(57)【要約】【課題】外部からの輻射熱の影響を軽減する。【解決手段】クライオポンプ１０は、第２段クライオパネル１４と、第２段クライオパネル１４を包囲し、シールド開口３１を有する放射シールド１６と、シールド開口３１に設けられている第１段クライオパネル３２と、を備える。第１段クライオパネル３２は、第１の分布で開放領域が形成されている第１パネル５０と、第１パネル５０よりも第２段クライオパネル１４に近接して配列され、配列方向に見て第１の分布とは異なる第２の分布で開放領域が形成されている第２パネル５２と、を備える。【選択図】図１
2010084702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２段クライオパネルと、
第２段クライオパネルを包囲し、シールド開口を有する放射シールドと、
シールド開口に設けられている第１段クライオパネルであって、第１の分布で開放領域が形成されている第１パネルと、第１パネルよりも第２段クライオパネルに近接して配列され、配列方向に見て第１の分布とは異なる第２の分布で開放領域が形成されている第２パネルと、を含む第１段クライオパネルと、を備えることを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】
前記第２パネルには前記配列方向に見て前記第１パネルの開放領域と重なり合わないように開放領域が形成され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３】
前記第２パネルの表面の輻射率を前記第１パネルの表面の輻射率よりも高くした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４】
前記第２パネルの表面は黒色であ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５】
前記第１パネル及び第２パネルは、シールド開口を覆うように平行に配列された平板であ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】
前記第１パネル及び第２パネルの少なくとも一方は、第２段クライオパネルに近い部位では開放領域が疎に形成され、第２段クライオパネルから遠い部位では開放領域が密に形成され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７】
第２段クライオパネル構造と、
第２段クライオパネル構造よりも高い温度に冷却され第２段クライオパネル構造の手前に配置された第１段クライオパネル構造と、を備えるクライオポンプであって、
第１段クライオパネル構造は、外側パネルを通過した気体分子が内側パネルで反射してから外側パネルで反射してクライオポンプ内部に到達する進入経路をとるように外側パネル及び内側パネルにより構成された二重構造を含むことを特徴とするクライオポンプ。
【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。
【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。
【０００３】
例えば特許文献１には、セカンドパネルを取り囲む輻射熱シールドパネルの開口部にバッフルを設けたクライオポンプが記載されている。バッフルは第１バッフルと第２バッフルとで構成されている。第１及び第２バッフルは上下に傾斜するルーバーで同一構成に形成されている。各ルーバーは、その外周部が隣接ルーバーと上下方向に相対向するようにシールドパネル開口部に取り付けられている。
【特許文献１】特開平３−２３３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のクライオポンプは第１及び第２バッフルのそれぞれにおいてルーバーが上下方向に対向するように設けられているから、第１及び第２バッフルのそれぞれが、クライオポンプ内部をいわば光学的に閉塞している。つまり、クライオポンプ中心軸方向に外部から第１バッフルを見たときに第１バッフルを通じてポンプ内部を見ることはできないし、第２バッフルについても同様である。この構成によれば、外部からの輻射熱の進入を抑えることは可能であるが、セカンドパネルで排気されるべき気体分子もバッフルを通過しにくくなる。第１バッフルに加えて第２バッフルも設けることにより気体の流れ抵抗はさらに大きくなり、入熱だけではなくクライオポンプの排気速度も小さくなってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、輻射熱の影響低減とクライオポンプ排気速度との両立を実現するクライオポンプ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】
【０００６】
本発明のある態様のクライオポンプは、第２段クライオパネルと、第２段クライオパネルを包囲し、シールド開口を有する放射シールドと、シールド開口に設けられている第１段クライオパネルであって、第１の分布で開放領域が形成されている第１パネルと、第１パネルよりも第２段クライオパネルに近接して配列され、配列方向に見て第１の分布とは異なる第２の分布で開放領域が形成されている第２パネルと、を含む第１段クライオパネルと、を備える。
【０００７】
この態様によれば、第１段クライオパネルは、各々が異なる開放領域分布を有する二層パネル構造を有する。これにより、一方のパネルの開放領域を通過した輻射熱は他方のパネルで吸収または反射される。よって、クライオポンプ内部に進入する輻射熱が軽減される。また、個々のパネルは開放領域を有し、いわば光学的に開放されているため、気体の流れ抵抗は比較的小さい。したがって、輻射熱の影響低減とクライオポンプ排気速度との両立を実現することが可能となる。
【０００８】
本発明の別の態様もまた、クライオポンプである。このクライオポンプは、第２段クライオパネル構造と、第２段クライオパネル構造よりも高い温度に冷却され第２段クライオパネル構造の手前に配置された第１段クライオパネル構造と、を備える。第１段クライオパネル構造は、外側パネルを通過した気体分子が内側パネルで反射してから外側パネルで反射してクライオポンプ内部に到達する進入経路をとるように外側パネル及び内側パネルにより構成された二重構造を含んでもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、輻射熱の影響が低減されたクライオポンプが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係るクライオポンプは、二層パネル構造を有する第１段クライオパネルを備える。第１段クライオパネルは、第１の分布で開放領域が形成されている第１パネルと、クライオポンプ中心軸方向に見て第１パネルの内側に配設され第１の分布とは異なる第２の分布で開放領域が形成されている第２パネルと、を備えてもよい。第１段クライオパネルは例えばシールド開口に設けられている。第１パネルには多数の貫通孔が第１の分布で形成され、第２パネルには多数の貫通孔が第２の分布で形成されていてもよい。第１パネルと第２パネルとは、開放領域がポンプ中心軸方向に見て重なり合わないように形成されていてもよい。パネル配列方向に見て第１パネルの開放領域とは少なくとも一部が重なり合わない配置で第２パネルに複数の開放領域が形成されていてもよい。
【００１１】
クライオパネルには開放領域と遮蔽領域とが形成されていてもよい。パネルの開放領域は、当該パネルに非接触に気体分子を通過させる領域であり、典型的には開口または貫通孔である。あるいは、クライオパネルと放射シールドとの間の空間を開放領域とみなすこともできる。パネルの遮蔽領域は、気体分子を反射または捕捉して通過させない領域である。
【００１２】
例えば、第１パネルの開放領域の下方に第２パネルの遮蔽領域を設け、第２パネルの開放領域の上方に第１パネルの遮蔽領域を設けてもよい。第１及び第２パネルの配列方向に見たときに、第１パネルの開放領域を第２パネルの遮蔽領域が包含するように第１及び第２パネルが配列されていてもよい。この場合、第２パネルは、遮蔽領域の周囲に開放領域が形成されていてもよい。第１パネルにおいて隣接する複数の開放領域間に形成される遮蔽領域の下方に第２パネルの開放領域が形成されていてもよい。
【００１３】
第１段クライオパネルは、第２段クライオポンプの手前に配列され各々が光学的に開放されている複数の個別パネルを含んでもよい。第１段クライオパネルは、個別パネルの配列方向に見たときに全体として光学的に閉塞されていてもよい。その結果、第１段クライオパネルは第２段クライオポンプを輻射熱から遮蔽する。その一方、個別パネルは各々が光学的に開放されているため、気体の流れ抵抗は比較的小さい。よって、輻射熱の影響低減とクライオポンプ排気速度との両立を実現することが可能となる。
【００１４】
また、一実施形態に係るクライオポンプは、第１パネルを通過した気体分子が第２パネルで反射してから第１パネルで反射してポンプ内部に到達する進入経路をとりうるように第１パネル及び第２パネルにより構成された二重構造を含む第１段クライオパネル構造を備えてもよい。第１段クライオパネル構造は、当該パネル構造の内部に進入した気体分子がまず相対的に内側のパネルで反射してから相対的に外側のパネルで反射してクライオポンプ内部に到達する進入経路をとるように構成されていてもよい。第１段クライオパネル構造は、クライオポンプ中心軸方向と進入方向とのなす角度が所定角度以下である気体分子が内側パネルで反射してから外側パネルで反射してポンプ内部に到達するように構成されていてもよい。
【００１５】
輻射熱は気体分子と同様に第１段クライオパネル構造に直線的に進入する。クライオポンプが取り付けられている例えばスパッタ装置の真空チャンバ内部には、熱源（例えばプラズマ源やチャンバ側壁など）が存在する。第１段クライオパネル構造に進入した輻射熱は内側パネルまたは外側パネルにおいて吸収または反射される。よって、ポンプ内部への入熱は低減される。気体分子の第１段クライオパネル構造との反射は概ね２回となるよう第１段クライオパネル構造は構成されているため、第２段クライオパネルで排気されるべき気体をポンプ内部に導くことも比較的容易である。よって、輻射熱の影響低減とクライオポンプ排気速度との両立を実現することができる。
【００１６】
また、内側パネルの表面の輻射率（放射率ともいう）を外側パネルの表面の輻射率よりも高くしてもよい。内側パネル表面の輻射率を高くすることに代えて、またはこれとともに、外側パネルの少なくとも裏面（すなわち内側パネルに対向する面）の輻射率を高くしてもよい。また、内側パネル表面のうち外側パネルの開放領域によって露出されている部位の輻射率を高くしてもよい。この場合、少なくとも赤外線領域における放射エネルギーについての輻射率を高くしてもよい。輻射率を高くするために例えば表面に黒体処理を施してもよい。第１クライオパネル構造内部において輻射熱が到達しうる部位の輻射率を高くすることにより、輻射熱を効率的に吸収してクライオポンプ内部への進入を軽減することができる。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るクライオポンプ１０を模式的に示す断面図である。クライオポンプ１０は、例えばイオン注入装置やスパッタリング装置等の真空チャンバ８０に取り付けられて、真空チャンバ８０内部の真空度を所望のプロセスに要求されるレベルにまで高めるために使用される。例えば１０−５Ｐａ乃至１０−８Ｐａ程度の高い真空度が実現される。
【００１８】
クライオポンプ１０は、冷凍機１２、第２段クライオパネル１４、放射シールド１６、及び第１段クライオパネル構造３２を備える。第２段クライオパネル１４は複数のクライオパネルを含み、これらのパネルは冷凍機１２により冷却される。パネル表面には気体を凝縮または吸着により捕捉して排気するための極低温面が形成される。クライオパネルの表面（例えば裏面）には通常、気体を吸着するための活性炭などの吸着剤が設けられる。第１段クライオパネル構造３２は、シールド開口３１において放射シールド１６に取り付けられている。第１段クライオパネル構造３２を以下では単に１段パネル３２とも称する。
【００１９】
クライオポンプ１０は、第１の冷却温度レベルに冷却される第１のクライオパネルと、第１の冷却温度レベルよりも低温の第２の冷却温度レベルに冷却される第２のクライオパネルと、を備える。第１のクライオパネルには、第１の冷却温度レベルにおいて蒸気圧が低い気体が凝縮により捕捉されて排気される。例えば基準蒸気圧（例えば１０−８Ｐａ）よりも蒸気圧が低い気体が排気される。第２のクライオパネルには、第２の冷却温度レベルにおいて蒸気圧が低い気体が凝縮により捕捉されて排気される。第２のクライオパネルには、蒸気圧が高いために第２の温度レベルにおいても凝縮しない非凝縮性気体を捕捉するために表面に吸着領域が形成される。吸着領域は例えばパネル表面に吸着剤を設けることにより形成される。非凝縮性気体は、第２の温度レベルに冷却された吸着領域に吸着されて排気される。第１のクライオパネルは例えば放射シールド１６及び１段パネル３２を含み、第２のクライオパネルは例えば第２段クライオパネル１４を含む。
【００２０】
クライオポンプ１０は、いわゆる縦型のクライオポンプである。縦型のクライオポンプとは、放射シールド１６の中心軸に沿って冷凍機１２が挿入されて配置されているクライオポンプである。なお、本発明はいわゆる横型のクライオポンプにも同様に適用することができる。横型のクライオポンプとは、放射シールド１６の軸方向に交差する方向（通常は直交方向）に冷凍機の第２段の冷却ステージが挿入され配置されているクライオポンプである。
【００２１】
冷凍機１２は、ギフォード・マクマホン式冷凍機（いわゆるＧＭ冷凍機）である。また冷凍機１２は２段式の冷凍機であり、第１段シリンダ１８、第２段シリンダ２０、第１冷却ステージ２２、第２冷却ステージ２４、及び冷凍機用モータ２６を有する。第１段シリンダ１８と第２段シリンダ２０とは直列に接続されており、互いに連結される第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサ（図示せず）がそれぞれに内蔵されている。第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサの内部には蓄冷材が組み込まれている。なお、冷凍機１２はＧＭ冷凍機以外の冷凍機であってもよく、例えばパルスチューブ冷凍機を用いてもよい。
【００２２】
第１段シリンダ１８の一端に冷凍機用モータ２６が設けられている。冷凍機用モータ２６は、第１段シリンダ１８の端部に形成されているモータ用ハウジング２７の内部に設けられている。冷凍機用モータ２６は、第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサのそれぞれが第１段シリンダ１８及び第２段シリンダ２０の内部を往復動可能とするように第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサに接続される。また、冷凍機用モータ２６は、モータ用ハウジング２７の内部に設けられている可動バルブ（図示せず）を正逆回転可能とするように当該バルブに接続される。
【００２３】
第１冷却ステージ２２は、第１段シリンダ１８の第２段シリンダ２０側の端部すなわち第１段シリンダ１８と第２段シリンダ２０との連結部に設けられている。また、第２冷却ステージ２４は第２段シリンダ２０の末端に設けられている。第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４はそれぞれ第１段シリンダ１８及び第２段シリンダ２０に例えばろう付けで固定される。
【００２４】
冷凍機１２には、高圧配管４２及び低圧配管４４を介して圧縮機４０が接続される。冷凍機１２は、圧縮機４０から供給される高圧の作動気体（例えばヘリウム等）を内部で膨張させて第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４に寒冷を発生させる。圧縮機４０は、冷凍機１２で膨張した作動気体を回収し再び加圧して冷凍機１２に供給する。
【００２５】
具体的には、まず圧縮機４０から高圧配管４２を通じて冷凍機１２に高圧の作動気体が供給される。このとき、冷凍機用モータ２６は、高圧配管４２と冷凍機１２の内部空間とを連通する状態にモータ用ハウジング２７内部の可動バルブを駆動する。冷凍機１２の内部空間が高圧の作動気体で満たされると、冷凍機用モータ２６により可動バルブが切り替えられて冷凍機１２の内部空間が低圧配管４４に連通される。これにより作動気体は膨張して圧縮機４０へと回収される。可動バルブの動作に同期して、第１段ディスプレーサ及び第２段ディスプレーサのそれぞれが第１段シリンダ１８及び第２段シリンダ２０の内部を往復動する。このような熱サイクルを繰り返すことで冷凍機１２は第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４に寒冷を発生させる。また、圧縮機４０においては、冷凍機１２から吐出された作動気体を高圧に圧縮して冷凍機１２に送出する圧縮サイクルが繰り返される。
【００２６】
第２冷却ステージ２４は第１冷却ステージ２２よりも低温に冷却される。第２冷却ステージ２４は例えば１０Ｋ乃至２０Ｋ程度に冷却され、第１冷却ステージ２２は例えば８０Ｋ乃至１００Ｋ程度に冷却される。第１冷却ステージ２２には第１冷却ステージ２２の温度を測定するための第１温度センサ２３が取り付けられており、第２冷却ステージ２４には第２冷却ステージ２４の温度を測定するための第２温度センサ２５が取り付けられている。
【００２７】
放射シールド１６、１段パネル３２、第２段クライオパネル１４、及び冷凍機１２の第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４は、ポンプケース３４の内部に収容されている。ポンプケース３４は径の異なる２つの円筒を直列に接続して形成されている。ポンプケース３４の大径の円筒側端部は開放されてクライオポンプ開口３１を形成し、真空チャンバ８０との接続用のフランジ部３６が径方向外側へと延びて形成されている。ポンプケース３４及び放射シールド１６はともに円筒状に形成されており、同軸に配設されている。ポンプケース３４の内径が放射シールド１６の外径を若干上回っているので、放射シールド１６はポンプケース３４の内面との間に若干の間隔をもって配置される。またポンプケース３４の小径の円筒側端部は冷凍機１２のモータ用ハウジング２７に固定されている。クライオポンプ１０はポンプケース３４のフランジ部３６を介して真空チャンバ８０の排気用開口に気密に固定され、真空チャンバ８０の内部空間と一体の気密空間が形成される。
【００２８】
冷凍機１２の第１冷却ステージ２２には放射シールド１６が熱的に接続された状態で固定され、冷凍機１２の第２冷却ステージ２４には第２段クライオパネル１４が熱的に接続された状態で固定されている。このため、放射シールド１６は第１冷却ステージ２２と同程度の温度に冷却され、第２段クライオパネル１４は第２冷却ステージ２４と同程度の温度に冷却される。
【００２９】
放射シールド１６は、第２段クライオパネル１４及び第２冷却ステージ２４を周囲の輻射熱から保護するために設けられている。放射シールド１６は一端に開口３１を有する円筒状の形状に形成されている。シールド開口３１は放射シールド１６の筒状側面の端部内面により画定される。
【００３０】
一方、放射シールド１６のシールド開口３１とは反対側つまりポンプ底部側の他端には閉塞部２８が形成されている。閉塞部２８は、放射シールド１６の円筒状側面のポンプ底部側端部において径方向内側に向けて延びるフランジ部により形成される。図１に示されるクライオポンプ１０は縦型のクライオポンプであるので、このフランジ部が冷凍機１２の第１冷却ステージ２２に取り付けられている。これにより、放射シールド１６内部に円柱状の内部空間３０が形成される。冷凍機１２は放射シールド１６の中心軸に沿って内部空間３０に突出しており、第２冷却ステージ２４は内部空間３０に挿入された状態となっている。
【００３１】
なお、横型のクライオポンプの場合には、閉塞部２８は通常完全に閉塞されている。冷凍機１２は、放射シールド１６の側面に形成されている冷凍機取付用の開口部から放射シールド１６の中心軸に直交する方向に沿って内部空間３０に突出して配置される。冷凍機１２の第１冷却ステージ２２は放射シールド１６の冷凍機取付用開口部に取り付けられ、冷凍機１２の第２冷却ステージ２４は内部空間３０に配置される。第２冷却ステージ２４には第２段クライオパネル１４が取り付けられる。よって、第２段クライオパネル１４は放射シールド１６の内部空間３０に配置される。第２段クライオパネル１４は、適当な形状のパネル取付部材を介して第２冷却ステージ２４に取り付けられてもよい。
【００３２】
なお、放射シールド１６の形状は、円筒形状には限られず、角筒形状や楕円筒形状などいかなる断面の筒形状でもよい。典型的には放射シールド１６の形状はポンプケース３４の内面形状に相似する形状とされる。また、放射シールド１６は図示されるような一体の筒状に構成されていなくてもよく、複数のパーツにより全体として筒状の形状をなすように構成されていてもよい。これら複数のパーツは互いに間隙を有して配設されていてもよい。
【００３３】
第２段クライオパネル１４は、シールド開口３１からポンプ内部に向かう方向すなわち気体流入方向Ａに沿って配列された複数のクライオパネルを備える。これら複数のクライオパネルは配列方向に互いに間隔をあけて配列されている。クライオパネルの配列方向は放射シールド１６の中心軸方向と一致している。
【００３４】
クライオパネルは例えば、それぞれが円すい台の側面の形状、いわば傘状の形状を有する。各クライオパネルは、第２冷却ステージ２４に取り付けられているパネル取付部材６８に取り付けられている。各パネルは、放射方向外向きに開口３１から離れるようにパネル取付部材６８から延びるパネル側面を備える。各パネルのパネル側面のシールド開口３１を向く表面には吸着剤は設けられておらず、裏面には活性炭等の吸着剤（図示せず）が接着されている。各パネルの表面は凝縮面、裏面は吸着面として機能することが意図されている。
【００３５】
パネル取付部材６８は一端が閉塞され他端が開放されている円筒状の形状を有し、閉塞された端部が第２冷却ステージ２４の上端に取り付けられて円筒状側面が第２冷却ステージ２４を取り囲むように放射シールド１６の底部に向けて延びている。パネル取付部材６８の円筒状側面に複数のパネルが互いに間隔をあけて取り付けられている。
【００３６】
また放射シールド１６のシールド開口３１には１段パネル３２が設けられている。１段パネル３２は、第２段クライオパネル１４とは放射シールド１６の中心軸方向に間隔をおいて設けられている。１段パネル３２は、放射シールド１６のシールド開口３１側の端部に取り付けられており、放射シールド１６と同程度の温度に冷却される。なお、１段パネル３２と真空チャンバ８０との間にはゲートバルブ（図示せず）が設けられている。このゲートバルブは例えばクライオポンプ１０を再生するときに閉とされ、クライオポンプ１０により真空チャンバ８０を排気するときに開とされる。
【００３７】
第１段クライオパネル構造３２は、外側パネル５０及び内側パネル５２を備える。外側パネル５０及び内側パネル５２はそれぞれ、シールド開口３１に平行に配列された円板状のプレートである。外側パネル５０及び内側パネル５２はそれぞれシールド開口３１の全体を占めている。外側パネル５０と内側パネル５２とは間隙を有して対向している。外側パネル５０と内側パネル５２とはポンプ中心軸に沿って近接して配列されている。外側パネル５０及び内側パネル５２の周端部は放射シールド１６に取り付けられている。外側パネル５０及び内側パネル５２には多数の開口が形成されている。外側パネル５０と内側パネル５２との間隔は例えば開口径と同程度とされる。
【００３８】
図２は、一実施形態に係る第１段クライオパネル構造３２の模式的な上面図である。図２に示されるように、外側パネル５０には第１の分布で多数の円形開口５４が形成されており、内側パネル５２には第２の分布で多数の円形開口５６が形成されている。図２においては便宜上、上から実際に見えている外側パネル５０の開口５４を実線で示し、外側パネル５０に遮られて見えない内側パネル５２の開口５６を破線で示している。なお以下では適宜、外側パネル５０の開口５４を第１開口と称し、内側パネル５２の開口５６を第２開口と称する。
【００３９】
第１開口５４は外側パネル５０に均一の分布で形成され、第２開口５６は内側パネル５２に均一の分布で形成されている。ところが、上から見たときに、隣接する第１開口５４の間に第２開口５６が位置するように第１の分布と第２の分布とは面内方向にずれている。よって、第１開口５４の直下には内側パネル５２のパネル面が配置され露出されている。また、第２開口５６の直上には外側パネル５０のパネル面が配置されている。第１開口５４及び第２開口５６を互い違いに設けることにより、クライオポンプ内部（すなわち第２段クライオパネル１４）の外部への露出が相当に制限されている。
【００４０】
また、１つの第１開口５４の直下に位置する内側パネルの部位を包囲するように複数（図２においては４つ）の第２開口５６が内側パネル５２に形成されている。同様に、１つの第１開口５４に隣接する別の第１開口５４の直下に位置する内側パネル面を包囲するように複数の第２開口５６が内側パネル５２に形成されている。２つの隣接する第１開口５４のそれぞれに対応する複数の第２開口５６の一部は共通している。すなわち、１つの第２開口５６は複数の第１開口５４から流入した気体を受け入れるように配置されている。このような開口分布とすることにより、パネル上の開口の分布密度を大きくすることができる。
【００４１】
外側パネル５０における第１開口分布及び内側パネル５２における第２開口分布は、例えばクライオポンプの要求排気性能（例えば要求排気速度）を満足するように設定される。具体的には、開口の形状、寸法、数が設計上調整される。例えば第２段クライオパネル１４で排気されるべき気体（例えばアルゴン）についての要求排気速度が満たされるように開口分布が設定される。第１段クライオパネル３２は平板に開口を形成するという比較的簡素な構成であるので、例えばルーバー等の典型的な他の構成に比べて、要求排気性能を実現するように開口数や開口径等を柔軟かつ容易に設計上調整することができるという利点がある。それとともに、製造上も開口分布の変更に容易に対応することができる。
【００４２】
また、内側パネル５２の表面には、輻射率を高める表面処理例えば黒体処理がされている。これにより、内側パネル５２の表面の輻射率はほぼ１に等しい。内側パネル５２は、例えば銅の基材の表面に黒色クロムめっきをすることにより形成されている。よって、外側パネル５０の第１開口５４を通過した輻射熱の大半を内側パネル５２で吸収することができる。なお、黒体処理として例えば黒色塗装を用いてもよい。内側パネル５２は、外側パネル５０に対向する面（すなわち上面）のみ、または当該上面の第１開口５４の下方領域（すなわち露出領域）にのみ黒体処理がされていてもよい。また、内側パネル５２に代えて、または内側パネル５２とともに、外側パネル５０の例えば下面（すなわち内側パネル５２に対向する面）に黒体処理がされていてもよい。
【００４３】
外側パネル５０は、輻射率を低くする表面処理がされている。つまり外側パネル５０表面の反射率を高くしている。外側パネル５０は、例えば銅の基材の表面にニッケルめっきをして形成されている。外側パネル５０の上面（外部に露出されている面）の輻射率を低くして、裏面（内側パネル５２に対向する面）の輻射率を上述のように高くしてもよい。
【００４４】
このようにすれば、１段パネル３２に外部から入射する輻射熱のうち外側パネル５０に到達した熱は反射され、１段パネル３２の内部に到達した熱は高輻射率層で吸収される。よって、シールド開口３１を通じてポンプ内部に進入しようとする輻射熱を１段パネル３２によって効果的に防ぐことができる。
【００４５】
なお、第１段クライオパネル構造３２を構成する少なくとも１つのパネルは、上述のように円形開口を有する円板形状ではなく、他の適宜の構成であってもよい。真空チャンバ８０側から見たときに例えば同心円状の開放領域分布を有していてもよいし、あるいは格子状等他の開放領域分布を有していてもよい。ルーバーやシェブロンを有する他の構成であってもよい。
【００４６】
クライオポンプ１０の作動に際しては、まずその作動前に他の適当な粗引きポンプを用いて真空チャンバ８０内部を１Ｐａ程度にまで粗引きする。その後クライオポンプ１０を作動させる。冷凍機１２の駆動により第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４が冷却され、これらに熱的に接続されている放射シールド１６、１段パネル３２、２段パネル１４も冷却される。
【００４７】
冷却された１段パネル３２は、真空チャンバ８０からクライオポンプ１０内部へ向かって飛来する気体分子を冷却し、その冷却温度で蒸気圧が充分に低くなる気体（例えば水分など）を表面に凝縮させて排気する。１段パネル３２の冷却温度では蒸気圧が充分に低くならない気体は１段パネル３２を通過して放射シールド１６内部へと進入する。進入した気体分子のうち２段パネル１４の冷却温度で蒸気圧が充分に低くなる気体は、２段パネル１４の表面に凝縮されて排気される。その冷却温度でも蒸気圧が充分に低くならない気体は、２段パネル１４の表面に接着され冷却されている吸着剤により吸着されて排気される。このようにしてクライオポンプ１０は真空チャンバ８０内部の真空度を所望のレベルに到達させることができる。
【００４８】
ここで、図１に破線の矢印で示されているのは、１段パネル３２を通る気体分子経路の典型例である。図示されるように、外部からシールド開口３１へと直線的に飛来した気体分子は、外側パネル５０の第１開口５４を通過して内側パネル５２で反射する。反射された気体分子は、外側パネル５０の下面でさらに反射して、内側パネル５２の第２開口５６を通過する。このようにして放射シールド１６の内部に到達した気体分子は第２段クライオパネル１４により捕捉される。一方、図１に一点鎖線の矢印で示されているのは、クライオポンプ１０に進入するしようとする輻射熱の一例である。図示されるように、外側パネル５０の第１開口５４を通過した輻射熱は内側パネル５２によって吸収される。
【００４９】
以上のように本実施形態によれば、１段パネル３２の内部に進入した気体分子は概ね２回程度の反射を経てクライオポンプ内部へと導かれる。一方、輻射熱は１段パネル３２に進入することなく反射されるか、１段パネル３２の内部で吸収される。よって、輻射熱の影響低減とクライオポンプ排気速度との両立を図ることが可能となる。
【００５０】
また、１段パネル３２を２層パネル構造としたことにより、１層パネルの場合よりもパネル表面で開放領域が占める比率を高くすることができる。１層パネルの場合には開放領域を通じて輻射熱が直接ポンプ内部に進入してしまうのに対して、２層パネル構造では輻射熱の内部への進入が上述のように相当軽減されるからである。１層パネルの場合にはトレードオフとなり困難であった輻射熱の影響低減とクライオポンプ排気速度との両立を本実施形態では実現することができる。
【００５１】
さらに、１段パネル３２において気体分子が複数回反射することから、気体分子とパネル表面との熱交換がより促進される。このため、１段パネル３２で捕捉されるべき気体分子をより効率的に捕捉することができる。また、２段パネル１４で捕捉されるべき気体分子も１段パネル３２によって冷却される。よって、２段パネル１４の熱負荷は、上述の輻射熱軽減と相俟って、いっそう小さくなるという利点もある。
【００５２】
その結果、２段パネル１４を排気運転温度に維持しやすくなり、２段パネル１４の気体吸蔵量を大きくすることができる。また、２段パネル１４の温度制御性も向上されるため、排気運転中に生じ得る捕捉気体の再気化も抑制されて、高い真空度を安定して実現することもできるようになる。
【００５３】
なおここで、「上」及び「下」はクライオポンプ開口３１との位置関係をわかりやすく示すために便宜上用いているにすぎず、鉛直方向に関して上方または下方であると限定する趣旨ではない。すなわち、クライオポンプ開口３１に相対的に近いことを「上」、相対的に遠いことを「下」と便宜上表現している。あるいは、ポンプ底部から相対的に遠いことを「上」、相対的に近いことを「下」と呼んでいるにすぎないものと留意されたい。
【００５４】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００５５】
第１段クライオパネル構造３２の少なくとも１つのパネルは、第２段クライオパネル１４に近い部位では開放領域が疎に形成され、第２段クライオパネル１４から遠い部位では開放領域が密に形成されていてもよい。例えば第２段クライオパネル１４がクライオポンプの中心部に配設されている場合には、外側パネル５０及び内側パネル５２の少なくとも一方は、中心部では開口の密度が疎であり、周縁部では開口の密度が密であるように開口が形成されていてもよい。このようにすれば、第２段クライオパネル１４の上部への氷層堆積の集中を避けて第２段クライオパネル１４の全体により均等に氷層を堆積させることができる。第２段クライオパネル１４の排気能力を全体的に効率的に利用することが可能となり、気体吸蔵量を大きくすることができる。
【００５６】
また、第１段クライオパネル構造３２の内部に進入した気体分子を外側パネル５０へ向ける突起部または凹部を内側パネル５２の表面に設けてもよい。例えば、内側パネル５２において外側パネル５０の開口直下の露出部位に円錐状突起を設けてもよい。この円錐状突起の径を外側パネル５０の開口径に対応させて例えば同程度に形成することにより、例えばポンプ中心軸に沿ってパネル面に垂直に飛来した気体分子を外側パネル５０の裏面に向けて反射することができる。
【００５７】
また、パネル面に浅い角度で進入する輻射熱を遮蔽するよう開放領域の周縁に遮蔽部を形成してもよい。例えば、外側パネル５０及び内側パネル５２の少なくとも一方の開口周縁に沿って立設された遮蔽部材を設けてもよい。この遮蔽部材は、開口が円形である場合には短い円筒部材である。外側パネル５０に遮蔽部材を設ける場合には、外側パネル５０の開口周縁から遮蔽部材は下向きに延びていてもよい。内側パネル５２に遮蔽部材を設ける場合には、内側パネル５２の開口周縁から遮蔽部材は上向きに延びていてもよい。この遮蔽部材は、外側パネル５０及び内側パネル５２の間隔の例えば半分程度まで延びていてもよい。
【００５８】
第１段クライオパネル構造は、クライオポンプ中心軸方向と進入方向とのなす角度が所定角度を超える輻射熱（すなわちパネル表面への進入角度が浅い輻射熱）を吸収または反射する第３パネルを含んでもよい。第３パネルは第１パネル及び第２パネルよりもポンプ内部に設けられていてもよい。第３パネルは、第１パネル及び第２パネルで反射することなく開口を通過した輻射熱を第１冷却温度の部位に向けるように構成されていてもよい。第３パネルは例えば、第１パネル及び第２パネルの開口を直線的に通過した輻射熱を放射シールド側面に向けるようにクライオポンプ中心軸と角度を有する表面を含み、第２パネルの開口の下方に配設されていてもよい。また、第３パネル表面の輻射率を例えば黒体処理により高くしてもよい。
【００５９】
また、第１段クライオパネル構造に非接触に直線的に通過した輻射熱が第２段クライオパネル構造に入射しないように第１段クライオパネル構造と第２段クライオパネル構造との間隔を広くしてもよい。例えば、パネル表面に対して浅い角度で入射して第１段クライオパネル構造の第１及び第２パネルの開放領域を直線的に通過した輻射熱が第２段クライオパネルに直接入射せずにシールド側面に入射するように第１段クライオパネル構造と第２段クライオパネル構造との間隔が設定されていてもよい。また、そのように第１及び第２パネル間隔、該パネルの開口形状及び開口分布が設定されていてもよい。
【００６０】
上述のようにシールド開口において二重構造とするだけではなく、放射シールドの全体を二重構造としてもよい。あるいは、放射シールドの側面を二重構造としてもよい。このようにすれば、放射シールドの外側すなわち放射シールドとポンプケースとの間隙に進入した気体分子を開口を通じてポンプ内部へと導くことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係るクライオポンプを模式的に示す断面図である。
【図２】一実施形態に係る第１段クライオパネル構造の模式的な上面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  クライオポンプ、  １２  冷凍機、  １４  第２段クライオパネル、  １６  放射シールド、  ３２  第１段クライオパネル、  ５０  外側パネル、  ５２  内側パネル。
【図１】
2010084702.tif 000003
【図２】
2010084702.tif 000004