JPH04175475A - 低温トラップとターボ分子ポンプとの複合真空排気ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真空排気ポンプに関するもので、特に薄膜を作
成するためのスパッタ装置に用いる好適な真空排気ポン
プに関するものである。

〔従来の技術〕

例えば光ディスク等の高分子材料を基板に用いている場
合には、真空中にこの基板を持ち込むと多量の水分を放
出する。光ディスクに成膜を行なうスパッタ装置では、
スループットを重視するために、多くの基板を一度に成
膜するスパッタ装置が一般的である。

コンパクトディスクの場合には反射膜として、アルミ膜
を用いるのが一般的である。上記した多量の水蒸気の放
出があると、アルミ膜の表面に微細な凹凸が発生し１反
射率を損なうことが判っている。従って、この場合には
多量に発生する水蒸気を積極的に排気する真空排気系を
用意する必要がある。このためにこの種のスパッタ装置
では真空排気の主ポンプにクライオポンプを用いること
が多く行なわれている。クライオポンプは極低温に冷却
した面をポンプの中に用意し、この冷却面　　・に気体
分子を固着させるものであり、特に水蒸気に対する排気
速度が大きい特徴がある。

多数の基板を一括して真空中に取り込みながらも、良好
な真空度を保つためにには、真空排気ポンプは排気速度
の充分に大きなものを用いる必要がある。然し乍ら、主
ポンプの排気速度が大きいと、スパッタリングの動作ガ
スであるアルゴンで所定の圧力を作るにはポンプの排気
速度が大きいだけ、大きな流量を流し込まなければなら
ない。

クライオポンプをスパッタリングの主排気ポンプとして
用いる時の問題点は、このように多量のアルゴンを流す
が、これをクライオポンプはその内部に溜め込む。従っ
てアルゴンの排気を続けると、何れは排気能力が低下す
る。

この場合にはクライオポンプの冷却を中止し、冷却面を
室温に戻す。このようにすると、捕らえられていたアル
ゴンは脱離する。この時点で再び冷却をすれば、再びク
ライオポンプは本来の動作を行なうことができる。この
ような操作はクライオポンプの再生と呼ばれている。

従ってクライオポンプは溜め込み式のポンプであるがた
めに、再生操作が必要である６再生を行なうときには、
当然のことながらスパッタ成膜はできない。この再生操
作には数時間かを要するの通常である。

稼働率を重視する装置では２台以上のクライオポンプを
備え、１台が再生を行なっている時に他の一台が排気動
作を行なうようにして、生産を絶やさぬようにすること
も行なわれることがあるが。

装置価格は当然の事ながら大きなものになる。

従って上記したような水蒸気を多く放出するような材料
を使った基板への成膜では、本来溜め込み式の主ポンプ
を用いることが問題である。然し乍らクライオポンプは
その水蒸気に対する良好な排気速度故に用いられている
。

溜め込み式でないポンプの代表例には長い歴史を持つ油
拡散ポンプがあるが、多量のアルゴンを流すと、拡散ポ
ンプ内部の油蒸気が逆拡散を起こすことがあるために、
スパッタリング装置の主排気ポンプとしては、あまり好
適ではない。

また他の溜め込み式でないポンプとしてはターボ分子ポ
ンプがある。ターボ分子ポンプは高速の回転翼が気体分
子を撥ね飛ばすことによって排気を行なうために、油な
どの真空雰囲気を汚染するポテンシャルが少ないので、
清浄な真空雰囲気を必要とするスパッタ装置の場合に好
んで使用される。

ターボ分子ポンプは水蒸気に対する排気速度が同じクラ
スのクライオポンプに比較して小さく。

上記したような水蒸気を多量に発生させる基板を扱う時
には不十分である。このためにクライオポンプに低温パ
ネル、またはクライオパネルを付加した複合型の真空排
気ポンプも考案されている。

このクライオパネルは通常従来から油拡散ポンプと組合
せ用いられていた、液体窒素トラップを用いるのが簡便
であるが、他にもヘリウム冷凍機によって冷却するもの
も商品として販売されている。

このようにすることで、主ポンプ単独の排気性能に比較
して、水蒸気に対して充分な排気速度を実現でき、先述
した水蒸気を多量に放出する基板に対して有利である。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上述べたようにターボ分子ポンプ等の主ポンプに低温
パネルを組合せることで、スパッタリングに良好な真空
の質を得ると共に、クライオポンプの欠点である再生操
作から開放されることによって、稼働率の向上と生産性
の向上とを期待することが出来る。

しかしながら、低温パネルは水蒸気だけではなく、Ａｒ
ガスに対しても排気速度を持つことがある。このような
場合には、低温パネル面へのＡｒ原子の吸着が起こり、
これが多量であると、低温トラップの水蒸気に対する排
気特性を阻害する結果となる。Ａｒはスパッタガスであ
るために、故意に多量に真空槽内に導入される。基板に
含有されて、真空槽に持ち込まれる水蒸気の量に比較す
れば、数桁の違いがある。

これはＡｒガスが導入されたときには、大体数ｍＴｏｒ
ｒの圧力であり、この逆に真空槽の到達圧力が大体ＩＱ
−６Ｔｏｒｒであるとする。到達圧力を決める残留ガス
の主成分は漏れなどの無い真空槽であれば、水蒸気であ
り、同じポンプの排気速度を仮定すれば、Ａｒの持ち込
まれる量は、水蒸気に比較して３桁多いことがわかる。

従って、　　゛もし低温トラップのパネルによるＡｒに
対する排気速度が水蒸気に対して、３桁小さいものであ
ったとしても、低温パネルがＡｒと水分子に覆われてト
ラップとしての排気性能が低下するまで（これを再生寿
命と呼ぶことがある）の時間が概略半分になってしまう
ことになる。

実際に低温トラップのパネルの冷媒に簡易な液体窒素を
用いて、パネルの温度を７７に付近とした発明者等の実
験では、水蒸気に対する排気速度が８８０Ｑ／秒上昇し
た場合に、Ａｒに対する排気速度も１６Ｃｌ／秒の上昇
があった。低温トラップによる水蒸気とＡｒガスに対す
る排気速度の比は約１＝５であり、上記したようにＡｒ
の導入量を考慮すると、この場合の低温トラップの再生
寿命はＡｒによって決定されることがわかる。

このような場合には、クライオポンプの再生による死時
間の発生という欠点を再び持つことになり、不都合であ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、低温トラップの冷却パネル
面の温度を制御し水蒸気に対しては充分な排気速度を維
持しながらも、Ａｒガスに対しては充分に低い排気速度
を持つようにする。

〔作用〕

本発明の低温トラップの冷却パネルは冷却手段によって
最終的な冷却温度よりも低温まで冷却される。

更に低温パネルは本発明に関わる温調手段によってその
温度を制御されるものであって、実際には電気ヒータを
用いて、冷却手段によって冷却された低温パネルを加熱
することで、目的の最も好敵な温度に低温パネルを加熱
するものである。

〔実施例〕

以下図１．２に従って本発明の好適な実施例を説明する
。

図１ではターボ分子ポンプ（１４）が低温トラップの真
空槽（５）を介して、真空槽（４）に取付けられている
。排気バルブ（１）　は矢印＜３）に示すように上下に
移動して、低温パネルの上部を真空槽（４）に開放する
。

低温トラップのパネル（７）には液体窒素がパイプ（６
）を通して導入され、冷却される。低温パネル（７）は
この例ではドーナッツ状の形をしている。低温パネル（
７）の周囲には電気ヒータ（１０）が巻き付けられてお
り、低温パネル（７）を加熱昇温することができる。電
気ヒータ（１０）はフランジ（１２）から装置外へと引
き出され、ヒータ電源（図示せず）に接続されている。

低温パネルには測温用の熱電対（１１）が取付けられて
おり、熱電対はフランジ（１３）から装置外へと引き出
されている。この熱電対（１１）からの温度信号をヒー
タの電源（図示せず）の制御に用い、低温パネル（７）
を所定の温度に温調する。

液体窒素を導入しない時のＡｒガスに対する排気速度は
３３（１／秒であった。液他窒素を低温パネルに導入し
た時のＡｒガスに対する排気速度は４９０Ｑ／秒であっ
た。この時の低温パネルの温度は７７にであった。前述
したように以上の実験からこの低温トラップはＡｒガス
に対して１６０Ｑ／秒もの大きな排気速度を持つことが
分かる。

同様に水蒸気に対する排気速度は３９（１／秒から、１
２７０Ｑ／秒に向上した。即ち低温トラップでの水蒸気
に対する排気速度は８８０Ｑ／秒であり、低温トラップ
の水蒸気のＡｒガスに対する排気速度の比は僅かに５：
１程度であり、Ａｒの排気によってこの低温トラップの
再生寿命が短く決定されていることが分かる。

次に本発明者等は電気ヒータ（１０）を用いて低温パネ
ル（７）の温度を１５０Ｋに設定した。

この場合にも水蒸気に対する排気速度の向上は７７にの
実験の場合と同様に約８８００／秒であった。然し乍ら
Ａｒガスに対する排気速度の増加は実験の誤差範囲内で
認めることはできなかった。

この低温パネルの温度で実際にスパッタ装置に用いる条
件であるＡｒを２００ｓｅｃｍで真空槽に導入し続け、
積算で２０時間×２０日間分のＡｒを流入させた。この
時の真空槽内の水蒸気の分圧を質量分析計で分析を続け
たが、水蒸気の分圧の増加は実験期間内で認められず、
Ａｒガスによる、低温トラップの排気性能の低下はなか
った。

このように本発明によれば、水蒸気とＡｒガスとの選択
的な排気を行なうことができ、Ａｒガスに対する排気寿
命（再生寿命）を確保することができる。

図２は本発明の他の実施例である。本実施例では冷却手
段としてヘリウム冷凍機（１７）を使用している。冷凍
機（１７）と円筒形状の低温パネル（１５）とは伝熱棒
（１６）によって熱的に結合されている。この伝熱棒に
はヒータ（１０）が巻かれており、低温パネル（１７）
の温度を調整することができる。ヒータ（１ｏ）はフラ
ンジ（１２）から装置外部に引き出され、電源（図示せ
ず）に接続されている。低温パネル（１５）には熱電対
（１１）が取付けられ、フランジ（１３）を経て、ヒー
タの電源（図示せず）に接続されている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低温トラップの表面にＡｒガスが吸着
されることが無く、水蒸気の排気のみによって低温トラ
ップの再生までの時間が決定されるために、この時間が
充分に長く、生産を律速するような死時間を発生させな
い効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る真空排気ポンプの構成図であり、
液体窒素を冷却源にしているが、電気ヒータによって低
温パネルを１５０Ｋに温調している。 第２図は本発明に係る真空排気ポンプの構成図であり、
冷却源にヘリウム冷凍機を用いている場合のものである
。 １：　真空バルブ ２：　同バルブの○リング（真空シール）３：　同バル
ブの動きを示す矢印 ４：　真空槽 ５：　トラップを内蔵した真空槽部分 ６：　液体窒素の導入パイプ ７：　液体窒素を用いた低温トラップ １０：　　温調ヒータ １１：　　測温用熱電対 １２：　　ヒータ取り出しフランジ １３：　　熱電対取り出しフランジ １４：　　ターボ分子ポンプ Ｉ５：　　円筒状の低温トラップ １６：　　伝熱棒 １７：　　冷凍機。 躬　１　ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ターボ分子ポンプと低温トラップとを組合せた複合
   真空排気ポンプにおいて、低温パネルの温度を制御する
   ように温度調整機構を設けたことを特徴とした複合真空
   排気ポンプ２、上記低温トラップの温度は１００Ｋ以上
   であることを以て特徴とした、請求項１記載の複合真空
   排気ポンプ。