(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記軸流段部を冷却する冷却水が流動する軸流段部側冷却水路と、前記ねじ溝段部を冷却する冷却水が流動するねじ溝段部側冷却水路と、前記ねじ溝段部を加熱するヒータと、前記ねじ溝段部側冷却水路への冷却水の流動を開閉する開閉弁とが設けられ、
前記軸流段部側冷却水路と前記ねじ溝段部側冷却水路とが並列に接続され、前記開閉弁を開閉することで、冷却水が前記軸流段部側冷却水路のみに流動する場合と前記軸流段部側冷却水路と前記ねじ溝段部側冷却水路の双方に流動する場合とに切り替えられ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ターボ分子において、前記ねじ溝段部の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて前記ヒータ及び開閉弁を制御する制御部とが設けられている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、半導体プロセス等において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およびプラズマＣＶＤ等は真空雰囲気かで行われ、真空排気系が必要となる。
【０００５】
上記真空排気系としては、一般に大気圧から低真空域まで減圧するロータリポンプと、低真空域から高真空域まで減圧するデフュージョンポンプ、ターボ分子ポンプ等、複数のポンプにより構成されたものが利用される。なお、ターボ分子ポンプとは、周知のように、高速で回転する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３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においてははロータ４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、上記従来のターボ分子ポンプにおいては、塩化アルミニウムなどの析出温度が常温に近いガスを排気する場合には、流量が少ない場合において低温になりやすく、ねじ溝段部ＰBに付着物が溜まりやすい。特にねじ溝段部ＰBに溜まりやすい理由は、この部位において圧力が高くなるためである。
このため、定期的にメンテナンスをして付着物の除去を行わなければねじ溝の破損を招いてしまうという問題がある。
その一方で、ターボ分子ポンプを大流量用途に用いる場合、風損が大きいために発熱量が大きくなり、軸流段の温度がクリープ許容温度以上となって損傷・寿命の低下を招いてしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、内部温度を適切に維持することを可能とす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、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、前記軸流段部を冷却する冷却水が流動する軸流段部側冷却水路と、前記ねじ溝段部を冷却する冷却水が流動するねじ溝段部側冷却水路と、前記ねじ溝段部を加熱するヒータと、前記ねじ溝段部側冷却水路への冷却水の流動を開閉する開閉弁とが設けられ、前記軸流段部側冷却水路と前記ねじ溝段部側冷却水路とが並列に接続され、前記開閉弁を開閉することで、冷却水が前記軸流段部側冷却水路のみに流動する場合と前記軸流段部側冷却水路と前記ねじ溝段部側冷却水路の双方に流動する場合とに切り替えられることを特徴とする。
【００１２】
この発明においては、付着物が溜まりやすいねじ溝ポンプ段をヒータによって加熱することで、付着を防止する。その一方、温度が高くなりすぎると損傷してしまうため、冷却水路によって冷却を可能とする。
また、開閉弁を閉としても、軸流段部側冷却水路には冷却水が流動される。このため、完全に冷却水の流動を止めることにより生ずる他の機器に流れる冷却水の流量や水圧に大きな影響を与えることを回避することができる。また、軸流段部は常に軸流段部側冷却水路によって冷却されているため、損傷が防止される。
【００１５】
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、前記ねじ溝段部の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて前記ヒータ及び開閉弁を制御する制御部とが設けられていることを特徴とする。
【００１６】
この発明においては、制御部がねじ溝段部の温度を監視しつつねじ溝段部の加熱・冷却を行うことが可能である。
【００１７】
【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。
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。
【００１８】
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、当該ロータシャフト２４ａ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、上部ケーシング２１ａには静翼２３が固定されている。
ロータ２４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部３５が形成されている。
【００１９】
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。
【００２０】
さて、本例においては、上部冷却水路（軸流段部側冷却水路）４０、下部冷却水路（ねじ溝段部側冷却水路）４１、さらにヒータ４２がケーシング２１の外側であって周方向に取り囲んで取り付けられている。上部冷却水路４０の高さ方向の位置は、軸流段部２０ａとねじ溝段部２０ｂとの中間付近、下部冷却水路４１はねじ溝段部２０ｂの下端付近、ヒータ４２は下部冷却水路４１の近傍に設けられている。上部冷却水路４０と下部冷却水路４１はそれぞれ金属製の配管であり、ケーシング２１に固定されている。ヒータ４２はラバーヒータなどが使用可能である。
【００２１】
図２にターボ分子ポンプの外観と冷却水路の系統図とを模式的に示した。冷却水は不図示の供給源から供給され、分岐してそれぞれ上部冷却水路４０と下部冷却水路４１に並列に供給されるようになっている。下部冷却水路４１には開閉弁５０が介装されている。さらに、ねじ溝段部２０ｂ内のガス温度を計測する温度センサ（温度検出手段）５１（たとえば熱電対など）が設けられており、この検出出力が入力される制御部５５が設けられている。制御部５５はまた、開閉弁５０を開閉する制御を行い、さらに、ヒータ４２をオン／オフする制御も行うようになっている。
上部冷却水路４０と下部冷却水路４１から排水された冷却水は合流した後に排出される。
【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。
【００２３】
真空排気に際しては、制御部５５が常にねじ溝段部２０ｂ内部のガス温度を監視している。そして、例えば基準温度を７０度としている場合、一定より高い場合（例えば７５度を超える場合）、下部冷却水路４１の開閉弁５０を開として、冷却水を下部冷却水路４１に流すことで、それ以上の温度上昇を防ぐ。そしてガス温度が基準温度にまで下がったときに開閉弁を閉とする。また、ガス温度が一定より低い場合（例えば６５度より下がった場合）にはヒータ４２をオンにして加熱を行う。そしてガス温度が基準温度にまで上がったときにヒータ４２をオフにする。
このようにして制御部５５が冷却と加熱とを制御することにより、ねじ溝段部２０ｂが適切な温度に維持される。したがって、温度が低い場合に発生する付着が防止され、また、温度が高い場合に発生する損傷を防止することができる。
【００２４】
このとき、上部冷却水路４０には常に冷却水が供給されている。もし常時冷却水を供給していない場合、ねじ溝段部２０ｂに設けられた温度センサ５１だけを監視していたのでは軸流段部２０ａの温度が予想外に高くなるおそれがあるが、本例においては常に軸流段部２０ａを冷却しているので、たとえヒータ加熱時においても軸流段部２０ａの温度がクリープ許容温度以上となるおそれがない。
【００２５】
また、ヒータ４２は全体を加熱する必要はなく、ねじ溝段部２０ｂのみを加熱すればよいので、大容量である必要はない。
さらに、本実施形態によれば適切に温度制御が可能であるため、３段ねじ溝構造を有する大流量ターボ分子ポンプでも損傷を防ぐことができる。
また、開閉弁５０で開閉しても、上部冷却水路４０には常に冷却水が流動しているため、完全に冷却水の流動を止めることにより生ずる他の機器に流れる冷却水の流量や水圧に大きな影響を与えることを回避することができる。
さらにまた、三方弁を用いることなく、開閉弁（二方弁）５０を用いることでコストを大幅に抑えることができる。
【００２６】
なお、上部冷却水路４０が冷却する部分は軸流段部２０ａであればよく、その設置位置、設置部位は上記実施形態に限定されるものではない。また、下部冷却水路４１が冷却する部分およびヒータ４２が加熱する部分はねじ溝段部２０ｂ、特にねじ溝段部２０ｂ下部であればよく、その設置位置、設置部位は上記実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
以上のように、本発明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、付着物が溜まりやすいねじ溝ポンプ段をヒータによって加熱することで、付着を防止することができる。また、温度が高くなりすぎると損傷してしまい寿命の低下を招いてしまうため、冷却水路によって冷却することで損傷を防止することができる。さらに、ねじ溝段部側冷却水路は必要に応じて開閉されるが、軸流段部側冷却水路は常に冷却される。これにより熱による軸流段部の損傷を防止することができる。
請求項２に記載の発明によれば、制御部がねじ溝部の温度を監視することで、ねじ溝段部の温度低下による付着物と、温度上昇による損傷をともに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外観と冷却水の流動経路とを模式的に示した図である。
【図３】  従来のターボ分子ポンプの一部を破断した斜視図である。
図である。
【符号の説明】
２０ａ  軸流段部
２０ｂ  ねじ溝段部
４０  上部冷却水路（軸流段部側冷却水路）
４１  下部冷却水路（ねじ溝段部側冷却水路）
４２  ヒータ
５０  開閉弁
５１  温度センサ（温度検出手段）
５５  制御部
【図１】
0003930297.tif 000002
【図２】
0003930297.tif 000003
【図３】
0003930297.tif 000004