(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に、動翼と静翼とを備えた軸流段部と、ロータまたはステータに螺旋状のねじ溝が形成されたねじ溝段部とを備えたターボ分子ポンプにおいて、
前記ケーシングは、少なくとも軸方向において上端部に位置する上部ケーシングと、下端部に位置するベースと、前記上部ケーシングとベースとの間に位置する下部ケーシングとに分割された構造であり、
前記ケーシングに収容された内部構造物と、前記ケーシングとの間にはロータ径方向に隙間が形成され、前記下部ケーシングと前記内部構造物との間の隙間が前記上部ケーシングおよびベースと前記内部構造物との間の隙間より狭く形成され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、
前記上部ケーシングと前記下部ケーシングとが、ロータ軸方向に螺合されるボルトにより締結される構成であって、前記上部ケーシングと下部ケーシングとの少なくともいずれか一方には、前記ボルトが挿入されるボルト孔として、ロータ周方向に長い長孔が設けられていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記ベースと前記下部ケーシングとが、ロータ軸方向に螺合されるボルトにより締結される構成であって、前記ベースと下部ケーシングとの少なくともいずれか一方には、前記ボルトが挿入されるボルト孔として、ロータ周方向に長い長孔が設けられていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記上部ケーシングと前記静翼との間にプロテクタが設けられ、該プロテクタは、前記ケーシングに対して径方向及び軸方向に隙間が形成され、回転拘束されていないことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空排気に用いられるターボ分子ポンプの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体プロセスは、光学的処理や化学的処理等からなる様々な工程により実現される。光学的処理の代表例としては、ウェハ面への回路パターン焼き付けを行う露光処理が挙げられ、化学的処理では例えば、ウェハ面において薄膜を作製する等の表面処理、エッチング処理、洗浄処理等が挙げられる。また、これらの処理を実現するためには、光学的処理においては露光装置、化学的処理においては様々な化学薬品やこれを安全に取り扱うための各種機器が用いられる。これら様々な工程又は各種装置及び機器においては、半導体の更なる高集積化等への要求が高まりつつある中で、それぞれが技術的に高度な水準を要求されており、また更なる発展をも図るべく関係各所にて鋭意研究、開発が進行することとなっている。
【０００３】
その中で特に具体的技術を挙げると、化学的処理である表面処理工程に注目すれば、上述した薄膜製造技術として、半導体プロセスにおいては必須となった技術としてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）技術がある。このＣＶＤとは、ウェハ等の基板上に対して原料ガスを供給し、当該基板上でのガスの吸着及び化学反応を経て、その基板上に所望の薄膜を形成する技術である。この技術は、ゲートの薄膜化、配線間容量低減等の半導体高集積化を実現するためには欠くことのできないものとなっている。
【０００４】
上記ＣＶＤの中でも減圧ＣＶＤ及びプラズマＣＶＤ等は真空雰囲気で行われ、真空排気系が必要となる。
【０００５】
上記真空排気系としては、一般に大気圧からの低真空領域をカバーするロータリポンプと高真空で高い排気速度を持つデフュージョンポンプやターボ分子ポンプ等の高真空ポンプを組み合わせたものが利用される。ターボ分子ポンプとは、周知のように高速で回転する（約20000〜90000rpm）ロータにより気体分子を圧縮しつつ排気するような構成を備えたものである。ここでロータとしては、これが上述したように非常に高速で回転する部材であるため、軽量かつ応力強度の高いアルミニウム合金をその材質として選択されるのが一般的である。
【０００６】
次に、上記ターボ分子ポンプについて詳細に説明する。図４に示すように、ターボ分子ポンプＰは、上半部１ａ及び下半部１ｂとからなるケーシング１内部に各種部品が備えられた構成となっている。このケーシング１においては、その上半部１ａに吸気口１ｃ、下半部１ｂに排気口１ｄが、それぞれ形成されている。ケーシング１内部においては、上部に軸流段部ＰA、下部にねじ溝段部ＰBが設けられている。軸流段部ＰAは主として後述する多段に設けられた動翼５および静翼３とにより構成され、ねじ溝段部ＰBにおいては動翼５に螺旋状のねじ溝１３が形成されている。
【０００７】
より具体的に説明すると、ロータ室２には、ロータ４が配設されている。ロータ４は、鉛直に立設されたロータシャフト４ａと、当該ロータシャフト４ａ周囲に放射状に配置された動翼５とを備えた構成となっている。また、ケーシング上半部１ａには静翼３が固定されている。
ロータ４には、動翼５の下方にねじ溝１３が形成されたねじ溝ロータ部１４が形成されている。ねじ溝ロータ部１４にはケーシング上半部１ａと対向する面にねじ溝１３が形成されており、ねじ溝１３の山部とケーシング上半部１ａとの間にわずかな隙間が形成されている。
【０００８】
前記ロータシャフト４ａの下端部には、スラスト磁気ディスク６が備えられている。このスラスト磁気ディスク６の上下面には、これに対向した形でスラスト磁気軸受け８が設けられている。また、ロータシャフト４ａとケーシング下半部１ｂとの対向面における上方及び下方には、それぞれラジアル磁気軸受け７ａ、７ｂが設けられている。さらに、ロータシャフト４ａ上端部にラジアル用上部保護軸受けとして設けられたボールベアリング９、同下端部にはラジアル及びスラスト用下部保護軸受けとして設けられたボールベアリング１０が設けられている。そして、ケーシング下半部１ｂには、ロータ駆動用モータ１１が設けられている。
真空排気の際にはモータ１１を駆動してロータ４を回転させる。ロータ４の回転により動翼５と静翼３との間で第１の圧縮が行われたあと、ねじ溝段部ＰBのねじ溝１３によって第２の圧縮が行われ、排気口１ｄ方向へ流れて真空排気される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ロータは非常に高速で回転している。したがって、万一ロータが破損し、ケーシングに衝突すると、ケーシングがロータとともに回転して、真空排気対象の装置系、例えば半導体製造装置などにも破損を及ぼしてしまうおそれがある。この装置系は非常に高価な場合が多いため、万一の破損によって生ずる経済的損失は甚大なものとなる。
そこで、このような真空排気対象の装置系を破損から保護するための構成として、ケーシングを二重にすることで回転エネルギーを減少させる技術も提供されている。しかし、内側のケーシングが外側のケーシングまたはベースに衝突する場合もあり、外側ケーシングまたはベースがロータとともに回転してしまい、なおも他の装置系の破損を引き起こすおそれがあった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、ロータ側に異常が生じても、真空排気対象の装置系の破損を防止することができるターボ分子ポンプを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ケーシング内に、動翼と静翼とを備えた軸流段部と、ロータまたはステータに螺旋状のねじ溝が形成されたねじ溝段部とを備えたターボ分子ポンプにおいて、前記ケーシングは、少なくとも軸方向において上端部に位置する上部ケーシングと、下端部に位置するベースと、前記上部ケーシングとベースとの間に位置する下部ケーシングとに分割された構造であり、前記ケーシングに収容された内部構造物と、前記ケーシングとの間にはロータ径方向に隙間が形成され、前記下部ケーシングと前記内部構造物との間の隙間が前記上部ケーシングおよびベースと前記内部構造物との間の隙間より狭く形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明においては、ケーシングが分割構造とされ、真空排気対象である装置系に接続される上部ケーシングまたは装置に固定されるベースとは別に、これらの間に下部ケーシングが設けられているため、下部ケーシングに衝突を吸収させる構成を採用することが可能となる。
そして、ロータを含む内部構造物が破損してケーシングに衝突する事故が発生した場合、内部構造物は最も近接している下部ケーシングに衝突する。したがって下部ケーシングにロータの回転エネルギーが最初に伝達される。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、前記上部ケーシングと前記下部ケーシングとが、ロータ軸方向に螺合されるボルトにより締結される構成であって、前記上部ケーシングと下部ケーシングとの少なくともいずれか一方には、前記ボルトが挿入されるボルト孔として、ロータ周方向に長い長孔が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、前記ベースと前記下部ケーシングとが、ロータ軸方向に螺合されるボルトにより締結される構成であって、前記ベースと下部ケーシングとの少なくともいずれか一方には、前記ボルトが挿入されるボルト孔として、ロータ周方向に長い長孔が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
これら請求項２および３に記載の発明によれば、ロータの異常等によって下部ケーシングにロータの回転エネルギーが作用した場合、ボルトが直ちに剪断されず、変形することによって回転エネルギーが吸収される。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３いずれかに記載のターボ分子ポンプにおいて、前記上部ケーシングと前記静翼との間にプロテクタが設けられ、該プロテクタは、前記ケーシングに対して径方向および軸方向に隙間が形成され、回転拘束されていないことを特徴とする。
【００１７】
この発明においては、動翼が破損した場合、動翼は静翼とともにプロテクタに衝突し、プロテクタは動翼および静翼とともに回転する。このためロータの回転エネルギーはケーシングに伝達されない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態について示した図である。ターボ分子ポンプ２０は、上部ケーシング２１ａ、下部ケーシング２１ｂおよびベース２１ｃとにより構成されたケーシング２１内部に各種部品が備えられた構成となっている。このケーシング２１においては、その上部ケーシング２１ａに吸気口２１ｄ、ベースに排気口２１ｅが、それぞれ形成されている。
上部ケーシング２１ａと下部ケーシング２１ｂ、および下部ケーシング２１ｂとベース２１ｃとは、ボルトにより締結されている構造となっている。上部ケーシング２１ａ、下部ケーシング２１ｂ、およびベース２１ｃには軸方向にボルト４０、４１が螺合されるボルト孔４２，４３が設けられている。これらボルト孔４２，４３は、図２に示すようにロータの周方向に長い長孔となっている。
【００１９】
ケーシング２１内部においては、上部に軸流段部２０ａ、下部にねじ溝段部２０ｂとが設けられている。軸流段部２０ａは主として後述する多段に設けられた動翼２５および静翼２３とにより構成され、ねじ溝段部２０ｂにおいてはロータ２４に螺旋状のねじ溝３３が形成されている。
より具体的に説明すると、ロータ室２２には、ロータ２４が配設されている。ロータ２４は、鉛直に立設されたロータシャフト２４ａと、該ロータシャフト２４ａ上部の周囲に放射状に配置された動翼２５とを備えた構成となっている。また、動翼２５の間には、固定側に設けられた静翼２３が固定されている。
静翼２３および動翼２５と上部ケーシング２１ａとの間には、円筒形状のプロテクタ４５が設けられている。このプロテクタ４５は、上部ケーシング２１ａに対してロータ径方向に所定の隙間５０ａを隔ててあり、その下端は下部ケーシング２１ｂに形成されている階段状のガイド４６に嵌着されている。プロテクタ４５は単にガイド４６に嵌着されているだけであるから、回転拘束はなされていない。上端には上部ケーシング２１ａに対して軸方向の隙間５０ｄが形成され、上部ケーシング２１ａと離間している。
【００２０】
ロータ２４の下部には、動翼２５の下方にねじ溝３３が形成されたねじ溝ロータ３５が形成されている。
ねじ溝ロータ３５の外側には、内側ケーシング４８が設けられている。この内側ケーシング４８は、下部ケーシング２１ｂと径方向に所定の隙間５０ｂ、ベース２１ｃと径方向に所定の隙間５０ｃを隔てて設けられている。その上部は固定されておらず、上端面と下部ケーシング２１ｂとの間にわずかな隙間４８ａが形成されＯリングなどでシールされている。下部はベース２１ｃに設けられた溝５１に嵌着しているとともに、ボルト４９によってボルト止めされている。
ここで、上記上部ケーシング２１ａ、下部ケーシング２１ｂおよびベース２１ｃと、内部構造物（すなわちプロテクタ４５および内側ケーシング４８と、これらよりも内部のロータ２４）との間には、径方向に隙間５０ａ、５０ｂ、５０ｃが形成されているが、その隙間幅は、内側ケーシング４８と下部ケーシング２１ｂとの間の隙間５０ｂが、プロテクタ４５と上部ケーシング２１ａおよび内側ケーシング４８とベース２１ｃとの間の隙間５０ａ、５０ｃよりも狭くなっている。
【００２１】
前記ロータシャフト２４ａの下端部には、スラスト磁気ディスク２６が備えられている。このスラスト磁気ディスク２６の上下面には、これに対向した形でスラスト磁気軸受け２８が設けられている。また、ロータシャフト２４ａと下部ケーシング２１ｂとの対向面における上方及び下方には、それぞれラジアル磁気軸受け２７ａ、２７ｂが設けられている。さらに、ロータシャフト２４ａ上端部にラジアル用上部保護軸受けとして設けられたボールベアリング２９、同下端ネック部にはラジアル及びスラスト用下部保護軸受けとして設けられたボールベアリング３０が設けられている。そして、下部ケーシング２１ｂには、ロータ駆動用モータ３１が設けられている。
【００２２】
以上のように構成されたターボ分子ポンプにおいては、真空排気の際にはモータ３１を駆動してロータ２４を回転させる。ロータ２４の回転により動翼２５と静翼２３との間で第１の圧縮が行われたあと、ねじ溝段部２０ｂのねじ溝３３で第２の圧縮が行われる。このとき、圧縮されるガスはねじ溝ロータ３５と内側ケーシング４８との間を下方に流れることにより真空排気される。
【００２３】
ロータ２４に何らかの異常が発生し、破壊した場合、まず、ねじ溝段部２０ｂにおいて、ねじ溝ロータ３５が内側ケーシング４８に衝突する。内側ケーシング４８は高速回転しているロータ２４の回転力によって下部の嵌着状態とボルト４９による固定が破壊される。次いで内側ケーシング４８は隙間５０ｂの分だけ半径方向に変形することでエネルギーを吸収しながら下部ケーシング２１ｂに衝突し、下部ケーシング２１ｂが半径方向に変形することでさらにエネルギーを吸収する。下部ケーシング２１ｂはロータ２４および内側ケーシング４８とともに回転する。その際、図３に示すように、下部ケーシング２１ｂと、上部ケーシング２１ａまたはベース２１ｃとがずれる際にボルト孔４２，４３内でボルト４０，４１が曲がることにより、ロータ２４の回転エネルギーを吸収する。これにより、上部ケーシング２１ａ（またはベース２１ｃ）に接続されている真空排気対象の装置系にはロータ２４のエネルギーを伝達せずに破損を防止することができる。
長孔でない場合にはボルト４０，４１が瞬時にせん断され、衝撃をあまり吸収することができない。
【００２４】
また、軸流段部２０ａにおいては、動翼２５が破損して静翼２３とともにプロテクタ４５に衝突するが、プロテクタ４５は回転が拘束されていないため、衝突後はロータ２４の回転エネルギーを受けてプロテクタ４５も回転する。プロテクタ４５は径方向において上部ケーシング２１ａとの間に隙間５０ａが形成され、また、上部は上部ケーシング２１ａと隙間５０ｄの分だけ離間しているから、ロータ２４の回転エネルギーが上部ケーシング２１ａに伝達されることなく、これによっても真空対象の装置系の破損を防止することができる。
【００２５】
以上のように、本実施形態のターボ分子ポンプにおいては、以下の効果を得ることができる。
内側ケーシング４８と下部ケーシング２１ｂとの間の隙間５０ｂは、内側ケーシング４８とベース２１ｃとの隙間およびプロテクタ４５と上部ケーシング２１ａとの隙間５０ｃ、５０ａより狭く構成されているため、ロータ２４が破損した場合、ロータ２４によって内側ケーシング４８が下部ケーシング２１ｂに衝突し、下部ケーシング２１ｂにおいてエネルギーが吸収される。これにより、真空排気対象の装置系の破損を防止することができる。
このとき、下部ケーシング２１ｂは上部ケーシング２１ａおよびベース２１ｃに対して長孔のボルト孔４２，４３に挿入されたボルト４０，４１で締結されているため、ボルト４０，４１が瞬時に剪断されず曲がることでエネルギーを吸収することができる。
軸流段部２０ａにおいては、プロテクタ４５が回転することで、ロータ２４の回転エネルギーが上部ケーシング２１ａに伝達されることが防止される。
【００２６】
なお、本ターボ分子ポンプを真空排気する装置系に接続する場合、ターボ分子ポンプの上部を装置系に固定する上部固定と、ターボ分子ポンプの下部を固定する下部固定とがある。上部固定の場合には、最低限上部ケーシング２１ａの回転を防止すればよく、ボルト孔４３が長孔でなくてもよい。また、下部固定の場合にはボルト孔４２が長孔でなくてもよい。
また、上記においてはケーシング２１が、上部ケーシング２１ａ、下部ケーシング２１ｂ、ベース２１ｃと３分割された例を示したが、さらに４以上に分割されたケーシングであってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本実施形態のターボ分子ポンプにおいては、以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の発明によれば、真空排気対象である装置系に接続される上部ケーシングまたはベースとは別に、これらの間に下部ケーシングが設けられていて、この下部ケーシングが内容構造物に最も近接している。このため、ロータを含む内部構造物が破損してケーシングに衝突する事故が発生した場合、内部構造物は最も近接している下部ケーシングに衝突する。したがって下部ケーシングにロータの回転エネルギーが伝達し、真空排気対象の装置系への回転エネルギーの伝達を防止することができる。
請求項２および３に記載の発明によれば、ロータの異常等によって下部ケーシングにロータの回転エネルギーが作用した場合、ボルトが直ちに剪断されず、変形することによって回転エネルギーを吸収することができる。
請求項４に記載の発明によれば、動翼または静翼が破損した場合、動翼または静翼はプロテクタに衝突し、プロテクタはロータとともに回転する。このためロータの回転エネルギーはケーシングに伝達されず、真空排気対象の装置系への回転エネルギーの伝達を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態として示したターボ分子ポンプの縦断面図である。
【図２】  同ターボ分子ポンプの長孔構造のボルト孔を示した図であり、(b)は(a)のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】  同ボルト孔において、下部ケーシング２１ｂに回転エネルギーが作用した場合の図である。
【図４】  従来のターボ分子ポンプの構造を示した一部が破断した斜視図である。
【符号の説明】
２１  ケーシング
２１ａ  上部ケーシング
２１ｂ  下部ケーシング
２１ｃ  ベース
２４  ロータ
４０，４１  ボルト
４２，４３  ボルト孔
４５  プロテクタ
４８  内側ケーシング
【図１】
0003901995.tif 000002
【図２】
0003901995.tif 000003
【図３】
0003901995.tif 000004
【図４】
0003901995.tif 000005