(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケース内に、冷凍機のコールドヘッド２段に連結されて極低温に冷却されたクライオパネルと該冷凍機のコールドヘッド１段に連結されて超低温に冷却されたシールドと該シールドに連結したバッフルとを設け、該ポンプケースの開口に飛来する気体分子をこれらのクライオパネル、シールド及びバッフルにて捕捉するポンプに於いて、該シールドを中心軸が通る両側面に長方形あるいは円形の開口を備えた角筒型あるいは円筒型の筒型に形成し、該バッフルを両開口を結ぶ該シールドの内部の角筒型あるいは円筒型の通路の対向側面に配置すると共に互いに熱伝導材で連結し、該シールドとバッフルで囲まれた空間内に該中心軸と交叉する方向に延びる多段複数列のクライオパネルを互いに熱伝導材で連結して設けたことを特徴とする差動排気型クライオポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体成膜装置、荷電粒子入射装置等の真空装置に適用される差動排気型クライオポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、真空装置例えば成膜装置においては、油拡散ポンプやクライオポンプ、ターボ分子ポンプをチャンバーに接続された配管に取り付け、該チャンバー内に必要な真空を得ている。油拡散ポンプの場合はその取付方向が決められており、図１に示すように、チャンバーａから配管ｂ、主バルブｃ及び水冷バッフルｄを介して上下方向に油拡散ポンプｅを取り付け、取付方向が任意であるクライオポンプｆやターボ分子ポンプの場合は、図２に示すように配管ｂ及び主バルブｃを介して取り付けしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来のポンプはポンプのための配管が必要で、この配管のためにチャンバーの吸気口での有効排気速度がポンプの持つ排気速度の１／２から１／３にまで減少し、到達真空や目標の真空を得るのに長時間を要していた。図１の場合はチャンバーａからポンプｅまでの距離が長くなるのでコンダクタンスで損をする結果になり、有効排気速度が低下する。また、図２の場合は、配管口径で決まるコンダクタンスで有効排気速度の上限が決まってしまうため、有効排気速度を大きく取れなかった。
【０００４】
本発明は、クライオポンプのための配管を設けることなく排気を必要とする箇所に直接に取り付けでき、クライオポンプの持つ大きな排気速度を十分に発揮させることをその目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ポンプケース内に、冷凍機のコールドヘッド２段に連結されて極低温に冷却されたクライオパネルと該冷凍機のコールドヘッド１段に連結されて超低温に冷却されたシールドと該シールドに連結したバッフルとを設け、該ポンプケースの開口に飛来する気体分子をこれらのクライオパネル、シールド及びバッフルにて捕捉するポンプに於いて、該シールドを中心軸が通る両側面に長方形あるいは円形の開口を備えた角筒型あるいは円筒型の筒型に形成し、該バッフルを両開口を結ぶ該シールドの内部の角筒型あるいは円筒型の通路の対向側面に配置すると共に互いに熱伝導材で連結し、該シールドとバッフルで囲まれた空間内に該中心軸と交叉する方向に延びる多段複数列のクライオパネルを互いに熱伝導材で連結して設けたことにより、上記の目的を達成するようにした。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づき説明すると、図３及び図４は本発明の差動排気型クライオポンプ１をイオン注入装置の長方形断面を有する筒型のビームラインケース２の途中に直接介入させた例を示し、該クライオポンプ１は、ポンプケース３の内部にヘリウムが循環する冷凍機４を収め、該冷凍機４のコールドヘッド１段５にシールド６を熱的に連結し、該シールド６にバッフル９を熱的に連結材９ａで連結支持し、該冷凍機４のコールドヘッド２段７にクライオパネル８が連結材８ａにより連結される。該コールドヘッド１段８は約８０Ｋの超低温に冷却され、これに伴ってシールド６及びバッフル９も約８０Ｋの超低温に冷却される。また、コールドヘッド２段７は約１５Ｋの極低温に冷却され、これに連結したクライオパネル８も極低温に冷却される。そして、ポンプケース３内へ向けて飛来する気体分子は、これらの超低温或いは極低温の面に吸着排気される。
【０００７】
こうした構成は、従来のクライオポンプも備える構成であるが、本発明のものでは、該シールド６を、中心軸１０が通る両側面６ａ、６ｂに開口１１ａ、１１ｂを備えた筒型に形成し、該バッフル９で両開口１１ａ、１１ｂを結ぶ該シールド６の内部の長方形断面の通路１２の上下を対向して囲み、さらに該シールド６とバッフル９とで囲まれた空間１３内に該クライオパネル８を設けるようにした。
【０００８】
図示のものでは該ポンプケース３をコールドヘッドを囲む円筒部３ａとシールド６の外周を囲む角筒部３ｂとで構成し、該角筒部３ｂの開口部周縁にはビームラインケース２の角形フランジと気密に接合する角形フランジ３ｃ、３ｃを設けた。該角筒部３ｂの開口部に面して上記開口１１ａ、１１ｂが開口する。該バッフル９は通路１２の上下に該通路と直交方向に延びる複数のフィン９ｂを配列し、各フィン９ｂを前記連結材９ａでシールド６に連結する構成とした。該フィン９ｂは、図３及び図４に見られるように通路１２の長さ方向の中間部のものを該通路１２に対して直立状態とし、長さ方向の端部にいくにつれ該通路に対して傾斜状態になるようにした。尚、該フィン９ａは通路１２の上下だけでなく左右を囲むように設けることも可能である。
【０００９】
また、該空間１３は通路１２の上下に夫々形成され、長手板状のクライオパネル８をその上下の各空間１３に多段複数列に熱伝導材１４で連結して配置し、該熱伝導材１４を前記連結材８ａを介してコールドヘッド２段７へ連結した。図示のものは上下の各空間１３に４枚ずつ配置したもので、各空間１３に於いてクライオパネル８を２枚ずつ重ね、通路１２の長さ方向に２群に分けて配置した。
【００１０】
本発明のクライオポンプは、ビームラインケース２などのチャンバーの内部に直接にクライオパネル８やバッフル９の低温面を存在させることができるから、該ケース２内の気体分子が低温面に入射する頻度が高くなり、有効排気速度を大きくできる。また、これら低温面は該ケース２の空間を介して対向して存在するので、該ケース２に露出したバッフル部分の面積が大きくてもその割には外部からの輻射熱が少なく、排気速度が低下しない。しかも、低温面同士が対向していて外部よりの輻射熱を考慮する必要がなく、クライオパネル８への入熱はシールド６やバッフル９からの輻射熱だけを考慮すればよいから、バッフル９のフィン９ａの間隔を拡げることが可能になり、その結果、ＣＯ2、Ｎ2、Ｈ2等の凝縮温度の低い気体分子がクライオパネル８へ到達しやすくなってこれらの気体分子の排気速度を上げることができる。とくに、該ケース２の断面積が小さいければその壁面で気体分子が反射される確率が高く、このようなときには広い低温面に飛び込む気体分子が多くなり、従来のようにビームラインケースにバルブを介してクライオポンプを設けた場合に比べ、エンドステーションでの有効排気速度を約１０倍に上げることができる。
【００１１】
該ビームラインケース２の内部で例えばイオン源から引き出したイオンビームを導き、エンドステーション１５に用意したレジストを塗布した基板へイオン注入する場合、本発明のクライオポンプを図３に見られるように該ケース２の途中に設ける。イオンビームが該基板に入射することに伴いレジストからガスが発生し、そのガスが該ケース２をイオン源の方へ拡散するが、このガスは該ケース２に低温面を直接露出させて設けた本発明のクライオポンプにより差動排気され、該ケース２内の圧力を十分に下げることができる。これによりビームラインケース内の不純物ガスが減少するので、イオン電流の設定精度を上げることができ、しかもイオンビームと不純物ガスとの衝突による不純物イオンの発生も少なくなって品質の良いイオン注入を行える。この場合該ケース２のエンドステーション側で圧力が高まっても、そのイオン源側では圧力が上がらず、エネルギーコンタミネーションを生じるイオンの荷電変換効率は図６に見られるように例えば２価が１価にあるいは２価が３価に変換する効率を従来のものより数十分の１にまで減少できた。尚、本発明のクライオポンプは、その冷凍機４を作動させることによりシールド６及びバッフル９は約８０Ｋに冷却され、クライオパネル８は約１５Ｋに冷却される。ビームラインケース２が円形である場合、これに合せてシールド６も円筒型に形成される。
【００１２】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、クライオポンプのシールドを中心軸が通る両側面に長方形あるいは円形の開口を備えた角筒型あるいは円筒型の筒型に形成し、該バッフルを両開口を結ぶ該シールドの内部の角筒型あるいは円筒型の通路の対向側面に配置すると共に互いに熱伝導材で連結し、該シールドとバッフルで囲まれた空間内に該中心軸と交叉する方向に延びる多段複数列のクライオパネルを互いに熱伝導材で連結して設けるようにしたので、配管を使用せずしかも熱輻射を少なくして直接にクライオポンプを所要の排気箇所に取り付けることができ、クライオポンプの持つ排気速度を損なうことなく有効に利用できる等の効果があり、特に荷電粒子を使用する真空装置の排気に好都合に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の油拡散ポンプによる排気手段の説明図
【図２】従来のクライオポンプによる排気手段の説明図
【図３】本発明の実施の形態を示す截断側面図
【図４】図３の４−４線部分の側面図
【図５】図３の要部の分解斜視図
【図６】イオン注入装置に本発明ポンプを適用した場合のエネルギーコンタミネーションの測定図
【符号の説明】
１  差動排気型クライオポンプ、２  ビームラインケース、３  ポンプケース、４  冷凍機、６  シールド、６ａ・６ｂ  側面、８  クライオパネル、９  バッフル、１０  中心軸、１１ａ・１１ｂ  開口、１２  通路、１３  空間、１４  熱伝導材、
【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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