(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に吸気口を、下部一側部に排気口を形成したポンプケースと、
上記ポンプケース内に立設されたステータコラムにロータ軸を介して回転可能に支持されるとともに、外周に多段にロータ翼を配置したロータと、
上記ポンプケース内周部にあって上記ロータ翼と交互に多段に固定配置されたステータ翼と、
上記ロータ軸とステータコラムの間に設けた駆動モータと、
上記ポンプケースの上部周縁に設けたフランジをチャンバの下部開口周縁に連結する複数のボルトとを備え、
上記フランジに開口形成されたボルト挿通孔が、上記チャンバの取付面側に向けて拡開するテーパ状孔となっていること
を特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
上記フランジに開口形成されたボルト挿通孔とボルト軸部との間に緩衝材が介在されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項３】
上面に吸気口を、下部一側部に排気口を形成したポンプケースと、
上記ポンプケース内に立設されたステータコラムにロータ軸を介して回転可能に支持されるとともに、外周に多段にロータ翼を配置したロータと、
上記ポンプケース内周部にあって上記ロータ翼と交互に多段に固定配置されたステータ翼と、
上記ロータ軸とステータコラムの間に設けた駆動モータと、
上記ポンプケースの上部周縁に設けたフランジをチャンバの下部開口周縁に連結する複数のボルトとを備え、
上記フランジに開口形成されたボルト挿通孔が、上記チャンバの取付面側に向けて拡開する断面同心円形の複数の段付孔からなり、
上記段付孔は、上記チャンバの取付面側で大径となる二段の段付孔であり、このうちの大径部とボルト軸部との間に緩衝材が介在されていること
を特徴とする真空ポンプ。
【請求項４】
上面に吸気口を、下部一側部に排気口を形成したポンプケースと、
上記ポンプケース内に立設されたステータコラムにロータ軸を介して回転可能に支持されるとともに、外周に多段にロータ翼を配置したロータと、
上記ポンプケース内周部にあって上記ロータ翼と交互に多段に固定配置されたステータ翼と、
上記ロータ軸とステータコラムの間に設けた駆動モータと、
上記ポンプケースの上部周縁に設けたフランジをチャンバの下部開口周縁に連結する複数のボルトとを備え、
上記フランジに開口形成されたボルト挿通孔が、上記チャンバの取付面側に向けて拡開する断面同心円形の複数の段付孔からなり、
上記フランジのボルト挿通孔付近が緩衝材となっていて、この緩衝材の段付き内径部がボルト挿通孔となっていること
を特徴とする真空ポンプ。
【請求項５】
上記ボルト挿通孔が上記チャンバの取付面側に向けて拡径するテーパ状をなし、かつボルト挿通孔とボルト軸部間に円錐台形状の緩衝材を介在したことを特徴とする請求項２に記載の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に用いられる真空ポンプに関し、特に、破壊トルクによりポンプとプロセスチャンバ間を連結する締結ボルトの脆性破壊を防止するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程におけるドライエッチングやＣＶＤ等のプロセスのように、高真空のプロセスチャンバ内で作業を行う工程では、プロセスチャンバ内のガスを排気し該プロセスチャンバ内に高真空の状態を得る手段として、ターボ分子ポンプと称される真空ポンプを使用している。
【０００３】
図１はこの種の真空ポンプの基本構造を示している。図において、１はポンプケースであり、このケース１は上面の開口部をガス吸気口２とし、かつ下部一側部に排気口３となる排気パイプを突設した有底円筒形のものである。
【０００４】
ケース１の底部はエンドプレート４で蓋され、その内底面中央にはステータコラム５が立設されている。
【０００５】
ステータコラム５の中心には上下にボールベアリング６を介してロータ軸７が回転可能に軸受されている。
【０００６】
ステータコラム５の内側には駆動モータ８が配置されており、この駆動モータ８はその固定子８ａをステータコラム５の内側に、回転子８ｂをロータ軸７に配置した構造であって、ロータ軸７をその軸心回りに回転させるように構成されている。
【０００７】
ロータ軸７のステータコラム５からの上部突出端には、ステータコラム５の外周囲に覆い被さる断面形としたロータ９が連結されている。
【０００８】
上記ロータ９の上部外周囲には、複数のロータ翼１０が多段に固定配置されている。一方、ポンプケース１の内側には、リング状スペーサ１１ａを介して上記各ロータ翼１０と交互に複数のステータ翼１１が多段に固定配置されている。
【０００９】
これら翼１０、１１の下部側において、ロータ９の外周囲には、ネジステータ１２が固定配置されている。このネジステータ１２は、その外周形状がロータ９の下部側外周面を囲む筒型の形状となるように形成され、その内周部が下方側に向けて小径化したテーパコーン状をなし、そのテーパ面にネジ溝を形成したものである。
【００１０】
そして、ポンプケース１の上縁周囲にはフランジ１ａが形成されており、このフランジ１ａをプロセスチャンバ（以下「チャンバ」という。）１４の下面開口周縁に突き当て、フランジ１ａを貫通する複数の締結ボルト１５をチャンバ１４にねじ込み固定することで、このポンプケース１はチャンバ１４に連結される構造となっている。
【００１１】
次に、以上の真空ポンプの動作を説明する。この真空ポンプの場合、先ず、排気口３に接続される図示しない補助ポンプを作動させてチャンバ１４内をある程度の真空状態にした後、駆動モータ８を動作させると、ロータ軸７とこれに連結したロータ９およびロータ翼１０が高速回転する。
【００１２】
そして、高速回転している最上段のロータ翼１０が吸気口２から入射したガス分子に下向き方向の運動量を付与し、この下向き方向の運動量を有するガス分子がステータ翼１１に案内され、次段のロータ翼１０側へ送り込まれる。以上のガス分子への運動量の付与と送り込み動作が繰り返し多段に行われることにより、ガス吸気口２側のガス分子がロータ９下部側のネジステータ１２の内側へ順次移行し排気される。このようなガス分子の排気の動作が回転するロータ翼１０と固定のステータ翼１１との相互作用による分子排気動作である。
【００１３】
さらに、上記のような分子排気動作によりロータ９下部側のネジステータ１２へ到達したガス分子は、回転するロータ９とネジステータ１２の内側に形成されたネジ溝との相互作用により、遷移流から粘性流に圧縮されてガス排気口３側へ移送され、ガス排気口３から図示しない補助ポンプを通じて外部へ排気される。
【００１４】
ところで、真空ポンプを構成しているケース１、ロータ９、ロータ翼１０およびステータ翼１１等の構造材としては通常、軽合金、中でもアルミ合金が多用されている。アルミ合金は機械加工に優れ精密に加工しやすいからである。しかし、アルミ合金は他の材料に比し強度が比較的低く、使用条件によってはクリープ破壊を起すことがある。また、運転中、主にロータ下部の応力集中を起点とした脆性破壊が発生することがある。
【００１５】
そして、ロータ９の脆性破壊が高速回転中に生じると、ロータ９の外周に一体に設けられているロータ翼１０がケース１の内周側に配置されリング状スペーサ１１ａに衝突するが、この衝突の衝撃力に対してリング状スペーサ１１ａの剛性が低く、その衝撃力でリング状スペーサ１１ａが径方向に膨張する。この際、リング状スペーサ１１ａとポンプケース１内周との間に空間がない場合は、膨張したリング状スペーサ１１ａがポンプケース１の内周に接触し、ポンプケース１全体を回転させようとする大きな破壊トルクが生じ、この破壊トルクにより、チャンバ１４を破損したり、ポンプケース１とチャンバ１４を固定しているボルト１５がそのねじり力によりせん断破壊するという問題がある。
【００１６】
上記せん断破壊は、破壊トルクの発生により、ポンプケース１のフランジ１ａとチャンバ１４との接触面が滑り面となり、瞬間的にボルト軸の接触面位置に逆向きの極めて大きな力が作用するため、ボルト１５はその位置を破断面として折損し易くなるために生じる。したがって、一旦ボルト１５が折損した場合には、ボルト軸をチャンバ１４の連結位置から抜き出すことはできず、新たにタップを立ててチャンバ１４側に残置されたボルト軸を除去しなければならず、ポンプ交換作業が面倒であるという問題もある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の課題を解決するものであって、その目的は、万が一ポンプ異常が発生し破壊トルクが生じた場合に、チャンバへの破壊トルク伝達によるチャンバの破損や、ポンプとチャンバ間を連結する締結ボルトの折損を防止し、ポンプ異常発生後のポンプ交換作業を迅速に行えるようにした真空ポンプを提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、上面に吸気口を、下部一側部に排気口を形成したポンプケースと、上記ポンプケース内に立設されたステータコラムにロータ軸を介して回転可能に支持されるとともに、外周に多段にロータ翼を配置したロータと、上記ポンプケース内周部にあって上記ロータ翼と交互に多段に固定配置されたステータ翼と、上記ロータ軸とステータコラムの間に設けた駆動モータと、上記ポンプケースの上部周縁に設けたフランジをチャンバの下部開口周縁に連結する複数のボルトとを備え、上記フランジに開口形成されたボルト挿通孔が、上記チャンバの取付面側に向けて拡開するテーパ状孔となっていることを特徴とするものである。
【００１９】
以上の構成により本発明では、破壊トルクが生じた場合、せん断応力が各段を支点に移動して一カ所に集中せずこの間に衝撃が吸収されるため、ボルト軸部は単に塑性変形するだけとなり、これによってチャンバへの破壊トルク伝達を阻止してチャンバの破損を防止するとともにボルトの折損を防止できる。
【００２０】
本発明は、上記フランジに開口形成されたボルト挿通孔とボルト軸部との間に緩衝材が介在されていることを特徴とするものである。この構造によると、緩衝材の弾性変形による緩衝効果により、チャンバへの破壊トルク伝達を阻止してチャンバの破損を防止するとともにボルトの折損を防止できる。
また、上記フランジのボルト挿通孔付近が緩衝材となっていて、この緩衝材の段付き内径部がボルト挿通孔となっているようにすれば、ボルト挿通孔付近の緩衝材が弾性変形してこれによる緩衝効果が加わり、チャンバへの破壊トルク伝達阻止作用、ボルトの折損防止作用が一層向上する。
【００２１】
本発明において、上記ボルト挿通孔が前記チャンバ側で径大となる二段の段付孔であり、このうちの径大部とボルト軸部との間に緩衝材が介在されている構造としてもよいし、また、上記ボルト挿通孔が上記チャンバの取付面側に向けて拡径するテーパ状をなし、かつボルト挿通孔とボルト軸部間に円錐台形状の緩衝材を介在した構造など、緩衝材を介在した場合における各種形状構造の工夫により、チャンバへの破壊トルク伝達を阻止してチャンバの破損を防止するとともにボルトの折損を防止することもできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、真空ポンプの基本構造は図１と同様であるため、全体図は省略するとともに、同一箇所には同一符号を援用し、要部のみについて異なる符号を用いて説明する。
【００２３】
図２、図３は本発明の第一実施形態を示すもので、いずれもフランジ１ａの周方向断面の一部を示し、図２はその構造を、図３（ａ）〜（ｃ）はその作用を説明するものである。
【００２４】
図において、ボルト１５は一般に使用されるステンレス製のものであり、六角孔付ボルト頭部１５ａと、これに一体化され所定ピッチの雄ネジ部を形成したボルト軸部１５ｂとからなっている。
【００２５】
チャンバ１４の取付面にはフランジ１ａの周面に沿って、前記ボルト軸部１５ｂに形成された雄ネジ部と同一ピッチの複数の雌ネジ部１４ａが形成されている。
【００２６】
なお、図では一カ所のみ描かれているが、実際のボルト取付個数は、ケース１の径によっても異なるが、８〜１２ヶ程度であり、これに応じてチャンバ１４の取付面には８〜１２の雌ネジ部１４ａが周方向等間隔に形成されている。
【００２７】
これら雌ネジ部１４ａに対向してフランジ１ａに形成されたボルト挿通孔２０の断面は、本実施形態では、チャンバ１４に対する取付面側に向けて３段の階段状に拡径する形状となっており、一段目２０ａの径ｄ１は通常のボルト挿通孔と同様の径であり、二段目２０ｂの径ｄ２は、これよりやや大径であり、三段目２０ｃの径ｄ３は最大径に設定されている。
【００２８】
以上の構成において、この真空ポンプに何らかの異常が発生し、ポンプケース１に周回り方向の破壊トルクＦ、Ｆ'（Ｆ'はＦと同等の力で反対方向に作用する力）が生ずると、まず図３（ａ）に示すごとく、ボルト１５の締結トルクを上回る強い力によりフランジ１ａが周方向に移動する結果、ボルト軸部１５ｂは、ボルト挿通孔２０の一段目２０ａの内壁に当接し、次いでボルト軸部１５ｂの基部より上の位置で一段目２０ａの上部角部を接触点ＣＰ１としたせん断応力が生じて曲げられ、次いで同図（ｂ）に示すように、二段目２０ｂの上部角部を接触点ＣＰ２としてボルト軸部１５ｂの上部位置が曲げられる。
【００２９】
さらに、同図（ｃ）に示すように、ボルト軸部１５ｂのさらに上部が三段目２０ｃの上部角部を接触点ＣＰ３としてさらに曲げられるとともに、フランジ１ａとチャンバ１４との取付面間のすべりによりボルト軸部１５ｂに対するせん断力が作用することになる。
【００３０】
以上述べた作用は実際には瞬時に起るが、ボルト軸部１５ｂに対する曲げモーメントは各段２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび取付面の４カ所で時系列的に生じ、せん断応力が一カ所に集中しないこと、およびこの作用の間にフランジ１ａが周方向に移動して衝撃を吸収するため、ボルト軸部１５ｂは図３（ｃ）に図示した通り単に塑性変形するだけとなり、これによってチャンバ１４への破壊トルク伝達を阻止してチャンバ１４の破損を防止するとともにボルト１５の折損を防止することができる。したがって、ポンプ異常発生後のポンプ交換作業の際に、タップを立てることなく、レンチなどによるボルト１５の抜き出し作業が可能となり、ポンプ交換作業を速やかに行うことができる。
【００３１】
なお、図２、図３の実施形態において、後述する図４の実施形態のような大径部の緩衝材あるいはボルトとボルト挿通孔との隙間全体にわたる緩衝材を使用することもできる。
【００３２】
図４〜図６は緩衝材を用いた第二実施形態、およびその変形例を示すものである。
【００３３】
図４において、フランジ１ａに開口形成されたボルト挿通孔３０は、小径部３０ａとその上部に拡径された大径部３０ｂの二段に形成され、この大径部３０ｂに円筒形に成形された緩衝材３１が充填されている。ここで、緩衝材３１の材質はＯ−リングと同様なゴム材などからなるものである。
【００３４】
この図４の実施形態においては、破壊トルク発生時には、前記第一実施形態と同様に、段差部位での接触位置の移動に伴うボルト軸部１５ｂに対する曲げモーメントの分散に加え、緩衝材３１の弾性変形による緩衝効果が生じ、このような曲げモーメント分散効果と緩衝効果とにより、チャンバ１４への破壊トルク伝達を阻止してチャンバ１４の破損を防止するとともにボルト軸部１５ｂの折損が防止される。
【００３５】
図５は第二実施形態の変形例を示したものである。この図５において、フランジ１ａに開口形成されたボルト挿通孔４０は全体が大径の直円筒形であってその内部に緩衝材４１を介してボルト軸部１５ｂを挿通するものとし、そのボルト軸部１５ｂの先端雄ネジ部がチャンバ１４側の雌ネジ部１４ａにねじ込み固定されるように構成している。ここで、緩衝材４１は、ボルト挿通孔３０に圧入嵌合される直円筒形をなし、その上部内周径をボルト軸部１５ｂより大径とし、ボルト軸部１５ｂとの間に所定の隙間ｄを形成している。さらに、ボルト頭部１５ａとフランジ１ａとの間には平ワッシャ４２が介在され、これによりボルト挿通孔３０ａに対する頭部１５ａの接触面積の増加が図られている。
【００３６】
この図５の変形例によると、緩衝材４１の弾性変形による緩衝効果に加え、軸部１５ｂの先端側において空隙ｄが設けられることによる軸部１５ｂの塑性変形域を十分に確保できる上、ワッシャ４２の介在によりボルト１５の移動も可能となり、これによってチャンバ１４への破壊トルク伝達を阻止してチャンバ１４の破損を防止するとともにボルト軸部１５ｂの折損を防止できる。
図５の変形例は、言い換えると、上記フランジ１ａのボルト挿通孔付近が緩衝材４１となっていて、この緩衝材４１の段付き内径部がボルト挿通孔となっている、ということができる。
【００３７】
図６は第二実施形態の他の変形例を示したものである。この図６において、フランジ１ａに開口形成されたボルト挿通孔５０は上部に向けて拡開するテーパ状の孔であって、この挿通孔５０と軸部１５ｂとの間には円錐台形状の緩衝材５１が充填されている。
【００３８】
この図６の変形例によると、軸部１５ｂに想定される曲げモーメントによる変形域と相似する幾何図形の緩衝材５１が配置されているため、変形域に沿って均等な緩衝効果が作用し、これによってチャンバ１４への破壊トルク伝達を阻止してチャンバ１４の破損を防止するとともにボルト軸部１５ｂの折損を防止できる。
【００３９】
なお、図６において、緩衝材５１なしにすることもできる。
【００４０】
次に、本発明のフランジ１ａとチャンバ１４の連結するボルトとして伸びボルトを使用した場合について、図７および図８を参照して説明する。
【００４１】
図７に示した伸びボルトは、周知のように、ボルト頭部１５ａと雄ネジ部１５ｃとの間の胴部がくびれたくびれ径部１５ｄとなったボルトで、くびれ径部１５ｄの径は雄ネジ部１５ｃの谷径よりも細く形成され、ボルトに異常荷重が加わったとき、くびれ径部１５ｄが伸びて周辺の部品の損傷等を回避するのに用いられるものである。
【００４２】
本発明に用いる締結ボルトにこの伸びボルトを使用すると、チャンバへの破壊トルクの伝達阻止、ボルトの折損防止という本発明の作用を一層確実にする。
【００４３】
図８の伸びボルト使用例で、この破壊トルクの伝達阻止、ボルトの折損防止の作用を説明する。チャンバ１４側の雌ネジ部１４ａにねじ込まれた伸びボルト１５のくびれ径部１５ｄの先端部分がチャンバ１４側にネジ山１〜２山分入り込んでいるようにセットしてある。くびれ径部１５ｄとチャンバ１４側の雌ネジ部１４ａとの間には空間がある。この状態で、破壊トルクがフランジ１ａに加わると、図３の場合と同様に、伸びボルト１５にせん断力、張力が加わるが、伸びボルト１５は、そのくびれ径部１５ｄが充分空間のあるボルト挿通孔２０内で伸びかつ曲がり、場合によってはくびれ径部１５ｄで切断して、雄ネジ部１５ｃ等ボルトの他の部分は変形を免れる。破壊トルクのエネルギーは伸びボルトのくびれ径部１５ｄの変形により吸収される。
【００４４】
よって、ボルトの雄ネジ部１５ｃもチャンバ１４の雌ネジ部１４ａも変形が少なくなり、チャンバ１４の雌ネジ部１４ａから締結ボルト１５を容易に外すことができる。
【００４５】
なお、図８の実施形態においても、伸びボルト１５とボルト挿通孔２０との隙間の上部、あるいは、全部に緩衝材を使用することもできる。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明に係る真空ポンプにあっては、フランジに開口形成されたボルト挿通孔が、チャンバの取付面側に向けて拡開する複数の段付孔となっている構造を採用したため、万が一ポンプ異常が発生し破壊トルクが生じた場合であっても、チャンバへの破壊トルクの伝達によるチャンバ破壊を防止し、かつ、ポンプとチャンバ間を連結する締結ボルトの折損を防止してポンプ異常発生後のポンプ交換処理を迅速に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される真空ポンプの全体構造を示す断面図。
【図２】本発明の第一実施形態によるフランジとチャンバの連結位置を示す周方向の部分断面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は破壊トルクが生じた際の動作説明用断面図。
【図４】本発明の第二実施形態を示す周方向部分断面図。
【図５】第二実施形態の変形例を示す周方向部分断面図。
【図６】第二実施形態の他の変形例を示す周方向部分断面図。
【図７】本発明のフランジとチャンバの連結に使用する伸びボルトを示す正面図。
【図８】図７の伸びボルトを第二実施形態に使用した例を示す周方向部分断面図。
【符号の説明】
１  ポンプケース
１ａ  フランジ
２  吸気口
３  排気口
５  ステータコラム
７  ロータ軸
８  駆動モータ
９  ロータ
１０  ロータ翼
１１  ステータ翼
１４  チャンバ（プロセスチャンバ）
１５  ボルト
１５ａ  ボルト頭部
１５ｂ  ボルト軸部
１５ｃ  雄ネジ部
１５ｄ  くびれ径部
２０  ボルト挿通孔
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  段
３０、４０、５０  ボルト挿通孔
３１、４１、５１  緩衝材
４２  平ワッシャ
ｄ  隙間
【図１】
0004004779.tif 000002
【図２】
0004004779.tif 000003
【図３】
0004004779.tif 000004
【図４】
0004004779.tif 000005
【図５】
0004004779.tif 000006
【図６】
0004004779.tif 000007
【図７】
0004004779.tif 000008
【図８】
0004004779.tif 000009