(57)【要約】  【課題】  差動排気シールに高性能排気ポンプを用いずコストを抑えつつも、プロセス室内の環境を損なわない位置決め装置を提供する。  【解決手段】  オリフィス部１４ｅとプロセス室Ｐとの間にクライオポンプＫを設けているので、差圧室１４ｃで捕捉できなかった空気の分子Ｍが、オリフィス部１４ｅと平板１３との間を通過した場合でも、これをクライオポンプＫで捕捉することができ、それによりプロセス室Ｐの真空雰囲気を破壊することが抑制される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧下に曝されるプロセス室内に連通する開口を有する筐体と、
前記開口に対向した状態で、少なくとも一方向に移動可能に設けられた移動体と、
前記移動体の表面に対向し、前記プロセス室内と、前記プロセス室内よりも高圧のプロセス室外との間をシールするために、差圧室と前記差圧室を排気するための排気ポンプとオリフィス部とを有する差動排気シールと、
前記プロセス室と前記差動排気シールとの間に配置されたクライオポンプもしくはコールドトラップと、を有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記オリフィス部は、前記差圧室と前記クライオポンプもしくはコールドトラップとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば外部環境から隔離されたプロセス室に、一部が面してなる移動体の位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置などにおいては、高真空環境や特殊ガス雰囲気に維持したプロセス室内で、ワークを回転体に取り付けて回転させたり移動可能なステージに載置したりして加工処理することが行われている。ここで、プロセス室内におけるアウトガスや発塵を回避すべく、その発生源となりうるモータ等のアクチュエータはプロセス室外におくのが一般的である。この場合、回転軸やステージの一部はプロセス室内でワークを支持し、その他端はプロセス室外でアクチュエータに連結されるため、プロセス室の環境を損なわないように、プロセス室を覆う筐体と回転軸との間をシールする構成が必要となる。
【０００３】
ここで、特許文献１には、磁性流体シールと差動排気シールとを備えた高真空装置が開示されている。かかる従来技術によれば、磁性流体シールと差動排気シールとを用いることにより、プロセス室内の高真空環境を損なわないようにできる。なお、磁性流体シールに関しては、特許文献２に詳細が記載されている。
【特許文献１】特開平９−２１５９１７号公報
【特許文献２】特許第３００６７８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、磁性流体シールを用いた場合に、条件によってはバースト現象が生ずることが知られている。バースト現象とは、例えば磁性流体によって複数段でシールされている部位の内圧が、温度上昇などにより急激に変動したときに、磁性流体の膜が破れて飛散し、シールの機能を発揮できなくなるという現象である。バースト現象が生じると、装置を一時停止し、飛散した磁性流体で汚染された周辺を洗浄しなければならないので、取り扱いに注意を要するという問題がある。又、磁性流体は比較的高価であるという問題もある。
【０００５】
これに対し、磁性流体シールの代わりに、非接触式のラビリンスシールや接触式シール等を設けることも考えられる。しかるに、ラビリンスシールは、非接触であることから発塵などの恐れは低いが、磁性流体シールに比べると、外部から大気が流入する量が増大することから、差動排気シールに高性能排気ポンプを用いる必要が生じ、コストが増大するという問題がある。又、接触式シールは、その構成上摺動抵抗が生じ、摩耗などの問題を生じさせる。
【０００６】
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、差動排気シールに高性能排気ポンプを用いずコストを抑えつつも、プロセス室内の環境を損なわない位置決め装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の位置決め装置は、
減圧下に曝されるプロセス室内に連通する開口を有する筐体と、
前記開口に対向した状態で、少なくとも一方向に移動可能に設けられた移動体と、
前記移動体の表面に対向し、前記プロセス室内と、前記プロセス室内よりも高圧のプロセス室外との間をシールするために、差圧室と前記差圧室を排気するための排気ポンプとオリフィス部とを有する差動排気シールと、
前記プロセス室と前記差動排気シールとの間に配置されたクライオポンプもしくはコールドトラップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の位置決め装置によれば、前記プロセス室と前記差動排気シールとの間にクライオポンプもしくはコールドトラップを配置しているので、前記差動排気シールを通過した気体の分子などを、前記クライオポンプもしくはコールドトラップで捕捉することができ、高性能な排気ポンプを用いることなく、前記プロセス室内の環境を維持することが可能となる。
【０００９】
前記オリフィス部は、前記差圧室と前記クライオポンプもしくはコールドトラップとの間に配置されていると、前記オリフィス部を介して前記差圧室から前記プロセス室へと向かう分子流が生じたとき、気体の分子などを、前記クライオポンプもしくはコールドトラップで捕捉することができる。
【００１０】
本明細書中で用いる差動排気シールとは、例えば対向する２面間の微小な間隙にある気体を前記２面間に設けられた差圧室を介して排気することにより、非接触の状態で、対向面を挟む両側の雰囲気（例えば大気圧と高真空）を一定の状態に保つように機能するものをいう。以下に述べる実施の形態においては、差圧室とそれに隣接する微小な間隙（オリフィス部）を差動排気シールという。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、比較例にかかる位置決め装置の概略断面図である。図２は、本実施の形態にかかる位置決め装置の概略断面図である。まず比較例から説明すると、図１において、内部が高真空状態に維持されるプロセス室Ｐを有する筐体２の下面に設けられた開口２ａに、移動体である平板３が対向している。平板３は、不図示のリニアガイドにより支持されて、図で左右方向に移動可能となっている。平板３の中央には、ワーク等を支持するテーブル３ａが配置されている。
【００１２】
開口２ａを囲う円筒側壁２ｂの水平方向に延在するその下面には、開口２ａの周囲を取り巻く周溝２ｃ、２ｄが形成されている。差圧室を構成する周溝２ｃ、２ｄは、不図示の配管を介して排気ポンプＰ２，Ｐ１に連結されている。周溝２ｃとプロセス室Ｐとの間には、平板３の上面に対してスキマが１０μｍ程度であるオリフィス部２ｅが形成され、周溝２ｃ、２ｄとの間には、平板３の上面に対してスキマが１０μｍ程度であるオリフィス部２ｆが形成され、周溝２ｄと外部（大気圧部）との間には、平板３の上面に対してスキマが１０μｍ程度であるオリフィス部２ｇが形成されている。
【００１３】
次に、比較例にかかる位置決め装置の動作について説明する。平板３の端部は、アクチュエータ等の駆動源（不図示）に接続されており、平板３を左右に駆動するようになっている。このとき、平板３は、不図示のリニアガイドにより移動自在に支持されているので、摩擦などの抵抗が少ない状態で、筐体２に対して移動可能となっており、テーブル３ａに支持されたワーク（不図示）をプロセス室内で処理できる。
【００１４】
差動排気シールの作用について説明すると、オリフィス部２ｅ、２ｆ、２ｇにおいて、開口２ａと平板３とのクリアランスを極力小さくして気体の流れを制限すると、大気側から流入する気体（一般的にはエア）の量が少なくなる。流入するガスのほとんどの量を周溝２ｃ、２ｄから排気すると、プロセス室Ｐ側への気体の流入は極めて微量となる。したがって、平板３が直動自在に開口２ａに対向しているにもかかわらず、プロセス室Ｐは気密的に隔離された状態を得ることができる。即ち、非接触状態で平板３と筐体２との間を気密できるため、シールからの発塵・アウトガスがなく、長寿命で、さらに温度に寿命が依存しないという特長を有する。
【００１５】
しかしながら、高性能の排気ポンプはコストが高くなるので、より低い性能の排気ポンプを用いて差動排気シールの性能を確保したいという要求もある。そのような低い性能ものを排気ポンプＰ２，Ｐ１に用いた場合、図１に模式的に示すように、差圧室２ｃで捕捉できなかった空気等の分子Ｍが、オリフィス部２ｅと平板３との間を通過して、プロセス室Ｐに侵入し、その真空雰囲気を破壊する恐れがある。これを防止するためには、オリフィス部２ｅのスキマを小さくすることが考えられるが、それにより干渉を招く恐れがある。以下に述べる本実施の形態においては、かかる課題を解決することができる。
【００１６】
図２において、内部が高真空状態に維持されるプロセス室Ｐを有する筐体１２の下面に設けられた開口１２ａに、移動体である平板１３が対向している。平板１３は、不図示のリニアガイドにより支持されて、図で左右方向に移動可能となっている。平板１３の中央には、ワーク等を支持するテーブル１３ａが配置されている。
【００１７】
開口１２ａを取り巻くようにして、クライオポンプＫが配置され、更にその周囲に環状のシールブロック１４が配置されている。クライオポンプＫについては後述する。
【００１８】
シールブロック１４の下面には、開口１２ａの周囲を取り巻くようにして周溝１４ｃ、１４ｄが形成されている。差圧室を構成する周溝１４ｃ、１４ｄは、不図示の配管を介して排気ポンプＰ２，Ｐ１に連結されている。周溝１４ｃとプロセス室Ｐ側のクライオポンプＫとの間には、平板１３の上面に対してスキマが１０μｍ程度であるオリフィス部１４ｅが形成され、周溝１４ｃ、１４ｄとの間には、平板１３の上面に対してスキマが１０μｍ程度であるオリフィス部１４ｆが形成され、周溝１４ｄと外部（大気圧部）との間には、平板１３の上面に対してスキマが１０μｍ程度であるオリフィス部１４ｇが形成されている。
【００１９】
次に、本実施の形態にかかる位置決め装置の動作について説明する。平板１３の端部は、アクチュエータ等の駆動源（不図示）に接続されており、平板１３を左右に駆動するようになっている。このとき、平板１３は、不図示のリニアガイドにより移動自在に支持されているので、摩擦などの抵抗が少ない状態で、筐体１２に対して移動可能となっており、テーブル１３ａに支持されたワーク（不図示）をプロセス室内で処理できる。
【００２０】
差動排気シールの作用について説明すると、オリフィス部１４ｅ、１４ｆ、１４ｇにおいて、シールブロック１４と平板３とのクリアランスを極力小さくして気体の流れを制限すると、大気側から流入する気体（一般的にはエア）の量が少なくなる。流入するガスのほとんどの量を周溝１４ｃ、１４ｄから排気すると、プロセス室Ｐ側への気体の流入は極めて微量となる。したがって、平板１３が直動自在に開口１２ａに対向しているにもかかわらず、プロセス室Ｐは気密的に隔離された状態を得ることができる。即ち、非接触状態で平板１３と筐体１２との間を気密できるため、シールからの発塵・アウトガスがなく、長寿命で、さらに温度に寿命が依存しないという特長を有する。
【００２１】
更に、本実施の形態においては、オリフィス部１４ｅとプロセス室Ｐとの間にクライオポンプＫを設けているので、差圧室１４ｃで捕捉できなかった空気の分子Ｍが、オリフィス部１４ｅと平板１３との間を通過した場合でも、これをクライオポンプＫで捕捉することができ、それにより図１の構成では困難な１０-7Ｐａより気圧の低い高真空を確保でき、或いは図１の構成では１０-3Ｐａより気圧が高くなる比較的性能の低い排気ポンプＰ１，Ｐ２を用いても、１０-5Ｐａ程度の真空度を確保できる。
【００２２】
図３は、クライオポンプの一例を示す断面図である。クライオポンプＫは、２段式ＧＭ（ギフォード・マクマホン）サイクル冷凍機２１（以下、「冷凍機２１」という）と、この冷凍機２１にガス管２３，２３を介して接続されたヘリウム圧縮機２２とを備えており、冷凍機２１の低温部分は、断熱真空外筒２７に挿入されている。さらに、断熱真空外筒２７には、図示しない真空容器を接続して使用される。
【００２３】
冷凍機２１は、第１段冷却ステージ２４と第２段冷却ステージ２５を有している。第１段冷却ステージ２４には、第１の冷却パネルとして機能する放射シールド２６が取り付けられ、この放射シールド２６には、第２のクライオパネル２８の上方に間隔を置いて、シェブロンバッフル３０が設けられている。それらが、例えば、８０Ｋ程度に冷却され、オリフィス部１４ｅを通過する水蒸気、炭酸ガス等の沸点が比較的高いガスを吸着凝縮することができる。第２段冷却ステージ２５には、第２のクライオパネル２８が取り付けられ、例えば、約２０Ｋ程度に冷却され、オリフィス部１４ｅを通過する窒素、アルゴン等のより低沸点のガスを吸着凝縮することができる。超高真空を得るためには、さらに沸点の低い水素やヘリウムを排気する必要があり、第２のクライオパネル２８の一部に水素やヘリウムを吸着する吸着剤として活性炭２９が貼付されている。なお、侵入する気体分子等を吸着する部位（クライオパネル等）については、本実施の形態に即して、効果的に吸着凝縮を行えるように適宜形状を変更してよい。
【００２４】
クライオポンプＫの代わりに、コールドトラップを用いることもできる。図４は、コールドトラップの一例を示す断面図である。このコールドトラップ３１は、ケーシング３５と、このケーシング３５内に配置されたコールドパネル３６と、このコールドパネル３６と熱的に連結した冷却ヘッド３７と、この冷却ヘッド３７に熱的に連結した膨張部３８と、この膨張部３８に接続する圧縮機４０とを備える。上記ケーシング３５は、一端が開口部になっている略円筒形状のケーシング本体３５ａと、このケーシング本体３５ａの他端に接続されてケーシング本体３５ａよりも小さい径を有する筒状の袖部３５ｂとからなる。上記ケーシング本体３５ａの開口部の縁に形成したフランジ３５ｃを、上記真空チャンバ３２の開口部のフランジ３２ａに固定して、上記ケーシング３５を真空チャンバ３２に連通している。一方、上記ケーシング３５の袖部３５ｂの端部に形成したフランジ３５ｄに、上記圧縮機の接続板４０ａを固定している。この圧縮機の接続板４０ａに上記膨張器３８の一端を固定して、この膨張器３８の他端と冷却ヘッド３７およびコールドパネル３６を上記ケーシング本体３５ａ内の略中央に位置させている。上記膨張器３８は、互いに一端を接続した図示しないパルス管と蓄冷器を有する。上記パルス管と蓄冷器との接続部分を、冷却ヘッド３７に熱的に接続している。上記パルス管の他端を圧縮機４０の吐出ポートに接続して、上記蓄冷器の他端を、配管４２を介してバッファタンク４３に接続している。上記膨張器３８と圧縮機４０とバッファタンク４３とで、冷凍機としてのパルス管式スターリング冷凍機を構成していて、この冷凍機内に、作動ガスとしてのヘリウムガスを充填している。
【００２５】
上記ケーシング３５には、ケーシング本体３５ａの周面と端面に、放熱手段としてのフィン４５が配置されている。このフィン４５と圧縮機４０とを、伝熱手段としてのヒートパイプ４６を介して熱的に接続している。
【００２６】
このコールドトラップ３１を起動すると、上記圧縮機４０が動作して、作動ガスに圧力変動を生じさせる。この圧力変動を有する作動ガスが、上記膨張器３８の蓄冷器に送られる。この蓄冷器に送られた作動ガスは、冷やされて上記パルス管に送られる。このパルス管に接続されたバッファタンク４３によって、上記作動ガスの圧力変動と流れとの間に位相差が与えられて、上記パルス管の上記蓄冷器との接続端部、すなわち低温端部に冷熱が生じる。この作用を繰り返して、上記冷熱を上記冷却ヘッド３７に蓄積して寒冷を生じさせて、上記コールドパネル３６を極低温にする。この極低温にされたコールドパネル３６によって、プロセス室Ｐに侵入しようとする水蒸気などを凍結捕集することができる。なお、コールドパネル３６の形状は、本実施の形態に即して、効果的に気体分子等の凍結捕集を行えるよう、適宜変更してよい。
【００２７】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】比較例にかかる位置決め装置の断面図である。
【図２】本実施の形態にかかる位置決め装置の断面図である。
【図３】クライオポンプの一例を示す断面図である。
【図４】コールドトラップの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１２ 筐体
１２ａ 開口
１３ 平板
１３ａ テーブル
１４ シールブロック
１４ｃ 周溝
１４ｃ 差圧室
１４ｅ オリフィス部
１４ｆ オリフィス部
Ｋ クライオポンプ
Ｐ プロセス室
Ｐ２，Ｐ１ 排気ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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