(57)【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収容される第１ステージ及び第２ステージを備え、前記第２ステージが前記第１ステージより低温に冷却される冷凍機と、
前記第１ステージに熱的に接続され、前記クライオポンプ容器に囲まれている第１クライオパネルと、
前記第２ステージに熱的に接続され、前記第１クライオパネルに囲まれている第２クライオパネルと、を備え、
前記第１クライオパネルは、前記クライオポンプ吸気口に入口開口部を有する入口クライオパネルを備え、
前記入口開口部は、前記クライオポンプ吸気口の開口コンダクタンスに対する前記入口クライオパネルのコンダクタンスの比が６％以下であるように前記入口クライオパネルに形成されていることを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】
前記入口開口部は、前記クライオポンプ吸気口の開口コンダクタンスに対する前記入口クライオパネルのコンダクタンスの比が１％以上または４％以上であるように前記入口クライオパネル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３】
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収容される第１ステージ及び第２ステージを備え、前記第２ステージが前記第１ステージより低温に冷却される冷凍機と、
前記第１ステージに熱的に接続され、前記クライオポンプ容器に囲まれている第１クライオパネルと、
前記第２ステージに熱的に接続され、前記第１クライオパネルに囲まれている第２クライオパネルと、を備え、
前記第１クライオパネルは、前記クライオポンプ吸気口に入口開口部を有する入口クライオパネルを備え、
前記入口クライオパネルは、前記クライオポンプ吸気口に配置される有孔部材を備え、前記入口開口部は、前記有孔部材に形成されている少なくとも１つの開口であり、
前記クライオポンプ吸気口に対する前記少なくとも１つの開口の面積比が６％以下であることを特徴とするクライオポンプ。
【請求項４】
前記面積比が１％以上または４％以上であることを特徴とする請求項３に記載のクライオポンプ。
【請求項５】
前記有孔部材は、前記クライオポンプ吸気口を覆う単一の有孔プレートであることを特徴とする請求項３または４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は、第１の直径を有する円形開口であり、
前記有孔部材は、前記第１の直径より小さい第２の直径を有する円形プレートと、前記円形プレートとともに前記クライオポンプ吸気口を覆う円環プレートと、を備え、前記少なくとも１つの開口が前記円形プレートに形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載のクライオポンプ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの開口は、多数の穴であることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項８】
前記クライオポンプ吸気口の直径が１８０ｍｍから３４０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項９】
前記入口開口部を定める前記入口クライオパネルの側面が黒色であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のクライオポンプ。
【請求項１０】
前記入口クライオパネルは、前記クライオポンプ吸気口を定めるクライオポンプ容器の前端よりも上方に配置されていることを特徴とする請求項１から９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】
クライオポンプの用途の１つにスパッタリング装置のような真空処理装置がある。真空処理装置においては、ある真空プロセスが繰り返し実行されうる。こうした装置におけるクライオポンプの主要な役割は、真空プロセスに適正な真空度を継続的に保つことである。クライオポンプは、前回のプロセスと次回のプロセスとの間の装置の一時待機中に、そのプロセスを開始することが許容される適正レベルまで真空度を回復するために使用されうる。真空度の回復に要する時間はリカバリ時間とも呼ばれる。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るので、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。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つの手段としては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を高くすることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８４７０２号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６０１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
クライオポンプは溜め込み式の真空ポンプであるから、クライオポンプの真空排気運転によってガスがクライオポンプに蓄積される。ガスが蓄積するにつれて、クライオポンプの排気速度は徐々に低下し、それとともにリカバリ時間も徐々に長くなる。そのため、蓄積されたガスをクライオポンプから排出し、排気速度及びリカバリ時間を初期の水準に回復するために、クライオポンプの再生が定期的に行われる。前回の再生が終了してから次回の再生が行われるまでの真空排気運転の期間は再生インターバルとも呼ばれる。
【０００５】
上述のように従来から、クライオポンプ吸気口の開口率を高くすることがリカバリ時間の短縮に有効であると認識されている。しかし、本発明者は、このような認識が再生インターバルの後期において必ずしも妥当でないことを見出した。実は、再生インターバルの後期においては、開口率が高いことが却って、リカバリ時間の増加を促進しうる。
【０００６】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、従来の認識と異なる新たな知見に基づき真空処理装置におけるリカバリ時間の増加を抑制しクライオポンプの再生インターバルを延ばすことによって、真空処理装置の生産性向上に寄与することにある。
【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、前記クライオポンプ容器に収容される第１ステージ及び第２ステージを備え、前記第２ステージが前記第１ステージより低温に冷却される冷凍機と、前記第１ステージに熱的に接続され、前記クライオポンプ容器に囲まれている第１クライオパネルと、前記第２ステージに熱的に接続され、前記第１クライオパネルに囲まれている第２クライオパネルと、を備える。前記第１クライオパネルは、前記クライオポンプ吸気口に入口開口部を有する入口クライオパネルを備える。前記入口開口部は、前記クライオポンプ吸気口の開口コンダクタンスに対する前記入口クライオパネルのコンダクタンスの比が６％以下であるように前記入口クライオパネルに形成されている。
【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、真空処理装置におけるリカバリ時間の増加を抑制し、クライオポンプの再生インターバルを延ばすことができる。
【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の主要部を模式的に示す側断面図である。
【図２】本発明のある実施形態に係る第２クライオパネルのトップパネルを模式的に示す上面図である。
【図３】本発明のある実施形態に係る第１クライオパネルのプレート部材を模式的に示す上面図である。
【図４】本発明のある実施形態に係り、排気運転中のクライオポンプを模式的に示す図である。
【図５】本発明のある実施形態に係り、ある再生インターバルにおけるリカバリ時間の変化を例示する模式図である。
【図６】比較例に係るプレート部材を模式的に示す上面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る第１クライオパネルのプレート部材を模式的に示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１２】
図１は、本発明のある実施形態に係るクライオポンプ１０の主要部を模式的に示す側断面図である。クライオポンプ１０は、例えば、真空処理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が取り付けられる真空処理装置は、例えば、スパッタリング装置である。スパッタリング装置におけるプロセスガス圧力は、例えば、１ｍＴｏｒｒから１０ｍＴｏｒｒの範囲にある。
【００１３】
クライオポンプ１０は、気体を受け入れるための吸気口１２を有する。クライオポンプ１０が取り付けられた真空チャンバから吸気口１２を通じて、排気されるべき気体がクライオポンプ１０の内部空間１４に進入する。図１は、クライオポンプ１０の内部空間１４の中心軸Ａを含む断面を示している。
【００１４】
吸気口１２の直径は、例えば、１８０ｍｍから３４０ｍｍの範囲にある。よって、クライオポンプ１０の呼び径は、８インチ、１０インチ、１２インチ、または、３２０ｍｍでありうる。
【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。軸方向は吸気口１２を通る方向（図１において一点鎖線Ａに沿う方向）を表し、径方向は吸気口１２に沿う方向（一点鎖線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。
【００１６】
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。
【００１７】
クライオポンプ１０は、冷凍機１６を備える。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、第１ステージ２２及び第２ステージ２４を備える二段式の冷凍機である。冷凍機１６は、第１ステージ２２を第１温度レベルに冷却し、第２ステージ２４を第２温度レベルに冷却するよう構成されている。第２温度レベルは第１温度レベルよりも低温である。例えば、第１ステージ２２は６５Ｋ〜１２０Ｋ程度、好ましくは８０Ｋ〜１００Ｋに冷却され、第２ステージ２４は１０Ｋ〜２０Ｋ程度に冷却される。
【００１８】
また、冷凍機１６は、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の室温部を第１ステージ２２に接続する。第２シリンダ２５は、第１ステージ２２を第２ステージ２４に接続する接続部分である。
【００１９】
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の内部空間１４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。
【００２０】
クライオポンプ１０は、第１クライオパネル１８と、第１クライオパネル１８より低温に冷却される第２クライオパネル２０と、を備える。詳細は後述するが、第１クライオパネル１８は、放射シールド３０とプレート部材３２とを備え、第２クライオパネル２０を包囲する。プレート部材３２と第２クライオパネル２０との間に凝縮層７２の主収容空間２１が形成される（図４参照）。
【００２１】
まず第２クライオパネル２０を説明する。第２クライオパネル２０は、クライオポンプ１０の内部空間１４の中心部に設けられている。第２クライオパネル２０は、第２ステージ２４を囲むようにして第２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２０は、第２ステージ２４に熱的に接続されており、第２クライオパネル２０は第２温度レベルに冷却される。
【００２２】
図２は、本発明のある実施形態に係る第２クライオパネル２０のトップパネル６０を模式的に示す上面図である。図１及び図２に示されるように、トップパネル６０は冷凍機１６の第２ステージ２４の上面に直に取り付けられており、第２ステージ２４はクライオポンプ１０の内部空間１４の中心部に位置する。こうして、凝縮層７２の主収容空間２１が内部空間１４の上半分を占めている。
【００２３】
トップパネル６０は、ガスをその表面に凝縮するために設けられている。トップパネル６０は、第２クライオパネル２０のうちプレート部材３２に最も近接する部分であり、プレート部材３２の裏面に対向するトップパネル前面６１を備える。トップパネル前面６１は、中心領域６２と、中心領域６２を囲む外側領域６３と、を備える。
【００２４】
トップパネル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。トップパネル６０は、中心領域６２において第２ステージ２４に固定されている。中心領域６２は凹部を有し、この凹部においてトップパネル６０は適切な固定部材６４を用いて第２ステージ２４に固定される（図２参照）。固定部材６４は、例えばボルトである。凹部の周囲には上方に向かう段部６５が形成されている。段部６５の高さは固定部材６４を凹部に収容するように定められている。段部６５から径方向外向きに外側領域６３が延びている。外側領域６３の径方向末端は下方に屈曲されており、トップパネル６０の外周端部６６が形成されている。トップパネル６０は、図２に示されるように、概ね円板状のパネルである。
【００２５】
なおトップパネル６０は、固定部材６４を収容する中心領域６２の凹部を有していなくてもよい。この場合、トップパネル前面６１は、段部６５を有しない平坦面であってもよい。また、本実施形態ではトップパネル６０は吸着剤を備えていないが、例えばその裏面に吸着剤が設けられていてもよい。
【００２６】
第２クライオパネル２０は、第１側方隙間４３の幅Ｗ１と第２側方隙間４４の幅Ｗ２とを合わせるように形状が調整されている。つまり第１側方隙間４３の幅Ｗ１と第２側方隙間４４の幅Ｗ２とは実質的に等しい。そのために、トップパネル６０は、第１側方隙間４３を拡幅する切り欠き部７４を有する。この切り欠き部７４は、トップパネル６０の外周において冷凍機１６側に平坦部を形成する。なお、トップパネル６０より下方のクライオパネルについても同様に切り欠き部を有してもよい。
【００２７】
また、第２クライオパネル２０は、１つ又は複数の通常パネル６７を含む。通常パネル６７は、ガスをその表面に凝縮または吸着するために設けられている。通常パネル６７は、トップパネル６０の下方に配列されている。通常パネル６７はトップパネル６０と形状が異なる。通常パネル６７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。各通常パネル６７には活性炭等の吸着剤６８が設けられている。吸着剤は例えば通常パネル６７の裏面に接着されている。通常パネル６７の前面は凝縮面、裏面は吸着面として機能する。
【００２８】
第１クライオパネル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３８からの輻射熱から第２クライオパネル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１８は第１ステージ２２に熱的に接続されている。よって第１クライオパネル１８は第１温度レベルに冷却される。第１クライオパネル１８は第２クライオパネル２０との間に隙間を有しており、第１クライオパネル１８は第２クライオパネル２０と接触していない。
【００２９】
放射シールド３０は、クライオポンプ容器３８の輻射熱から第２クライオパネル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３８と第２クライオパネル２０との間にあり、第２クライオパネル２０を囲む。放射シールド３０は、クライオポンプ容器３８より僅かに小さい直径を有する。放射シールド３０はクライオポンプ容器３８との間に隙間を有しており、放射シールド３０はクライオポンプ容器３８と接触していない。
【００３０】
放射シールド３０は、シールド開口２６を画定するシールド前端２８と、シールド開口２６に対向するシールド底部３４と、シールド前端２８からシールド底部３４へと延在するシールド側部３６と、を備える。シールド開口２６は、吸気口１２に位置するクライオポンプ１０の主開口である。放射シールド３０は、シールド底部３４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。
【００３１】
放射シールド３０は、冷凍機１６の取付座３７を備える。取付座３７は、放射シールド３０の外から見て窪んでおり、冷凍機１６を放射シールド３０に取り付けるための平坦部分をシールド側部３６に形成する。取付座３７は、第２クライオパネル２０の側方に位置する。上述のように冷凍機１６の第２ステージ２４の上面にトップパネル６０が直に取り付けられ、そのためトップパネル６０は第２ステージ２４と同じ高さにあるので、取付座３７はトップパネル６０の側方に位置する。
【００３２】
シールド側部３６は、全体として閉じた環状部分を形成する。上述の第１側方隙間４３がシールド側部３６の取付座３７とトップパネル６０との間に形成され、第２側方隙間４４がシールド側部３６の残りの部分とトップパネル６０との間に形成されている。第１側方隙間４３及び第２側方隙間４４はシールド側部３６と通常パネル６７との間にも形成されている。第２側方隙間４４は第１側方隙間４３に周方向に連続しており、第１側方隙間４３及び第２側方隙間４４によって閉じた環状隙間が形成される。第２側方隙間４４は、周方向に一定の幅を有する。
【００３３】
図１に示されるように、取付座３７には冷凍機１６の取付孔４２があり、その取付孔４２から冷凍機１６の第２ステージ２４及び第２シリンダ２５が放射シールド３０の中に挿入されている。冷凍機１６の第１ステージ２２は放射シールド３０の外に配置されている。放射シールド３０は、伝熱部材４５を介して第１ステージ２２に接続されている。伝熱部材４５は、その一端のフランジにより取付孔４２の外周部に固定され、他端のフランジにより第１ステージ２２に固定されている。伝熱部材４５は、例えば中空の短筒であり、冷凍機１６の中心軸に沿って放射シールド３０と第１ステージ２２との間に延びている。こうして放射シールド３０は第１ステージ２２に熱的に接続されている。なお放射シールド３０は第１ステージ２２に直接取り付けられてもよい。
【００３４】
第２シリンダ２５と取付孔４２との間には、シールド開口２６に近い側に上方隙間４６が形成され、シールド開口２６から遠い側に下方隙間４８が形成されている。冷凍機１６は取付孔４２の中心に挿入されているので、上方隙間４６の幅は下方隙間４８の幅と等しい。
【００３５】
本実施形態においては、放射シールド３０は図示されるような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２８とシールド側部３６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３６の第２部分とシールド底部３４とを備える。シールド側部３６の第１部分と第２部分との間には周方向に延びる間隙が形成されている。冷凍機１６の取付孔４２はその上半分がシールド側部３６の第１部分に形成され、下半分がシールド側部３６の第２部分に形成される。
【００３６】
クライオポンプ１０には、冷凍機１６の第２シリンダ２５を包囲する冷凍機カバー７０が設けられている。冷凍機カバー７０は第２シリンダ２５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ステージ２４に取り付けられ、放射シールド３０の取付孔４２を通って第１ステージ２２に向けて延びている。冷凍機カバー７０と放射シールド３０との間には間隙が設けられており、冷凍機カバー７０と放射シールド３０とは接触していない。冷凍機カバー７０は第２ステージ２４に熱的に接続されており、第２ステージ２４と同じ温度に冷却される。よって、冷凍機カバー７０は第２クライオパネル２０の一部であるともみなされる。
【００３７】
第１クライオパネル１８は、吸気口１２において入口開口部を有する入口クライオパネルを備える。入口クライオパネルは、吸気口１２に配置される有孔部材を備える。入口開口部は、有孔部材に形成されている少なくとも１つの開口である。有孔部材は、シールド開口２６を覆う単一の有孔プレート（例えばプレート部材３２）であってもよい。少なくとも１つの開口は、例えば多数の穴（例えば小孔５４）である。なお、入口開口部を定める入口クライオパネルの側面が黒色であってもよい。入口クライオパネルの裏面（すなわち、第２クライオパネル２０を向く面）が黒色であってもよい。
【００３８】
入口開口部は、吸気口１２の開口コンダクタンスに対する入口クライオパネルのコンダクタンスの比が１％以上６％以下であるように入口クライオパネルに形成されている。好ましくは、入口開口部は、吸気口１２の開口コンダクタンスに対する入口クライオパネルのコンダクタンスの比が４％以上６％以下であるように入口クライオパネルに形成されている。
【００３９】
プレート部材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２０を保護するために、シールド開口２６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。輻射熱だけではなく気体分子の進入も制限される。プレート部材３２は、吸気口１２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吸気口１２の開口面積の一部を占有する。プレート部材３２は、吸気口１２の大半を覆っている。プレート部材３２の冷却温度で凝縮する気体（例えば水分）がその表面に捕捉される。
【００４０】
シールド前端２８とプレート部材３２との間には軸方向にわずかな間隙がある。この間隙を覆って気体流れを規制するために、プレート部材３２はスカート部３３を備える。スカート部３３はプレート部材３２を取り巻く短筒である。スカート部３３はプレート部材３２とともに、プレート部材３２を底面とする円形トレイ状の一体構造をなす。この円形トレイ構造は放射シールド３０に被さるように配置されている。よって、スカート部３３は、プレート部材３２から軸方向下方に突き出して、シールド前端２８に径方向に隣接して延びている。スカート部３３とシールド前端２８との径方向距離は例えば、放射シールド３０の寸法公差程度である。
【００４１】
シールド前端２８とプレート部材３２との間隙は製造上の誤差により変動し得る。そうした誤差は精密な部材の加工及び組付によって低減されうるが、それによる製造コストの上昇を考慮すると必ずしも現実的ではないかもしれない。誤差はクライオポンプ１０の個体差につながる。仮にスカート部３３がない場合には、間隙の大きさに応じて、放射シールド３０の内側への気体の流入量が変わる。気体の流入量はクライオポンプ１０の排気速度に直接関連する。間隙が大きすぎても、あるいは小さすぎても、実際の排気速度が設計上の性能から外れてしまう。シールド前端２８とプレート部材３２との間隙をスカート部３３が覆うことによって、間隙を通じた気体流れが規制され、個体差が低減される。その結果、設計性能に対するクライオポンプ排気速度の個体差も小さくすることができる。
【００４２】
シールド前端２８及びプレート部材３２は、クライオポンプ容器３８の吸気口フランジ４０を越えて軸方向上方に配置されている。シールド前端２８及びプレート部材３２は、クライオポンプ容器３８の外に位置する。このように、放射シールド３０は、クライオポンプ１０が取り付けられる真空チャンバに向けて延出している。放射シールド３０を上方に延ばすことにより、凝縮層７２の主収容空間２１を軸方向に広くすることができる。ただし、この延出部分の軸方向長さは、真空チャンバ（または真空チャンバとクライオポンプ１０との間のゲートバルブ）に干渉しないように定められている。
【００４３】
クライオポンプ容器３８は、第１クライオパネル１８及び第２クライオパネル２０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。また、冷凍機１６の第１ステージ２２及び第２ステージ２４がクライオポンプ容器３８に収容されている。
【００４４】
クライオポンプ容器３８の前端３９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３８は、前端３９から径方向外側に向けて延びている吸気口フランジ４０を備える。吸気口フランジ４０は、クライオポンプ容器３８の全周にわたって設けられている。吸気口フランジ４０を用いてクライオポンプ１０が真空チャンバに取り付けられる。クライオポンプ容器３８の前端３９とプレート部材３２との間には径方向に隙間があり、クライオポンプ容器３８にプレート部材３２は接触していない。
【００４５】
図３は、本発明のある実施形態に係るプレート部材３２を模式的に示す上面図である。図３においてはプレート部材３２の下方にある代表的な構成要素を破線で示す。プレート部材３２は、シールド開口２６を横断する一枚の平板（例えば円板）である。プレート部材３２の前面がクライオポンプ１０の外部空間に面し、プレート部材３２の裏面がトップパネル６０に面する。プレート部材３２とトップパネル６０との軸方向距離によって主収容空間２１の高さが定められている。
【００４６】
プレート部材３２の寸法（例えば直径）は、シールド開口２６の寸法にほぼ等しい。プレート部材３２は、プレート中心部５０とプレート外周部５２とを有する。プレート中心部５０は、プレート部材３２の径方向内側部分であり、プレート外周部５２は、プレート中心部５０を囲むプレート部材３２の径方向外側部分である。
【００４７】
プレート外周部５２は、シールド前端２８のプレート取付部２９に取り付けられている。プレート取付部２９は、シールド前端２８から径方向内側に突き出す凸部であり、周方向に等間隔（例えば９０°おき）に形成されている。プレート部材３２は適切な手法でプレート取付部２９に固定される。例えば、プレート取付部２９及びプレート外周部５２はそれぞれボルト孔（図示せず）を有し、プレート外周部５２がプレート取付部２９にボルト留めされる。
【００４８】
プレート部材３２には気体流れを許容する多数の小孔５４が形成されている。小孔５４はプレート中心部５０に形成された貫通孔である。よって、第２クライオパネル２０に凝縮されるべきガスを、小孔５４を通じてプレート部材３２と第２クライオパネル２０との間の主収容空間２１に受け入れることができる。小孔５４は、プレート外周部５２には形成されていない。
【００４９】
小孔５４は規則的に配列されている。本実施形態においては、小孔５４は、直交する二つの直線方向それぞれにおいて等間隔に設けられ、小孔５４の格子を形成する。代案として、小孔５４は、径方向及び周方向それぞれにおいて等間隔に設けられていてもよい。
【００５０】
小孔５４の形状は例えば円形であるが、これに限られず、小孔５４は、矩形その他の形状を有する開口、直線状または曲線状に延びるスリット、または、プレート部材３２の外周に形成された切り欠きであってもよい。小孔５４の大きさは明らかにシールド開口２６より小さい。
【００５１】
小孔５４は、吸気口１２の開口面積に対する小孔５４の合計面積の比（吸気口１２の開口率ともいえる）が１％以上６％以下（好ましくは、４％以上６％以下）であるように、プレート部材３２に形成されている。このようにして、小孔５４は、吸気口１２の開口コンダクタンスに対するプレート部材３２のコンダクタンスの比が１％以上６％以下（好ましくは、４％以上６％以下）であるようにプレート部材３２に形成されている。
【００５２】
プレート部材３２の裏面及び放射シールド３０の内面には、輻射率を高める表面処理例えば黒体処理がされていてもよい。これにより、プレート部材３２の裏面及び放射シールド３０の内面の輻射率はほぼ１に等しい。同様の表面処理が、プレート部材３２において小孔５４を定めるプレート部材側面になされていてもよい。プレート部材３２の黒色表面は、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もよいし、黒色塗装により形成されてもよい。こうした黒色表面は、クライオポンプ１０に進入した熱の吸収に役立つ。
【００５３】
一方、プレート部材３２の前面には、外部からの輻射熱を反射するために、輻射率を低くする表面処理がなされていてもよい。こうした低輻射率の表面は、例えば、銅の基材の表面にニッケルめっきをすることにより形成されてもよい。
【００５４】
上記の構成のクライオポンプ１０による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例えば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ステージ２２及び第２ステージ２４が冷却され、これらに熱的に接続されている第１クライオパネル１８、第２クライオパネル２０も冷却される。第１クライオパネル１８及び第２クライオパネル２０はそれぞれ、第１温度及びそれより低い第２温度に冷却される。
【００５５】
プレート部材３２は、真空チャンバ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。プレート部材３２の冷却温度では蒸気圧が充分に低くならない気体は、多数の小孔５４を通過して主収容空間２１へと進入する。クライオポンプ１０に入射する気体の一部はプレート部材３２によって反射され、主収容空間２１に進入しない。
【００５６】
進入した気体分子のうち第２クライオパネル２０の冷却温度で蒸気圧が充分に低くなる気体（例えばアルゴンなど）は、第２クライオパネル２０の表面（主に、トップパネル前面６１）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、第２クライオパネル２０の表面に接着され冷却されている吸着剤６８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は真空チャンバの真空度を所望のレベルに到達させることができる。
【００５７】
図４は、排気運転中のクライオポンプ１０を模式的に示す図である。図４に示されるように、クライオポンプ１０のトップパネル６０には凝縮した気体からなる氷または霜が堆積している。図４に示すように、ドーム型またはマッシュルーム型の凝縮層７２がトップパネル６０に成長する。この凝縮層７２の主成分は例えばアルゴンである。この氷層は排気運転時間とともに成長して厚みが増していく。なお図４においては、簡明化のため、通常パネル６７及び冷凍機カバー７０に堆積する凝縮層は図示を省略している。
【００５８】
凝縮層７２が成長するにつれて、凝縮層７２にはその深さ方向に温度勾配が生じる。その結果、トップパネル６０の表面温度よりも凝縮層７２の表面温度が高くなる。これが意味するのは、再生インターバルの初期には低温のトップパネル前面６１にガスが直接凝縮されるのに対し、再生インターバルの後期にはそれより高温の凝縮層７２の表面にガスが凝縮されるようになるということである。したがって、クライオポンプ１０の真空排気運転が継続されるとき、クライオポンプ１０の排気速度は徐々に低下する。排気速度の低下に応じてリカバリ時間も長くなる。
【００５９】
したがって、リカバリ時間はクライオポンプ１０の再生の要否を決定するための指標の１つとして使用されうる。この場合、リカバリ時間が規定値より短い間はクライオポンプ１０の運転継続が許容される。しかし、リカバリ時間が規定値より長くなったときクライオポンプ１０の真空排気運転が中止され、クライオポンプ１０の再生が行われる。この規定値は、真空処理装置における真空プロセスの仕様として定められていてもよい。
【００６０】
クライオポンプ１０の再生は真空処理装置にとってもダウンタイムとなる。したがって、真空処理装置の生産性を向上するうえで、リカバリ時間の増加を抑えてクライオポンプ１０の再生インターバルを長くすることが望まれる。
【００６１】
リカバリ時間を短くするにはクライオポンプ１０の排気速度を大きくすればよいと一般に認識されている。そのための１つの手段は、クライオポンプ１０の吸気口１２の開口コンダクタンスに対するプレート部材３２のコンダクタンスの比を大きくすることである。簡単に言えば、吸気口１２の開口率を高くすることによって、クライオポンプ１０の排気速度を大きくし、リカバリ時間を短くすることができる。
【００６２】
これは、再生インターバルの初期においては正しい。しかし、再生インターバルの後期においては、凝縮層７２が成長していることを考慮すると、必ずしも正しくない。なぜなら、開口率が大きいとクライオポンプ１０に進入する熱負荷が高まり、それによって凝縮層７２の温度勾配が拡大するからである。また、開口率が大きいとクライオポンプ１０に進入するガス量も多くなる。これも凝縮層７２の温度勾配を拡大する効果をもつ。凝縮層７２における温度勾配の拡大は上述のように、凝縮層７２の表面温度の上昇とリカバリ時間の増加をもたらす。再生インターバルの後期においては図４に示されるように凝縮層７２が大きく成長しているから、リカバリ時間の増加が顕著となりうる。
【００６３】
そこで、本実施形態では、凝縮層７２の温度勾配の拡大を抑制することによってリカバリ時間の増加を抑制することを指向する。凝縮層７２とトップパネル６０の温度差を小さくすることによって、凝縮層７２に成長に伴うクライオポンプ１０の排気速度の低下が緩和される。そのために、本実施形態では、コンダクタンス比が実用上、究極的に小さい値に設定される。例えば、上述のように、吸気口１２の開口コンダクタンスに対するプレート部材３２のコンダクタンスの比が１％以上６％以下（例えば４％以上６％以下）に設定される。
【００６４】
なお、ドーム型の凝縮層７２がさらに径方向に成長すると、凝縮層７２の外周部がシールド側部３６に接触しうる。仮に、取付座３７とトップパネル６０との間の隙間が狭ければ、凝縮層７２はまず取付座３７に接触する。接触部位でガスは再び気化され、主収容空間２１及びクライオポンプ１０の外部に放出されてしまう。よって、それ以降クライオポンプ１０は設計上の排気性能を提供することができない。したがって、このときのガスの吸蔵量がクライオポンプ１０の最大吸蔵量を与える。凝縮層７２の局所部分（この場合、取付座３７付近の凝縮層７２）がクライオポンプ１０のガス吸蔵限界を決定している。
【００６５】
クライオポンプは一般に軸対称に設計されている。しかし横型のクライオポンプ１０は冷凍機１６が横向きに配置されるので、必然的に非対称部分（例えば取付座３７）をもつ。本実施形態においては、そうした非対称部分にトップパネル６０の形状を合わせ、トップパネル６０と放射シールド３０との隙間の幅を周方向にそろえている。トップパネル６０上において径方向に成長する凝縮層７２の特定部位（この場合、取付座３７付近の凝縮層７２）のみが先行して放射シールド３０に接触することを回避することができる。その結果、本実施形態によると、クライオポンプ１０のガス吸蔵量を向上することができる。
【００６６】
図５は、本発明のある実施形態に係り、ある再生インターバルにおけるリカバリ時間の変化を例示する模式図である。図５の縦軸はリカバリ時間を表し、横軸はクライオポンプ１０の運転時間を表す。図５の横軸は、クライオポンプ１０の真空排気運転中に実施されるリカバリの累積回数を表すともいえる。図５においては、本実施形態に係るリカバリ時間の変化を実線で示し、比較例に係るリカバリ時間の変化を破線で示す。比較例は、クライオポンプ吸気口の開口率が比較的高い（例えば７％より大きい）場合である。本実施形態に係る再生インターバルを矢印Ｂで図示し、比較例に係る再生インターバルを矢印Ｃで図示する。
【００６７】
図６は、比較例に係るプレート部材１３２を模式的に示す上面図である。図６に示されるように、プレート部材１３２は、プレート中心部１５０だけでなくプレート外周部１５２にも形成されている多数の小孔１５４を有する。このように、小孔１５４がプレート部材１３２の全域に分布する場合には、吸気口の開口率は７％を超える。
【００６８】
図５に示されるように、本実施形態に係るクライオポンプ１０においては、再生インターバル初期のリカバリ時間が比較例に比べていくらか長い。クライオポンプ１０の真空排気運転が継続されるとき、再生インターバル後期に向けてクライオポンプ１０の排気速度は徐々に低下し、それとともにリカバリ時間が徐々に長くなる。そうしてリカバリ時間が規定値Ｔに達するとき再生インターバルが終了する（つまり再生が開始される）。
【００６９】
本実施形態によると、吸気口１２の開口に対する入口クライオパネルの開口率が小さい。入口クライオパネルの開口率とは、軸方向に見たときの入口クライオパネル面積に対する入口クライオパネルの開口部分の面積の比である。入口クライオパネルの開口率が小さいので、クライオポンプ１０の外から主収容空間２１へのガス流量も低い。そのため、凝縮層７２の成長速度が小さい。また、ガスによる熱負荷も小さい。さらに、進入する輻射熱による熱負荷も小さい。したがって、凝縮層７２における温度勾配が小さくなり、凝縮層７２の表面温度が低温に維持される。よって、再生インターバル後期におけるリカバリ時間の増加を抑制することができる。これにより、本実施形態における再生インターバルＢは、比較例における再生インターバルＣに比べて、延長される。
【００７０】
本発明者の考察及び試算によると、吸気口の直径が１８０ｍｍから３４０ｍｍの範囲にある場合に、開口率低減による再生インターバルの延長効果を得ることができる。また、本発明者の考察及び試算によると、本実施形態は、例えば、１ｍＴｏｒｒから１０ｍＴｏｒｒの範囲における真空排気に有効である。
【００７１】
以上説明したように、本発明の実施形態によると、従来の認識と異なる新たな知見に基づいて、真空処理装置におけるリカバリ時間の増加を抑制し、クライオポンプ１０の再生インターバルを長くすることができる。よって、真空処理装置の生産性向上に寄与するクライオポンプ１０を提供することができる。
【００７２】
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。
【００７３】
図７は、本発明の他の実施形態に係る第１クライオパネルのプレート部材２３２を模式的に示す上面図である。プレート部材２３２は、ガスを通す少なくとも１つの開口を有する第１プレート２３４と、第１プレート２３４に隣接し第１プレート２３４と協働してシールド開口を覆う第２プレート２３６と、を備える。第１プレート２３４と異なり、第２プレート２３６はガスを通す開口を有しない。
【００７４】
第１プレート２３４は、クライオポンプ吸気口及びシールド開口の直径より小さい直径を有する有孔円板である。第１プレート２３４は、多数の小孔２５４を有する。第２プレート２３６は、第１プレート２３４とともに吸気口を覆う円環プレートである。第２プレート２３６は、吸気口及びシールド開口の直径にほぼ等しい外径を有する。第２プレート２３６は、クライオポンプ吸気口の少なくとも１５％を占める。
【００７５】
第１プレート２３４は、第１の呼び径を有するクライオポンプ及び／または放射シールドに適合するプレート部材３２であってもよい。第１プレート２３４を第２プレート２３６と組み合わせることによって、第１の呼び径より大きい第２の呼び径を有するクライオポンプ及び／または放射シールドに適合するプレート部材２３２を得ることができる。第１の呼び径は例えば８インチであり、第２の呼び径は例えば１０インチであってもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１０  クライオポンプ、  １２  吸気口、  １６  冷凍機、  １８  第１クライオパネル、  ２０  第２クライオパネル、  ２２  第１ステージ、  ２４  第２ステージ、  ３２  プレート部材、  ３８  クライオポンプ容器、  ５４  小孔。
【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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【図６】
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【図７】
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