(57)【要約】【課題】  安定した吸着作用を維持するクライオポンプを提供すること。【解決手段】  第一のシリンダと第二のシリンダとを有するクライオポンプは、第一のシリンダの表面と接触しているガス導入部と、第二のシリンダとクライオパネルとの間に配置されたガス導入部より導入されたガスを放出するガス放出部と、を有する。【選択図】  図１
2011137423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の冷却ステージと、
前記第一の冷却ステージの一の面に接続された第一のシリンダと、
前記第一の冷却ステージに接続された前記第一のシリンダの一の端面とは反対側の、前記第一のシリンダの軸方向の他の端面に接続された板部材と、
前記板部材に設けられている流路と、
前記流路を介して前記第一のシリンダの内部を高圧状態及び低圧状態のいずれかの状態にするバルブと、
前記第一の冷却ステージの前記一の面と反対側の面に接続された第二のシリンダと、
前記第一の冷却ステージに接続された前記第二のシリンダの一の端面とは反対側の、前記第二のシリンダの軸方向の他の端面に接続された第二の冷却ステージと、
前記板部材と、前記第一のシリンダと、前記第一の冷却ステージと、前記第二のシリンダと、前記第二の冷却ステージと、により形成される空間と、
前記空間の内部を、前記流路と通じる一の空間と他の空間と、に画するとともに、前記空間の内部を軸方向に往復運動し、中空の内部に通過した部位の熱状態を保存する物質が含まれているピストン状のディスプレーサと、
前記第二の冷却ステージに取り付けられた第二のシリンダを覆うクライオパネルとを有するクライオポンプであって、
前記第一のシリンダの表面と接触しているガス導入部と、
前記第二のシリンダと前記クライオパネルとの間に配置された前記ガス導入部より導入されたガスを放出するガス放出部と、
を有することを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】
前記ガス導入部は、前記第一のシリンダの表面に螺旋状に巻きつけられてい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】
前記ガス導入部は、銅またはアルミからなることを特徴とする請求項１または２に記載のクライオポンプ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクライオポンプを有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の基板処理装置で処理される工程を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空装置の真空排気に使用されるクライオポンプ、クライオポンプを有する基板処理装置、基板処理装置を用いた電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２０Ｋ以下の極低温状態でも、水素やヘリウムは蒸気圧が高く凝縮しないガス（以下、非凝縮性ガス）である。極低温に冷却した固体アルゴンなどは、多孔質の固体表面を形成する。この表面に非凝縮性ガスが吸着することをクライオソープションという。また、非凝縮性ガスを凝縮性ガスと混合して凝縮させる場合、非凝縮性ガスを捕獲しながら凝縮性ガスが凝縮する。これをクライオトラッピングという。これらの物理効果を用いて、クライオポンプで非凝縮性ガスを排気することが可能である（特許文献１、非特許文献１、２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２３９５１号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「低温工学ハンドブック」内田老鶴圃新社  １９８２年
【非特許文献２】林  義孝著  「真空技術入門」日刊工業新聞社  １９８７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、２段式ＧＭ（Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ）冷凍機を用いたクライオポンプは、極低温で蒸気圧が高く凝縮しない水素やヘリウムなどの気体を、冷凍機２段ステージで極低温に冷却された活性炭４０などの多孔質の固体吸着剤に吸着して排気をしていた（例えば、図４）。このような排気方法では、気体の吸着量が増加するとともに、吸着の平衡圧力も上昇してしまう。よって、気体の排気容量には限界があり、この限界量を超えてしまうとポンプとしての排気作用が低下し、より良い真空を保てなくなる。
【０００６】
また、活性炭４０等の固体の吸着剤は接着剤で固定されているため、熱伝導性が悪く、吸着剤自身の熱伝導性も悪いため吸着面の温度が高くなってしまう。その結果、平衡圧力は高くなってしまう。さらに、接着剤の劣化により、接着した活性炭４０がはがれ、排気能力が低下したり、メンテナンス期間を短くしてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決し、安定した吸着作用を維持するクライオポンプの提供を目的とする。
【０００８】
あるいは、安定した吸着作用を維持するクライオポンプを有する基板処理装置、基板処理装置を用いた電子デバイスの製造方法の提供を目的とする。
【０００９】
上記の目的を達成するべく、本発明の一つの側面にかかるクライオポンプは、第一の冷却ステージと、
前記第一の冷却ステージの一の面に接続された第一のシリンダと、
前記第一の冷却ステージに接続された前記第一のシリンダの一の端面とは反対側の、前記第一のシリンダの軸方向の他の端面に接続された板部材と、
前記板部材に設けられている流路と、
前記流路を介して前記第一のシリンダの内部を高圧状態及び低圧状態のいずれかの状態にするバルブと、
前記第一の冷却ステージの前記一の面と反対側の面に接続された第二のシリンダと、
前記第一の冷却ステージに接続された前記第二のシリンダの一の端面とは反対側の、前記第二のシリンダの軸方向の他の端面に接続された第二の冷却ステージと、
前記板部材と、前記第一のシリンダと、前記第一の冷却ステージと、前記第二のシリンダと、前記第二の冷却ステージと、により形成される空間と、
前記空間の内部を、前記流路と通じる一の空間と他の空間と、に画するとともに、前記空間の内部を軸方向に往復運動し、中空の内部に通過した部位の熱状態を保存する物質が含まれているピストン状のディスプレーサと、
前記第二の冷却ステージに取り付けられた第二のシリンダを覆うクライオパネルとを有するクライオポンプであって、
前記第一のシリンダの表面と接触しているガス導入部と、
前記第二のシリンダと前記クライオパネルとの間に配置された前記ガス導入部より導入されたガスを放出するガス放出部と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安定した吸着作用を維持するクライオポンプ、クライオポンプを有する基板処理装置、基板処理装置を用いた電子デバイスの製造方法の提供が可能になる。
【００１１】
あるいは、本発明によれば、従来のクライオポンプより非凝縮性気体の排気容量を増やすことができる。また、凝縮性ガスが極低温パネルと密着して凝縮層を形成すると、凝縮層は活性炭よりも良好な熱伝導を有するので、非凝縮性ガスの排気面を従来の活性炭などよりも低温にすることができる。このため、安定した排気作用と低い圧力が得られる。また、活性炭自体を使用しないので、接着剤の接着力低下による活性炭の剥がれや、活性炭自身の劣化がなくメンテナンス期間を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態にかかるクライオポンプの構成例を示す概略図である。
【図２】本発明のクライオポンプの吸気口側から見た、ガスの導入部の形状を例示する図である。
【図３】クライオポンプの構成を示す断面図である。
【図４】活性炭等の多孔質の吸着剤を用いて排気を行うクライオポンプを例示する図である。
【図５】本発明の実施形態にかかるクライオポンプを使用した基板処理装置の構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態にかかる基板処理装置により製造される電子デバイスを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明では、従来の技術で用いられている、活性炭などの吸着剤を使用せず、クライオポンプの外部から凝縮性ガスを導入し、２０Ｋ以下に冷却した極低温の凝縮するためのパネルに凝縮性ガスを凝縮させ、多孔性で極低温の凝縮性ガス吸着面を形成する。この凝縮性ガス吸着面は、クライオソープションにより、非凝縮性ガスを排気する。導入する凝縮性ガスは、それが凝縮した固体表面が多孔質になるようなものを使用する。このような性質をもつ凝縮性ガスで代表的なものは、例えば、アルゴン、窒素、二酸化炭素である。また、凝縮性ガスが凝縮する際、非凝縮性ガスを捕獲しながら凝縮をするクライオトラッピングという現象がある。上記２点の物理作用を効果的に利用し、非凝縮性ガスを排気するのが、本発明の趣旨である。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。まず、真空排気システムで使用する、冷却ステージを有する真空排気ポンプについて説明する。真空排気ポンプの一例としてのクライオポンプの原理について説明する。
【００１５】
クライオポンプを用いた真空排気システムは、極低温を発生させる冷凍機を搭載したクライオポンプと、その冷凍機に圧縮したヘリウム等のガスを供給する圧縮機とを備えている。圧縮機から高圧のガスを冷凍機に供給し、この高圧のガスを冷凍機内の蓄冷器で予め冷却してから膨張室に充填後、膨張させて低温を発生させ周囲を冷却し、さらに蓄冷器を冷却した後、低圧となったガスを圧縮機に戻すサイクルを繰り返す。この冷凍サイクルにより得られる極低温により気体を凝縮又は吸着させることで真空排気を行っている。
【００１６】
冷凍機の構成は、例えば特開平７−３５０７０公報の図９に示されている。図３は前記公報の図９に開示された、冷凍機の構成を示す図である。図３は、ポンプ容器内に配置される冷凍機のシリンダの内部構造と、高圧側バルブおよび低圧側バルブを示す。円筒型シリンダ７１（以下、単に「シリンダ」ともいう。）の中にスライド状態で往復運動するディスプレーサ７２が配置される。ピストン状のディスプレーサ７２には、中空の内部に通過した部位の熱状態を保存する物質が含まれている。ディスプレーサ７２とシリンダ７１の間にはリング形状のシール部材７３、７４が設けられる。シリンダ７１とディスプレーサ７２の形状について、図中下部の径が小さくなっており、２段構造となっている。シリンダ７１の径の大きい方の一方の端面には冷却ステージ７０１が接続されている。また、シリンダ７１の径の小さい方の端面には冷却ステージ７０２が接続されている。シリンダ７１の径の大きい方の、軸方向の他の端面（反対側の端面）には板部材８６が接続されている。ディスプレーサ７２の内部には、例えば２つの蓄冷器７５、７６が設けられる。蓄冷器７５、７６は基本的にガスを通過させる構造を有し、その構造は既知であるので詳細な説明を省略する。ディスプレーサ７２の移動状態に応じて、例えば、破線７７のごとくガスが流れる。破線７７で示されたガスの流れでは、流れが生じる可能性のあるすべての方向が矢印で示されている。実際には、図中、上から下、または下から上へのいずれか一つの方向の流れが、作動条件に応じて発生する。ディスプレーサ７２の往復運動において、図３中シリンダ７１の上端に移動したときが上死点の位置であり、下端に移動したときが下死点の位置である。
【００１７】
ディスプレーサ７２の上面部には連結棒７８が結合され、連結棒７８はシリンダ７１の外部に延び、クランク機構（図示せず）を介してモータ（図示せず）の回転駆動軸に結合される。連結棒７８とシリンダ７１との間にはシール部材７９が設けられる。モータが或る方向に回転すると、連結棒７８は、クランク機構の作用でモータの回転に応じた往復運動８０を行う。従って、連結棒７８に結合されたディスプレーサ７２も連動してシリンダ７１内で往復運動を行う。ディスプレーサ７２の往復運動によって、シリンダ７１内には、ディスプレーサ７２で区画される３つの空間（区画室）Ｕ，Ｌ１，Ｌ２が形成される。空間Ｕは、図３において、シリンダ７１の上側に形成される空間であり、空間Ｌ１，Ｌ２はシリンダ７１の下側に形成される空間である。
【００１８】
シリンダ７１の上端部には低圧ガス室８１との接続を可能にする低圧側バルブ８２と、高圧ガス室８３との接続を可能にする高圧側バルブ８４が設けられる。低圧側バルブ８２の開閉動作は指令信号８５によって制御され、高圧側バルブ８４の開閉動作は指令信号８７によって制御される。
【００１９】
図３中に示されるガスの流れ７７において、ガスの流れる方向は、前述の通りその時の条件で決まる一つの方向であり、その条件は、ディスプレーサ７２の移動方向と、低圧側バルブ８２と高圧側バルブ８４の開閉動作の状態とで与えられる。
【００２０】
冷凍機の基本的な冷却サイクルを説明する。
【００２１】
工程（１）：ディスプレーサ７２が上死点に位置する時に低圧側バルブ８２のみを開いて空間Ｌ１、Ｌ２に溜まった高圧ガスを膨脹させ、寒冷を発生させる。この膨脹によって空間Ｌ１,Ｌ２の周囲（冷却ステージ）を冷却し、かつガスの移動によって蓄冷器７５，７６を冷却する。
【００２２】
工程（２）：上死点から下死点にディスプレーサ７２が移動する、この間に空間Ｌ１、Ｌ２に留まっていた低温のガスも蓄冷器７５、７６を通過し寒冷が蓄冷器７５、７６に蓄積される。ディスプレーサ７２が下死点に存在する時に低圧側バルブ８２を閉じる。
【００２３】
工程（３）：高圧側バルブ８４を開くと、空間Ｕに高圧ガスが入って来る為、もともとそこに存在したガスは断熱圧縮されるが、併せてディスプレーサ７２が上方に移動するので、高圧ガスはディスプレーサ７２内の蓄冷器７５、７６を通過する時に冷却され、空間Ｌ１、Ｌ２に移動する。
【００２４】
工程（４）：ディスプレーサ７２が上死点に到達し、高圧側バルブ８４が閉じられる。
【００２５】
工程（５）：次に低圧側バルブ８２が開かれる。この工程は、実際は前述の工程（１）であり、こうして最初の工程（１）に戻る。
【００２６】
上記のごとく、工程（１）〜（４）を繰り返すことにより冷却が行われる。上記のサイクルが基本的な冷却サイクルである。上記の基本的な冷却サイクルでは、ディスプレーサ７２が上死点の位置にある時に高圧側バルブ８４を閉じて低圧側バルブ８２を開き、ディスプレーサ７２が下死点の位置にある時に低圧側バルブ８２を閉じて高圧側バルブ８４を開くように、各バルブの開閉動作が制御される。従って、ディスプレーサ７２が上死点または下死点に達したときに、各バルブの開閉タイミングが制御され、ガスの流れの方向が逆転される。
【００２７】
次に、本発明の実施形態にかかるクライオポンプの構成を図１の参照により説明する。凝縮性ガスは、バルブ１、マスフローコントローラ２、真空用バルブ３で流量が制御されクライオポンプ内に導入される。凝縮性ガスを導入する配管は、クライオポンプ外部の配管と内部の配管が真空用フランジ４で接続されることにより構成される。凝縮性ガスを導入する配管は、真空用フランジ４でクライオポンプ内の配管と接続されていて、クライオポンプ内に大気が流入しないようになっている。クライオポンプ外の配管は、例えば、ステンレスなどの一般的な配管材料に用いられるもので構成されている。クライオポンプ内の配管６は、熱伝導率の良い素材、例えば、銅やアルミニウム製のものを使用し、冷凍機の１段シリンダー５に、螺旋状に巻きつけられている。巻きつけた配管６と第１段の冷凍機の１段シリンダー５とは、接触をしていて、熱交換をしている。これにより、クライオポンプ内配管の真空用フランジ４側からガス導入部９に向かって、常温付近から低温にかかる熱勾配を作り出し、クライオポンプの極低温が外部に伝達するのを防いでいる。また、この熱勾配により、凝縮性ガスが配管内を通過することで冷却される。凝縮性ガスが冷却されることによって、極低温部への熱の流入を最小限にすることができ、凝縮性ガスを凝縮しやすい状態にできる。
【００２８】
第１段の冷凍機の１段シリンダー５は１段ステージ７に近づくほど低温になるので、配管を第１段の冷凍機の１段シリンダー５へ巻きつける範囲は、凝縮性ガスの配管内での圧力と凝縮温度を考慮し、配管内で凝縮しないように決定する。配管の温度が第１段の冷凍機の１段ステージ７の温度と等しくなっても、凝縮性ガスが配管内で凝縮しないならば、凝縮性ガスをなるべく冷却するために、第１段の冷凍機の１段シリンダー５に巻きつけた配管を１段ステージ７及び輻射シールド８に接触させるように、配管を巻きつける範囲を決定することも可能である。逆に、凝縮性ガスが配管内で凝縮してしまうならば、第１段の冷凍機の１段シリンダー５に巻きつけた配管が輻射シールド８を横切る際、輻射シールドに接触させないように配管を巻きつける範囲を決定することも可能である。
【００２９】
配管を通り冷却された凝縮性ガスは、ガス導入部９の端部配管１３を介してガス放出穴１４からクライオポンプ内に放出される。ガス導入部９の端部配管１３の形状とガス放出穴１４の配置は、凝縮性ガスがクライオパネル１１の裏面及びクライオパネルの裏面側の空間に設置された専用パネル１８に均一に凝縮するような形状になっている。ガス放出穴１４の代わりに、焼結フィルター１５（図２（ｂ））を使用する場合もある。クライオパネル１１及び専用パネル１８は第２段の冷凍機の２段ステージ１９に取り付けられ、２０Ｋ以下に冷却されている。ここで、配管から導入された凝縮性ガスが凝縮するクライオパネル１１の裏面、及び専用パネル１８を凝縮パネルと呼ぶこととする。また、上記凝縮パネルに形成された凝縮性ガスの凝縮層１０の表面を非凝縮性ガスの吸着面と呼ぶこととする。
【００３０】
前述のとおり、凝縮パネルにはクライオパネル１１の裏面、もしくは、クライオパネル１１の裏側の空間に設置した専用パネル１８を使用する。真空装置からクライオポンプに吸気された凝縮性ガスが、ルーバ、クライオパネルの吸気口側の面（以下、「表面」という。）に凝縮することによっては排気される。
【００３１】
ガス導入部９等を介して導入されたクライオソープション用の凝縮性ガスが表面に凝縮しないように、凝縮性ガスからなる吸着面を形成させる部位としてクライオパネルの裏側の空間を使用する。導入したクライオソープション用の凝縮性ガスの凝縮専用の領域（専用パネル１８）を設ければ、その形状を工夫する事により、より広い表面積をもった吸着面を形成することが可能である。クライオソープション用に導入された凝縮性ガスの凝縮のための領域の表面積が広くなることによって、非凝縮性ガスの吸着面が増えるため、排気効率が向上する。
【００３２】
クライオソープション用の凝縮性ガスが凝縮する際の凝縮パネルの温度上昇を極力、防ぐために凝縮パネルに十分な厚みを持たせ、熱容量を大きくする必要がある。状況にもよるが、例えば、凝縮パネルを銅で構成する場合は、１．５ｍｍ程度の厚さが必要である。図１のような構成（クライオパネル１１の裏面が凝縮パネル）の場合、クライオパネル１１、及び専用パネル１８を銅で構成し、その厚さを１．５ｍｍにすればよい。
【００３３】
ガス導入部９の端部配管１３は、第２段の冷凍機側に配置される。ガス導入部９の端部配管１３は、凝縮パネルの断面形状に合わせた形状の配管構造を有しており、ガス導入部９の端部配管１３には、凝縮性ガスを放出するための穴が開いた構造となっている。凝縮性ガスはガス放出穴１４から凝縮パネルの方向に向かって放出され、凝縮パネルの表面で均一に凝縮性ガスが凝縮するようにガス放出穴１４が形成されている。
【００３４】
図２（ａ）、（ｂ）は、クライオポンプの吸気口１２側から見た、ガス導入部９の端部配管１３の形状を例示する図である。図２（ａ）は、図１に示すような径の異なる円筒を重ねたような凝縮パネルを想定し、円形の配管の上半分（吸気口１２側）に、凝縮ガスを放出するためのガス放出穴１４が形成されている。ガス放出穴１４は、ガス導入部９の端部配管１３の内周寄りに形成されているガス放出穴１４ａ、外周寄りに形成されているガス放出穴１４ｂ、その中間部に形成されているガス放出穴１４ｃが等しい間隔で開けられていて、ガスが凝縮パネルへ均一に放出されるようになっている。尚、本発明の趣旨は、ガス放出用の開口部として、ガス放出穴１４を用いた構成に限定されるものでなく、例えば、ガス導入部９の端部配管１３の凝縮パネル側を焼結フィルター構造とすることも可能である。図２（ｂ）は、ガス放出穴１４に代わりに焼結フィルター１５によりガスを放出する構成例を例示する図である。焼結フィルター１５によって、ガスの放出密度がより均一になり、より均一な凝縮層１０を形成することができる。ガス導入部９の端部配管１３、ガス放出穴１４ｂおよび焼結フィルター１５は、ガス導入部９より導入されたガスを放出するガス放出部として機能する。
【００３５】
次に、本実施形態におけるクライオポンプの排気手順を説明する。まず、クライオポンプを冷却し、凝縮パネルの温度が２０Ｋ以下になったら、真空用バルブ３とマスフローコントローラ２で流量を制御し、凝縮性ガスをクライオポンプ内に導入する。凝縮性ガスの流量は凝縮パネルの温度が２０Ｋ以上にならないように、真空用バルブ３とマスフローコントローラ２とで制御される。導入された凝縮性ガスがガス導入部９のガス放出穴１４から放出され、凝縮パネルに凝縮性ガスが凝縮される際、非凝縮性ガスを捕獲しながら一緒に凝縮するクライオトラッピングにより、非凝縮性ガスが排気される。凝縮パネルに凝縮され、凝縮されたガスは多孔質で低温の固体表面を形成し、クライオソープションにより非凝縮性ガスを排気する。この凝縮層１０が成長し、クライオソープションによる非凝縮性ガスの排気が十分に行えるようになったら、マスフローコントローラ２と真空用バルブ３により、凝縮ガスの導入を停止する。
【００３６】
以降、この凝縮層１０の表面が非凝縮性ガスの吸着面となり、真空排気を行う。凝縮層１０は凝縮パネルに密着していて、熱伝導がよいため、非凝縮性ガスの吸着面の温度を従来の活性炭などの固体吸着面より低く安定させることができるので、より低い圧力が安定して得られる。非凝縮性ガスの排気容量が増えると、非凝縮性ガスの吸着面での吸着能力が低下し、圧力が上昇し始める。このような状態になったら、再び凝縮性ガスを導入し始める。凝縮性ガスがクライオトラッピングで非凝縮性ガスを排気しながら、吸着能力の低下した凝縮層１０の上に凝縮し、新たに非凝縮性ガスの吸着面を形成する。新たに形成された吸着面はクライオソープションにより非凝縮性ガスを排気し、排気速度を回復させる。新たに形成された凝縮層１０が十分成長し、クライオソープションによる排気が可能になったらガスの導入を停止する。この過程を繰り返すことにより、非凝縮性ガスを排気し続けることができる。凝縮層１０が厚くなって熱伝達率が低下し、凝縮パネルの温度が２０Ｋ以下に下がらなくなったら、もしくは所望の圧力が得られなくなったらクライオポンプの再生を行う。
【００３７】
本実施形態で用いられる真空排気ポンプは冷凍機が発生する低温の表面に、真空室内のガスを凝縮又は吸着して排気する、所謂、溜め込み式のポンプである。その為、低温部の凝縮又は吸着したガスが、例えば、所定の量以上になったときに、凝縮又は吸着しているガスを気化させて、凝縮面又は吸着面をガスが凝縮又は吸着していない状態に戻してやることが求められる。この過程は再生、または、活性化と呼ばれている。
【００３８】
クライオポンプの再生は、冷却ステージの温度を上昇させることにより凝縮又は吸着している物質を気化させ、凝縮又は吸着している物質を取り除くことにより行われる。冷却ステージの温度を上昇させるための一般的な方法として（１）冷凍機の運転停止による自然昇温、（２）室温または加熱した窒素のポンプ内への導入による昇温、（３）ヒータで加熱することによる昇温、（４）（１）〜（３）の組み合わせによる昇温がある。
【００３９】
また、高圧のガスが断熱膨張して発生する低温を利用して冷却ステージ部を冷却して、それにより冷却された部位にガスを凝縮又は吸着させてガスを排気する真空排気ポンプの運転の仕方を変えることにより、真空排気ポンプに発熱機能を持たせることが出来る。その発熱機能を利用してクライオポンプを再生させる再生運転を行うことで昇温する再生方法もある。
【００４０】
この構成を持つポンプにおいて、シリンダ７１内部が低圧状態で、且つディスプレーサ７２が、流路が設けられている板部材に最も接近したときに、高圧状態とシリンダ内部とが繋がるようにバルブ操作を行う。この操作により、シリンダ７１内部に既にあった低圧状態のガスが断熱圧縮され、シリンダ中のディスプレーサ７２の板部材と逆の空間で、断熱圧縮される結果昇温する。その昇温されたガスをディスプレーサ７２内を通過させると、ディスプレーサ内部の熱状態を保存する物質に、昇温状態が保存される。
【００４１】
ディスプレーサ７２が、流路が設けられている板部材から最も離れたときに、シリンダ７１内部を低圧状態を繋がるようにバルブ操作する。この操作により、シリンダ内の高圧状態のガスは断熱膨張し、その温度は低下する。シリンダ７１内の空間（ガス）のほとんどは、ディスプレーサ７２と流路が設けられている板部材との間にあることから、低温のガスのほとんどはディスプレーサ７２の中を通過せず冷凍機から放出される。即ち、ディスプレーサの内部に充填されている熱状態を保存する物質を横切るような低温のガスの流れは起きない。従って、ディスプレーサ内部の熱状態を保存する物質に保存されている昇温状態が保存される。また低温のガスにより冷却ステージ部が冷却されることもない。
【００４２】
上記の作用により、徐々にディスプレーサ７２内部の熱状態を保存する物質の温度が高まり、最終的にステージ（２段ステージ１９）の温度が上がるものと考えられる。その結果、２段ステージ１９に取り付けられている凝縮パネルの温度も上昇し、凝縮パネルの凝縮層１０を気化させて、凝縮パネルより凝縮している物質を取り除くことが出来る。従って、凝縮している物質の気化と共に、そこに吸着されていた非凝縮性ガスも気化され、取り除くことができる。
【００４３】
以上説明したような再生運転をおこなうことにより、クライオポンプ内に溜め込まれたガスが気化し、この状態から、ポンプ内を粗引きして、冷却を行えば、再びポンプが使用可能となる。
【００４４】
活性炭などを吸着剤として使用した従来のポンプの場合、非凝縮性ガスの吸着量が増えて、吸着能力が低下した場合、上記の再生を行わなければならない。
【００４５】
一方、本発明では、非凝縮性ガスの排気容量が増え、吸着面での吸着能力が低下した状態になっても、再び凝縮性ガスを導入することにより、凝縮性ガスがクライオトラッピングで非凝縮性ガスを排気しながら、吸着能力の低下した凝縮層１０の上に凝縮し、新たに非凝縮性ガスの吸着面を形成する。この行程を繰り返すことによって、従来のクライオポンプより非凝縮性気体の排気容量を増やすことができる。また、凝縮性ガスが凝縮パネルと密着して凝縮層１０を形成するので、良好な熱伝導により、非凝縮性ガスの吸着面を従来の活性炭などよりも安定して低温にすることができる。このため、大きな排気作用と低い圧力が得られる。また、活性炭自体を使用しないので、接着剤の接着力低下による活性炭の剥がれや、活性炭自身の劣化がなくメンテナンス期間を長くできる。
【００４６】
（基板処理装置の構成）
図５は、本発明の実施形態にかかるクライオポンプを使用した基板処理装置１２００を示す。本基板処理装置は、クラスター型スパッタリング装置である。ここで、該クラスター型スパッタリング装置を使用して液晶パネルにソース電極及びドレイン電極を作製する構成を考える。１２０１は本装置の中心に位置して、各基板処理室間で基板のやり取りを行う基板搬送室である。中心部に不図示の基板搬送ロボットが配置し、各基板処理室間で基板のやり取りを行う。１２０２は及び１２０３はロードロック室、１２０４は基板加熱室、１２０５は第一Ｔｉ成膜室、１２０６はＡｌ成膜室及び１２０７は第二Ｔｉ成膜室である。基板搬送室１２０１と各基板処理室間の間にはゲートバルブ１２０８が配置されている。また、第一Ｔｉ成膜室１２０５、Ａｌ成膜室１２０６、第二Ｔｉ成膜室１２０７には、それぞれのターゲット１２０９ａ、１２０９ｂ及び１２０９ｃが基板に対向するように配置されている。
【００４７】
（電子デバイスの製造）
図６の参照により、基板処理装置１２００を使用して製造される電子デバイスの例として、例えば液晶表示装置に採用されているボトムゲート型の薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以降ＴＦＴと略記する）のソース電極及びドレイン電極の製造について説明する。ここで、１３０１はガラス基板、１３０２は絶縁層で例えば窒化シリコン膜、１３０３は非晶質Ｓｉからなる半導体層、１３０４はソース電極及びドレイン電極、１３０５はゲート電極、１３０６は例えばシリコン窒化膜からなる保護層及び１３０７は例えば透明電導膜である酸化インジウムスズ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、以降ＩＴＯと略記する）である。尚、本実施例のＴＦＴに於いては、ソース電極及びドレイン電極１３０４はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉの三層構造となっており、良好な半導体層１３０３との密着性を確保出来ると共にＡｌの半導体層１３０３である非結晶Ｓｉへの拡散を防止できる。
【００４８】
基板加熱室１２０４、第一Ｔｉ成膜室１２０５、Ａｌ成膜室１２０６、第二Ｔｉ成膜室１２０７及び基板搬送室１２０１にはそれぞれ、クライオポンプ１２１０ａ〜１２１０ｅが取り付けられている。クライオポンプ（点線で示す）は各基板処理室の下側にゲートバルブ（不図示）を介して取り付けられている。そして、クライオポンプにはそれぞれを制御するコントローラ１２１１が接続されている。そして、コントローラ１２１１ａ〜１２１１ｅのそれぞれは全体を制御する統括コントローラ１２１２に繋がれている。それぞれのクライオポンプ１２１０ａ〜１２１０ｅの状態は各クライオポンプを監視しているコントローラ１２１１ａ〜１２１１ｅを介して全体を制御する統括コントローラ１２１２に入力されている。圧縮機１２１４からは、高圧配管及び低圧配管１２１６を介して、それぞれのクライオポンプ１２１０ａ〜１２１０ｅへＨｅガスが供給及び還流が行われている。そして、圧縮機を駆動する周波数制御部１２１３にはＨｅ高圧配管とＨｅ低圧配管の間の差圧が差圧計１２１５で測定されて入力されている。図５においては、Ｈｅの供給及び回収は異なる配管で行われるが簡略化のため一本で示している。
【００４９】
図５に示す基板処理装置を使用して、Ｔｉ／Ａｉ／Ｔｉの三層構造のソース電極及びドレイン電極を作製するには、まず図６においてガラス基板１３０１上に半導体層１３０３以下が作製されている基板を複数枚収納したカセットを、ロードロック室１２０２又は１２０３と基板搬送室１２０１とを画するゲートバルブ１２０８が閉じた状態で、ロードロック室１２０２又は１２０３の内部を大気圧の状態に戻し、ロードロック室１２０２又は１２０３内に載置する。次いで、ロードロック室１２０２又は１２０３内をドライポンプ等の低真空用の排気ポンプで排気する。ロードロック室１２０２又は１２０３内が所定に真空度まで排気されたら、基板搬送室１２０１とロードロック室１２０２又は１２０３の間のゲートバルブ１２０８を開ける。
【００５０】
そして、基板搬送室１２０１の中心部の配置されている基板搬送ロボットの腕が基板のある位置まで回転・伸展してきて基板をピックアップする。基板をピックアップした基板搬送ロボットは腕を収縮し、基板搬送室１２０１の中心で回転してその腕の方向を基板加熱室１２０４に向ける。その後に、基板搬送室１２０１とロードロック室１２０２又は１２０３の間の該ゲートバルブが閉じる。次いで、基板搬送室１２０１と基板加熱室１２０４との間のゲートバルブ１２０８が開き、基板搬送ロボットにより基板が基板加熱室１２０４内に運び込まれる。基板を基板加熱室１２０４内の基板支持機構に載置したら、基板搬送ロボットの腕は縮み、その後に基板搬送室１２０１と基板加熱室１２０４間のゲートバルブ１２０８が閉じる。
【００５１】
基板加熱室１２０４内では例えばハロゲンランプ等の加熱手段により基板が１２０〜１５０℃に加熱維持される。加熱処理された基板は、上述と同様の操作で基板搬送ロボットにより次の第一Ｔｉ成膜室１２０５に移送され、次の基板がロードロック室１２０２又は１２０３内のカセットから、基板搬送室１２０１を経由して基板加熱室１２０４に移送される。このようにして、カセット内の基板及び各室の処理済み基板は、ロードロック室１２０２又は１２０３から、基板加熱室１２０４、第一Ｔｉ成膜室１２０５，Ａｌ成膜室１２０６、第二Ｔｉ成膜室１２０７へと順送りされ、第三層（Ｔｉ膜）の成膜が終了した基板は、ロードロック室１２０２又は１２０３のカセットの未収納棚に戻される。カセット内の基板が全て処理されると、処理基板が収納されているカセットはロードロック室１２０２又は１２０３から取り出される。そして、新たな基板を収納したカセットがロードロック室１２０２又は１２０３に収納され、同様の手順で処理が繰り返される。
【００５２】
その後に、基板処理装置１２００から取り出された基板にレジストでソース電極及びドレイン電極の形にマスクを形成し、その後ドライエッチング装置で異方性エッチングする。その後に、保護膜１３０６をＣＶＤ法又はスパッタリング法により形成して、図６のＴＦＴを得る。
【００５３】
上記のような基板処理装置においては、多数のクライオポンプが使用されている。そのような場合に、本発明のクライオポンプを使用すれば、排気能力が低下したときには、凝縮性ガスを導入することによって排気能力を回復することが出来る。その結果、プロセスを中断することなく排気能力を回復することが出来る。よって、電子デバイスの生産性を格段に向上させることが出来る。
【００５４】
本実施形態では、液晶表示装置のソース及びドレイン電極の作製に関して説明したが、本発明の趣旨は、この例に限定される訳ではない。多層を真空一貫で処理する必要があるＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ、以降前記のように略記する）、ハードディスク用のヘッド及びＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ、以降前記のように略記する）等を挙げることが出来る。そして、本明細書及び特許請求の範囲で電子デバイスといった場合は、電子技術を利用した表示装置、ＭＲＡＭ、ハードディスクのヘッド及びＤＲＡＭ等の含む電子装置一般をさすものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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