(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気口を備えたクライオポンプのポンプケース内に、該排気口に接近した上流側に第１クライオポンプのステージ及びこれに連なる排気面を設けると共に該排気口から遠ざかった下流側にゲートバルブを介して第２クライオポンプのステージ及びこれに連なる排気面を設け、さらに上記第１及び第２クライオポンプの夫々の排気空間に面して粗引きポンプに連なる粗引きポートとパージガス導入口及び排気ダクトを設け、該排気口から該第１クライオポンプの下流側の開口を覗き込めないように該第１クライオポンプの排気面を配置したことを特徴とする複合クライオポンプ。
【請求項２】
上記第２クライオポンプの第２段ステージに活性炭で覆った排気面を設けたことを特徴とする請求項１に記載の複合クライオポンプ。
【請求項３】
上記第１クライオポンプの排気面の温度を上記第２クライオポンプの排気面の温度と同じもしくは高くしたことを特徴とする請求項１または２に記載の複合クライオポンプ。
【請求項４】
上記請求項１ないし請求項３のいずれかに記載された構成を有する複合クライオポンプに於いて、上記第１クライオポンプの排気面により上記排気口からの支燃性ガスを凝縮排気し、上記第２クライオポンプの排気面により該排気口からの可燃性ガスを凝縮排気することを特徴とする複合クライオポンプを使用した排気方法。
【請求項５】
排気口を備えたクライオポンプのポンプケース内に、該排気口に接近した上流側に第１クライオポンプのステージ及びこれに連なる排気面を設けると共に該排気口から遠ざかった下流側にゲートバルブを介して第２クライオポンプのステージ及びこれに連なる排気面を設け、該排気口から該第１クライオポンプの下流側の開口を覗き込めないように該第１クライオポンプの排気面を配置した複合クライオポンプを再生するに際して、該排気口を密閉したのち該ゲートバルブを閉じ、次いで該第２クライオポンプの運転を停止してその排気空間内にパージガスを大気圧にまで導入し、大気圧に達したら該排気空間を外部へ連通させながら該パージガスを導入し続け、該第２クライオポンプの温度が第１設定温度に達したら第１クライオポンプの運転も停止してその排気空間に大気圧になるまでパージガスを導入し、該第１クライオポンプの排気空間が大気圧に達したら該排気空間を外部へ連通させながらパージガスを導入し続け、該第１及び第２クライオポンプの温度が第１設定温度よりも高い第２設定温度に達したところで各排気空間へのパージガスの導入及び外部への連通を停止し、各排気空間を粗引きポンプにて真空排気することを特徴とする複合クライオポンプの再生方法。
【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の排気に適用されるクライオポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、クライオポンプは公知であり、一般的には、排気口を備えたポンプケース内に、冷凍機により超低温及び極低温に冷却されたクライオポンプ１段ステージとクライオポンプ２段ステージを設け、各段ステージにバッフル、シールド、クライオパネルなどを取り付けて気体を凝縮させる排気面を形成した構成を有する。クライオポンプは殆どの種類の気体を排気することができる利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
真空装置の真空室内では、複数種の気体が使用されることが多く、このような場合、その複数種の気体がクライオポンプ内に凝縮排気される。気体分子は排気面に凝縮し、その厚さが厚くなると排気能力が低下するので、該ポンプケース内にパージガスを導入しながら内部の温度を上昇させ、凝縮した気体分子を蒸発させて外部へ排出することにより排気能力を再生している。
【０００４】
この再生方法を図１に基づき説明すると、真空室ａに主バルブｂを介して接続したクライオポンプｃには、開閉バルブｄを備えたパージガス導入口ｅ、開閉バルブｆを備えた外部への排気ダクトｇ、及び開閉バルブｈを介して接続した粗引きポンプｉが設けられており、その再生に際しては、まず、各バルブｂ、ｄ、ｆ、ｈを閉じてクライオポンプｃの運転を停止する。次いで、開閉バルブｄを開いてＮ2ガスのパージガスをパージガス導入口ｅを介してクライオポンプのポンプケース内へ導入し、該ポンプケース内が大気圧になったら開閉バルブｆを開けてパージガスで排気面に凝縮していた気体分子を蒸発させながら排気ダクトｇから外部へとこれを排除する。該ポンプケース内が室温に達したら、開閉バルブｄ、ｆを閉じ、粗引きポンプｉを起動してから開閉バルブｈを開き、ポンプケース内を約４０Ｐａ程度に粗引きし、圧力上昇試験を行ってリークのないことが確認できたら該開閉バルブｈを閉じ、クライオポンプｃの運転を再開し、２０Ｋ以下になったところで主バルブｂを開いて真空室ａの排気を再開する。
【０００５】
真空室ａから排気する気体が、蒸発温度範囲が接近したＨ2などの可燃性気体とＯ2などの支燃性気体が混合した気体であるときは、こうした再生時に両気体が同時に蒸発して爆発または燃焼するおそれを生じるので、クライオポンプの使用を避け、希薄な気体で常時大気に排気放出を行うターボ分子ポンプを使用するのが一般的である。しかし、ターボ分子ポンプはクライオポンプに比べ、口径比較で排気速度が１／２程度になってしまうため、設置台数を多くする必要が生じ、これに伴いターボ分子ポンプのバックポンプである油回転ポンプ、ドライポンプ、メカニカルブースタポンプ等の粗引きポンプの設置台数も多くなる。また、ターボ分子ポンプのバックポンプは常時運転されるため、電力等のランニングコストも高くなる欠点がある。
【０００６】
本発明は、可燃性気体と支燃性気体が混合した気体を排気しても安全に再生できる複合クライオポンプを提供すること、及びその使用方法、再生方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、排気口を備えたクライオポンプのポンプケース内に、該排気口に接近した上流側に第１クライオポンプのステージ及びこれに連なる排気面を設けると共に該排気口から遠ざかった下流側にゲートバルブを介して第２クライオポンプのステージ及びこれに連なる排気面を設け、さらに上記第１及び第２クライオポンプの夫々の排気空間に面して粗引きポンプに連なる粗引きポートとパージガス導入口及び排気ダクトを設け、該排気口から該第１クライオポンプの下流側の開口を覗き込めないように該第１クライオポンプの排気面を配置することにより、可燃性気体と支燃性気体の混合気体を排気して安全にクライオポンプを再生できるようにした。該第２クライオポンプの第２段ステージには活性炭で覆った排気面を設けることが可能である。これにより、必要な場合、第１クライオポンプの排気面の温度を上記第２クライオポンプの排気面の温度と同じもしくは高く制御される。
【０００８】
排気に際しては、該第１クライオポンプの排気面により該排気口からの支燃性ガスを凝縮排気し、該第２クライオポンプの排気面により該排気口からの可燃性ガスを凝縮排気することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の複合クライオポンプは、該排気口を密閉したのち該ゲートバルブを閉じ、次いで該第２クライオポンプの運転を停止してその排気空間内にパージガスを大気圧にまで導入し、大気圧に達したら該排気空間を外部へ連通させながら該パージガスを導入し続け、該第２クライオポンプの温度が第１設定温度に達したら第１クライオポンプの運転も停止してその排気空間に大気圧になるまでパージガスを導入し、該第１クライオポンプの排気空間が大気圧に達したら該排気空間を外部へ連通させながらパージガスを導入し続け、該第１及び第２クライオポンプの温度が第１設定温度よりも高い第２設定温度に達したところで各排気空間へのパージガスの導入及び外部への連通を停止し、各排気空間を粗引きポンプにて真空排気することにより、安全に再生できる。
【００１０】
【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２及び図３は可燃性気体Ｈ2と支燃性気体Ｏ2を分離排気するための実施例であり、符号１は排気口２を備えた複合クライオポンプ、３は該クライオポンプ１の円筒形のポンプケースを示す。該複合クライオポンプ１は第１クライオポンプ４と第２クライオポンプ５とで構成され、該ポンプケース３内の該排気口２に接近した上流側に、第１クライオポンプ４のクライオポンプ１段ステージ６及びクライオポンプ２段ステージ７並びにこれらのステージに熱伝導可能に連結された排気面８を設けて排気空間２０を形成し、該排気口２から遠ざかった下流側即ち該ポンプケース３の奥側にゲートバルブ９を介して第２クライオポンプ５のクライオポンプ１段ステージ１０及びクライオポンプ２段ステージ１１並びにこれらのステージに熱伝導可能に連結された排気面１２を設けて排気空間２１を形成した。
【００１１】
これを更に説明すると、該第１クライオポンプ４は気体ヘリウムなどを使用した冷凍サイクルにより低温を得るもので、それ専用の冷凍機１３を備えてこれによりクライオポンプ１段ステージ６を例えば８０Ｋの超低温に冷却すると共にクライオポンプ２段ステージ７を例えば２０Ｋの極低温に冷却する。該１段ステージ６には、ろう付け等により連結した羽根型のバッフル１４やシールド１５で構成された排気面８を設け、該２段ステージ７にろう付け等によりクライオパネル１６からなる排気面８を設け、該排気口２に連なる真空装置の真空室から該ポンプケース３内へ飛来する気体の一部は、これらの排気面８に凝縮して排気される。また、これらの排気面８は該排気口２の上流側からみて、該第１クライオポンプ４の下流側の開口１７を覗きこめないように、即ち、該排気口２の上流側から直進して気体分子が通過できないように、バッフル１４、シールド１５やクライオパネル１６の傾斜角度や配置が設定される。
【００１２】
該バッフル１４やシールド１５は該１段ステージ６と略同温度の８０Ｋに冷却され、クライオパネル１６は該２段ステージ７と略同温度の２０Ｋに冷却されるため、真空室内から例えばＨ2Ｏ、Ｏ2（支燃性気体）、Ｈ2（可燃性気体）の混合気体が排気口２へ飛来したとき、まず、Ｈ2Ｏがバッフル１４やシールド１５に凝縮し、Ｏ2はクライオパネル１６に凝縮して排気される。しかし、可燃性気体のＨ2は凝縮温度が低く、クライオパネル１６によっても排気できず、ゲートバルブ９を介して第２クライオポンプ５の排気空間２１に進入する。
【００１３】
該第２クライオポンプ５は、基本的には第１クライオポンプ４と同構成であり、ヘリウムガス等を使用した冷凍サイクルにより低温を得、それ専用の冷凍機１８によりクライオポンプ１段ステージ１０を例えば８０Ｋの超低温に冷却すると共にクライオポンプ２段ステージ１１を例えば２０Ｋの極低温に冷却し、該１段ステージ１０には、ろう付け等により羽根型のバッフル２４やシールド２５で構成された排気面１２を設け、該２段ステージ１１にろう付け等によりクライオパネル２６からなる排気面１２が設けられる。また、羽根型のバッフル２４は、必要な場合、取り除くこともできる。この第２クライオポンプ５が第１クライオポンプ４と異なる点は、可燃性気体を凝縮排気できる構成としたことで、図示の例では２０Ｋでも凝縮排気できないＨ2を排気するために、クライオパネル２６の表面を活性炭の層２７で覆い、第１クライオポンプ４で排気されずに排気空間２１に入射したＨ2分子を凝縮排気するようにした。
【００１４】
両クライオポンプ４、５には、ゲートバルブ９を介して連通する各排気空間２０、２１に面してＮ2ガス等を導入するためのパージガス導入口２８、２９、各排気空間２０、２１のガスを外部へ排除する排気ダクト３０、３１、及び粗引きポンプを接続する粗引きポート３２、３３を設け、各ポンプの再生を行えるようにした。尚、該ゲートバルブ９は、弁板３４がアクチュエータ３５により両クライオポンプ４、５間の連通を遮断するように出没作動する公知の構成のもので、クライオポンプの排気作動中は開かれ、再生時には該第１クライオポンプ４の下流側の開口１７に圧接密着して閉じられる。
【００１５】
以上の説明では、第１、第２クライオポンプ４、５は、いずれも２段のステージを設けた例を説明したが、第１クライオポンプ４には８０Ｋのクライオポンプ１段ステージ６のみを設けると共にこれに下流側の開口１７を覗けない排気面８を設け、第２クライオポンプ５を図２、図３のような２段ステージ１０、１１を備えた構成、或いは２段ステージ１１のみを備えた構成とし、第１クライオポンプ４の排気面８の温度を第２クライオポンプ５の排気面１２の温度以上に高くする構成としてもよい。この構成によれば、真空室のＮＨ3（可燃性気体）とＯ2（支燃性気体）を分離して排気することができ、第１クライオポンプ４の排気面８でＮＨ3を排気し、第２クライオポンプ５の２０Ｋの排気面１２でＯ2を排気できる。
【００１６】
排気時間が経過すると、各クライオポンプ４、５の排気面８、１２には、凝縮した気体の層が厚く成長し、排気能力が低下するので、再生する必要が生じるが、本発明の複合クライオポンプでは、図４に示すように、開閉バルブ３６、３７を介して各パージガス導入口２８、２９にＮ2ガス源等のパージガス源を接続し、排気ダクト３０、３１に開閉バルブ３８、３９を介して外部に連通させ、更に粗引きポート３２、３３を開閉バルブ４０、４１を介して粗引きポンプ４２、４３に接続して再生の用意をする。第１クライオポンプ４の排気面８でＨ2Ｏ、Ｏ2を排気し、第２クライオポンプ５の排気面１２でＨ2を排気した場合、排気口２と真空室を結ぶ通路の開閉バルブ４４及びゲートバルブ９を閉じ、まず第２クライオポンプ５の運転を停止し、その排気空間２１にパージガス導入口２９からＮ2等のパージガスを導入する。該排気空間２１が大気圧になったら、開閉バルブ３９を開いて排気ダクト３１から外部へ排気面２６から蒸発するＨ2ガスをＮ2ガスでパージする。そして、第２クライオポンプ５のステージの温度が例えば１２０Ｋを超えたら第１クライオポンプ４の運転も停止させ、その排気空間２０にパージガス導入口２８を介してＮ2等のパージガスを大気圧になるまで導入し、大気圧になったら開閉バルブ３８を開いてその排気面８から蒸発するＯ2や温度によってはＨ2ＯもＮ2と共に外部へパージする。このパージ後、両ポンプ４、５の温度が室温になったら再生を終了し、再起動のために従来と同様に各粗引きポンプ４２、４３を起動して各排気空間２０、２１の粗引きを開始し、圧力上昇試験でリークのないことを確認したら冷凍機１３、１８を起動して各ステージの冷却を開始し、所定の温度になったら、開閉バルブ４４を開いて真空室の排気を開始する。この場合、可燃性のＨ2と支燃性のＯ2は別個に排気されて混合することがないから、燃焼や爆発の心配も不要であり、可燃性気体の希釈度を考慮すれば再生の安全も維持できる。尚、第１クライオポンプ４の排気面８でＮＨ3を排気し、第２クライオポンプ５の排気面１２でＯ2を排気した場合も同様の再生方法で再生できる。
【００１７】
以上は室温まで温度を上げる再生方法であるが、２００Ｋ程度まで昇温させたら粗引きする低温再生も可能である。
【００１８】
また、第２クライオポンプ５を大気圧にしてから第１クライオポンプ４を大気圧にすることで、ゲートバルブ９の弁板３４がその前後の差圧力で第１クライオポンプ４の開口１７に圧接するから、第１クライオポンプ４の排気空間２０から第２クライオポンプ５の排気空間２１へガス漏れが生じにくく安全性が向上する。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、クライオポンプのポンプケース内に、排気口に接近した上流側と該排気口から遠ざかった下流側とにゲートバルブを介して第１クライオポンプのステージと排気面及び第２クライオポンプのステージと排気面とを設け、該排気口から該第１クライオポンプの下流側の開口を覗き込めないように該第１クライオポンプの排気面を配置したので、該排気口から吸入される気体を分離して各第１、第２クライオポンプで排気し、ゲートバルブを閉じて各第１、第２クライオポンプを個別に安全に再生することができ、特に大量の可燃性気体と支燃性気体の混合気体をランニングコストも安く迅速且つ安全に排気できる効果があり、その構成も比較的簡単で安価に製作でき、請求項２ないし３の構成とすることにより本発明の目的を一層確実に達成でき、請求項４の方法で分離排気することにより再生を安全に行え、請求項５の再生方法により第１、第２クライオポンプの凝縮気体を混合せずに安全且つ迅速に再生できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のクライオポンプの再生方法の説明図
【図２】本発明の実施の形態を示す平面図
【図３】図２の３−３線部分の拡大断面図
【図４】本発明の再生方法の説明図
【符号の説明】
１  複合クライオポンプ、２  排気口、３  ポンプケース、４  第１クライオポンプ、５  第２クライオポンプ、６・１０  クライオポンプ１段ステージ、７・１１  クライオポンプ２段ステージ、８・１２  排気面、９  ゲートバルブ、１７  開口、２０・２１  排気空間、２６  クライオパネル、２７  活性炭の層、２８・２９  パージガス導入口、３０・３１  排気ダクト、３２・３３  粗引きポート、４２・４３  粗引きポンプ、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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