(57)【要約】【課題】比較的大きい気体吸蔵量及び／または比較的小さい排気速度が要求される用途に適するクライオポンプ及びクライオポンプ取付構造を提供する。【解決手段】真空チャンバ２００の排気をするためのクライオポンプ１０は、気体を受け入れるためのシールド開口を囲むシールド開口端を備える放射シールドと、シールド開口を真空チャンバ２００に接続するためのシールド開口より狭い接続開口を有する蓋部材３００と、を備える。蓋部材３００は、真空チャンバ側で接続開口を囲み真空チャンバ側の相手フランジにクライオポンプ１０を取り付けるための第１取付フランジ３０２を備える。【選択図】図１
2014156832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバの排気をするためのクライオポンプであって、
気体を受け入れるためのシールド開口を囲むシールド開口端を備える放射シールドと、
前記シールド開口を前記真空チャンバに接続するための前記シールド開口より狭い接続開口を有する蓋部材と、を備え、前記蓋部材は、真空チャンバ側で前記接続開口を囲み真空チャンバ側の相手フランジに前記クライオポンプを取り付けるための第１取付フランジを備えることを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】
前記放射シールドを収容するクライオポンプ容器をさらに備え、
前記クライオポンプ容器は、吸気口を囲み前記第１取付フランジより大型である吸気口フランジを備え、
前記蓋部材は、クライオポンプ側で前記接続開口を囲み前記吸気口フランジに前記蓋部材を取り付けるための第２取付フランジを備え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】
前記吸気口フランジは、前記吸気口を画定する内周縁を備え、前記内周縁は、前記シールド開口の中心線に垂直な方向に前記シールド開口端の外側に位置する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】
前記放射シールド内に配置されている低温クライオパネルと、
前記放射シールドを冷却するための第１冷却ステージと、前記低温クライオパネルを冷却するための第２冷却ステージと、前記第１冷却ステージと前記第２冷却ステージとを連結する第２シリンダと、を備え、前記第２シリンダが前記放射シールド内で前記シールド開口の中心線に交差する方向に沿って配設されている冷凍機と、さらに備え、
前記第１取付フランジは、前記第２シリンダの高温側から離れるように前記中心線から外れた場所に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項５】
前記蓋部材は、前記真空チャンバから前記シールド開口への気体流入を制限する絞り部を前記接続開口に備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項６】
前記蓋部材は、前記シールド開口を前記クライオポンプの外部に接続するための複数の接続ポートを有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項７】
真空チャンバの排気をするためのクライオポンプを、真空チャンバ側の相手フランジに取り付けるためのクライオポンプ取付構造であって、前記クライオポンプは、吸気口を囲む吸気口フランジを備えており、前記取付構造は、
前記吸気口を前記真空チャンバに接続するための接続開口を有する蓋部材を備え、
前記蓋部材は、真空チャンバ側で前記接続開口を囲み前記相手フランジに前記蓋部材を取り付けるための第１取付フランジと、クライオポンプ側で前記接続開口を囲み前記吸気口フランジに前記蓋部材を取り付けるための第２取付フランジと、を備えることを特徴とするクライオポンプ取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クライオポンプ及びクライオポンプ取付構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍機のコールドヘッド２段に連結されて極低温に冷却されたクライオパネルと、該冷凍機のコールドヘッド１段に連結されて超低温に冷却された筒型のシールドと、該シールドに連結したバッフルと、ポンプケース内に設けたクライオポンプが知られている。バッフルは、筒型のシールドの開口部に該シールドの筒内へ凹入した凹部を有する。ポンプケースの開口は矩形であり、その幅と高さの比が前方のフランジにより１０：１とされている。ポンプケースの開口の幅及び高さは、筒型のシールドの開口部の幅及び高さに一致している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１６６４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、クライオポンプを真空機器に取り付けるとき、相手側の開口に合わせた寸法の吸気口を有するクライオポンプが選択される。吸気口の寸法は設計上、クライオポンプの排気性能を表す主要な指標である排気速度と気体吸蔵量を決める代表的な因子である。しかし、ある用途においては、そのように選択されたクライオポンプによって提供される排気性能の水準から外れた排気性能が要求されることがある。例えば、そうした水準を超える気体吸蔵量が求められることがある。あるいは、提供しうる最大の排気速度より小さい排気速度で充分とされることもありうる。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、比較的大きい気体吸蔵量及び／または比較的小さい排気速度が要求される用途に適するクライオポンプ及びクライオポンプ取付構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によると、真空チャンバの排気をするためのクライオポンプであって、気体を受け入れるためのシールド開口を囲むシールド開口端を備える放射シールドと、前記シールド開口を前記真空チャンバに接続するための前記シールド開口より狭い接続開口を有する蓋部材と、を備え、前記蓋部材は、真空チャンバ側で前記接続開口を囲み真空チャンバ側の相手フランジに前記クライオポンプを取り付けるための第１取付フランジを備えることを特徴とするクライオポンプが提供される。
【０００７】
本発明のある態様によると、真空チャンバの排気をするためのクライオポンプを、真空チャンバ側の相手フランジに取り付けるためのクライオポンプ取付構造であって、前記クライオポンプは、吸気口を囲む吸気口フランジを備えており、前記取付構造は、前記吸気口を前記真空チャンバに接続するための接続開口を有する蓋部材を備え、前記蓋部材は、真空チャンバ側で前記接続開口を囲み前記相手フランジに前記蓋部材を取り付けるための第１取付フランジと、クライオポンプ側で前記接続開口を囲み前記吸気口フランジに前記蓋部材を取り付けるための第２取付フランジと、を備えることを特徴とするクライオポンプ取付構造が提供される。
【０００８】
なお、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、比較的大きい気体吸蔵量及び／または比較的小さい排気速度が要求される用途に適するクライオポンプ及びクライオポンプ取付構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のある実施形態に係るクライオポンプ装置の主要部を概略的に示す側面図である。
【図２】本発明のある実施形態に係るクライオポンプ装置の内部を概略的に示す部分側断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るクライオポンプ装置の主要部を概略的に示す側面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るクライオポンプ装置の主要部を概略的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明のある実施形態に係るクライオポンプ装置１００の主要部を概略的に示す側面図である。図２は、本発明のある実施形態に係るクライオポンプ装置１００の内部を概略的に示す部分側断面図である。
【００１２】
クライオポンプ装置１００は例えば、真空環境で基板などの物体に所望の処理をするよう構成されている真空処理装置の真空チャンバ２００の排気をするために使用される。クライオポンプ装置１００は、クライオポンプ１０を備える。
【００１３】
真空チャンバ２００は、クライオポンプ装置１００などの真空ポンプを取り付けるための排気口フランジ２０２を備える。排気口フランジ２０２は、例えば、真空チャンバ２００の排気口に形成されている真空フランジ、当該排気口に取り付けられるゲートバルブ若しくはその他の真空バルブ又は真空配管の真空ポンプ側に形成されている真空フランジである。つまり、クライオポンプ装置１００は、真空チャンバ２００の排気口に直接取り付けられてもよいし、真空バルブや真空配管を介して真空チャンバ２００の排気口に取り付けられてもよい。
【００１４】
図２を参照して後述するように、クライオポンプ１０は、クライオポンプ吸気口３４の中心線Ａに交差する方向に沿って配設されている冷凍機１１を備える、いわゆる横型のクライオポンプである。この中心線Ａはクライオポンプ吸気口３４の中心を通る仮想的な直線であり、シールド開口４２の中心線に一致する。クライオポンプ吸気口３４は、真空チャンバ２００から気体を受け入れるためにクライオポンプ容器３０に設けられているクライオポンプ１０の主たる開口である。クライオポンプ１０は、クライオポンプ吸気口３４を囲む吸気口フランジ３６を備える。吸気口フランジ３６は、排気口フランジ２０２よりも大きい口径を有する真空フランジである。吸気口フランジ３６は、クライオポンプ容器３０の開口端において中心線Ａから外側に向かう方向に突き出すように形成されている。
【００１５】
なお以下では、クライオポンプ１０の構成要素の位置関係をわかりやすく表すために、「軸方向」、「径方向」との用語を使用することがある。軸方向はクライオポンプ吸気口３４を通る方向を表し、径方向はクライオポンプ吸気口３４に沿う方向を表す。便宜上、軸方向に関してクライオポンプ吸気口３４に相対的に近いことを「上」、相対的に遠いことを「下」と呼ぶことがある。つまり、クライオポンプ１０の底部から相対的に遠いことを「上」、相対的に近いことを「下」と呼ぶことがある。径方向に関しては、クライオポンプ吸気口３４の中心に近いことを「内」、クライオポンプ吸気口３４の周縁に近いことを「外」と呼ぶことがある。なお、こうした表現はクライオポンプ１０が真空チャンバ２００に取り付けられるときの配置とは関係しない。例えば、図示とは逆に、クライオポンプ１０は鉛直方向にクライオポンプ吸気口３４を下向きにして真空チャンバ２００に取り付けられてもよい。
【００１６】
クライオポンプ装置１００は、吸気口フランジ３６に取り付けられる蓋部材３００を備える。蓋部材３００は、クライオポンプ１０の吸気口フランジ３６を真空チャンバ２００の排気口フランジ２０２に適合させるための、いわば変換ポートである。蓋部材３００は、クライオポンプ装置１００への気体入口をクライオポンプ吸気口３４よりも狭くするよう構成されている。蓋部材３００は、クライオポンプ吸気口３４を真空チャンバ２００に接続するための接続開口３０８（図２参照）を有する。蓋部材３００は、接続開口３０８により開放された領域を除くクライオポンプ吸気口３４の一部を覆う。このようにして、蓋部材３００のコンダクタンスは接続開口３０８によって決定される。後述するように接続開口３０８は断面積がクライオポンプ吸気口３４よりも狭いので、蓋部材３００によってクライオポンプ１０の排気速度は低減される。
【００１７】
蓋部材３００は、接続開口３０８を真空チャンバ２００側で囲む第１取付フランジ３０２と、接続開口３０８をクライオポンプ１０側で囲む第２取付フランジ３０４と、を備える。第１取付フランジ３０２は、蓋部材３００を排気口フランジ２０２に取り付けるための真空フランジであり、第２取付フランジ３０４は、蓋部材３００を吸気口フランジ３６に取り付けるための真空フランジである。第１取付フランジ３０２と排気口フランジ２０２とは、Ｏリングなどのシール要素を含むシール部を介してボルトやクランプなどの締結具によって固定される。同様に、第２取付フランジ３０４と吸気口フランジ３６とはシール部を介して締結具によって固定される。蓋部材３００は、クライオポンプ１０の外側で吸気口フランジ３６に隣接して固定される。
【００１８】
第１取付フランジ３０２は排気口フランジ２０２と同一口径のフランジであり、第２取付フランジ３０４は吸気口フランジ３６と同一口径のフランジである。従って、第１取付フランジ３０２の口径は第２取付フランジ３０４の口径より小さい。第１取付フランジ３０２及び第２取付フランジ３０４は同軸に形成されており、それにより蓋部材３００は、吸気口フランジ３６を排気口フランジ２０２に同軸に取り付けるよう構成されている。
【００１９】
蓋部材３００は、第１取付フランジ３０２と第２取付フランジ３０４とを接続する接続部３０６を備える。接続部３０６は一端に第１取付フランジ３０２が形成され他端に第２取付フランジ３０４が形成されている。第１取付フランジ３０２は、真空チャンバ２００側の接続部３０６末端において中心線Ａから外側に向かう方向に突き出すように形成されている。第２取付フランジ３０４は、クライオポンプ１０側の接続部３０６末端において中心線Ａから外側に向かう方向に突き出すように形成されている。
【００２０】
第１取付フランジ３０２は第２取付フランジ３０４と等しい内径を有しており、接続部３０６は短い円筒またはリング状に形成されている。上述の接続開口３０８は接続部３０６を貫通する管路である。よって、排気されるべき気体は、真空チャンバ２００から接続開口３０８及びクライオポンプ吸気口３４を通じてクライオポンプ１０に進入する。
【００２１】
図２に示されるように、第２取付フランジ３０４は、吸気口フランジ３６の内周縁３７の径方向内側に延出部３１０を備える。すなわち、第２取付フランジ３０４の内周縁３１２は、吸気口フランジ３６の内周縁３７よりも中心線Ａに近い。接続開口３０８の断面積は、クライオポンプ吸気口３４より狭い。延出部３１０は第２取付フランジ３０４の内周側の円環部分である。こうして、第２取付フランジ３０４は、クライオポンプ吸気口３４の外周部を覆う。また、第２取付フランジ３０４の内周縁３１２は、シールド開口端４１よりも中心線Ａに近い。接続開口３０８の断面積は、シールド開口４２より狭い。
【００２２】
また、クライオポンプ１０は、例えばギフォード・マクマホン式冷凍機（いわゆるＧＭ冷凍機）などの冷凍機１１を備える。図２に示す冷凍機１１は、二段式の冷凍機であり、シリンダを直列に二段組み合わせてより低い温度を達成する。冷凍機１１は、第１シリンダ１２、第２シリンダ１３、第１冷却ステージ１４、第２冷却ステージ１５、駆動機構１６を備える。
【００２３】
第１シリンダ１２と第２シリンダ１３は直列に接続されている。第１冷却ステージ１４は、第１シリンダ１２と第２シリンダ１３との結合部に設置されている。第２シリンダ１３は第１冷却ステージ１４と第２冷却ステージ１５とを連結する。第２冷却ステージ１５は、第２シリンダ１３の末端に設置されている。第１シリンダ１２及び第２シリンダ１３それぞれの内部には蓄冷器が組み込まれている。駆動機構１６は例えば、冷凍機１１と圧縮機１８との間の作動気体流れを切り換えるためのロータリバルブ及びそれを回転するためのモータを備える。
【００２４】
冷凍機１１は冷媒管１７を介して圧縮機１８に接続される。圧縮機１８は、例えばヘリウム等の冷媒ガス、すなわち作動気体を圧縮して、冷媒管１７を介して冷凍機１１に供給する。冷凍機１１は、供給された高圧の作動気体を蓄冷器を通過させることにより冷却する。駆動機構１６によって、圧縮機１８の高圧側から冷凍機１１への供給流れが、冷凍機１１から圧縮機１８の低圧側への排出流れに切り換えられる。作動気体の供給から排出に切り換えられたとき、冷凍機１１は、第１シリンダ１２及び第２シリンダ１３それぞれの内部の膨張室で作動気体を膨張させる。膨張室で膨張することで吸熱し冷却ステージを冷却した低圧の作動気体は、蓄冷器を通過し冷媒管１７を経て圧縮機１８に戻される。
【００２５】
このようにして、第１シリンダ１２に設置される第１冷却ステージ１４は第１の冷却温度レベルに冷却され、第２シリンダ１３に設置される第２冷却ステージ１５は第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。例えば、第１冷却ステージ１４は６５Ｋ〜１００Ｋ程度に冷却され、第２冷却ステージ１５は１０Ｋ〜２０Ｋ程度に冷却される。
【００２６】
また、クライオポンプ１０は、クライオポンプ容器３０を備える。クライオポンプ容器３０は、一端に開口を有し他端が閉塞されている円筒状の形状に形成された部位（以下、「胴部」と呼ぶ）３２を有する。この開口は、クライオポンプ１０が接続されるスパッタ装置等の真空チャンバ２００から排気されるべき気体を受け入れるためのクライオポンプ吸気口３４として、設けられている。クライオポンプ吸気口３４はクライオポンプ容器３０の胴部３２の上端部内面により画定される。クライオポンプ容器３０の胴部３２の上端には径方向外側に向けて吸気口フランジ３６が延びている。
【００２７】
胴部３２にはクライオポンプ吸気口３４とは別に、冷凍機１１を挿通するための開口部３８が形成されている。胴部３２の開口部３８には円筒状の冷凍機収容部３９の一端が取り付けられ、他端は冷凍機１１の（例えば駆動機構１６のための）ハウジングに取り付けられている。冷凍機収容部３９は冷凍機１１の第１シリンダ１２を収容する。
【００２８】
クライオポンプ容器３０は、クライオポンプ１０の内部と外部とを隔てるために設けられている。上述のようにクライオポンプ容器３０は胴部３２と冷凍機収容部３９とを含んで構成されており、胴部３２及び冷凍機収容部３９の内部は共通の圧力に気密に保持される。これによりクライオポンプ容器３０は、クライオポンプ１０の排気運転中は真空容器として機能する。クライオポンプ容器３０の外面は、クライオポンプ１０の動作中、すなわち冷凍機が作動している間も、クライオポンプ１０の外部の環境にさらされる。そのため、クライオポンプ容器３０の温度は冷凍機１１の冷却温度よりも高温（例えば室温程度）となる。
【００２９】
クライオポンプ１０は、放射シールド４０を備える。放射シールド４０は、クライオポンプ容器３０の内部に配設されている。放射シールド４０は、一端にシールド開口４２を有し他端が閉塞されている円筒状の形状、すなわちカップ状の形状に形成されている。放射シールド４０は、図２に示されるような一体の筒状に構成されていてもよく、また、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。
【００３０】
クライオポンプ容器３０の胴部３２及び放射シールド４０はともに略円筒状に形成されており、同軸に配設されている。クライオポンプ容器３０の胴部３２の内径が放射シールド４０の外径を若干上回っており、放射シールド４０はクライオポンプ容器３０の胴部３２の内面との間に若干の間隔をもってクライオポンプ容器３０とは非接触の状態で配置される。すなわち、放射シールド４０の外面は、クライオポンプ容器３０の内面と対向している。なお、クライオポンプ容器３０の胴部３２および放射シールド４０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４０の形状はクライオポンプ容器３０の胴部３２の内面形状に相似する形状とされる。
【００３１】
このようにして、クライオポンプ１０は、クライオポンプ吸気口３４にシールド開口端４１をもつ筒部を備える放射シールド４０を備える。シールド開口端４１はシールド開口４２を囲む。吸気口フランジ３６は、クライオポンプ吸気口３４を画定する内周縁３７を備える。吸気口フランジ３６の内周縁３７は、シールド開口４２の中心線Ａに垂直な方向にシールド開口端４１の外側に位置する。
【００３２】
放射シールド４０の外径が吸気口フランジ３６の内径より小さいので、クライオポンプ１０の製造において放射シールド４０をクライオポンプ吸気口３４からクライオポンプ容器３０の中に入れるとき吸気口フランジ３６が放射シールド４０と干渉しない。よって、クライオポンプ吸気口３４を通じて放射シールド４０をクライオポンプ１０に組み付けることができる。放射シールド４０がクライオポンプ容器３０内に収容され組み付けられた後に、クライオポンプ１０に蓋部材３００が取り付けられる。
【００３３】
放射シールド４０の側面には冷凍機取付孔４３が形成されている。冷凍機取付孔４３は、放射シールド４０の中心軸方向に関して放射シールド４０側面の中央部に形成されている。放射シールド４０の冷凍機取付孔４３はクライオポンプ容器３０の開口部３８と同軸に設けられている。冷凍機１１の第２シリンダ１３及び第２冷却ステージ１５は冷凍機取付孔４３から放射シールド４０の中心軸方向に垂直な方向に沿って挿入されている。放射シールド４０は、冷凍機取付孔４３において第１冷却ステージ１４に熱的に接続された状態で固定される。
【００３４】
図２に示されるクライオポンプ１０は、いわゆる横型のクライオポンプである。横型のクライオポンプとは一般に、冷凍機１１の第２冷却ステージ１５が筒状の放射シールド４０の軸方向に交差する方向（通常は直交方向）に沿って放射シールド４０の内部に挿入されているクライオポンプである。なお、本発明はいわゆる縦型のクライオポンプにも同様に適用することができる。縦型のクライオポンプとは、放射シールドの軸方向に沿って冷凍機が挿入されているクライオポンプである。
【００３５】
また、クライオポンプ１０は、低温クライオパネル６０を備える。低温クライオパネル６０は、例えば複数のパネル６４を含む。パネル６４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。各パネル６４は、第２冷却ステージ１５に取り付けられているパネル取付部材６６に取り付けられている。各パネル６４には通常、活性炭等の吸着剤（図示せず）が設けられている。吸着剤は例えばパネル６４の裏面に接着されている。パネル取付部材６６に複数のパネル６４が互いに間隔をあけて取り付けられている。複数のパネル６４は、クライオポンプ吸気口３４から見てポンプ内部に向かう方向に配列されている。
【００３６】
放射シールド４０は、第２冷却ステージ１５およびこれに熱的に接続される低温クライオパネル６０を主にクライオポンプ容器３０からの輻射熱から保護する熱シールドとして設けられている。第２冷却ステージ１５は、放射シールド４０の内部において放射シールド４０のほぼ中心軸上に配置される。放射シールド４０は、第１冷却ステージ１４に熱的に接続された状態で固定され、第１冷却ステージ１４と同程度の温度に冷却される。
【００３７】
放射シールド４０の入口には、真空チャンバ等からの輻射熱から第２冷却ステージ１５およびこれに熱的に接続される低温クライオパネル６０を保護するために、バッフル６２が設けられている。バッフル６２は、例えば、ルーバ構造やシェブロン構造に形成される。バッフル６２は、放射シールド４０の中心軸を中心とする同心円状に形成されていてもよいし、あるいは格子状等他の形状に形成されていてもよい。バッフル６２は、多数の貫通孔を有する平板であってもよい。
【００３８】
バッフル６２は放射シールド４０の開口側の端部に取り付けられており、放射シールド４０と同程度の温度に冷却される。冷却されたバッフル６２は、真空チャンバ２００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。バッフル６２の冷却温度では蒸気圧が充分に低くならない気体はバッフル６２を通過して放射シールド４０内部へと進入する。
【００３９】
進入した気体分子のうち低温クライオパネル６０の冷却温度で蒸気圧が充分に低くなる気体は、低温クライオパネル６０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（例えば水素など）は、低温クライオパネル６０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２００の真空度を所望のレベルに到達させることができる。
【００４０】
ところで、本業界の実情として、クライオポンプ吸気口の口径がクライオポンプ製品の品揃えを定めている。クライオポンプの製造業者は一般に、例えば、口径８インチ、１０インチ、１２インチなどと２インチまたは４インチおきに標準的な仕様のクライオポンプを製造し販売している。これは、真空チャンバの排気口の口径に合わせるためである。したがって、真空チャンバの排気口が例えば口径８インチである場合、同様に口径８インチのクライオポンプが選択される。
【００４１】
クライオポンプの性能を表す主要な指標として、排気速度と気体吸蔵量がある。排気速度は主にクライオポンプの口径によって決まるので、大型のクライオポンプほど排気速度は大きい。また、気体吸蔵量は主にクライオポンプに内蔵されるクライオパネルの面積によって決まるので、同様に大型のクライオポンプほど気体吸蔵量も大きい。
【００４２】
クライオポンプのある用途においては、比較的大きい気体吸蔵量が要求されることがある。その要求される気体吸蔵量が、真空チャンバの排気口に合わせて選択されたクライオポンプの気体吸蔵量を超えるかもしれない。こうした用途においては、排気速度はそれほど要求されず、比較的小さい排気速度で十分であるかもしれない。そうした用途の一例は、主としてアルゴンを排気する用途であり、代表的にはスパッタリング装置である。
【００４３】
本実施形態に係るクライオポンプ装置１００は上述のように、クライオポンプ１０の吸気口３４の一部を塞ぐ蓋部材３００を備える。蓋部材３００はクライオポンプ吸気口３４を真空チャンバ２００に接続するための接続開口３０８を有する。このような開口付きの蓋によって吸気口３４及びシールド開口４２を狭くすることにより、クライオポンプ装置１００の排気速度を低減することができる。
【００４４】
蓋部材３００は、吸気口フランジ３６より小型の第１取付フランジ３０２を真空チャンバ２００側に備える。したがって、蓋部材３００を用いて大型のクライオポンプ１０を真空チャンバ２００の小さい排気口に設置することができる。例えば、口径１２インチのクライオポンプ１０を口径８インチの排気口フランジ２０２に設置することができる。このようにして、蓋部材３００を設けるという単純で低コストな方法によって、大きい気体吸蔵量を提供することができる。それにより、例えば、クライオポンプ１０の再生の頻度を低減することができるという利点がある。
【００４５】
図３は、本発明の他の実施形態に係るクライオポンプ装置１００の主要部を概略的に示す側面図である。クライオポンプ装置１００は、上述の実施形態と同様の横型のクライオポンプ１０を備える。クライオポンプ装置１００は、蓋部材３２０が第２取付フランジ３０４の中心から外れた場所に第１取付フランジ３０２を備える点で、上述の実施形態と異なる。
【００４６】
図３に示す蓋部材３２０においては、接続開口３０８（図において破線で示す）が冷凍機１１の高温側から離れるように中心線Ａから偏心している。そのために、第１取付フランジ３０２及び接続部３０６は、クライオポンプ容器３０の冷凍機収容部３９とは反対側に中心線Ａからずらして配設されている。冷凍機取付孔４３から中心線Ａへの距離よりも冷凍機取付孔４３から接続開口３０８の中心への距離のほうが大きい。
【００４７】
横型のクライオポンプ１０においては、第２シリンダ１３（図２参照）の表面、具体的にはクライオポンプ吸気口３４を向く上側の表面にも気体が凝縮され氷層が堆積する。第２シリンダ１３の表面上の氷層が真空度の不安定を引き起こすことがある。この真空度の不安定は第２シリンダ１３表面の温度勾配に起因するものである。
【００４８】
第２シリンダ１３の表面には、第２冷却ステージ１５の第２冷却温度から第１冷却ステージ１４の第１冷却温度へと温度勾配が生じている。この第２冷却温度から第１冷却温度までの温度範囲には、低温クライオパネル６０に凝縮する気体（例えばアルゴン）の沸点が含まれる。よって、第２シリンダ１３の表面には、その気体沸点の温度に一致する位置が存在する。クライオポンプ１０を使用するとき低温クライオパネル６０への氷層堆積が進むにつれて低温クライオパネル６０への熱負荷も増加する。それにより、低温クライオパネル６０の温度も変動し得る。そうすると、第２シリンダ１３の表面での気体沸点温度位置も（図２において左右に）移動する。
【００４９】
このとき、第２シリンダ１３に堆積した氷層の一部が第２シリンダ１３表面の温度変化により急激に気化されて真空度が悪化する。例えば、第２冷却ステージ１５の温度が上昇して気体沸点温度位置が第２冷却ステージ１５に近づく方向に移動すると、もとの気体沸点温度位置に凝縮していた気体は凝縮状態を維持できなくなり急激に気化されることになる。
【００５０】
クライオポンプ１０には、第２シリンダ１３を包囲する冷凍機カバーが設けられていてもよい。冷凍機カバーは第２シリンダ１３よりも若干大径の円筒形状に形成されており、一端が第２冷却ステージ１５に取り付けられ、他端が放射シールド４０に向けて延びている。冷凍機カバーと放射シールド４０との間には間隙が設けられており、冷凍機カバーと放射シールド４０とは接触していない。冷凍機カバーは第２冷却ステージ１５に熱的に接続されており、第２冷却ステージ１５と同じ温度に冷却される。冷凍機カバーにより第２シリンダ１３が覆われているので、第２シリンダ１３ではなく冷凍機カバーに氷層が形成される。よって、上述の真空度の不安定を防止することができる。
【００５１】
冷凍機カバー上に氷層が蓄積すると、放射シールド４０に近接する冷凍機カバー端部において氷層が放射シールド４０に接触しうる。放射シールド４０に接触した氷層は放射シールド４０により加熱されることとなり、急激に気化される。この場合、クライオポンプ１０は更に真空度を高めることが困難である。
【００５２】
図３に示すクライオポンプ装置１００によると、蓋部材３２０の接続開口３０８が第２シリンダ１３の高温側から離れている。こうした接続開口３０８の配置に対応して、第２シリンダ１３から離れた場所へと気体を導くことができる。こうして、第２シリンダ１３及び冷凍機カバー上の氷層堆積を減らすことができるので、上述の真空度の不安定または悪化を抑制することができる。
【００５３】
なお、蓋部材３２０は、第２取付フランジ３０４の中心から外れた任意の場所に、第１取付フランジ３０２及び接続開口３０８を備えてもよい。このようにすれば、クライオポンプ１０内のクライオパネル配置に対応させて所望の場所に気体を導くことができる。
【００５４】
図４は、本発明の他の実施形態に係るクライオポンプ装置１００の主要部を概略的に示す側面図である。クライオポンプ装置１００は、上述の実施形態と同様の横型のクライオポンプ１０を備える。クライオポンプ装置１００は、複数の接続開口３０８（図において破線で示す）を備える蓋部材３３０を備える点で、上述の実施形態と異なる。
【００５５】
蓋部材３３０は、クライオポンプ吸気口３４をクライオポンプ１０の外部に接続するための複数の接続ポート３３２を備える。図４には、２つの接続ポート３３２を備える蓋部材３３０が示されている。これら接続ポート３３２は第２取付フランジ３０４に設けられている。接続ポート３３２のそれぞれが、第１取付フランジ３０２及び接続部３０６を備え、かつ接続開口３０８を有する。各接続ポート３３２は個別の排気口フランジ２０２に取り付けられる。このようにすれば、１台のクライオポンプ１０を複数の真空チャンバに接続することができる。
【００５６】
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。
【００５７】
上述の実施形態においては、蓋部材３００の接続開口３０８は開放されている。しかし、蓋部材３００は、真空チャンバ２００からクライオポンプ吸気口３４への気体流入を制限する絞り部を接続開口３０８に備えてもよい。この絞り部は、接続開口３０８の断面積を小さくする任意の要素を備えてもよい。例えば、蓋部材３００は、接続開口３０８を形成する管路に配設されているバッフルを備えてもよい。このバッフルは接続開口３０８の開口面積を調整するための可動のルーバーであってもよい。
【００５８】
上述の実施形態においては、蓋部材３００の第１取付フランジ３０２及び第２取付フランジ３０４は、排気口フランジ２０２及び吸気口フランジ３６にそれぞれ合わせて、異なる口径を有する。排気口フランジ２０２及び／または吸気口フランジ３６の形状が円形以外の形状である場合には、蓋部材は、排気口フランジ２０２及び／または吸気口フランジ３６に適合する形状を有する取付フランジを備えてもよい。例えば、排気口フランジ２０２及び／または吸気口フランジ３６が矩形の場合には、蓋部材の取付フランジも矩形であってもよい。このような蓋部材を用いることにより、クライオポンプ１０の吸気口フランジ３６とは異なる形状及び／または寸法を有する排気口フランジ２０２にクライオポンプ１０を取り付けることができる。また、蓋部材に関連する開口、筒、または管（例えば接続開口３０８）についても、矩形など円形以外の任意の断面形状を有してもよい。
【００５９】
上述の実施形態においては、吸気口フランジ３６は、第１取付フランジ３０２よりも大型である。しかし、吸気口フランジ３６は、第１取付フランジ３０２と同型であってもよい。この場合においても、蓋部材３００は接続開口３０８により排気速度を調整することができる。また、吸気口フランジ３６は、第１取付フランジ３０２よりも小型であってもよい。この場合、小型のクライオポンプを真空チャンバに取り付けることができる。
【００６０】
上述の実施形態においては、蓋部材３００は、クライオポンプ１０に取り外し可能に取り付けられている別体の部材である。しかし、蓋部材はクライオポンプと一体の部材であってもよい。よって、ある実施形態においては、クライオポンプは、クライオポンプの吸気口を覆うようにクライオポンプ容器に一体に形成されている蓋部材を備えてもよい。この場合、クライオポンプは吸気口フランジを備えなくてもよい。また、蓋部材は第２取付フランジを備えなくてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０  クライオポンプ、  １１  冷凍機、  ３６  吸気口フランジ、  ３７  内周縁、  ４０  放射シールド、  ４１  シールド開口端、  ４２  シールド開口、  １００  クライオポンプ装置、  ２００  真空チャンバ、  ３００  蓋部材、  ３０２  第１取付フランジ、  ３０４  第２取付フランジ、  Ａ  中心線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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