JPH06346848A - クライオポンプの再生方法及び真空排気系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】クライオポンプの再生時間を短縮させることに
より、クライオポンプを用いた半導体基板処理装置の稼
動率を向上させること。 【構成】クライオポンプ１内へのパージガスを導入し、
クライオポンプ１内のクライオパネル３を強制的に昇温
させながら、粗引きポンプ９によってクライオポンプ１
内の圧力を、クライオパネル３にトラップされた気体の
うちその飽和蒸気圧が最も低い気体の飽和蒸気圧よりも
低い圧力に保持する。 【効果】クライオパネルを強制的に昇温させながら、ク
ライオポンプ内の圧力を飽和蒸気圧が最も低い気体の飽
和蒸気圧よりも低い圧力に保持するので、短時間に気体
の飽和蒸気圧が上昇し、クライオパネルに凝縮吸着して
いる気体の分子を短時間に放出させることができ、結果
としてクライオポンプの再生時間を飛躍的に短縮させる
ことができる。従って、クライオポンプを用いた半導体
基板処理装置の稼動率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製品製造装置等
の真空処理に用いられる真空技術に関するものであり、
特にクライオポンプの取り扱い方法に利用して有効なも
のである。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体製造プロセス、特にイオン
打ち込み技術やスパッタリング技術等の真空中で処理を
行なう半導体基板処理技術では、半導体装置の微細化と
ともに、真空の質が製品の歩留に大きく影響を与えるよ
うになってきた。また、高真空設備では高価格化もあ
り、稼動率確保のための高速真空排気が課題となってい
る。 真空ポンプのうち、クライオポンプは高真空から
低真空の最も広い範囲をカバーしており、半導体基板処
理設備用として急速に普及したものである。クライオポ
ンプは、気体がその温度を下げることによって凝縮固化
し、その気体の飽和蒸気圧が下がる現象を利用したポン
プである。図４にクライオポンプの構成を示す。処理装
置の真空処理室３１に接続されたクライオポンプ１７
は、その内部に設けられた２０°Ｋ以下の極低温のクラ
イオパネル１９の表面に真空排気すべき気体を凝縮、あ
るいはクライオパネル１９に設けられた活性炭２０に吸
着させることにより、真空処理室３１内を高真空にす
る。本質的には気体を凝縮するという溜め込み式のポン
プであり、ポンプ内に凝縮された気体を取り除く再生作
業を必要としている。クライオポンプの再生作業は、凝
縮、吸着によりクライオポンプ内に溜めこまれた気体
を、クライオパネルを昇温させることによって放出させ
る。通常は図５（ａ）の作業フローに示すように、真空
処理室３１とクライオポンプ１７との間の主バルブ３０
を閉じ放置することによってクライオパネルを自然昇温
させて気体を放出させ、その後粗引きバルブ２４を開
き、粗引きポンプ２５によってクライオポンプ１７内の
気体を排気する。次に粗引きバルブ２４をを閉め、圧力
上昇チェックを行なった後、冷却手段によってクールダ
ウンを行ない、再生作業が完了する。短時間に再生を行
なう場合は、図５（ｂ）に示すように主バルブ３０を閉
じ、パージバルブ２７を開けてパージガス導入口２６か
ら室温または加熱した窒素ガスをクライオポンプ１７内
に導入する。大気圧以上の圧力下で強制的に昇温させて
気体をクライオパネル１９から放出させる。この場合、
窒素ガス導入中にポンプ内の圧力が高くなり、余剰とな
ってしまった窒素ガスは、パージガス放出管３２より放
出される。クライオパネル１９が室温まで上昇した後、
パージバルブ２７を閉め、粗引きバルブ２４を開き、粗
引きポンプ２５によってクライオポンプ１７内の気体を
排気する。ある程度排気した後、粗引きバルブ２４を閉
め、圧力上昇チェックを行なう。クライオポンプ１７内
の圧力上昇がなければ、冷却手段によってクールダウン
される。

【０００３】尚、クライオポンプについては、特公昭６
０−５５７１７号公報、「ＬＳＩプロセス工学」（オー
ム社発行）第１２７頁、「岩波理化学辞典第３版増補
版」（岩波書店発行）第３５３頁右欄等に開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、クライオポ
ンプを放置して自然昇温させる場合は、クライオパネル
が室温になるまでだけに数時間かかるため、結局、ポン
プ内の排気、冷却等の時間を含めると再生時間は８時間
以上にもなる。また、クライオポンプ内に窒素ガスをパ
ージし強制的に昇温させた場合は、クライオパネルを大
気圧以上で昇温させているので、温度が上昇しても、ク
ライオパネルの周囲の圧力が高いため気体分子が放出さ
れにくくなっている。従って、この場合も再生時間がそ
れほど短縮されない。このように、クライオポンプは再
生作業に時間がかかり、クライオポンプを用いている半
導体基板処理装置はその稼動率を向上させることができ
ず、問題となっていた。

【０００５】そこで本発明の目的は、クライオポンプの
再生時間を短縮させることにより、クライオポンプを用
いた半導体基板処理装置の稼動率を向上させることにあ
る。

【０００６】本発明の前記並びにその他の目的と新規な
特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになる
であろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次
のとおりである。すなわち、クライオポンプ内への昇温
用気体を導入し、クライオパネルを強制的に昇温させな
がら、排気手段によってクライオポンプ内の圧力を、ク
ライオパネルにトラップされた気体のうちその飽和蒸気
圧が最も低い気体の飽和蒸気圧よりも低い圧力に保持す
るものである。

【０００８】

【作用】上記手段によると、クライオパネルを強制的に
昇温させることにより、短時間に気体の飽和蒸気圧が上
昇し、尚かつクライオポンプ内の気圧を、クライオパネ
ルに吸着凝縮している気体の飽和蒸気圧よりも低くする
ことで気体の分子の放出を促進させるので、結果として
クライオポンプの再生時間を短縮させることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。

【００１０】図１は本発明に用いるクライオポンプを備
えた真空排気系の概略図を示す図である。１はクライオ
ポンプであり、真空処理室１２内を真空排気するための
ものである。クライオポンプ１は、真空チャンバ２内に
気体を凝縮するためのクライオパネル３を有しており、
クライオパネル３の裏面には、１０°Ｋ乃至２０°Ｋで
は凝縮不可能なヘリウム、水素、ネオンのような極低温
においても飽和蒸気圧の極めて高い気体を吸着するため
の活性炭４が設けられている。５は冷却部であり、クラ
イオパネル３を極低温、例えば１０°Ｋから２０°Ｋに
冷却するためのものである。冷却部５の内部には冷却さ
れた気体、例えば図示しない冷凍機によって冷却された
ヘリウムを供給することにより、クライオパネル３を冷
却している。排気用配管７には、真空チャンバ２内を排
気するための粗引きポンプ９が接続されている。この粗
引きポンプ９には、例えばロータリーポンプや、ドライ
ポンプ、メカニカルブースターポンプ等が用いられる。
１０はパージガス導入用配管である。パージガス導入用
配管１０は、主バルブ１４とクライオポンプ１との間の
処理室排気用配管１３に接続される。これにより、クラ
イオポンプ１の気体吸入口６は、真空処理室１５の気体
を吸引する他、パージガス導入口としても利用してい
る。すなわち、パージガスの流路は、パージガス導入用
配管１０から処理室排気用配管１３を通って、気体吸入
口６からクライオポンプ１内に導入される。従って、真
空処理室の気体の流路と同じになり、効率よくクライオ
パネル３を昇温させることができる。また、パージガス
導入用配管１０には、パージガスを真空チャンバ２内に
導入する前に加熱するためのパージガス加熱器１２が接
続されている。このパージガス加熱器１２によって加熱
されたパージガスを真空チャンバ２内に導入することに
よって、クライオポンプ１の昇温時間を短縮させる。ク
ライオポンプ１と真空処理室１５との間、クライオポン
プ１と粗引きポンプ９との間、及びクライオポンプ１と
パージガス加熱器１２との間には、それぞれ主バルブ１
４、粗引きバルブ８、及びパージバルブ１１を設けてい
る。

【００１１】次に、上記クライオポンプ１の再生方法を
説明する。クライオポンプ１の再生時期については、冷
却部５の温度が上昇し例えば２０°Ｋを超えた場合や、
到達真空度が悪くなった場合について再生作業を行な
う。再生作業を行なう際には、予め冷却手段（図示せ
ず）の電源を切り、図２の作業フローに従って作業を行
なう。まず、主バルブ１４を閉じ、真空処理室１５とク
ライオポンプ１との間を遮断する。次にパージバルブ１
１を開け、パージガス、例えばパージガス加熱器１２に
よって加熱された窒素ガスを気体吸入口６から真空チャ
ンバ２内に導入させる。真空チャンバ２内の圧力及びク
ライオパネル３の温度が上昇し、粗引きポンプ９の到達
圧力より上昇した段階で粗引きポンプ９を作動させ、粗
引きバルブ８を開ける。ところで、気体の飽和蒸気圧は
温度の上昇とともに上昇し、例えばたいていの気体は、
およそ１５０°Ｋ程度で飽和蒸気圧が１Ｔｏｒｒを越え
るため、それより小さい圧力を保持すれば凝縮していた
気体は放出しやすくなる。しかし、比較的飽和蒸気圧が
低い気体、例えば水蒸気は、図３の表に示すように、２
７３°Ｋで飽和蒸気圧が４．５７９Ｔｏｒｒである。ク
ライオポンプ１内に凝縮されている気体の中で、飽和蒸
気圧が最も低い気体が水蒸気であるとすると、クライオ
パネル３の温度が常温、例えば２９３°Ｋに達した段階
で、クライオポンプ１内の圧力をおよそ１７．５Ｔｏｒ
ｒ以下を保持すれば、他の気体と同様に、水蒸気の放出
も促進される。このように水蒸気のような飽和蒸気圧の
低い気体が含まれている場合は、飽和蒸気圧が最も低い
気体の飽和蒸気圧より低い圧力を保持しながら再生作業
を行なうのが効果的である。実際には、ポンプ内が室温
に戻るまではかなり時間がかかるため、到達圧力が１０
の−４乗Ｔｏｒｒ程度の粗引きポンプ、特に油の逆拡散
が比較的生じにくいドライポンプを用いて、ポンプ内の
温度がもっと低い段階で水蒸気が放出しやすい状態を作
り出してもよい。

【００１２】次に、クライオポンプ１内に凝縮吸着され
ていた気体の放出状態をチェックするために、パージバ
ルブ１１及び粗引きバルブ８を閉じて、圧力の上昇をチ
ェックする。圧力の上昇が認められない状況であれば、
図示しない冷凍機の電源を入れ、クールダウンを行な
う。ポンプ内部の温度が１０°Ｋから２０°Ｋまで達す
ると、排気可能となる。

【００１３】次に本発明の作用効果について説明する。

【００１４】（１）クライオポンプ内への昇温用気体を
導入し、クライオパネルを強制的に昇温させながら、排
気手段によってクライオポンプ内の圧力を、前記クライ
オパネルにトラップされた気体のうちその飽和蒸気圧が
最も低い気体の飽和蒸気圧よりも低い圧力に保持するこ
とにより、短時間に気体の飽和蒸気圧が上昇し、尚かつ
圧力が低いので、クライオパネルに凝縮吸着している気
体の分子を短時間に放出させることができる。

【００１５】（２）（１）により、クライオポンプの再
生時間を飛躍的に短縮させることができ、クライオポン
プを用いた半導体基板処理装置の稼動率を向上させるこ
とができる。

【００１６】（３）真空排気系において、パージガス導
入用配管を主バルブとクライオポンプとの間の処理室排
気用配管に接続し、クライオポンプの気体吸入口をパー
ジガス導入口としても利用しているので、パージガスの
流路は、真空処理室から排気する気体の流路と同じにな
り、効率よくクライオパネルを昇温させることができ
る。従って、クライオパネルの昇温時間の短縮を図るこ
とができる。

【００１７】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。上記実施
例では、加熱されたパージガスを用いてクライオポンプ
内を昇温させていたが、例えば、ポンプの真空チャンバ
の外周にヒーターを設けて加熱して昇温させてもよい。
その場合は、外周に設けられたヒーターと加熱されたパ
ージガスを併用させると、昇温時間を更に短縮させるこ
とができる。なお、上記実施例では、パージガス導入用
配管を処理室排気用配管に接続した真空排気系を用いた
が、従来の真空排気系において本発明のクライオポンプ
の再生方法を用いても同様の効果を得られることは勿論
である。

【００１８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００１９】すなわち、クライオポンプ内への昇温用気
体を導入し、クライオパネルを強制的に昇温させなが
ら、排気手段によってクライオポンプ内の圧力を、クラ
イオパネルにトラップされた気体のうちその飽和蒸気圧
が最も低い気体の飽和蒸気圧よりも低い圧力に保持する
ことにより、短時間に気体の飽和蒸気圧が上昇し、尚か
つ圧力が低いので、クライオパネルに凝縮吸着している
気体の分子を短時間に放出させることができ、結果とし
てクライオポンプの再生時間を飛躍的に短縮させること
ができる。従って、クライオポンプを用いた半導体基板
処理装置の稼動率を向上させることができる。

【００２０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いるクライオポンプを備えた真空排
気系の概略図を示す図である。

【図２】本発明のクライオポンプの再生方法の作業フロ
ーを示す図である。

【図３】水蒸気の温度と飽和蒸気圧との関係を示す表で
ある。

【図４】従来のクライオポンプを備えた真空排気系の概
略図を示す図である。

【図５】（ａ）は自然昇温させた場合のクライオポンプ
の再生方法の作業フローを示す図である。（ｂ）はパー
ジガスを導入することによるクライオポンプの再生方法
の作業フローを示す図である。

【符号の説明】

１……クライオポンプ，２……真空チャンバ，３……ク
ライオパネル，４……活性炭，５……冷却部，６……気
体吸入口，７……排気用配管，８……粗引きバルブ，９
……粗引きポンプ，１０……パージガス導入用配管，１
１……パージバルブ，１２……パージガス加熱器，１３
……処理室排気用配管，１４……主バルブ，１５……真
空処理室，１６……ヘリウム流路，１７……クライオポ
ンプ，１８……真空チャンバ，１９……クライオパネ
ル，２０……活性炭，２１……冷却部，２２……気体吸
入口，２３……排気用配管，２４……粗引きバルブ，２
５……粗引きポンプ，２６……パージガス導入用配管，
２７……パージバルブ，２８……パージガス加熱器，２
９……処理室排気用配管，３０……主バルブ，３１……
真空処理室，３２……パージガス放出管 ３３……ヘリウム流路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】極低温のクライオパネルの表面に気体を凝
   縮または吸着することによって真空処理を行なうべき空
   間に真空状態を作り出すクライオポンプを、昇温させる
   ことによって前記クライオパネルの表面に凝縮または吸
   着された気体を前記クライオパネルから放出させて、ク
   ライオポンプから気体を排気するクライオポンプの再生
   方法であって、前記クライオポンプ内に昇温用気体を導
   入する工程と、該昇温用気体の導入中に排気手段によっ
   てクライオポンプ内の圧力を、前記クライオパネルに凝
   縮または吸着された気体のうち、その飽和蒸気圧が最も
   低い気体の飽和蒸気圧よりも低い圧力に保持する工程と
   を備えたことを特徴とするクライオポンプの再生方法。
2. 【請求項２】前記昇温用気体は、常温または加熱された
   窒素ガスであることを特徴とする請求項１記載のクライ
   オポンプの再生方法。
3. 【請求項３】前記排気手段は、ロータリーポンプ、ドラ
   イポンプ、メカニカルブースターポンプのうちの１つ、
   またはそれらの組合せからなることを特徴とする請求項
   １または２記載のクライオポンプの再生方法。
4. 【請求項４】極低温で気体を凝縮または吸着するクライ
   オパネルと該クライオパネルの上方に設けられた気体吸
   入口とを有するクライオポンプと、該クライオポンプの
   前記気体吸入口に接続され、内部が前記クライオポンプ
   によって排気される真空処理室と、前記クライオポンプ
   と前記真空処理室との間を接続する処理室排気用配管
   と、前記クライオポンプ内に昇温用気体を導入するため
   の昇温用気体導入配管とを備えた真空排気系であって、
   前記昇温用気体導入配管は前記処理室排気用配管に接続
   され、前記昇温用気体は前記昇温用気体導入配管から前
   記処理室排気用配管を通って前記気体吸入口から前記ク
   ライオポンプ内に導入されることを特徴とする真空排気
   系。
5. 【請求項５】前記クライオポンプには、昇温によってク
   ライオパネルから放出した気体及び前記昇温用気体を前
   記クライオポンプ内から排気するための粗引きポンプが
   接続されていることを特徴とする請求項４記載の真空排
   気系。