特開 2022-62805 真空ポンプとこれを用いた真空排気システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022062805

(43)【公開日】2022-04-21

(54)【発明の名称】真空ポンプとこれを用いた真空排気システム

(51)【国際特許分類】

   F04D 19/04 20060101AFI20220414BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20220414BHJP

【ＦＩ】

F04D19/04 E

H01L21/302 101G

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020170939

(22)【出願日】2020-10-09

(71)【出願人】

【識別番号】508275939

【氏名又は名称】エドワーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100069431

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 成則

(74)【代理人】

【識別番号】100102761

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 元也

(72)【発明者】

【氏名】坂口 祐幸

【テーマコード（参考）】

3H131

5F004

【Ｆターム（参考）】

3H131AA02

3H131BA07

3H131BA12

3H131CA04

3H131CA13

3H131CA33

5F004BC02

5F004BD02

(57)【要約】

【課題】チャンバ内の圧力の均一化と圧縮比の向上を図るのに好適な真空ポンプとこれを用いた真空排気システムを提供する。
【解決手段】真空ポンプＰ１は、筒状の内ハウジング１と、内ハウジングの外方に配置された筒状のステータ２と、内ハウジングとステータとの間に回転自在に配設された筒状のシャフト３と、シャフトをその軸心周りに回転駆動するモータＭＴと、シャフトの外周面に配設された複数段の回転翼４Ａ、４Ｂ・・・と、複数段の回転翼の外方に設けられ、吸気口５および排気口６を有する筒状の外ハウジング７と、を備え、内ハウジング１の外周面とシャフト３の内周面との間の隙間に、その隙間へのガスの流入を阻害するシール機構８が設けられる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状の内ハウジングと、
前記内ハウジングの外方に配置された筒状のステータと、
前記内ハウジングと前記ステータとの間に回転自在に配設された筒状のシャフトと、
前記シャフトをその軸心周りに回転駆動するモータと、
前記シャフトの外周面に配設された複数段の回転翼と、
前記複数段の回転翼の外方に設けられ、吸気口および排気口を有する筒状の外ハウジングと、を備えた真空ポンプにおいて、
前記内ハウジングの外周面と前記シャフトの内周面との間の隙間に、その隙間へのガスの流入を阻害するシール機構を設けたこと
を特徴とする真空ポンプ。

【請求項2】

前記シール機構は、その形状ないしは構造の相違によって、前記隙間の上流側では該隙間へのプロセスガスの流入を阻害する手段として機能し、前記隙間の下流側では該隙間へのパージガスの流入を阻害する手段として機能すること
を特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項3】

前記シール機構は、前記シャフトの内周面の少なくとも一部に複数のブレード部を有すること
を特徴とする請求項１または２に記載の真空ポンプ。

【請求項4】

前記シール機構は、前記内ハウジングの外周面と前記シャフトの内周面のいずれか一方の少なくとも一部にネジ溝部を有すること
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の真空ポンプ。

【請求項5】

前記外ハウジングの内周面に、通常、前記複数段の回転翼と軸方向で交互に配置される複数段の固定翼を備えていないこと
を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。

【請求項6】

請求項１の真空ポンプの中心軸と同軸上で、かつ、該真空ポンプの下流側に、別の真空ポンプを備えた
ことを特徴とする真空排気システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製造装置、フラット・パネル・ディスプレイ製造装置、ソーラー・パネル製造装置におけるプロセスチャンバその他のチャンバのガス排気手段として利用される真空ポンプとこれを用いた真空排気システムに関し、特に、チャンバ内の圧力の均一化と圧縮比の向上を図るのに好適なものである。

【背景技術】

【0002】

図７は従来の真空排気システムの断面図である。

【0003】

図７を参照すると、従来の真空排気システムでは、チャンバ３００に真空ポンプＰ３を接続し、真空ポンプＰ３を通じてチャンバ３００内のガスを排気している。チャンバ３００内には処理ステージ４００が設けられ、この処理ステージ４００上に半導体ウエハ等のワークが載置される。そして、チャンバ３００内にプロセスガスが供給され、処理ステージ４００上のワークに対してプロセスガスによる処理（例えば、半導体ウエハのエッチング処理）が行なわれる。処理で使用されたプロセスガスは真空ポンプＰ３を通じてチャンバ３００外に排気される。

【0004】

前記のようなチャンバ３００内でのプロセスガスの処理時に該チャンバ３００内の圧力を調整する手段として、図７の従来の真空排気システムでは、チャンバ３００内にゲートバルブ装置５００が設けられている。

【0005】

ゲートバルブ装置５００は、チャンバ３００内に配置されたバルブ本体５００Ａの上下移動によって、真空ポンプＰ３とチャンバ３００を結ぶ連通路Ｒを一時的に遮断したり開放したりするこができる。バルブ本体５００Ａの上下移動は、駆動シリンダロッド５００Ｂの昇降動作によって行われる。

【0006】

しかしながら、図７の従来の真空排気システムにあっては、バルブ本体５００Ａを上下移動するための駆動シリンダロッド５００Ｂが連通路Ｒの外周付近に位置すること、および、チャンバ３００の内側壁に処理ステージ４００が取付けられた構造になっていて、処理４００ステージに対する排気経路の対称性が無いため、その取付け部周辺とそれ以外の場所とでガスの流れ方が変わることから、圧力分布の不均一が生じやすくなる。例えば、プロセスガスによるワークの処理時に、処理ステージ４００や駆動シリンダロッド５００Ｂの周辺でプロセスガスの流れが均一にならず、ゲートバルブ装置５００によってチャンバ３００内の圧力を均一に保つことが困難となるため、プロセスガスによるワークの処理にムラが生じる等の問題点を有している。

【0007】

特許文献１の排気システムでは、チャンバ内の処理ステージに対して真空ポンプを同軸に配置する構成、および、同真空ポンプを中空構造とし、その中空部に処理ステージが収納される構成を採用しているため、処理ステージの周辺におけるプロセスガスの流れ方は先に説明した図７の従来の真空排気システムに比べて改善されている。

【0008】

しかしながら、同文献１の排気システムによると、真空ポンプを構成するロータの軸受けを介して真空ポンプの吸気側（上流側）と排気側（下流側）が連通しているので、ガスの逆流が生じ、所望の圧縮比（吸気側の圧力と排気側の圧力との比率、排気圧力／吸気圧力）が得られないという問題点や、腐食性ガスによって磁気軸受の構成部品が腐食しダメージを受けるという問題点等がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０００－１８３０３７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は前記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、チャンバ内の圧力の均一化と圧縮比の向上を図るのに好適な真空ポンプとこれを用いた真空排気システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記目的を達成するために、真空ポンプの本発明は、筒状の内ハウジングと、前記内ハウジングの外方に配置された筒状のステータと、前記内ハウジングと前記ステータとの間に回転自在に配設された筒状のシャフトと、前記シャフトをその軸心周りに回転駆動するモータと、前記シャフトの外周面に配設された複数段の回転翼と、前記複数段の回転翼の外方に設けられ、吸気口および排気口を有する筒状の外ハウジングと、を備えた真空ポンプにおいて、前記内ハウジングの外周面と前記シャフトの内周面との間の隙間に、その隙間へのガスの流入を阻害するシール機構を設けたことを特徴とする。

【0012】

前記本発明において、前記シール機構は、その形状ないしは構造の相違によって、前記隙間の上流側では該隙間へのプロセスガスの流入を阻害する手段として機能し、前記隙間の下流側では該隙間へのパージガスの流入を阻害する手段として機能することを特徴としてもよい。

【0013】

前記本発明において、前記シール機構は、前記シャフトの内周面の少なくとも一部に複数のブレード部を有することを特徴としてもよい。

【0014】

前記本発明において、前記シール機構は、前記内ハウジングの外周面と前記シャフトの内周面のいずれか一方の少なくとも一部にネジ溝部を有することを特徴としてもよい。

【0015】

前記本発明において、前記外ハウジングの内周面に、通常、前記複数段の回転翼と軸方向で交互に配置される複数段の固定翼を備えていないことを特徴としてもよい。

【0016】

また、真空排気システムの本発明は、前記真空ポンプの中心軸と同軸上で、かつ、該真空ポンプの下流側に、別の真空ポンプを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明では、前述の通り、内ハウジングも外ハウジングも筒状の形態であることにより真空ポンプ全体が中空構造になっていて、その中空部にチャンバ内の処理ステージを配置することができ、このような処理ステージの配置構成によって、従来の処理ステージの取付け部のようにガスの流れを阻害する要因がなくなり、処理ステージの周囲でガスの流れ方が一様になる点で、チャンバ内の圧力の均一化を図るのに好適な真空ポンプとこれを用いた真空排気システムを提供し得る。

【0018】

また、本発明では、真空ポンプの具体的な構成として、前述の通り、内ハウジングの外周面とシャフトの内周面との間の隙間に、その隙間へのガスの流入を阻害するシール機構が設けられる構成を採用した。このため、当該隙間を介する排気側と吸気側の連通はシール機構によって遮断されるから、その隙間を通じた排気側から吸気口側へのガスの逆流が防止でき、吸気側の圧力と排気側の圧力との比率である、圧縮比の向上を図るのに好適な真空ポンプとこれを用いた真空排気システムを提供し得る。

【0019】

さらに、本発明にあっては、前述の隙間への腐食性ガスの流入によってシャフトの支持系（例えば、磁気受けの電磁石やセンサ）が腐食しダメージを受けるという問題も生じ難く、ポンプ内蔵電装部品の故障によるトラブルが少なく、信頼性の高い真空ポンプとこれを用いた排気システムも提供し得る。

【0020】

また、さらに、本発明にあっては、圧力の均一化と圧縮比等の排気性能の役割をそれぞれ別なポンプにうまく配分した構成となっているので、圧力の均一化と排気性能の両面を満足する信頼性の高い真空排気システムを提供し得る。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明を適用した真空排気システムの構成断面図。

【図2】図１の真空排気システムを構成する第２の真空ポンプの断面図。

【図3】アンプ回路の回路図。

【図4】電流指令値が検出値より大きい場合の制御を示すタイムチャート。

【図5】電流指令値が検出値より小さい場合の制御を示すタイムチャート。

【図6】シール機構の概念説明図。

【図7】従来の真空排気システムの構成断面図。

【発明を実施するための最良の形態】

【0022】

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

【0023】

図１は、本発明を適用した真空排気システムの構成断面図、図２は、図１の真空排気システムを構成する第２の真空ポンプの断面図である。

【0024】

《真空排気システムＥＳの概要》
図１を参照すると、同図の真空排気システムＥＳは、真空ポンプＰ１（以下「第１の真空ポンプ」という）の中心軸と同軸上で、かつ、該第１の真空ポンプＰ１の下流側に、別の真空ポンプとして、第２の真空ポンプＰ２を備えている。

【0025】

《第２の真空ポンプＰ２の詳細》
図２を参照すると、第２の真空ポンプＰ２は、円筒状の外筒１２７の上端に吸気口１０１が形成されている。そして、外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードである複数の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）を周部に放射状かつ多段に形成した回転体１０３が備えられている。この回転体１０３の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、例えば５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。

【0026】

磁気軸受の具体的な構成例として、上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石がＸ軸とＹ軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石１０４の近接に、かつ上側径方向電磁石１０４のそれぞれに対応されて４個の上側径方向センサ１０７が備えられている。上側径方向センサ１０７は、例えば伝導巻線を有するインダクタンスセンサや渦電流センサなどが用いられ、ロータ軸１１３の位置に応じて変化するこの伝導巻線のインダクタンスの変化に基づいてロータ軸１１３の位置を検出する。この上側径方向センサ１０７はロータ軸１１３、すなわちそれに固定された回転体１０３の径方向変位を検出し、制御装置２００に送るように構成されている。

【0027】

この制御装置２００においては、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、上側径方向センサ１０７によって検出された位置信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４の励磁制御指令信号を生成し、図３に示すアンプ回路１５０（後述する）が、この励磁制御指令信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４を励磁制御することで、ロータ軸１１３の上側の径方向位置が調整される。

【0028】

そして、このロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄、ステンレスなど）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。また、下側径方向電磁石１０５及び下側径方向センサ１０８が、上側径方向電磁石１０４及び上側径方向センサ１０７と同様に配置され、ロータ軸１１３の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。

【0029】

さらに、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディスク１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ１０９が備えられ、その軸方向位置信号が制御装置２００に送られるように構成されている。

【0030】

そして、制御装置２００において、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、軸方向センサ１０９によって検出された軸方向位置信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂのそれぞれの励磁制御指令信号を生成し、アンプ回路１５０が、これらの励磁制御指令信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂをそれぞれ励磁制御することで、軸方向電磁石１０６Ａが磁力により金属ディスク１１１を上方に吸引し、軸方向電磁石１０６Ｂが金属ディスク１１１を下方に吸引し、ロータ軸１１３の軸方向位置が調整される。

【0031】

このように、制御装置２００は、この軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。なお、これら上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０については、後述する。

【0032】

一方、モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、制御装置２００によって制御されている。また、モータ１２１には図示しない例えばホール素子、レゾルバ、エンコーダなどの回転速度センサが組み込まれており、この回転速度センサの検出信号によりロータ軸１１３の回転速度が検出されるようになっている。

【0033】

さらに、例えば下側径方向センサ１０８近傍に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸１１３の回転の位相を検出するようになっている。制御装置２００では、この位相センサと回転速度センサの検出信号を共に用いて磁極の位置を検出するようになっている。

【0034】

回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）が配設されている。回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。

【0035】

また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の段と互い違いに配設されている。そして、固定翼１２３の外周端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５（１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・）の間に嵌挿された状態で支持されている。

【0036】

固定翼スペーサ１２５はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。固定翼スペーサ１２５の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒１２７が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設されている。ベース部１２９には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。チャンバ側から吸気口１０１に入ってベース部１２９に移送されてきた排気ガスは、排気口１３３へと送られる。

【0037】

さらに、第２の真空ポンプＰ２の用途によって、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間には、ネジ付スペーサ１３１が配設される。ネジ付スペーサ１３１は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。ネジ溝１３１ａの螺旋の方向は、回転体１０３の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口１３３の方へ移送される方向である。回転体１０３の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）に続く最下部には円筒部１０２ｄが垂下されている。この円筒部１０２ｄの外周面は、円筒状で、かつネジ付スペーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ付スペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。回転翼１０２および固定翼１２３によってネジ溝１３１ａに移送されてきた排気ガスは、ネジ溝１３１ａに案内されつつベース部１２９へと送られる。

【0038】

ベース部１２９は、第２の真空ポンプＰ２の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。ベース部１２９は第２の真空ポンプＰ２を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。

【0039】

かかる構成において、回転翼１０２がロータ軸１１３と共にモータ１２１により回転駆動されると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気口１０１を通じてチャンバから排気ガスが吸気される。吸気口１０１から吸気された排気ガスは、回転翼１０２と固定翼１２３の間を通り、ベース部１２９へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼１０２に接触する際に生ずる摩擦熱や、モータ１２１で発生した熱の伝導などにより、回転翼１０２の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子などによる伝導により固定翼１２３側に伝達される。

【0040】

固定翼スペーサ１２５は、外周部で互いに接合しており、固定翼１２３が回転翼１０２から受け取った熱や排気ガスが固定翼１２３に接触する際に生ずる摩擦熱などを外部へと伝達する。

【0041】

なお、上記では、ネジ付スペーサ１３１は回転体１０３の円筒部１０２ｄの外周に配設し、ネジ付スペーサ１３１の内周面にネジ溝１３１ａが刻設されているとして説明した。しかしながら、これとは逆に円筒部１０２ｄの外周面にネジ溝が刻設され、その周囲に円筒状の内周面を有するスペーサが配置される場合もある。

【0042】

また、第２の真空ポンプＰ２の用途によっては、吸気口１０１から吸引されたガスが上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７、モータ１２１、下側径方向電磁石１０５、下側径方向センサ１０８、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂ、軸方向センサ１０９などで構成される電装部に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム１２２で覆われ、このステータコラム１２２内はパージガスにて所定圧に保たれる場合もある。

【0043】

この場合には、ベース部１２９には図示しない配管が配設され、この配管を通じてパージガスが導入される。導入されたパージガスは、保護ベアリング１２０とロータ軸１１３間、モータ１２１のロータとステータ間、ステータコラム１２２と回転翼１０２の内周側円筒部の間の隙間を通じて排気口１３３へ送出される。

【0044】

ここに、第２の真空ポンプＰ２は、機種の特定と、個々に調整された固有のパラメータ（例えば、機種に対応する諸特性）に基づいた制御を要する。この制御パラメータを格納するために、第２の真空ポンプＰ２は、その本体内に電子回路部１４１を備えている。電子回路部１４１は、ＥＥＰ－ＲＯＭ等の半導体メモリ及びそのアクセスのための半導体素子等の電子部品、それらの実装用の基板１４３等から構成される。この電子回路部１４１は、第２の真空ポンプＰ２の下部を構成するベース部１２９の例えば中央付近の図示しない回転速度センサの下部に収容され、気密性の底蓋１４５によって閉じられている。

【0045】

ところで、半導体の製造工程では、チャンバに導入されるプロセスガスの中には、その圧力が所定値よりも高くなり、或いは、その温度が所定値よりも低くなると、固体となる性質を有するものがある。第２の真空ポンプＰ２内部では、排気ガスの圧力は、吸気口１０１で最も低く排気口１３３で最も高い。プロセスガスが吸気口１０１から排気口１３３へ移送される途中で、その圧力が所定値よりも高くなったり、その温度が所定値よりも低くなったりすると、プロセスガスは、固体状となり、第２の真空ポンプＰ２内部に付着して堆積する。

【0046】

例えば、Ａｌエッチング装置にプロセスガスとしてＳｉＣｌ_４が使用された場合、低真空（７６０［ｔｏｒｒ］～１０^－２［ｔｏｒｒ］）かつ、低温（約２０［℃］）のとき、固体生成物（例えばＡｌＣｌ_３）が析出し、第２の真空ポンプＰ２内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。これにより、第２の真空ポンプＰ２内部にプロセスガスの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭め、第２の真空ポンプＰ２の性能を低下させる原因となる。そして、前述した生成物は、排気口付近やネジ付スペーサ１３１付近の圧力が高い部分で凝固、付着し易い状況にあった。

【0047】

そのため、この問題を解決するために、従来はベース部１２９等の外周に図示しないヒータや環状の水冷管１４９を巻着させ、かつ例えばベース部１２９に図示しない温度センサ（例えばサーミスタ）を埋め込み、この温度センサの信号に基づいてベース部１２９の温度を一定の高い温度（設定温度）に保つようにヒータの加熱や水冷管１４９による冷却の制御（以下ＴＭＳという。ＴＭＳ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が行われている。

【0048】

次に、このように構成される第２の真空ポンプＰ２に関して、その上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０について説明する。このアンプ回路１５０の回路図を図３に示す。

【0049】

図３において、上側径方向電磁石１０４等を構成する電磁石巻線１５１は、その一端がトランジスタ１６１を介して電源１７１の正極１７１ａに接続されており、また、その他端が電流検出回路１８１及びトランジスタ１６２を介して電源１７１の負極１７１ｂに接続されている。そして、トランジスタ１６１、１６２は、いわゆるパワーＭＯＳＦＥＴとなっており、そのソース－ドレイン間にダイオードが接続された構造を有している。

【0050】

このとき、トランジスタ１６１は、そのダイオードのカソード端子１６１ａが正極１７１ａに接続されるとともに、アノード端子１６１ｂが電磁石巻線１５１の一端と接続されるようになっている。また、トランジスタ１６２は、そのダイオードのカソード端子１６２ａが電流検出回路１８１に接続されるとともに、アノード端子１６２ｂが負極１７１ｂと接続されるようになっている。

【0051】

一方、電流回生用のダイオード１６５は、そのカソード端子１６５ａが電磁石巻線１５１の一端に接続されるとともに、そのアノード端子１６５ｂが負極１７１ｂに接続されるようになっている。また、これと同様に、電流回生用のダイオード１６６は、そのカソード端子１６６ａが正極１７１ａに接続されるとともに、そのアノード端子１６６ｂが電流検出回路１８１を介して電磁石巻線１５１の他端に接続されるようになっている。そして、電流検出回路１８１は、例えばホールセンサ式電流センサや電気抵抗素子で構成されている。

【0052】

以上のように構成されるアンプ回路１５０は、一つの電磁石に対応されるものである。そのため、磁気軸受が５軸制御で、電磁石１０４、１０５、１０６Ａ、１０６Ｂが合計１０個ある場合には、電磁石のそれぞれについて同様のアンプ回路１５０が構成され、電源１７１に対して１０個のアンプ回路１５０が並列に接続されるようになっている。

【0053】

さらに、アンプ制御回路１９１は、例えば、制御装置２００の図示しないディジタル・シグナル・プロセッサ部（以下、ＤＳＰ部という）によって構成され、このアンプ制御回路１９１は、トランジスタ１６１、１６２のｏｎ／ｏｆｆを切り替えるようになっている。

【0054】

アンプ制御回路１９１は、電流検出回路１８１が検出した電流値（この電流値を反映した信号を電流検出信号１９１ｃという）と所定の電流指令値とを比較するようになっている。そして、この比較結果に基づき、ＰＷＭ制御による１周期である制御サイクルＴｓ内に発生させるパルス幅の大きさ（パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２）を決めるようになっている。その結果、このパルス幅を有するゲート駆動信号１９１ａ、１９１ｂを、アンプ制御回路１９１からトランジスタ１６１、１６２のゲート端子に出力するようになっている。

【0055】

なお、回転体１０３の回転速度の加速運転中に共振点を通過する際や定速運転中に外乱が発生した際等に、高速かつ強い力での回転体１０３の位置制御をする必要がある。そのため、電磁石巻線１５１に流れる電流の急激な増加（あるいは減少）ができるように、電源１７１としては、例えば５０Ｖ程度の高電圧が使用されるようになっている。また、電源１７１の正極１７１ａと負極１７１ｂとの間には、電源１７１の安定化のために、通常コンデンサが接続されている（図示略）。

【0056】

かかる構成において、トランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにすると、電磁石巻線１５１に流れる電流（以下、電磁石電流ｉＬという）が増加し、両方をｏｆｆにすると、電磁石電流ｉＬが減少する。

【0057】

また、トランジスタ１６１、１６２の一方をｏｎにし他方をｏｆｆにすると、いわゆるフライホイール電流が保持される。そして、このようにアンプ回路１５０にフライホイール電流を流すことで、アンプ回路１５０におけるヒステリシス損を減少させ、回路全体としての消費電力を低く抑えることができる。また、このようにトランジスタ１６１、１６２を制御することにより、第２の真空ポンプＰ２に生じる高調波等の高周波ノイズを低減することができる。さらに、このフライホイール電流を電流検出回路１８１で測定することで電磁石巻線１５１を流れる電磁石電流ｉＬが検出可能となる。

【0058】

すなわち、検出した電流値が電流指令値より小さい場合には、図４に示すように制御サイクルＴｓ（例えば１００μｓ）中で１回だけ、パルス幅時間Ｔｐ１に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、正極１７１ａから負極１７１ｂへ、トランジスタ１６１、１６２を介して流し得る電流値ｉＬｍａｘ（図示せず）に向かって増加する。

【0059】

一方、検出した電流値が電流指令値より大きい場合には、図５に示すように制御サイクルＴｓ中で１回だけパルス幅時間Ｔｐ２に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｆｆにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、負極１７１ｂから正極１７１ａへ、ダイオード１６５、１６６を介して回生し得る電流値ｉＬｍｉｎ（図示せず）に向かって減少する。

【0060】

そして、いずれの場合にも、パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２の経過後は、トランジスタ１６１、１６２のどちらか１個をｏｎにする。そのため、この期間中は、アンプ回路１５０にフライホイール電流が保持される。

【0061】

《第１の真空ポンプＰ１の概要》
図１を参照すると、第１の真空ポンプＰ１は、筒状の内ハウジング１と、内ハウジング１の外方に配置された筒状のステータ２と、内ハウジング１とステータ２との間に回転自在に配設された筒状のシャフト３と、シャフト３をその軸心周りに回転駆動するモータＭＴと、シャフト３の外周面に配設された複数段の回転翼４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ・・・）と、複数段の回転翼４の外方に設けられ、吸気口５および排気口６を有する筒状の外ハウジング７と、を備えている。そして、内ハウジングの外周面とシャフトの内周面との間の隙間Ｇには、その隙間Ｇへのガスの流入を阻害するシール機構８が設けられている。

【0062】

《内ハウジング１の詳細》
第１の真空ポンプＰ１では、内ハウジング１の内側が中空部であって、この中空部に処理ステージ２００が配置される構成を採用している。また、処理ステージ２００の上端外周にはフランジ部２０１が形成されており、このフランジ部２０１が内ハウジング１の上端面に当接し、かつ、図示しないボルト等の締結手段によって当該フランジ２０１と内ハウジング１とが締結されることにより、内ハウジング１は処理ステージ２００を位置決め固定及び支持する構造になっている。また、この内ハウジング１の下部には第１の真空ポンプＰ１全体を支持するベース部９が一体に設けられている。

【0063】

内ハウジング１の上端面と処理ステージ２００上端外周のフランジ部２０１との間にはシール部１０が設けられており、このシール部１０により内ハウジング１の内外は連通することなく遮断されている。内ハウジング９の外側（具体的には、内ハウジング１と外ハウジング７の間の空間）は、吸気口５を介してチャンバ３００に通じる真空領域の空間として構成されており、また、内ハウジング１の内側は、大気圧領域の空間として構成されている。処理ステージ２００全体のうち、その上面付近は真空領域の空間（内ハウジング１の外側）に位置し、それ以外の部分は大気圧領域の空間（内ハウジング１の内側）に位置するように構成してある。

【0064】

《ステータ２の詳細》
ステータ２には、磁気軸受やモータ等の各種電装部品（例えば、前述の電磁石やセンサなど）が取付けられている。また、このステータ２は、その下部に設けた連結部１１を介してベース部９に連結固定され、ベース部９上に立設された状態になっている。

【0065】

よって、第１の真空ポンプＰ１では、連結部１１に外ハウジング７の下端部が連結固定され、かつ、連結部１１とベース部９とが連結固定されることにより、内ハウジング１、ステータ２、外ハウジング７が一体化している。

【0066】

《シャフト３、磁気軸受ＭＢ、モータＭＴの詳細》
シャフト３は、磁気軸受ＭＢで支持されることにより回転自在に配設され、かつ、モータＭＴによりその軸心周りに回転駆動される。なお、この磁気軸受ＭＢの具体的な構成、例えば５軸制御の磁気軸受によりシャフト３を空中に浮上支持かつ位置制御すること等は、先に説明した第２の真空ポンプＰ２の磁気軸受と同様であるため、その詳細説明は省略する。また、このモータＭＴの具体的な構成、例えば、シャフト３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えていること等は、先に説明した第２の真空ポンプＰ２のモータと同様であるため、その詳細説明は省略する。また、図１では、磁気軸受ＭＢやモータＭＴの構成部品を一部省略している。

【0067】

シャフト３と内ハウジング１との間の隙間Ｇは、シャフト３を回転可能とするために必要な隙間（以下「シャフト径方向隙間Ｇ」という）であり、このシャフト径方向隙間Ｇは磁気軸受によって常時所定の値となるように制御される。

【0068】

《回転翼４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ・・・）などの詳細》
第１の真空ポンプＰ１では、前述の通り、シャフト３の外周面に複数段の回転翼４が配設されているが、通常、この複数段の回転翼４と軸方向で交互に配置される複数段の固定翼（第２の真空ポンプＰ２で説明した固定翼１２３を参照）は備えていない。つまり、第１の真空ポンプＰ１における回転翼４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ・・・）の周囲は固定翼が存在しない固定翼不存在部１２（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ・・・）として設定されている。しかし、かかる複数段の固定翼（図６中の２点鎖線で表示した仮想部材を参照）を備える構成も採用し得る。

【0069】

通常、第２の真空ポンプＰ２にあるような複数枚の固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）がない構造である、固定翼不存在部１２（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ・・・）を採用し得る理由としては、第１の真空ポンプＰ１においては、チャンバ３００内における圧力の均一性を優先しているため、必ずしも高い圧縮比を求める必要がないことがある。また、ここでの圧縮比を高くする為には、後述するシャフト径方向隙間Ｇにおけるシール機構８でのシール効果を高いものとする必要があるが、逆に、ここでの圧縮比を容易に達成できるシール能力から設定することで、シール機構を簡素化することも可能となる利点もある。

【0070】

《外ハウジング７の詳細》
外ハウジング７の上端は前述の吸気口５として開口し、この吸気口５がチャンバ３００の底に連通するように、第１の真空ポンプＰ１とチャンバ３００は連結されている。

【0071】

外ハウジング７の下端には前述の排気口６が設けられており、この排気口６が第２の真空ポンプＰ２の吸気口１０１に連通するように、第１の真空ポンプＰ１と第２の真空ポンプＰ２は連結されている。

【0072】

《チャンバ３００の詳細》
チャンバ３００にはゲートバルブ装置３０１が設けられている。このゲートバルブ装置３０１の具体的な構造例として、図１の真空排気システムＥＳでは、かかるゲートバルブ装置３０１は、（１）チャンバ３００内にバルブ本体３０１Ａが配置される構造、（２）チャンバ３００の天井面からバルブ本体３０１Ａに向って延びた駆動ロッド３０１Ｂの昇降動作によりバルブ本体３０１Ａを上下方向に移動可能とする構造、（３）処理ステージ２００の上端部に対応した形状の開口部３０１Ｃがバルブ本体３０１Ａに設けられ、バルブ本体３０１Ａの下降移動により処理ステージ２００の上端部が当該開口部３０１Ｃに嵌合する構造、（４）その嵌合時に処理ステージ２００外周の段差面と外ハウジング７の上端面の内側付近とがシール面Ｓとして機能し、該シール面Ｓにバルブ本体３０１Ａの下面が当接することで、吸気口５を介するチャンバ３００と第１の真空ポンプＰ１との連通が遮断される構造を採用している。

【0073】

《シール機構の概要》
シール機構８は、その形状ないしは構造の相違によって、シャフト径方向隙間Ｇの上流側では図６中矢印Ｕ１で示したように該隙間Ｇへのプロセスガスの流入を阻害する手段として機能し、シャフト径方向隙間Ｇの下流側では同図中矢印Ｕ２で示したように該隙間Ｇへのパージガスの流入を阻害する手段として機能する。

【0074】

《シール機構の実施例（その１）》
シール機構８の前記機能（隙間Ｇへの流入を阻害する機能）を具体的に実現するための一実施例として、第１の真空ポンプＰ１では、かかるシール機構８は、シャフト３の内周面の少なくとも一部に複数のブレード部１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ・・・１３Ｚ）を有するものとし、かつ、その複数のブレード部１３の傾斜方向がシャフト径方向隙間Ｇの上流側と下流側で異なる構成を採用した。

【0075】

具体的には、シャフト径方向隙間Ｇの上流側に位置するブレード部１３（１３Ａ、１３Ｂ等）は、吸気口５側から該隙間Ｇに流入しようとするガス分子を跳ね返し可能な方向（図６中のＵ字形矢印Ｕ１を参照）に傾斜するように構成している。この一方、シャフト径方向隙間Ｇの下流側に位置するブレード部１３（１３Ｙ、１３Ｚ等）については、排気口６側から該隙間Ｇに流入しようとするガス分子を跳ね返し可能な方向（図６中のＵ字形矢印Ｕ２を参照）に傾斜するように構成してある。

【0076】

ブレード部の進行方向をブレード部の傾斜基準（０°）とした場合、シャフト径方向隙間Ｇの上流側に位置するブレード部１３（１３Ａ、１３Ｂ等）の傾斜角度θ１は、必要に応じて適宜０°＜θ１＜９０°の範囲内で設定することができる。また、シャフト径方向隙間Ｇの下流側に位置するブレード部１３（１３Ｙ、１３Ｚ等）の傾斜角度θ２は、必要に応じて適宜－９０°＜θ２＜０°の範囲内で設定することができる。

【0077】

また、図１に示したように、シャフト径方向隙間Ｇの上流側に位置するブレード部１３が複数の場合、各ブレード部１３（１３Ａ、１３Ｂ等）の傾斜角度θ１は、０°＜θ１＜９０°の範囲内であるなら必ずしも皆同一である必要はなく、異なっていてもよい。この点は、シャフト径方向隙間Ｇの下流側に位置するブレード部１３（１３Ｙ、１３Ｚ等）が複数の場合も同様である。

【0078】

第１の真空ポンプＰ１では、ブレード部１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）は、その外周端が、複数の段積みされたスペーサ（符号省略）の間に嵌挿された状態で支持される構造を採用したが、これ以外の別の構造でブレード部１３は支持されてもよい。

【0079】

第１の真空ポンプＰ１の運転開始ボタン（図示省略）を押下すると、シャフト３がその軸心周りに回転し、シャフト３と一体に、回転翼４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ…）およびシール機構８のブレード部（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ・・・）が回転する。そして、回転翼４の回転作用により、チャンバ３００内のプロセスガス分子は吸気口５から排気口６に向って移行するように排気される。

【0080】

この際、プロセスガス分子の一部は、吸気口５からシャフト径方向隙間Ｇの上流側に流入しようとするが、そのような流入はシール機構８によって阻止される。シャフト径方向隙間Ｇの上流側では回転するブレード部１３（１３Ａ、１３Ｂ等）によってガス分子を跳ね返す作用が生じているからである。

【0081】

第１の真空ポンプＰ１では、例えば、シャフト３やステータ２などの内部部品の冷却や腐食性ガスに対する保護を目的として、連結部１１に設けられているパージガス供給口１４から第１の真空ポンプＰ１内に向けて窒素ガス等のパージガスが常時供給される場合がある。

【0082】

前記のように供給されたパージガスは、保護ベアリング１５の内外輪間、ステータ２とシャフト３の隙間、そしてステータ２と回転翼４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ…）の基部との隙間などをその順に巡ってパージガス供給口１４の方向に戻ってくる。

【0083】

その際、一部のパージガスはシャフト径方向隙間Ｇの下流側に流入しようとするが、その流入はシール機構８によって阻止される。シャフト径方向隙間Ｇの下流側では回転するブレード部１３（１３Ｚ、１３Ｙ等）によってガス分子を跳ね返す作用が生じているからである。

【0084】

《シール機構の実施例（その２）》
シール機構８の前記機能（隙間Ｇへの流入を阻害する機能）を具体的に実現するための他の実施例として、図示は省略するが、かかるシール機構８は、内ハウジング１の外周面とシャフト３の内周面のいずれか一方の少なくとも一部にネジ溝部を有し、かつ、そのネジ溝部の螺旋の巻き方向がシャフト径方向隙間Ｇの上流側と下流側で異なるという構成を採用してもよい。

【0085】

この場合、シャフト径方向隙間Ｇの上流側では、ネジ溝部の形状を例えば右ネジのようなネジ溝形状とする一方、シャフト径方向隙間Ｇの下流側では、ネジ溝部の形状を例えば左ネジのようなネジ溝形状とする構成が考えられるが、これに限定されることはない。

【0086】

要するに、シャフト径方向隙間Ｇの上流側に位置するネジ溝部は、吸気口５側から該隙間Ｇに流入しようとするガス分子を跳ね返し可能なネジ溝形状とし、シャフト径方向隙間Ｇの下流側に位置するネジ溝部は、排気口６側から当該隙間Ｇに流入しようとするガス分子を跳ね返し可能なネジ溝形状とすればよい。

【0087】

以上説明した実施形態の第１の真空ポンプＰ１にあっては、前述の通り、内ハウジング１も外ハウジング７も筒状の形態であることにより真空ポンプＰ１全体が中空構造になっていて、その中空部にチャンバ３００内の処理ステージ２００が配置される構成を採用しており、このような処理ステージ２００の配置構成によって、従来の処理ステージの取付け部のようにガスの流れを阻害する要因がなくなり、処理ステージ２００の周囲でガスの流れ方が一様になる点で、チャンバ３００内の圧力の均一化を図るのにも好適である。

【0088】

また、同真空ポンプＰ１によると、その具体的な構成として、内ハウジング１の外周面とシャフト３の内周面との間の径方向隙間Ｇ（隙間Ｇ）に、その径方向隙間Ｇへのガスの流入を阻害するシール機構８が設けられる構成を採用した。このため、径方向隙間Ｇを介する排気側と吸気側の連通はシール機構８によって遮断されるから、隙間Ｇを通ってのガスの逆流を防止できる。

【0089】

さらに、本発明にあっては、前述の隙間への腐食性ガスの流入によってシャフトの支持系（例えば、磁気受けの電磁石やセンサ）が腐食しダメージを受けるという問題も生じ難く、ポンプ内蔵電装部品の故障によるトラブルが少なく、信頼性の高い真空ポンプとこれを用いた排気システムも提供し得る。

【0090】

また、さらに、本発明にあっては、第２の真空ポンプＰ２を、第１の真空ポンプＰ１の中心軸と同軸上で、かつ、第１の真空ポンプＰ１の下流側に配置したことで、第１の真空ポンプＰ１単独では達成しがたい、真空排気システムにおいて求められる圧縮比等の排気性能を達成する構成となっているので、圧力の均一化と排気性能の両面を満足する信頼性の高い排気システムを提供し得る。

【0091】

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形が可能である。

【符号の説明】

【0092】

１ 内ハウジング
２ ステータ
３ シャフト
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ 回転翼
５ 吸気口
６ 排気口
７ 外ハウジング
８ シール機構
９ ベース部
１０ シール部
１１ 連結部
１２ 固定翼不存在部
１３ ブレード部
１４ パージガス供給口
１５ 保護ベアリング
２００ 処理ステージ
３００ チャンバ
３０１ ゲートバルブ装置
３０１Ａ バルブ本体
Ｇ 隙間（シャフト径方向隙間）
ＭＴ モータ
ＭＢ 磁気軸受

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】