KR101177306B1

KR101177306B1 - 크라이오 펌프 및 스패터링 장치 및 반도체 제조장치

Info

Publication number: KR101177306B1
Application number: KR1020070030759A
Authority: KR
Inventors: 료스케 츠유키
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-08-30
Also published as: KR20080088182A

Abstract

본 발명은 특히 진공용기 내를 진공으로 하는 진공형성수단으로서 이용되는 크라이오 펌프 및 이를 이용한 스패터링 장치, 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 쿨다운 시간의 단축을 도모하면서 진공용기를 원하는 진공도로 하는 것을 과제로 한다.

크라이오 펌프(20)에 마련되는 열 실드(24)를, 루버(26)와 냉동기(30) 사이에서 열의 통로를 형성하는 제1 실드부재(33)와, 이 열의 통로를 형성하지 않는 제2 실드부재(34)를 포함하는 복수의 부재로 분할하였다. 그리고, 제1 실드부재(33)의 재료로서 제2 실드부재(34)에 비하여 높은 열전도율을 가지는 재료(구리)를 이용함과 함께, 제2 실드부재(34)의 재료로서, 동일 체적으로 비교한 경우에 제1 실드부재(33)에 비하여 작은 열용량을 가지는 재료(알루미늄)를 이용하였다.

크라이오 펌프, 스패터링 장치, 반도체, 실드부재, 루버, 냉동기

Description

크라이오 펌프 및 스패터링 장치 및 반도체 제조장치{Cryo pump and spattering device and semiconductor manufacturing device}

도 1은, 본 발명의 일실시예인 크라이오 펌프를 이용한 반도체 제조장치를 나타낸 요부 단면도이다.

도 2는, 본 발명의 일실시예인 크라이오 펌프를 구성하는 열 실드를 확대하여 나타낸 사시도이다.

도 3은, 도 2에 있어서의 A-A선을 따른 단면도이다.

도 4는, 본 발명의 일실시예인 크라이오 펌프의 쿨다운시에 있어서의 열 실드의 온도변화를, 종래의 것과 비교하여 나타낸 도면이다.

도 5는, 본 발명의 일실시예인 크라이오 펌프에 마련된 루버의 온도변화를, 종래의 것과 비교하여 나타낸 도면이다.

도 6은, 종래의 일례인 크라이오 펌프의 요부 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 프로세스 챔버

10a : 진공용기

12 : 러핑 펌프(roughing vacuum pump )

14 : 프로세스 가스 도입구

20 : 크라이오 펌프

21 : 1단(段)(냉각) 스테이지

22 : 2단(段)(냉각) 스테이지

24 : 열(熱) 실드

26 : 루버

28 : 크라이오 패널(cryopanel)

30 : 냉동기

33 : 제1 실드부재

34 : 제2 실드부재

35 : 제3 실드부재

본 발명은 크라이오 펌프 및 스패터링 장치 및 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 특히 프로세스 챔버 등의 진공용기 내를 진공으로 하는 진공형성수단으로서 이용되는 크라이오 펌프 및 이를 이용한 스패터링 장치, 반도체 제조장치에 관한 것이다.

[종래기술]

종래, LSI나 초(超)LSI를 제조할 때 등에, 오일리스(oilless)의 청정한 진공을 형성하기 위하여 이용되는 진공 펌프로서 다단식(多段式) 크라이오 펌프가 알려져 있다. 이 크라이오 펌프는, 프로세스 가스를 유입시키는 프로세스 챔버 등의 진공용기에 연결하여, 이 진공용기 내의 가스를 극저온면에 흡착 응축시켜서 진공을 생성한다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

도 6은, 종래의 일례인 축냉기식(蓄冷器式) 냉동기를 이용한 크라이오 펌프를 나타내고 있다. 크라이오 펌프는, 2단식 GM(기포드ㆍ맥마흔(Gifford-McMahon)) 사이클 냉동기(51)(이하, 단순히 냉동기(51)라고 함)와, 이 냉동기(51)에 가스관(53)을 통하여 접속된 헬륨 압축기(52)를 구비하고 있으며, 냉동기(51)의 저온부분은, 단열 진공 외통(外筒)(61)에 삽입되어 있다. 또한, 단열 진공 외통(61)에는, 도시하지 않은 프로세스 챔버 등의 진공용기가 접속되어 있다.

냉동기(51)는, 제1단(段) 냉각 스테이지(54)와 제2단 냉각 스테이지(55)를 가지고 있다. 제1단 냉각 스테이지(54)에는, 제1 냉각 패널로서 기능하는 열(熱) 실드(56)가 장착되고, 이 열 실드(56)에는, 크라이오 패널(58)의 상측에 간격을 두고, 루버(60)가 마련되어 있다. 이 열 실드(56) 및 루버(60)는, 예컨대 80K 정도로 냉각되어, 진공용기 중의 수증기, 탄산가스 등의 응고점이 비교적 높은 기체성분을 응축한다.

제2단 냉각 스테이지(55)에는, 크라이오 패널(58)이 장착되고, 예컨대, 약 20K 정도로 냉각된다. 이로써, 진공용기 중의 질소, 아르곤 등의 보다 저(低)응고점의 가스는, 크라이오 패널(58)에 응축된다. 또한, 초고진공을 얻기 위하여는, 더 욱 응고점이 낮은 수소나 헬륨을 배기할 필요가 있고, 이 경우에는 크라이오 패널(58)의 일부에 수소나 헬륨 등의 기체성분을 흡착하는 흡착제로서 활성탄(59)이 부착된다.

또한, 응축 및 흡착에 의하여 기체성분을 모은 크라이오 패널(58)은, 원하는 시기에 재생된다. 이 재생은, 예컨대 열 실드(56) 및 크라이오 패널(58)을 소정의 온도까지 승온시켜서, 응축 및 흡착된 기체성분을 크라이오 패널(58)로부터 방출함으로써 행하여진다. 또한, 그 후 다시 진공도를 올리기 위하여 냉각하는 시간을 쿨다운 타임이라고 한다.

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 평05-312149호 공보

그러나, 종래의 크라이오 펌프는, 열 실드(56)가 단일 재료에 의하여 제조되고 있었다. 일반적으로는, 열 실드(56)는 구리(Cu) 혹 알루미늄(Al)에 의하여 제조되고 있다.

그러나, 열 실드(56)를 구리에 의하여 제조했을 경우에는, 알루미늄에 의하여 열 실드(56)를 제조한 경우에 비하여 열용량이 커져서, 상기한 재생시에 있어서 쿨다운 시간을 길게 요하여, 효율이 좋은 재생처리를 행할 수 없다는 문제점이 있었다.

이를 구체예를 들어서 설명한다. 열용량이란, 어느 물질의 온도를 섭씨 1℃ 올리는데 요하는 열량을 말하며, 똑같은 물질에서는 질량과 비열의 곱이 된다. 지 금, 열 실드(56)의 온도가 300K, 열 실드(56)의 체적을 V(㎤)이었다고 하면, 구리(Cu)의 비열이 400(J/KgK), 알루미늄(Al)의 비열이 900(J/KgK), 구리(Cu)의 밀도가 8.96 × 10^-3(Kg/㎤), 알루미늄(Al)의 밀도가 2.69 × 10^-3(Kg/㎤)이라 한다. 그러면, 구리(Cu)의 열용량은, V(㎤) × 8.96 × 10^-3(Kg/㎤) × 400(J/KgK) ＝ 3.584 × V(J/K)가 된다. 이에 대하여 알루미늄(Al)의 열용량은, V(㎤) × 2.69 × 10^-3(Kg/㎤) × 900(J/KgK) ＝ 2.42 × V(J/K)가 된다. 이와 같이, 열 실드(56)를 구리로 제조한 경우에는, 알루미늄으로 열 실드(56)를 제조한 경우에 비하여 열용량이 커진다.

한편, 열 실드(56)를 알루미늄에 의하여 제조한 경우에는, 냉동기(51)의 제1단(段) 냉각 스테이지(54)로부터 루버(60)에 이르는 사이에 있어서의 열구배(熱勾配)가 커져 버린다. 즉, 알루미늄은 구리에 비하여 열전도율이 낮으므로, 예컨대 온도가 높은 프로세스 가스가 루버(60)에 닿아서 루버(60)의 온도가 상승하고, 냉동기(51)의 제1단 냉각 스테이지(54)에서 발생하는 한랭(寒冷)이 루버(60)까지 열전달되지 않는다.

이로 인하여, 루버(60)를 효율적으로 냉각할 수 없어, 루버(60)에서 흡착되어야 할 진공용기 중의 기체성분이 충분히 응축되지 않은 채 크라이오 패널(58)에 이르는 것이 된다. 이로써, 기체성분의 크라이오 패널(58)에의 응축 및 흡착이 효율적으로 행하여지지 않게 되어, 진공용기를 원하는 진공도로 할 수 없을 우려가 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 쿨다운 시간의 단축을 도모하면서 진공용기를 원하는 진공도로 할 수 있는 크라이오 펌프 및 스패터링 장치 및 반도체 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 다음에 기술하는 각 수단을 강구한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 1 기재의 발명은,

제1 응축 패널을 마련한 열(熱) 실드와, 이 열 실드에 접속되는 냉동기를 가지는 크라이오 펌프에 있어서,

상기 열 실드를, 상기 제1 응축 패널과 상기 냉동기 사이에서 열의 통로를 형성하는 제1 부재와, 상기 열의 통로를 형성하지 않는 제2 부재를 포함하는 복수의 부재로 분할하고,

상기 제1 부재의 재료로서, 상기 제2 부재에 비하여 높은 열전도율을 가지는 재료를 이용함과 함께,

상기 제2 부재의 재료로서, 동일 체적으로 비교한 경우에 상기 제1 부재에 비하여 작은 열용량을 가지는 재료를 이용한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 발명에 의하면, 제1 응축 패널과 냉동기 사이에서 열의 통로를 형성하는 열 실드의 제1 부재는, 제2 부재에 비하여 높은 열전도율을 가지는 재료를 이용 하고 있으므로, 열부하가 있는 경우이더라도 제1 응축 패널과 냉동기 사이에서 온도구배(溫度勾配)를 낮게 억제할 수 있어, 제1 응축 패널의 온도상승을 방지하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 열의 통로를 형성하지 않는 제2 부재는, 동일 체적으로 비교한 경우에 제1 부재에 비하여 작은 열용량을 가지는 재료를 이용하고 있으므로, 크라이오 펌프의 재생시에 있어서의 쿨다운 타임을 단축할 수 있다.

또한, 청구항 2 기재의 발명과 같이,

청구항 1 기재의 크라이오 펌프에 있어서,

상기 제1 부재가 구리이고, 상기 제2 부재가 알루미늄인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 발명에 의하면, 구리는 알루미늄에 비하여 높은 열전도율을 가지며, 또한 알루미늄은 구리에 비하여 동일 체적에서 작은 열용량을 가지므로, 제1 부재로서 구리를 이용함과 함께 제2 부재로서 알루미늄을 이용함으로써, 프로세스 가스에 의한 열부하가 있는 경우이더라도, 1단(段) 응축 패널의 온도상승을 방지함과 함께 쿨다운 타임이 짧은 크라이오 펌프를 실현할 수 있다.

또한, 청구항 3 기재의 발명은,

청구항 1 또는 청구항 2 기재의 크라이오 펌프에 있어서,

상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에, 복사열의 침입을 방지함과 함께 상기 열 실드 내부로의 기체분자의 유입을 가능하게 하는 제3 부재를 마련한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 발명에 의하면, 열 실드의 외부에 존재하는 기체분자는, 제3 부재를 마련한 구성에 의하여 열 실드의 내부로 유입하는 것이 가능하게 되어, 냉동기에 의하여 응축 고화된다. 따라서, 진공용기와 열 실드의 간극의 진공도를 좋게 함으로써, 기체분자가 상온으로부터 열 실드로의 열전도를 일으키지 않으므로 열 실드의 온도가 상승하지 않는다. 또한, 제3 부재는 복사열의 침입을 방지하여, 냉동기로의 입열(入熱)이 방지된다.

또한, 청구항 4 기재의 발명은,

청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 크라이오 펌프에 있어서,

상기 냉동기를 상기 열 실드의 측부에 접속한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 발명에 의하면, 냉동기를 열 실드의 바닥부에 접속하는 구성에 비하여, 루버와 냉동기 사이에 있어서의 열의 통로를 짧게 할 수 있어, 루버를 효율적으로 냉각할 수 있다.

또한, 청구항 5 기재의 발명과 같이,

청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 크라이오 펌프를 스패터링 장치에 마련한 구성으로 하여도 좋다.

또한, 청구항 6 기재의 발명과 같이,

청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 크라이오 펌프를 반도체 제조장치에 마련한 구성으로 하여도 좋다.

＜실시예＞

다음으로, 본발명을 실시하기 위한 최량의 형태(실시예)에 대하여 도면과 함께 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 크라이오 펌프(20)를 마련한 반도체 제조장치를 나타내고 있다. 크라이오 펌프(20)의 설명에 앞서서, 우선 반도체 제조장치의 구성 및 이를 이용한 웨이퍼(18)에 대한 가공 순서에 대하여 설명한다.

반도체 제조장치는, 프로세스 챔버(10)를 가지고 있다. 이 프로세스 챔버(10)는, 기계적인 회전 펌프인 러핑(roughing) 펌프(12)와, 크라이오 펌프(20)와, 프로세스 가스 도입구(14)를 접속하여 기밀하게 형성되며, 내부에서 스패터링 등의 프로세스를 행하기 위하여, 타깃(16)이나 웨이퍼(18)를 설치하여, 스패터링 가공을 행한다.

이 반도체 제조장치를 이용한 웨이퍼(18)의 가공 순서는 다음과 같다.

우선, 러핑 펌프(12)를 이용하여 진공용기(10a)의 내부를 1㎩ 정도까지 거칠게 진공흡인을 행한다. 크라이오 펌프(20)는, 어느 정도의 진공 이상이 아니면, 기체분자의 열전도에 의하여 상온으로부터의 입열량이 크서 냉각이 불가능하다. 이로 인하여, 반드시 기계적인 펌프(12)를 이용하여 진공용기(10a)를 진공흡인할 필요가 있다.

우선, 프로세스 챔버(10)와 진공용기(10a)는 게이트 밸브(40)로 분리되고 (도 1에 나타낸 상태), 그 후에 러핑 펌프(12)에 의하여 프로세스 챔버(10)에 대하여 거친 진공흡인이 행하여진다. 다음으로 크라이오 펌프(20)를 운전하여, 진공용 기(10a) 내를 10^－7㎩ 정도의 고(高)진공으로 하고, 게이트 밸브(40)를 연다.

크라이오 펌프(20)는, 루버(26), 크라이오 패널(28)(2단(段) (냉각) 스테이지(22)에 접속되므로 2단 패널이라고도 칭함) 등을 기체분자의 고화온도 이하로 냉각하고, 거기에 기체분자의 응축 고화, 또는 활성탄의 냉각에 의한 기체분자의 흡착에 의하여, 고진공을 실현한다.

크라이오 펌프(20)에 의하여, 프로세스 챔버(10) 내(內)가 10^－7㎩ 정도의 고진공이 되면, 다음으로 스패터링 작업을 행하기 위하여, Ar, N₂ 등의 프로세스 가스를 프로세스 가스 도입구(14)로부터 프로세스 챔버(10) 내에 도입한다.

이어서, 상기한 바와 같이 기능하는 크라이오 펌프(20)의 구성에 대하여 설명한다.

크라이오 펌프(20)는, 프로세스 챔버(10)에 접속되어 있다. 이 크라이오 펌프(20)에는, 보통 2단식의 GM(기포드ㆍ맥마흔(Gifford-McMahon)식) 냉동기(30)가 사용되며, 온도가 높은 1단 (냉각) 스테이지(21)에는 열 실드(24)를 마련하여 2단 (냉각) 스테이지(22)를 피복(被覆)하고 있다.

열 실드(24)는, 상온으로부터 오는 복사열을 차단할 목적으로 마련되고, 2단 스테이지(22)로의 입열(入熱)을 억제하고 있다. 또한, 기체분자의 입구에는, 열 실드(24)의 선단에 루버(26) 등을 설치하고 있다.

또한, 루버(26)는 열 실드(24)에 접속되어 있고, 이 열 실드(24)를 통하여 냉각된다. 이로써, 비교적 응고하는 온도가 높은 기체분자(특히 H₂O) 등은, 크라이오 패널(28)에 이르기 전에 루버(26)에 의하여 응축된다.

한편, 2단 스테이지(22)는 10K 정도까지 냉각되므로, 크라이오 패널(28)도 같은 정도의 온도까지 냉각되어, 산소, 질소 등의 응축을 행한다. 또한, 크라이오 패널(28)에 장착되어 있는 활성탄을 냉각하여, 이 활성탄의 미세구멍으로도 가스의 흡착을 행한다. 이로써, 프로세스 챔버(10) 내의 기체분자는 크라이오 펌프(20)에 응축ㆍ흡착됨으로써 감소하고, 따라서 프로세스 챔버(10) 내를 고(高)진공으로 할 수 있다.

여기서, 열 실드(24)의 구성에 주목하여, 도 1 내지 도 3을 참조하면서 이하설명한다.

상기한 바와 같이, 종래(도 6 참조)에는 열 실드(56)는 구리(Cu) 혹은 알루미늄(Al)의 단일 재료에 의하여 제조되어 있었으므로, 열 실드(56)를 구리에 의하여 제조했을 경우에는 열용량이 크기 때문에 쿨다운 시간이 길어지고, 또한 알루미늄에 의하여 제조했을 경우에는 온도구배(溫度勾配)가 크게 되어 루버(60)가 열부하에 의하여 온도상승한다는 문제점이 있었다.

이에 대하여 본 실시예에서는, 열 실드(24)를 복수의 실드부재로 분할한 것을 특징으로 하고 있다. 구체적으로는, 본 실시예에서는 열 실드(24)를 제1 실드부재(33), 제2 실드부재(34), 및 제3 실드부재(35)의 3개의 부재로 분할한 구성으로 하고 있다.

제1 실드부재(33)는, 루버(26)와 냉동기(30) 사이에서 열의 통로를 형성하는 기능을 하는 것이다. 이 제1 실드부재(33)는, 열 실드(24)의 상부에 위치하고 있어, 루버(26)와 일체적인 구성으로 되어 있다. 이 제1 실드부재(33)는 1단(段) 스테이지(21)와 열적으로 접속되고 있으며, 따라서 냉동기(30)가 구동함으로써 제1 실드부재(33) 및 루버(26)는 80K 정도로 냉각된다.

또한, 본 실시예에서는, 이 제1 실드부재(33)를 후술하는 제2 및 제3 실드부재(34, 35)의 재질인 알루미늄(Al)보다도 열전도성이 높은 구리(Cu)에 의하여 형성한 것을 특징으로 한다. 여기서, 표 1에 구리와 알루미늄의 열전도율을 비교하여 나타낸다.

Temp.(K)	Cu(W/mK)	AL(W/mK)
300	300	150
200	300	160
100	460	220
20	1300	225

또한, 제2 실드부재(34)는, 주로 열 실드(24)로서의 본래의 기능을 하는 것이며, 상온으로부터 오는 복사열을 차단하여 2단 스테이지(22)로의 입열(入熱)을 억제하는 기능을 하고 있다. 이 제2 실드부재(34)는, 제1 실드부재(33)와 달리 알루미늄에 의하여 형성되어 있다.

또한, 제2 실드부재(34)는, 제1 실드부재(33)에 대하여 하측으로 이격한 위치에 배치되어 있다. 또한, 제2 실드부재(34)는, 냉동기(30)의 1단 스테이지(21)에 접속되어 있다. 따라서, 제2 실드부재(34)도 냉동기(30)가 구동함으로써, 80K 정도로 냉각된다.

제3 실드부재(35)는, 분할 이격된 제1 및 제2 실드부재(33, 34)의 내측에 블럭 형상의 지지부재(32)(도 2 및 도 3에 나타낸다)를 이용하여 고정되어 있다. 이 제3 실드부재(35)는, 복사열의 침입을 방지함과 함께, 진공용기(10a) 내의 기체분자를 열 실드(24)의 내부로 유입 가능하게 하는 기능을 하는 것이다(이 기체분자의 흐름을 도 1에 화살표 B로 나타냄). 이 제3 실드부재(35)는 알루미늄에 의하여 형성되고 있고, 도 3에 나타낸 바와 같이 2단 스테이지(22) 및 크라이오 패널(28)을 둘러싸도록 설치되어 있다.

여기서, 제3 실드부재(35)의 기능에 대하여, 종래의 열 실드(열 실드가 일체적인 구성)와 비교하면서 설명한다. 이제, 열 실드가 종래와 같이 일체적이었다고 하면, 진공용기(10a)와 열 실드 사이에 형성되는 공간(25)에 Ar, N₂ 등의 기체분자(프로세스 가스)가 진입했을 경우, 이 기체분자에 의하여 상온으로부터 열 실드로 열전도가 발생하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우에는, 열 실드의 온도가 상승하여 루버(26)에 기체분자가 응축되지 않을 가능성이 있다.

이에 대하여 본 실시예와 같이, 제 1 및 제2 실드부재(33, 34)의 내측에 제3 실드부재(35)를 직사광을 막도록 마련함으로써, 복사열은 제3 실드부재(35)에 의하여 차단되어, 열 실드(24)의 내부에 침입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 공간(25)에 Ar, N₂ 등의 기체분자가 진입했을 경우, 이 기체분자는 제1 및 제2 실드부재(33, 34)의 이격 부분으로부터 열 실드(24)의 내부에 유입된다(기체분자의 흐름을 도 1에 화살표 B로 나타냄).

그리고, 열 실드(24) 내에 유입된 기체분자는, 냉동기(30)에 의하여 냉각된 크라이오 패널(28)에서 응축된다. 따라서, 열 실드(24)의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있다.

계속하여, 열 실드(24)에 제1 실드부재(33)와 제2 실드부재(34)를 분리하여 마련함에 따른 작용 효과에 대하여 설명한다.

상기한 바와 같이, 루버(26)가 일체적으로 마련된 제1 실드부재(33)는 구리에 의하여 형성되고 있고, 상온으로부터 오는 복사열을 차단하는 기능을 주로 하는 제2 실드부재(34)는 알루미늄에 의하여 형성되어 있다. 이와 같이, 제1 실드부재(33)와 제2 실드부재(34)는 다른 재질에 의하여 형성되어 있으므로, 분할된 구성으로 되어 있다.

제1 실드부재(33)의 재료가 되는 구리는, 제2 실드부재(34)의 재료가 되는 알루미늄에 비하여 높은 열전도성을 가지고 있다(앞에 나타낸 표 1 참조). 또한, 알루미늄은, 동일 체적으로 비교한 경우, 구리에 비하여 작은 열용량을 가지고 있다.

즉, 본 실시예에 관련된 열 실드(24)는, 제1 실드부재(33)로서 제2 실드부재(34)에 비하여 높은 열전도율을 가지는 재료를 이용함과 함께, 제2 실드부재(34)의 재료로서, 동일 체적으로 비교한 경우에 제1 실드부재(33)에 비하여 작은 열용량을 가지는 재료를 이용한 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성으로 함으로써, 루버(26)와 냉동기(30)(1단 스테이지(21)) 사이에서 열의 통로를 형성하는 제1 실드부재(33)는, 제2 실드부재(34)에 비하여 높은 열전도율을 가지는 재료를 이용하고 있으므로, 루버(26)와 냉동기(30) 사이에 있어서의 온도구배를 낮게 억제할 수 있고, 따라서 루버(26)는, 프로세스 가스 등의 열부하를 견디는 것이 가능하게 된다.

이로써, 비교적 고화하는 온도가 높은 기체분자(특히 H₂O) 등은, 크라이오 패널(28)에 이르기 전에 루버(26)에서 응축되어, 크라이오 패널(28)에 이르는 것을 방지할 수 있다.

또한, 제2 실드부재(34)는, 루버(26)로부터 이격되어 있으므로, 냉동기(30)로부터 루버(26)에 이르는 열의 통로를 형성하지 않는다. 그러나, 제2 실드부재(34)의 재질은, 동일 체적으로 비교한 경우에 제1 실드부재(33)에 비하여 작은 열용량을 가지는 재료를 이용하고 있다. 이로 인하여, 크라이오 펌프(20)의 재생시에 있어서의 쿨다운 타임을 단축할 수 있고, 따라서 크라이오 펌프(20)의 가동율을 높일 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 1단(段) 응축 패널로서 루버(26)를 이용한 예에 대하여 설명하고 있지만, 셰브런(chevron)이나 배플(baffle) 등을 포함하는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 본 실시예에서는, 냉동기(30)가 열 실드(24)의 측부에 접속한 구성으로 되어 있다. 이 구성에 의하면, 냉동기를 열 실드의 바닥부에 접속하는 구성(도 6 참조)에 비하여, 루버(26)와 냉동기(30) 사이에 있어서의 열의 통로를 짧게 할 수 있어, 루버(26)를 보다 효율적으로 냉각할 수 있다.

도 4 및 도 5는, 본 실시예에 관련된 크라이오 펌프(20)의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 나타낸 것은, 본 실시예에 관련된 크라이오 펌프(20)의 쿨다운 타임을 종래와 비교하여 나타낸 도면이다. 동 도면은 종축에 열 실드(24)의 온도를 나타내고 있고, 횡축은 시간을 나타내고 있다.

또한, 실선(實線)은 본 실시예에 관련된 구리로 이루어지는 제1 실드부재(33)와 알루미늄으로 이루어지는 제2 실드부재(34)에 의하여 열 실드(24)를 형성한 크라이오 펌프(20)의 특성을 나타내고 있다. 이에 대하여, 일점쇄선(一点鎖線)은 열 실드 전체를 구리에 의하여 형성한 크라이오 펌프의 특성을 나타내고, 파선(破線)은 열 실드 전체를 알루미늄에 의하여 형성한 크라이오 펌프의 특성을 나타내고 있다. 또한, 쿨다운 시간은, 100K 도달시간으로 판단하였다.

본 실시예에 관련된 크라이오 펌프(20)는, 쿨다운 시간이 59분임에 대하여, 열 실드 전체를 알루미늄에 의하여 형성한 크라이오 펌프의 쿨다운 시간이 54분, 열 실드 전체를 구리에 의하여 형성한 크라이오 펌프의 쿨다운 시간이 67분이었다. 따라서 도 4로부터, 알루미늄으로 열 실드를 형성한 크라이오 펌프에 비하여는 약간 늦지만, 열 실드 전체를 구리에 의하여 형성한 크라이오 펌프에 비하여는 쿨다운 시간을 대폭으로 저감할 수 있는 것이 증명되었다.

도 5는, 프로세스 가스(기체분자)의 입열(入熱)을 가상적으로 정하여 루버(26)에 인가한 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 동 도면에 있어서, 실시예로서 나타낸 것이 본 실시예에 관련된 크라이오 펌프(20)에 대한 시뮬레이션 결과이다.

또한, 동 도면에 있어서 비교예 1로서 나타내고 있는 것은, 열 실드를 알루미늄에 의하여 형성한 크라이오 펌프에 대한 시뮬레이션 결과이다. 또한, 비교예 2로서 나타내고 있는 것은, 열 실드를 구리에 의하여 형성한 크라이오 펌프에 대한 시뮬레이션 결과이다.

여기서, 모두, 루버는 구리에 의하여 형성되어 있는 것으로 하고, 또한 열부하는 5, 15, 30W로 하였다. 또한, 온도측정점은, 루버의 중심위치로 하였다.

동 도면으로부터, 각 열부하에 있어서 본 실시예에 관련된 크라이오 펌프(20)의 루버(26)의 온도는, 열 실드 전체를 알루미늄에 의하여 형성한 크라이오 펌프에 있어서의 루버의 온도와, 열 실드 전체를 구리로 형성한 크라이오 펌프에 있어서의 루버의 온도 사이의 온도로 되어 있고, 특히 열 실드 전체를 구리로 형성한 경우의 특성에 가까운 값으로 되어 있는 것을 알 수 있다.

이는, 루버(26)와 마찬가지로 제1 실드부재(33)가 열전도율이 높은 구리에 의하여 형성되어 있으므로, 루버(26)에 인가된 열은 제1 실드부재(33)를 열전도하여 1단 스테이지(21)에 이르러 냉각되고, 따라서 루버(26)의 온도를 저온으로 유지할 수 있음에 의한다. 따라서, 본 실시예에 관련된 크라이오 펌프(20)를 이용함으로써, 비교적 고화하는 온도가 높은 기체분자는 루버(26)에 의하여 확실하게 응축되고, 따라서 크라이오 펌프(20)에 의한 고(高)진공이 유지된다.

＜산업상의 이용 가능성＞

본 발명은, 스패터링 장치나 반도체 제조장치 뿐만 아니라, 가스 프로세스로 크라이오 펌프를 작동시켜서, 모든 설비에 적용 가능하다.

본 발명에 의하면, 루버를 조기에 또한 확실하게 냉각하는 것이 가능하게 됨과 함께, 크라이오 펌프의 재생시에 있어서의 쿨다운 타임을 단축할 수 있다.

Claims

1단(段) 응축 패널을 마련한 열(熱) 실드와, 이 열 실드에 접속되는 냉동기를 가지는 크라이오 펌프에 있어서,

상기 열 실드를, 상기 1단 응축 패널과 상기 냉동기 사이에서 열의 통로를 형성하는 제1 부재와, 상기 열의 통로를 형성하지 않는 제2 부재를 포함하는 복수의 부재로 분할하고,

상기 제2 부재의 재료로서, 동일 체적으로 비교한 경우에 상기 제1 부재에 비하여 작은 열용량을 가지는 재료를 이용한 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프.

청구항 1에 있어서,

상기 제1 부재가 구리이고, 상기 제2 부재가 알루미늄인 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프.

청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에, 복사열의 침입을 방지함과 함께 상기 열 실드 내부로의 기체분자의 유입을 가능하게 하는 제3 부재를 마련한 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프.

청구항 1에 있어서,

상기 냉동기를 상기 열 실드의 측부에 접속한 것을 특징으로 하는 크라이오 펌프.

청구항 1에 기재된 크라이오 펌프를 구비한 것을 특징으로 하는 스패터링 장치.

청구항 1에 기재된 크라이오 펌프를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.