JPH04187873A - 真空排気装置 - 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、アークイオンブレーティングをはじめとする
イオンブレーティングやスパッタリング等の真空成膜操
作の際に用いられる真空排気装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図は、アークイオンブレーティング等に用いられる
従来の真空排気装置の一例を示したものである。− 図において、各工程が行われるプロセスチャンバ８０の
内部には、開閉弁８１．８２をそれぞれ介してためこみ
式クライオポンプ８３およびターボ分子ポンプ（吐出し
式高圧真空ポンプ）８４が並列に接続されている。

ためこみ式クライオポンプ８３は、ヘリウムガスコンプ
レッサ８６を有するガス冷凍機８５と、このガス冷凍機
８５により８０Ｋ（ケルビン）および２０Ｋまでそれぞ
れ冷却される閃絡の８０にパネルおよび２０にパネルと
を備え、上記８０にパネルでプロセスチャンバ８０内の
ガス中の水（Ｎ２０）を凝縮、除去し、２０にパネルで
その他のガス（Ｎ２　、０２　、　　ＣＯ，Ａ　ｒ等）
を凝縮、除去するように構成されており、水（Ｈ２Ｏ）
については同口径のターボ分子ポンプ８４の７〜８倍の
排気速度を有している。ターボ分子ポンプ８４は、補助
引きポンプ８７とともに、上記水（Ｎ２０）に限らず、
はとんど全種のガスを吸引、除去することが可能なもの
である。

また、プロセスチャンバ８０内において、上記クライオ
ポンプ８３による吸引口を内方から覆う位置には水冷バ
ッフル８８が設けられ、これによって、上記プロセスチ
ャンバ８０内の熱源からの輻射熱からクライオポンプ８
３の極低温面が保護されている。

次に、この装置で行われる反応性アークイオンブレーテ
ィングのサイクル工程の一例を第９図に基づいて説明す
る。

まず、プロセスチャンバ８０内にワークをセットする（
プロセスＰ１）とともに、双方の仕切り弁８１，８２を
開き、クライオポンプ８３およびターボ分子ポンプ８４
の双方でプロセスチャンバ８０内を１０　’Ｔｏｕｒ台
まで真空排気しくプロセスＰ２）、さらにヒータの加熱
によってワークの予熱を行う（プロセスＰ３）。

次に、仕切り弁８１を閉じてターボ分子ポンプ８４のみ
の排気を行いながら、ボンバード（プロセスＰ４）およ
びコーティング（プロセスＰ５）を行い、その後、仕切
り弁８１を開いて上記ターボ分子ポンプ８４およびクラ
イオポンプ８３の双方で排気しながらワークを冷却する
（プロセスＰ６）。上記プロセスＰ４．Ｐ５でターボ分
子ポンプ８４のみの排気を行っているのは、このプロセ
スＰ４．Ｐ５で大量のプロセスガス（例えばＴｉＮ薄膜
コーティングを行う場合はＮ２ガス）が導入されるので
、上記仕切り弁８１を開くと上記大量のプロセスガスを
クライオポンプ８３の２０にパネルが短時間で吸着し、
直ぐにオーバーフローしてしまい、再生が必要になるた
めである。

ワーク冷却後は、プロセスチャンバ８０内をベントしく
プロセスＰ７）、ワークを取出して（プロセスＰａ）プ
ロセスチャンバ８０内の清掃を行う（プロセスＰａ）。

従来装置の他の例を策９図に示す。

この装置では、プロセスチャンバ９０の内部に単一の仕
切り弁９１を介してコールドトラップ９２、ターボ分子
ポンプ９６、および補助引きポンプ９７が直列に接続さ
れており、コールドトラップ９２およびターボ分子ポン
プ９６は上下に並べて配列されている。コールドトラッ
プ９２は、ドーナツ型の容器９３を有し、この容器９３
内に収容された液体窒素９４によって、中央に配された
多数のシェブロン９５を冷却し、これらシェブロン９５
によって、通過する排ガス中の水分を凝縮、除去するよ
うに構成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記第７図に示される装置では、クライオポンプ８３に
おける２０にパネルのオーバーフローを防ぐために、上
記プロセスＰ　４　＊　　Ｐ　５においてクライオポン
プ８３を使用することができず、クライオポンプの特徴
である、水に対する高排気能力を活かすことができない
。すなわち、このクライオポンプ８３は水に関して同口
径のターボ分子ポンプ８４の７〜８倍の排気速度を有す
る一方、この水分は基板表面の汚染、ひいては膜質の低
下の原因となる重要な要素であるため、この水分を強力
に排気する上記クライオポンプ８３の使用を制限するこ
とは多大なロスとなる。

また、この装置では、上記オーバーフローを防ぐため、
クライオポンプ８３とターボ分子ポンプ８４とを並列に
接続して２つの仕切り弁８１，８２を設けなければなら
ないので、構造および操作が複雑となり、コスト高にも
なり易い。

これに対し、第９図に示される装置では、コールドトラ
ップ９２が水分しか吸着しないので、このコールドトラ
ップ９２とターボ分子ポンプ９６を直列に接続して仕切
り弁９１を１つで済ますことが可能だが、上記コールド
トラップ９２は液体窒素を扱うものであるため、全体の
配置は第９図に示されるような垂直方向の配置、すなわ
ちドーナツ型の容器９２の中にガスを通し、その下方か
らターボ分子ポンプ９６で吸引を行う完全な直列配置に
自ずと限定されることになる。

このような配置では、排ガスがターボ分子ポンプ９６に
到達するまでに、このガス中に含まれる水分の略１００
％がコールドトラップ９２で凝縮されてしまうので、タ
ーボ分子ポンプ９６を水分の除去に寄与させることがで
きない。従って、上記第７図に示される装置のようにク
ライオポンプ８３とターボ分子ポンプ８４の双方で水分
の除去を行うものに比べ、この水分の除去に関しては効
率が悪くなる。

本発明は、このような事情に鑑み、簡単な構造で効率良
く真空排気を行うことができる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〕

本発明は、プロセスチャンバの内部に接続され、その排
気を行う吐出し式真空ポンプと、この吐出し式真空ポン
プと上記プロセスチャンバとの間の通路を開閉する開閉
弁とを備えるとともに、この開閉弁と上記吐出し式真空
ポンプの間の位置で、かつ上記プロセスチャンバと吐出
し式真空ポンプとを直結する通路を残す位置に、運転圧
力下での水（Ｈ２Ｏ）の凝縮温度よりも低くかつ水　　
　　。

ＣＨ２０）以外の使用ガスの凝縮温度よりも高い冷却温
度をもつトラップを設けたものである（請求項１）。

さらに、上記トラップを、上記プロセスチャンバ内から
見て死角となる位置に設けることにより、後述のように
、より優れた効果が得られる（請求項２）。

〔作　用〕

上記構成によれば、プロセスチャンバ内の水分は、トラ
ップによって凝縮され、除去されるとともに、吐出し式
真空ポンプによっても直結通路を通じて排気される。す
なわち、上記水分は、常時トラップおよび吐出し式真空
ポンプの双方で排気されることになり、その他の成分は
吐出し式真空ポンプで排気される。しかも、上記トラッ
プにおける冷却温度は水分以外のガスの凝縮温度よりも
高く設定されているので、大量のプロセスガス等が導入
されても、これによってトラップにオーバーフローが生
じることがない。

さらに、請求項２記載の装置によれば、プロセスチャン
バ内のヒータ等の熱源からの輻射熱がトラップまで届か
ないので、このトラップを保護するための水冷バッフル
等が不要になる。

〔実施例〕

本発明の第１実施例を第１図〜第３図に基づいて説明す
る。

第１図および第２図において、１０はイオンブレーティ
ングやスパッタリング等の工程が実行されるプロセスチ
ャンバであり、このプロセスチャンバ１０の内部には、
仕切り弁（開閉弁）１２およびＬ型マニホールド１４を
介してターボ分子ポンプ１６および補助引きポンプ１８
が接続されている。上記し型マニホールド１４は下向き
に配されており、このＬ型マニホールド１４の下端部に
上記ターボ分子ポンプ１６が取付けられている。

そして、このＬ型マニホールド１４のコーナー部に、側
方に延びる導出管２２を介してクライオトラップ２０が
接続されている。

このクライオトラップ２０は、第４図に示されるような
トラップケース２４．１段冷凍機（１段膨脹室および１
段蓄冷器のみを備えた冷凍機）２５、および伝熱リング
２７を備え、上記トラップケース２４が上記導出管２２
に接続された状態で、このトラップケース２４の中に伝
熱リング２７が収納されている。この伝熱リング２７は
、上記１段冷凍機２５に接続されており、この伝熱リン
グ２７の内側面には多数の凝縮パネル２８が周方向に沿
って配設されている。

上記１段冷凍機２５には第２図に示されるようなヘリウ
ムガスコンプレッサ３０が接続され、この１段冷凍機２
５によって上記伝熱リング２７が冷却されることにより
、この伝熱リング２７に固定された各吸着パネル２８が
所定温度に保持されるようになっている。

この凝縮パネル２８の冷却温度は、運転圧力下での水分
の凝縮温度よりも低く、かつ他のガスの凝縮温度よりも
高い温度に設定される。具体的に、この実施例では、Ｔ
ｉＮ薄膜等、窒化物プロセスの場合、水分の平衡蒸気圧
が約１０〜１ｏ−１０Ｔｏｒ＋となる温度（約１３０°
Ｋ）よりも低く、かつ窒素ガス（Ｎ　　”）の平衡蒸気
圧が約１０−９〜１０”　Ｔｏｒｒとなる温度（約２５
〜３０Ｋ）よりも高い温度に設定される。

このクライオトラップ２０の配設位置は、プロセスチャ
ンバーθ内から見て死角となる位置に設定されている。

すなわち、第３図に示されるように、吸引口１１からど
のような角度で外側を覗いても上記クライオトラップ２
０の凝縮パネル２８が見えることのないように上記導出
管２２の導出寸法！（第３図）が設定されている。

なお、第２図において２６は、クライオトラップ２０に
おいて、停電時等、冷却能力が無くなった場合に液化し
た水分を取出すためのドレン口である。

このような装置において、仕切り弁１２を開き、ターボ
分子ポンプ１６を作動させてプロセスチャンバ１０内の
ガスを吸引すると、このガス中の水分が導出管２２を介
してクライオトラップ２０により凝縮、除去されるが、
上記プロセスチャンバ１０とターボ分子ポンプ１６とを
直結する通路も確保されているので、上記クライオトラ
ップ２０のみにより水分が除去されるわけではなく、一
部の水分はターボ分子ポンプ１６によっても直接吸引、
除去される。すなわち、ガス中の水分はクライオトラッ
プ２０およびターボ分子ポンプ１６の双方で除去される
。

これに対し、水分以外のガス成分は、クライオトラップ
２０で凝縮されずにこれをす通りし、専らターボ分子ポ
ンプ１６によって吸引、除去される。クライオトラップ
２０の凝縮パネル２８の温度は水分しか凝縮しない温度
に設定されているためである。従って、プロセスチャン
バ１０内に大量のプロセ゛スガスが導入されている場合
でも、クライオトラップ２０にオーバーフローが生じる
ことはない。

よって、この装置によれば、例えば前記第８図に示され
るようなアークイオンプレーティング工程を実行する場
合でも、同図のプロセスＰ２〜Ｐ６までの工程でターボ
分子ポンプ１６およびクライオトラップ２０の双方によ
って不都合なく真空排気を行うことができ、真空排気効
率および水分除去の大幅な向上を図ることができる。ま
た、この配置では仕切り弁１２が一つで十分であるため
、構造および操作手順が簡略化される。

さらに、この実施例では、プロセスチャンバ１０内から
見て死角となる位置にクライオトラップ２０があるので
、プロセスチャンバ１０内のヒータ等により発生する熱
はクライオトラップ２０に輻射伝達されず、このため、
水冷バッフル等の特別な手段を用いなくてもクライオト
ラップ２０を熱的に保護することができる。

なお、クライオトラップ２０における水分の凝縮が進行
すると、これに伴って同トラップ２０の表面温度が上昇
するので、この温度が、水の平衡蒸気圧が１０　’Ｔｏ
ｔｒ台に達する温度（約１３０°Ｃ以上の温度）となっ
た時点で、クライオトラップ２０の再生を行うことが望
ましい。その具体的な手順としては、まずヘリウムガス
コンプレッサ３０および１段冷凍機２５をオフに切換え
てクライオトラップ２０を昇温させ、次いでターボ分子
ポンプ１６および補助引きポンプ１８を作動させて、ト
ラップ面から再放出されるガス（すなわち水蒸気）を吸
引、排出するようにすればよい。

このクライオトラップ２０の配置には種々の変形例が考
えられる。例えば、第５図に示されるようにプロセスチ
ャンバ１０にＴ型マニホールド３２を配し、その上端に
クライオトラップ２０を取付け、下端にターボ分子ポン
プ１６を取付けるようにしても、クライオトラップ２０
を上記死角に逃がすことができる。ただし、この構造の
場合、停電等のアクシデントによって冷却源が切られ、
クライオトラップ２０の温度が常温近くまで戻ると、こ
のクライオトラップ２０に凝縮されていた水分が液化し
、停止しているターボ分子ポンプ１６に滴下するおそれ
があるのに対し、第１図〜第３図に示したようにクライ
オトラップ２０を側方に逃がすようにすれば、ドレン口
２６から水抜きを行うことが可能となるため、その分有
利となる。

次に、第２実施例を第６図に基づいて説明する。

ここでは、本発明におけ、るトラップとして、上記のよ
うな凝縮パネル２８を有するクライオトラップ２０に代
えてクライオコイル３６を用いている。このクライオコ
イル３６は、上記実施例と同様の導出管２２に接続され
たハウジング３８内に収納され、その内部には冷凍機３
４で冷却された冷媒が循環されるようになっている。

このような手段を用いても、クライオコイル３６の温度
を前記と同様の値に設定することにより、同じく優れた
効果を得ることができる。

また、本発明では吐出し式真空ポンプの種類を問わず、
上記ターボ分子ポンプ１６の他、油拡散ポンプ等、種々
のガスを吸引、排気することができるポンプを用いるこ
とにより上記効果が得られるものである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、プロセスチャンバの内部に吐出
し式真空ポンプを接続し、両者の間の位置で、かつ両者
を直結する通路を残す位置にトラップを設け、このトラ
ップの凝縮部の温度を、運転圧力下での水分の凝縮温度
よりも低くかつ水分以外の使用ガスの凝縮温度よりも高
い温度としたものであるので、プロセスガス等の導入に
よるトラップのオーバーフローといった不都合を伴うこ
となく、常時トラップと吐出し式真空ポンプの双方でプ
ロセスチャンバ内の真空排気を行うことができ、これに
より真空排気効率および水分除去の大幅な向上を図ると
ともに、開閉弁を単一にすることを可能にして構造およ
び操作手順の簡略化を図ることができる効果がある。

さらに、請求項２記載の構成によれば、上記トラップを
上記プロセスチャンバ内から見て死角となる位置に設け
ることにより、水冷バッフル等の特別な手段を用いるこ
となく、上記トラップをプロセスチャンバ内のヒータ等
の熱源による輻射熱から保護することができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における真空排気装置の一部
断面正面図、第２図は同装置の一部断面側面図、第３図
は同装置の断面平面図、第４図は同装置に設けられたク
ライオトラップの断面側面図、第５図は同クライオトラ
ップの他の配置例を示す一部断面正面図、第６図は第２
実施例における真空排気装置の一部断面正面図、第７図
は従来の真空配置装置の一例を示す断面正面図、第８図
は同装置において実行されるアークイオンブレーティン
グの工程を示すサイクル工程図、第９図は従来の真空排
気装置の他の例を示す断面正面図である。 １０・・・プロセスチャンバ、１２・・・仕切り弁（開
閉弁）、１４・・・Ｌ型マニホールド、１６・・・ター
ボ分子ポンプ（吐出し式真空ポンプ）、２０・・・クラ
イオトラップ、２２・・・導出管、２８・・・凝縮パネ
ル、３６・・・クライオコイル（トラップ）。 特許出願人　　　　　株式会社　神戸製鋼所代　理　人
　　　　　弁理士　　小谷　悦司同　　　　　　　弁理
士　　長１）　玉箱　　３　　　図 第　　４　　図 第　　５　　　図 第　　８　　図 第　　９　　　図 ソｂ 平成　３年　５月１３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プロセスチャンバの内部に接続され、その排気を行
   う吐出し式真空ポンプと、この吐出し式真空ポンプと上
   記プロセスチャンバとの間の通路を開閉する開閉弁とを
   備えるとともに、この開閉弁と上記吐出し式真空ポンプ
   の間の位置で、かつ上記プロセスチャンバと吐出し式真
   空ポンプとを直結する通路を残す位置に、運転圧力下で
   の水（Ｈ＿２Ｏ）の凝縮温度よりも低くかつ水（Ｈ＿２
   Ｏ）以外の使用ガスの凝縮温度よりも高い冷却温度をも
   つトラップを設けたことを特徴とする真空排気装置。 ２、請求項１記載の真空排気装置において、上記トラッ
   プを、上記プロセスチャンバ内から見て死角となる位置
   に設けたことを特徴とする真空排気装置。