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并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，涡轮分子泵不仅用于使腔室内成为真空，也用于将这些工艺气体从腔室内排气。

不过，有时为了提高反应性而以高温的状态将工艺气体导入腔室。

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课题而提出的，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。

为此本发明（技术方案1）构成为，具备：旋转翼；转子轴，固定于该旋转翼，具有将轴端和轴外周部连通的连通路；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；液体贮存部，贮存液体；液体输送机构，随着由前述旋转驱动机构实现的旋转驱动而将贮存于前述液体贮存部的前述液体通过前述连通路从前述轴外周部送出。

在液体贮存部贮存液体。通过旋转驱动机构来旋转驱动转子轴。伴随于此，液体输送机构将贮存于液体贮存部的液体通过连通路从轴外周部送出。被送出的液体流经转子轴、旋转翼。

由此，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。

此外，本发明（技术方案2）构成为，前述液体输送机构具备：插入部件，被插入于前述转子轴的前述轴端的前述连通路；螺旋状的槽，形成于前述转子轴的前述轴端周围的周壁和前述插入部件的任意一方。

借助形成于转子轴的轴端周围的周壁和插入部件的任意一方的螺旋状的槽，产生螺纹槽泵的作用。由此，在螺旋状的槽的两端之间产生液体的压力差。

由此，能够以简单的结构可靠地将贮存于液体贮存部的液体从连通路送出。

进而，本发明（技术方案3）构成为，前述液体输送机构在前述转子轴的前述轴端的前述连通路周围具备锥形的周壁。

随着转子轴的旋转，沿壁面的压力成分作为输送力而作用于液体。因此，能够以简单的结构可靠地将贮存于液体贮存部的液体从连通路送出。

进而，本发明（技术方案4）的特征在于，与前述轴外周部连通的连通路的端部被配置于前述转子轴和前述旋转翼的紧固部的附近。

由此，通过连通路被送出的液体更容易流过旋转翼。因此，容易冷却旋转翼。

进而，本发明（技术方案5）的特征在于，与前述轴外周部连通的连通路的端部被配置于前述磁性轴承的上端附近或者下方。

由此，通过连通路被送出的液体更容易流过旋转轴的外周。因此，容易冷却旋转轴。

进而，本发明（技术方案6）构成为，具备前述液体通过前述磁性轴承以及前述旋转驱动机构的外侧而向前述液体贮存部返回的回收通路。

由此，能够再生利用液体。

进而，本发明（技术方案7）构成为，具备对前述液体贮存部进行冷却的冷却机构。

由此，能够提高液体的冷却效果。

进而，本发明（技术方案8）其特征在于，前述冷却机构是水冷管以及散热器的至少一方。

进而，本发明（技术方案9）构成为，在前述转子轴以及前述旋转翼的至少任意一方具备径向的突起部。

径向的突起部进行旋转，从而液体从该突起部作为液滴而在径向上被甩出。因此，液体不会通过排气路径而泄漏。

进而，本发明（技术方案10）的特征在于，在位于前述突起部的外周的固定部形成有分隔壁。

利用分隔壁挡住液滴。液滴不会越过该分隔壁，液体不会通过排气路径而泄漏。因此，液体返回至液体贮存部。循环的液体几乎不会减少而可以再生利用。

根据以上说明的本发明（技术方案1），构成为具备液体输送机构，其随着基于旋转驱动机构的旋转驱动而将贮存于液体贮存部的液体通过连通路从轴外周部送出，因此被送出的液体流经转子轴和旋转翼。

由此，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，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是本发明的第一实施方式的涡轮分子泵的结构图

图2是本发明的第二实施方式的涡轮分子泵的结构图

图3是锥形构造泵周围的放大图

图4是本发明的第三实施方式的涡轮分子泵的结构图

图5是将图4中的用a示出的虚线范围放大后的图

图6是本发明的第四实施方式的涡轮分子泵的结构图。

具体实施方式

以下，对本发明的第一实施方式进行说明。图1示出第一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将气体吸引排气的由涡轮叶片形成的多个旋转翼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。

在旋转体103的轮毂99的下端且环状的伸出部88的内周端，朝向下方环状地突出有延长部件95。并且，在该延长部件95的下端朝向外周侧在径向上周状地形成有突起部83。

与该延长部件95对置的定子柱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的大径部分的外周端朝向伸出部88突设有周状的分隔壁93。并且，在该分隔壁93的头部朝向内周侧在径向上周状地形成有突起部91。由此，在定子柱122的膨出边界点97和分隔壁93之间形成液体留存部90。

在定子柱122的大径部分的膨出边界点97和分隔壁93之间形成有连通孔85。在基座部129的中央部分形成有底部空间1。配设有底盖3以使其封闭该底部空间1。在该底盖3的上部形成有倒圆锥台状的凹部。在底盖3的中央配设有排水孔5。在该排水孔5拆装自如地安装有排水盖7。在排水盖7的上部外周刻设有螺旋状的螺纹槽9。

另一方面，在转子轴113的中央形成有下端被圆形地开口的中空孔11。排水盖7的螺纹槽9的部分从转子轴113的下端插入该中空孔11。并且，该螺纹槽9和转子轴113的下端壁部之间作为所谓螺纹槽泵而起作用。然而，该螺纹槽9也可以刻设于转子轴113的下端壁部的内侧。该螺纹槽泵的部分相当于液体输送机构。此外，在底部空间1内配设有放射状地具有多个翼片13的散热器15。如液面16示出的那样在底部空间1容纳有液体。容纳有该液体的底部空间1相当于液体储藏部。

在转子轴113的上部周围配设有保护用球轴承17，所述保护用球轴承17在磁性轴承发生异常的情况下保持旋转体103。在该保护用球轴承17的上方，在转子轴113和旋转翼102的紧固部附近沿径向形成有连通孔19。连通孔19与中空孔11相连，期望以该中空孔11为中心放射状地均等配置偶数个连通孔19。此外，连通孔85和底部空间1之间经由通孔21相连。在底部空间1的周围埋设有水冷管23。

接着，对第一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，则借助旋转翼102和固定翼123的作用，来自腔室的排气气体通过吸气口101而被吸气。

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移送。并且，被从排气口133喷出。

容纳于底部空间1的液体使用在低压下也是蒸汽压较低的流体，例如真空油等。该液体在泵的内部压力下保持液相状态。另外，水在真空下会冻结，所以不能使用。

随着转子轴113的旋转，利用形成于螺纹槽9和转子轴113的下端壁部之间的螺纹槽泵的作用，在螺纹槽9的上端和下端之间产生液体的压力差。由此，底部空间1的液体被吸上。

被吸上的液体通过中空孔11，通过连通孔19而被放出至转子轴113的外部。该被放出的液体通过旋转体103的轮毂99的内侧到达延长部件95。包围延长部件95的下端的液体从突起部83作为液滴而在径向上被甩出。利用分隔壁93挡住该液滴。由于在分隔壁93的上部存在突起部91，所以液滴不会越过该分隔壁93，液体不会流出至定子柱122的外部，液体不会通过排气路径而泄漏。

因此，留存于液体留存部90的液体通过作为回收通路的一部分的连通孔85而落下，通过通孔21返回至底部空间1。循环的液体几乎不会减少而可以再生利用。

底部空间1被水冷管23冷却。该水冷管23可以与为了防止工艺气体的析出物的堆积而设置的水冷管共用。此外，也可以被埋设于底盖3内。在底部空间1被冷却后的液体一边与转子轴113的内部和旋转翼102的内侧接触一边流动，因此旋转体103被高效地冷却。

因此，利用液体除去在泵运转时产生的压缩热、摩擦热，所以能够防止旋转体103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，对本发明的第二实施方式进行说明。将本发明的第二实施方式的涡轮分子泵的结构图在图2示出。另外，对与图1相同的要素，附加相同的附图标记而省略说明。第二实施方式与第一实施方式不同的是液体输送机构。第一实施方式的液体输送机构是应用了螺纹槽泵的结构，相对于此，第二实施方式的液体输送机构在是在内侧具有倒圆锥台状的空腔的所谓锥形构造的泵这一点上不同。

在图2中，在转子轴113的下端安装有锥形构造泵27，所述锥形构造泵27在内侧形成有倒圆锥台状的空腔25。锥形构造泵27相当于液体输送机构。并且，该空腔25其水平截面为圆形，与中空孔11连设。在图3示出该锥形构造泵27周围的放大图。锥形构造泵27的纵截面其与空腔25接触的表面为锥状。此外，在排水孔5处安装有拆装自如的排水盖8。

在相关的构成中，如图3所示，随着转子轴113的旋转，液体在径向上产生离心力。并且，该离心力能够分解为相对于锥形构造泵27的壁面垂直的压力成分和沿壁面的压力成分。在此沿壁面的压力成分作为输送力而起作用。因此，能够与第一实施方式同样地使液体循环。由此，能够获得与第一实施方式同样的效果。

接着，对本发明的第三实施方式进行说明。本发明的第三实施方式的涡轮分子泵的结构图在图4示出。此外，将图4中的用a示出的虚线范围放大而在图5示出。另外，对与图1相同的要素，附加相同的附图标记而省略说明。

第三实施方式与第一实施方式同样地，作为液体输送机构而采用螺纹槽泵。第三实施方式与第一实施方式不同的是连通孔的位置和液体留存部的配设位置。在第一实施方式中，连通孔19形成于保护用球轴承17的上方，相对于此，在第三实施方式中，连通孔29形成于保护用球轴承17的下方，即，磁性轴承的上端附近。然而，连通孔29也可以形成于比磁性轴承的上端靠下方。从连通孔29喷出的液体在转子轴113的表面沿转子轴113流动。沿该转子轴113流动的液体返回底部空间1。

在该情况下，液体留存部80周状地形成于保护用球轴承17的上方，以使液体不会通过旋转体103的轮毂99的内侧且通过排气路径而泄漏。即，在定子柱122的小径部分的上端部与转子轴113平行地突设有周状的分隔壁73。并且，在该分隔壁73的头部朝向内周侧在径向上周状地形成有突起部71。另一方面，在保护用球轴承17的附近且稍上方从转子轴113的周壁在径向上突设有突起部61。

液体留存部80这样地形成于定子柱122的上端部和转子轴113之间。

由此，通过在转子轴113的表面沿转子轴113流动的液体直接冷却转子轴113，此外，旋转翼102也被该液体间接地冷却。因此，能够获得与第一实施方式相同的效果。

接着，对本发明的第四实施方式进行说明。将本发明的第四实施方式的涡轮分子泵的结构图在图6示出。另外，对与图1相同的要素，附加相同的附图标记而省略说明。第四实施方式与第二实施方式同样地，作为液体输送机构而采用锥形构造的泵。第四实施方式与第二实施方式不同的是连通孔的位置和液体留存部的配设位置。在第二实施方式中，连通孔19形成于保护用球轴承17的上方，相对于此，在第四实施方式中，连通孔29形成于保护用球轴承17的下方，即，磁性轴承的上端附近。然而，连通孔29也可以形成于比磁性轴承的上端靠下方。从连通孔29喷出的液体在转子轴113的表面沿转子轴113流动。沿该转子轴113流动的液体返回底部空间1。

在该情况下，液体留存部80周状地形成于保护用球轴承17的上方，以使液体不会通过旋转体103的轮毂99的内侧且通过排气路径而泄漏。

由此，能够获得与第一实施方式相同的效果。

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底部空间

3底盖

5排水孔

7、8排水盖

9螺纹槽

10涡轮分子泵

11中空孔

15散热器

16液面

17保护用球轴承

19、29连通孔

21通孔

23水冷管

25空腔

27锥形构造泵

61、71、83、91突起部

73、93分隔壁

80、90液体留存部

85连通孔（回收通路）

88伸出部

95延长部件

97膨出边界点

99轮毂

100泵本体

102旋转翼

103旋转体

113转子轴

121马达

122定子柱

127外筒

129基座部。