 図１に示す真空ポンプの一部拡大断面図である。 反応生成物の温度と圧力との関係を示す昇華温度特性図である。 図１に示す真空ポンプの構成ブロック図である。 本発明の一変形例を説明する真空ポンプの模式図である。

本発明は、ポンプを正常に運転させながらガスの固化を抑制するという目的を達成するために、外部から気体を吸入する吸気口と吸入された前記気体を外部に排気する排気口とを有するケーシング内に、軸方向に交互に多段配列された回転翼及び固定翼を有するターボ分子ポンプ機構と、前記ターボ分子ポンプ機構の排気側に連設されたネジ溝ポンプ機構と、前記ターボ分子ポンプ機構の回転部及び前記ネジ溝ポンプ機構の回転部を回転可能に保持している軸受、及びそれらを回転駆動させるモータ部、を備える真空ポンプであって、前記ターボ分子ポンプ機構を冷却調整する第１の温度調整手段と、前記ネジ溝ポンプ機構を加熱調整する第２の温度調整手段と、を備え、前記ターボ分子ポンプ機構は、多段配列された前記回転翼及び前記固定翼を前記吸気口側に配置して、前記第１の温度調整手段により冷却される上段群気体移送部と、前記ネジ溝ポンプ機構側に配置されて前記第２の温度調整手段により加熱される下段群気体移送部と、に分割され、前記第１の温度調整手段と前記下段群気体移送部との間に断熱手段を設けている、ことにより実現した。

以下、本発明を実施するための形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明では、上下や左右等の方向を示す表現は、絶対的なものではなく、本発明の真空ポンプの各部が描かれている姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。

図１は本発明の一実施例として示す真空ポンプ１０の縦断面図、図２は図１に示す真空ポンプ１０の一部拡大断面図である。図１及び図２において、真空ポンプ１０は、略円筒状のケーシング１１内に収容された排気機能部１２としての、ターボ分子ポンプ機構ＰＡとネジ溝ポンプ機構ＰＢとから成る複合ポンプである。

真空ポンプ１０は、ケーシング１１と、ケーシング１１内に回転可能に支持されたロータシャフト１４を有するロータ１５と、ロータシャフト１４を回転させる電動モータ１６と、ロータシャフト１４の一部及び電動モータ１６を収容するステータコラム１８Ｂを設けたベース１８等を備えている。

ケーシング１１は、有底円筒状に形成されている。ケーシング１１は、ターボ分子ポンプ機構ＰＡのステータの機能を有し、管状部１１Ａと水冷スペーサ１１Ｂを有している。また、水冷スペーサ１１Ｂの内側下部には、円管状のヒータスペーサ１１Ｃが配設されている。水冷スペーサ１１Ｂは管状部１１Ａとボルト２０で連結固定され、ケーシング１１と共に真空ポンプ外筐を形成している。そして、水冷スペーサ１１Ｂの下部側方に排気口１１ａを設け、ケーシング１１の上部中央に吸気口１１ｂが設けられている。

ケーシング１１は間に断熱材４２を介して、水冷スペーサ１１Ｂをベース１８のベース本体１８Ａ上に固定し、ヒータスペーサ１１Ｃは同じく間に断熱材４２を介してベース１８のベース本体１８Ａに固定されている。したがって、水冷スペーサ１１Ｂ及びヒータスペーサ１１Ｃは、断熱材４２を介してベース１８と各々断熱されている。また、水冷スペーサ１１Ｂとヒータスペーサ１１Ｃとの間には断熱用の隙間Ｓ３が設けられ、水冷スペーサ１１Ｂとヒータスペーサ１１Cとの間も隙間Ｓ３によって断熱されている。なお、水冷スペーサ１１Ｂとヒータスペーサ１１Ｃとの間の断熱は、水冷スペーサ１１Ｂとヒータスペーサ１１Cとの間に断熱材を配置して断熱するようにしてもよい。

水冷スペーサ１１Ｂには、水冷管２２と第１の温度センサ３７が埋設されている。水冷管２２内に冷却水が通水されることにより、水冷スペーサ１１Ｂの温度が調整される。その水冷スペーサ１１Ｂの温度の変化は、水冷バルブ温度センサとしての第１の温度センサ３７により検知される。

第１の温度センサ３７は、第１の温度調整手段３９に接続されている。第１の温度調整手段３９は、上述した図示しない制御ユニットに接続されており、水冷管２２内を流れる冷却水のバルブ（図示せず）の開閉を行い、冷却水の流量を調整して水冷スペーサ１１Ｂの温度を制御し、水冷スペーサ１１Ｂが所定の温度（例えば、５０℃～１００℃）に維持されるようになっている。

ベース１８は、ヒータスペーサ１１Ｃと水冷スペーサ１１Ｂが断熱材４２を介して取り付けられたベース本体１８Ａと、ベース本体１８Ａの中央から上方に向かって突出させて設けられた電動モータ１６のステータとしてのステータコラム１８Ｂを備えている。ベース本体１８Ａには水冷管１７が埋設され、水冷管１７は内部に流される冷却水によってベース本体１８Ａ、及び後述する磁気軸受２４、タッチダウン軸受２７、電動モータ１６を常時冷却する構造になっている。なお、本実施例では、水冷管１７による温度制御は行っておらず、常に冷却水を流し、２５～７０℃の温度を保持する。

管状部１１Aは、フランジ１１ｃを介して図示しないチャンバ等の真空容器に取り付けられる。吸気口１１ｂは、真空容器に連通するように接続され、排気口１１ａは、図示しない補助ポンプに連通するように接続される。

ロータ１５は、ロータシャフト１４と、ロータシャフト１４の上部に固定されて、ロータシャフト１４の軸心に対して同心円状に並設された回転翼２３と、を備えている。

ロータシャフト１４は、磁気軸受２４により非接触支持されている。磁気軸受２４は、ラジアル電磁石２５と、アキシャル電磁石２６と、を備えている。ラジアル電磁石２５及びアキシャル電磁石２６は、図示しない制御ユニットに接続されている。

制御ユニットは、ラジアル方向変位センサ２５ａ及びアキシャル方向変位センサ２６ａの検出値に基づいて、ラジアル電磁石２５、アキシャル電磁石２６の励磁電流を制御することにより、ロータシャフト１４が所定の位置に浮上した状態で支持されるようになっている。

ロータシャフト１４の上部及び下部は、タッチダウン軸受２７内に挿通されている。ロータシャフト１４が制御不能になった場合には、高速で回転するロータシャフト１４がタッチダウン軸受２７に接触して真空ポンプ１０の損傷を防止するようになっている。

回転翼２３は、ボス孔２８にロータシャフト１４の上部を挿通した状態で、ボルト２９をロータフランジ３０に挿通すると共にロータフランジ３０に螺着することで、ロータシャフト１４に一体に取り付けられている。以下、ロータシャフト１４の軸線方向を「ロータ軸方向Ａ」と称し、ロータシャフト１４の径方向を「ロータ径方向Ｒ」と称す。

電動モータ１６は、ロータシャフト１４の外周に取り付けられた回転子１６Ａと、回転子１６Ａを取り囲むように配置された固定子１６Ｂとで構成されている。固定子１６Ｂは、上述した図示しない制御ユニットに接続されており、制御ユニットによってロータシャフト１４の回転が制御されている。

次に、真空ポンプ１０の略上半分に配置された排気機能部１２としてのターボ分子ポンプ機構ＰＡについて説明する。

ターボ分子ポンプ機構ＰＡは、吸気口１１ｂ側に配置された上段群気体移送部ＰＡ１と、ネジ溝ポンプ機構ＰＢ側にネジ溝ポンプ機構ＰＢと連設配置された下段群気体移送部ＰＡ２とから成る。上段群気体移送部ＰＡ１と下段群気体移送部ＰＡ２は、それぞれロータ１５の回転翼２３と、この回転翼２３の間に所定の隙間を空けて配置された固定翼３１とで構成されている。回転翼２３と固定翼３１とは、ロータ軸方向Ａに沿って交互に、かつ、多段に配列されている、本実施例では、上段群気体移送部ＰＡ１は、回転翼２３が７段、固定翼３１が６段ずつ配列されている。一方、下段群気体移送部ＰＡ２は、回転翼２３が４段、固定翼３１が３段ずつ配列されている。また、上段群気体移送部ＰＡ１の最終段の回転翼２３と下段群気体移送部ＰＡ２の始段の回転翼２３との間には、断熱用に所定の隙間Ｓ１が設けられている。

回転翼２３は、所定の角度で傾斜したブレードからなり、ロータ１５の上部外周面に一体に形成されている。また、回転翼２３は、ロータ１５の軸線回りに放射状に複数設置されている。

固定翼３１は、回転翼２３とは反対方向に傾斜したブレードからなり、管状部１１Aの内壁面に段積みで設置され、スペーサ４１によりロータ軸方向Ａに固定翼３１同士の位置間隔を固定するようにして挟持され、上段群気体移送部ＰＡ１の固定翼３１は水冷スペーサ１１Ｂに固定され、下段群気体移送部ＰＡ２の固定翼３１はヒータスペーサ１１Ｃの上端部に円環状の断熱スペーサ３２と共に固定されている。

なお、断熱スペーサ３２は、ヒータスペーサ１１Ｃと水冷スペーサ１１Ｂとの間を断熱する断熱手段である。その断熱スペーサ３２は、熱伝導率が低い、つまり熱が伝わりにくい材料、例えばアルミニューム材やステンレス材（本実施例ではステンレス材）を使用して形成されている。また、断熱スペーサ３２は、下段群気体移送部ＰＡ２に密着して配置されているとともに、上段群気体移送部ＰＡ１と連設している水冷スペーサ１１Ｂの内周面との間は離されている。そして、断熱スペーサ３２の内周面との間が離れることに成り水冷スペーサ１１Ｂと断熱スペーサ３２との間には、上段群気体移送部ＰＡ１の最終段の回転翼２３と下段群気体移送部ＰＡ２の始段の回転翼２３との間に形成されている断熱用の隙間Ｓ１内に通じるようにして、同じく断熱用の隙間Ｓ２が形成されている。すなわち、上段群気体移送部ＰＡ１と下段群気体移送部ＰＡ２との間に、断熱スペーサ３２と、断熱用の隙間Ｓ１、Ｓ２を各々設けることによって、上段群気体移送部ＰＡ１と下段群気体移送部ＰＡ２との間をそれぞれ独立化させ、各移送部ＰＡ１、ＰＡ２の温度が互いに影響し合わないようにしている。

回転翼２３と固定翼３１との間の隙間は、ロータ軸方向Ａの上方から下方に向かって徐々に狭くなるように設定されている。また、回転翼２３及び固定翼３１の長さは、ロータ軸方向Ａの上方から下方に向かって徐々に短くなるように設定されている。

上述したようなターボ分子ポンプ機構ＰＡは、回転翼２３の回転により、吸気口１１ｂから吸入されたガスをロータ軸方向Ａの上方から下方（ネジ溝ポンプ機構ＰＢ側）に移送するようになっている。

次に、真空ポンプ１０の略下半分に配置されたネジ溝ポンプ機構ＰＢについて説明する。

ネジ溝ポンプ機構ＰＢは、ロータ１５の下部に設けられてロータ軸方向Ａに沿って延びたロータ円筒部３３と、ロータ円筒部３３の外周面３３ａを囲んで配置された、ネジ溝ポンプ機構ＰＢのステータとしての略円筒状の上記ヒータスペーサ１１Ｃとよりなる。

ヒータスペーサ１１Ｃの内周面１８ｂには、ネジ溝部３５が刻設されている。また、ヒータスペーサ１１Ｃには、加熱手段としてのカートリッジヒータ３６と、ヒータスペーサ１１Ｃ内の温度を検出するヒータ温度センサとしての第２の温度センサ３８が設けられている。

カートリッジヒータ３６は、ヒータスペーサ１１Ｃのヒータ収容部４３内に収容されており、通電されると発熱し、その発熱によりヒータスペーサ１１Ｃの温度が調整される。そのヒータスペーサ１１Ｃの温度の変化は、第２の温度センサ３８により検知される。

カートリッジヒータ３６及び第２の温度センサ３８は、第２の温度調整手段４０に接続されている。カートリッジヒータ３６は、第２の温度調整手段４０に接続されている。第２の温度調整手段４０は、上述した図示しない制御ユニットに接続されており、カートリッジヒータ３６への電力供給を制御し、ヒータスペースが所定の温度（例えば１００℃～１５０℃）に維持されるようになっている。

次に、このように構成された真空ポンプ１０の動作を説明する。真空ポンプ１０は、上述したように吸気口１１ｂを設けているケーシング１１のフランジ１１ｃが、図示しないチャンバ等の真空容器に取り付けられる。この状態で、真空ポンプ１０の電動モータ１６が駆動されると、ロータ１５と共に回転翼２３が高速に回転する。これにより、吸気口１１ｂからの気体が真空ポンプ１０内に流入され、その気体がターボ分子ポンプ機構ＰＡにおける上段群気体移送部ＰＡ１、下段群気体移送部ＰＡ２、及び、ネジ溝ポンプ機構ＰＢのネジ溝部３５内を順に移送されて、ケーシング１１の排気口１１ａから排気される。すなわち、真空容器内の真空引きがされる。

このようにして、真空ポンプ１０の吸気口１１ｂから気体を吸い込み、ケーシング１１内を移送させて排気口１１ａから排気する真空ポンプ１０では、吸気口１１ｂから排気口１１ａに向かって移送されるに従い、気体が徐々に圧縮されて圧力が高められる。

ここで気体における反応生成物の温度と圧力との関係を見ると、一般に図３に示すような昇華曲線ｆで描かれるような特性がある。すなわち、図２において、横軸は温度（℃）、縦軸は圧力（Ｔｏｒｒ）である。昇華曲線ｆの下側は気体状態を表しており、曲線ｆの上側は液体又は固体状態を表している。なお、昇華曲線ｆは、気体の種類によっても変わるものである。

図３から分かるように、同一温度であれば圧力が高いほど、気体分子は液化又は固化しやすい。換言すれば、気体分子が真空ポンプ１０内に堆積しやすい。すなわち、真空ポンプ１０内に吸い込まれた気体は、吸気口１１ｂ側（上段群気体移送部ＰＡ１側）では圧力が低いので比較的低温でも気体分子は気体状態になりやすいが、排気口１１ａ側（下段群気体移送部ＰＡ２、ネジ溝ポンプ機構ＰＢ側）では圧力が高いので高温でなければ気体状態になりにくい。

また、回転翼２３と固定翼３１における温度と強度との関係を考えると、一般にターボ分子ポンプ機構ＰＡでは、余り高い温度になると、回転翼２３や固定翼３１の強度が低下して運転中に破断を起こす虞がある。さらに、真空ポンプ１０内の電装品や電動モータと温度との関係を考えると、一般に電装品や電動モータでは、余り高い温度になると性能低下を起こす虞がある。

そこで、この実施例による真空ポンプでは、上段群気体移送部ＰＡ１の最終段の回転翼２３と下段群気体移送部ＰＡ２の始段の回転翼２３との間に断熱手段としての断熱スペーサ３２を設けて、５０～１００℃で温度調整される中温部である上段群気体移送部ＰＡ１と、１００～１５０℃で温度調整される高温部である下段群気体移送部ＰＡ２との間の温度が互いに影響し合わないように各々独立化させている。また、上段群気体移送部ＰＡ１の温度制御と下段群気体移送部ＰＡ２の温度制御を、中温部である上段群気体移送部ＰＡ１は第１の温度調整手段３９で制御し、高温部である下段群気体移送部ＰＡ２及びネジ溝ポンプ機構ＰＢは第２の温度調整手段４０で制御する。さらに、第１の温度調整手段３９と第２の温度調整手段４０による制御は、例えば図３の昇華曲線ｆをマップとして、各部の温度がそれぞれ昇華曲線ｆの下側の温度となるように調整する。水冷管１７に冷却水を流すことにより常に２５～７０℃に保持される、磁気軸受２４、タッチダウン軸受２７、電動モータ１６を冷却している低温部であるベース本体１８Ａなどの温度調整は特に行われない。なお、中温部、高音部及び水冷管１７を流れる冷却水の温度は上述した値に限定されるものではない。

このように、本実施例における真空ポンプ１０では、ターボ分子ポンプ機構ＰＡの冷却調整を第１の温度調整手段３９で行い、ネジ溝ポンプ機構ＰＢを加熱調整する第２の温度調整手段４０で行うようにして、ターボ分子ポンプ機構ＰＡの温度調整とネジ溝ポンプ機構ＰＢの温度制御を、それぞれ個々に制御している。したがって、気体移送部ＰＡ１、ＰＡ２を通る気体の温度も、ケーシング１１内で各部毎に細かく制御することができる。すなわち、真空ポンプ１０内に設けられた電装品やロータを回転させる電動モータ１６に悪い影響を与えることのない範囲、及び、ロータ１５やステータの強度低下に影響を与えない範囲で、温度を細かく制御することが可能になる。この結果、ガスの固化を効率良く抑制しながらポンプの正常運転を実現することが可能になる。

また、図４に模式的に示すように、中温部Ｃのターボ分子ポンプ機構ＰＡの水冷スペーサ（ステータ）１１Ｂと高温部Ｈのネジ溝ポンプ機構ＰＢのヒータスペーサ（ステータ）１１Ｃの間と、高温部Ｈのネジ溝ポンプ機構ＰＢのヒータスペーサ（ステータ）１１Ｃと低温部Ｌの電動モータ１６のステータコラム（ステータ）１８Bの間に、それぞれ断熱手段Ｄ（断熱スペーサ３２、断熱材４２、隙間Ｓ１、Ｓ２，Ｓ３）を設けているので、互いに悪い影響に与えることなく、ターボ分子ポンプ機構ＰＡの温度調整とネジ溝ポンプ機構ＰＢの温度制御をそれぞれ個々に制御することが可能となる。

また、磁気軸受２４、タッチダウン軸受２７及びモータ部のステータ（ステータコラム）は、ベース本体１８Ａに水冷管１７を埋設し、水冷管１７の内部を流される冷却水によってベース本体１８Ａ、磁気軸受２４、タッチダウン軸受２７、電動モータ１６を常時冷却する構造にしているので、磁気軸受２４、タッチダウン軸受２７２７及び電動モータ１６に影響を与えることなく、ターボ分子ポンプ機構ＰＡの温度調整とネジ溝ポンプ機構ＰＢの温度制御を、それぞれ個々に制御することが可能となる。

また、ターボ分子ポンプ機構ＰＡのステータ（ヒータスペーサ）の温度調整は、ターボ分子ポンプ機構ＰＡの冷却構造を第１の温度調整手段３９が、ターボ分子ポンプ機構ＰＡの第１の温度センサ３７が検知した温度に基づいて制御して調整し、ネジ溝ポンプ機構ＰＢのステータの温度調整は、ネジ溝ポンプ機構ＰＢの加熱構造（カートリッジヒータ３６）を第２の温度調整手段４０が、ネジ溝ポンプ機構ＰＢの第２の温度センサ３８が検知した温度に基づいて制御するようにしているので、ターボ分子ポンプ機構ＰＡの温度調整とネジ溝ポンプ機構ＰＢの温度制御を、それぞれ個々に制御することが可能となる。

なお、上記実施例では、ターボ分子ポンプ機構ＰＡの圧縮段（下段群気体移送部ＰＡ２）とネジ溝ポンプ機構ＰＢを温めないと気体が固化（又は液化）する場合で、上段群気体移送部ＰＡ１と下段群気体移送部ＰＡ２の間に断熱スペーサ３２を設けた構成を示したが。しかし、ネジ溝ポンプ機構ＰＢだけを温めれば気体が固化（又は液化）しない場合は、ターボ分子ポンプ機構ＰＡを上段群気体移送部ＰＡ１と下段群気体移送部ＰＡ２に分割せずに実施することも可能である。

図５に、ターボ分子ポンプ機構ＰＡを上段群気体移送部ＰＡ１と下段群気体移送部ＰＡ２に分割しない場合の一例を示す。図５では、中温部Cである水冷スペーサ１１Ｂにターボ分子ポンプ機構ＰAの回転翼２３を連結している。そして、水冷スペーサ１１Ｂと高温部Hであるヒータスペーサ１１Cの間、低温部Lであるベース１８と高温部Hであるヒータスペーサ１１Cの間、ベース１８と水冷スペーサ１１Bとの間に、それぞれ断熱手段Dを設け、中温部Cと高温部Hと低温部Lが互いに熱の影響をし合わない構造にしている。なお、図５において、図１、図２、図４に付した符号と同じ符号を付している部材は、図１、図２、図４に示した真空ポンプ１０と対応する部材である。

図５に示す真空ポンプ１０では、低温部Lであるベース本体１８Aは温度調整手段を有せず、常に冷却され、電動モータ１６及び軸受が所定の温度以下（例えば、２５～70℃）に保持される。中温部Cである水冷スペーサ１１Bの水冷管２２に流される冷却水は、第１の温度センサ３７で検知された温度に基づいて第１の温度調整手段３９で調整される。高温部Hであるヒータスペーサ３４のカートリッジヒータ（加熱手段）３６は、第２の温度センサ３８で検知された温度に基づいて第２の温度調整手段４０で調整される。そして、この構造でも、第１の温度調整手段３９と第２の温度調整手段４０による温度制御は、図３の昇華曲線ｆをマップとして、各部の温度がそれぞれ昇華曲線ｆの下側の温度となるように調整する。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を成すことができ、そして本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

１０ 真空ポンプ
１１ ケーシング
１１Ａ 管状部
１１Ｂ 水冷スペーサ
１１Ｃ ヒータスペーサ
１１ａ 排気口
１１ｂ 吸気口
１１ｃ フランジ
１２ 排気機能部
１４ ロータシャフト
１５ ロータ
１６ 電動モータ
１６Ａ 回転子
１６Ｂ 固定子
１７ 水冷管
１８ ベース
１８Ａ ベース本体
１８Ｂ ステータコラム
１９ 円筒部
２０ ボルト
２１ 裏蓋
２２ 水冷管
２３ 回転翼
２４ 磁気軸受
２５ ラジアル電磁石
２６ アキシャル電磁石
２７ タッチダウン軸受
２８ ボス孔
２９ ボルト
３０ ロータフランジ
３１ 固定翼
３２ 断熱スペーサ（断熱手段）
３３ ロータ円筒部
３３ａ 外周面
３４ ヒータスペーサ
３４ａ 内周面
３５ ネジ溝部
３６ カートリッジヒータ（加熱手段）
３７ 第１の温度センサ（水冷バルブ温度センサ）
３８ 第２の温度センサ（ヒータ温度センサ）
３９ 第１の温度調整手段
４０ 第２の温度調整手段
４１ スペーサ
４２ ヒートインシュレータ
４３ ヒータ収容部
ＰＡ ターボ分子ポンプ機構
ＰＡ１ 上段群気体移送部
ＰＡ２ 下段群気体移送部
ＰＢ ネジ溝ポンプ機構
Ｓ１ 断熱用の隙間
Ｓ２ 断熱用の隙間
Ｓ３ 断熱用の隙間
Ａ ロータ軸方向
Ｃ 中温部
Ｄ 断熱手段
Ｈ 高温部
Ｌ 低温部
Ｒ ロータ径方向
ｆ 昇華曲線

Claims (10)

1. 外部から気体を吸入する吸気口と吸入された前記気体を外部に排気する排気口とを有するケーシング内に、軸方向に交互に多段配列された回転翼及び固定翼を有するターボ分子ポンプ機構と、前記ターボ分子ポンプ機構の排気側に連設されたネジ溝ポンプ機構と、前記ターボ分子ポンプ機構の回転部及び前記ネジ溝ポンプ機構の回転部を回転可能に保持している軸受、及びそれらを回転駆動させるモータ部、を備える真空ポンプであって、
   前記ターボ分子ポンプ機構を冷却調整する第１の温度調整手段と、
   前記ネジ溝ポンプ機構を加熱調整する第２の温度調整手段と、
   を備え、
   前記ターボ分子ポンプ機構は、
   多段配列された前記回転翼及び前記固定翼を前記吸気口側に配置して、前記第１の温度調整手段により冷却される上段群気体移送部と、
   前記ネジ溝ポンプ機構側に配置されて前記第２の温度調整手段により加熱される下段群気体移送部と、に分割され、
   前記第１の温度調整手段と前記下段群気体移送部との間に断熱手段を設けている、
   ことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記ネジ溝ポンプ機構のステータと前記モータ部のステータの間に、第２の断熱手段を設けている、ことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記軸受及び前記モータ部のステータは、常時冷却される、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. 前記ターボ分子ポンプ機構のステータが温度センサと冷却構造を具備するとともに、前記ネジ溝ポンプ機構のステータが温度センサと加熱構造を具備し、前記第１の温度調整手段は前記ターボ分子ポンプ機構の前記温度センサで検知された温度に基づいて前記ターボ分子ポンプ機構の前記冷却構造の温度調整を行い、第２の温度調整手段は前記ネジ溝ポンプ機構の前記温度センサで検知された温度に基づいて前記ネジ溝ポンプ機構の前記加熱構造の温度調整を行う、ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の真空ポンプ。
5. 前記断熱手段は、前記下段群気体移送部と密着し、かつ、前記上段群気体移送部との間に隙間を設けて配置されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の真空ポンプ。
6. 前記ターボ分子ポンプ機構は、前記上段群気体移送部と前記下段群気体移送部との間に、軸方向に所定量離間された断熱用の隙間を設けていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の真空ポンプ。
7. 前記断熱手段は、ステンレス材であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載の真空ポンプ。
8. 前記第１の温度調整手段は、前記上段群気体移送部の温度を検知する第１の温度センサが検知した温度に基づいて前記上段群気体移送部の温度を調整し、
   前記第２の温度調整手段は、前記ネジ溝ポンプ機構側の温度を検知する第２の温度センサが検知した温度に基づいて前記ネジ溝ポンプ機構側の温度を調整する、
   ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の真空ポンプ。
9. 前記軸受と前記モータ部の軸受部が磁気軸受であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８に記載の真空ポンプ。
10. 前記第２の温度調整手段は、前記気体の温度と圧力との関係に基づく昇華曲線を参照して前記温度を制御することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９に記載の真空ポンプ。

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