(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段に配列されたロータ翼とロータ円筒部を有するロータと、前記各段のロータ翼間に
配置されたステータ翼と、前記ロータ円筒部と共にねじ溝排気部を構成するねじステータ
とを備え、前記ロータ翼と前記ステータ翼が上ケースに収容され、前記ねじ溝排気部がベースに収容されたターボ分子ポンプにおいて、
前記ベースに設けられ、沸点が１００℃を超える冷却液が循環する冷却管と、
前記冷却管を介して前記冷却液の温度を制御して、ターボ分子ポンプ内部の温度が、１
００℃を超える温度に維持されるように制御する制御手段と、を備え、
前記冷却液の沸点は、ポンプ内部の目標維持温度を超える温度であり、
前記冷却液の温度を上昇および下降する熱交換装置を備えていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、前記熱交換装置は、冷却器と加熱器とを備え、前記ポンプ内部の温度は、制御手段により前記冷却器と前記加熱器とをオン・オフ制御して前記目標維持温度に維持することを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項３】
多段に配列されたロータ翼とロータ円筒部を有するロータと、前記各段のロータ翼間に配置されたステータ翼と、前記ロータ円筒部と共にねじ溝排気部を構成するねじステータとを備え、前記ロータ翼と前記ステータ翼が上ケースに収容され、前記ねじ溝排気部がベースに収容されたターボ分子ポンプにおいて、
前記ベースに設けられ、沸点が１００℃を超える冷却液が循環する冷却管と、
前記冷却管を介して前記冷却液の温度を制御して、ターボ分子ポンプ内部の温度が、１００℃を超える温度に維持されるように制御する制御手段と、
冷却器と加熱器とを有する熱交換装置と、を備え、
前記冷却管は前記ベースの外部に延出された延出部を有し、前記冷却器と前記加熱器は、前記冷却管の前記延出部に、延出方向に沿ってシリアルに配列されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項４】
多段に配列されたロータ翼とロータ円筒部を有するロータと、前記各段のロータ翼間に配置されたステータ翼と、前記ロータ円筒部と共にねじ溝排気部を構成するねじステータとを備え、前記ロータ翼と前記ステータ翼が上ケースに収容され、前記ねじ溝排気部がベースに収容されたターボ分子ポンプにおいて、
前記ベースに設けられ、沸点が１００℃を超える冷却液が循環する冷却管と、
前記冷却管を介して前記冷却液の温度を制御して、ターボ分子ポンプ内部の温度が、１００℃を超える温度に維持されるように制御する制御手段と、を備え、
前記ターボ分子ポンプ内部の温度の上昇は、加熱器により前記冷却液を加熱して前記冷却液の温度を上昇させて行うことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造装置や分析装置などに使用されるターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や液晶表示パネルの製造工程では、ＣＶＤ装置などのプロセスチャンバ内において、絶縁膜、金属膜、半導体膜等を成膜したり、エッチングしたりする処理を行う。プロセスチャンバ内に導入されたガスを排気して、プロセスチャンバ内を所定の高真空度にする際に、ターボ分子ポンプが用いられる。
プロセスチャンバ内に発生した反応生成物は、ターボ分子ポンプにおける、ロータ翼とステータ翼により構成されるタービン排気部、およびロータ円筒部とねじステータにより構成されるねじ溝排気部を通して排気される。
【０００３】
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が、真空度が低くなるほど、すなわち、圧力が高くなるほど昇華温度が高くなり、ターボ分子ポンプ内部に堆積し易くなる。反応生成物がターボ分子ポンプ内部に堆積すると、ロータがステータ翼やねじステータに接触してしまうため、ターボ分子ポンプは、所定の温度を維持するように温度制御される。
ターボ分子ポンプでは、タービン排気部側は高真空となり、ねじ溝排気部や排気口付近では低真空となるため、ねじ溝排気部や排気口付近におけるガスとの接触面に反応生成物が堆積しやすくなる。
【０００４】
そこで、ねじ溝排気部を収容すると共に排気口が形成されたベースに、ヒータと冷却水配管を設け、ベースが反応生成物の昇華温度以上となるように温度制御するターボ分子ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７８１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体装置や、液晶表示パネルなどの製造において、アルミニウム系、チタン系などの昇華温度が１００℃を超える金属をエッチングする処理が必要とされている。
このような昇華温度が１００℃を超える反応生成物を排気する際に用いられるターボ分子ポンプにおいては、ターボ分子ポンプ内部における堆積を抑制するために、ターボ分子ポンプを、１００℃を超える温度に維持する必要がある。しかし、従来においては、ターボ分子ポンプの冷却には冷却水を用いているため、ターボ分子ポンプを、１００℃を超える温度に維持しようとすると、冷却水が沸騰してしまうために安全性の確保が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のターボ分子ポンプは、多段に配列されたロータ翼とロータ円筒部を有するロータと、各段のロータ翼間に配置されたステータ翼と、ロータ円筒部と共にねじ溝排気部を構成するねじステータとを備え、ロータ翼とステータ翼が上ケースに収容され、ねじ溝排気部がベースに収容されたターボ分子ポンプにおいて、ベースに設けられ、沸点が１００℃を超える冷却液が循環する冷却管と、冷却管を介して冷却液の温度を制御して、ターボ分子ポンプ内部の温度が、１００℃を超える温度に維持されるように制御する制御手段と、を備え、冷却液の沸点は、ポンプ内部の目標維持温度を超える温度であり、冷却液の温度を上昇および下降する熱交換装置を備えていることを特徴とする。
また、この発明のターボ分子ポンプは、多段に配列されたロータ翼とロータ円筒部を有するロータと、各段のロータ翼間に配置されたステータ翼と、ロータ円筒部と共にねじ溝排気部を構成するねじステータとを備え、ロータ翼とステータ翼が上ケースに収容され、ねじ溝排気部がベースに収容されたターボ分子ポンプにおいて、ベースに設けられ、沸点が１００℃を超える冷却液が循環する冷却管と、冷却管を介して冷却液の温度を制御して、ターボ分子ポンプ内部の温度が、１００℃を超える温度に維持されるように制御する制御手段と、冷却器と加熱器とを有する熱交換装置と、を備え、冷却管はベースの外部に延出された延出部を有し、冷却器と加熱器は、冷却管の延出部に、延出方向に沿ってシリアルに配列されていることを特徴とする。
さらに、この発明のターボ分子ポンプは、多段に配列されたロータ翼とロータ円筒部を有するロータと、各段のロータ翼間に配置されたステータ翼と、ロータ円筒部と共にねじ溝排気部を構成するねじステータとを備え、ロータ翼とステータ翼が上ケースに収容され、ねじ溝排気部がベースに収容されたターボ分子ポンプにおいて、ベースに設けられ、沸点が１００℃を超える冷却液が循環する冷却管と、冷却管を介して冷却液の温度を制御して、ターボ分子ポンプ内部の温度が、１００℃を超える温度に維持されるように制御する制御手段と、を備え、ターボ分子ポンプ内部の温度の上昇は、加熱器により冷却液を加熱して冷却液の温度を上昇させて行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ターボ分子ポンプを冷却する冷却液として、沸点が１００℃を超える冷却液を用いるため、冷却液の沸騰を抑えることができ、安全性の確保が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明に係るターボ分子ポンプの一実施の形態を示す断面図。
【図２】図１に図示されたターボ分子ポンプの温度制御の一実施の形態を示すブロック図。
【図３】図２に図示されたターボ分子ポンプの温度制御方法の一実施の形態を示す処理フロー図。
【図４】図３における熱交換装置のサブプロセスとしての処理フロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明に係るターボ分子ポンプの一実施の形態を説明する。
図１は、磁気軸受式のターボ分子ポンプの断面図である。ターボ分子ポンプ１は、上ケース１２とベース１３からなるケース部材１１を備えている。上ケース１２の下端に設けられたフランジ１８とベース１３の上端に設けられたフランジ１９とは、シール部材４２を介装してボルトなどの締結部材により締結されている。これにより、上ケース１２とベース１３とは、外部から密封された構造とされている。
【００１１】
ケース部材１１の中心軸上には、ロータ軸５が配置されている。ロータ軸５には、ロータ６０が同軸に取り付けられている。ロータ軸５とロータ６０とは、ボルト等の締結部材４８により強固に固定されている。
ロータ軸５は、ラジアル方向の磁気軸受３１（２箇所）およびスラスト方向の磁気軸受３２（上下一対）によって非接触で支持される。ロータ軸５の浮上位置は、ラジアル変位センサ３３ａ、３３ｂおよびアキシャル変位センサ３３ｃによって検出される。磁気軸受３１、３２によって回転自在に磁気浮上されたロータ軸５は、モータ３５により高速回転駆動される。
【００１２】
ロータ軸５の下部側には、メカニカルベアリング３４を介してロータディスク３８が取り付けられている。また、ロータ軸５の上部側にはメカニカルベアリング３６が設けられている。メカニカルベアリング３４、３６は非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはメカニカルベアリング３４、３６によりロータ軸５が支持される。
【００１３】
ロータ６０は、上部側と下部側の二段構造を有し、上部側には複数段のロータ翼６が設けられている。最下段のロータ翼６から下方は、ロータ円筒部９とされている。
ロータ６０の上部側においては、ロータ翼６とステータ翼７とがリング状のスペーサ２１を間に挟んで、ポンプの軸方向に交互に積層されている。ベース１３の上面上にスペーサ２１とステータ翼７を交互に積層し、上ケース１２によりスペーサ２１とステータ翼７を収容するように被せて上ケース１２をベース１３に固定する。このようにすることにより、積層されたスペーサ２１とステータ翼７とがベース１３の上面と上ケース１２の内壁に設けられた段部１２ａとの間に挟持される。
【００１４】
ロータ６０のロータ円筒部９の外周側には、リング状のねじステータ８がボルト４１によりベース１３に固定されている。ねじステータ８は、ほぼ円筒形状に形成され、内面側に螺旋状突部８ａを有し、螺旋状突部８ａ間にはねじ溝部８ｂが形成されている。ねじ溝部８ｂは、気体分子を上方から下方に移送するための間隙である。
ロータ円筒部９に螺旋状突部およびねじ溝部を設け、ねじステータ８の内周面は平坦面としてもよい。
【００１５】
ベース１３には排気ポート４５が設けられ、この排気ポート４５にバックポンプが接続される。ロータ６０を磁気浮上させ、この状態でモータ３５により高速回転駆動することにより、吸気口１５側の気体分子が排気ポート４５側へと排気される。
【００１６】
このターボ分子ポンプ１は、上ケース１２の内部空間にタービン排気部２を有し、ベース１３の内部空間にねじ溝排気部３を有している。タービン排気部２は複数段のロータ翼６と複数段のステータ翼７とで構成され、ねじ溝排気部３はロータ円筒部９とねじステータ８とで構成されている。
【００１７】
上ケース１２の上端に形成されたフランジ１７は、締結部材（図示せず）により、図示しない半導体装置製造装置などの真空チャンバの排気系の取付部に締結される。モータ３５によりロータ６０を回転駆動すると真空チャンバ内の気体分子が、上ケース１２の上部に設けられた吸気口１５からターボ分子ポンプ１内部に流入する。吸気口１５から流入した気体分子はタービン排気部２において、下流側へと叩き飛ばされる。図示はしないが、ロータ翼６とステータ翼７とは翼の傾斜の向きが逆であり、且つ、傾斜角度は、高真空側である前段側から下流側である後段側に向けて、気体分子が逆行しにくい角度に変化して形成されている。気体分子は、タービン排気部２において圧縮されて図示下方のねじ溝排気部３へ移送される。
【００１８】
ねじ溝排気部３においては、ねじステータ８に対してロータ円筒部９が高速回転すると粘性流による排気機能が発生し、タービン排気部２からねじ溝排気部３へと移送された気体は圧縮されながら排気ポート４５へ移送され排気される。
【００１９】
ベース１３のフランジ１９には、ターボ分子ポンプ１を冷却するための冷却液を循環するための冷却管５１が配設されている。詳細は後述するが、冷却管５１は、ベース１３の内部から外部に延出されており、冷却管５１内には、沸点が１００℃を超える冷却液が注入されている。限定する意味ではないが、冷却液としては、例えば、沸点が１９６℃のエチレングリコールが挙げられる。
【００２０】
また、ベース１３の底部側には、溝１６が設けられており、この溝１６内には、ベース１３の温度を検出する温度センサ５２が取り付けられている。
一実施の形態として示すターボ分子ポンプ１のケース部材１１には、ターボ分子ポンプ１の温度を上昇するためのヒータなどの加熱器は取り付けられていない。この一実施の形態においては、冷却管５１内を循環する冷却液を介して、ターボ分子ポンプ１を加熱および冷却するように構成されている。これは、沸点が１００℃を超える冷却液を用いるため、冷却液の温度が１００℃を超える高温にされることにより可能となるものであるが、具体的な方法については後述する。
【００２１】
図２は、図１に図示されたターボ分子ポンプの温度制御の一実施の形態を示すブロック図である。
上述した如く、ターボ分子ポンプ１のベース１３に設けられた冷却管５１は、ベース１３の外部に延出されており、ポンプ７１により、例えば、エチレングリコールなどの沸点が１００℃を超える冷却液が、タンク７２から冷却管５１内に吐出される。ベース１３から延出された冷却管５１は、熱交換装置８０により加熱および冷却される。
【００２２】
すなわち、熱交換装置８０は、加熱器８１および冷却器８３を備えている。加熱器８１は、例えば、冷却管５１の周囲に捲回されたヒータ８２により構成されている。また、冷却器８３は、例えば、フィンや多数の分岐管などが設けられた放熱部８４と、モータ８５と、モータにより回転されるファン８６とにより構成されている。
ポンプ７１により冷却管５１内を循環される冷却液は、タンク７２に貯留される。
ターボ分子ポンプ１には、ベース１３の温度を検出する温度センサ５２と、冷却液の温度を検出するため、冷却管５１のベース１３から延出された部分に密着して取り付けられた冷却液温度センサ５３を備えている。
【００２３】
コントローラ１０は、ターボ分子ポンプ１を目標温度に維持するように各部の動作を制御する。コントローラ１０には、温度センサ５２、５３からの検出値が入力される。コントローラ１０には、予め、ターボ分子ポンプ１の目標温度（目標維持温度）Ｔが記憶されている。コントローラ１０は、この目標温度Ｔを、温度センサ５２から送られるターボ分子ポンプ１の検出値ｔと比較して、熱交換装置８０の加熱器８１および冷却器８３を、オン・オフ制御する。
以下、コントローラ１０による、ターボ分子ポンプ１の温度の制御方法について説明する。
【００２４】
図３は、図２に図示されたターボ分子ポンプの温度制御方法の一実施の形態を示す処理フロー図であり、図４は、図３における熱交換器のサブプロセスとしての処理フロー図である。
図３および図４の処理フローは、図２に図示されたコントローラ１０において実行される。
【００２５】
図３において、先ず、ターボ分子ポンプ１がオンされると、ステップＳ１において、ターボ分子ポンプ１のその時の内部の温度ｔが検出される。ベース１３の溝１６に取り付けられた温度センサ５２からターボ分子ポンプ１の内部のその時の温度ｔがコントローラ１０に送られる。
次に、ステップＳ２において、コントローラ１０は、予め、設定された目標温度Ｔとターボ分子ポンプ１のその時の内部の温度ｔとの温度差ΔＴ＝（Ｔ−ｔ）を演算する。
【００２６】
次に、ステップＳ３において、コントローラ１０により、熱交換装置８０による冷却液の温度制御が行われる。
すなわち、ステップＳ３では、図４に図示されたサブプロセスの処理フローが開始される。先ず、ステップＳ１１において、ターボ分子ポンプ１の内部の目標温度Ｔとターボ分子ポンプ１のその時の内部の温度ｔとの温度差ΔＴが正か否か判断され、正（Ｙｅｓ）であればステップＳ１２に進み、負（Ｎｏ）であればステップＳ１４に進む。
【００２７】
ステップＳ１２では、冷却器８３がオフされる。つまり、モータ８５の駆動が停止されファン８６の回転が停止する。そして、次にステップＳ１３に進んで加熱器８１がオンされ、ヒータ８２が加熱される。
ステップＳ１２、１３により、冷却管５１内を循環する冷却液が加熱され、ベース１３の温度が上昇する。このため、ターボ分子ポンプ１の内部の温度が上昇する。
【００２８】
ターボ分子ポンプ１の内部の目標温度Ｔは１００℃を超える温度、例えば、１１０〜１３０℃に設定されている。このように、１００℃を超えるような高い沸点の冷却液を用いるため、従来のように、ベース１３にヒータを取り付けることなく、冷却液によりターボ分子ポンプ１の内部を目標温度まで上昇させることが可能となる。
本発明の一実施の形態においては、冷却液は、ターボ分子ポンプ１の内部温度を冷却するのみでなく加熱する機能を有するものであり、この意味では、温度制御用液と言える。
冷却管５１内を循環する冷却液は、沸点が１００℃を超えるものであればよいが、特に、目標温度Ｔよりも高いものであることが望ましい。
【００２９】
一方、ステップＳ１２において否定されると、ステップＳ１４において加熱器８１のヒータ８２がオフされ、引き続いて、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、冷却器８３がオンされる。つまり、モータ８５が駆動されファン８６が回転する。
ステップＳ１４、１５により、冷却管５１内を循環する冷却液が冷却され、ベース１３の温度が下降する。このため、ターボ分子ポンプ１の内部の温度が下降する。
【００３０】
ステップＳ１３またはステップＳ１５が終了すると、サブプロセスの処理が終了し、図３のステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、ターボ分子ポンプ１の目標温度Ｔとターボ分子ポンプ１のその時の内部の温度ｔとの温度差ΔＴが所定の値αより小さいか否か判断される。
ステップＳ４において肯定されればステップＳ３に進み、図４のステップＳ１１〜１３、またはステップＳ１１、Ｓ１４、Ｓ１５の処理が繰り返される。
【００３１】
ステップＳ４において否定されればステップＳ５に進み、ターボ分子ポンプ１のオフ操作が行われたか否かが判断される。
ステップＳ５において否定されれば、ステップＳ１にリターンし、上述した処理が繰り返される。そして、ステップＳ５で肯定された時点で処理が終了する。
【００３２】
上記の処理において、ステップＳ１２で冷却器８３をオフし、ステップＳ１３で加熱器８１をオンすると、冷却液の温度が次第に上昇する。そして、この冷却液の温度の上昇に伴いターボ分子ポンプ１の内部の温度が上昇する。すなわち、ターボ分子ポンプ１の内部の温度は冷却液の温度より少し遅れて上昇する。そこで、冷却液温度センサ５３の検出値をコントローラ１０に取り込んだ後、冷却液温度センサ５３の温度に基づいて、ターボ分子ポンプ１の内部の温度が正常か否かを判断するようにしてもよい。
【００３３】
また、ステップＳ１４で加熱器８１をオフし、ステップＳ１５で冷却器８３をオンすると、冷却液の循環が開始され、開始直後においては、ターボ分子ポンプ１のベース１３の温度は、一旦、数十度低下し、その後、目標温度まで、徐々に上昇する。従って、温度センサ５２の検出値と冷却液温度センサ５３との検出値とはかなり相違する。このため、このような熱交換装置８０のオン・オフの切換期間においては、冷却液温度センサ５３の検出値に基づいて、加熱器８１および冷却器８３のオン・オフの判断をするようにしてもよい。
【００３４】
以上説明した通り、本発明の一実施の形態では、ターボ分子ポンプ１を冷却する冷却液として、沸点が１００℃を超える液体を用いるようにした。このため、ターボ分子ポンプ１の内部の目標温度を、１００℃を超える温度に設定しても、冷却液が沸騰するようなことがなく、十分な安全性を確保することができる。
このため、昇華温度が１００℃を超える反応生成物を排気する際に用いるターボ分子ポンプ１として、大変、有効である。
【００３５】
上記一実施の形態においては、真空度が低く、反応生成物の昇華温度が高くなるねじ溝排気部および排気口が設けられたベース１３の温度を制御するようにしているため、この付近におけるガスとの接触面への反応生成物の堆積の抑制を効果的に行うことができる。
【００３６】
上記一実施の形態においては、冷却液にターボ分子ポンプ１の内部の温度を上昇させる機能も持たせているため、ターボ分子ポンプ１にヒータなどの加熱器を設ける必要がなくなり、ターボ分子ポンプ１の構造が簡素になり、コストを低減することができる。
【００３７】
なお、上記一実施の形態では、加熱器８１としてヒータ８２を用いた場合で例示したが、誘導加熱、誘電加熱など、他の加熱器を用いてもよい。
【００３８】
上記一実施の形態では、冷却器８３としてファン８６を用いた場合で例示したが、冷却管を冷媒漕中に配設したり、冷媒を循環させて冷却管を冷却する方式としたりするなど、他の冷却器を用いてもよい。
【００３９】
その他、本発明は、発明の趣旨の範囲において種々変形して適用することが可能であり、要は、ターボ分子ポンプ１を冷却する冷却液として、沸点が１００℃を超えるものを用い、ターボ分子ポンプ内部の温度を、１００℃を超える温度に維持されるように温度制御するようにしたものであればよい。
【符号の説明】
【００４０】
１        ターボ分子ポンプ
２        タービン排気部
３        ねじ溝排気部
１２      上ケース
１３      ベース
５１      冷却管
５２      温度センサ
８０      熱交換装置
８１      加熱器
８３      冷却器
【図１】
0005990943.tif 000002
【図２】
0005990943.tif 000003
【図３】
0005990943.tif 000004
【図４】
0005990943.tif 000005