JPH02248659A - 高真空排気装置 - 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】 〔概　要〕 半導体製造装置や粒子加速器等の超高真空を必要とする
機器に用いられる高真空排気装置に関し、超高負空領域
において、分子排気の選択性を蕪（し、緊急停止による
著しい真空劣化が防止できる超真空排気装置を提供する
ことを目的とし、静翼に対して動翼を高速回転させてそ
のターボ機能により真空槽から入射する気体分子に特定
方向の運動量を与えて真空槽から排気するターボ分子ポ
ンプ機構と、前記ターボ分子ポンプ機構から排出された
気体分子を極低温に冷却された冷却トラップで凝結捕集
して空間から排除するクライオポンプ機構とからなる構
成である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体製造装置や粒子加速器等の超高真空を
必要とする機器に用いられる高真空排気装置に関する。

近年、半導体製造工程等において、例えば、所望の物質
以外の物質が清浄な半導体表面に付着するのを避けなが
ら所望の処理を行うために、１０−１〜１０−”ｔｏｒ
ｒ程度以上の高真空が必要になってきたが、この場合広
く用いられている油拡散ポンプは、僅かではあるが油の
蒸気が真空にすべき空間に逆流してくるのを防止できな
いので使用できない。

このような清浄な超高真空を得るために、ターボ機構を
用いて気体分子に特定方向の運動量を与えて真空槽から
排気するターボ分子ポンプや、極低温に冷却した気体分
子吸着体にガスを凝縮させるタライオボンプが使用され
るようになってきた。

〔従来の技術〕

従来の超真空排気用いる真空ポンプとしては、高速度で
回転する回転翼に衝突した気体分子に特定方向の運動量
を与えて排気するターボ分子ポンプや、Ｔｉのゲッタ作
用により気体分子を吸着して排気する溜め込み型のスパ
ッタイオンポンプが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、ターボ分子ポンプは分子量の小さな気体分子に
対する圧縮比が小さいため、質量の軽い水素分子が真空
槽内へ逆流する確率が大きく、従って１０−７〜１０−
”Ｐａ程度の超高真空領域における残留気体は水素分子
が殆どである。このため真空度を更に高めるには、主な
残留気体である水素を排気する必要がある。

またターボ分子ポンプの如く回転翼を有する真空ポンプ
の場合は、排気口側の圧力を大気圧より低いある圧力以
下（補助真空′）に保っておかないと動作しないので、
ポンプの外部に開口する排気口に油回転ポンプなどの補
助真空ポンプを連結して常時動作させておく必要がある
。このためターボ分子ポンプの排気側は閉じておらず排
気口を通じて前段の補助真空ポンプと連結しているので
、停電等で回転翼が停止すると排気口から真空槽に大気
が逆流する大気リークが生じてしまうという問題点もあ
った。

またゲッタ作用によるスパッタイオンポンプでは、吸着
したアルゴンイオンを定期的に放出して真空度を下げる
アルゴン不安定性を有するので、作動ガスとして圧力調
整用に真空槽内にアルゴンガスを導入するスパッタ装置
などでは安定した超高真空が得られなかった。

このように従来の高真空排気装置は、ポンプの種類によ
る気体分子の選択性（気体分子の種類によって到達真空
度が異なる）や、停電などの緊急停止時の大気リークの
問題があった。

本発明は上記問題点に鑑み創出されたもので、超高真空
領域において分子排気の選択性を無（し、緊急停止によ
る著しい真空劣化が防止できる超真空排気装置を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の高真空排気装置の原理説明図で、真空
槽に接続された状態を模式的に示したものである。

上記問題点を解決するため、本発明の高真空排気装置１
は、静翼１４に対して動翼２１を高速回転させてそのタ
ーボ機能により真空槽４から入射する気体分子６ａに特
定方向の運動量を与えて真空槽４から排気するターボ分
子ポンプ機構２と、前記ターボ分子ポンプ機構２から排
出された気体分子６ｂを極低温に冷却された冷却トラッ
プ１９で凝結捕集して空間から排除するクライオポンプ
機構３とからなる構成である。

〔作用〕

別途接続された粗引き系により真空槽内を所定の真空度
に排気した後、粗引き系を閉じて真空槽を密閉し本発明
の排気装置を作動させると、真空槽内の残留気体、真空
槽内壁や内部の試料から放出される気体分子およびガス
圧調整用のガスなどはターボ分子機構により排気側に輸
送されそこでクライオポンプ機構の冷却トラップにより
凝結補集されるで空間から除かれるので、水素分子の真
空槽内への逆流を防止することができ更に高真空度に到
達できる。

またターボ分子ポンプの排気側はクライオポンプ機構が
接続されて排気装置自体は閉じた空間を構成しているた
め、ターボ分子ポンプ機構やクライオポンプ機構が緊急
停止しても凝結補集された気体分子のみが再放されて真
空槽内に逆流するだけなので、真空度があまり低下しな
い。

〔実施例〕

以下添付図により本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明の高真空排気装置の断面図である。

図においてｌは本発明の真空排気装置で、上側のターボ
分子ポンプ機構２と下側のクライオポンプ機構３とから
なり、排気すべき真空槽４の開口部にバルブ５１を介し
て取りつけられている。

１１は略竪型円筒状のケーシングで、中間からの上の太
い部分はターボ分子ポンプ機構２を構成する部分で、上
端にバルブ５１を介して真空槽に接続される吸気口１２
を有し下側の小径部はクライオポンプ機構３を構成する
部分で下端は底１３により密閉されている。

ターボ分子ポンプ機構２は、ケーシングの上部にロータ
２１が高速回転可能に組み込まれてなる。

即ち上端が閉じた円筒形のロータ２１の外筒２１ａの外
周には、動翼２２が放射状に多段に配設されており、ま
たロータ２１の天井部の中心から駆動軸２３が下方に垂
設されいる。ケーシング１１の内壁には、動翼２２のそ
れぞれの段の間に位置するように静翼１４が放射状に多
段に固定されており、ロータを支持する受部１５が設け
られている。受部１５には、コイル１５ａやセンサ１５
ｂによってロータの上下位置を非接触で回転可能に保持
するスラスト電磁軸受が構成されており、またロータ２
１の外筒２１ａ内に挿入される円筒状のハウジング１６
が上方に延設されている。ハウジング１６の内周には、
径方向の中心に駆動軸２３を非接触で保持するラジアル
電磁軸受部Ｉ７や駆動軸を高速で回転駆動する高周波モ
ータ１８が設けられている。

そして、高周波モータ１８を駆動するとロータがケーシ
ングに対して高速回転し、真空槽から動翼に入射する気
体分子に運動エネルギを与えて下方へ輸送するようにな
っている。なお上記の如く回転するロータは電磁軸受に
よりケーシングの静止部に対して非接触で保持されてい
るので、潤滑油分子などの塵埃が発生することがなくケ
ーシング内は清浄に保たれる。

ケーシング１１の下部に設けられたクライオポンプ機構
３は、上部のターボ分子ポンプ機構２から輸送されてき
た気体分子を凝結補集する例えば中心に孔がある円板状
の冷却トラップ１９がケーシング１１の内周に配設され
ており、該冷却トラップ１９外周に密着配置され液体ヘ
リウムが内部を循環する冷却部３１で１０’　Ｋ程度の
極低温に冷却される。

真空槽４を大気圧から超高真空に排気しそれを維持する
際の、上記構成になる超高真空排気装置の動作について
説明する。

真空槽４の別の開口部にはバルブ５２を介して、通常の
ターボ分子ポンプ５３と油分子を阻止する油トラツプ５
４と外部排気口５５ａを有する油回転ポンプ（補助真空
ポンプ）５５が直列に接続されている。

まず両方のバルブ５１．５２を開いて、油回転ポンプ５
５とターボ分子ポンプ５３とにより真空槽４内を粗引き
しつつ、内壁に吸着されている気体分子を放出させるた
めに真空槽４を所定に加熱するベーキングを行う。ベー
キング終了後、真空度が１０−’〜１０”’　Ｐａに達
したら、別の開口部に接続されている高真空排気装置１
のクライオポンプ機構３を作動させる。これにより図示
しないヘリウム冷凍機が起動され、冷却部３１に液体ヘ
リウムを流して冷却トラップ１９を冷却する。冷却トラ
ップのトラップ面が１０°に以下の極低温に充分降下し
たら、バルブ５２を閉め、ターボ分子ポンプ５３と油回
転ポンプ５５等からなる通常排気系を遮断するとともに
、ターボ分子ポンプ機構２を起動する。これにより、真
空槽４内の残留気体分子のうち、開口部１２から動翼２
２に入射するものはターボ機能によって下側のクライオ
ポンプ機構３に輸送され、冷却トラップ面で冷却されて
運動量が減少しトラップ面に凝結して捕獲される。そし
て水素などの高蒸気圧気体分子も良好に凝結補集される
ので、真空槽４内に逆流しないので、排気速度が増大し
従来の到達真空度より１〜２桁真空度を高くすることが
できる。

またターボ機構やクライオポンプ機構の電源が不測の事
態で緊急停止しても、本超真空排気装置は外気から密閉
されており、凝結補集合した気体分子の分しか再放出し
ないので真空槽内の真空度の劣化が小さく再度電源を投
入すれば短時間で真空槽内を所望の真空度に戻すことが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、超高真空領域での排
気速度を気体分子の種類によらず増大でき、外部排気を
必要としないため、緊急停止時でも著しい真空劣化を発
生させることなく清浄な真空度を保つことができる。ま
た真空槽内の金属表面が昇温や光によりガスを放出して
も、大きい排気速度により安定した超高真空を保つこと
ができる。

２１−　　ロータ、　　　　　　２２−・−動翼、３・
−・・タライオボンプ機構、 ３１−・冷却トラップ、　　４−・真空槽、６ａ、６ｂ
　−・気体分子、 である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高真空排気装置の原理説明図、第２図
は本発明の高真空排気装置の断面図、である。 図において、 １−高真空排気装置、　１１・−・・ケーシング、１４
・−・静翼、　　　　　　　１９・−・・冷却トラップ
、２・−・ターボ分子ポンプ機構、 卒１日 寮２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 静翼（１４）に対して動翼（２２）を高速回転させてそ
   のターボ機能により真空槽（４）から入射する気体分子
   （６ａ）に特定方向の運動量を与えて真空槽（４）から
   排気するターボ分子ポンプ機構（２）と、前記ターボ分
   子ポンプ機構（２）から排出された気体分子（６ｂ）を
   極低温に冷却された冷却トラップ（１９）で凝結捕集し
   て空間から排除するクライオポンプ機構（３）とからな
   ることを特徴とする高真空排気装置。