(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１冷却温度に冷却される第１冷却ステージと、前記第１冷却温度より低い第２冷却温度に冷却される第２冷却ステージと、前記第２冷却ステージを前記第１冷却ステージに構造的に支持する冷凍機構造部と、を備える冷凍機と、
気体を受け入れるためのシールド主開口を有し、前記第１冷却ステージに熱的に結合されている放射シールドであって、前記第２冷却ステージを包囲するシールド側部を備え、前記冷凍機構造部が挿入されるシールド側部開口を前記シールド側部に有する放射シールドと、
前記第２冷却ステージに熱的に結合され、前記第２冷却ステージとともに前記シールド側部に包囲されているクライオパネルユニットと、
前記第２冷却ステージ及び前記クライオパネルユニットの両方と非接触であるように前記冷凍機構造部に隣接して配置され、前記シールド主開口から流入する前記気体の流れを前記冷凍機構造部から偏向させる気体流れ調整部材と、
前記第２冷却ステージに熱的に結合され、前記冷凍機構造部に沿って延び、前記放射シールドと前記気体流れ調整部材のいずれにも非接触である冷凍機カバーと、を備え、
前記クライオパネルユニットは、前記シールド主開口に対面するトップクライオパネルを含み、前記トップクライオパネルは前記冷凍機カバーとの間に隙間領域を形成するよう配置されており、
前記気体流れ調整部材は、前記隙間領域に進入する内縁部を備え、前記内縁部は、前記トップクライオパネルに覆われることを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】
前記気体流れ調整部材は、前記第１冷却ステージに熱的に結合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】
前記気体は、前記第１冷却温度で凝縮せず前記第２冷却温度で凝縮する第２種気体を含み、
前記気体流れ調整部材は、前記第２種気体を反射するよう構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のクライオポンプ。
【請求項４】
前記気体流れ調整部材は、前記隙間領域に向けて前記シールド側部または前記第１冷却ステージから延出す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】
前記放射シールドは、前記シールド主開口を定めるシールド前端を備え、前記シールド側部は、前記シールド前端から前記シールド主開口と反対側に延在しており、
前記気体流れ調整部材は、前記シールド主開口に対面する外縁部を備え、前記外縁部は、前記シールド前端と前記シールド側部開口との間で前記シールド側部に装着されてい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】
前記冷凍機構造部は、前記第２冷却ステージを前記第１冷却ステージに接続する冷凍機シリンダを備え、
前記気体流れ調整部材は、前記冷凍機シリンダに沿って配設されている平坦プレート、湾曲プレート、屈曲プレート、または筒状プレートを備え、当該プレートと前記冷凍機カバーとの間にクライオポンプの中心軸に沿う方向である軸方向にクリアランス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】
前記冷凍機カバーは、前記シールド主開口に対して露出しないように前記トップクライオパネルと前記気体流れ調整部材によって覆われていることを特徴とする請求項１から６のいずれか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。
【背景技術】
【０００２】
クライオポンプは一般に、温度の異なる二種類のクライオパネルを備える。低温のクライオパネルには気体が凝縮する。クライオポンプの使用につれて低温クライオパネル上に凝縮層が成長する。同様に、低温クライオパネルを支持する構造部にも凝縮層が成長しうる。成長した凝縮層は、いずれは高温のクライオパネルに接触しうる。そうすると、高温クライオパネルと凝縮層の接触部位で気体は再び気化され周囲に放出されてしまう。凝縮層からの気体放出は、クライオポンプがその役割を充分に果たすことを妨げうる。したがって、接触時点での気体の吸蔵量がクライオポンプの最大吸蔵量を与えうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７５６７２号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、クライオポンプの気体吸蔵量を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様によると、クライオポンプは、第１冷却温度に冷却される第１冷却ステージと、前記第１冷却温度より低い第２冷却温度に冷却される第２冷却ステージと、前記第２冷却ステージを前記第１冷却ステージに構造的に支持する冷凍機構造部と、を備える冷凍機と、気体を受け入れるためのシールド主開口を有し、前記第１冷却ステージに熱的に結合されている放射シールドであって、前記第２冷却ステージを包囲するシールド側部を備え、前記冷凍機構造部が挿入されるシールド側部開口を前記シールド側部に有する放射シールドと、前記第２冷却ステージに熱的に結合され、前記第２冷却ステージとともに前記シールド側部に包囲されているクライオパネルユニットと、前記第２冷却ステージ及び前記クライオパネルユニットの両方と非接触であるように前記冷凍機構造部に隣接して配置され、前記シールド主開口から流入する前記気体の流れを前記冷凍機構造部から偏向させる気体流れ調整部材と、を備える。前記クライオパネルユニットは、前記シールド主開口に対面するトップクライオパネルを含み、前記トップクライオパネルは前記冷凍機構造部との間に隙間領域を形成するよう配置されている。前記気体流れ調整部材は、前記隙間領域に進入する内縁部を備え、前記内縁部は、前記トップクライオパネルに覆われる。
【０００６】
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】
【０００７】
本発明によれば、クライオポンプの気体吸蔵量を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のある実施形態に係るクライオポンプを概略的に示す側断面図である。
【図２】図１に示すクライオポンプを概略的に示す上面図である。
【図３】図１に示すクライオポンプを概略的に示す上面図である。
【図４】真空排気運転中における図１に示すクライオポンプを概略的に示す図である。
【図５】本発明のある実施形態に係るクライオポンプを概略的に示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明のある実施形態に係るクライオポンプ１０を概略的に示す側断面図である。図２及び図３は、図１に示すクライオポンプ１０を概略的に示す上面図である。図１は、一点鎖線で示す中心軸Ａを含む断面を示す。図２及び図３は、Ｂ−Ｂ線の矢視図である。図３は、図１に示すクライオポンプ１０の内部構造を概略的に示す。理解の容易のため、図３においては、クライオポンプ吸気口に配置された入口クライオパネルの図示を省略している。
【００１０】
クライオポンプ１０は、例えばイオン注入装置、スパッタリング装置、蒸着装置、またはその他の真空プロセス装置の真空チャンバに取り付けられて、真空チャンバ内部の真空度を所望の真空プロセスに要求されるレベルまで高めるために使用される。クライオポンプ１０は、排気されるべき気体を真空チャンバから受け入れるための吸気口１２を有する。吸気口１２を通じて気体がクライオポンプ１０の内部空間１４に進入する。
【００１１】
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。軸方向は吸気口１２を通る方向（図１において中心軸Ａに沿う方向）を表し、径方向は吸気口１２に沿う方向（中心軸Ａに垂直な方向）を表す。便宜上、軸方向に関して吸気口１２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、吸気口１２の中心（図１において中心軸Ａ）に近いことを「内」、吸気口１２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が真空チャンバに取り付けられたときの配置とは関係しない。例えば、クライオポンプ１０は鉛直方向に吸気口１２を下向きにして真空チャンバに取り付けられてもよい。
【００１２】
また、軸方向を囲む方向を「周方向」と呼ぶことがある。周方向は、吸気口１２に沿う第２の方向であり、径方向に直交する接線方向である。
【００１３】
クライオポンプ１０は、冷凍機１６、第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０、及び、クライオポンプ容器７０を備える。
【００１４】
冷凍機１６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）などの極低温冷凍機である。冷凍機１６は、二段式の冷凍機である。そのため、冷凍機１６は、第１冷却ステージ２２及び第２冷却ステージ２４を備える。冷凍機１６は、第１冷却ステージ２２を第１冷却温度に冷却し、第２冷却ステージ２４を第２冷却温度に冷却するよう構成されている。第２冷却温度は第１冷却温度よりも低温である。例えば、第１冷却ステージ２２は６５Ｋ〜１２０Ｋ程度、好ましくは８０Ｋ〜１００Ｋに冷却され、第２冷却ステージ２４は１０Ｋ〜２０Ｋ程度に冷却される。
【００１５】
また、冷凍機１６は、第２冷却ステージ２４を第１冷却ステージ２２に構造的に支持するとともに第１冷却ステージ２２を冷凍機１６の室温部２６に構造的に支持する冷凍機構造部２１を備える。そのため冷凍機構造部２１は、径方向に沿って同軸に延在する第１シリンダ２３及び第２シリンダ２５を備える。第１シリンダ２３は、冷凍機１６の室温部２６を第１冷却ステージ２２に接続する。第２シリンダ２５は、第１冷却ステージ２２を第２冷却ステージ２４に接続する。室温部２６、第１シリンダ２３、第１冷却ステージ２２、第２シリンダ２５、及び第２冷却ステージ２４は、この順に直線状に一列に並ぶ。
【００１６】
第１シリンダ２３及び第２シリンダ２５それぞれの内部には第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサ（図示せず）が往復動可能に配設されている。第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサにはそれぞれ第１蓄冷器及び第２蓄冷器（図示せず）が組み込まれている。また、室温部２６は、第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサを往復動させるための駆動機構（図示せず）を有する。駆動機構は、冷凍機１６の内部への作動気体（例えばヘリウム）の供給と排出を周期的に繰り返すよう作動気体の流路を切り替える流路切替機構を含む。
【００１７】
冷凍機１６は、作動気体の圧縮機（図示せず）に接続されている。冷凍機１６は、圧縮機により加圧された作動気体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を冷却する。膨張した作動気体は圧縮機に回収され再び加圧される。冷凍機１６は、作動気体の給排とこれに同期した第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサの往復動とを含む熱サイクルを繰り返すことによって寒冷を発生させる。
【００１８】
図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１６がクライオポンプ１０の中心軸Ａに交差する（通常は直交する）よう配設されているクライオポンプである。
【００１９】
第１クライオパネルユニット１８は、放射シールド３０と入口クライオパネル３２とを備え、第２クライオパネルユニット２０を包囲する。第１クライオパネルユニット１８は、クライオポンプ１０の外部またはクライオポンプ容器７０からの輻射熱から第２クライオパネルユニット２０を保護するために設けられているクライオパネルである。第１クライオパネルユニット１８は第１冷却ステージ２２に熱的に結合されている。よって第１クライオパネルユニット１８は第１冷却温度に冷却される。第１クライオパネルユニット１８は第２クライオパネルユニット２０との間に隙間を有しており、第１クライオパネルユニット１８は第２クライオパネルユニット２０と接触していない。
【００２０】
放射シールド３０は、クライオポンプ容器７０の輻射熱から第２クライオパネルユニット２０を保護するために設けられている。放射シールド３０は、クライオポンプ容器７０と第２クライオパネルユニット２０との間にあり、第２クライオパネルユニット２０を囲む。放射シールド３０は、クライオポンプ１０の外部から内部空間１４に気体を受け入れるためのシールド主開口３４を有する。シールド主開口３４は、吸気口１２に位置する。
【００２１】
放射シールド３０は、シールド主開口３４を定めるシールド前端３６と、シールド主開口３４と反対側に位置するシールド底部３８と、シールド前端３６をシールド底部３８に接続するシールド側部４０と、を備える。シールド側部４０は、軸方向にシールド前端３６からシールド主開口３４と反対側へと延在し、周方向に第２冷却ステージ２４を包囲するよう延在する。放射シールド３０は、シールド底部３８が閉塞された筒形（例えば円筒）の形状を有し、カップ状に形成されている。シールド側部４０と第２クライオパネルユニット２０との間には、環状隙間４２が形成されている。
【００２２】
なお、シールド底部３８は、その少なくとも一部が開放されていてもよい。例えば、放射シールド３０は、シールド底部３８によって閉塞されていなくてもよい。すなわち、シールド側部４０は、両端が開放されていてもよい。
【００２３】
シールド側部４０は、冷凍機構造部２１が挿入されるシールド側部開口４４を有する。シールド側部開口４４を通じて放射シールド３０の外から第２冷却ステージ２４及び第２シリンダ２５が放射シールド３０の中に挿入される。シールド側部開口４４は、シールド側部４０に形成された取付穴であり、例えば円形である。第１冷却ステージ２２は放射シールド３０の外に配置されている。
【００２４】
シールド側部４０は、冷凍機１６の取付座４６を備える。取付座４６は、第１冷却ステージ２２を放射シールド３０に取り付けるための平坦部分であり、放射シールド３０の外から見てわずかに窪んでいる。取付座４６は、シールド側部開口４４の外周を形成する。取付座４６は、軸方向においてはシールド前端３６よりもシールド底部３８に近い。第１冷却ステージ２２が取付座４６に取り付けられることによって、放射シールド３０が第１冷却ステージ２２に熱的に結合されている。
【００２５】
このように放射シールド３０を第１冷却ステージ２２に直接取り付けることに代えて、ある実施形態においては、放射シールド３０は、追加の伝熱部材を介して第１冷却ステージ２２に熱的に結合されていてもよい。伝熱部材は、例えば、両端にフランジを有する中空の短筒であってもよい。伝熱部材は、その一端のフランジにより取付座４６に固定され、他端のフランジにより第１冷却ステージ２２に固定されてもよい。伝熱部材は、冷凍機構造部２１を囲んで第１冷却ステージ２２から放射シールド３０に延在してもよい。シールド側部４０は、こうした伝熱部材を含んでもよい。
【００２６】
図示される実施形態においては、放射シールド３０は一体の筒状に構成されている。これに代えて、放射シールド３０は、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。例えば、放射シールド３０は軸方向に２つの部分に分割されていてもよい。この場合、放射シールド３０の上部は、両端が開放された筒であり、シールド前端３６とシールド側部４０の第１部分とを備える。放射シールド３０の下部は、上端が開放され下端が閉じられており、シールド側部４０の第２部分とシールド底部３８とを備える。上述のように、放射シールド３０の下部がシールド底部３８を有さずに、両端が開放された筒であってもよい。シールド側部４０の第１部分と第２部分との間には周方向に延びるスリットが形成されている。このスリットが、シールド側部４０の少なくとも一部であってもよい。あるいは、シールド側部開口４４は、その上半分がシールド側部４０の第１部分に形成され、下半分がシールド側部４０の第２部分に形成されてもよい。
【００２７】
入口クライオパネル３２は、クライオポンプ１０の外部の熱源からの輻射熱から第２クライオパネルユニット２０を保護するためにシールド主開口３４に設けられている。クライオポンプ１０の外部の熱源は、例えば、クライオポンプ１０が取り付けられる真空チャンバ内の熱源である。入口クライオパネル３２は、輻射熱だけではなく気体分子の進入も制限することができる。入口クライオパネル３２は、シールド主開口３４を通じた内部空間１４への気体流入を所望量に制限するようにシールド主開口３４の開口面積の一部を占有する。入口クライオパネル３２とシールド前端３６との間には、環状の開放領域４８が形成されている。
【００２８】
入口クライオパネル３２は、ルーバー部５０と、ルーバー部５０をシールド前端３６に取り付けるための複数のルーバー取付部５２と、を備える。入口クライオパネル３２は、ルーバー取付部５２及び放射シールド３０を介して第１冷却ステージ２２に熱的に結合されている。
【００２９】
ルーバー部５０は、各々がシールド主開口３４において第１方向に直線状に延在する複数の羽板を有する。複数の羽板は、シールド主開口３４において第１方向に垂直な第２方向に配列されている。複数の羽板は互いに平行に配列され、各羽板は開口面に対し傾斜して配置されている。図示されるように、中心軸Ａに対して一方側の羽板と他方側の羽板とは逆向きに傾斜している。複数の羽板は、その直下に位置する第２クライオパネルユニット２０を覆うように（つまり、第２クライオパネルユニット２０がクライオポンプ１０の外から見えないように）、第２方向に密に配列されている。複数の羽板は、その配列によって全体として円形を形成するように互いに異なる第１方向長さを有する。
【００３０】
よって、クライオポンプ１０によって排気されるべき気体は、クライオポンプ１０の外部からルーバー部５０の羽板間の隙間または開放領域４８を通じて内部空間１４に進入する。
【００３１】
入口クライオパネル３２は、他の形状を有してもよい。例えば、ルーバー部５０は、同心に配置された複数の環状羽板を有してもよい。あるいは、入口クライオパネル３２は、一枚の板状部材であってもよい。
【００３２】
第２クライオパネルユニット２０は、第２冷却ステージ２４を囲むようにして第２冷却ステージ２４に取り付けられている。よって、第２クライオパネルユニット２０は、第２冷却ステージ２４に熱的に結合されており、第２クライオパネルユニット２０は第２冷却温度に冷却される。第２クライオパネルユニット２０は、第２冷却ステージ２４とともにシールド側部４０に包囲されている。
【００３３】
第２クライオパネルユニット２０は、シールド主開口３４に対面するトップクライオパネル６０と、１つ又は複数の第２クライオパネル６２と、を備える。トップクライオパネル６０及び第２クライオパネル６２とシールド側部４０との間には環状隙間４２が形成されているので、トップクライオパネル６０及び第２クライオパネル６２は両方とも放射シールド３０に接触していない。
【００３４】
トップクライオパネル６０は、第２クライオパネルユニット２０のうち入口クライオパネル３２に最も近接する部分である。トップクライオパネル６０は、軸方向においてシールド主開口３４または入口クライオパネル３２と冷凍機１６との間に配置されている。トップクライオパネル６０は、軸方向においてクライオポンプ１０の内部空間１４の中心部に位置する。そのため、トップクライオパネル６０の前面と入口クライオパネル３２との間に凝縮層の主収容空間６５が広く形成されている。凝縮層の主収容空間６５は、内部空間１４の上半分を占めている。
【００３５】
トップクライオパネル６０は、軸方向に垂直に配置された概ね平板のクライオパネルである。つまりトップクライオパネル６０は、径方向及び周方向に延在する。図２及び図３に示されるように、トップクライオパネル６０は、ルーバー部５０とほぼ同じ寸法（例えば投影面積）を有する円板状パネルである。なお図３には、径方向及び周方向をそれぞれ矢印Ｃ及び矢印Ｄにより示す。
【００３６】
トップクライオパネル６０は、冷凍機構造部２１との間に隙間領域６６を形成するよう配置されている。隙間領域６６は、トップクライオパネル６０の裏面と第２シリンダ２５との間で軸方向に形成された空所である。
【００３７】
複数の第２クライオパネル６２がトップクライオパネル６０とシールド底部３８との間で軸方向に配列されている。第２クライオパネル６２の各々は、軸方向に垂直に配置された概ね平板のクライオパネルである。第２クライオパネル６２は、トップクライオパネル６０によって覆われている。トップクライオパネル６０が複数の第２クライオパネル６２のうちの１つであるとみなされてもよい。
【００３８】
第２クライオパネル６２は、トップクライオパネル６０と同一の形状を有してもよいし、異なる形状を有してもよい。図１に示されるように、第２クライオパネル６２は、中心軸Ａの片側に配置されシールド側部４０に向けて延在し、半円状の形状を有してもよい。あるいは、第２クライオパネル６２は、他の形状を有してもよい。例えば、第２クライオパネル６２は、典型的なクライオポンプと同様に、円すい台の側面の形状を有してもよい。第２クライオパネル６２は、第２冷却ステージ２４の両側からシールド側部４０に向けて延びていてもよい。
【００３９】
第２クライオパネル６２には活性炭等の吸着材が設けられている。吸着材は例えば第２クライオパネル６２の裏面に接着されている。第２クライオパネル６２の前面は凝縮面、裏面は吸着面として機能することが意図されている。第２クライオパネル６２の前面に吸着材が設けられていてもよい。同様に、トップクライオパネル６０は、その前面及び／または裏面に吸着材を有してもよい。あるいは、トップクライオパネル６０は、吸着材を備えなくてもよい。
【００４０】
第２クライオパネルユニット２０には、クライオパネル取付部材６４が設けられている。クライオパネル取付部材６４は、軸方向に延在する細長形状を有し、その外側面にトップクライオパネル６０及び第２クライオパネル６２が固定される。また、クライオパネル取付部材６４は、内側面で第２冷却ステージ２４に固定される。トップクライオパネル６０は、その中心部にてクライオパネル取付部材６４に取り付けられている。こうして、トップクライオパネル６０及び第２クライオパネル６２は、クライオパネル取付部材６４を介して第２冷却ステージ２４に熱的に結合されている。なお、トップクライオパネル６０及び第２クライオパネル６２は、クライオパネル取付部材６４を介さずに、第２冷却ステージ２４に直接取り付けられてもよい。
【００４１】
クライオポンプ容器７０は、第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０、及び冷凍機１６を収容するクライオポンプ１０の筐体であり、内部空間１４の真空気密を保持するよう構成されている真空容器である。クライオポンプ容器７０は、第１クライオパネルユニット１８及び冷凍機構造部２１を非接触に包含する。クライオポンプ容器７０は、冷凍機１６の室温部２６に取り付けられている。
【００４２】
クライオポンプ容器７０の前端によって、吸気口１２が画定されている。クライオポンプ容器７０は、その前端から径方向外側に向けて延びている吸気口フランジ７２を備える。吸気口フランジ７２は、クライオポンプ容器７０の全周にわたって設けられている。クライオポンプ１０は、吸気口フランジ７２を用いて真空排気対象の真空チャンバに取り付けられる。
【００４３】
クライオポンプ１０は、シールド主開口３４から流入する気体の流れを冷凍機構造部２１から偏向させるよう構成されている気体流れ調整部材８０を備える。気体流れ調整部材８０は、ルーバー部５０または開放領域４８を通じて主収容空間６５に流入する気体流れを第２シリンダ２５から偏向させるよう構成されている。気体流れ調整部材８０は、冷凍機構造部２１または第２シリンダ２５の上方でそれに隣接して配置された気体流れ偏向部材または気体流れ反射部材であってもよい。
【００４４】
気体流れ調整部材８０は、第２冷却ステージ２４及び第２クライオパネルユニット２０の両方と非接触であるように冷凍機構造部２１に隣接して配置されている。気体流れ調整部材８０は、第２冷却ステージ２４、第２クライオパネルユニット２０、及び第２シリンダ２５のいずれとも非接触であるように第２シリンダ２５に隣接して配置されている。こうして、気体流れ調整部材８０は、第２冷却温度に冷却される部分、及び、この部分を支持する構造部から、熱的かつ構造的に分離されている。
【００４５】
気体流れ調整部材８０は、外縁部８２及び内縁部８４を備える。外縁部８２及び内縁部８４は、一枚の平坦プレートを形成する。したがって、外縁部８２は平坦プレートの径方向外側部分であり、内縁部８４は平坦プレートの径方向内側部分である。平坦プレートは、第２シリンダ２５との間にクリアランス８６を有して第２シリンダ２５に沿って配設されている。平坦プレートは、クリアランス８６によって軸方向に第２シリンダ２５から離れている。よって、平坦プレートは、第２シリンダ２５、トップクライオパネル６０、クライオパネル取付部材６４、及び、第２冷却ステージ２４のいずれとも接触しない。
【００４６】
なお、ある実施形態においては、平坦プレートに代えて、気体流れ調整部材８０は、第２シリンダ２５との間に軸方向にクリアランスを有して第２シリンダ２５に沿って径方向に延在する湾曲プレート、屈曲プレート、または筒状プレートを備えてもよい。湾曲プレートは、第２シリンダ２５の表面に沿う湾曲形状を有してもよい。湾曲プレートは、第２シリンダ２５の上部を覆うアーチ形状を有してもよい。屈曲プレートは、第２シリンダ２５の表面に沿う屈曲形状を有してもよい。筒状プレートは、第２シリンダ２５と同軸に延在し、第２シリンダ２５を囲んでいてもよい。
【００４７】
気体流れ調整部材８０は、隙間領域６６に向けてシールド側部４０から延出する。外縁部８２は、シールド前端３６とシールド側部開口４４との間でシールド側部４０に装着されている。外縁部８２は、軸方向においてトップクライオパネル６０とシールド側部開口４４（または第２シリンダ２５）との間に配置されている。
【００４８】
外縁部８２は、ボルト等の適当な締結部材（図示せず）を用いてシールド側部４０（例えば取付座４６）に固定されている。締結部材は、外縁部８２の上方に取り付けられてもよいし、下方に取り付けられてもよい。締結部材は、シールド側部４０から径方向内向きに突き出す凸部（例えばボルト頭部）を有してもよい。締結部材は、気体流れ調整部材８０及び第１冷却ステージ２２の両方をシールド側部４０に固定してもよい。
【００４９】
このようにして、気体流れ調整部材８０は、第１冷却ステージ２２に熱的に結合されている。外縁部８２がシールド側部４０に装着されることにより、気体流れ調整部材８０は、放射シールド３０を介して第１冷却ステージ２２に熱的に結合されている。したがって、気体流れ調整部材８０は、第１冷却温度に冷却される。なお、外縁部８２は、第１冷却ステージ２２に直接取り付けられていてもよい。この場合、気体流れ調整部材８０は、第１冷却ステージ２２から、上述の伝熱部材と第２シリンダ２５との隙間及びシールド側部開口４４を通じて、隙間領域６６に向けて延出していてもよい。
【００５０】
外縁部８２は、シールド主開口３４に対面する。外縁部８２は、径方向にルーバー部５０の外側に位置するので、露出されている。図２及び図３に示されるように、外縁部８２は、開放領域４８及び環状隙間４２を通じてクライオポンプ１０の外部から視認可能である。気体流れ調整部材８０は、軸方向に見てトップクライオパネル６０と重ならない外側領域を有する。
【００５１】
一方、内縁部８４は、隙間領域６６に進入する。内縁部８４は、径方向において、トップクライオパネル６０の外周端と中心軸Ａとの間に配置されている。そのため、内縁部８４は、トップクライオパネル６０に覆われている。ただし、隙間領域６６は径方向に内縁部８４を第２冷却ステージ２４から隔てており、内縁部８４は第２冷却ステージ２４と接触していない。
【００５２】
図３には、トップクライオパネル６０に覆われた気体流れ調整部材８０の一部分（内縁部８４を含む）を破線で示す。内縁部８４は、クライオポンプ１０の外部から視認不能である。言い換えれば、気体流れ調整部材８０は、軸方向に見てトップクライオパネル６０と重なる内側領域を有する。
【００５３】
このようにして、トップクライオパネル６０と第２シリンダ２５との隙間領域６６に気体流れ調整部材８０が挿入されることによって、隙間領域６６の入口が狭くなる。よって、主収容空間６５から隙間領域６６への気体流入を低減することができる。
【００５４】
気体流れ調整部材８０は、環状隙間４２を少なくとも部分的に塞ぐようにシールド側部４０に沿って周方向に延在する。気体流れ調整部材８０は、周方向においてシールド側部開口４４と同じ位置に局所的に設けられている。気体流れ調整部材８０は、上から見て矩形状である。なお、気体流れ調整部材８０は、周方向により長く、例えば全周にわたって、シールド側部４０に沿って設けられていてもよい。
【００５５】
図１から図３を参照して説明したように、気体流れ調整部材８０は、第２シリンダ２５の基部（すなわち高温端）のすぐ上方から第２シリンダ２５の先端部（すなわち低温端）に向けて径方向内向きに延在する。気体流れ調整部材８０は、第２シリンダ２５の少なくとも基部を覆っている。
【００５６】
上記の構成のクライオポンプ１０の動作を以下に説明する。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で真空チャンバ内部を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１６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がそれぞれ第１冷却温度及び第２冷却温度に冷却される。よって、これらに熱的に結合されている第１クライオパネルユニット１８、第２クライオパネルユニット２０もそれぞれ第１冷却温度及び第２冷却温度に冷却される。気体流れ調整部材８０は、第１冷却ステージ２２に熱的に結合されているので、第１冷却温度に冷却される。
【００５７】
入口クライオパネル３２は、真空チャンバからクライオポンプ１０に向かって飛来する気体を冷却する。入口クライオパネル３２の表面には、第１冷却温度で蒸気圧が充分に低い（例えば１０−８Ｐａ以下の）気体が凝縮する。この気体は、第１種気体と称されてもよい。第１種気体は例えば水蒸気である。こうして、入口クライオパネル３２は、第１種気体を排気することができる。第１冷却温度で蒸気圧が充分に低くない気体の一部は、ルーバー部５０または開放領域４８を通過して、主収容空間６５へと進入する。あるいは、気体の他の一部は、入口クライオパネル３２で反射され、主収容空間６５に進入しない。
【００５８】
主収容空間６５に進入した気体は、第２クライオパネルユニット２０によって冷却される。第２クライオパネルユニット２０の表面には、第２冷却温度で蒸気圧が充分に低い（例えば１０−８Ｐａ以下の）気体が凝縮する。この気体は、第２種気体と称されてもよい。第２種気体は例えばアルゴンである。こうして、第２クライオパネルユニット２０は、第２種気体を排気することができる。主収容空間６５に直接面しているので、トップクライオパネル６０の前面には、図４に示されるように、第２種気体の凝縮層８８が大きく成長する。なお第２種気体は、第１冷却温度では凝縮せず気体である。
【００５９】
第２冷却温度で蒸気圧が充分に低くない気体は、第２クライオパネルユニット２０の吸着材に吸着される。この気体は、第３種気体と称されてもよい。第３種気体は例えば水素である。こうして、第２クライオパネルユニット２０は、第３種気体を排気することができる。したがって、クライオポンプ１０は、種々の気体を凝縮または吸着により排気し、真空チャンバの真空度を所望のレベルに到達させることができる。
【００６０】
気体流れ調整部材８０が第２シリンダ２５を覆うため、第２シリンダ２５がシールド主開口３４に露出されない。気体流れ調整部材８０は、主収容空間６５から第２シリンダ２５に向かう第２種気体の流れを他の方向に偏向させることができる。そのため、第２シリンダ２５はその表面に第１冷却温度から第２冷却温度への温度分布を有するが、第２冷却温度またはそれに近い温度の表面部分に凝縮される第２種気体は、ほとんどないか、まったくない。また、気体流れ調整部材８０は第１冷却温度を有するので、気体流れ調整部材８０の表面に第２種気体は凝縮されない。
【００６１】
主収容空間６５に進入した気体の一部は、気体流れ調整部材８０で反射されうる。反射された気体の少なくとも一部は、第２クライオパネルユニット２０に向けられる。あるいは、反射された気体の一部は、放射シールド３０または入口クライオパネル３２に向けられ、ここで再び反射されて、第２クライオパネルユニット２０に向けられうる。こうして、第２クライオパネルユニット２０は、第２種気体を凝縮により排気し、第３種気体を吸着により排気することができる。
【００６２】
ある例示的なクライオポンプは、気体流れ調整部材８０を有するのではなく、第２冷却温度に冷却される冷凍機カバーをもつ。こうしたクライオポンプは、例えば特開２００９−２７５６７２号公報及び特開２０１５−１１８６号公報に開示されており、これらは本書に参照により援用される。冷凍機カバーは冷凍機の第２冷却ステージから放射シールドに向かって延びている。よって、冷凍機カバーの末端は放射シールドにかなり近い。冷凍機カバーには第２種気体が凝縮される。そのため、トップクライオパネルに設計上の最大量の第２種気体凝縮層が成長する前に、冷凍機カバー上の凝縮物が放射シールドに接触しうる。冷凍機カバー上の凝縮物が再気化することにより、クライオポンプは設計上の最大吸蔵量を提供できないかもしれない。
【００６３】
本実施形態に係るクライオポンプ１０によると、気体流れ調整部材８０が、第１冷却温度の部位と第２冷却温度の部位とが接近する場所での凝縮層の成長を緩和又は防止することができる。それにより、クライオポンプ１０は、凝縮層と第１冷却温度の部位との接触、ひいては凝縮層の再気化を緩和又は防止することができる。その結果、主収容空間６５においてトップクライオパネル６０の前面に大量の第２種気体を凝縮することができる。よって、クライオポンプ１０の気体吸蔵量を向上することができる。
【００６４】
図５に示されるように、ある実施形態に係るクライオポンプ１０は、気体流れ調整部材８０と冷凍機カバー９０の両方を備えてもよい。冷凍機カバー９０は、冷凍機構造部２１の一部を形成する。冷凍機カバー９０は、第２シリンダ２５を囲む円筒状の部材であり、冷凍機１６の第２冷却ステージ２４から放射シールド３０に向かって延びている。冷凍機カバー９０の一端は第２冷却ステージ２４に固定され、よって冷凍機カバー９０は第２冷却温度に冷却される。冷凍機カバー９０の末端は気体流れ調整部材８０の外縁部８２および放射シールド３０の近傍に位置するが、これらに冷凍機カバー９０は接触していない。
【００６５】
第２クライオパネルユニット２０は、シールド主開口３４に対面するトップクライオパネル６０を含み、トップクライオパネル６０は冷凍機カバー９０との間に隙間領域６６を形成するよう配置されている。気体流れ調整部材８０は、隙間領域６６に向けてシールド側部４０から延出する。気体流れ調整部材８０は、第１冷却ステージ２２から延出してもよい。気体流れ調整部材８０は、クリアランス８６によってクライオポンプ１０の軸方向に冷凍機カバー９０から離れている。気体流れ調整部材８０は、隙間領域６６に進入する内縁部８４を備え、内縁部８４は、トップクライオパネル６０に覆われる。言い換えると、冷凍機カバー９０は、トップクライオパネル６０と気体流れ調整部材８０によって覆われており、シールド主開口３４に対して露出しない。
【００６６】
この場合、気体流れ調整部材８０は、冷凍機カバー９０上の凝縮層の成長を緩和又は防止することができる。それにより、クライオポンプ１０は、凝縮層と第１冷却温度の部位との接触、ひいては凝縮層の再気化を緩和又は防止することができる。その結果、主収容空間６５においてトップクライオパネル６０の前面に大量の第２種気体を凝縮することができる。よって、クライオポンプ１０の気体吸蔵量を向上することができる。
【００６７】
とくに、トップクライオパネル６０と冷凍機カバー９０との隙間領域６６に気体流れ調整部材８０の内縁部８４が進入しているので、隙間領域６６の入口が狭くなる。よって、主収容空間６５から隙間領域６６への気体流入を低減することができる。
【００６８】
以上、本発明を実施形態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。
【００６９】
ある実施形態においては、気体流れ調整部材８０は、冷凍機構造部２１において第１冷却温度またはそれに近い温度の部分に熱的に結合されていてもよい。この意味で、気体流れ調整部材８０は、冷凍機構造部２１と接触していてもよい。このようにしても、気体流れ調整部材８０を第２冷却温度より充分に高い温度に保つことができるので、気体流れ調整部材８０の表面に凝縮される第２種気体は、ほとんどないか、まったくない。
【００７０】
ある実施形態においては、気体流れ調整部材８０は、隙間領域６６に進入していなくてもよい。気体流れ調整部材８０は、径方向において、トップクライオパネル６０の外周端とシールド側部４０との間に配置されていてもよい。気体流れ調整部材８０は、軸方向に見てトップクライオパネル６０と重ならず、その全体が開放領域４８及び環状隙間４２を通じてクライオポンプ１０の外部から視認可能であってもよい。このようにしても、第１冷却温度の部位と第２冷却温度の部位とが接近する場所での凝縮層の成長をある程度緩和又は防止することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０  クライオポンプ、  １６  冷凍機、  １８  第１クライオパネルユニット、  ２０  第２クライオパネルユニット、  ２１  冷凍機構造部、  ２２  第１冷却ステージ、  ２３  第１シリンダ、  ２４  第２冷却ステージ、  ２５  第２シリンダ、  ３０  放射シールド、  ３２  入口クライオパネル、  ３４  シールド主開口、  ３６  シールド前端、  ４０  シールド側部、  ４４  シールド側部開口、  ６０  トップクライオパネル、  ６６  隙間領域、  ８０  気体流れ調整部材、  ８２  外縁部、  ８４  内縁部、  ８６  クリアランス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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