JP3526413B2

JP3526413B2 - クライオポンプ

Info

Publication number: JP3526413B2
Application number: JP08380699A
Authority: JP
Inventors: 徳二西場; 勝治吉川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2004-05-17
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2000283036A

Description

【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
での高真空圧の生成に供されるクライオポンプに係り、
特に、再生用のヒータを装備したクライオポンプに関す
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、処理空間を高真空圧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）とともに、クライ
オポンプ１００（図５）、２００（図６）が付設されて
いる。クライオポンプ１００、２００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圧を更に高
めるもので、極低温をつくりだす冷凍機１０１、２０
１、冷凍機１０１、２０１のコールドシリンダ１０２、
２０２に保持されたコールドパネル２０３、コールドパ
ネル２０３の表面に粘着された活性炭２０４、コールド
シリンダ１０２、２０２やコールドパネル２０３を収納
する真空チャンバ１０５、２０５等から構成されてい
る。クライオポンプ１００、２００による排気は、極低
温に冷却したコールドパネル２０３の表面に気体分子を
凝縮・固化させたり、活性炭２０４の吸着面に気体分子
を吸着させることにより行われ、真空チャンバ１０５、
２０５内を高真空圧とする。

【０００３】さて、クライオポンプ１００、２００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２０３の表面や活性炭２０４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、凝縮或いは吸着し
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、その際には、真空チャンバ１０５、２０５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２０３やコールドシリンダ１０２、２０２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１００、２０
０では、排気運転中にコールドシリンダ１０２、２０２
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（２８
０Ｋ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、再生作業を開始してから気体
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
の低下を余儀なくされていた。

【０００５】そこで、クライオポンプ１００、２００に
は、コールドシリンダ１０２、２０２にヒータ１０６、
２０６を装着し、このヒータ１０６、２０６と真空チャ
ンバ１０５、２０５の外部に設けた電源とを電線により
接続している。再生作業時にヒータ１０６、２０６に通
電を行うことで、コールドシリンダ１０２、２０２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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５のクラ
イオポンプ１００のヒータ１０６における一端部１０７
は、コールドシリンダ１０２のシリンダベース１０８に
溶接により固定されている。このため、ヒータ１０６に
断線などの不具合が発生した場合、ヒータ１０６のみを
交換することができず、ヒータ１０６をコールドシリン
ダ１０２と一緒に交換しなければならず、コストが嵩ん
でしまう。

【０００７】また、図６のクライオポンプ２００のヒー
タ２０６における一端部に固定されたヒータフランジ２
０７は、真空チャンバ２０５の底板２０８に、真空チャ
ンバ２０５の外側から、取付ボルト２０９を用いて着脱
可能に取り付けられている。従って、ヒータ２０６のみ
を交換することができる。

【０００８】しかし、このヒータ２０６では、真空チャ
ンバ２０５の外側に冷凍機２０１のボディ２１０が存在
することから、ヒータ２０６におけるヒータフランジ２
０７の取付時に、取付工具が冷凍機２０１のボディ２１
０に干渉しないように、ヒータ２０６のヒータフランジ
２０７をボディ２１０から遠ざけて取り付ける必要があ
る。このため、真空チャンバ２０５が大径化して、クラ
イオポンプ２００が大型化してしまう。

【０００９】本発明の目的は、上述の事情を考慮してな
されたものであり、ヒータのみを交換できるとともに、
装置をコンパクト化できるクライオポンプを提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、真空チャンバ内に冷凍機のコールドシリンダが配設
されるとともにヒータが配設され、このヒータの加熱部
が、上記コールドシリンダの冷却部に取り付けられるク
ライオポンプにおいて、上記ヒータの加熱部が上記冷却
部に着脱可能に取り付けられるとともに、上記ヒータの
端部が上記コールドシリンダのシリンダベースに、上記
真空チャンバの外側から着脱可能に取り付けられたこと
を特徴とするものである。

【００１１】請求項２に記載の発明は、真空チャンバ内
に冷凍機のコールドシリンダが配設されるとともにヒー
タが配設され、このヒータの加熱部が、上記コールドシ
リンダの冷却部に取り付けられるクライオポンプにおい
て、上記ヒータの加熱部が上記冷却部に着脱可能に取り
付けられるとともに、上記ヒータの端部が上記コールド
シリンダのシリンダベースに、上記真空チャンバの内側
から着脱可能に取り付けられたことを特徴とするもので
ある。

【００１２】請求項１に記載の発明には、次の作用があ
る。

【００１３】ヒータの加熱部がコールドシリンダの冷却
部に着脱可能に取り付けられるとともに、ヒータの端部
がコールドシリンダのシリンダベースに着脱可能に取り
付けられたことから、ヒータをコールドシリンダから外
して、ヒータのみを交換することができ、コストを低減
できる。

【００１４】また、ヒータの端部が真空チャンバの底板
ではなく、コールドシリンダのシリンダベースに取り付
けられたことから、ヒータ端部の取付時に取付用工具
と、真空チャンバの外側に存在する冷凍機のボディとの
干渉を考慮して、真空チャンバを大径化する必要がない
ので、クライオポンプをコンパクト化できる。

【００１５】更に、ヒータ端部が真空チャンバの外側か
らシリンダベースに取り付けられたことから、ヒータ端
部の取付を容易化できる。

【００１６】請求項２に記載の発明には、次の作用があ
る。

【００１７】ヒータの加熱部がコールドシリンダの冷却
部に着脱可能に取り付けられるとともに、ヒータの端部
がコールドシリンダのシリンダベースに着脱可能に取り
付けられたことから、ヒータをコールドシリンダから外
して、ヒータのみを交換することができ、コストを低減
できる。

【００１８】また、ヒータの端部が真空チャンバの底板
ではなく、コールドシリンダのシリンダベースに取り付
けられたことから、ヒータ端部の取付時に取付用工具
と、真空チャンバの外側に存在する冷凍機のボディとの
干渉を考慮して、真空チャンバを大径化する必要がない
ので、クライオポンプをコンパクト化できる。

【００１９】更に、ヒータ端部が真空チャンバの内側か
らシリンダベースに取り付けられたことから、ヒータ端
部の取付時に取付用工具と、真空チャンバの外側に存在
する冷凍機のボディとの干渉を考慮する必要がないの
で、ヒータ端部をコールドシリンダの中心軸に近づけて
取り付けることができ、この結果、コールドシリンダ及
び真空チャンバを小径化でき、クライオポンプをより一
層コンパクト化できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づき説明する。

【００２１】［Ａ］第一の実施の形態（図１、図２）図１は、本発明に係るクライオポンプの第一の実施の形
態を、一部を破断して示す側面図である。

【００２２】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、ともに筒形状の胴部４７Ａ、
４７Ｂが連設された真空チャンバ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（不図示）に付
設されている。真空チャンバ５の胴部４７Ｂと真空処理
槽との間にはゲートバルブが配設され、このゲートバル
ブにおける図示しない摺動式の弁体が真空処理槽とクラ
イオポンプ１の真空チャンバ５との連通を遮断する。

【００２３】冷凍機３は、真空チャンバ５外に配置され
たボディ１５、真空チャンバ５の胴部４７Ａ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
軸方向に摺動する蓄冷剤を内蔵したディスプレーサ１９
（図２）、クランク機構（不図示）等を介してディスプ
レーサ１９を駆動する電動機２５等から構成されてい
る。ボディ１５のベアリングプレート２１は、図２に示
すように、コールドシリンダ１７のシリンダベース２３
に取付ボルト７を用いてボルト固定される。

【００２４】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、真空チャンバ５は、粗引配管（不図示）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。

【００２５】図１に示すように、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冷却
部としての第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冷却部としての第２コールドヘッド
３５が形成されている。第２コールドヘッド３５には、
側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の胴部４７Ａより若干小径の円筒状に形成されて
おり、開口部３１の内側に、複数枚のバッフルリング４
３を保持している。

【００２６】更に、第２コールドヘッド３５には、図示
しないコールドパネルホルダが取り付けられ、このコー
ルドパネルホルダが複数枚のコールドパネル（不図示）
を保持している。コールドパネルには、一部を除き、そ
の上面に活性炭が粘着されている。

【００２７】一方、真空チャンバ５は、上述の如く、コ
ールドシリンダ１７を収容する胴部４７Ａと、ラジエー
ションシールド３７等を収納する胴部４７Ｂとが直交し
て連設されて構成され、このうち、この胴部４７Ａがコ
ールドシリンダ１７のシリンダベース２３に取付ボルト
１１を用いてボルト固定されている。真空チャンバ５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（不図示）が接続されて開口すると共に、図示しない
排気処理装置に接続した再生ガス排出管（不図示）が貫
通している。再生ガス導入管は、ラジエーションシール
ド３７内に開口している。

【００２８】真空チャンバ５内には、コールドシリンダ
１７に着脱可能に取り付けられたヒータとしてのシース
ヒータ５３が設置される。このシースヒータ５３は、コ
ールドシリンダ１７の第一コールドヘッド３３及び第二
コールドへッド３５の温度コントロールのために、また
は、クライオポンプ１の再生時間短縮のために使用され
る。

【００２９】上記シースヒータ５３は、ヒータパイプ６
１、図示しない発熱コイル及びヒータフランジ５７を有
して構成される。発熱コイルは、ヒータパイプ６１内に
おいて、後述の第一加熱部５５及び第二加熱部５６に対
応する位置に設置され、電線６２（図２）を介して図示
しない電源装置に接続される。また、ヒータフランジ５
７は、電線６２が取り出されるヒータパイプ６１の一端
部に溶接またはろう付けなどにより一体化される。

【００３０】このシースヒータ５３は、図２にも示すよ
うに、コールドシリンダ１７のシリンダベース２３に形
成された挿入孔５４から真空チャンバ５内へ挿入され
る。このシースヒータ５３は、第一加熱部５５がコール
ドシリンダ１７の第一コールドヘッド３３に取付ボルト
５８を用いて、また、第二加熱部５６がコールドシリン
ダ１７の第二コールドへッド３５に取付ボルト５９を用
いて、それぞれ着脱可能にボルト固定される。さらに、
ヒータフランジ５７がシリンダベース２３に、真空チャ
ンバ５の外側（つまり大気側）から、取付ボルト６０を
用いて着脱可能にボルト固定される。

【００３１】なお、ヒータフランジ５７とシリンダベー
ス２３との間には、Ｏリングなどのシール材が介在され
て真空チャンバ５内が気密に保持され、真空チャンバ５
内の高真空圧が確保される。また、図１及び図２の符号
６３は、シースヒータ５３から引き出された電線６２を
収容する電線ケースである。この電線ケース６３は、取
付ボルト６０を用いてヒータフランジ５７にボルト固定
される。

【００３２】以下、本実施形態の作用を述べる。

【００３３】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、真空処理槽内が高真空圧
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程度の真空圧が
得られる。尚、この時点では、ゲートバルブにより、真
空チャンバ５と真空処理槽との連通が遮断されている。

【００３４】次に、クライオポンプ１の冷凍機３を駆動
して、ディスプレーサ１９をコールドシリンダ１７内で
往復動作させ、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、ゲートバルブを開放して真空チャンバ５と真空処
理槽とを連通させる。この際、真空処理槽は、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。

【００３５】真空チャンバ５と真空処理槽とが連通され
ると、真空処理槽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、高真空圧が得られ
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、また、アルゴンや酸素、窒素等の気体分
子はコールドパネル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
パネルに粘着された活性炭に吸着される。これにより、
真空処理槽７では、１０−９Ｔｏｒｒ程度の高真空圧が
得られる。

【００３６】一方、クライオポンプ１による排気を連続
して行うと、バッフルリングやコールドパネル等の表面
が凝縮した気体分子によって覆われ、排気効率が低下し
て高真空圧が得られなくなる。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
定の真空圧が得られなくなったときに、クライオポンプ
１の再生を行う。

【００３７】再生にあたっては、真空チャンバ５および
真空処理槽間の連通をゲートバルブにより遮断した後、
シースヒータ５３内の発熱コイルに通電を行い、第１、
第２コールドヘッド３３、第二コールドへッド３５を加
熱する。すると、バッフルリングやコールドパネル等に
凝縮していた気体分子が気化するため、この気体分子を
再生ガス導入管から導入した再生ガスと共に再生ガス排
出管から排出する。

【００３８】従って、上記実施の形態の一によれば、次
の効果〜を奏する。

【００３９】シースヒータ５３の第一加熱部５５、第
二加熱部５６がコールドシリンダ１７の第一コールドヘ
ッド３３、第二コールドへッド３５にそれぞれ取付ボル
ト５８、取付ボルト５９を用いて着脱可能に取り付けら
れると共に、シースヒータ５３の一端部におけるヒータ
フランジ５７がコールドシリンダ１７のシリンダベース
２３に着脱可能に取り付けられたことから、シースヒー
タ５３の断線などの発生時に、このシースヒータ５３を
コールドシリンダ１７から外して、シースヒータ５３の
みを交換することができ、コールドシリンダ１７ごと交
換する場合に比べコストを低減できる。

【００４０】シースヒータ５３の一端部におけるヒー
タフランジ５７が真空チャンバ５の底板ではなく、コー
ルドシリンダ１７のシリンダベース２３に取り付けられ
たことから、シースヒータ５３の一端部におけるヒータ
フランジ５７の取り付け時に、真空チャンバ５の外側に
存在する３のボディ１５と取付工具との干渉を考慮し
て、真空チャンバ５を大径化する必要がないので、クラ
イオポンプ１をコンパクトかできる。

【００４１】シースヒータ５３の一端部におけるヒー
タフランジ５７が真空チャンバ５の外側からシリンダベ
ース２３に取り付けられたことから、シースヒータ５３
の一端部におけるヒータフランジ５７を容易に取り付け
ることができる。

【００４２】［Ｂ］第二の実施の形態（図３、図４）図３は、本発明に係るクライオポンプの第二の実施の形
態を、一部を破断して示す側面図である。この第二の実
施の形態において、前記第一の実施の形態と同様な部分
は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００４３】この第二の実施の形態のクライオポンプ７
０では、シースヒータ５３のヒータフランジ５７が真空
チャンバ５の内側（つまり真空側）から取付ボルト６０
を用いて、コールドシリンダ１７のシリンダベース２３
にボルト固定される。また、シースヒータ５３のヒータ
パイプ６１から引き出された電線６２は、シリンダベー
ス２３の挿入孔５４と、ベアリングプレート２１に形成
された挿通孔７１に挿通されて電線ケース６３に収容さ
れる。この電線ケース６３は、取付ボルト７２を用いて
ベアリングプレート２１にボルト固定されている。

【００４４】従って、この第二の実施の形態のクライオ
ポンプ７０によれば、次の効果〜を奏する。

【００４５】シースヒータ５３の第一加熱部５５、第
二加熱部５６がコールドシリンダ１７の第一コールドヘ
ッド３３、第二コールドへッド３５にそれぞれ取付ボル
ト５８、取付ボルト５９を用いて取り付けられると共
に、シースヒータ５３の一端部におけるヒータフランジ
５７がコールドシリンダ１７のシリンダベース２３に着
脱可能に取り付けられたことから、シースヒータ５３に
断線などが発生したとき、このシースヒータ５３をコー
ルドシリンダ１７から外して、シースヒータ５３のみを
交換することができ、コールドシリンダ１７ごと交換す
る場合に比べコストを低減できる。

【００４６】シースヒータ５３の一端部におけるヒー
タフランジ５７が真空チャンバ５の底板ではなく、コー
ルドシリンダ１７のシリンダベース２３に取り付けられ
たことから、シースヒータ５３の一端部におけるヒータ
フランジ５７の取り付け時に、真空チャンバ５の外側に
存在する冷凍機３のボディ１５と取付工具との干渉を考
慮して、真空チャンバ５を大径化する必要がないので、
クライオポンプ７０をコンパクトかできる。

【００４７】シースヒータ５３の一端部におけるヒー
タフランジ５７が真空チャンバ５の内側からシリンダベ
ース２３に取り付けられたことから、シースヒータ５３
の一端部におけるヒータフランジ５７の取り付け時に、
真空チャンバ５の外側に存在する冷凍機３のボディ１５
と取付工具との干渉を考慮する必要がないので、シース
ヒータ５３の一端部におけるヒータフランジ５７をコー
ルドシリンダ１７の中心軸Ｏに近づけて取り付けること
ができる。この結果、コールドシリンダ１７及び真空チ
ャンバ５を小径化でき、クライオポンプ７０の中心軸Ｏ
と電線ケース６３との距離Ｍを、図１のクライオポンプ
１の中心軸Ｏと電線ケース６３との距離Ｎよりも小さく
できるので、クライオポンプ７０をクライオポンプ１よ
りもより一層コンパクト化できる。

【００４８】以上、本発明を上記実施の形態に基づいて
説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るクライオポ
ンプによれば、ヒータの加熱部が冷却部に着脱可能に取
り付けられると共に、ヒータの端部がコールドシリンダ
のシリンダベースに、真空チャンバの外側から着脱自在
に取り付けられたことから、ヒータのみを交換できると
共に、装置をコンパクト化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るクライオポンプの第一の実施の形
態を、一部を破断して示す側面図である。

【図２】図１のクライオポンプにおけるシリンダベース
周りを、一部を破断して示す分解側面図である。

【図３】本発明に係るクライオポンプの第二の実施の形
態を、一部を破断して示す側面図である。

【図４】図３のクライオポンプにおけるシリンダベース
周りを、一部を破断して示す分解側面図である。

【図５】従来のクライオポンプを示す側面図である。

【図６】従来の他のクライオポンプを示す側面図であ
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１７コールドシリンダ２３シリンダベース３３第一コールドヘッド（冷却部）３５第二コールドヘッド（冷却部）５３シースヒータ（ヒータ）５５第一加熱部（加熱部）５６第二加熱部（加熱部）５７ヒータフランジ（一端部）５８取付ボルト５９取付ボルト６０取付ボルト７０クライオポンプ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバ内に冷凍機のコールドシリ
ンダが配設されるとともにヒータが配設され、このヒー
タの加熱部が、上記コールドシリンダの冷却部に取り付
けられるクライオポンプにおいて、上記ヒータの加熱部が上記冷却部に着脱可能に取り付け
られるとともに、上記ヒータの端部が上記コールドシリンダのシリンダベ
ースに、上記真空チャンバの外側から着脱可能に取り付
けられたことを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】真空チャンバ内に冷凍機のコールドシリ
ンダが配設されるとともにヒータが配設され、このヒー
タの加熱部が、上記コールドシリンダの冷却部に取り付
けられるクライオポンプにおいて、上記ヒータの加熱部が上記冷却部に着脱可能に取り付け
られるとともに、上記ヒータの端部が上記コールドシリンダのシリンダベ
ースに、上記真空チャンバの内側から着脱可能に取り付
けられたことを特徴とするクライオポンプ。