(57)【要約】【課題】低消費動力、小型でありながら短時間に高真空が得られる大気圧排気の真空ポンプを提供する。【解決手段】ターボ分子ポンプ部２、再生ポンプ部４、ネジ溝ポンプ部３の順に配設され、これらのポンプ部の各ロータ５、２０１、４０１、３０１は第１の駆動モータ６の出力軸６Ａに直結されて回転駆動され、円周流ポンプ部９のロータ９０３は第２の駆動モータ１０の出力軸１０Ａに直結されて回転駆動される。排気経路は、真空チャンバから真空ポンプのターボ分子ポンプ部２、ネジ溝ポンプ部３、再生ポンプ部４、円周流ポンプ部９の順の経路で大気へと排気されるようになっている。排気を始めるときは、先ず、第２の駆動モータ１０を駆動して円周流ポンプ部９を運転し、ターボ分子ポンプ部〜再生ポンプ部の気圧を低真空状態にする。この状態で、第１の駆動モータ６を起動してターボ分子ポンプ部〜再生ポンプ部の運転を開始する。分子ポンプ部〜再生ポンプ部は大気圧よりもはるかに気圧が低下しているから、抵抗が少なくて消費動力が少なく、第１の駆動モータは小型のものが使用でき、その発熱も少ない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の駆動源により回転駆動されるターボ分子ポンプ部、ネジ溝ポンプ部および再生ポンプ部と、第２の駆動源により回転駆動される円周流ポンプ部とが、ターボ分子ポンプ部、ネジ溝ポンプ部、再生ポンプ部および円周流ポンプ部の順の排気通路で接続されて、ひとつの筐体内に収納されたことを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
上記ターボ分子ポンプ部、ネジ溝ポンプ部および再生ポンプ部が第１の駆動源と同軸に、ターボ分子ポンプ部、再生ポンプ部、ネジ溝ポンプ部の順に配設され、ネジ溝ポンプ部の内部に第１の駆動源が配置されている請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
上記第２の駆動源および円周流ポンプ部が第１の駆動源と同軸に配設されている請求項２記載の真空ポンプ。
【請求項４】
上記再生ポンプ部および円周流ポンプ部のそれぞれに近接して冷却管路を設けた請求項２記載の真空ポンプ。
【請求項５】
上記冷却管路は、再生ポンプステータ部材および円周流ポンプステータ部材にそれぞれ刻設された溝と、この溝を塞ぐ対向部材の対向面とで形成されている請求項４記載の真空ポンプ。
【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、電子顕微鏡、表面分析装置、質量分析装置、粒子加速器、核融合実験装置等に用いられる真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
真空ポンプにより高真空を得るためには、高真空側に、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ等、低真空側にドライポンプ、油ロータリポンプ等の補助ポンプを用い、高真空側のポンプと低真空側のポンプとを組み合わせるのが一般的である。そして、高真空側のポンプと低真空側のポンプとを一体化してひとつの筐体内にまとめる試みが種々なされている。この発明の発明者等も、既に、半導体製造工程中のドライエッチングやＣＶＤ等のプロセスにおけるプロセスチャンバの真空引きと反応ガスの導入を速やかに行う、小型、低コストの真空ポンプとして、特許文献１になる発明を実現した。
【０００３】
この真空ポンプは、図７に示すように、プロセスチャンバ側のガス吸入口５から高真空側のターボ分子ポンプ部２、ネジ溝ポンプ部３を経て、低真空側の渦巻きポンプ４０から大気中５０へと排気される。ターボ分子ポンプ部２とネジ溝ポンプ部３とは第１の駆動モータ６で駆動され、渦巻きポンプ４０は別の第２の駆動モータ１１で駆動される。
【０００４】
プロセスチャンバを大気圧の状態から真空引きするには、先ず、渦巻きポンプ４０を高速で回転させ、ターボ分子ポンプ部２、ネジ溝ポンプ部３やプロセスチャンバ内を粗引きして、ターボ分子ポンプ部２、ネジ溝ポンプ部３内のガスの粘性抵抗を減らして、ターボ分子ポンプ部２、ネジ溝ポンプ部３のロータが低抵抗で回転できるようにする。しかし、大気圧から粗引きを始めると、渦巻きポンプの高速回転では圧力が充分に下がらず、ターボ分子ポンプ部、ネジ溝ポンプ部内のガスの粘性抵抗が未だ大きくて、第１の駆動モータ６に大きな出力が要求される。また、所定の真空度に達するまでも長い時間を要する。第１の駆動モータ６に大出力のモータを用いると、ポンプが大型化するばかりでなく、その発熱量が増え、モータ周囲の温度を上げてしまうという問題も生じる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６８１９２号公報（段落番号００１６、００１８、００２６〜００２７、００４１、図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、上述の問題点を解決し、低消費動力、小型でありながら短時間に高真空が得られる大気圧排気の真空ポンプを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために、この発明の真空ポンプは、第１の駆動源により回転駆動されるターボ分子ポンプ部、ネジ溝ポンプ部および再生ポンプ部と、第２の駆動源により回転駆動される円周流ポンプ部とが、ターボ分子ポンプ部、ネジ溝ポンプ部、再生ポンプ部および円周流ポンプ部の順の排気通路で接続されて、ひとつの筐体内に収納されている。
【０００８】
すなわち、この発明では、小型化と性能向上のために、高真空側に再生ポンプを追加し、低真空側に円周流ポンプを用いた。そして、起動時の高真空側（ターボ分子ポンプ部、ネジ溝ポンプ部、再生ポンプ部）の空気抵抗を小さくして第１の駆動源を早く立ち上げるために、第２の駆動源で円周流ポンプを駆動し、高真空側に素早く低真空（２５０Ｔｏｒｒ以下）を作り出せるようにした。なお、所定の真空度に到達した後は、高真空側の第１の駆動源だけ運転を続け、低真空側の第２の駆動源を停止することも可能である。
【０００９】
上記第１の駆動源と同軸に、高真空側のポンプ内がターボ分子ポンプ部、再生ポンプ部、ネジ溝ポンプ部の順に配設され、ネジ溝ポンプ部の内部に第１の駆動源が配置されているようにすると、円板状でそのロータ質量がネジ溝ポンプ部のロータ質量よりも大きい再生ポンプ部が第１の駆動源よりもターボ分子ポンプ部寄りになって、排気通路、冷却液通路の配置がシンプルになり、容易に一体化することができる。
【００１０】
再生ポンプ部および円周流ポンプ部は発熱が多いから、それぞれに近接して冷却管路を設けて冷却することが好ましい。
【００１１】
この冷却管路が、再生ポンプステータ部材および円周流ポンプステータ部材にそれぞれ刻設された溝と、この溝を塞ぐ対向部材の対向面とで形成されているようにすると、余分な空間がなく、コンパクトで冷却効率がよくなる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、以下の効果を奏する。
【００１３】
（１）小型でありながら短時間に高真空が得られる大気圧排気の真空ポンプが得られる。
【００１４】
（２）高真空側の排気ガスの抵抗をその起動時から少なくでき、高真空側の駆動源として低消費動力、小型の駆動源を使用することができる。
【００１５】
（３）補助ポンプを高真空側のポンプと一体化してひとつの筐体内にまとめたから、排気系コンダクタンスを大きくでき、トータルの使用エネルギーを減らすことができる。
【００１６】
（４）補助ポンプ別置の場合に比べ、真空ポンプから外部へのガスの排気が大気圧で行われるから、排気管路を細くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
この発明の実施の形態を、以下、図１〜図６を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図４は、図１のＩＶ−ＩＶ断面図、図５は、図１のＶ−Ｖ断面図である。また、図６は、この発明の排気順路を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、１は真空ポンプの筐体である。この筐体１は、円筒状のケーシング１Ａ、ケーシング１Ａ下部に密封接続された中間ベース１Ｂ、中間ベース１Ｂ下部に密封接続された下部ベース１Ｃおよび下部ベース１Ｃ下面を密閉して覆う下カバー１Ｄからなっている。２はターボ分子ポンプ部、３はネジ溝ポンプ部、４は再生ポンプ部である。
【００１９】
［ターボ分子ポンプ部］
ターボ分子ポンプ部２は、ロータ５の外周に一体的に固定された複数のロータ翼２０１と、ケーシング１Ａ側に取り付けられ、ロータ翼２０１と交互に重ねて配置されたステータ翼２０２とを有する。上記ロータ５は、第１のモータ（第１の駆動源）６の出力軸６Ａに取り付けられている。
【００２０】
ターボ分子ポンプ部２では、周知のように、ロータ翼２０１の回転により、ロータ翼２０１、ステータ翼２０２の隙間を気体分子が下方へ送られるようになっている。
【００２１】
［ネジ溝ポンプ部］
上記ロータ５の下部外周には、ネジ溝ポンプ部３の円筒状ネジ溝ポンプロータ３０１が一体的に固定されている。このネジ溝ポンプロータ３０１は円筒状で、上記中間ベース１Ｂ上面付近まで伸びている。ネジ溝ポンプロータ３０１の外周面に接近して第１のネジ溝ステータ３０２がケーシング１Ａに取り付けられている。ネジ溝ポンプロータ３０１の内周面に接近して第２のネジ溝ステータ３０３が配設されている。この第２のネジ溝ステータ３０３は、コラム７の外周面に固定されている。このコラム７は、コラムベース１４上面に固定され、コラムベース１４は、中間ベース１Ｂの内の上部に固定されている。コラム７の内部には上記第１のモータ６のステータが取り付けられている。
【００２２】
ネジ溝ポンプ部３では、ターボ分子ポンプ部２により下方に送られてきた気体分子がネジ溝ポンプロータ３０１の回転によりネジ溝ポンプロータ３０１と第１のネジ溝ステータ３０２との隙間に導入され、周知のネジ溝ポンプ作用によって下方に送られる。そして、気体分子は、更に中間ベース１Ｂ上面の空間Ｇ２で折り返してネジ溝ポンプロータ３０１と第２のネジ溝ステータ３０３との隙間に導入され、ロータ５下面の空間Ｇ３に向けて、更に、ネジ溝ポンプ作用によって上方へ送られるようになっている。
【００２３】
［再生ポンプ部］
上記再生ポンプ部４は、上記ロータ５下部に形成された再生ポンプ部ロータ４０１と、コラム７の上面に固定された円板状の再生ポンプ部ステータ４０２とを有する。
【００２４】
ここで、上記再生ポンプ部４を更に詳細に説明する。再生ポンプ部４は、複数の再生ポンプａ〜ｆからなっている。これらの再生ポンプａ〜ｆは同心円状に配置されいて、再生ポンプａの吸気口は上記ネジ溝ポンプ部３の排気口Ｇ３に通じ、再生ポンプａの排気口は隣りの再生ポンプｂの吸気口に連通する、という具合に順次最内側の再生ポンプｆに直列につながり、再生ポンプｆの排気口は排気通路８Ａにつながっている。
【００２５】
各再生ポンプａ〜ｆには、上記再生ポンプ部ステータ４０２に設けられた円環状の溝と、この溝に挿入され、上記再生ポンプ部ロータ４０１に設けられた円環とがある。この円環の先端部には細かい板状の突起がある。再生ポンプ部ロータ４０１の回転により溝の中で円環が回って導入されたガスに渦を発生させ、再生ポンプ作用を発生させるものである。
【００２６】
［円周流ポンプ部］
上記下部ベース１Ｃ上面、中間ベース１Ｂの内側には、円周流ポンプ部９が設けられている。この円周流ポンプ部９は、下部円周流ポンプ部ステータ９０１、上部円周流ポンプ部ステータ９０２および円周流ポンプロータ９０３からなっている。円周流ポンプロータ９０３は、上記円周流ポンプ部ステータ９０１、９０２に回転自在に挟み込まれ、下部ベース１Ｃに設けられた第２のモータ（第２の駆動源）１０の出力軸１０Ａに取り付けられている。
【００２７】
この第２のモータ１０は、第１のモータ６と同軸に配設され、その結果、高真空側のターボ分子ポンプ部２、ネジ溝ポンプ部３、再生ポンプ部４と円周流ポンプ部９は同軸に配置され、コンパクトにまとめられる。
【００２８】
上記円周流ポンプロータ９０３は、外周辺に多数の溝を持つ羽車となっている。この羽車の回転が、上下の円周流ポンプ部ステータ９０１、９０２の重ね合わせにより形成される円環状の空間に導入されたガスに渦を発生させ、ポンプ作用を発生させるようになっている。
【００２９】
この円周流ポンプ部９では、再生ポンプ部４から排気されたガスが排気通路８Ａ経由で導かれ、円周流ポンプ吸入口９０４（図４参照）に導かれる。そして、円周流ポンプ排気口９０５から排気通路８Ｂ、真空ポンプ排気口２６経由で大気中へ排気されるようになっている。
【００３０】
［冷却管路］
上記再生ポンプ部４と円周流ポンプ部９とは、そのポンプの原理（渦流を作ってガスにエネルギーを与える）から、他のポンプ部（ターボ分子ポンプ部２、ネジ溝ポンプ部３）よりも発熱が多い。温度上昇を避けるために、再生ポンプ部４と円周流ポンプ部９とに冷却手段を設けている。
【００３１】
上記再生ポンプ部ステータ４０２の下側（再生ポンプａ〜ｆのない側）には、円弧を折り返し接続してなる冷却管路１１Ａ（図２参照）が再生ポンプａ〜ｆに近接して設けられている。この冷却管路１１Ａは、再生ポンプ部ステータ４０２に刻設された溝と、この溝を塞ぐコラム７上面とで形成され、再生ポンプａ〜ｆからの熱伝導効率をよくしている。そして、冷却管路１１Ａ内を通る冷却液（この実施の形態では、水）の漏出を防ぐために、コラム７上面と再生ポンプ部ステータ４０２下面の間は、図に示すように、Ｏリング１２、１３でシールしてある。
【００３２】
上記上部円周流ポンプ部ステータ９０２の上部、および、下部円周流ポンプ部ステータ９０１の下部には、それぞれ円弧状の冷却管路１１Ｂ（図３参照）、１１Ｃ（図５参照）が、円周流ポンプ部に近接して設けられている。これらの冷却管路１１Ｂ、１１Ｃは、円周流ポンプ部ステータ９０１、９０２に刻設された溝と、これらの溝をそれぞれ塞ぐコラムベース１４下面、下部ベース１Ｃ上面とで形成され、円周流ポンプ部からの熱伝導効率をよくしている。そして、冷却管路１１Ｂ、１１Ｃ内を通る冷却液の漏出を防ぐために、コラムベース１４下面と上部円周流ポンプ部ステータ９０２上面の間、下部円周流ポンプ部ステータ９０１下面と下部ベース１Ｃ上面の間は、図に示すように、Ｏリング１５、１６、１７、１８でシールしてある。
【００３３】
上記冷却管路１１Ａ〜１１Ｃに流す冷却液は、冷却液入口１９（図５参照）から送り込まれて冷却液出口２４へ戻る。すなわち、冷却液は、冷却液入口１９から冷却液通路２０経由で先ず冷却管路１１Ｃへ送られ、冷却管路１１Ｃを通過して冷却液通路２１経由で冷却管路１１Ｂへ送られる。冷却液は、冷却管路１１Ｃ、１１Ｂで円周流ポンプ部９を冷却する。冷却管路１１Ｂを通過した冷却液は、次いで、冷却液通路２２（図２、３参照）経由で冷却管路１１Ａへ送られ、再生ポンプ部４を冷却する。冷却管路１１Ａを通過した冷却液は、冷却液戻り通路２３を経由して冷却液出口２４へ戻る。
【００３４】
［真空引き動作］
ケーシング１Ａ上面の真空ポンプ吸気口２５には、図６に模式的に示すように、真空チャンバが接続される。上述の説明から理解されるように、真空ポンプ内部では、排気経路が、真空ポンプ吸気口２５、ターボ分子ポンプ部２、ネジ溝ポンプ部３、再生ポンプ部４、排気通路８Ａ、円周流ポンプ部９、排気通路８Ｂ、真空ポンプ排気口２６の順に形成されている。
【００３５】
真空引き前の真空チャンバも大気圧となっている状態からの真空引き動作を説明する。
【００３６】
大気圧中では、ターボ分子ポンプ部２、ネジ溝ポンプ部３は、空気抵抗が大き過ぎ、このため、第１のモータ６は過負荷となって回転が上がらず、発熱が大きくなってしまう。再生ポンプ部４も空気抵抗が過大である。そこで、先ず、第２のモータ１０だけを起動して、円周流ポンプ部９を運転する。円周流ポンプ部９は、空気抵抗の大きい大気圧中でも効率よく排気するポンプであるから、よく空気を吸引して、短時間で真空チャンバ〜再生ポンプ部４、排気通路８Ａの気圧を低真空（たとえば、２５０Ｔｏｒｒ以下）に低下させる。この状態になると、ターボ分子ポンプ部２、ネジ溝ポンプ部３、再生ポンプ部４の空気抵抗も軽減されるので、第１のモータ６を起動する。再生ポンプ部４が働いて、ネジ溝ポンプ部３、ターボ分子ポンプ部２の空気抵抗は更に低下すると、第１のモータ６の負荷が軽くなって回転が上がり、ネジ溝ポンプ部３、ターボ分子ポンプ部２も正常に機能するようになる。真空ポンプは定常運転状態となり、図６のような圧力分布となる。第２のモータ起動から定常運転に達するまでの時間は、第１のモータとして出力がそれ程大きいものを用いなくても、特許文献１の真空ポンプよりもはるかに短くなった。真空ポンプの発熱も少なくなった。
【００３７】
起動時も、定常運転時も、冷却液を、冷却液入口１９、冷却液通路２０、冷却管路１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、冷却液通路２３、冷却液出口２４と流して、再生ポンプ部４、円周流ポンプ部９を冷却する。
【００３８】
定常運転になってからは、再生ポンプ部４、ネジ溝ポンプ部３、ターボ分子ポンプ部２の空気抵抗は正常作動可能なまでにそれぞれに低下しているから、第２のモータ１０を停止して運転することもできる。なお、このときは、排気通路８Ａの気圧は上がるので、再生ポンプ部４の空気抵抗が大きくなり、第１のモータ６の消費動力は増加する。トータルの運転動力を減らすためには、第２のモータ１０を起動時だけでなく、常時回転する方がよい。また、回転イナーシャの小さい第２のモータの回転数を変えることにより、容易に真空チャンバの圧力を変えることも可能である。
【００３９】
低真空側の運転初期の圧力をより早く低くするために、たとえば、円周流ポンプ部を上下２段に配置して排気経路を直列接続する等、低真空側の円周流ポンプをより強力にするとよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の一実施形態を示す縦断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ部分断面図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ部分断面図。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ部分断面図。
【図５】図１のＶ−Ｖ部分断面図。
【図６】この発明の排気順路を示すブロック図。
【図７】従来の真空ポンプを示す縦断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１  筐体
１Ａ  ケーシング
１Ｂ  中間ベース
１Ｃ  下部ベース
１Ｄ  下カバー
２  ターボ分子ポンプ部
２０１  ロータ翼
２０２  ステータ翼
３  ネジ溝ポンプ部
３０１  ネジ溝ポンプロータ
３０２  第１のネジ溝ステータ
３０３  第２のネジ溝ステータ
４  再生ポンプ部
４０１  再生ポンプ部ロータ
４０２  再生ポンプ部ステータ
５  ロータ
６  第１のモータ（第１の駆動源）
６Ａ  出力軸
７  コラム
８Ａ、８Ｂ  排気通路
９  円周流ポンプ部
９０１  下部円周流ポンプ部ステータ
９０２  上部円周流ポンプ部ステータ
９０３  円周流ポンプロータ
９０４  円周流ポンプ吸入口
９０５  円周流ポンプ排気口
１０  第２のモータ（第２の駆動源）
１０Ａ、１０Ｂ  出力軸
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ  冷却管路
１２、１３  Ｏリング
１４  コラムベース
１５、１６、１７、１８  Ｏリング
１９  冷却液入口
２０、２１、２２  冷却液通路
２３  冷却液戻り通路
２４  冷却液出口
２５  真空ポンプ吸気口
２６  真空ポンプ排気口
ａ〜ｆ  再生ポンプ
Ｇ２  ネジ溝ポンプ部の折り返し空間
Ｇ３  ネジ溝ポンプ部の排気口（空間）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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