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公開番号2025093787
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-24
出願番号2023209662
出願日2023-12-12
発明の名称クライオポンプ
出願人住友重機械工業株式会社
代理人個人,個人
主分類F04B 37/16 20060101AFI20250617BHJP(液体用容積形機械;液体または圧縮性流体用ポンプ)
要約【課題】リカバリ時間の短縮を通じた真空プロセス装置の生産性向上と、真空プロセス装置における既存の真空プロセスへの互換性との両立を可能にするクライオポンプを提供する。
【解決手段】クライオポンプ10は、冷凍機14の第1冷却ステージ22に熱的に結合された放射シールド30、吸気口プレート32、およびスカート33と、冷凍機14の第2冷却ステージ24に熱的に結合され、放射シールド30の内側に配置されたクライオパネルユニット20とを備える。スカート33は、吸気口プレート32の外周から放射シールド30内へと延在する。吸気口プレート32と放射シールド30との間にガス入口46が形成され、クライオパネルユニット20と吸気口プレート32との間に霜収容空間38が形成される。ガス入口46を霜収容空間38に接続するガス流路48がスカート33と放射シールド30との間に形成される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
クライオポンプ吸気口を定めるクライオポンプ容器と、
前記クライオポンプ容器に設置され、第１冷却ステージと前記第１冷却ステージよりも低温に冷却される第２冷却ステージとを備える冷凍機と、
前記第１冷却ステージに熱的に結合され、前記クライオポンプ吸気口から前記クライオポンプ容器内へと軸方向に延在する放射シールドと、
前記第１冷却ステージに熱的に結合され、前記クライオポンプ吸気口において前記軸方向に垂直な平面に沿って延在する吸気口プレートであって、吸気口プレートと前記放射シールドとの間にガス入口が形成される吸気口プレートと、
前記第２冷却ステージに熱的に結合され、前記放射シールドの内側に配置されたクライオパネルユニットであって、クライオパネルユニットと前記吸気口プレートとの間に霜収容空間が形成されるクライオパネルユニットと、
前記第１冷却ステージに熱的に結合され、前記吸気口プレートの外周から前記放射シールド内へと延在するスカートであって、スカートと前記放射シールドとの間に、前記ガス入口を前記霜収容空間に接続するガス流路が形成されるスカートと、を備えることを特徴とするクライオポンプ。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記クライオパネルユニットは、前記クライオパネルユニットにおいて前記軸方向に前記吸気口プレートに最も近接して配置されたトップクライオパネルを備え、
前記スカートの軸方向長さが、前記吸気口プレートから前記トップクライオパネルまでの軸方向距離よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のクライオポンプ。
【請求項３】
前記スカートの軸方向長さが、前記吸気口プレートから前記トップクライオパネルまでの軸方向距離の１／２よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のクライオポンプ。
【請求項４】
前記スカートの径が、前記トップクライオパネルの径よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のクライオポンプ。
【請求項５】
前記スカートは、前記放射シールドに平行に延在していることを特徴とする請求項１に記載のクライオポンプ。
【請求項６】
前記クライオポンプ吸気口での前記放射シールドから前記クライオポンプ容器までの径方向距離が、前記ガス流路での前記スカートから前記放射シールドまでの径方向距離よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のクライオポンプ。
【請求項７】
前記放射シールドは、前記クライオポンプ吸気口に近接して配置されたシールド上部と、前記クライオポンプ吸気口から離れて配置されたシールド下部とを備え、前記シールド上部と前記シールド下部はシールド間隙を隔てて配置され、
前記スカートの軸方向長さが、前記吸気口プレートから前記シールド間隙までの軸方向距離よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のクライオポンプ。
【請求項８】
前記クライオパネルユニットは、前記クライオパネルユニットにおいて前記吸気口プレートに最も近接して配置されたトップクライオパネルを備え、
前記吸気口プレートから前記シールド間隙までの軸方向距離が、前記吸気口プレートから前記トップクライオパネルまでの軸方向距離よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載のクライオポンプ。
【請求項９】
前記吸気口プレートは、少なくとも１つの開口部を有することを特徴とする請求項１に記載のクライオポンプ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの開口部は、前記吸気口プレートの中心部に形成されていることを特徴とする請求項９に記載のクライオポンプ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、クライオポンプに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
クライオポンプは、極低温に冷却されたクライオパネルに気体分子を凝縮または吸着により捕捉して排気する真空ポンプである。クライオポンプは半導体回路製造プロセス等に要求される清浄な真空環境を実現するために一般に利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２０１７－５１５０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
クライオポンプの用途の一例として、例えばスパッタリング装置のような真空成膜装置など、真空チャンバ内の真空環境下で例えば半導体ウェーハなど被処理物に所定のプロセスを実行する真空プロセス装置がある。このような真空プロセスの最中には、プロセスに必要なガスが装置の真空チャンバに供給される。真空チャンバへのプロセスガスの供給とクライオポンプによる真空排気とのバランスにより、真空チャンバを真空プロセスに適正な真空度に保つことができる。プロセスとプロセスの間のインターバルにおいてはプロセスガスの供給が停止され、クライオポンプにより真空チャンバの真空度がプロセス中よりも高い所望の真空度まで回復される。こうした真空度の回復に要する時間は、リカバリ時間（または引き戻し時間）とも呼ばれる。リカバリ時間が短いほど次回のプロセスを早く始めることができ、真空プロセス装置の生産性が高くなる。したがって、リカバリ時間はなるべく短いことが望ましい。
【０００５】
リカバリ時間を短くするにはクライオポンプの排気速度を大きくすればよい。そのための１つの手段として一般に認識されているのは、クライオポンプ吸気口の開口率、つまり吸気口の全面積のうち開口面積が占める割合を高くすることである。クライオポンプ吸気口の開口率増加は、プロセス間のインターバルだけでなくプロセス中にもクライオポンプの排気速度を高めることになる。よって、開口率増加は、プロセス中の真空チャンバ圧力を低下させうる。場合によっては、真空チャンバ圧力がプロセスに望まれる既定の圧力から乖離してしまうかもしれない。このような意図しないプロセスレシピの変更によって、プロセスの品質に想定外の影響が生じうる。例えば、真空成膜では、プロセス中の圧力が生成される膜厚に影響する。言い換えれば、クライオポンプ吸気口の開口率の増加は、リカバリ時間の短縮とそれによる真空プロセス装置の生産性向上という利点につながる反面で、既存の真空プロセスとの不整合という不利益をもたらしうることが懸念される。
【０００６】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、リカバリ時間の短縮を通じた真空プロセス装置の生産性向上と、真空プロセス装置における既存の真空プロセスへの互換性との両立を可能にするクライオポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によると、クライオポンプは、クライオポンプ吸気口を定めるクライオポンプ容器と、クライオポンプ容器に設置され、第１冷却ステージと第１冷却ステージよりも低温に冷却される第２冷却ステージとを備える冷凍機と、第１冷却ステージに熱的に結合され、クライオポンプ吸気口からクライオポンプ容器内へと軸方向に延在する放射シールドと、第１冷却ステージに熱的に結合され、クライオポンプ吸気口において軸方向に垂直な平面に沿って延在する吸気口プレートであって、吸気口プレートと放射シールドとの間にガス入口が形成される吸気口プレートと、第２冷却ステージに熱的に結合され、放射シールドの内側に配置されたクライオパネルユニットであって、クライオパネルユニットと吸気口プレートとの間に霜収容空間が形成されるクライオパネルユニットと、第１冷却ステージに熱的に結合され、吸気口プレートの外周から放射シールド内へと延在するスカートであって、スカートと放射シールドとの間に、ガス入口を霜収容空間に接続するガス流路が形成されるスカートと、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、リカバリ時間の短縮を通じた真空プロセス装置の生産性向上と、真空プロセス装置における既存の真空プロセスへの互換性との両立を可能にするクライオポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施の形態に係るクライオポンプを模式的に示す側断面図である。
実施の形態に係り、クライオポンプの第１段クライオパネルを模式的に示す上面図である。
実施の形態に係り、動作中のクライオポンプを示す模式図である。
実施の形態に係るクライオポンプを搭載した真空プロセス装置の動作中における例示的な圧力変化を模式的に示す図である。
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、比較例に係るクライオポンプの第１段クライオパネルを示す模式図である。
図５（Ａ）および図５（Ｂ）の比較例に係るクライオポンプの排気速度を示す模式図である。
実施の形態に係るクライオポンプの排気速度を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
（【００１１】以降は省略されています）

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