真空泵的制作方法

本发明涉及一种真空泵，特别地涉及一种通过防止旋转体的过热而能够防止旋转体的破损且能够将大量的气体连续地排气的真空泵。

背景技术：

随着近年来电子技术的发展，对存储器和集成电路等半导体的需要急速增加。

这些半导体是将杂质掺杂于纯度极高的半导体基板而赋予其电学特性、通过蚀刻将精细的电路形成于半导体基板上等而制造的。

并且，这些作业为了避免空气中灰尘等导致的影响而需要在高真空状态的腔室内进行。对于该腔室的排气，一般地使用真空泵，特别地从残留气体少，维修容易等方面考虑，经常使用作为真空泵其中之一的涡轮分子泵。

此外，在半导体的制造工序中，有数量很多的使各种各样的工艺气体作用于半导体的基板的工序，涡轮分子泵不仅使腔室内成为真空，也被用于将这些工艺气体从腔室内排气。

不过，工艺气体有时为了提高反应性而以高温的状态被导入腔室。

并且，这些工艺气体有时在被排气时被冷却而变为某一温度则成为固体而在排气系统中析出生成物。并且，有时这种工艺气体在涡轮分子泵内成为低温而成为固体状，附着并堆积于涡轮分子泵内部。

若在涡轮分子泵内部堆积工艺气体的析出物，则这些堆积物使泵流路狭窄，成为使涡轮分子泵的性能下降的原因。

为了解决该问题，以往在涡轮分子泵的基座部等的外周卷装加热器、环状的水冷管，并且例如在基座部等埋入温度传感器，基于该温度传感器的信号而进行加热器的加热、基于水冷管的冷却的控制，以使基座部的温度保持于一定范围的高温。

由于该控制温度越高生成物越难以堆积，所以期望尽可能地提高该温度。

另一方面，在这样地使基座部为高温时，存在如下的问题：旋转翼在排气载荷的变动、周围温度变为高温的情况等时超过边界温度。

在该方面，例如，在滚珠轴承式真空泵中，在轴承部分旋转体和固定部分接触，所以能够期望从该位置散热。

但是，在磁性轴承式真空泵中，利用磁性而以非接触的方式支承旋转体，所以不能够散热。因此，随着工艺气体的压缩而在旋转体产生的压缩热、工艺气体与旋转体接触或者碰撞时产生的摩擦热、在马达产生的热的散热成为课题。

对于该问题，以往将高辐射率的涂层涂布于旋转翼以及固定翼以促进辐射传热（参照专利文献1）。或者，将减少间隙的间隔件设置于旋转翼的内周面和定子的外周面之间，以促进经由气体的散热（参照专利文献2）。

专利文献1：日本特开2005－320905公报

专利文献2：日本特开2003－184785公报。

然而，仅利用上述专利文献1的辐射传热、专利文献2的经由气体的散热，难以确保充分的散热量。因此，以往为了防止旋转体的过热导致的破损，需要限制由泵排气的气体的流量。因此，不能充分地发挥泵原本具有的能力。

特别地，近年来，用于如上所述地在泵内堆积反应生成物的防止对策，将成为泵的流路的周边部件进行保温，从旋转体向周边部件的散热变得越来越难。

技术实现要素：

本发明是鉴于以往的问题而提出的，其目的在于提供一种真空泵，通过防止旋转体的过热能够防止旋转体的破损且能够将大量的气体连续地排气。

因此，本发明（技术方案1）其特征在于，具备：外筒；旋转翼，由该外筒内包；转子轴，被安装于该旋转翼；磁性轴承，将该转子轴悬浮支承于空中；旋转驱动机构，旋转驱动前述转子轴；定子，被配设于前述旋转翼和前述转子轴之间；喷射口，以朝向前述旋转翼以及前述转子轴的至少任意一方的方式配设于前述定子，从该喷射口喷射液体，前述旋转翼以及前述转子轴的至少任意一方被该液体冷却。

喷射口以朝向旋转翼以及转子轴的至少任意一方的方式配设于定子。并且，从该喷射口喷射液体。旋转翼以及转子轴的至少任意一方被该液体冷却。

由此，利用液体除去泵运转时产生的压缩热、摩擦热，所以能够防止旋转翼过热、破损。

此外，由于能够将大量的气体连续排气，所以半导体制造装置、平板制造装置的等待时间减少，产量增加。

此外，本发明（技术方案2）为如下的结构：具备：供给口，前述液体从外部被供给；连通路，将该供给口和前述喷射口之间连接。

通过供给口从泵外部供给液体。

由此，能够以简单的结构可靠地将液体从连通路送出。

进而，本发明（技术方案3）其特征在于，前述液体具有如下的蒸汽压特性：在从前述喷射口喷射的时刻是液体，但在前述旋转翼以及前述转子轴的至少任意一方的表面变为气体。

在旋转驱动机构中，旋转中的旋转翼和转子轴的温度高，因此，液体若附着于旋转翼、转子轴的表面而温度上升则气化。此时将旋转翼、转子轴的热量作为气化热而消耗，所以能够高效地冷却旋转翼和转子轴。

进而，本发明（技术方案4）为如下的结构：具备：温度检测机构，检测前述旋转翼以及前述转子轴的至少任意一方的温度；液体喷射量控制机构，基于由该温度检测机构检测出的温度来控制前述液体的喷射量。

基于由温度检测机构检测出的温度来控制液体的喷射量。

通过这样地根据旋转翼和转子轴的温度来控制液体的喷射量，能够抑制液体的消耗量。

进而，本发明（技术方案5）的特征在于，具备：排气口，从前述外筒将气体排气；第一配管，一端连接于该排气口；冷却阱，连接于该第一配管的另一端，该冷却阱被控制为前述冷却阱内部的压力下的前述液体的沸点以下的温度。

冷却阱被冷却至冷却阱内部的压力下的液体的沸点以下。

由此，在泵内部气化后的气体在冷却阱被再次液化，能够容易地在冷却阱回收。通过将回收后的液体进行再利用，能够抑制液体的消耗量。

进而，本发明（技术方案6）其特征在于，具备：排气口，从前述外筒将气体排气；第一配管，一端连接于该排气口；冷却阱，连接于该第一配管的另一端，该冷却阱具有：前级阱部，被控制为比前述冷却阱内部的压力下的前述液体的沸点高的温度；后级阱部，配置于比前述前级阱部靠下游，被控制为前述冷却阱内部的压力下的前述液体的沸点以下的温度。

在冷却阱具有前级阱部和后级阱部。在前级阱部，被控制为比外筒内部的压力下的液体的沸点高的温度。因此，能够固化气体中的生成物。但是，在泵内部气化后的气体在此不会液化。另一方面，在后级阱部，被控制为冷却阱内部的压力下的液体的沸点以下的温度。因此，在泵内部气化后的气体在冷却阱被再次液化，在冷却阱能够容易地选择性地回收。通过将回收后的液体进行再利用，能够抑制液体的消耗量。

进而，本发明（技术方案7）为如下的结构：具备回收前述液体而向前述喷射口供给的输送用泵。

由此，能够高效并且可靠地进行液体的再利用。

进而，本发明（技术方案8）为如下的结构：具备第二配管，所述第二配管具有节流部，所述节流部进行加压以使在前述外筒内部的压力下直到从前述喷射口被喷射时前述液体被维持为液体状态。

通过在第二配管具备节流部，即使在外筒内部的压力下，直到从喷射口被喷射时，液体也可靠地被维持为液体状态。因此，能够效率较好地进行喷射。

如以上说明的那样，根据本发明（技术方案1），构成为具备以朝向旋转翼以及转子轴的至少任意一方的方式配设于定子的喷射口，从喷射口喷射液体，因此旋转翼以及转子轴的至少任意一方被该液体冷却。

由此，利用液体除去泵运转时产生的压缩热、摩擦热，所以能够防止旋转翼过热、破损。

此外，由于能够将大量的气体连续排气，所以半导体制造装置、平板制造装置的等待时间减少，产量增加。

附图说明

图1是本发明的实施方式的涡轮分子泵的结构图。

图2是液体的回收以及再利用方法的系统结构图。

图3是冷却阱的结构图。

图4是本发明的其他实施方式的结构图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式进行说明。图1示出本发明的实施方式的涡轮分子泵的结构图。

在图1中，在涡轮分子泵10的泵本体100的圆筒状的外筒127的上端形成有吸气口101。在外筒127的内侧具备旋转体103，所述旋转体103在轮毂99的周部放射状且多级地形成有用于对气体进行吸引排气的由涡轮叶片构成的多个旋转翼102a、102b、102c…。

在该旋转体103的中心安装有转子轴113，该转子轴113例如借助所谓五轴控制的磁性轴承而被悬浮支承于空中且被位置控制。

上侧径向电磁体104为，四个电磁体在转子轴113的径向坐标轴即相互正交的x轴和y轴上成对地被配置。与该上侧径向电磁体104接近并且对应，具备带有线圈的四个上侧径向位移传感器107。该上侧径向位移传感器107构成为检测转子轴113的径向位移并传送至未图示的控制装置。

在控制装置中，基于上侧径向位移传感器107检测出的位移信号，经由具有pid调节功能的补偿电路来控制上侧径向电磁体104的励磁，调整转子轴113的上侧的径向位置。

转子轴113由高导磁率材料（铁等）等形成，被上侧径向电磁体104的磁力吸引。相关调整在x轴方向和y轴方向分别独立地进行。

此外，下侧径向电磁体105以及下侧径向位移传感器108与上侧径向电磁体104以及上侧径向位移传感器107同样地配置，对转子轴113的下侧的径向位置与上侧的径向位置同样地进行调整。

进而，轴向电磁体106a、106b被配置为上下地夹持配备于转子轴113的下部的圆板状的金属盘111。金属盘111由铁等的高导磁率材料构成。

并且，轴向电磁体106a、106b基于未图示的轴向位移传感器的轴向位移信号，经由控制装置的具有pid调节功能的补偿电路来进行励磁控制。轴向电磁体106a和轴向电磁体106b利用磁力分别向上方和下方吸引金属盘111。

这样地，控制装置适当地调节该轴向电磁体106a、106b施加于金属盘111的磁力，使转子轴113在轴向上磁悬浮，空间上非接触地进行保持。

马达121具备以包围转子轴113的方式被周状地配置的多个磁极。各磁极被控制装置控制，以便经由作用于与转子轴113之间的电磁力来旋转驱动转子轴113。

与旋转翼102a、102b、102c…隔开微小空隙而配设有多个固定翼123a、123b、123c…。旋转翼102a、102b、102c…分别通过碰撞而将排气气体的分子向下方移送，所以形成为从垂直于转子轴113的轴线的平面倾斜既定的角度。

此外，固定翼123也同样地形成为从垂直于转子轴113的轴线的平面倾斜既定的角度，并且被配设为朝向外筒127的内侧而与旋转翼102的级相互交错。

并且，固定翼123的一端以被嵌插于多个层叠的固定翼间隔件125a、125b、125c…之间的状态被支承。

固定翼间隔件125是环状的部件，例如由铝、铁、不锈钢、铜等的金属、或者作为成分而包含这些金属的合金等的金属构成。

在固定翼间隔件125的外周隔开微小空隙而固定有外筒127。在外筒127的底部配设基座部129，在固定翼间隔件125的下部和基座部129之间配设有带螺纹间隔件131。并且，在基座部129中的带螺纹间隔件131的下部形成有排气口133，连通至外部。

带螺纹间隔件131是由铝、铜、不锈钢、铁、或者作为成分而包含这些金属的合金等的金属构成的圆筒状的部件，在其内周面刻设有多条螺旋状的螺纹槽131a。

螺纹槽131a的螺旋方向为如下的方向：在排气气体的分子向旋转体103的旋转方向移动时，该分子被向排气口133的方向移送。

在旋转体103的轮毂99的下端沿径向且水平地形成有伸出部88，旋转翼102d从该伸出部88的周端垂下。该圆筒部102d的外周面为圆筒状，并且朝向带螺纹间隔件131的内周面伸出，隔开既定的间隙与该带螺纹间隔件131的内周面接近。

基座部129是构成涡轮分子泵10的基底部的圆盘状的部件，一般地由铁、铝、不锈钢等的金属构成。

基座部129物理地保持涡轮分子泵10，并且兼具热传导路径的功能，因此期望使用铁、铝、铜等具有刚性且热传导率也较高的金属。

此外，由马达121、下侧径向电磁体105、下侧径向位移传感器108、上侧径向电磁体104、上侧径向位移传感器107等构成的电装部其周围被定子柱122覆盖，该电装部内借助吹扫气体被保持为既定压力，以使被从吸气口101吸引的气体不会侵入电装部侧。定子柱122的比膨出边界点97靠下侧的一半比靠上侧的一半直径形成得更大。

在定子柱122的大径部分的壁面周状并且均匀地配置有四个喷嘴1。期望喷嘴1均匀地被配置为偶数个。在定子柱122的壁部沿轴向形成有四条与该喷嘴1连通的连通路3。四条连通路3彼此之间由形成于定子柱122的壁内部的未图示的环状的孔连结。连通路3与埋入基座部129内的供给管5的一端连接，在该供给管5的另一端配设有供给口7。连通路3以及供给管5相当于第二配管。

接着，对本实施方式的作用进行说明。

若旋转翼102被马达121驱动而与转子轴113一起旋转，则利用旋转翼102和固定翼123的作用，通过吸气口101而对来自腔室的排气气体进行吸气。

从吸气口101被吸气的排气气体通过旋转翼102和固定翼123之间，被向基座部129传送。并且，被从排气口排出。

从供给口7供给作为链状饱和烃的例如癸烷（c10h22）。

该癸烷经由供给管5以及连通路3从喷嘴1朝向旋转翼102d进行喷雾。即，以在旋转翼102d的表面容易气化的方式进行喷射。

癸烷在大气压下的沸点是174℃，所以在常温常压下是液体。另一方面，在涡轮分子泵10的内部，压力为大致100pa左右的几乎真空状态，癸烷在该压力时的沸点为14℃。若考虑旋转翼102有时会上升到150℃左右，则推测癸烷在泵内部为气体。

因此，在从喷嘴1被喷射之前压力较高，癸烷是液体状态，但若附着于旋转翼102的表面而温度上升则其气化。此时将旋转翼102的热量作为气化热而消耗，所以能够高效地冷却旋转翼102。

另外，期望在喷嘴1的附近设置节流部2而将供给管5以及连通路3的内部保持为液体气体化的压力以上，以使液体到达喷嘴1之前不会气化。

在此作为能够使用的液体，只要在使用压力下气体化的温度在旋转翼102的允许温度以下而使得在旋转翼102的表面气化即可。因而，在链状饱和烃中除癸烷以外的碳原子数为7以上的庚烷或辛烷等也具有和癸烷几乎相同的性质，因此可以应用。

另外，也可以将在泵内不会气化的液体，例如真空油进行喷雾。在该情况下也能够期待一定程度的冷却效果。

期望来自喷嘴1的喷雾朝向旋转翼102d大范围地扩散。因此，喷嘴1被配置于定子柱122的大径部分的壁面高度的大致中央。然而，也可以使液体集中喷洒于旋转翼102d的一个位置而不利用喷雾令其扩散。在该情况下，推测液体受到旋转翼102的离心力的影响，扩散至旋转翼102d的内表面的整体。

此外，利用温度传感器检测旋转翼102的温度或者转子轴113的温度是否变为既定的温度以上。并且，也可以具有基于该温度传感器的信号而将液体的供给接通/断开的控制功能。例如，在旋转翼102的温度为150℃以上时进行液体的供给，变为145℃以下时停止该供给。

通过这样地根据旋转翼102或者转子轴113的温度来控制液体的供给，能够抑制液体的消耗量。

通过以上所述，由于利用液体除去在泵运转时产生的压缩热、摩擦热，所以能够防止旋转翼过热、破损。

此外，由于能够将大量的气体连续排气，所以半导体制造装置、平板制造装置的等待时间减少，产量增加。

接着，对在泵内部用于冷却的液体的回收以及再利用方法进行说明。

图2示出液体的回收以及再利用方法的系统结构图。在图2中，在泵内部气化后的气体与排气的工艺气体一起被从排气口133排气。在该排气口133连接第一配管的一端。并且，该第一配管的另一端连接于冷却阱20的吸气口21，气体经由该第一配管而流入至吸气口21。将冷却阱20的结构图在图3示出。进而，在冷却阱20的排气口23连接粗抽吸泵40，该粗抽吸泵40进行辅助以使涡轮分子泵10的压力在动作范围内。

在冷却阱20的冷却介质排出口25连接有过滤装置兼输送用泵50，由过滤装置兼输送用泵50过滤后的液体被返回涡轮分子泵10的供给口7而进行再利用。

在图3中，冷却阱20沿气流连设有前级阱部20a和后级阱部20b。

在前级阱部20a的外筒26的内部垂直于气体的行进方向地交替配设有圆板状的冷却板27和圆板状的冷却板29，所述冷却板27在周状的多个位置开设有孔27a，所述冷却板29在周状的多个位置开设有孔29a。孔27a形成在距外筒26的中心更远的位置，孔29a形成在外筒26的中心附近。在前级阱部20a的后端部配设有水冷部33，所述水冷部33埋设有环状的水冷管31。

另一方面，在后级阱部20b的前端部配设有水冷部37，所述水冷部37埋设有环状的水冷管35。此外，在后级阱部20b的外筒28的内部，与前级阱部20a同样地，垂直于气体的行进方向地交替配设有圆板状的冷却板27和圆板状的冷却板29。

在相关构成中，由于冷却板27和冷却板29交替地重叠，所以气化后的癸烷和工艺气体如图3中箭头所示交错状地流动。由此，气体与冷却板27和冷却板29接触的面积增加，能够提高冷却效率。在前级阱部20a和后级阱部20b分别具备未图示的温度计，在此基于测量的温度分别独立地被控制为不同的温度。

前级阱部20a的温度例如被设定为40℃。在该设定温度下工艺气体中的生成物以固体方式被析出。此时癸烷的沸点如前述为14℃，因此没有液化而保持气体状态。

另一方面，接下来的后级阱部20b的设定温度设定为例如14℃以下的例如10℃。由此，在后级阱部20b中癸烷液化。液化后的癸烷被从冷却介质排出口25排出。从该冷却介质排出口25排出的液体在过滤装置兼输送用泵50被过滤，在涡轮分子泵10被再利用。这样地癸烷冷却至14℃以下则再次液化，所以能够容易地在冷却阱20回收。通过将回收后的癸烷进行再利用，能够抑制癸烷的消耗量。残留的工艺气体从冷却阱20的排气口23经由粗抽吸泵40被向未图示的外部的处理工序运送。

另外，在构成为将真空油进行喷雾的情况下，该真空油的液体和工艺气体从排气口133排出，因此也可以在排气口133的外部配设t字管，利用该t字管将真空油进行分支从而对液体进行再利用。

此外，省略了图示，但准备有用于将该真空油的液体在泵内部储存的储存槽。并且，可以利用另外配设的小型泵将液体从该储存槽向涡轮分子泵10内部吸取而从喷嘴1进行喷雾，从而对液体进行再利用。

进而，在本实施方式中，对将喷嘴1配设于定子柱122的外周侧、从该喷嘴1朝向旋转翼102d将液体进行喷雾的方式进行了说明。然而，如图4的本发明的其他实施方式的结构图所示，也可以将与连通路3连接的连通路61在径向上延长，在定子柱122的内周侧也配设喷嘴63。在该情况下，利用喷嘴1朝向旋转翼102d进行喷雾，利用喷嘴63朝向转子轴113进行喷雾。

由此，能够同时冷却旋转翼102和转子轴113双方。然而，也可以构成为仅冷却任意一方。

另外，本发明只要不脱离本发明的主旨就能够进行各种改变，并且，本发明当然也包含该改变的内容。

附图标记

1、63喷嘴

3、61连通路

5供给管

7供给口

10涡轮分子泵

20冷却阱

20a前级阱部

20b后级阱部

21吸气口

23排气口

25冷却介质排出口

26外筒

27、29冷却板

31、35水冷管

33、37水冷部

50过滤装置兼输送用泵

100泵本体

102旋转翼

103旋转体

104上侧径向电磁体

105下侧径向电磁体

107上侧径向位移传感器

108下侧径向位移传感器

113转子轴

121马达

122定子柱

127外筒

129基座部。