JPH10306790A - 分子ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高真空域〜低真空域においてロータ温度を定
範囲内に保って排気ガスの昇華による生成物付着をなく
す。 【解決手段】 ハウジング２１の吸気側に第１ヒータ３
８と水ジャケット３９を取り付け、排気側に第２ヒータ
４０を取り付ける。ハウジング２１内のロータ２７の下
側に温度センサ４１を取り付ける。制御部４２は、温度
センサ４１からの排気ガス温度と目標温度との差に応じ
て第２加熱制御部４４の動作を制御して、ケーシング２
１の排気側温度を定範囲内に保つ。さらに、高周波モー
タ３７の入力電流値Ｉと基準値Ｉ₀との差の値に応じて
流量制御部４６または第１加熱制御部４８の動作を制御
して、ロータ２７の温度をアルミニウムの耐熱温度１２
０℃を越えない定範囲内に保つ。こうして、ロータ２７
の温度を１００℃〜１１０℃の定範囲内に保って排気ガ
スの昇華による生成物の付着を防止する。

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、分子ポンプの改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】チャンバ内を高真空にする分子ポンプと
してターボ分子ポンプがある。このターボ分子ポンプ
は、図４に示すように、筒状のケーシング１と、このケ
ーシング１を支持するベース２と、ケーシング１内に在
ってベース２上に設けられたモータハウジング３と、こ
のモータハウジング３内に設けられたベアリング４,５
によって支承された回転軸６と、この回転軸６に固定さ
れたロータ７で概略構成される。そして、ロータ７の外
周には、ロータ翼８が多段に設けられている。また、ケ
ーシング１の内周面にはステータ翼９が多段に設けられ
て各ロータ翼８,８,…間に配置されている。

【０００３】そして、上記ケーシング１のフランジ１３
に接続されたチャンバ(図示せず)から吸気口１４を通っ
て吸い込まれたガスを、ステータ翼９およびロータ翼８
によって圧縮して排気口１５に向かって強制排気を行
う。尚、１６は、上記ベース２の底部内に設けられたオ
イルタンクである。また、１７は高周波モータである。

【０００４】ところで、上記チャンバ内のプロセスガス
を排気する場合に、吸気口１４から吸い込んだガスが昇
華して生成物となり、ターボ分子ポンプ内に堆積する場
合がある。こうした生成物は、高圧側であるロータ７の
排気側各部に堆積し易く、堆積した生成物による目詰ま
り等によって故障が発生することになる。そこで、加熱
手段を有して、この加熱手段からの熱で排気側を加熱し
て排気ガスを加熱し、昇華を防止するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のターボ分子ポンプには、以下のような問題がある。
図５は、図４に示すターボ分子ポンプにおける吸入ガス
圧とケーシング１およびロータ７の温度との関係を示
す。図５において、吸入ガス圧が１０²Ｐa以上の低真空
領域では、ケーシング１およびロータ７は主に輻射と対
流とによって放熱するのでケーシング１とロータ７との
温度差は小さい。ところが、吸入ガス圧が１０^-8Ｐa〜
１Ｐaの高真空領域〜中真空領域では、ロータ７周囲は
真空に近い環境であるからロータ７は輻射のみで放熱す
ることになる。これに対して、ケーシング１は主に輻射
と対流とによって放熱する。したがって、ケーシング１
はロータ７に比して温度が下がり易く、ケーシング１と
ロータ７との温度差は大きくなってケーシング１の温度
はロータ７の温度よりも約５０℃下回ることになる。

【０００６】以上のことから、上記加熱手段によって、
ターボ分子ポンプが使用されるガス圧の全範囲にわたっ
てケーシング１あるいはロータ７の温度を一定に保とう
とすると、以下のような問題が発生するのである。

【０００７】図６は、図６(b)に示すように、上記ター
ボ分子ポンプのケーシング１の外周に上記加熱手段とし
てのヒータ１８を取り付け、ケーシング１の排気口１５
付近に設置された温度センサ１９によって検出されるケ
ーシング１の温度が一定温度１００℃を保つようにヒー
タ１８の加熱量を制御した場合のロータ７の温度を示
す。この場合には、高真空域ではロータ７の温度はケー
シング１の温度よりも約５０℃上回るので、ロータ７の
温度は約１５０℃となり、ロータ７の材料であるアルミ
ニウムの耐熱温度１２０℃を越えるので運転不可能にな
るという問題がある。

【０００８】また、図７は、図７(b)に示すように、上
記ターボ分子ポンプのケーシング１の外周に上記加熱手
段としてのヒータ１８を取り付け、ロータ７の温度がア
ルミニウムの耐熱温度１２０℃以下の一定温度１００℃
を保つようにヒータ１８の加熱量を制御した場合におけ
るケーシング１の温度を示す。ここで、ロータ７は数万
rpmの高速回転を行うので、ロータ７に直接温度センサ
を設置することができない。そこで、ケーシング１の吸
気口１４に圧力センサ２０を設置し、この圧力センサ２
０による吸入ガス圧(つまり、上記チャンバ内の真空度)
によって、図５よりロータ７の温度を推定するのであ
る。この場合には、高真空域〜中真空域では上記ケーシ
ング１の温度はロータ７の温度よりも約５０℃下回るの
で、ケーシング１の温度は約５０℃となり、排気ガスが
昇華して生成物が排気部に付くという問題がある。

【０００９】そこで、この発明の目的は、高真空域〜低
真空域においてロータ温度を定範囲内に保って排気ガス
の昇華による生成物付着をなくすことができる分子ポン
プを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、ケーシングとこのケーシン
グに内嵌されたロータを有する分子ポンプにおいて、上
記ケーシングの吸気側に設けられた温度調節手段と、上
記ケーシングの排気側に設けられた排気側加熱手段と、
上記ロータの負荷を検出するロータ負荷検出手段と、排
気ガス温度を検出する温度検出手段と、上記温度検出手
段の検出値に基づいて,上記ケーシングの排気側の温度
が定範囲内になるように上記排気側加熱手段を制御する
第１制御手段と、上記ロータ負荷検出手段の検出値に基
づいて,上記ロータの温度が定範囲内になるように上記
温度調節手段を制御する第２制御手段を備えたことを特
徴としている。

【００１１】上記構成によれば、第１制御手段によっ
て、温度検出手段による排気ガス温度の検出値に基づい
て排気側加熱手段が制御されて、ケーシングの排気側の
温度が定範囲内に保たれる。そして更に、第２制御手段
によって、ロータ負荷検出手段の検出値に基づいて温度
調節手段が制御されて、ロータの温度が定範囲内に保た
れる。こうして、上記ロータ負荷検出手段によって検出
されるロータ負荷が変化しても、つまり吸入ガス圧が変
化しても、上記ロータの温度がアルミニウムの耐熱温度
以下であって排気ガスが昇華しないような定範囲内に保
たれる。したがって、本分子ポンプが使用される広いガ
ス圧範囲にわたって上記排気ガスの昇華による生成物の
付着がない。

【００１２】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明の分子ポンプにおいて、上記温度調節手段は、
吸気側加熱手段と吸気側冷却手段とを含んでいることを
特徴としている。

【００１３】上記構成によれば、上記第２制御手段によ
って、上記温度調節手段としての吸気側加熱手段および
吸気側冷却手段が制御されて、上記ロータの温度が容易
に上記定範囲内に保たれる。

【００１４】また、請求項３に係る発明は、請求項２に
係る発明の分子ポンプにおいて、上記第２制御手段は、
上記ロータ負荷検出手段の検出値が基準値以下である場
合には上記吸気側冷却手段を動作させる一方、上記ロー
タ負荷検出手段による検出値が上記基準値より大きい場
合には上記吸気側加熱手段を動作させるようになってい
ることを特徴としている。

【００１５】上記構成によれば、上記ロータ負荷検出手
段による検出値が基準値以下である場合、つまり、吸入
ガス圧が低圧〜中圧(高真空〜中真空)である場合には、
上記第２制御手段によって上記吸気側冷却手段が動作さ
れて上記ロータが輻射冷却される。一方、上記ロータ負
荷の検出値が基準値より大きい場合、つまり、排気ガス
圧が高圧(低真空)である場合には、上記第２制御手段に
よって上記吸気側加熱手段が動作されて上記ロータが輻
射加熱される。こうして、本分子ポンプが使用される広
いガス圧範囲にわたって、上記ロータの温度が確実に上
記定範囲内に保たれる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態の分子
ポンプにおける概略断面図である。本実施の形態の分子
ポンプはねじポンプである。

【００１７】ベース２２,モータハウジング２３,ベアリ
ング２４,２５,回転軸２６,フランジ３３,吸気口３４,
排気口３５,オイルタンク３６および高周波モータ３７
は、図４に示すターボ分子ポンプにおけるベース２,モ
ータハウジング３,ベアリング４,５,回転軸６,フランジ
１３,吸気口１４,排気口１５,オイルタンク１６および
高周波モータ１７と同じ基本構成を有して、同様に機能
する。

【００１８】ケーシング２１の内周面にはステータ翼は
設けられてはいない。そして、ロータ２７の外周には、
吸気口３４から排気口３５に向かう螺旋状のねじ２８が
形成されている。そして、ロータ２７の回転に伴って、
フランジ３３に接続されたチャンバ(図示せず)から吸気
口３４を通って吸い込まれたガスを、ロータ２７のねじ
２８,２８間で構成されるねじ溝２９によって圧縮して
排気口３５に向かって強制排気する。

【００１９】上記ハウジング２１の吸気側外周に、上記
吸気側加熱手段としての第１ヒータ３８と上記吸気側冷
却手段としての水ジャケット３９を取り付けている。ま
た、ハウジング２１の排気側外周に、上記排気側加熱手
段としての第２ヒータ４０を取り付けている。さらに、
ハウジング２１内におけるロータ２７の下側には、温度
センサ４１を取り付けている。そして、この温度センサ
４１で検知された排気ガス温度を表す信号が制御部４２
に入力される。また、この制御部４２には、電流検出部
４３で検出された高周波モータ３７へ供給される電流値
Ｉを表す信号が入力される。

【００２０】上記制御部４２は、温度センサ４１から入
力された信号に基づく排気ガス温度と目標温度との差に
応じて、ケーシング２１の排気側の温度を上記目標温度
に保つための第２ヒータ４０の加熱量を算出する。そし
て、この加熱量に基づく第２ヒータ４０の電流値を第２
加熱制御部４４に送出する。そうすると、第２加熱制御
部４４は、内蔵するアンプの出力電流を上記電流値に再
設定する。こうして、ケーシング２１の排気側温度が上
記目標温度になるように、第２ヒータ４０の加熱量が制
御される。

【００２１】さらに、上記制御部４２は、上記電流検出
部４３からの信号に基づく高周波モータ３７の入力電流
値Ｉと基準値Ｉ₀とに基づいて、 Ｉ−Ｉ₀≦０ の場合にはロータ２７の負荷が小さく、フランジ３３に
接続されているチャンバ(図示せず)内は高真空〜中真空
になっているのであるから、図６(a)から分かるよう
に、ロータ２７はアルミニウムの耐熱温度１２０℃を越
える可能性が高いと判定する。そして、図２に示すよう
に、電流値Ｉと基準値Ｉ₀との差(Ｉ−Ｉ₀)の値に応じて
ロータ２７の温度を定範囲内に保つためのケーシング２
１の冷却量を求める。一方、 Ｉ−Ｉ₀＞０ の場合にはロータ２７の負荷が大きく上記チャンバ内は
低真空であるから、図２に示すように、電流値Ｉと基準
値Ｉ₀との差(Ｉ−Ｉ₀)の値に応じてロータ２７の温度を
定範囲内に保つためのケーシング２１の加熱量を求め
る。すなわち、本実施の形態においては、上記電流検出
部４３によって上記ロータ負荷検出手段を構成するので
ある。

【００２２】尚、上記冷却量または加熱量は、例えば次
のようにして求める。すなわち、高周波モータ３７の入
力電流値Ｉとその基準値Ｉ₀との差(Ｉ−Ｉ₀)の値と、ロ
ータ２７の温度をアルミニウムの耐熱温度１２０℃を越
えない定範囲内に保つためのケーシング２１の冷却量お
よび加熱量との関係(図２参照)を、テーブルにしてメモ
リ４５に書き込んでおき、このテーブルを引くことによ
って求めるのである。尚、上記テーブルを用いずに、上
記差(Ｉ−Ｉ₀)とケーシング２１の冷却量および加熱量
との関係式を用いて、ケーシング２１の冷却量あるいは
加熱量を演算によって求めても差し支えない。

【００２３】そして、上記制御部４２は、(Ｉ−Ｉ₀)≦
０の場合には、上述のようにして求めたケーシング２１
の冷却量に基づいて水ジャケット３９の水の流量を算出
し、この算出した流量値に基づくバルブ４７の開度を流
量制御部４６に出力する。そうすると、流量制御部４６
はバルブ４７の開度を上記指示開度に再設定する。こう
して、ケーシング２１の吸気側が冷却されて、ロータ２
７の温度がアルミニウムの耐熱温度１２０℃を越えない
定範囲内に保たれる。

【００２４】一方、(Ｉ−Ｉ₀)＞０の場合には、上述の
ようにして求めたケーシング２１の加熱量に基づいて第
１ヒータ３８の電流値を算出し、この算出した電流値を
第１加熱制御部４８に送出する。そうすると、第１加熱
制御部４８は内蔵するアンプの出力電流を上記電流値に
再設定する。こうして、ケーシング２１の吸気側が加熱
され、その輻射熱によってロータ２７の温度が上記定範
囲内に保たれる。

【００２５】すなわち、本実施の形態においては、上記
制御部４２および第２加熱制御部４４で上記第１制御手
段を構成し、制御部４２,流量制御部４６,バルブ４７お
よび第１加熱制御部４８で上記第２制御手段を構成する
のである。

【００２６】図３は、上述したように、第１,第２ヒー
タ３８,４０の加熱量および水ジャケット３９の冷却量
を制御した場合における吸入ガス圧とケーシング２１お
よびロータ２７の温度との関係を示す。図３より、上記
制御部４２による第２ヒータ４０の加熱量の制御の結
果、ケーシング２１の下端部は約１３０℃に保たれ、ケ
ーシング２１の中間部は約７０℃に保たれ、ケーシング
２１の上端部は約２０℃に保たれていることが分かる。
また、このようにケーシング２１の温度を一定に制御し
ただけでは、曲線Ａで示すように高真空域でアルミニウ
ムの耐熱温度１２０℃を越えてしまうことになるロータ
２７の温度が、制御部４２による水ジャケット３９の冷
却量あるいは第１ヒータ３８の加熱量の制御の結果、線
分Ｂで示すように、高真空域〜低真空領域でアルミニウ
ムの耐熱温度１２０℃を越えない約１００℃に保たれて
いることが分かる。

【００２７】したがって、上記ねじポンプが使用される
広いガス圧領域において、ケーシング２１およびロータ
２７における排気側の温度を例えば１００℃〜１１０℃
の定範囲内に保つことができ、排気ガスが昇華して生成
物が排気部に付かないようにできる。また、上記制御部
４２によって、温度センサ４１で検知された排気ガス温
度を監視することによって、上記第１,第２ヒータ３８,
４０の故障や水ジャケット３９の断水を検知することが
できる。したがって、制御部４２を、温度センサ４１の
出力値が所定値範囲を逸脱すると警報を出力するように
構成することによって、当該ねじポンプの安全性向上お
よび信頼性の向上を図ることができる。

【００２８】このように、本実施の形態においては、上
記ハウジング２１の吸気側外周に、第１ヒータ３８と水
ジャケット３９を取り付ける。また、ハウジング２１の
排気側外周に、第２ヒータ４０を取り付ける。さらに、
ハウジング２１内のロータ２７の下側には、温度センサ
４１を取り付けている。

【００２９】そして、上記制御部４２によって、温度セ
ンサ４１からの排気ガス温度と目標温度との差に応じて
第２加熱制御部４４の動作を制御して、ケーシング２１
の排気側の温度が定範囲内に保たれるように第２ヒータ
４０の加熱量を制御する。さらに、上記制御部４２によ
って、高周波モータ３７の入力電流値Ｉと基準値Ｉ₀と
の差が(Ｉ−Ｉ₀)≦０の場合には、上記差の値に応じて
流量制御部４６の動作を制御して、水ジャケット３９の
流量を制御する。一方、(Ｉ−Ｉ₀)＞０の場合には、上
記差の値に応じて第１加熱制御部４８の動作を制御し
て、第１ヒータ３８の加熱量を制御する。こうして、ロ
ータ２７の温度がアルミニウムの耐熱温度１２０℃を越
えない定範囲内に保つようにする。したがって、上記ね
じポンプが使用される広いガス圧範囲において、ロータ
２７の温度が例えば１００℃〜１１０℃の定範囲内に保
たれて、ロータ２７の負荷−無負荷の繰り返し等におい
て、排気ガスの昇華による生成物の付着を防止できるの
である。

【００３０】尚、上記実施の形態においては、上記高周
波モータ３７の入力電流値Ｉと基準値Ｉ₀との差の値に
基づいてロータ２７の温度を推定しているが、ロータ２
７に近いモータハウジング２３の上端部に温度センサ４
９を設け、上記電流値Ｉと基準値Ｉ₀との差の値に温度
センサ４９の検出温度を加味してロータ２７の温度を推
定するようにしてもよい。こうすることによって、ロー
タ２７の温度制御を更に精度よく行うことができる。ま
た、上記ロータ負荷として高周波モータ３７への入力電
流値Ｉを用いているが、入力電力値を用いても構わな
い。

【００３１】また、上記実施の形態においては、上記ケ
ーシング２１の冷却手段を水ジャケット３９で構成する
一方、上記第２制御手段を制御部４２と流量制御部４６
で構成する。そして、上記第２制御手段によって、ケー
シング２１の冷却量を制御するようにしている。しかし
ながら、この発明はこれに限定されるものではなく、上
記第２制御手段を制御部４２と水温制御部とで構成し
て、水ジャケット３９に供給する水の温度を制御するよ
うにしても差し支えない。あるいは、上記冷却手段を空
冷装置で構成する一方、上記第２制御手段を制御部４２
と風量制御部あるいは風温制御部とで構成して、空冷装
置の風量や風温を制御するようにしても差し支えない。

【００３２】また、上記実施の形態においては、分子ポ
ンプとしてねじポンプを例に説明しているが、ターボ分
子ポンプや複合ポンプであっても同様の構成によってロ
ータの温度を例えば１００℃〜１１０℃の定範囲内に保
つことができる。また、上記実施の形態においては、オ
イルタンク１６を有する油潤滑軸受を備えた分子ポンプ
を例に説明しているが、磁気軸受を備えた分子ポンプで
あっても同様の構成によって同様の効果を得ることがで
きる。また、上記実施の形態においては、上記温度調節
手段として第１ヒータ３８および水ジャケット３９の両
方を有しているが、使用されるガス圧の範囲によって
は、第１ヒータ３８あるいは水ジャケット３９の何れか
一方のみを有するようにしても構わない。

【００３３】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明の分子ポンプは、第１制御手段によって、温度検
出手段による排気ガス温度の検出値に基づいて、ケーシ
ングの排気側に設けられた排気側加熱手段を制御してケ
ーシングの排気側の温度を定範囲内に保ち、第２制御手
段によって、ロータ負荷検出手段の検出値に基づいて、
上記ケーシングの吸気側に設けられた温度調節手段を制
御して上記ロータの温度を定範囲内に保つので、上記ロ
ータ負荷検出手段によって検出されるロータ負荷の範囲
(つまり、吸入ガス圧の範囲)にわたって、上記ロータの
温度が上記定範囲内に保たれる。したがって、上記ロー
タの温度が保たれる上記定範囲をアルミニウムの耐熱温
度以下であって排気ガスが昇華しないような温度範囲に
設定すれば、本分子ポンプが使用される広いガス圧範囲
にわたって、安定して、上記排気ガスの昇華による生成
物の付着を防止できる。

【００３４】また、請求項２に係る発明の分子ポンプに
おける上記温度調節手段は、吸気側加熱手段と吸気側冷
却手段とを含んでいるので、上記ロータの温度を容易に
上記定範囲内に保つことができる。

【００３５】また、請求項３に係る発明の分子ポンプに
おける上記第２制御手段は、上記ロータ負荷検出手段の
検出値が基準値以下である場合には上記吸気側冷却手段
を動作させる一方、上記ロータ負荷検出手段による検出
値が上記基準値より大きい場合には上記吸気側加熱手段
を動作させるので、上記排気ガス圧が低圧〜中圧(高真
空〜中真空)の場合には上記ロータが輻射冷却される一
方、上記排気ガス圧が高圧(低真空)の場合には上記ロー
タが輻射加熱される。したがって、この発明によれば、
本分子ポンプが使用される広いガス圧範囲にわたって、
上記ロータの温度を確実に上記定範囲内に保つことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の分子ポンプとしてのねじポンプの断
面図である。

【図２】図１における高周波モータの入力電流値とその
基準値に基づくケーシングの冷却量あるいは加熱量の算
出の説明図である。

【図３】図１に示すねじポンプにおける吸気ガス圧とケ
ーシングおよびロータの温度との関係を示す図である。

【図４】従来のターボ分子ポンプの断面図である。

【図５】図４におけるケーシングおよびロータの温度を
示す図である。

【図６】図４におけるケーシングの温度を１００℃に保
った場合のロータの温度を示す図である。

【図７】図４におけるロータの温度を１００℃に保った
場合のケーシングの温度を示す図である。

【符号の説明】

２１…ケーシング、 ２７…ロータ、
２９…ねじ溝、 ３４…吸気口、
３５…排気口、 ３８…第１ヒー
タ、３９…水ジャケット、 ４０…第２
ヒータ、４１,４９…温度センサ、 ４２…
制御部、４３…電流検出部、 ４４…
第２加熱制御部、４６…流量制御部、
４８…第１加熱制御部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング(２１)と、このケーシング
   (２１)に内嵌されたロータ(２７)を有する分子ポンプに
   おいて、 上記ケーシング(２１)の吸気側に設けられた温度調節手
   段(３８,３９)と、 上記ケーシング(２１)の排気側に設けられた排気側加熱
   手段(４０)と、 上記ロータ(２７)の負荷を検出するロータ負荷検出手段
   (４３)と、 排気ガス温度を検出する温度検出手段(４１)と、 上記温度検出手段(４１)の検出値に基づいて、上記ケー
   シング(２１)の排気側の温度が定範囲内になるように上
   記排気側加熱手段(４０)を制御する第１制御手段(４２,
   ４４)と、 上記ロータ負荷検出手段(４３)の検出値に基づいて、上
   記ロータ(２７)の温度が定範囲内になるように上記温度
   調節手段(３８,３９)を制御する第２制御手段（４２,４
   ６,４７,４８)を備えたことを特徴とする分子ポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の分子ポンプにおいて、 上記温度調節手段は、吸気側加熱手段(３８)と吸気側冷
   却手段(３９)とを含んでいることを特徴とする分子ポン
   プ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の分子ポンプにおいて、 上記第２制御手段(４２,４６,４７,４８)は、上記ロー
   タ負荷検出手段(４３)の検出値が基準値以下である場合
   には上記吸気側冷却手段(３９)を動作させる一方、上記
   ロータ負荷検出手段(４３)による検出値が上記基準値よ
   り大きい場合には上記吸気側加熱手段(３８)を動作させ
   るようになっていることを特徴とする分子ポンプ。