JPH0784871B2 - 真空排気装置 - Google Patents

真空排気装置

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JPH0784871B2
JPH0784871B2 JP61134837A JP13483786A JPH0784871B2 JP H0784871 B2 JPH0784871 B2 JP H0784871B2 JP 61134837 A JP61134837 A JP 61134837A JP 13483786 A JP13483786 A JP 13483786A JP H0784871 B2 JPH0784871 B2 JP H0784871B2
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    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/005—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of dissimilar working principle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、真空排気装置に係り、特にクリーン化が強く
要望される半導体製造装置等の排気系に好適な真空排気
装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の真空排気装置は、例えば、中山勝矢著、真空技術
実務読本、P21〜22、オーム社、昭和42年10月25日発刊
に記載されているように、真空側にルーツブロア形の真
空ポンプであるメカニカルブースタを備え、大器側に油
回転ポンプを組合せた装置であった。
なお、前記メカニカルブースタの性能は、一般に10-2〜
1Torr付近で設計排気速度が得られ、到達圧力は10-4Tor
r程度である。
〔発明が解決しようとする課題〕
この装置は、油回転ポンプの作動室が油で満たされてい
るため、真空側への油の逆拡散が生じること、およびメ
カニカルブースタは10-2Torrあたりから排気速度が低下
するために、特にクリーン化と高真空における排気速度
とかが要求される半導体製造装置等の排気系には不向き
という問題があった。
また、オイルフリー真空ポンプとしては、従来ターボ形
の真空ポンプを用いる例もあったが、ターボ形は軽いガ
スを吸う場合効率が悪く、特に半導体製造装置では、非
常に軽いHeやH2を使用するため充分な排気速度が得られ
ないという問題があった。
本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、作動室内に油分がなく、真空側への油の
逆拡散の恐れがなく、10-2Torrより高真空においても高
い排気速度が得られ、半導体製造装置等のクリーンな真
空排気系が得られる真空排気装置を提供することを目的
とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明に係る真空排気装置
の構成は、真空側に第一の真空ポンプ手段を設け、排気
側に第二の真空ポンプ手段を設け、前記第一の真空ポン
プ手段の排気口と前記第二の真空ポンプ手段の排気口と
を配管接続してなる真空排気装置において、第一の真空
ポンプ手段は、高速で回転する回転体に気体分子を衝突
させ、この回転体の線速度の方向に運動量を与え、ある
一定の方向に気体の流れを生じさせるポンプ手段であ
り、第二の真空ポンプ手段は、ケーシング内に雌雄一対
のスクリューロータを当該ケーシングと微少間隙を保つ
ように支持し、前記雌雄一対のスクリューロータを互い
に微少間隙を保って回転させ、前記ケーシングに設けた
吸気口，排気口間に圧力差を生じさせるポンプ手段とし
たものである。
なお付記すると、上記目的の達成は、高真空域で大排気
速度が得られる分子ポンプと呼ばれる、機械的に気体分
子を吹き飛ばす方式の非容積形真空ポンプ手段と、前記
分子ポンプは大気圧から作動できないため、これを補う
補助ポンプとして作動室に油分のないオイルフリー式の
容積形ツインスクリュー真空ポンプ手段とを組み合わせ
ることにより可能になるものである。
〔作用〕
上記技術手段を開発した考え方は、真空側に、流体の流
れにおける中間流域（粘性流と分子流の中間）から分子
流域において高い排気速度が得られ、かつクリーンなタ
ーボ分子ポンプを設置し、排気側（大気側）に、粘性流
域から中間流域で高い排気速度が得られ、かつクリーン
なオイルフリースクリュー真空ポンプを組合わせるよう
にしたものである。
上記の技術手段における補助ポンプすなわち第二の真空
ポンプは、雌雄一対のスクリューロータをケーシング内
に、ケーシング内面と微少な間隙を保って同期歯車によ
り同期して回転させ、ロータ端部のケーシングに設けら
れた吸気口，排気口間に圧力差を生じさせる容積形ツイ
ンスクリュー真空ポンプで、そのスクリューロータとケ
ーシングとで形成させる作動室は潤滑する必要がなく、
また、スクリューロータを支持する軸受に供給される潤
滑油は、ラビリンスシール，ネジシール，フローティン
グラビリンスシールなどで構成される軸封部により作動
室への油の混入が阻止されているため、オイルフリー構
造となっている。
このため、分子ポンプと組み合わせることにより、クリ
ーンで、しかも高真空域で大排気速度である真空排気装
置が得られる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図ないし第５図を参照し
て説明する。
第１図は、本発明の一実施例に係る真空排気装置の斜視
図、第２図は、第１図の装置の分子ポンプ内部構成を示
す斜視図、第３図は、第１図の装置のスクリュー真空ポ
ンプ装置の縦断面図、第４図は、第３図のスクリュー真
空ポンプ本体部の断面図、第５図は、その軸封部の断面
図である。
第１図に示す真空排気装置は、ベース１の上にギヤケー
ス２が固定されており、このギヤケース２の左右には、
第二の真空ポンプ手段に係る容積形ツインスクリュー真
空ポンプ（以下単にスクリュー真空ポンプという）３
と、このスクリュー真空ポンプ３を駆動するモータ４と
が片持ち状態に取付けられ、大気側（排気側）ポンプを
構成している。また、ベース１の上には、前記排気側ポ
ンプを覆うようにフレーム５が装架され、このフレーム
５の上部に、第一の真空ポンプ手段に係るターボ分子ポ
ンプ（以下単に分子ポンプという）６が取付けられて真
空側ポンプを構成している。
この分子ポンプ６の排気口７とスクリュー真空ポンプ３
の吸気口８とは、配管９により接続されている。
これらの真空側ポンプである分子ポンプ６、排気側ポン
プであるスクリュー真空ポンプ３とも図示されていない
制御盤あるいは電源供給装置により駆動される。
本真空排気装置の吸気口は分子ポンプ６の吸気口10であ
り、排気口はスクリュー真空ポンプ３の排気口11となっ
ている。
まず、第一の真空ポンプに係る分子ポンプ６の詳細いを
第２図を参照して説明する。
第２図に示すように、ハウジング12内部には、ポンプ駆
動用モータのモータステータ13が鉛直方向に固定されて
おり、その内部にモータロータ14および当該モータロー
タ14に嵌着された回転軸15がやはり鉛直方向に支持され
ている。
回転軸15は、その上部がハウジング12から突き出てお
り、その突き出た部分の上部には動翼16が円周上に多数
固定されている。また、この動翼部とハウジング12との
間の部分には、当該ハウジング12を覆うようにロータ17
が固定されている。そして、このロータ17の外周は、台
形ねじ形状に形成されている。
18は、分子ポンプ６との外枠をなすステータで、前記ロ
ータ17とは僅かな隙間を保っている。また、このステー
タ18の上部の内側には、前記動翼16と折り重なるような
位置に静翼19が固定されている。
いま、図示されていない電源供給装置からステータ13の
コイルに印加電流が流れると、回転軸15、モータロータ
14、動翼16およびロータ17で構成される回転体が高速で
回転し、吸気口10から流入した気体分子は動翼16および
ロータ17の台形ねじ溝により機械的に吹き飛ばされ排気
口７から排出されて、ポンプ作用が生じる。
ただし、排気側の圧力が高い場合には、非常に大きな動
力を必要とするため、排気口７での圧力が約2Torr以下
にならないと運転できない。
次に、第二の真空ポンプ（補助ポンプ）に係るスクリュ
ー真空ポンプについて第３図ないし第５図を参照して説
明する。
ギヤケース２の内部には、モータ４の出力軸4aに取付け
られた増速ギヤ20が配置され雄ロータ側同期歯車21と噛
み合っている。スクリュー真空ポンプ本体３のケーシン
グ22内には、当該ケーシング22内面と微少な間隙を保つ
ように支持され、雄ロータ側同期歯車21,雌ロータ側同
期歯車25により互いに微少な間隙を保って噛み合う雄雌
一対のスクリューロータ、すなわち雄ロータ23および雌
ロータ24が組み込まれている。
第３図において、８′はケーシング22に設けられた吸気
口、11′は、ケーシング22に設けられた排気口である。
26は軸封部を示しており、第５図にその詳細を示す。
この軸封部26は、第５図に示すように、軸受27、ラビリ
ンスシール28、ビスコシール29、フローティングラビリ
ンスシール30から構成されている。
モータ４の回転は、増速ギヤ20により増速され、前記雄
雌一対のスクリューロータすなわち雄ロータ23,雌ロー
タ24を回転させる。吸気口８′から吸い込まれた気体
は、スクリューロータのねじ溝とケージング22内面とで
構成される密閉室に閉じ込められたまま、スクリューロ
ータの回転に従って排気側（第３図では右側）に送ら
れ、排気口11′から排出される。
前記密閉室の体積は、吸気完了時と排出寸前では異な
り、後者の方が圧縮比分だけ小さくなっているためポン
プ作用を生じる。スクリューロータを支持しているベア
リングは、図示していない給油装置および給油配管によ
り強制給油あるいははねかけ給油されているが、第５図
に示すような３重の軸封によって、作動室へ油が混入す
ることを防止している。
次に、第１図を参照して、本実施例の真空排気装置全体
としての動作を説明する。
まず、本真空排気装置の吸入側すなわち分子ポンプ６の
吸気口10側が所定の圧力より大である時点から動作させ
る場合には、最初にスクリュー真空ポンプ３が動作し、
分子ポンプ６の排気口７が所定の圧力（約2Torr）以下
になってから分子ポンプ６が動作する。
次に、分子ポンプ６の排気口７が所定の圧力以下で気体
を流す際には、両ポンプとも動作しており、スクリュー
真空ポンプ３は分子ポンプ６は取り込んだ流量の気体を
排気口７の圧力から大気圧まで圧縮して排気口11から排
気する。
なお、これらポンプの動作制御は、図示されていない圧
力センサーおよび制御装置により自動的に行われる。
本実施例によれば、従来のメカニカルブースタ（到達圧
力10-4Torr程度、設計排気速度が得られる圧力10-2〜1T
orr付近）に比較して、高真空域で大排気速度が得られ
る分子ポンプ（到達圧力10-10Torr、10-3〜10-10Torrで
200l/S程度）６と、オイルフリースクリュー真空ポンプ
３とを組合せた構成としているため、高真空域で大流量
の気体を流すことが可能である。
また、真空側の分子ポンプ６および大気側のスクリュー
真空ポンプ３ともに作動室内に油分のない構造であるた
め、真空側への油の逆拡散が非常に少ないクリーンな真
空排気系が得られる。これにより、従来、油回転ポンプ
からの油の逆拡散を少しでも緩和するために用いられて
いた油吸着用フォアライントラップが不要になる。
また、半導体製造装置で使用されるガスには、油をたち
まち劣化させる性質をもつものが多く、このため、従来
の油回転ポンプは油の保守に非常な労力を費やす必要が
あったが、本実施例の装置では、ガスと油の接触がほと
んど無いため保守に費やす労力を大幅に低減できる効果
がある。
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、作動室内に油分が
なく、真空側への油の逆拡散の恐れがなく、10-2〜1Tor
rより高真空においても高い排気速度が得られ、半導体
製造装置等のクリーンな真空排気系が得られる真空排気
装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例に係る真空排気装置の斜視
図、第２図は、第１図の装置の分子ポンプの内部構成を
示す斜視図、第３図は、第１図の装置のスクリュー真空
ポンプ装置の縦断面図、第４図は、第３図のスクリュー
真空ポンプ本体部の断面図、第５図は、その軸封部の断
面図である。 ３……スクリュー真空ポンプ、６……分子ポンプ、７…
…排気口、8,8′……吸気口、９……配管、10……吸気
口、11,11′……排気口、23……雄ロータ、24……雌ロ
ータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 納谷 孝太郎 神奈川県海老名市下今泉810番地 株式会 社日立製作所海老名分工場内 (56)参考文献 実開 昭61−79450（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】真空側に第一の真空ポンプ手段を設け、排
    気側に第二の真空ポンプ手段を設け、前記第一の真空ポ
    ンプ手段の排気口と前記第二の真空ポンプ手段の吸気口
    とを配管接続してなる真空排気装置において、 第一の真空ポンプ手段は、高速で回転する回転体に気体
    分子を衝突させ、この回転体の線速度の方向に運動量を
    与え、ある一定の方向に気体の流れを生じさせるポンプ
    手段であり、 第二の真空ポンプ手段は、ケーシング内に雌雄一対のス
    クリューロータを当該ケーシングと微少間隙を保つよう
    に支持し、前記雌雄一対のスクリューロータを互いに微
    少間隙を保って回転させ、前記ケーシングに設けた吸気
    口，排気口間に圧力差を生じさせるポンプ手段であるこ
    とを特徴とする真空排気装置。
  2. 【請求項２】第一の真空ポンプ手段は、静止している外
    枠と、この外枠の内に配置されたモータと、このモータ
    のロータに結合された回転軸と、この回転軸に固定され
    た複数個の動翼列と、前記回転軸に固定され、外周面に
    ねじ溝を有するねじ溝付きロータとを備え、このねじ溝
    付きロータは、前記動翼列の後流側に配置されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の真空排気装
    置。
  3. 【請求項３】真空側に第一の真空ポンプ手段を設け、排
    気側に第二の真空ポンプ手段を設け、前記第一の真空ポ
    ンプ手段の排気口と前記第二の真空ポンプ手段の吸気口
    とを配管接続してなる真空排気装置において、 第一の真空ポンプ手段は、外枠に固定された静翼と、こ
    の静翼に向き合って設置された動翼とを有し、前記各翼
    に気体分子を衝突させて下流方向に気体の流れを生じさ
    せる動翼列と、外枠に対向する外周面にねじ溝が形成さ
    れたねじ溝付きロータを有し、前記動翼列からのガスを
    ねじ溝により下流方向に移送するねじポンプ段とを備え
    たターボ分子ポンプであり、 第二の真空ポンプ手段は、ケーシングと、このケーシン
    グ内に噛み合った状態で回転自在に納められた雌雄一対
    のスクリューロータと、これら雌雄一対のスクリューロ
    ータの軸部と前記ケーシングとの間に装備された軸封手
    段とを備え、前記ターボ分子ポンプの出口側に連絡され
    た容積形ツインスクリュー真空ポンプであり、 これら両ポンプ手段をそれぞれ駆動する駆動手段を備え
    たことを特徴とする真空排気装置。
JP61134837A 1986-06-12 1986-06-12 真空排気装置 Expired - Lifetime JPH0784871B2 (ja)

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