[发明专利]真空泵

说明书

本发明涉及用于半导体制造设备等的真空泵。

在半导体制造过程中的化学汽相淀积(CVD)装置、干式腐蚀装置、真空溅射装置、真空镀敷装置等设备上，真空泵都是为产生真空环境所必不可少的。近年来，随着半导体工艺过程的清洁化、高真空化等发展趋势，对真空泵提出了越来越高的要求。

为了产生高真空，在半导体设备上一般由粗引泵(容积式真空泵)和高真空泵(透平分子泵)组合构成真空排气系统。采用粗引泵从大气压抽到一定程度的真空压后再转换到高真空泵，以获得所要求的高真空。

然而在上述真空泵以及由这些真空泵组合而成的真空排气系统中存在着以下问题。

传统的粗引泵(容积式真空泵)是在靠近大气压的粘性流范围内排气，其工作范围只能达到10^-1Pa左右的低真空度。另一方面，前述传统的高真空泵(动量转移式透平分子泵)的工作范围则可达到10^-8Pa左右，但不能在靠近大气压的粘性流范围内排气。因此历来是先用粗引泵(如前述的螺旋泵)抽到10°～10^-1Pa的真空后再转换到高真空泵，以达到所要求的高真空。

然而随着近年来半导体工艺过程的复合化，使多个真空腔独立进行真空排气即所谓多腔方式已成为半导体加工设备的主流。为了与这种多腔化相对应，需要与一个个真空腔对应的由粗引泵和高真空泵组合而成的真空排气系统，而要对应于所有的真空腔来构成这样的真空排气系统，则整个真空排气系统装置存在大型化、复杂化的问题。

为解决上述问题，本发明人之一已提出了一种广范围用真空泵，其特征是在由多个转子组合而成的容积式真空泵中，用独立的马达驱动上述多个转子的各轴、同时作为在一个转子的同轴上形成动量转移式真空泵的复合泵结构，而且各转子为非接触同步运转。

同时也提出了具有以下特征的真空泵，即前述容积式真空泵由不同直径转子组合构成，在直径最小转子的同轴上形成前述动量转移式真空泵。

根据这些提案，能够提供一种用一台即可从大气压抽到超高真空(10^-8torr以下)的清洁、紧凑的真空泵。

本发明的目的在于提供一种使已申请专利的真空泵进一步紧凑化、同步控制的稳定性更高、高速化引起的真空压更提高的方法。

本发明的真空泵为达到这一目的，其特征在于包括装在泵体内的不同直径的多个转子及与各个转子一体化了的回转轴、使这些回转轴分别独立回转的驱动马达、对上述马达的转角和/或转速进行检测的回转检测装置、在前述泵体上形成的流体吸入口和排出口；由前述泵体和前述多个转子形成流体输送空间，同时，在前述多个回转轴中，使装有小直径转子的回转轴形成由高频马达驱动的主动轴，而使其它回转轴形成由交流伺服马达或脉冲马达驱动的从动轴，通过根据前述回转检测装置的信息，控制前述从动轴的回转驱动装置，使前述从动轴的回转与前述主动轴的回转同步。

作为本发明对象的真空泵由外径不同的多个转子组合而构成容积式泵，且不采用定时齿轮之类通过机械接触的传递装置，而是采用各个转子同步回转的构成。

小直径转子由高频马达驱动。而其它大直径转子则与上述小直径转子保持非接触同步回转，系由交流伺服马达根据设置在两个转子上的编码器发出的检测信号来驱动。

也就是说，本真空泵是通过把高频马达(小直径转子)作为主动装置、交流伺服马达(大直径转子)作为从动装置的主动从动方式进行同步控制从而驱动各个转子的。

在把本发明适用于螺旋型的容积式泵的情况下，各个转子的转速与转子直径成反比。例如直径为D的大直径转子如以2万转/分的转速驱动，则直径为D/2的小直径转子必须从4万转/分驱动。

本发明中对小直径转子的回转采用高频马达。高频马达的回转部是把矽钢片叠片覆盖在一般鼠笼式铜棒上的结构，这种结构对于回转离心力十分牢固，适用于高速回转。但是高频马达是非同步马达，对于微妙的角度控制必需向量控制等复杂的控制并不合适。大直径转子的回转采用交流伺服马达。交流伺服马达的回转部一般采取把永久磁铁贴附在回转轴上的结构，并必须在永久磁铁外周部用很薄的一层不锈钢或陶瓷、或是带状的玻璃纤维、碳素纤维等纤维材料覆盖增强以在回转离心力作用下工作，但在高速回转或磁铁直径较大时仍会承受不了回转离心力，因此上述增强措施对于高速回转情况并不适合。但由于交流伺服马达相对马达的大小所产生的扭矩较大，惯性矩较小且是同步马达，故适用于高精度的角度控制和速度控制。

采用这两种马达组合起来的主动·从动控制，能够发挥各自的长处并弥补各自的短处。