(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内にコールドシリンダを配置してなるクライオポンプにおいて、
前記コールドシリンダに着脱自在に取り付けられる加熱部を有すると共に、前記真空チャンバに形成された貫通孔を挿脱自在に貫通するシースヒータ
を備えたことを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】
真空チャンバ内にコールドシリンダを配置してなるクライオポンプにおいて、
前記コールドシリンダに着脱自在に取り付けられる加熱部を有すると共に、前記真空チャンバに形成された貫通孔を挿脱自在に貫通するシースヒータと、
位置および角度の少なくとも一方を調整できるように、前記コールドシリンダと前記シースヒータの加熱部とを結合する加熱部結合手段と
を備えたことを特徴とするクライオポンプ。
【請求項３】
真空チャンバ内にコールドシリンダを配置してなるクライオポンプにおいて、
前記コールドシリンダに着脱自在に取り付けられる加熱部を有すると共に、前記真空チャンバに形成された貫通孔を挿脱自在に貫通するシースヒータと、
位置および角度の少なくとも一方を調整できるように、前記真空チャンバと前記シースヒータの貫通部とを結合する貫通部結合手段と
を備えたことを特徴とするクライオポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程等での高真空の生成に供されるクライオポンプに係り、詳しくは再生用シースヒータの交換や組付けの容易化を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造ラインの各種処理装置等には、処理空間を高真空状態に維持するべく、機械式真空ポンプ（以下、粗引ポンプと記す）と伴にクライオポンプが付設されている。クライオポンプは、粗引ポンプにより粗引きされた処理空間内を排気して真空度を更に高めるもので、極低温をつくりだす冷凍機、冷凍機のコールドシリンダに保持されたコールドパネル、コールドパネルの表面に貼着された活性炭、コールドシリンダやコールドパネルを収納する真空チャンバ等から構成されている。クライオポンプによる排気は、極低温に冷却したコールドパネルの表面に気体分子を凝縮・固化させたり、活性炭の吸着面に気体分子を吸着させることにより行われる。
【０００３】
さて、クライオポンプでは、長時間に亘る排気運転を行った場合、コールドパネルの表面や活性炭の吸着面への気体分子の凝縮や吸着が徐々に進行し、排気効率が低下して終には排気が殆ど行えなくなる。そのため、凝縮あるいは吸着した気体分子を放出させる再生作業を適宜行う必要があり、この際には、真空チャンバ内に再生ガス（一般には、窒素ガス）を導入すると共に、コールドパネルやコールドシリンダの温度を常温近くまで上昇させることになる。
【０００４】
ところで、クライオポンプでは、排気運転中にコールドシリンダ等の温度が極低温（２０Ｋ程度）となり、常温（２５℃（＝２９８Ｋ）程度）との温度差は非常に大きく（２８０℃程度）なる。したがって、常温の再生ガスを導入するだけで昇温させた場合、再生作業開始後に気体分子が放出されるまでに長時間を要するため、半導体製造ラインも長時間に亘って休止せざるを得ず、生産効率の低下を余儀なくなれていた。そこで、特公平８−３０４６６号公報等には、コールドシリンダにヒータを装着し、このヒータと真空チャンバの外部に設けた電源とを電線により接続した装置が開示されている。この装置では、再生作業時にヒータに通電を行うことで、コールドシリンダが常温まで速やかに加熱され、再生作業時間が大幅に短縮される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の装置では、ヒータとコールドシリンダとを電線により接続することにより、次のような不具合が生じていた。例えば、半導体製造ラインでは種々の腐食性ガス等が用いられるため、合成樹脂や合成ゴム等からなる電線の被覆が比較的短時間で浸食され、芯線間の接触による短絡や芯線の腐食による断線が生じやすい。また、温度変化によって被覆の収縮・膨張が繰り返されるため、電線が真空チャンバを貫通する部位のシーリングが破損しやすく、外気が浸入して真空が維持できなくなる虞もあった。
【０００６】
この種の不具合を解消するべく、金属製のシースにヒータ本体と電線とを封入してシースヒータを製作し、これをロウ付け等によりコールドシリンダに一体化させた装置も出現している。しかし、この装置では、シースヒータ内でヒータ本体や電線に断線や短絡が生じた場合、コールドシリンダ全体を交換しなければならず、真空チャンバからのコールドシリンダの取外しや再組立に大きな作業工数が必要となる。また、このような事態に備えるべく、予備のコールドシリンダを常に用意しておく必要があり、設備コストの増大が避けられなかった。尚、クライオポンプ用のヒータは、極低温から高温までの広い温度領域で使用されるため、ヒータ本体の絶縁破壊等が起こりやすく、比較的高い頻度で交換される。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みなされたもので、再生時におけるコールドシリンダの加熱にシースヒータを用いながら、シースヒータの組付作業や交換作業の容易化を実現したクライオポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、真空チャンバ内にコールドシリンダを配置してなるクライオポンプにおいて、前記コールドシリンダに着脱自在に取り付けられる加熱部を有すると共に、前記真空チャンバに形成された貫通孔を挿脱自在に貫通するシースヒータを備えたものを提案する。
【０００９】
この発明によれば、シースヒータ内でヒータ本体や電線の断線や短絡が生じた場合には、コールドシリンダから加熱部を着脱させること等により、真空チャンバに対してシースヒータのみを交換することができる。
【００１０】
また、請求項２の発明は、真空チャンバ内にコールドシリンダを配置してなるクライオポンプにおいて、前記コールドシリンダに着脱自在に取り付けられる加熱部を有すると共に、前記真空チャンバに形成された貫通孔を挿脱自在に貫通するシースヒータと、位置および角度の少なくとも一方を調整できるように、前記コールドシリンダと前記シースヒータの加熱部とを結合する加熱部結合手段とを備えたものを提案する。
【００１１】
この発明によれば、シースヒータの寸法や形状に製作上の誤差が存在しても、加熱部結合手段によるコールドシリンダと加熱部との結合が行える。
【００１２】
また、請求項３の発明は、真空チャンバ内にコールドシリンダを配置してなるクライオポンプにおいて、前記コールドシリンダに着脱自在に取り付けられる加熱部を有すると共に、前記真空チャンバに形成された貫通孔を挿脱自在に貫通するシースヒータと、位置および角度の少なくとも一方を調整できるように、前記真空チャンバと前記シースヒータの貫通部とを結合する貫通部結合手段とを備えたものを提案する。
【００１３】
この発明によれば、シースヒータの寸法や形状に製作上の誤差が存在しても、加熱部結合手段による真空チャンバとシースヒータの貫通部との結合が行える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態のクライオポンプ１は、ギフォード・マクマホーンサイクルを用いた極低温用の冷凍機３や円筒状の真空チャンバ５等からなっており、半導体ウエーハ製造ラインの真空処理槽７の下面に付設されている。図中、９はゲートバルブであり、摺動式の弁体１１により真空処理槽７とクライオポンプ１との連通を遮断する。
【００１６】
冷凍機３は、真空チャンバ５の下面に締結されたボディ１５、真空チャンバ５内に配置されたコールドシリンダ１７、コールドシリンダ１７内を軸方向に摺動するディスプレーサ１９、クランク機構２１やコネクティングロッド２３を介してディスプレーサ１９を駆動する電動機２５等から構成されている。
【００１７】
冷凍機３のボディ１５は、冷媒導入管２７と冷媒排出管２９とを介して、図示しないコンプレッサユニットに接続されており、冷媒であるヘリウムガスが冷凍機３とコンプレッサユニットとの間で循環する。また、ボディ１５には、粗引配管３１を介して図示しない粗引ポンプに接続しており、この粗引ポンプにより真空チャンバ５の粗引きが行われる。
【００１８】
コールドシリンダ１７には、上下方向の略中間位置に比較的マスの大きい第１コールドヘッド３３が形成され、上端に比較的マスの小さい第２コールドヘッド３５が形成されている。第１コールドヘッド３３の上端には、上方に開口したラジエーションシールド３７が取り付けられている。ラジエーションシールド３７は、真空チャンバ５より若干小径の円筒状に形成されており、真空チャンバ５の上端近傍まで延設された開口部の内側に複数枚のバッフルリング３９を保持している。
【００１９】
また、第２コールドヘッド３５の上端には、下方に開口したコールドパネルホルダ４１が取り付けられている。コールドパネルホルダ４１は、比較的小径の円筒状に形成されており、その上端面および外周面に複数枚のコールドパネル４３を保持している。コールドパネル４３には、最も上方に位置するものを除き、その上面に活性炭４５が貼着されている。
【００２０】
一方、真空チャンバ５は、コールドシリンダ１７やラジエーションシールド３７等を収納する胴部５１と、ゲートバルブ９に締結されるフランジ５３と、冷凍機３のボディ１５に締結される底板５５とからなっている。胴部５１には、図示しない再生ガス供給源に接続した再生ガス導入管５７が接続・開口すると共に、図示しない排気処理装置に接続した再生ガス排出管５９が貫通している。再生ガス導入管５７は、真空チャンバ５内で上方に屈曲した後、ラジエーションシールド３７内に開口している。
【００２１】
また、底板５５には貫通孔６１が形成されており、この貫通孔６１を図示しない電源装置に接続したシースヒータ６３の貫通部６４が貫通している。シースヒータ６３は、第１，第２コールドヘッド３３，３５に対応する位置にそれぞれ第１，第２加熱部６５，６７を有しており、両加熱部６５，６７が両コールドヘッド３３，３５にクランプ６９を介して締結されている。図中、７１は第１，第２コールドヘッド３３，３５の温度計測に供される温度センサであり、両コールドヘッド３３，３５にねじ止めされている。
【００２２】
シースヒータ６３は、図２に示したように、第１，第２加熱部６５，６７に対応する位置にヒータ本体７３を内蔵したステンレス鋼管製のシース部７５と、底板５５に当接するステンレス鋼製のフランジ部７７とをロウ付けにより一体化したものである。シースヒータ６３は、図３に示したように、底板５５の外周側に成形された貫通孔６１を貫通した後、略正六角形に形成された第１コールドヘッド３３の一辺に締結され、更に略正方形に形成された第２コールドヘッド３５の一辺に締結されている。そのため、貫通部６４に対して、第１加熱部６５はオフセット量Ｍをもってオフセットし、第２加熱部６７はオフセット量Ｎをもってオフセットしている。
【００２３】
本実施形態の場合、第１，第２コールドヘッド３３，３５には、図４に示したように、シースヒータ６３の加熱部６５，６７が係合する係合凹部８１が形成されている。係合凹部８１は、その深さＤが加熱部６５，６７の半径に略等しく形成されているが、幅Ｗは加熱部６５，６７の半径より大きく形成されている。したがって、加熱部６５，６７は、係合凹部８１に係合した状態で、幅方向に移動できる。
【００２４】
また、クランプ６９は、加熱部６５，６７の半径と略等しい半円状の嵌合凹部８３を有すると共に、嵌合凹部８３の側方に締結用のスクリュー８５が挿通される上下一対のボルト孔８７が形成されている。ボルト孔８７は幅方向に長い長孔となっており、これにより、クランプ６９は、嵌合凹部８３に加熱部６５，６７が嵌合した状態で、幅方向に移動できる。
【００２５】
一方、フランジ部７７には、図５に示したように、９０゜間隔で４ヶ所にボルト孔９１が形成されており、これらボルト孔９１にフランジ部７７を底板５５に締結するボルト９３が挿通される。各ボルト孔９１は、対向するボルト孔９１の中心を通る直線と直交する方向に長い長孔に形成されており、これにより、フランジ部７７がシース部７５を中心として底板５５に対して回転できる。図中の符号９５は、底板５５とフランジ部７７との間のシーリングを行うＯリングを示している。
【００２６】
以下、本実施形態の作用を述べる。
【００２７】
半導体ウエーハのスパッタリング処理等にあたっては、不要な気体分子が半導体ウエーハの表面に付着することを防止するべく、真空処理槽７内が高真空状態にされる。先ず、真空チャンバ５を粗引ポンプにより粗引きすることで、１０−２Ｔｏｒｒ程度の真空が得られる。尚、この時点では、ゲートバルブ９により、真空チャンバ５と真空処理槽７との連通が遮断されている。
【００２８】
次に、クライオポンプ１の冷凍機３を駆動し、コンプレッサから供給された高圧ヘリウムガスをコールドシリンダ１７内で繰り返し断熱膨張させる。すると、ディスプレーサ１９内の蓄冷材が徐々に冷却され、コールドシリンダ１７の温度が低下する。そして、第１コールドヘッド３３の温度が８０Ｋ程度になり、第２コールドヘッド３５の温度が１５Ｋ程度になったら、ゲートバルブ９を開放して真空チャンバ５と真空処理槽７とを連通させる。この際、真空処理槽７は、図示しない粗引ポンプにより、クロスオーバ圧以下に粗引きされている。
【００２９】
真空チャンバ５と真空処理槽７とが連通されると、真空処理槽７内の気体分子がラジエーションシールド３７内で凝縮あるいは吸着され、高真空が得られる。すなわち、水等の凝縮温度の高い気体分子はバッフルリング３９やラジエーションシールド３７の表面で霜状に凝縮・固化し、アルゴンや酸素、窒素等の気体分子はコールドパネル４３の表面で霜状に凝縮・固化する。また、ヘリウムや水素、ネオン等の気体分子は、コールドパネル４３に貼着された活性炭４５に吸着される。これにより、真空処理槽７では、１０−３Ｔｏｒｒ程度の高真空が得られる。
【００３０】
一方、クライオポンプ１による排気を連続して行うと、バッフルリング３９やコールドパネル４３等の表面が凝縮した気体分子によって覆われ、排気効率が低下して高真空が得られなくなる。そこで、第２コールドヘッド３５の温度が所定値以下に低下しなくなったり、所定の真空度が得られなくなると、クライオポンプ１の再生が行われる。
【００３１】
再生にあたっては、真空チャンバ５および真空処理槽７間の連通をゲートバルブ９により遮断した後、シースヒータ６３内のヒータ本体７３に通電を行い、第１，第２コールドヘッド３３，３５を加熱する。すると、バッフルリング３９やコールドパネル４３等に凝縮していた気体分子が気化するため、この気体分子を再生ガス導入管５７から導入した再生ガスと共に再生ガス排出管５９から排出する。
【００３２】
さて、前述したように、シースヒータ６３では、真空チャンバ５内での温度変化等により、ヒータ本体７３や電線に断線や短絡が生じやすく、その場合にはシースヒータ６３の交換が必要となる。交換用のシースヒータ６３は、比較的高い精度で製作されているが、貫通部６４に対する第１加熱部６５のオフセット量Ｍや第２加熱部６７のオフセット量Ｎは製造公差の範囲でずれる。また、シース部７５とフランジ部７７とは、ロウ付けの際等に回転方向での微少なずれが生じることがあり、相対角度が製造公差の範囲でずれる。
【００３３】
本実施形態では、交換用のシースヒータ６３の組付けにあたり、先ずシースヒータ６３を貫通孔６１から真空チャンバ５内に挿入する。次に、シースヒータ６３の貫通部６４を貫通孔６１に挿通させて、図６に示したように、底板５５にフランジ部７７を当接させてボルト９３による仮止めを行う。
【００３４】
次に、図７に示したように、第１コールドヘッド３３の係合凹部８１に第１加熱部６５を係合させる一方で、クランプ６９の嵌合凹部８３に第１両加熱部６５を嵌合させ、スクリュー８５による仮止めを行う。また、図８に示したように、第２コールドヘッド３５の係合凹部８１に第２加熱部６７を係合させる一方で、クランプ６９の嵌合凹部８３に第２加熱部６７を嵌合させ、スクリュー８５による仮止めを行う。
【００３５】
この状態では、シース部７５とフランジ部７７との相対角度のずれや、貫通部６４に対する加熱部６５，６７のオフセット量Ｍ，Ｎのずれにより、シースヒータ６３が設計上の位置からずれることがある。
【００３６】
ことろが、本実施形態では、シース部７５を中心としてフランジ部７７が回転できるため、シース部７５とフランジ部７７との相対角度のずれが吸収される。また、加熱部６５，６７が係合凹部８１に係合した状態で幅方向に移動でき、クランプ６９も嵌合凹部８３に加熱部６５，６７が嵌合した状態で幅方向に移動できるため、貫通部６４に対する加熱部６５，６７のオフセット量Ｍ，Ｎのずれも吸収される。しかる後、スクリュー８５やボルト９３の締め付けを行うことにより、無理な組付けによるストレスを生じさせることなく、シースヒータ６３が確実に固定される。
【００３７】
これにより、本実施形態のクライオポンプ１では、交換用のシースヒータ６３の組付けが容易となり、ごく短時間で排気運転を再開させることが可能となった。また、シースヒータ６３の製作にあたっても、製造公差を比較的大きく設定することが可能となり、製作の容易化や歩留まりの向上を図ることができた。
【００３８】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、コールドヘッドに形成された係合凹部にシースヒータを係合させた後、クランプにより固定するようにしたが、長孔を有する二分割型のクランプにシースヒータを保持させ、このクランプをコールドヘッドの平坦な取付面に対して摺動させることにより位置調整を行うようにしてもよい。また、シースヒータの形状やクライオポンプの具体的構成等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のクライオポンプによれば、真空チャンバに形成された貫通孔を挿脱自在に貫通するシースヒータを備えたため、シースヒータ内でヒータ本体や電線の断線や短絡が生じた場合には、コールドシリンダから加熱部を着脱させること等により、真空チャンバに対してシースヒータのみを交換することができる。
【００４０】
また、コールドシリンダとシースヒータの加熱部との結合や真空チャンバとシースヒータの貫通部との結合にあたり、位置および角度の少なくとも一方を調整できるようにしたものでは、シースヒータに寸法や形状に製作上の誤差が存在しても、その組付けを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るクライオポンプを示した縦断面図である。
【図２】シースヒータを示した側面図である。
【図３】シースヒータの組付状態を示した平面図である。
【図４】コールドヘッドとシースヒータとの結合部位を示した分解斜視図である。
【図５】シースヒータのフランジ部を示した斜視図である。
【図６】底板にフランジ部を固定する状態を示した説明図である。
【図７】第１コールドヘッドにシースヒータを固定する状態を示した説明図である。
【図８】第２コールドヘッドにシースヒータを固定する状態を示した説明図である。
【符号の説明】
１  クライオポンプ
３  冷凍機
５  真空チャンバ
７  真空処理槽
３３  第１コールドヘッド
３５  第２コールドヘッド
５５  底板
６１  貫通孔
６３  シースヒータ
６４  貫通部
６５  第１加熱部
６７  第２加熱部
６９  クランプ
７５  シース部
７７  フランジ部
【図１】
0003547916.tif 000002
【図２】
0003547916.tif 000003
【図３】
0003547916.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003547916.tif 000007
【図７】
0003547916.tif 000008
【図８】
0003547916.tif 000009