(57)【要約】合金より成るロータを備えた機械的運動学的な真空ポンプにおいて、熱抵抗及びクリープ強さを高めるために、ロータ材料を、粉末冶金的に製造された軽金属合金とすることが提案されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金より成るロータを備えた機械的運動学的真空ポンプにおいて、ロータ材料が、粉末冶金的に製造されたアルミニウム合金であって、該アルミニウム合金の主要な合金成分が銅であることを特徴とする、機械的動力学的な真空ポンプ。
【請求項２】
銅の割合が３〜７質量％である、請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
ロータ材料が、別の合金成分、つまり０．１〜１質量％の割合を有するシルバー、ジルコン、マンガン、マグネシウムを含有している、請求項１又は２記載のポンプ。
【請求項４】
銅の割合が高く、その他の合金成分の割合が低い場合に、別の合金成分として付加的に、１質量％を下回る割合のチタンが設けられている、請求項３記載のポンプ。
【請求項５】
合金より成るロータを備えた機械的動力学的な真空ポンプにおいて、ロータ材料が粉末冶金学的に製造されたマグネシウム合金であることを特徴とする、機械的動力学的な真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金より成るロータを備えた機械的動力学的（ｍｅｃｈａｎｉｓｃｈｅ ｋｉｎｅｔｉｓｃｈｅ；メカニカルキネティカル）な真空ポンプに関する。
【０００２】
機械的動力学的真空ポンプには、定義に応じたガスポンプ、ターボ分子ポンプ（アキシャル、ラジアル）及び分子−／ターボ分子ポンプが所属している。このような真空ポンプは、分子流（１０−３ｍｂａｒよりも低い圧力）の範囲内に、搬送しようとするガス成分を機械的に搬送することができる。さらに、分子ポンプは、ガスをクヌーセン”Ｋｎｕｄｓｅｎ”流（１０−３〜１ｍｂａｒ）の範囲内に搬送することもできる。有利に使用された機械的動力学的な真空ポンプは、しばしばターボ分子ポンプ段と、このポンプ段に続く分子ポンプ段とを有している（複合ポンプ又はハイブリッドポンプ）。何故ならば、このようなポンプは、ガスを、粘性流の範囲まで圧縮することができるからである。
【０００３】
ターボ分子真空ポンプ及び複合ポンプは、半導体工業の製造プロセスにおいて使用される。この場合に使用される方法、エッチング、コーティング又はこれと類似の方法は、真空中のみで実施される。前記真空ポンプは、真空室をプロセス開始前に排気し、プロセス経過中は所望の低い圧力を維持するという課題を有している。
【０００４】
ターボ分子真空ポンプは、高回転数（１０００００回転／分まで）で駆動される。ロータダイナミックな理由によりロータは軽量金属、一般的に溶融冶金的に製造されるアルミニウム合金より成っている。この合金は、ロータが可能な限り高い熱抵抗及び所定時間内のクリープ強さを有するよに、調整されている。クリープ強さは、ロータ温度が上昇するにつれて低下する。従来使用されたアルミニウム合金においては、ロータ温度が１２０℃の値を越えない場合に、許容されるクリープ強さが得られる。
【０００５】
半導体プロセスの実施中に、真空室内に存在する半導体構成部分は高い温度にさらされる。これに関連して、真空ポンプから供給されるガスの温度が上昇する。このガスは特に、接続された真空ポンプのロータの温度上昇の原因となる。この温度上昇は、前記クリープ強さに不都合な影響を及ぼす。
【０００６】
分子真空ポンプ又はターボ分子真空ポンプのロータの冷却は困難である。一方ではロータ内に真空が存在するので、供給された、いずれにしても熱いガスを介して熱導出は行われない。ロータが磁石で軸受けされていれば、その軸受部分は接触しない。従って磁石軸受を介しての熱導出は同様に不可能である。機械的な軸受が設けられていれば、ロータの熱は軸受を介して導出される。しかしながらこの熱導出の経路は狭く限定されている。一方では転動体を介して接触するステータとロータの面領域は、転動体のほぼ点状の接触面上で転動体の軸受リング内に制限されている。さらに、軸受は、潤滑剤が存在するために高い温度にさらされてはならない。また機械的な軸受の運転は熱発生と結びついている。しかも、原則としてポンプの駆動モータはステータの構成部分であって、軸受の近くに配置されている。駆動モータが負荷を受けて駆動される段階中に、駆動モータ自体が熱源となっている。この場合には、ロータとステータとの間での熱の部分伝達が、高密度によってガスを介して可能である。機械的な軸受を介しての決定的な熱量の導出は、ステータ側の軸受部分の集中的な冷却時においてのみ可能である。
【０００７】
ＪＰ−Ｕ−３０３４６９９（実用新案登録第３０３４６９９）号公報によれば、機械的動力学的な真空ポンプのポンプ作動面を部分的に、高い熱抵抗の被覆部によって被覆することが知られている。このような手段は高価であり、従って費用がかかる。
【０００８】
ＷＯ（国際公開）第９９／５７４４１号パンフレットによれば、半導体プロセスにおいて使用するために規定された機械的動力学的な真空ポンプが公知である。この真空ポンプは、ターボ分子真空ポンプとして構成されている。半導体プロセスの時間を短縮するために、ポンプの吸込み能力を改良するという課題が設定されている。この場合、ポンプの大きさは変わらない。この課題を解決するために、ロータの材料として高い温度のための適した硬い材料を使用することが提案されている。つまりベース材料としての金属と、ベース材料を補強するための非金属の添加材料例えばセラミックとから成る材料を使用することが提案されている。この材料は、ロータの回転数を高めることを可能にし、それによって、ポンプの大きさを変えることなしに、熱負荷の上昇に関連して吸い込み能力の増大が得られる。しかしながら提案された材料の切削加工は、硬質材料粒子の割合が高いため問題がある。多数の翼を含む、ターボ分子真空ポンプのためのロータは、一般的な形式で全回転切削／フライス切削される。ロータの製造に伴う切削率は８０％までに達する。従ってこのように提案された材料からロータを製造するのは、高価で、コストがかかる。
【０００９】
そこで本発明の課題は、冒頭に述べた形式の摩擦真空ポンプの熱抵抗及び所定時間内のクリープ強さを改善することである。
【００１０】
この課題は本発明によれば、請求項の特徴部によって解決された。
【００１１】
粉末冶金的に（又は溶射圧縮によって）製造されたアルミニウム合金は公知である。このようなアルミニウム合金は、合金成分より成る溶融物がノズルによって冷たい表面に溶射されることによって製造される。アルミニウム材料の溶融冶金的な製造に対して溶融物の非常に迅速な硬化が得られ、これによって合金は、変えられた特性を有する新たな組織を得る。溶射圧縮によって製造されたアルミニウム合金（その主要な合金成分は銅である）は、特に溶融冶金的に製造されたアルミニウム合金よりも高い強度を有している。
【００１２】
当該の真空ポンプのロータのために以上のような材料を使用することによって、このような形式のポンプは高いクリープ強さを有するものが製造される。前記温度限界（１２０℃）を越えなければ、（従来の）最大回転数を著しく高めることができる。さらにまた、従来の１２０℃まで許容されていた回転数を低下させる必要なしに、従来の最大許容温度を１３５℃まで高めることができる。
【００１３】
半導体プロセス時に使用される分子−／ターボ分子ポンプの、溶融冶金的に製造されたアルミニウム合金より成るロータとステータとに、腐食防止のために、転換層（表面に近いアルミニウムをアノード化によってＡｌ２Ｏ３に変換する）を備えるようにすることは公知である。新たな材料の合金成分は金属性であって、比較的小さいので、従来のように閉じた転換層を被着する有利な可能性を提供する。前記国際公開パンフレットにおいて提案された材料では、確実な転換層の被着は許容されない。
【００１４】
本発明による材料は、ＤＩＳＰＡＬ（例えばＤＩＳＰＡＬ Ｓ ６９０及びＳ６９１）の名称で市販されている。本発明による材料は、アルミニウムの他に、３．８〜５．６質量％の銅、並びにその他の合金成分、例えば０．１〜１質量％の割合を有するマグネシウム、マンガン、ジルコン、シルバー及び／又はチタンを含有している。
【００１５】
比較可能な特性を有する材料においては、ベース材料としてアルミニウムの代わりに、その他の軽量材料つまりマグネシウムが設けられている。これによって、粉末冶金的に製造されたＡｌベースの合金の前記利点は、Ｍｇベースの合金のためにも使用することができる。この場合、合金組成及び製造法は相応に合わせられる。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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