KR100871822B1

KR100871822B1 - 개량 크라이오펌프

Info

Publication number: KR100871822B1
Application number: KR1020077014726A
Authority: KR
Inventors: 랄프 롱스워스
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2005-02-08
Publication date: 2008-12-03
Also published as: KR20070086744A

Abstract

GM 타입 냉동기에 의하여 냉각되는 크라이오펌프가 개시된다.

여기서, 콜드(제2 스테이지) 크라이오패널(들)은, 팽창기 실린더의 축에 평행으로 배치된 평면 내에 존재한다. 제1 스테이지 팽창 공간의 콜드 엔드는, 상기 크라이오패널들을 수용하는 진공 하우징에 상기 팽창기 실린더가 들어가는 지점에 근접되어 있다. 또한, 상기 크라이오펌프의 2가지 설치 방향성에 대하여, 배수 시스템은, 모든 액체 아르곤과 물을 배출 포트를 통하여 흘러나오도록 하여 제거한다.

Description

개량 크라이오펌프{Improved cryopump}

본 발명의 목적은, 반도체 웨이퍼의 제조 등의 제조 프로세스에서 스퍼터링에 사용되는 크라이오펌프(cryopump)의 신속 재생성(regeneration)을 제공하고자 하는 것이다.

일반적으로 스퍼터링은, 약 1분의 기간 동안에 100 내지 200 scc/m의 아르곤의 흐름과 함께 일어나고, 압력이 2×10^-7 토르(torr) 미만의 기조 압력으로 저하되어 있는 동안에, 가스 흐름의 중단이 뒤따른다. 새 웨이퍼의 로딩은, 약 1분 이내에 이루어지며, 상기 프로세스는 반복된다.

상기 크라이오펌프의 전방의 스로틀(throttle) 플레이트는, 상기 크라이오펌프의 입구(inlet) 측에서의 압력이 1 내지 2×10^-3 토르 범위에 있는 동안에, 스퍼터링 동안에 챔버 내의 압력을 약 1×10^-2 토르의 압력으로 유지한다. 크라이오펌프는, 제2 스테이지(콜드) 크라이오패널 상에서 냉각함으로써 기체 아르곤을 제거하기 때문에, 상기 펌프는, 상기 아르곤 냉각부착물(cryodeposit)을 녹여서 제거하기 위하여, 주기적으로 웜업(재생)되고, 그리고나서, 정상 동작 온도로 다시 재냉각되어야 한다. 물과 수소 같은 다른 기체들은, 훨씬 작은 양이 축적되기는 하지만, 역시 주기적으로 제거되어야 한다.

현재 크라이오펌프를 냉각시키는데 사용되는 2 스테이지 G-M 냉동기는, 제1 스테이지 크라이오패널을 50 내지 100K로, 제2 스테이지 크라이오패널을 약 15K로 냉각한다. 팽창기(expander)는 대개, 단차를 가지는 실린더로서 형성되며, 그 제1 스테이지의 웜(warm) 엔드(end)에 밸브 어셈블리를 가지며, 직경이 큰 제1 스테이지에서 직경이 작은 제2 스테이지로 이행하는 이행부에 제1 스테이지 콜드(cold) 스테이션(50 내지 100K)을, 그리고 가장 끝단에 제2 스테이지 콜드 스테이션(약 15K)을 가진다.

크라이오펌프는, 전형적으로, 상기 팽창기 실린더의 축 상("인라인(in line)"라고도 함)에, 또는 상기 실린더의 축과 수직("로우(low) 프로파일"이라도 함)으로, 입구(inlet)를 가지도록 제조된다. 스퍼터링에 이용되는 크라이오펌프는, 대개 "로우 프로파일" 타입인데, 이는 반도체 프로세스 챔버의 하부나 측부에 탑재될 때 컴팩트하게 되기 때문이다.

이런 용도의 가장 보편적인 크기의 크라이오펌프는, 200mm ID 입구(inlet) 포트를 가진다. "인라인" 크라이오펌프에 대한 크라이오패널은, 전형적으로, 콜드 핑거에 대하여 축 대칭이다. 이런 패널 디자인은, "로우 프로파일" 크라이오펌프에 적용되기도 하는데, 이를 위하여, 미국특허 5,156,007에서와 같이, 팽창기 실린더에 대한 콜드 패널 내의 컷아웃을 가지게 된다. 크라이오펌프는, 가스 냉각의 면에 서는 모든 설치 방향성(orientation)에 있어서 동등하게 잘 동작하지만, 재생시에는, 크라이오펌프의 설치 방향성과 디자인에 따라서, 녹은 냉각부착물이 다른 방향으로 흘러나오게 된다.

미국특허 4,150,549는, 2 스테이지 G-M 냉동기를 사용하여 2개의 축 대칭 크라이오패널을 냉각하는, 전형적인 크라이오펌프를 개시하고 있다. 제1 스테이지는, 입구(웜) 패널을 냉각하며, 이로써, H₂O와 CO₂ 같은 제I 그룹 가스를 펌프 주입하고, 상당한 양의 복사열이 제2 스테이지(콜드) 패널에 도달하는 것을 막지만, Ar과 N₂ 같은 제II 그룹 가스와 H₂와 He 같은 제III 그룹 가스는 통과를 허용한다. 그룹 II 가스는, 컵 형상 콜드 패널의 앞면에서 냉각되고, 그룹 III 가스는, 콜드 패널의 뒷쪽의 흡수제에 흡수된다.

미국특허 4,530,213은, 입구 영역에서 하우징의 뒷쪽으로 직경이 커지는 동심 링의 시리즈로 구성되는 콜드 패널 디자인을 개시하고 있다. 이 디자인은, 스퍼터링에 있어서 더욱 좋은데, 이는, 아르곤이 모일 수 있는 공간이 더 많이 존재하여, 아르곤이 분포될 수 있는 표면적이 더 많기 때문이다.

반도체 웨이퍼의 생산성은,

a) 기조 압력으로의 신속한 재생 시간,

b) 재생과 재생 사이의 사이클 수의 최대화, 및

c) 신속 웜업, 냉동부착물의 신속 제거, 및 신속 쿨다운으로 구성되는 신속 재생

에 의하여 좌우된다.

스퍼터링에 있어서, 기조 압력으로의 신속 재생을 비롯하여, 중요한 요소들은 수없이 많다. 2×10^-7 토르의 기조 압력은, 29K의 고체 아르곤의 표면 상의 최대 온도에 해당된다. 아르곤이 흐르고 있는 기간 동안에, 상기 고체 아르곤의 표면은, 입사 기체의 응축/냉각에 의하여 데워진다. 상기 고체 아르곤을 통한 전도에 의하여, 상기 표면에서 열이 제거된다. 상기 제2 스테이지 크라이오패널이 그 표면에 충분한 아르곤이 부족하면, 표면 온도는 29K로 절대로 데워질 수 없다. 이 경우, 재생 시간은, 주로 상기 챔버에서 상기 크라이오펌프로 들어오는 기체 흐름 패턴의 함수이다. 하지만, 고체 아르곤 층의 두께가 증가함에 따라서, 상기 표면은 점점 데워지며, 상기 표면의 가장 따뜻한 부분을 다시 29K 미만으로 냉각시키는데 걸리는 시간은, 중요한 요소가 된다.

큰 영역에 걸쳐서 균일하게 아르곤을 분포시키도록 함으로써, 상기 표면에서의 온도 상승을 최소화하고, 상기 표면과 상기 크라이오패널 사이의 열전도 경로의 길이를 줄일 수 있다. 20K 아래에서는 열 전도도 k는 크게 증가하고, 비열 Cp는 감소하기 때문에, 상기 크라이오패널의 온도를 15K 아래로 유지하는 것도 또한 중요하다. 아르곤이 흐르는 동안, 비열 Cp가 낮으면, 표면 온도에 있어서 보다 큰 상승이 초래되고, 결국, 상기 표면과 상기 크라이오패널 사이의 온도차 dT는 더 커진다. 열 전도도 k도 높고 온도차 dT도 크면, 표면 온도의 강하가 더 빨라진다.

요컨대, 고체 아르곤의 넓은 면적에 걸친 균일 분포와, 15K 아래의 패널 온 도에 의하여, 신속한 압력 재생이 달성된다.

재생과 재생 사이의 사이클 수를 최대화하는 능력은, 다른 중요한 요소이다. 고체 아르곤은 열 전도도가 높기 때문에, 주어진 압력에서 펌핑 속도가 감소되기 전에, 냉각부착물이 두께에서 2 내지 3 cm 가량 성장되도록 할 수 있다. 전형적인 200mm ID 크라이오펌프에 있어서는, 이는 1,000 내지 1,200 SL의 아르곤과 대략 같다. 스퍼터링 응용예에 있어서는, 상기 용량은, 기조 압력으로의 재생은 2분 미만 이내에 발생되어야 한다는 요구조건에 의하여 제한되므로, 800 SL의 용량이 바람직하다고 생각된다.

미국특허 4,530,213은, 상당한 양의 아르곤을 보유하기 위하여 좋은 배치를 가지는 크라이오패널 어레이 상의 아르곤 냉각부착물의 분포를 개시하고 있다. 미국특허 6,155,059는, 상당한 양의 고체 아르곤을 보유하도록 디자인된 배치의 다른 예이다.

상기 두 디자인은, 냉각부착물이 축적될 수 있도록 하는 상당한 공간을 제공한다. 한편, 미국특허 5,301,511은, H₂가 펌프되도록 상당한 공간을 개방상태로 유지시키기 위한, 아르곤 결빙 응축 설비를 가진다. 아르곤의 응축은, 두꺼운 층의 신속 생성 및 긴 재생 시간을 초래한다.

제3 요소는 신속 재생이다. 크라이오패널의 워밍은, 팽창기 히트(heat) 스테이션 상의 히터들, 진공 하우징의 외측의 외부 히터, 또는, 미국특허 5,361,588에서 설명된 바와 같이 팽창기의 역동작에 의하여 이루어질 수 있다. 후자에 의하면, 히터가 필요 없게 되므로, 구조를 간단히 할 수 있다. 아르곤은 83K에서 녹지만, 열 전도의 전에 그 표면은 42K에 도달해야만 하며, 하우징과 냉각부착물 사이의 기체가 상기 고체 아르곤을 녹게 하는 상당한 열원이 된다. 스퍼터링 동안에 전형적으로 아르곤과 함께 지속적으로 펌프되는 H₂의 존재는, 기체를 통한 가열의 수행에 상당히 기여한다.

1,000 SL의 아르곤의 무게는 1.63 kg이다. 20K에서의 이 양의 고체 아르곤은, 약 1 L의 부피를 가지며, 녹기 위해서는 약 45 kJ의 열이, 증발을 위해서는 263 kJ 이상의 열이 필요하다. 펌프에서 액체 아르곤을 배수하면, 제거에 요하는 시간이 줄어든다. 액체 아르곤을 제거하는 수단은, 미국특허 5,228,229, 미국특허 5,333,466, 미국특허 5,400,604, 미국특허 5,465,584, 및 미국특허 5,542,257에서 다른 설치 방향성을 가지는 펌프들에 대하여 설명되어 있다.

크라이오펌프는, 아르곤과 H₂만을 제거하기 위하여 약 180K의 온도에까지 웜업될 수 있거나, 펌프되었던 모든 기체를 제거하기 위하여 약 300K까지 웜업될 수 있다. 어느 경우에 있어서나, 웜업은 비교적 빠른데, 이는, 히터들이나 역동작을 통하여 입력되는 열이, 전도된 열과 퍼지가스 가열에 의하여 증대되기 때문이다. 그 후, 대개 활성탄에 흡착되어 있는 잔류가스를 되뿜기 위하여 약간의 시간이 필요하다. 일반적인 시간은, 320K로 웜업하는데 25분, 활성탄에서 기체(물)를 되뿜는데 30분, 그리고 20K 아래로 다시 냉각하는데 약 80분이다.

미국특허 5,056,319는, 축 대칭 제2 스테이지 크라이오패널이, "로우 프로파 일" 크라이오펌프의 하우징의 중간에 있는 제2 스테이지 히트 스테이션에 장착될 때에 전형적인, 제1 스테이지 히트 스테이션의 연장을 보여준다. 미국특허 5,156,007은, 크라이오패널 온도보다 높은 어떤 온도에서 아르곤이 동결하지 않도록 하기 위하여, 제2 스테이지 실린더 상에 부가되어야 하는 실드(shield)를 보여준다.

냉각을 위한 시간의 감축이, 본 발명의 하나의 목적이다. 냉각될 물질, 가장 중요하게는 제1 스테이지 히트 스테이션의 질량을 최소화함으로써, 이는 달성된다.

냉각부착물 축적 공간을 최대화하고, 15K 아래의 온도로 유지되어 있는 큰 표면에 걸쳐서 균일하게 상기 냉각부착물을 분포시킴으로써, 신속 압력 재생을 달성하는 것이, 본 발명의 하나의 목적이다.

냉각을 위한 시간의 감축은, 냉각될 물질, 가장 중요하게는 제1 스테이지 히트 스테이션의 질량을 최소화함으로써 달성된다. 냉각부착물 축적 공간은 최대화된다. 조합하면, 이들 두 요소에 의하여 그 후에 재생이 필수적으로 뒤따르게 되는 사이클 수가 증가된다.

본 발명은, 2 스테이지 GM 타입 냉동기를 구비하는 크라이오펌프에 적용되며, 이 냉동기에 있어서, 진공 챔버에 대한 입구 포트는, 팽창기 실린더의 축에 평행인 평면 내에 존재한다. 이는 일반적으로, 스퍼터링 프로세스에 있어서 반도체 웨이퍼의 생산성을 최대화하도록 디자인된다. 200mm 입구 포트를 가지는 크라이오펌프가 이 프로세스를 위하여 전형적으로 이용된다.

본 발명은, 3가지 기본 특징을 구비한다.

첫째, 콜드(제2 스테이지) 크라이오패널은, 팽창기 실린더의 축에 평행하게 형성(팽창기 실린더의 축에 평행인 크라이오패널 표면 상에 하나의 선이 그려질 수 있음)된 평면 내에 존재한다.

둘째, 제1 스테이지 팽창 공간의 콜드 엔드는, 크라이오패널을 수용하는 진공 하우징에 팽창기 실린더가 들어가는 지점에 근접하여 있어서, 제1 스테이지 히트 스테이션의 무게를 최소화한다.

셋째, 배수 시스템에 의하여, 크라이오펌프의 2가지 설치 방향성에 대하여, 모든 액체 아르곤 및 물이 배출 포트를 통하여 흘러나오게 된다.

이 배치에 의하여, 상대적으로 큰 표면적을 가지는 크라이오패널에 전반에 걸쳐서, 충분히 균일하게 많은 양의 고체 아르곤이 모일 수 있다. 종래의 디자인에서 가능했던 것에 비하여, 더 많은 아르곤이 모이고, 그러면서도 재생 시간 요건을 만족할 수 있다. 액체는, 웜업 동안에 직접 배수된다. 상기 크라이오패널 구조는, 2가지 설치 방향성 모두에 있어서, 펌프에서 배수동작이 잘 작동하도록 한다. 제2 스테이지 히트 스테이션은, 하우징의 중간에 있을 필요가 없는데, 이는, 접힌 크라이오패널이, 그 길이를 따라서 어느 곳에도 장착될 수 있기 때문이다. 패널은 제2 스테이지 실린더 상에서 뻗으며, 이로써 독립적인 실드에 대한 필요성이 없어진다. 이들 특징은, 재생이 필요하게 되기 전에 보다 많은 Ar이 모이게 하고, 재생 도중의 웜업 시간을 최소화하며, 냉각 시간을 최소화한다.

도 1은, 본 발명의 주요 특징을 나타내는 크라이오펌프의 측단면도이다. 도 1에는 팽창기 구동기구는 도시되지 않지만, 미국특허 5,361,588에서 볼 수 있다.

도 2는, 도 1에 나타낸 크라이오펌프 하우징의 중앙선을 따른 단면도이다.

도 3은, 크라이오펌프의 입구(inlet)의 평면도로서, 제1 스테이지 루버(louver)가 제거되어서, 도 1의 제2 스테이지 패널들이 보이도록 한 것이다.

도 1에 나타낸 크라이오펌프 어셈블리(9)의 측단면도는, 팽창기 실린더 어셈블리(10), 진공 하우징 어셈블리(20), 제1 스테이지 크라이오패널 어셈블리(30), 제2 스테이지 크라이오패널 어셈블리(40), 및 배출/배수 밸브 어셈블리(50)를 포함하는, 주요 구성요소들을 나타낸다. 팽창기 실린더 어셈블리(10)는, 웜 플랜지(11), 제1 스테이지 실린더(12), 제1 스테이지 히트 스테이션(13), 제2 스테이지 실린더(14), 및 제2 스테이지 히트 스테이션(15)으로 구성되어 있다. 진공 하우징 어셈블리(20)는, 입구 탑재 플랜지(21), 크라이오패널 하우징(22), 실린더 하우징(23), 팽창기 탑재 플랜지(24), 및 배출/배수 포트(25)로 구성되어 있다. 실린더 하우징(23) 상의 탑재 포트들은 도시되지 않았는데, 이들은 압력 게이지, 온도 센서들, 퍼지가스 입력부, 및 히터들 등을 탑재하기 위하여 크라이오펌프에 있어서 일반적으로 표준적으로 구비되는 것들이다. 제1 스테이지 크라이오패널 어셈블리(30)는, 복사 실드(31)("웜 패널"이라고도 함), 입구 루버(32), 액체 댐(dam)(33), 및 배수 포트(34)로 구성되어 있다. 제2 스테이지 크라이오패널 어셈블리(40)(콜드 패널)는, 도 2에 나타나 있는 크라이오패널들(41, 42, 43, 등)로 구성되어 있다. 펌프는, 도시된 바와 같이 입구 탑재 플랜지(21)가 위로 가도록 탑재되거나, 또는 제1 스테이지 실린더(12)가 크라이오패널 하우징(22) 아래에 위치되도록 수직으로 탑재될 수 있다. 배출 밸브 어셈블리(50)는, 스프링 장착 릴리프 밸브(51), "O"링 시일(seal)(52), 핀(fin)(54)을 내부에 구비하는 밸브 바디(53), 상부 연통(55), 및 하부 연통(56)으로 구성되어 있다.

도 1에 나타낸 크라이오펌프 하우징의 중심선을 따른 단면도가 도 2에 도시되어 있다. 제2 스테이지 크라이오패널들(41, 42, 43, 등)의 평평하고 접힌 상태를 볼 수 있다. 제2 스테이지 히트 스테이션(15)은, 제2 스테이지 크라이오패널 어셈블리(40)에 부착하기 위한 큰 표면을 제공하기 위하여 일측에 평면부를 가진다. 입구 루버(32)는, 제2 스테이지 크라이오패널 어셈블리(40)와 대응되는 펌프 입력 포트를 가로질러서 똑바로 뻗는다. 이는 일반적으로, 어셈블리(40)의 중앙부를 열 복사로부터 차폐한다. 이 디자인은, 아르곤이 분산되어 제2 스테이지 크라이오패널의 표면 상에 균일하게 냉각되도록 하는 것을 돕는다. 고체 아르곤이 축적됨에 있어서, 많은 공간이 이용가능하다. 제2 스테이지 크라이오패널들의 뒷면은, H₂를 흡수하기 위하여 활성탄이 코팅되어 있다. 배출/배수 포트(34)도 나타내어져 있다.

도 3은, 제1 스테이지의 입구 루버(32)가 제거된 상태에서 크라이오펌프의 입구 속을 들여다본 제2 스테이지 크라이오패널 어셈블리(40)가 도시되어 있다. 복사 실드(31)와 크라이오패널들(41, 42, 43, 44) 사이에 간격이 마련되어 있어서, H₂가 패널들 주위에 흘러서 활성탄에 도달하도록 하고 있다. 이 도면은, 펌프가 수직으로 탑재되는 때에 입구로부터 액체가 흘러나오는 것을 방지하는 액체 댐(33)도 보여준다. 제1 스테이지 히트 스테이션(13)은, 굴곡되어 있어서, 펌프가 수직으로 방향이 배치되었을 때, 제2 스테이지 실린더(14) 주변에 액체가 흐를 수 있도록 하고 있다. 또한, 복사 실드(31)가, 제1 스테이지 히트 스테이션(13)에 탑재되어 있어서, 펌프가 수직으로 탑재될 때에, 액체가 구멍들을 통하여 제1 스테이지 실린더(12)와 실린더 하우징(23) 사이 영역으로 흘러들 수 없도록 하고 있다.

도 1을 참조하면, 액체 댐(33)이 입구 루버(32)의 전방에 있는 것이 보이며, 이로써, 크라이오펌프가 수직으로 배치될 때, 녹은 물이 크라이오펌프 입구로부터 흘러나오는 것이 방지되고, 배수 포트(34)를 통하여 흘러나오게 된다. 액체 Ar이 재생 동안에 배출 밸브 어셈블리(50)를 통하여 흘러나오게 될 때, "O"링(52)은, 크라이오펌프에 진공이 실시될 때 다시 실링 못할 정도로 경직되는 상태로 냉각된다. 웜업 동안, 가연성 가스들과 독성 가스들을 제거해서 방출하기 위하여 퍼지가스를 흐르게 하는 것이 통상적이다. 퍼지가스는 액체 아르곤이 배출된 후에도 계속 흐르지만, "O"링(52)이 제대로 작동하기에 충분하도록 웜업됨에 소요되는 시간은, 신속 재생 사이클에서는 짧다.

미국특허 5,542,257은, 시일(seal)의 워밍을 가속하기 위한 배출 밸브 상의 히터를 나타내고 있다. 상기 밸브 디자인은, 상기 시일의 신속 웜업을 수행하는 수동적인 방식을 나타낸다. 본원의 밸브 바디(53)는 알루미늄으로 만들어지고, 이는 높은 열 전도도를 가지며, 그 내부에 구비된 핀(fin)(54)을 가지고 있다. 상기 핀을 통한 주변 공기의 흐름은, 자연 대류에 의하여 증진되는데, 이는 상부 및 하부 연통(55, 56)에 연결되면 향상된다. 하부 연통(56)은, 그 내부에 냉기를 가지고 있으며, 이는 주변 공기보다 밀도가 크다. 공기가 상기 핀을 통하여 흐르게 하는 구동력은, 밀도차와 하부 연통(56)의 길이에 비례하며, 이는 상기 연통들이 제거된 경우보다 핀을 통한 공기 흐름을 더욱 증진한다. 상기 연통들은, 도시된 수평 배치 뿐만 아니라 수직 배치에 대하여도, 어느 경우나 구동력을 생기게 하는 디자인이 된다.

도 1 내지 도 3은, 복사 실드(31)와 크라이오패널 하우징(22) 사이의 비교적 작은 간극을 나타내고 있다. 작은 간극은, 웜업 동안에 상기 하우징에서 복사 실드 쪽으로의 열 전도에 도움이 된다. 미국특허 4,449,373은, 상기 간극의 입구측의 배리어(barrier)와 상기 복사 실드의 바닥의 1 이상의 구멍을 이용하여, 스퍼터링 동안에 상기 간극 내의 압력을 충분히 낮게 유지할 수 있도록 하여, 하우징(22)에서 복사 실드(31)로 향하는 열 전도가 극히 작게 하는 것을 기재하고 있다. 본 발명의 디자인에서, 배수 포트(34)는, 상기 간극으로부터 기체를 펌프하는데 필요한 개구를 제공한다.

표 1은, 고체 Ar의 특성의 편집내용이며, 이는 Ar 스퍼터링 프로세스 동안에 상기 크라이오펌프의 재생 시간에 영향을 주는 요소들에 관한 앞서의 논의를 설명하는데 도움이 된다. 온도가 10K 쪽으로 감소됨에 따른 열 전도도의 증가와 비열 Cp의 감소 및 고체 Ar의 표면에서의 포화 온도-압력 관계가 중요하다. 상기 크라이오펌프 입구에서 측정되는 압력은, 최고 표면 온도의 함수임이 알려져 왔다. 신속 재생을 달성하기 위하여, 상기 크라이오패널 온도를 15K 아래로 유지하고, 고체 Ar을 큰 면적에 걸쳐서 균일하게 분포시키는 것이 중요하다.

온도	열 전도도	Cp(비열)	P sat(포화 압력)
K	mW/cm K	J/g K	Torr
10	35	.09
15	20	.20
20	12	.29
25	10	.38	6.8*10^-10
30	8	.45	4.5*10^-7
36	7	.53	1.0*10^-4
42	6	.58	5*10^-3

본 발명에서 설명된 크라이오펌프는, 스퍼터링에 있어서의 200mm ID 펌프에 집중되어 있지만, 제1 스테이지 히트 스테이션 단부를 크라이오패널 진공 하우징에 구비하고, 수평 배치 및 수직 배치의 양쪽에 모두 작동하는 액체 배수 시스템을 가지는, 로우 프로파일 크라이오펌프의 제2 스테이지 실린더 상에 접힌 평판 패널의 기본 개념은, 다른 크기 하우징과 다른 응용예에도 적용될 수 있다.

본 발명은, 반도체 웨이퍼의 제조 등의 제조 프로세스에서 스퍼터링에 사용 되는 크라이오펌프(cryopump)에 적용된다.

Claims

2 스테이지 GM 타입 냉동기에 의하여 냉각되며, (1) 진공 챔버를 구획하는 하우징과, (2) 상기 하우징 내에 배치되는 제1 스테이지 크라이오패널 및 적어도 하나의 제2 스테이지 크라이오패널과, (3) 상기 냉동기의 팽창기 실린더의 축과 평행한 평면 내에 배치되는, 상기 팽창기 실린더로부터의 상기 진공 챔버에 대한 입구 포트를 구비하는 크라이오펌프에 있어서,

a) 상기 적어도 하나의 제2 스테이지 크라이오패널은, 상기 팽창기 실린더의 축과 평행한 평면 내에 존재하고,

b) 상기 진공 챔버 내의 제1 스테이지 팽창 공간의 콜드 엔드(cold end)는, 상기 크라이오패널들을 수용하는 상기 진공 챔버의 하우징에 상기 팽창기 실린더가 들어가는 지점에 근접하여 배치되며,

c) 상기 하우징의 측벽과 저벽 사이의 관통부로서 상기 팽창기 실린더에 대응되는 부분에 배수 시스템을 배치하고, 상기 배수 시스템의 배출 포트를 통하여 액체 아르곤과 물을 모두 제거하도록 하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 1에 있어서,

상기 배수 시스템은, 높은 열 전도도를 가지는 재질로 이루어지는, 핀(fin)을 가지는 배출 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 2에 있어서,

상기 배수 시스템은, 상기 핀을 가지는 배출 밸브에 공기 흐름을 유도하기 위한, 입력 매니폴드(manifold)와 출력 매니폴드를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
GM 타입 냉동기에 의하여 냉각되며, (1) 2 스테이지 팽창기와, (2) 상기 팽창기의 실린더 축에 수직인 진공 챔버에 대한 입구를 가지는 크라이오펌프에 있어서,

제1 스테이지 크라이오패널 어셈블리를 구비하며,

상기 제1 스테이지 크라이오패널 어셈블리는,

a) 상기 팽창기의 제1 스테이지 히트 스테이션에 장착되고, 또한

b) 상기 팽창기의 제2 스테이지에 장착된 제2 스테이지 크라이오패널 어셈블리를 에워싸며,

상기 제2 스테이지 크라이오패널 어셈블리는, 상기 팽창기의 제2 스테이지 실린더 상에서 겹쳐진 평판들로 구성되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 4에 있어서,

상기 제2 스테이지 실린더의 축을 따라서 중심이 맞춰진 평판으로 구성된 입구 루버를 포함하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 5에 있어서,

상기 입구 루버는, 상기 제2 스테이지 크라이오패널 어셈블리로부터 적어도 3 cm만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 4에 있어서,

상기 제1 스테이지 히트 스테이션은, 상기 크라이오패널을 에워싸는 크라이오패널 하우징과 상기 실린더를 에워싸는 실린더 하우징 사이의 상기 진공챔버를 에워싸는 진공 하우징 어셈블리 내의 접합점에 근접하여 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 4에 있어서,

상기 제1 스테이지 크라이오패널 어셈블리와 상기 진공챔버를 에워싸는 진공 하우징 어셈블리에는, 액체 배수용 포트가 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 8에 있어서,

상기 크라이오펌프는, 상기 입구를 위쪽에 배치하여 수평으로 장착되거나, 또는 상기 팽창기의 제2 스테이지 히트 스테이션을 위쪽에 배치하여 수직으로 장착될 수 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 9에 있어서,

상기 크라이오펌프는 수직으로 배치되고,

상기 제1 스테이지 크라이오패널 어셈블리의 복사 실드는 상기 제1 스테이지 히트 스테이션에 장착되어, 액체가 상기 제2 스테이지 실린더 주변을 타고 흘러서, 모든 액체가 상기 액체 배수용 포트를 통하여 흘러나오도록 하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
2 스테이지 GM 타입 냉동기에 의하여 냉각되며,

팽창기 실린더 어셈블리, 진공 하우징, 제1 스테이지 크라이오패널, 평판형 제2 스테이지 크라이오패널, 및 배출/배수 밸브를 구비하고,

상기 팽창기 실린더 어셈블리가, 웜 플랜지, 제1 스테이지 실린더, 제1 스테이지 히트 스테이션, 제2 스테이지 실린더, 및 제2 스테이지 히트 스테이션을 구비하는 크라이오펌프에 있어서,

상기 진공 하우징에 구비되는 진공 챔버에 대한 입구 포트는, 상기 팽창기 실린더 어셈블리의 축에 평행한 평면 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 11에 있어서,

상기 진공 하우징 내의 제1 스테이지 팽창 공간의 콜드 엔드는, 상기 크라이오패널들을 수용하는 상기 진공 하우징에 상기 팽창기 실린더 어셈블리가 들어가는 지점에 근접하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 12에 있어서,

상기 크라이오펌프의 배치 방향이 수직 또는 수평인지에 상관없이, 액체 아르곤과 물이 배출 포트를 통하여 흘러나오도록, 상기 진공 하우징의 일부분으로서, 하측이 되는 부분에 배치되는 배수 시스템을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 13에 있어서,

상기 크라이오펌프의 입구 포트를 가로질러서 위치되어, 상기 제2 스테이지 크라이오패널의 중앙부를 차폐하는 입구 루버를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
청구항 13에 있어서,

상기 크라이오펌프가 수직으로 탑재될 때에, 상기 크라이오펌프의 입구 포트로부터 액체가 흘러나오는 것을 방지하도록 위치되는 액체 댐을 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.