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JPH09317688A - Turbo-molecular pump - Google Patents

Turbo-molecular pump

Info

Publication number
JPH09317688A
JPH09317688A JP15751596A JP15751596A JPH09317688A JP H09317688 A JPH09317688 A JP H09317688A JP 15751596 A JP15751596 A JP 15751596A JP 15751596 A JP15751596 A JP 15751596A JP H09317688 A JPH09317688 A JP H09317688A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cold trap
molecular pump
turbo
liquid nitrogen
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP15751596A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Nomichi
伸治 野路
Nobuharu Shinoda
設治 篠田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Priority to JP15751596A priority Critical patent/JPH09317688A/en
Publication of JPH09317688A publication Critical patent/JPH09317688A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbo-molecular pump capable of corresponding up to ultra-high vacuum, favourably in an exhaust characteric of gas small in molecular weight, especially steam, in a short period of cooling time, at low initial running cost and with low oscillation. SOLUTION: This pump is constituted by having a rotor 24 furnished with a plural number of moving blades 22 and a stator 28 furnished with a plural number of stationary blades 26 and to take up gas moleculars from a suction port 36, to compress them and to discharge them from an exhaust port 38. A cold trap 50 using liquid nitrogen as a freezing mixture is provided on the suction port 36 of a turbo-molecular pump, a temperature sensor 54 is provided on this cold trap 50, a solenoid valve 56 or a flow rate adjusting valve is provided on a freezing mixture piping 52 to supply liquid nitrogen to the cold trap 50, and the solenoid valve 56 or the flow rate adjusting valve is controlled so that temperature of the cold trap 50 is in a specified region.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、気体分子同士の衝
突が無視できるような低い圧力の条件下で、複数の動翼
および静翼を組合わせて相対的に回転させることによ
り、排気作用を得る真空ポンプすなわちターボ分子ポン
プに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combination of a plurality of moving blades and stationary blades, which are relatively rotated under conditions of low pressure such that collisions of gas molecules can be ignored. To obtain a vacuum pump or turbo molecular pump.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般のターボ分子ポンプは、その排気理
論上、取り扱う気体分子の分子量により排気性能が異な
る。そして分子量の小さい気体分子の場合は、排気性能
が著しく低下する。この分子量の小さい気体として、特
に水蒸気の存在が悪影響を及ぼす。
2. Description of the Related Art In general, a turbo molecular pump has different exhaust performance depending on the molecular weight of the gas molecule to be handled in the exhaust theory. In the case of gas molecules having a small molecular weight, the exhaust performance will be significantly reduced. As the gas having a small molecular weight, the presence of water vapor has a bad influence.

【0003】ターボ分子ポンプを備えた系の一部が大気
開放となり、大気がその系に流入する場合、ターボ分子
ポンプによって作られる10-4Torr〜10-10 Torr程度
の真空における残留ガスは、その大部分が水蒸気であ
る。そして、この残留水蒸気は真空度及び真空環境に悪
影響を及ぼす。このため、特に水蒸気の排気速度を向上
させる技術として、ターボ分子ポンプの吸気口にコール
ドトラップを設けたコールドトラップ付ターボ分子ポン
プが開発され、一般に供されている。
When a part of a system equipped with a turbo molecular pump is opened to the atmosphere and the atmosphere flows into the system, residual gas in a vacuum of about 10 −4 Torr to 10 −10 Torr created by the turbo molecular pump is Most of it is water vapor. The residual water vapor adversely affects the vacuum degree and the vacuum environment. Therefore, a turbo molecular pump with a cold trap in which a cold trap is provided at the intake port of the turbo molecular pump has been developed and is generally available as a technique for improving the exhaust rate of water vapor.

【0004】従来のコールドトラップ付ターボ分子ポン
プは、特開平2−5792で詳細に示されているが、こ
こでは図4を用いて簡単に説明する。ターボ分子ポンプ
20は、複数の動翼22を備えたロータ24と、該動翼
22間に配置された複数の静翼26を取付けたステータ
28とを有している。そしてロータ24はモータ30の
モータ軸32に取付けられており、ステータ28はケー
シング34内に設けられている。
A conventional turbo molecular pump with a cold trap is described in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 25792/1993, but here, it will be briefly described with reference to FIG. The turbo molecular pump 20 includes a rotor 24 having a plurality of moving blades 22 and a stator 28 having a plurality of stationary blades 26 arranged between the moving blades 22. The rotor 24 is attached to the motor shaft 32 of the motor 30, and the stator 28 is provided inside the casing 34.

【0005】このケーシング34には、吸気口36と排
気口38が形成されており、吸気口36の下流側(流路
中排気口に近い側)で、複数の動翼22および静翼26
の上流側には、これを保護するための保護網40が設け
られている。そして、吸気口36の上流側には図示しな
い締切弁が配置されている。以上の構成に加えて図4の
ターボ分子ポンプ20には、その吸気口36においてコ
ールドトラップ42が設けられている。このコールドト
ラップ42は冷媒配管44を介して冷凍機46に接続さ
れている。
An intake port 36 and an exhaust port 38 are formed in the casing 34, and a plurality of moving blades 22 and stationary blades 26 are provided on the downstream side of the intake port 36 (the side near the exhaust port in the flow path).
A protection net 40 for protecting this is provided on the upstream side of the. A shut-off valve (not shown) is arranged upstream of the intake port 36. In addition to the above configuration, the turbo molecular pump 20 of FIG. 4 is provided with a cold trap 42 at its intake port 36. This cold trap 42 is connected to a refrigerator 46 via a refrigerant pipe 44.

【0006】そして、このコールドトラップ付ターボ分
子ポンプが排気運転を行う際には、吸気口36の上流側
に設けた締切弁を開放し、冷凍機40を運転してコール
ドトラップ42に冷媒を送出して冷却する。そして、動
翼22を回転することによって気体をポンプ内に吸い込
むが、この際、その気体中に含まれる水蒸気はコールド
トラップ42により選択的に氷結捕集される。その結
果、ターボ分子ポンプの排気性能が向上して真空度の高
い良質な真空をつくることができる。つまり、このコー
ルドトラップ42を付加することにより、水蒸気の排気
スピードが飛躍的に大きくなり、当社の実験例では8イ
ンチの開口径のポンプにおいて750L/Sから320
0L/Sになった。
When the turbo molecular pump with the cold trap performs the exhaust operation, the shutoff valve provided on the upstream side of the intake port 36 is opened and the refrigerator 40 is operated to deliver the refrigerant to the cold trap 42. And cool. Then, the gas is sucked into the pump by rotating the moving blade 22, and at this time, the water vapor contained in the gas is selectively collected by freezing by the cold trap 42. As a result, the exhaust performance of the turbo molecular pump is improved, and a high-quality vacuum with a high degree of vacuum can be created. In other words, by adding this cold trap 42, the exhaust speed of water vapor is dramatically increased, and in our experimental example, a pump with an 8-inch opening diameter has a capacity of 750 L / S to 320.
It became 0L / S.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このコールドトラップ
付ターボ分子ポンプのコールドトラップの冷却温度は、
必要とする真空度により異なり、冷却温度が低いほど高
い真空度が得られる。このため、特開平2−5792で
は−100℃〜−190℃が得られる冷凍機により、コ
ールドトラップが冷却されることが示されている。実用
的には5種またはそれ以上の冷媒を混合したものを作動
冷媒として用い、カスケード方式により超低温を得る冷
凍機が使われている。
The cooling temperature of the cold trap of the turbo molecular pump with a cold trap is
Depending on the required degree of vacuum, the higher the degree of vacuum, the lower the cooling temperature. Therefore, Japanese Patent Laid-Open No. 2-5792 discloses that the cold trap is cooled by the refrigerator that can obtain −100 ° C. to −190 ° C. Practically, a refrigerator that uses a mixture of five or more kinds of refrigerants as a working refrigerant and obtains an ultralow temperature by a cascade method is used.

【0008】しかし、上記冷凍機には以下の欠点があ
る。 到達温度として−150℃程度が限度である。半導
体の高集積化に伴い必要とされる超高真空を作り出せな
い。 フロン問題により、使用できる冷媒が少なく、将来
使用できなくなる可能性もある。このため、上記欠点を
解決するためコールドトラップの冷却源として、単段の
ヘリウム冷凍機を使用したものが最近増えてきた。しか
し、この冷凍機にも以下の欠点がある。 イニシャルコストが高価である。 振動がある。 冷却時間がかかる。
However, the above refrigerator has the following drawbacks. The ultimate temperature is about -150 ° C. It is not possible to create the ultra-high vacuum required for high integration of semiconductors. Due to the CFC problem, there are few refrigerants that can be used, and there is a possibility that they cannot be used in the future. For this reason, in order to solve the above-mentioned drawbacks, the number of cold trap traps using a single-stage helium refrigerator has recently increased. However, this refrigerator also has the following drawbacks. The initial cost is expensive. There is vibration. Cooling takes time.

【0009】さらに、もう一つの冷却方法として、液体
窒素を使用する方法があるが、従来は液体窒素をたれ流
しにして使用していたので、ランニングコストが高価で
あるという欠点があった。
Further, as another cooling method, there is a method of using liquid nitrogen, but since liquid nitrogen was conventionally used as a dripping flow, there was a drawback that the running cost was high.

【0010】また、再生時間を短くするためにコールド
トラップを加熱することが好ましく、上記の従来技術で
は、コールドトラップに直接ヒータを設けて加熱してい
た。このため、ヒータが真空側にあり、大きな汚染源と
なっていたので、結果として超高真空が得られない場合
があった。
Further, it is preferable to heat the cold trap in order to shorten the regeneration time. In the above-mentioned prior art, the cold trap is directly provided with a heater for heating. For this reason, the heater was on the vacuum side, which was a major source of contamination, and as a result, an ultrahigh vacuum could not be obtained.

【0011】本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みて
提案されたものであり、分子量が小さい気体、特に水蒸
気の排気特性が良好であり、冷却時間が短く、安価なイ
ニシャル・ランニングコストで、低振動で、超高真空ま
で対応できるターボ分子ポンプを提供することを目的と
している。
The present invention has been proposed in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, and has a good exhaust characteristic of a gas having a small molecular weight, especially water vapor, a short cooling time, and an inexpensive initial running cost. It is an object of the present invention to provide a turbo molecular pump that can handle ultra-high vacuum with low vibration.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明のターボ分子ポン
プは、複数の動翼を備えたロータと複数の静翼を備えた
ステータとを有し、吸気口から気体分子を取り込み、圧
縮して排気口から排出するターボ分子ポンプにおいて、
吸気口に液体窒素を寒冷剤とするコールドトラップを設
け、このコールドトラップには温度センサが設けてあ
り、かつコールドトラップに液体窒素を供給する配管に
は電磁弁または流量調整弁が設けてあり、コールドトラ
ップの温度が所定の範囲に入るように電磁弁または流量
調整弁を制御するようにしたものである。
A turbo-molecular pump of the present invention has a rotor having a plurality of moving blades and a stator having a plurality of stationary blades, and takes in gas molecules from an intake port and compresses them. In the turbo molecular pump that discharges from the exhaust port,
A cold trap using liquid nitrogen as a cryogen is provided at the intake port, a temperature sensor is provided at this cold trap, and a solenoid valve or a flow rate adjustment valve is provided at the pipe supplying liquid nitrogen to the cold trap. The electromagnetic valve or the flow rate adjusting valve is controlled so that the temperature of the cold trap falls within a predetermined range.

【0013】ここで、前記コールドトラップの温度制御
範囲は、ターボ分子ポンプが運転排気中およびコールド
トラップが運転排気中は−150℃〜−196℃である
のが好ましい。
Here, the temperature control range of the cold trap is preferably -150 ° C to -196 ° C during operation exhaust of the turbo molecular pump and during operation exhaust of the cold trap.

【0014】本発明のターボ分子ポンプによれば、排気
運転を行う際には、吸気口の上流側に設けた締切弁を開
放した状態でコールドトラップに液体窒素を供給して冷
却する。最初はコールドトラップ上に設けた温度センサ
が示す温度が所定の範囲、つまり良好な排気性能を得る
ために好ましい−150℃〜−196℃の温度範囲より
も高い温度なので、電磁弁または流量調整弁はほぼ最大
開度となり、多量の液体窒素がコールドトラップに供給
される。こうしてコールドトラップが所定の温度範囲ま
で急速に冷却される。
According to the turbo molecular pump of the present invention, when performing the exhaust operation, liquid nitrogen is supplied to the cold trap to cool it with the shutoff valve provided upstream of the intake port opened. Initially, the temperature indicated by the temperature sensor provided on the cold trap is higher than a predetermined range, that is, a temperature range of −150 ° C. to −196 ° C., which is preferable for obtaining good exhaust performance, and therefore, the solenoid valve or the flow control valve Is almost the maximum opening, and a large amount of liquid nitrogen is supplied to the cold trap. In this way, the cold trap is rapidly cooled to a predetermined temperature range.

【0015】そして、ターボ分子ポンプ本体は、動翼を
回転することによって気体をポンプ内に吸い込むが、こ
の際、その気体中に含まれる水蒸気はコールドトラップ
により選択的に氷結捕集される。その結果、ターボ分子
ポンプの排気性能が向上し、真空度の高い良質な真空を
形成することができる。また、氷結捕集されない分子量
の小さな気体、例えば、水素、ヘリウム等もコールドト
ラップによって冷却されるので、その温度が低下し、気
体分子速度が遅くなり、ターボ分子ポンプの排気性能が
向上する。その結果、従来のターボ分子ポンプにおける
問題点、すなわち分子量の小さい気体、特に水蒸気の排
気性能が悪いことが解消される。
Then, the turbo molecular pump main body sucks gas into the pump by rotating the moving blade, and at this time, the water vapor contained in the gas is selectively collected by freezing by the cold trap. As a result, the exhaust performance of the turbo molecular pump is improved, and a high-quality vacuum with a high degree of vacuum can be formed. Further, a gas having a small molecular weight which is not collected by freezing, such as hydrogen and helium, is also cooled by the cold trap, so that the temperature thereof is lowered, the gas molecule velocity is slowed down, and the exhaust performance of the turbo molecular pump is improved. As a result, it is possible to solve the problem in the conventional turbo molecular pump, that is, the poor exhaust performance of a gas having a small molecular weight, particularly steam.

【0016】ターボ分子ポンプが定常の運転排気中は、
コールドトラップは例えば、−150℃〜−196℃の
温度範囲内に入るように電磁弁の開閉や、流量調整弁の
開度調整を行なうので、液体窒素の流量が減りランニン
グコストが低減される。
During normal operation and exhaust of the turbo molecular pump,
For example, the cold trap opens and closes the solenoid valve and adjusts the opening degree of the flow rate adjusting valve so that the temperature falls within the temperature range of −150 ° C. to −196 ° C., so that the flow rate of liquid nitrogen is reduced and running cost is reduced.

【0017】一方、所定時間だけ排気運転を行った後
は、コールドトラップに氷結された水蒸気を解氷し、放
出する再生運転を行う必要がある。そのような再生運転
を行う工程の場合は、前記締切弁を閉鎖し、コールドト
ラップに氷結捕集されている水蒸気を昇華させればよ
い。前記コールドトラップに液体窒素を供給する配管内
にヒータを設けることにより、再生工程が容易かつ迅速
に行える。
On the other hand, after the evacuation operation is performed for a predetermined time, it is necessary to perform a regeneration operation in which the water vapor frozen in the cold trap is thawed and released. In the case of the step of performing such a regeneration operation, the shutoff valve may be closed and the vapor trapped in the cold trap may be sublimated. By providing a heater in the pipe for supplying liquid nitrogen to the cold trap, the regeneration process can be performed easily and quickly.

【0018】コールドトラップに液体窒素を供給する冷
剤配管にヒータを設けるか、あるいはこの冷剤配管に窒
素ガスを供給する配管を合流させることにより、コール
ドトラップが窒素ガスにより加熱されて再生運転を行う
ことができる。
By providing a heater in a coolant pipe for supplying liquid nitrogen to the cold trap, or by joining a pipe for supplying nitrogen gas to the coolant pipe, the cold trap is heated by the nitrogen gas and a regeneration operation is performed. It can be carried out.

【0019】したがって、真空排気系内にヒータなどの
汚染要因がないので超高真空が得やすい。しかも、再生
時のコールドトラップの温度を0℃以下に制御すれば、
コールドトラップ面で氷結捕集されていた水蒸気が液化
することなく昇華して、これをターボ分子ポンプが敏速
に排出するとともに、液化しないので、液滴がターボ分
子ポンプの中に落下することもなく安全である。
Therefore, since there is no contamination factor such as a heater in the vacuum exhaust system, it is easy to obtain an ultrahigh vacuum. Moreover, if the temperature of the cold trap during regeneration is controlled below 0 ° C,
The steam trapped on the cold trap surface sublimates without liquefying, and the turbo molecular pump promptly discharges this, and since it does not liquefy, droplets do not fall into the turbo molecular pump. It's safe.

【0020】このように本発明のターボ分子ポンプによ
れば、水蒸気の排出を効率的に行うことができ、さら
に、低振動、冷却時間の短縮、イニシャルランニングコ
ストの低減、超高真空化、安全性の向上等が達成され
た。
As described above, according to the turbo molecular pump of the present invention, water vapor can be efficiently discharged, and further, low vibration, shortening of cooling time, reduction of initial running cost, ultra-high vacuum, and safety. The improvement of sex has been achieved.

【0021】なお、本発明においては、排気すべき気体
の成分および排気運転時間、到達真空度等の条件に基づ
いて、コールドトラップの形状、および伝熱面積を適宜
に選択することができる。
In the present invention, the shape of the cold trap and the heat transfer area can be appropriately selected based on the components of the gas to be exhausted, the exhaust operation time, the ultimate vacuum level and other conditions.

【0022】[0022]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例について
説明する。図1は、本発明の第一実施例を示す。全体を
符号20で示すターボ分子ポンプは、締切弁15を介し
て、例えば半導体製造装置の真空チャンバ10と結合し
ている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. A turbo molecular pump, generally designated by 20, is connected to a vacuum chamber 10 of a semiconductor manufacturing apparatus, for example, via a shutoff valve 15.

【0023】ターボ分子ポンプ20は、複数の動翼22
を備えたロータ24と、該動翼22間に配置された複数
の静翼26を取付けたステータ28とを有している。そ
してロータ24はモータ30のモータ軸32に取付けら
れており、ステータ28は、ケーシング34内に設けら
れている。このケーシング34には吸気口36と排気口
38が形成されており、吸気口36の下流側には、動翼
22および静翼26を保護するための保護網40が設け
られている。
The turbo molecular pump 20 includes a plurality of moving blades 22.
And a stator 28 to which a plurality of stationary blades 26 arranged between the moving blades 22 are attached. The rotor 24 is attached to the motor shaft 32 of the motor 30, and the stator 28 is provided inside the casing 34. An intake port 36 and an exhaust port 38 are formed in the casing 34, and a protective net 40 for protecting the moving blades 22 and the stationary blades 26 is provided on the downstream side of the intake port 36.

【0024】以上の構成に加えて、図1のターボ分子ポ
ンプ20には、その吸気口36においてコールドトラッ
プ50が設けられている。このコールドトラップ50
は、例えば、伝熱管と伝熱面積を拡大するための伝熱プ
レートを組み合わせて構成され、これには温度センサ5
4が設けられている。また、コールドトラップ50に外
部から液体窒素を供給する冷剤配管52が設けられ、こ
れには、電磁弁56(流量調整弁でもよい)とヒータ5
8が設けてある。さらに、温度センサ54の出力信号に
基づいてコールドトラップ50の温度が所定の範囲内に
入るように電磁弁56を制御するためのコントローラ6
0が設けられている。
In addition to the above configuration, the turbo molecular pump 20 of FIG. 1 is provided with a cold trap 50 at its intake port 36. This cold trap 50
Is composed of, for example, a combination of a heat transfer tube and a heat transfer plate for expanding a heat transfer area.
4 are provided. A coolant pipe 52 for supplying liquid nitrogen from the outside to the cold trap 50 is provided, and an electromagnetic valve 56 (which may be a flow rate adjusting valve) and a heater 5 are provided therein.
8 is provided. Further, the controller 6 for controlling the solenoid valve 56 so that the temperature of the cold trap 50 falls within a predetermined range based on the output signal of the temperature sensor 54.
0 is provided.

【0025】以下に、このように構成されたターボ分子
ポンプの作用を説明する。チャンバ10を真空に引くた
めに、締切弁15を開いた状態でターボ分子ポンプを作
動すると、コントローラ50が温度センサ54の出力信
号に基づいて電磁弁56の開閉を行う。最初は温度セン
サ54は常温を示すので、電磁弁56はほぼ開放状態と
なり、センサの測定値が所定の温度範囲に入るまで最大
流量が流れて冷却が行われる。従って、コールドトラッ
プ50は短時間で所定の温度範囲に入って稼働を始め
る。従来、ヘリウム冷凍機による冷却では所定温度にな
るまで1時間以上かかっていたものが、本発明では15
分以下となった。
The operation of the turbo-molecular pump thus constructed will be described below. When the turbo molecular pump is operated with the shutoff valve 15 opened to draw the chamber 10 to a vacuum, the controller 50 opens and closes the solenoid valve 56 based on the output signal of the temperature sensor 54. At first, the temperature sensor 54 indicates the normal temperature, so the electromagnetic valve 56 is almost opened, and the maximum flow rate is flown until the measured value of the sensor falls within a predetermined temperature range for cooling. Therefore, the cold trap 50 enters a predetermined temperature range and starts operating in a short time. Conventionally, it took 1 hour or more to reach a predetermined temperature in cooling with a helium refrigerator, but in the present invention, it takes 15 hours or more.
It was less than a minute.

【0026】上記コールドトラップ50が所定温度に冷
却されると、モータ30が回転してターボ分子ポンプ2
0が運転される。吸気口36を介して吸い込まれた気体
はコールドトラップ50に導かれ、気体中の水蒸気は、
コールドトラップ50によって氷結捕集される。その結
果、ターボ分子ポンプ20の排気効率が向上して、真空
度の高い良質な真空がチャンバ10内で得られる。ま
た、水蒸気以外の分子量の小さい気体分子(水素、ヘリ
ウム等)は、氷結捕集はされないが、コールドトラップ
50と衝突することによって、その気体温度が低下し、
それにより翼速度比が大きくなって、当該ポンプ20の
排気性能が向上する。
When the cold trap 50 is cooled to a predetermined temperature, the motor 30 rotates and the turbo molecular pump 2
0 is driven. The gas sucked in through the intake port 36 is guided to the cold trap 50, and the water vapor in the gas is
The cold trap 50 collects ice. As a result, the exhaust efficiency of the turbo molecular pump 20 is improved, and a high-quality vacuum having a high degree of vacuum can be obtained in the chamber 10. In addition, gas molecules having a small molecular weight other than water vapor (hydrogen, helium, etc.) are not collected by freezing, but collide with the cold trap 50 to lower the gas temperature,
As a result, the blade speed ratio is increased, and the exhaust performance of the pump 20 is improved.

【0027】ここで、図2で示す水蒸気の飽和蒸気圧の
グラフを参照すると、−85℃で飽和蒸気圧10-4Tor
r,−140℃で10-10 Torrであるので、−100℃
以下にコールドトラップ50を冷却できれば、効率よく
水蒸気を氷結捕集して排気運転ができ、真空度が向上す
ることがわかる。しかしながら、最近の半導体製造装置
の真空チャンバの到達真空度は、半導体の高集積化に伴
って高くなり、10-9〜10-10 Torrより高い真空度が
必要とされている。このため、コールドトラップ50を
−150℃以下に冷却するのが好ましく、これにより安
定して水蒸気を氷結捕集することができる。
Referring to the graph of the saturated vapor pressure of water vapor shown in FIG. 2, the saturated vapor pressure at −85 ° C. is 10 −4 Tor.
Since it is 10 -10 Torr at r-140 ℃, it is -100 ℃
It will be understood that if the cold trap 50 can be cooled below, the water vapor can be efficiently collected by ice to perform the exhaust operation, and the degree of vacuum is improved. However, the ultimate degree of vacuum in a vacuum chamber of a recent semiconductor manufacturing apparatus becomes higher as the degree of integration of semiconductors becomes higher, and a degree of vacuum higher than 10 −9 to 10 −10 Torr is required. For this reason, it is preferable to cool the cold trap 50 to −150 ° C. or lower, which allows stable and freezing of water vapor.

【0028】ただし、コールドトラップ50を冷却しす
ぎると、本来氷結捕集したい水蒸気以外のガスまで氷結
する可能性がある。例えば、チャンバ10がスパッタリ
ング装置のプロセス室であって、プロセスガスとしてア
ルゴンガスを流す場合には、ターボ分子ポンプ20は常
時アルゴンガスを排気する。このため、コールドトラッ
プ50がアルゴンガスを氷結捕集したら、すぐにコール
ドトラップ50上にアルゴンが溜まり、短いインターバ
ルで再生運転が必要となってしまう。
However, if the cold trap 50 is cooled too much, it is possible that even a gas other than the water vapor which is originally desired to be frozen will be frozen. For example, when the chamber 10 is the process chamber of the sputtering apparatus and the argon gas is supplied as the process gas, the turbo molecular pump 20 constantly exhausts the argon gas. For this reason, as soon as the cold trap 50 freezes and collects the argon gas, the argon is accumulated on the cold trap 50, and the regeneration operation is required at short intervals.

【0029】図1の装置において、コールドトラップ5
0の温度を−196℃まで冷却し、アルゴンガスを流し
て氷結捕集するかどうかを調べたが、全く氷結捕集しな
かった。このため、コールドトラップ50の温度制御範
囲は−150℃から−196℃であることが好ましい。
In the apparatus of FIG. 1, the cold trap 5
The temperature of 0 was cooled to -196 [deg.] C., and it was investigated whether or not ice collection was carried out by flowing argon gas, but it was not collected at all. Therefore, the temperature control range of the cold trap 50 is preferably -150 ° C to -196 ° C.

【0030】ターボ分子ポンプが連続的に排気を行なう
場合は、コントローラ60がコールドトラップ50の温
度を所定の範囲内に維持するように電磁弁56を制御す
る。コールドトラップ50の温度が所定値以下に下がっ
ている場合には、電磁弁56を閉じ、所定値以上になる
と開とする。このように電磁弁56の開閉を繰り返して
液体窒素の流量を必要最小限に抑えるので、ランニング
コストの低減が図れる。
When the turbo molecular pump continuously evacuates, the controller 60 controls the solenoid valve 56 so as to maintain the temperature of the cold trap 50 within a predetermined range. The electromagnetic valve 56 is closed when the temperature of the cold trap 50 is lower than a predetermined value, and is opened when the temperature is higher than the predetermined value. In this manner, the opening / closing of the solenoid valve 56 is repeated to suppress the flow rate of liquid nitrogen to the necessary minimum, so that the running cost can be reduced.

【0031】図1のターボ分子ポンプ20は、所定時間
の排気運転を行った後、氷結捕集した水分子を解氷・放
出する再生運転をする必要がある。この場合には、吸気
口36の上流側にある締切弁15を閉鎖し、液体窒素を
供給する配管52に具備したヒータ58を作動する。こ
れにより、配管52の内部の液体窒素が加熱されて気化
し、窒素ガスがコールドトラップ50に流入する。その
結果、コールドトラップ50に氷結捕集された水蒸気が
加熱され、昇華して動翼22および静翼26の作用によ
り排出されるのである。
The turbo-molecular pump 20 shown in FIG. 1 needs to be exhausted for a predetermined time and then regenerated to release and release the water molecules trapped in ice. In this case, the shutoff valve 15 on the upstream side of the intake port 36 is closed, and the heater 58 provided in the pipe 52 for supplying liquid nitrogen is operated. As a result, the liquid nitrogen inside the pipe 52 is heated and vaporized, and the nitrogen gas flows into the cold trap 50. As a result, the steam trapped in the cold trap 50 is heated, sublimates, and is discharged by the action of the moving blades 22 and the stationary blades 26.

【0032】本実施例では、ヒータ58を液体窒素の供
給ライン52に具備した場合について説明したが、ヒー
タ58がなくても締切弁15を閉じ、電磁弁56を閉鎖
し、ターボ分子ポンプを運転することにより、再生は可
能である。ヒータ58を具備することにより、再生時間
の短縮が計れるほか、ヒータ58は真空排気側にないの
で(液体窒素の配管52内に具備されており)放出ガス
の心配がなく、コンタミの原因とならないので、安定し
て超高真空が得られる。
In this embodiment, the case where the heater 58 is provided in the liquid nitrogen supply line 52 has been described. However, even without the heater 58, the shutoff valve 15 is closed, the solenoid valve 56 is closed, and the turbo molecular pump is operated. By doing so, reproduction is possible. By providing the heater 58, the regeneration time can be shortened, and since the heater 58 is not on the vacuum exhaust side (provided in the liquid nitrogen pipe 52), there is no worry of the released gas and it does not cause contamination. Therefore, an ultrahigh vacuum can be stably obtained.

【0033】図3は、この発明の他の実施例のターボ分
子ポンプである。この実施例では、コールドトラップ5
0に液体窒素を供給する配管52に窒素ガスを供給する
配管62がバルブ64を介して合流するように構成され
ている。この場合の再生運転はバルブ66を閉じて液体
窒素の供給を止め、バルブ64を開いてコールドトラッ
プ50に窒素ガスを供給して氷を昇華させる。
FIG. 3 shows a turbo molecular pump according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the cold trap 5
A pipe 62 for supplying nitrogen gas to a pipe 52 for supplying liquid nitrogen to 0 is configured to join via a valve 64. In the regeneration operation in this case, the valve 66 is closed to stop the supply of liquid nitrogen, and the valve 64 is opened to supply the nitrogen gas to the cold trap 50 to sublime the ice.

【0034】再生運転において、コールドトラップ50
の温度は高いほうが再生時間は短くなるが、氷結した水
蒸気が液化して、液滴となってターボ分子ポンプ20の
中に落下すると非常に危険であるので、再生温度は0℃
以下に制御するのが好ましい。
In the regenerating operation, the cold trap 50
The higher the temperature is, the shorter the regeneration time is, but it is very dangerous if the frozen water vapor is liquefied and drops into the turbo molecular pump 20, so the regeneration temperature is 0 ° C.
The following control is preferable.

【0035】また、コールドトラップ50に液体窒素を
供給する配管52は、液体窒素の使用量を極力低減させ
るため、断熱性能のよい真空断熱配管が好ましい。さら
に、この配管のうち装置側はできあいの配管がされ出荷
されるが、それ以外は現場で施工されるので、これらの
接続は現場合せとなる。このため少なくとも配管52の
一部はフレキシブルな真空断熱配管であることが好まし
い。
Further, the pipe 52 for supplying the liquid nitrogen to the cold trap 50 is preferably a vacuum heat insulating pipe having good heat insulating performance in order to reduce the amount of the liquid nitrogen used as much as possible. Further, among these pipes, the device side is shipped with ready-made pipes, but the other parts are constructed on site, so these connections are site-aligned. Therefore, it is preferable that at least a part of the pipe 52 is a flexible vacuum heat insulating pipe.

【0036】コントローラ60は、ターボ分子ポンプの
運転状態及びチャンバ10の状態を把握して、コールド
トラップ50の制御を行なうのが好ましい。従って、図
3の例では、コントローラ60をターボ分子ポンプ全体
のコントローラ68やチャンバ10の装置側のホストコ
ンピュータと接続している。図1、図3において温度セ
ンサ54はコールドトラップ50の真空側に設置してあ
るが、コールドトラップ50の液体窒素側に設置しても
同じ効果を奏する。
The controller 60 preferably grasps the operating state of the turbo molecular pump and the state of the chamber 10 to control the cold trap 50. Therefore, in the example of FIG. 3, the controller 60 is connected to the controller 68 of the entire turbo molecular pump and the host computer on the apparatus side of the chamber 10. 1 and 3, the temperature sensor 54 is installed on the vacuum side of the cold trap 50, but the same effect can be obtained by installing it on the liquid nitrogen side of the cold trap 50.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のターボ分
子ポンプによれば、以下のような効果を奏する。 寒冷剤として液体窒素を使用するので、非常に低振
動である。 コールドトラップに温度センサを設け、運転排気中
に所定の範囲に入るように電磁弁または流量調整弁を制
御するので、初期立上げ時最大の液体窒素が流れ、冷却
するので冷却時間が非常に短い。 連続排気時は、コールドトラップが所定の温度範囲
に入るように、電磁弁または流量調整弁を制御するの
で、液体窒素の流量が低減し、ランニングコストの低減
ができる。 冷凍機を使用しないので、イニシャルコストも安
い。 フロン問題(オゾン層破壊問題)の影響は全く受け
ない。 ターボ分子ポンプの運転排気中においては、コール
ドトラップの温度制御範囲が−150℃〜−196℃で
あるので、高速で超高真空が得られる。 コールドトラップの再生に用いるヒータを液体窒素
を供給する配管内に設け、液体窒素を加熱してコールド
トラップに供給することにより再生するので、余計なも
のが真空側になく、コンタミの発生量がないので超高真
空が得やすい。 再生中のコールドトラップの温度制御範囲が−50
℃〜0℃なので、液滴ができる心配がなく、敏速にかつ
安全に再生ができる。 コールドトラップの再生に、窒素ガスを用いる場合
も、コンタミの発生源がなく、超高真空が得やすい。 〓 コールドトラップに液体窒素を供給する配管が真空
断熱配管であり、かつその一部がフレキシブル真空断熱
配管なので、断熱性能が非常に良くランニングコストの
低減ができるほか、施工がし易い。
As described above, the turbo molecular pump of the present invention has the following effects. Since liquid nitrogen is used as a cryogenic agent, it has a very low vibration. Since a temperature sensor is installed in the cold trap and the solenoid valve or flow rate adjustment valve is controlled so that it falls within a predetermined range during operation exhaust, the maximum liquid nitrogen flows during initial startup and cooling is performed, so the cooling time is very short . During continuous evacuation, the electromagnetic valve or the flow rate adjusting valve is controlled so that the cold trap falls within a predetermined temperature range, so that the flow rate of liquid nitrogen is reduced and the running cost can be reduced. Since the refrigerator is not used, the initial cost is low. It is not affected by the CFC problem (ozone depletion problem). Since the temperature control range of the cold trap is −150 ° C. to −196 ° C. during operation and exhaust of the turbo molecular pump, an ultrahigh vacuum can be obtained at high speed. A heater used to regenerate the cold trap is installed in the pipe supplying the liquid nitrogen, and the liquid nitrogen is heated and supplied to the cold trap for regeneration, so there is no extra thing on the vacuum side and there is no amount of contamination. Therefore, it is easy to obtain an ultra-high vacuum. The temperature control range of the cold trap during regeneration is -50.
Since the temperature is between 0 ° C and 0 ° C, there is no concern that droplets will be formed, and quick and safe regeneration is possible. Even when nitrogen gas is used to regenerate the cold trap, there is no source of contamination and it is easy to obtain an ultra-high vacuum. 〓 The piping that supplies liquid nitrogen to the cold trap is vacuum insulation piping, and part of it is flexible vacuum insulation piping, so the insulation performance is very good, running costs can be reduced, and construction is easy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の第1実施例のターボ分子ポンプの全
体の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a turbo molecular pump according to a first embodiment of the present invention.

【図2】水蒸気の飽和蒸気圧曲線を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a saturated vapor pressure curve of water vapor.

【図3】この発明の第2実施例のターボ分子ポンプの全
体の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of a turbo molecular pump according to a second embodiment of the present invention.

【図4】従来のターボ分子ポンプの全体の構成を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of a conventional turbo molecular pump.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

22 動翼 24 ロータ 26 静翼 28 ステータ 36 吸気口 38 排気口 50 コールドトラップ 52 冷剤配管 54 温度センサ 56 電磁弁 58 ヒータ 60 コントローラ 62 配管 64 バルブ 22 rotor blade 24 rotor 26 stator blade 28 stator 36 intake port 38 exhaust port 50 cold trap 52 coolant pipe 54 temperature sensor 56 solenoid valve 58 heater 60 controller 62 pipe 64 valve

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の動翼を備えたロータと、複数の静
翼を備えたステータを有し、吸気口から気体分子を取り
込み、圧縮して排気口から排出するターボ分子ポンプに
おいて、 該ターボ分子ポンプの吸気口に液体窒素を寒冷剤とする
コールドトラップを設け、このコールドトラップに温度
センサを設け、かつコールドトラップに液体窒素を供給
する冷剤配管に電磁弁または流量調整弁を設け、コール
ドトラップの温度を所定の範囲内に入るように電磁弁ま
たは流量調整弁を制御するようにしたことを特徴とする
ターボ分子ポンプ。
1. A turbo-molecular pump having a rotor having a plurality of moving blades and a stator having a plurality of stationary blades, wherein gas molecules are taken in from an intake port, compressed, and discharged from an exhaust port. A cold trap that uses liquid nitrogen as a cryogen is installed at the inlet of the molecular pump, a temperature sensor is installed in this cold trap, and a solenoid valve or a flow control valve is installed in the coolant pipe that supplies liquid nitrogen to the cold trap. A turbo-molecular pump characterized in that a solenoid valve or a flow control valve is controlled so that the trap temperature falls within a predetermined range.
【請求項2】 前記コールドトラップの温度制御範囲
が、ターボ分子ポンプ運転排気中およびコールドトラッ
プが運転排気中は−150℃〜−196℃であることを
特徴とする請求項1に記載のターボ分子ポンプ。
2. The turbo molecule according to claim 1, wherein the temperature control range of the cold trap is −150 ° C. to −196 ° C. during operation exhaust of the turbo molecular pump and during operation exhaust of the cold trap. pump.
【請求項3】 前記冷剤配管内にヒータを設けたことを
特徴とする請求項1又は2に記載のターボ分子ポンプ。
3. The turbo-molecular pump according to claim 1, wherein a heater is provided in the coolant pipe.
【請求項4】 前記冷剤配管に、窒素ガスを供給する配
管がバルブを介して合流するように構成されていること
を特徴とする請求項1又は2に記載のターボ分子ポン
プ。
4. The turbo-molecular pump according to claim 1, wherein a pipe for supplying nitrogen gas merges with the coolant pipe via a valve.
【請求項5】 前記コールドトラップの温度制御範囲
が、コールドトラップ再生中は0℃以下であることを特
徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のターボ分
子ポンプ。
5. The turbo-molecular pump according to claim 1, wherein the temperature control range of the cold trap is 0 ° C. or lower during cold trap regeneration.
【請求項6】 前記冷剤配管が真空断熱配管であり、か
つその一部がフレキシブル真空断熱配管であることを特
徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のターボ分
子ポンプ。
6. The turbo-molecular pump according to claim 1, wherein the coolant pipe is a vacuum heat insulating pipe, and a part thereof is a flexible vacuum heat insulating pipe.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007117850A (en) * 2005-10-26 2007-05-17 Bruker Daltonics Kk Sample spraying device for mass spectrometry
WO2022145292A1 (en) * 2020-12-28 2022-07-07 エドワーズ株式会社 Vacuum pump and control device

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