JPH0216377A

JPH0216377A - クライオポンプ

Info

Publication number: JPH0216377A
Application number: JP1067743A
Authority: JP
Inventors: Peter J Duza; ピーター・ジエイ・ダスザ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-21
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1990-01-19
Also published as: EP0334286A1; US4815303A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は全体として真空ポンプ装置に関するものであり
、更に詳しくいえば改良［７た第１の段を有する二段ク
ライオポンプに関するものである。

〔従来の技術〕

薄膜のスパッタリングおよびエツチングのようないくつ
かの半導体製造法は、不活性担体ガス（たとえばアルゴ
ン）と１種類またはそれより多くの種類のプロセスガス
の、分圧が精密に制御された混合ガスの製造室環境の内
部において実施される。第１図を参照しで、指定された
ガスの製造室１００環境が、まず、パイプ１３を介して
連結されている真空ポンプ１２を用いて製造室１０の内
部をできるだけ排気し、次に指定されたガスのガス源１
４を用いて製造室に存在しているガスを追出す。次に、
コンデンサすなわちクライオポンプ２０内の冷却されて
いる表面に製造室のガス？接触させてその製造室のガス
を捕えさせることにより、製造室のガスの圧力を調節で
きる。クライオポンプ２０は凝結されたガスを製造室か
ら実際に排出する。従来のクライオポンプ２０はハウジ
ング２２を含む。このハウジングは内面２５を有する壁
２４を含む。それらの壁２４は真空外囲器すなわち空所
２８を形成する。その空所は、蓋すなわちベース板２９
と導管３０を通じて製造室１０に流体を通じさせる開口
部２８の周囲に上部フランジ２７を有する。ハウジング
２２は床３１を有する。外部の「冷却ヘッド」３６から
上方へ延長する細長い「冷却フィンガ」すなわち冷却手
段３４の周囲でシールされたポート３２を有する。冷却
フィンガ３４は、密閉サイクル冷凍装置内の圧縮機（図
示せず）から室温、高圧のヘリウムガスを受ける。冷却
フィンガ３４は、クライオポンプの表面を冷却して製造
室からのガスを凝結するために、受けたヘリウムガスを
より低い圧力およびよシ低い温度に膨脹させるために、
空所２６の中に突き出る第１の膨脹シリンダ４１と、直
径がよシ短い入れ子犬の第２の膨脹シリンダ４２とを有
する。

製造室に残っている水蒸気は製造室の排気を一般に遅ら
せ、かつ制限し、製造室内部での種々の作用を妨げる。

多くの処理ガスが製造室内の比較的低い臨界圧において
用いられ、かつ極めて低い温度で凝結する。それらの低
い温度において必要とされる表面上に水蒸気が凝結して
、他のガスがその表面に凝結することを妨げることを阻
止するためＫ、従来のクライオポンプ２０は水蒸気を凝
結させる第１の段４４と、他のガスを凝結させる第２の
段４６を用いる。第１の段４４は、冷却フィンガ３４の
第１の段の膨張シリンダ４１のみによυ支持されて、そ
の膨張シリンダに熱接触する覆い４８を含む。覆い４８
の内面５０は、第２の段の膨張シリンダ４２を囲む隔室
５１を形成する。

覆い４８は空所開口部２８へ向って上方に開いているの
ど部５２を有する。隔室５１はノ（ネル、アレイまたは
バッフル手段５４を含む。そのバッフル手段は連結部５
６と覆い４８を介して第１の段の膨張シリンダ４１へ熱
的に連結される。）くツフル５４を通る可能な全ての視
線を阻止し、隔室ののど部５２を妨げる光学的に密な構
成で、山形ルーパー５８により形成されるのが普通であ
る。のど部５２は水蒸気のような入ってくるガスを向け
させ、そのガスが第２の段５１を通って第２の段４６の
中に入ることができるように表る前に、絶対温度７７度
と９０度の間に冷却されているルーパー５８の表面にお
そらく凝結する。第１の段のバッフル５４は十分な熱が
第２の段４６へ伝わることを緩衝すなわち遮へいするが
、凝結されていないガスがクライオポンプの第２の段４
６まで接近できるようにしなければなら々い。

第２の段４６はパネル６０を含む。このパネルは第２の
段の膨張シリンダ４２の末端部の上に支持されて、その
末端部に熱接触する。その第２の段の膨張シリンダはパ
ネル６０を絶対温度約１８まで冷却して、残留ガスのほ
とんどを凝結させる。

第２の段４６は、水素、ヘリウムおよびネオンのような
凝結できないガスを除去する丸めに、木炭の粒子または
結合されたふるい物質の吸収剤床６２を更に含む。

製造室１０から入ってくるガスの流れを「絞る」ことに
より第２の段の圧力を制御することによって、製造室の
ガスの圧力を与えられた温度において第２の段４６によ
り制御できる。この制御はクライオポンプ２０の上流側
の導管３０内の主弁６４を「回す（ｃｒａｎｋｉｎｇ）
Ｊ　ことにより行われているが、上流側の弁６４を絞る
ことにより水蒸気が入ることも制限し、したがってクラ
イオポンプ２０の第１の段４４内の水蒸気の圧力を低く
シ、かつその水蒸気の凝結速度を低くする。

米国特許第４　、０９４．４９２号明細書に、連結導管
内のガスの流れを制御することによυ、差動真空（拡散
）ボンピング装置（図示せず）内の圧力を制御するため
に用いられる可変絞りアパーチャが記載されている。絞
り弁に達する前に、水蒸気は上流の導管内で液体窒素に
よυ冷却されているトラップにより凝結させられる。バ
キュウム・マガジ７　（Ｖａｃｕｕｍ　Ｍａｇａｚｉｎ
ｅ）３４巻７号（１９８４）に、拡散ポンプ装置用の類
似の装置が記載されている。

第２図は、米国特許第４，２８５，７１０号および第４
．５３１，３７２号明細書において、クライオボアｊ７
０の第２の段４６へのガスの流れと、その第２の段の内
部の圧力が弁７２を用いてどのように絞られるかが概略
的に示されている。その弁Ｔ２のボデーと翼すなわちロ
ータ（詳しくは示されていない）が第１の段γ４の一体
部分を形成し、全ての開放位置において、従来の第１の
段のコンデンサバッフル５４０代シとして水蒸気を凝結
させるために冷却されるほぼ一定の表面積を露出させる
。しかし、弁γ２の露出される表面積は実際には一定で
なく、弁の位置とは独立に全速で凝結することはない。

そのような「一定」面積の弁は圧力を広い範囲にわたっ
て動的かつ精密に制御しない。それらの代シの第１の段
のコンデンサ弁Ｔ２はハウジング７６ヘボンプするため
の機械的な支持リンク機構７５を有する。その機械的な
支持リンク機構を介して周囲の大気から熱を吸収する。

弁Ｔ２は取付はブロック７γを介して第１の段の覆い１
８へ熱的に連結される。それにより弁Ｔ２は余分の熱負
荷を構成し、第１の段７４が水蒸気を凝結させるために
余分の冷却容量を必要とする。前記米国特許第４，２８
５，７１０号明細書に記載されている技術は、第１の段
の弁Ｔ２と覆いＴ８の冷却を強くするために液体窒素容
器（破線で示されている）を有するクライオポンプＴＯ
を供給する。しかし、液体窒素は望ましくないほど費用
がかかム第２の段の上流で残留水蒸気を凝結させるのに
不便である。

〔発明が解決しようとする課題〕

したがって、クライオポンプの第１の段における水蒸気
の凝結効率と凝結速度を維持しながら、クライオポンプ
の第２の段へ入るガスの流量を制御する手段が求められ
ている。

本発明の目的は、第２の段へのガスの流量を制御し、第
１の段における水蒸気の凝結速度を最高にする手段を有
する二段クライオポンプを得ることである。

〔課題を解決するだめの手段〕

この目的およびその他の目的は、ポンプの段から熱分離
されて取付けられ、可変直径開口部を形成する流れ絞り
弁を有するクライオポンプを提供し、かつ改良した第１
の段を提供することによυ達成される。従来のようにし
て取付けられた「下側」バッフルに加えて、第１の段は
、下側バッフルに取付けられて、弁の開口部を通って上
方へ突き出た熱伝導性支持軸と、その弁開口部の上方で
その軸の上端部の上に支持される［上側」バッフルとを
含む。上側バッフルは下側バッフルにより支持軸を介し
て冷却されて、入ってくるガス流が流れ絞り弁に達する
前に、そのガスから水蒸気を凝結させる。

本発明の利点のうち、１つは水蒸気の凝結速度を最高に
するために第１の段の設計を最適にできることである。

別の利点は、第１の段がクライオポンプの冷却装置に余
分な負荷をかけることなしに水を全速でポンプ送りする
ことである。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第３図と第４図を参照して、本発明のクライオポンプの
好適な実施例であるクライオポンプ８０はハウジング２
２と、低温フィンガ冷却手段３４と、第１の段の覆い４
８およびバッフル５４と、第２の段４６および図示のそ
の他の部分とを含む。

それらの構成要素には、第１図に示されているクライオ
ポンプ１０の同様な参照番号が付けられている要素に対
応させることが好ましい。本発明に従って、クライオポ
ンプ８０は流れ絞り弁８２を更に含む。その流れ絞り弁
は米国特許第４　、０９４　。

４９２号明細書に開示され、約３８（：ｌＲ（約１．５
インチ）の低い垂直輪郭を有する種類の絞°り機構とす
ることが好ましい。あるいは、絞り弁８２は別の種類の
弁、たとえば、米国特許第４　、０３１　、３７２号明
細書に記載されているような回転翼を有する弁で構成で
きるが、別の種類の弁は低い輪郭を持つ必要はなく、絞
り機構のように広い範囲の流れ圧力を精密に制御しない
。弁８２はハウジング２２の内壁２５に直接取付けるこ
とができ、または、その内壁に取付けられている支持環
８４を介して内壁へ取付けることができる。しかし、い
ずれの場合にも、弁８２はポンプの冷却されている段か
ら機械的および熱的に分離される。弁８２は・・ウジン
グ２２の周囲温度に保たれ、クライオポンプの冷却装置
にかかる熱負荷を増大させない。絞り弁８２は取付は壌
８６を含む。その取付は環の駆動環（図示せず）が、ハ
ウジング２２の壁のシールされている貫通穴９２または
ベース板２９（第１図）に設けられている穴（図示せず
）を貫通する軸９４に取付けられている駆動歯車８８に
より回される。取付は環８６は平らな可動絞りシャッタ
葉９４を保持する。駆動軸９０は回されて葉９４を開閉
し、ハウジング２２の垂直中心線の周囲にアパーチャ９
６ｆｔ形成する。シャッタ葉９４は空所２６を、弁８２
の上方の上側部分８２と、弁８２の下側の下側部分９９
とに全体的に分割する。

クライオポンプ８０は、下側バッフル５４を含む分割さ
れた第１の段１００と、たとえば溶接またはねじ（図示
せず）により、ハウジング２２の軸線上に中心を置くバ
ッフル５４の上部に固定された短い直径の熱伝導性支持
軸１０２とを含む。その支持軸１０２は円形アパーチャ
９６を通って延び、かつ上側バッフル１０４を含む。そ
の上側バッフルは絞り葉９４の上方で支持軸１０２の上
部に固定される。支持軸１０２は下側バッフル５４から
熱連結して上側バッフル１０４分冷却し、開口部２８に
入る水蒸気を凝結させる。残っている水蒸気の大部分が
バッフル１０４により除去された後でのみ、ガス流は絞
り弁８２に達する。そのガス流はガス流圧を制限して第
２の段のポンプ送シ速度を制御する。

【図面の簡単な説明】

第１図は真空製造室と処理ガス源と、機械的な真空ポン
プとを形成する概略ブロックで示し、かつ従来の二段ク
ライオポンプ、低温フィンガおよび低温ヘッドを断面図
で示す真空処理装置のハイブリッド図、第２図は従来の
２種類のクライオポンプ構造が、従来の第１の段バッフ
ルコンデンサの代シに冷却される流れ絞り弁をどのよう
に用いるかを示す断面図、第３図は改良された第１の段
と、絞９弁を有する本発明のクライオポンプの好適な実
施例の断面図、第４図は第３図に示されている実施例の
一部を切欠いて示す斜視図である。２２・・聯−ハウジング、３４・・・・低温フィンガ冷
却手段、４６，１００・・・・第１の段、４６−・・・
第２の段、４８・・・・第１の段の覆い、８０８・・・
クライオポンプ、８２−・・・絞り弁、８４・・・・支
持環、８６・付は環、８８・・・命駆動歯車、９０゜・
・支持環、９４−・・・シャッタ葉１０．可変アパーチ
ャ。・取０２ｅ９６　番特許出願人　　ピータ−・ジエイ・ダスザ代理人山月政樹ＦＩＧ−４ＦＩＧ− １、事件の表示平成１　手持許願第らｔ１ｒｌ＋つ号２１乙ｅ目の名称クライオボ°ンフ。３、補正をする者事件との関係特許出願人名称（氏名）ヒしター・ジ゛ニイ・りＸす“ 補正命令５□の８４寸平成１年ワ月午日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）上部開口部とポートを有する内部空所を形成する
内側を有する壁を含むハウジング手段と、前記ポートを
通つて前記空所内へ延び、第１の冷却シリンダと第２の
冷却シリンダを含む細長くされた冷却手段と、前記空所内に配置された第１の段のコンデンサ手段と、第２の段のコンデンサ手段と、それらのコンデンサ手段および前記冷却手段から熱分離
されて前記空所内に配置され、前記空所を上側部分と下
側部分に分割する絞り弁手段と、を備え、前記第１の段
のコンデンサ手段は、前記冷却手段により支持され、前
記冷却手段の末端部を覆う内面と上方に開いたのど部を
有する覆い手段と、この覆い手段に取付けられてそののど部を妨げ、前記覆
い手段を介して前記冷却手段へ熱的に連結される下側バ
ッフル手段と、前記下側バッフル手段に取付けられた下端部と、前記上
部開口部へ向つて延長する上端部とを有する熱伝導性支
持軸と、前記のど部の上方および前記上部開口部の下方の位置で
前記上端部に取付けられる上側バッフル手段と、を含み、前記第２の段のコンデンサ手段は前記覆い手段
内に配置され、前記冷却手段に熱接触し、前記弁手段は
、前記上側部分と前記下側部分の間の気体の流量を制御
するために、前記上側バッフル手段と前記下側バッフル
手段の間に可変アパーチャを形成することを特徴とする
クライオポンプ。
（２）内部空所を形成する内側を有する壁を含み、前記
内部空所はその内部空所を真空動作室へ連結する上部開
口部とポートを有する、ハウジング手段と、前記ポートを通つて前記空所内へ延び、第１の冷却シリ
ンダと第２の冷却シリンダを含む細長くされた冷却手段
と、前記空所内に配置された第１の段のコンデンサ手段と、第２の段のコンデンサ手段と、前記ハウジングに関して固定配置され、前記第２の段の
コンデンサ手段の中に流れる気体の流量を制御可変アパ
ーチャを形成する絞り弁手段と、を備え、前記第１の段
のコンデンサ手段は、前記冷却手段により支持され、か
つ前記冷却手段に熱接触し、第２の冷却シリンダを囲ん
で、上方に開いたのど部を有する隔室を形成する覆い手
段と、この覆い手段に取付けられてそれののど部を妨げ、前記
覆い手段を介して前記冷却手段へ熱的に連結されるバッ
フル手段と、を含み、前記第２の段のコンデンサ手段は前記隔室内で
前記バッフル手段の下側に固定配置され、前記第２の冷
却シリンダに熱接触し、手段内への気体の流量を制御するための可変アパーチャ
を形成する、二段クライオポンプにおいて、前記第１の
段のコンデンサ手段は、前記バッフル手段の上部に熱接
触して、前記バッフル手段内に取付けられた下端部と、
前記開口部へ向つて延長する上端部とを有する熱伝導性
軸と、第１の前記バッフル手段に熱接触して前記軸の上
端部に取付けられた上側バッフル手段とを更に備え、そ
れにより前記上側バッフル手段は、前記上部開口部を通
じて受けた水蒸気が前記アパーチャに達する前に、前記
冷却手段にかかる熱負荷を十分に増加することなしに、
前記アパーチャの寸法とはほぼ独立の速さでその水蒸気
を十分に凝結させることを特徴とする二段クライオポン
プ。