JP2000220595A - 真空ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターボ分子ポンプ等の真空ポンプ装置内部の
部材、例えばロータ翼やステータ翼のブレードの表面か
らブレード内部へ熱が伝達しないようにする。 【解決手段】 ポンプ圧縮熱やヒータからの熱にさらさ
れるターボ分子ポンプ装置１のロータ翼６２又はステー
タ翼７２のブレード１２上に、熱の不良導体被膜からな
る第一層１３と、第一層１３の表面の上に熱の良導体被
膜からなる第二層１４を形成する。この２層構造の被膜
によって、熱の第二層１４からブレード１２への伝達を
防ぐ。その結果ロータ翼６２やステータ翼７２のブレー
ド１２の表面が冷却されず、翼表面に付着・堆積しよう
とする半導体生成物が円滑に昇華される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は真空ポンプ装置に
係り、より詳細には、ターボ分子ポンプ、ドラッグポン
プその他の機械式真空ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造装置として、ＣＶＤ装
置やエッチング装置等が広く普及している。そして、こ
れらの装置により半導体を製造する際にＣＶＤ装置等の
チャンバ内を高真空雰囲気にするために真空ポンプ装置
が使用されている。この真空ポンプ装置の一つとして、
ロータを磁気浮上させる非接触回転のターボ分子ポンプ
装置が用いられており、ＳｉＨ４、ＰＨ３、Ｂ２Ｈ６、
ＡＳＨ３等のプロセスガスをＣＶＤ装置等のチャンバか
ら排出している。プロセスガスは温度が５０℃から６０
℃に低下すると気体から固体に変化し、この生成物がタ
ーボ分子ポンプ装置の内壁やプロセスガスの流路を形成
する部材等に付着又は堆積してしまうことが知られてい
る。そして、この状態のまま長期にわたって運転を続行
すると、ターボ分子ポンプに備えられるロータ翼、ステ
ータ翼、その他のプロセスガスの流路を形成する部材上
の堆積物が増大して、結果的にターボ分子ポンプ装置の
動作が円滑に行われなくなることがある。

【０００３】このため、ターボ分子ポンプのロータ翼、
ステータ翼その他のプロセスガスの流路を形成する部材
へ、半導体生成物が付着することを防止するために、ロ
ータ翼やステータ翼等の温度を半導体生成物の昇華温度
（固化温度）よりも高く保つ必要がある。その具体的方
法として、以下の方法が従来採られていた。 （１）ロータ翼やステータ翼の表面温度が上がるように
加熱部を設け、ロータ翼やステータ翼へ半導体生成物が
付着・堆積しようとする部分の温度を高くする。 （２）ターボ分子ポンプ内のプロセスガス等の気体が図
の流路のステータ側を加熱部により局部的に加熱する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法には以下の問題があった。上記（１）の方法で
は、高速回転体であるターボ分子ポンプのロータ翼やス
テータ翼の温度が高くなると、これらの翼を形成する材
料のブレードが、長時間ポンプの圧縮熱及び上記加熱部
からの熱にさらされることになり、ブレードの材料にク
リープ現象等が発生する可能性があった。その結果、ロ
ータ翼やステータブレードの許容温度以上に上げられな
いという制限があり、その制限を超えないようにするた
めに精度のより高い制御機能を必要としていた。

【０００５】また、上記（２）の方法では、上記（１）
の方法の問題点に加え、ポンプにプロセスガス等の気体
が流入し、そのプロセスガスにより加熱部からポンプの
ロータ翼への熱伝達が起こらない限り、ロータ翼側の温
度は上がらない。さらにまた、プロセスガス等の気体を
流入させ温度が上がったとしても、ポンプのロータ翼の
温度を検知しつつガス流量を規制して制御する必要があ
った。ところが、このような制御はポンプの使用上ガス
の排気量を制限しなければならず、気体を排気し真空度
を上げるという真空ポンプの本来の目的に対して不利な
面があった。以上の課題を解決すべく、本発明は熱が真
空ポンプ装置内の部材のブレードへ伝達（散逸）しない
ようにすると共に、半導体生成物が真空ポンプ装置内の
部材表面に付着・堆積することを防止することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、熱の不良導体被膜からなる第一の層と、この第一層
の上に形成された熱の良導体被膜からなる第二の層と、
の二層構造からなる被膜が真空ポンプ装置内の部材上に
形成されていることを特徴する真空ポンプ装置により上
記目的を達成する。請求項２に記載の本発明は、前記真
空ポンプ装置が、モータにより回転されるロータ本体
と、このロータ本体の回転軸方向に複数段、固定配設さ
れ、かつ、前記ロータ本体の回転軸に対して所定角度で
傾斜させて放射状に複数のロータブレードが設けられた
ロータ翼と、前記ロータ本体の回転軸方向において、ロ
ータ翼の間に、複数段、固定配設され、かつ、前記ロー
タ本体の回転軸に対して所定角度で傾斜させて放射状に
複数のステータブレードが設けられたステータ翼とを備
えたターボ分子ポンプであって、前記二層構造からなる
被膜が前記ロータ翼及び前記ステータ翼の、少なくとも
一方に形成されていることを特徴とする請求項１に記載
の真空ポンプ装置により上記目的を達成する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図１から図５を参照して詳細に説明する。 （１）実施の形態の概要 真空ポンプ装置、例えば、ターボ分子ポンプ１を半導体
製造装置に接続し、作動させる。この際、ターボ分子ポ
ンプ１によりプロセスガスが吸引され、プロセスガスを
含むポンプ１内の雰囲気が圧縮されることにより、圧縮
熱がポンプ内部に発生する。一方、前述したように、タ
ーボ分子ポンプ１のロータ翼６２又はステータ翼７２に
対して設けた不図示の加熱部やポンプ内の気体の流路の
ネジ溝スペーサ部８０側に設けた不図示の加熱部による
熱（以下、「ヒータ熱」とする。）がポンプ内部に発生
する。それにより、ポンプ排気流路内で、排気するプロ
セスガスの温度が著しく上昇する。この圧縮熱又はヒー
タ熱（以下、「圧縮熱等」とする。）を受けるポンプの
ロータ翼６２又はステータ翼７２等のブレード１２上
に、熱の不良導体被膜からなる第一層１３と、第一層１
３の上に形成された熱の不良導体被膜からなる第二層１
４とからなる二層構造の被膜を形成する。この第一層１
３の断熱作用により、熱を直接受ける最外層である第二
層１４からブレード１２へと熱が伝達（散逸）しないの
で高温が維持される。その結果、第二層１４が冷却され
なくなりブレード１２等へ付着・堆積しようとする半導
体生成物が円滑に昇華される。さらに、ブレード１２が
熱によりダメージを受けることが防止できる。

【０００８】（２）実施の形態の詳細 図１は本発明が適用される一実施形態のターボ分子ポン
プ１の全体構成である。ターボ分子ポンプ１は、例え
ば、半導体製造装置に設置されチャンバからプロセスガ
ス１００の排出を行う装置である。この例では、円筒状
に形成された外装体１０の上端部にフランジ１１を形成
し、ボルト等によって半導体製造装置（不図示）に接続
するものとする。外装体１０の内側に複数のステータ翼
７２が配置され、このそれぞれのステータ翼７２間に複
数のロータ翼６２が配置されている。このロータ翼６２
はロータ６０の外周囲壁に設けられ、ロータ６０は磁性
体のロータ軸１８に連動して回転するように、ボルト１
９でロータ軸に固定されている。ロータ６０はいわゆる
磁気軸受を利用しており、ロータ軸１８の上部には、２
対の半径方向電磁石２１がロータ軸１８を挟んで対向配
置されており、２対の半径方向電磁石は互いに直交する
ように配置されている。この半径方向電磁石２１に隣接
して、ロータ軸１８を挟んで対向する２対の半径方向セ
ンサー２２が２対設けられている。

【０００９】さらに、ロータ軸１８の下部には同様に２
対の半径方向電磁石２４が配置され、この半径方向電磁
石２４にも隣接して半径方向センサー２６が２対設けら
れている。これら半径方向電磁石２０、２４に励磁電流
が供給されることによって、ロータ軸１８が磁気浮上さ
れる。この励磁電流は、磁気浮上時に半径方向センサ２
２、２６からの位置検知信号に応じて制御され、これに
よってロータ軸１８が半径方向の所定位置に保持される
ようになっている。また、外装体１０の内側の半径方向
センサー２２と半径方向センサー２６との間には高周波
モータ３０が配置されている。この高周波モータ３０に
通電されることによって、ロータ軸１８及び、これに固
定されたロータ翼６２が回転するようになっている。ロ
ータ軸１８の下部には、磁性体で形成された円盤状の金
属デイスク３１が固定されており、この金属デイスク３
１を挟み、かつ、対向した一対づつの軸方向電磁石３
２、３４が配置されている。さらにロータ軸１８の切断
端部に対向して軸方向センサ３６が配置されている。

【００１０】この軸方向電磁石３２、３４の励磁電流
は、軸方向センサー３６からの位置検知信号に応じて制
御され、これによりロータ軸１８が軸方向の所定位置に
保持されるようになっている。さらに、図１において
は、ネジ溝ポンプ部を構成するネジ溝スペーサ部８０、
ネジ溝８１が配設されている。ネジ溝スペーサ部８０
は、スペーサ７１に連設され、スペーサ７１とステータ
翼７２の下方に配設されている。このネジ溝スペーサ部
８０は、内径壁がロータ本体６１の外周面と近接する位
置まで張り出した厚みを有しており、内径壁に螺旋構造
のネジ溝８１が複数条形成されている。このネジ溝８１
は、上記ステータ翼とロータ翼との間と連通されてお
り、移送排出されてきた気体がネジ溝８１に導入される
ようになっている。なお、この実施形態では、ネジ溝８
１をステータ７０側に形成したが、ネジ溝８１をロータ
本体６１の外径壁に形成することもできる。また、ネジ
溝８１をネジ溝スペーサ部８０に形成すると共に、ロー
タ本体６１の外径壁にも形成することができる。

【００１１】図２は、図１のターボ分子ポンプ１内に配
設されているロータブレード又はステータブレード１２
（ロータ翼６２、ステータ翼７２）に、本発明の二層被
膜１３、１４を形成したロータ回転軸９０方向における
ロータ翼又はステータ翼６２’又は７２’の断面図であ
る。同図において、例えば矢印Ａ方向から翼ブレード面
は圧縮熱等を受ける。図２で示されるように、本実施態
様では、ステンレス又はアルミ製等のロータブレード又
はステータブレード１２（ロータ翼６２、ステータ翼７
２）の上に、まず一層目として、熱伝導率の低い層１３
（以下、「熱不良導体層１３」とする。）が形成され、
その上に、二層目として、熱伝導率の高い層１４（以
下、「熱良導体層１４」とする。）が形成されている。

【００１２】一層目の熱不良導体層１３の材質として
は、断熱性又は耐熱性かつ耐熱性のあるセラミックス
（例えば、ＴｈＯ２、ＺｒＯ２、Ｋ２Ｏ・ｎＴｉＯ２、
ＣａＯ・ＳｉＯ２等）や樹脂（例えば、テフロン樹脂、
アクリル樹脂、エポキシ樹脂等）が好適である。また、
熱不良導体層１３の層内に、小さな空間を内部に多く有
する材質も使用できる。また、このような空間を内部に
有する材質を、前述のセラミックスで周りを覆った層と
してもよい。これらの材質を用いてロータブレード又は
ステータブレード１２（ロータ翼６２、ステータ翼７
２）上に被膜層１３を形成する方法としては、ほうろう
処理、溶融処理、溶射、静電塗装、電着塗装、スプレー
塗装、ＣＶＤ等が好適である。二層目の熱良導体層１４
の材質としては、金属材料であるアルミニウム、銅等が
好適である。尚、これらの材質の融点はターボ分子ポン
プ１中のガスの温度よりも高い必要がある。また、ター
ボ分子ポンプ１内のポンプ圧縮熱による温度変化の影響
を受け、第二層目１４の金属材料は熱膨張・熱収縮が起
こり易いため、延性のある材質が好ましい。これらの金
属材料を用いて二層目１４の被膜を形成する方法として
は、無電解めっき、電気めっき、真空蒸着、イオンプレ
ーテイング等の表面処理が好適である。

【００１３】それぞれの層の膜厚は、１０μｍから５ｍ
ｍが好適であり、さらには５０μｍから１００μｍが好
適である。ただし、なるべくブレード１２（６２、７
２）に熱が伝わらないようにするには、熱不良導体層で
ある一層目１３を厚めに形成することが好ましい。一
方、二層目１４は、プロセスガスによる半導体生成物を
昇華させる温度を維持するための熱容量を維持するのに
必要十分な膜厚があればよい。また、一般に、被膜は、
厚さが増すほど内部応力が高まり、膨れや被膜剥離を起
こし易いため、比較的薄く形成することが好ましい。
尚、ブレード１２（６２、７２）に、熱をさらに伝達し
ないようにするために、二層よりも多い層構造を形成す
ることもできる。ただし、熱を直接受ける最外層は、熱
良導体層とする必要がある。

【００１４】図３は、図１のターボ分子ポンプのロータ
翼側の壁面に、本発明の二層の被膜を形成した第一の実
施形態である。図３の斜線部が二層構造の被膜が施こさ
れている部分である。ターボ分子ポンプ１の稼働中は、
ロータ６１が高速回転し、ロータ翼６２やステータ翼７
２のブレード１２が、圧縮熱等によって高温になったプ
ロセスガスを、図２の矢印Ａで示される吸気口方向から
受ける。このとき、圧縮熱等を受けて、ブレード６２の
第二層である最外層１４が高温になる。しかし、本実施
形態においては、第一層１３が熱の不良導体のため、本
発明の２層被膜が施されているロータ翼６２’のロータ
ブレード１２まで、圧縮熱等が伝達せず、又は伝達しに
くい。その結果、本発明の２層被膜が施されているロー
タ翼６２’のロータブレード１２はクリープ現象等の悪
影響を受けることがない。特に、ロータブレード１２の
先端部２００に半導体生成物が付着・堆積すると、他の
部材との接触を起こし易かったり、ロータ６０の高速回
転時に翼全体のバランスを崩すので、本発明の二層構造
の皮膜を施すことが特に好ましい。これによって、半導
体生成物の付着・堆積がなくなれば、従来必要に応じて
配設していたＡＢＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｂａｌａｎ
ｃｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）回路も特に不要となる。

【００１５】さらに、ターボ分子ポンプ１においては、
特に、ポンプ１内の下流側に近いほど翼のブレード間が
狭く、半導体生成物の付着に帰因する前記問題が起きや
すい。その問題を解消するため、下流側の翼ブレードへ
選択的に本発明の被膜を形成してもよい。さらにまた、
ポンプ１の下流側であるロータの下部の内壁部２５０に
皮膜を施すこともできる。図４は、図１のターボ分子ポ
ンプ１のステータ翼側の壁面と排気口の壁面に、本発明
の二層の被膜を形成した実施形態である。図４の斜線部
が被膜が施されている部分である。ステータ翼７２につ
いては、上述した図３のロータ翼ブレード６２の説明と
同様である。さらに、この実施態様においては、同様に
ポンプ１の下流側においてロータ６０の内壁と向かい合
う部材の表面２５１やネジ溝ポンプ部を構成するネジ溝
スペーサ部やネジ溝の壁３００や排気口３５０の内壁に
も本発明の皮膜が形成されている。

【００１６】尚、図３又は図４においては（各部材、装
置は図１と同一である。）においては、被膜をロータ翼
６０又はステータ翼７２等の全体に形成しているが、一
部のみを覆う形態でもよく、また、ロータ翼６０及びス
テータ翼７２の双方について、全部又は一部に形成して
もよい。さらには、図４に示されるように排気口の壁面
３５０のような翼以外の部分であっても選択的に被膜を
形成してもよい。以上説明した実施形態は、ターボ分子
ポンプ１への適用に限定されるものでなくドラッグポン
プその他の機械式真空ポンプ全般への適用が可能であ
る。これらの実施態様により、以下の効果を奏する。

【００１７】（１）本発明の２層被膜が施されている、
ロータ翼６２’もしくはステータ翼７２’の表面を形成
する高熱伝導率の被膜である第二層目１４が圧縮熱等を
受けて温度が向上する。しかし、ブレード１２と第二層
１４との間に挟まれた、低熱伝導率の被膜である第一層
１３が、ブレード１２へ熱を伝達せず、又は、熱を伝達
しにくくしている。よって、ブレード１２に熱変形やク
リープ現象が生じることがなく、本発明の２層被膜が施
されている、ロータ翼６２’若しくはステータ翼７２’
の熱に対する耐久性が向上する。さらに、本発明の２層
被膜が施されている、ロータ翼６２’若しくはステータ
翼７２’の表面層である第二層１４が冷却されず、翼面
に付着・堆積しようとする半導体生成物の昇華が円滑に
行われる。 （２）熱良導体の第二層目１４と、ブレード１２との間
の熱伝導を、熱不良導体部の第一層１３で抑制している
ため、第二層１４の温度を下げることなく翼ブレードを
冷却することができる。

【００１８】（３）また、翼面へ堆積しようとする半導
体生成物を昇華させるための熱がブレード１２の耐熱温
度以上であっても、第一層１３の断熱作用により、翼面
にブレード１２を形成する材料の耐熱温度以上の熱を加
えることができる。その結果、本発明の２層被膜が施さ
れている、ロータ翼６２’もしくはステータ７２’翼の
面上に付着しようとする半導体生成物を昇華させるため
のターボ分子ポンプ１内の温度の厳密な制御が不要にな
る。すなわち、従来のようにブレード１２（６２、７
２）の許容温度に制限されることなく、ブレード等の表
面温度を高く設定することができ、かつ、本発明の２層
被膜が施されている、ロータ翼６２’もしくはステータ
７２’翼に付着しようとする半導体生成物の昇華が促進
される。 （４）本発明の２層被膜が施されている、ロータ翼６
２’もしくはステータ７２’翼以外のターボ分子ポンプ
１の内壁２５０、３５０等の高温のプロセスガスにさら
されている表面にも熱を伝達せず、又は熱を伝達しにく
くすることができる。よって、これらの部分においても
ブレードが熱の影響を受けることなく、これらの部分へ
付着・堆積しようとする半導体生成物が円滑に昇華す
る。よって、ターボ分子ポンプ１内部の定期的な清掃の
回数も少なくなり、メインテナンスコストも削減するこ
とができる。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の真空ポンプ
装置によれば、熱の良導体被膜から真空ポンプ装置内の
部材のブレードへ圧縮熱等が伝達するのを防止でき、圧
縮熱等がブレードの材料強度を低下させる等の悪影響を
与えることがなくなる。また、プロセスガスによる半導
体生成物も円滑に昇華される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態が適用されるターボ分子ポン
プ装置の全体構成図である。

【図２】本発明の実施形態であって、本発明に係るター
ボ分子ポンプのロータ翼又はステータ翼に適用した場合
の被膜構造の垂直断面図である。

【図３】本発明の実施形態であって、ターボ分子ポンプ
のロータ翼側に適用した、ターボ分子ポンプの断面図で
ある。

【図４】本発明の実施形態であって、ターボ分子ポンプ
のステータ翼側に適用した、ターボ分子ポンプの断面図
である。

【符号の説明】

１ ターボ分子ポンプ １２ ロータブレード又はステータブレード １３ 第一層目の被膜 １４ 第二層目の被膜 ６２ ロータ翼 ６２’ 本発明の２層被膜が施されているロータ翼 ７２ ステータ翼 ７２’ 本発明の２層被膜が施されているステータ翼

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱の不良導体被膜からなる第一の層と、
   この第一層の上に形成された熱の良導体被膜からなる第
   二の層と、の二層構造からなる被膜が真空ポンプ装置内
   の部材上に形成されていることを特徴する真空ポンプ装
   置。
2. 【請求項２】 前記真空ポンプ装置が、 モータにより回転されるロータ本体と、 このロータ本体の回転軸方向に複数段、固定配設され、
   かつ、前記ロータ本体の回転軸に対して所定角度で傾斜
   させて放射状に複数のロータブレードが設けられたロー
   タ翼と、 前記ロータ本体の回転軸方向において、ロータ翼の間
   に、複数段、固定配設され、かつ、前記ロータ本体の回
   転軸に対して所定角度で傾斜させて放射状に複数のステ
   ータブレードが設けられたステータ翼と、を備えるター
   ボ分子ポンプ装置であって、 前記二層構造からなる被膜が前記ロータ翼、前記ステー
   タ翼及び排気流路の、少なくとも一方に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ装置。