クライオポンプ

プロセスガスを流入させるプロセスチャンバ１０内で使用される、１段パネル、熱シールド板２４及び２段パネル２８を備えたクライオポンプ２０において、前記熱シールド板２４に、気体分子の流入を可能とするための切り欠きと、常温であるクライオポンプ容器からの輻射による入熱を防止するための追加シールド３４を設けて、クライオポンプ容器と熱シールド板との間に入り込むプロセスガスによるクライオポンプの性能低下を防止する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クライオポンプに係り、特に、スパッタリング装置や半導体製造装置に用いるのに好適な、プロセスガスを流入させるプロセスチャンバ内で使用される、熱シールド板を備えたクライオポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
真空容器であるプロセスチャンバ内で行なうスパッタリング作業は、まず機械的な回転ポンプで粗く１Ｐａまで真空引きし、次に、特開平５−３２１８３２号公報に記載されているようなクライオポンプを運転して、プロセスチャンバ内を１０^−７Ｐａ程度の高真空にする。その後、スパッタリング作業を行なうため、Ａｒ、Ｎ_２等のプロセスガスを導入するが、余剰なプロセスガスが運転と共にクライオポンプに凝縮し、クライオポンプの性能が低下する。
【０００３】
即ち、従来は、クライオポンプによって余剰のプロセスガスを凝縮していたが、クライオポンプの構造上、ポンプ容器と熱シールド板との間にプロセスガスが入り込む。すると、常温であるクライオポンプ容器と熱シールド板との間のプロセスガスが、気体分子として常温からの熱伝導を起こし、熱シールド板の温度を上昇させ、冷凍能力の低下を引き起こし、凝縮性能を低下させてしまっていた。
【０００４】
横型冷凍機を用いた従来技術の一例を、図１を参照して詳細に説明する。
【０００５】
プロセスチャンバとなる真空容器１０は、機械的な回転ポンプである粗引きポンプ１２と、クライオポンプ２０と、プロセスガス導入口１４を接続して気密に形成され、内部でスパッタリング等のプロセスを行なうため、ターゲット１６やウェハ１８を設置し、スパッタリング加工を行なう。
【０００６】
加工手順は次のとおりである。
【０００７】
（１）粗引きポンプ１２で粗く１Ｐａまで真空引きを行なう。
【０００８】
クライオポンプ２０は、ある程度の真空以上でなければ、気体分子の熱伝導により、常温からの入熱量が大きく、冷却ができない。又、気体分子（特にＨ_２Ｏ）等が付着し過ぎて上手く作動しないために、必ず機械的なポンプで真空引きをする必要がある。更に、機械的な回転ポンプだけで高真空を実現するには、高速回転をしなければならない等、ポンプに係る負荷が大きく、又、長時間運転の信頼性の点からも、高真空の長時間運転には、クライオポンプ２０が欠かせない。
【０００９】
（２）次にクライオポンプ２０を運転して、プロセスチャンバ１０内を１０^−７Ｐａ程度の高真空にする。
【００１０】
クライオポンプ２０は、ルーバー２６、クライオパネル（２段（冷却）ステージ２２に接続されるので２段パネルとも称する）２８等を気体分子の固化温度以下に冷却し、そこへ気体分子の凝縮固化、又は、活性炭の冷却による気体分子の吸着により、高真空を実現する。該クライオポンプ２０を構成する横型冷凍機３０の運転は、機械的なポンプに比べて負荷が低いことから、信頼性の高い高真空の長時間運転に向いている。
【００１１】
（３）スパッタリング作業を行なうため、Ａｒ、Ｎ_２等のプロセスガスをプロセスガス導入口１４より導入する。
【００１２】
クライオポンプ２０には、通常、２段式のＧＭ（ギフォード・マクマホン式）冷凍機３０が使用され、温度が高い１段（冷却）ステージ２１には熱シールド板２４を設け、２段（冷却）ステージ２２を被覆している。熱シールド板２４は、常温から来る輻射熱を遮断する目的で設けられ、２段ステージ２２への入熱を抑え、冷凍能力を向上させている。更に、熱シールド板２４の先端にルーバー２６等を設置し、気体分子の入口を設けている。又、ルーバー２６は、熱シールド板２４によって冷却されているので、比較的固化する温度の高い気体分子（特にＨ_２Ｏ）等を凝縮する。一方、２段ステージ２２は、１０Ｋ程度まで冷却されるので、水素、酸素、窒素等の凝縮を行なう。又、クライオパネル２８に含まれる吸着材としての活性炭を冷却し、該活性炭の微細穴にもガスの吸着を行なう。
【００１３】
しかしながら、この際、真空容器１０と熱シールド板２４の間のシールド容器空間２５にＡｒ、Ｎ_２等のプロセスガスが矢印Ａに示す如く入り込み、このプロセスガスの気体分子が常温から熱シールド板２４への熱伝導を起こし、熱シールド板２４の温度を上昇させ、２段ステージ２２の冷凍能力の低下を引き起こし、凝縮性能を低下させてしまっていた。
【００１４】
なお、特開昭６０−２２８７７９号公報には、真空容器と熱シールド板の間へのガス流入を防止するべく、リブやフランジを設けて隙間を狭くしたり、あるいは、断熱パネルで入口を塞いでしまうことが記載されている。
【発明の開示】
【００１５】
しかしながら、機構が複雑となったり、あるいはクライオパネルと熱シールド板を接触させてしまった場合には、熱の伝搬を防ぐのが大変であり、コストアップを伴うという問題点を有していた。
【００１６】
本発明は、極低温冷凍機と、該極低温冷凍機の１段ステージで冷却される１段パネル及び熱シールド板と、該熱シールド板に内包され、前記極低温冷凍機の２段ステージで冷却される、吸着材を有する２段パネルと、を備えたクライオポンプにおいて、前記熱シールド板に設けられた、気体分子の流入を可能とするための切り欠きと、常温であるクライオポンプ容器から前記２段パネルへの輻射による入熱を防止するための追加シールドと、を更に備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１７】
又、前記切り欠き及び追加シールドの位置を、前記２段パネルを包囲した熱シールド板上としたものである。
【００１８】
又、前記追加シールドが、追加シールド支持部材を介して前記熱シールド板に支持されるようにしたものである。
【００１９】
又、前記冷凍機が横型であり、前記追加シールドを、該冷凍機部分を欠いた断面Ｃ字形状としたものである。
【００２０】
又、前記追加シールドを、その断面Ｃ字形状部分が２段パネルを覆う長さとしたものである。
【００２１】
又、前記冷凍機が横型又は縦型であり、前記追加シールドを筒状としたものである。
【００２２】
又、前記追加シールドが、前記熱シールド板に設けられた凹部又は凸部であり、その側面に気体分子の流入を可能とするための開口を設けたものである。
【００２３】
本発明は、又、前記クライオポンプを備えたことを特徴とするスパッタリング装置や半導体製造装置を提供するものである。
【００２４】
本発明によれば、プロセスチャンバと熱シールド板との間に入ったプロセスガスは、熱シールド板の内側に入り込み、２段パネルに凝縮固化され、又は、活性炭等の吸着剤に吸着され、プロセスガスの気体分子が常温から熱シールド板への熱伝導を起さないため、熱シールド板の温度を上昇させることはなく、冷凍機の冷凍能力を低下させず、凝縮性能に影響がない。又、クライオポンプ容器内、特に、２段パネルへの輻射熱の侵入もない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のプロセスチャンバに配設されたクライオポンプの一例の構成を示す断面図
【図２】本発明に係るクライオポンプの第１実施形態がプロセスチャンバに配設された状態を示す断面図
【図３】第１実施形態で用いられている熱シールド板の形状を示す斜視図
【図４】熱シールド板部分の構成を示す斜視図
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う横断面図
【図６】本発明に係るクライオポンプの第２実施形態の要部を示す正面図
【図７】同じく斜視図
【図８】本発明に係るクライオポンプの第３実施形態の要部を示す正面図
【図９】本発明に係るクライオポンプの第４実施形態の要部を示す正面図
【図１０】同じく斜視図
【図１１】同じく追加シールド部分の平面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
本発明の第１実施形態は、図１に示した従来例と同様のクライオポンプにおいて、図２に示す如く、熱シールド板２４に、気体分子の流入を可能とするための切り欠きを設けると共に、その内側に、例えばブロック状の追加シールド支持部材３２により支持される追加シールド３４を設けて、熱シールド板２４が、常温であるクライオポンプ容器からの輻射熱を防止し、且つ、該熱シールド板２４内部に矢印Ｂに示す如く気体分子の流入を可能としたものである。
【００２８】
前記熱シールド２４と追加シールド３４と２段パネル２８との位置関係は、あたかも２段パネル２８への直射光の入射を防止する位置と同一である。
【００２９】
即ち、図３に詳細に示すように、熱シールド板２４の中央部を、横型冷凍機３０の１段ステージ２１への接続部分（図の右側）を残してカットする。この際、２段ステージ２２に接続してある２段パネル２８に対応する高さ（図２の破線Ｃ）の直下をカットして、気体分子を引きやすくする。
【００３０】
次に、追加シールド３４を熱シールド板２４よりやや小さい外径で形成し、図４に示す如く、例えば４本の追加シールド支持部材３２によって熱シールド板２４の内部に設置する。追加シールド３４は、図５に示す如く、断面がＣ字形で、冷凍機３０の部分を切り欠いて形成する。前記追加シールド３４及び追加シールド支持部材３２の材質は銅とし、蝋付け等により、それぞれ良く熱伝導するよう密着して接合する。又、熱シールド板２４と追加シールド３４とは、やや上下方向に少し重なるようにオーバーラップを持たせ、直射光の入射を防ぐ位置関係として、輻射熱の侵入を防止する。
【００３１】
従来のクライオポンプにおいて、プロセスガスが入り込む前は、熱シールド板２４は通常８０Ｋ程度まで冷却できるが、プロセスガスが入り込むと、熱伝導で１２０Ｋ程度まで上昇してしまう。これに対し、本発明の第１実施形態による熱シールド板２４と追加シールド３４を設けた場合には、プロセスガスの無い状態である８０Ｋ程度まで冷却できた。
【００３２】
本実施形態においては、熱シールド板２４の全周に亘って切欠きを設けていたので、大量の気体分子を熱シールド板の内部に導くことができる。
【００３３】
なお、熱シールド板の構成はこれに限定されず、図６（全体図）及び図７（蓋部分を示す斜視図）に示す第２実施形態のように、熱シールド板２４の周上に１箇所若しくは複数箇所の開口４０を設け、該開口４０の外側又は内側に、支持部材４２により、該開口４０を覆う蓋４４を設けて、直射光の侵入を防止する位置関係として輻射熱の侵入を防止し、その側面の開口４６から矢印Ｄに示す如く気体分子が流入するようにしてもよい。
【００３４】
あるいは、図８に示す第３実施形態のように、断面がＵ字状の蓋５０を用いて、その側面に開口５２を設け、該開口５２から矢印Ｅに示す如く気体分子が流入するようにしてもよい。
【００３５】
前記実施形態においては、いずれも、本発明が、横型冷凍機を備えたクライオポンプに適用されていたが、図９（クライオポンプ部分の断面図）及び図１０（同じく斜視図）に示す第４実施形態のように、縦型冷凍機３１を備えたクライオポンプにも適用することができる。この場合、追加シールド３４は断面をＣ字型とする必要はなく、図１１に示すような筒状で良い。
【００３６】
なお、前記実施形態においては、いずれも開口が熱シールド板２４の側面に設けられていたが、開口を設ける位置はこれに限定されず、熱シールド板２４の底面に設けてもよい。又、クライオパネル２８に備える吸着材も活性炭に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、スパッタリング装置や半導体製造装置だけでなく、ガスプロセスでクライオポンプを作動させる、あらゆる設備に適用可能である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温冷凍機と、
該極低温冷凍機の１段ステージで冷却される１段パネル及び熱シールド板と、
該熱シールド板に内包され、前記極低温冷凍機の２段ステージで冷却される、吸着材を有する２段パネルと、
を備えたクライオポンプにおいて、
前記熱シールド板に設けられた、気体分子の流入を可能とするための切り欠きと、
常温であるクライオポンプ容器から前記２段パネルへの輻射による入熱を防止するための追加シールドと、
を更に備えたことを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】
前記切り欠き及び追加シールドの位置は、前記２段パネルを包囲した熱シールド板上であることを特徴とする請求項１に記載のクライオポンプ。
【請求項３】
前記追加シールドが、追加シールド支持部材を介して前記熱シールド板に支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のクライオポンプ。
【請求項４】
前記冷凍機が横型であり、前記追加シールドが、該冷凍機部分を欠いた断面Ｃ字形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項５】
前記追加シールドは、その断面Ｃ字形状部分が２段パネルを覆う長さであることを特徴とする請求項４に記載のクライオポンプ。
【請求項６】
前記冷凍機が横型又は縦型であり、前記追加シールドが筒状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項７】
前記追加シールドが、前記熱シールド板に設けられた凹部又は凸部であり、その側面に気体分子の流入を可能とするための開口が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のクライオポンプ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のクライオポンプを備えたことを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載のクライオポンプを備えたことを特徴とする半導体製造装置。

【図１】