CN102743894A - 冷阱及真空排气装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷阱及真空排气装置，其能够在短时间内使排气对象容积恢复到所希望的真空度。冷阱(210)具备冷冻机(222)及热连接于冷冻机(222)并被冷却的冷板(220)。在冷板(220)上形成有粗糙面(242)。冷阱(210)例如配置于将真空室(216)连接于涡轮分子泵(212)的排气流路(214)中，使从真空室(216)通过排气流路(214)吸入至涡轮分子泵(212)并被排气的气体的一部分在冷板(220)的表面上冻结来捕捉。

Description

冷阱及真空排气装置

技术领域

本发明涉及一种低温泵、冷阱及真空排气装置。

背景技术

低温泵是通过凝缩或吸附而将气体分子捕捉在冷却至超低温的低温板上来排气的真空泵。低温泵一般为了实现半导体电路制造工艺等所要求的清洁的真空环境而被利用。

例如专利文献1记载有如下低温泵，其在低温泵的除挡板以外应容纳在泵壳体内的部件外面形成除氟系树脂以外的其他树脂的薄膜。

专利文献1：日本特开昭60-8481号公报

在真空工艺中，有向真空室反复工艺气体的供给和停止供给的情况。例如在溅射中典型地以设定流量供给设定时间的工艺气体而在基板上形成薄膜。并且，在喷溅处理结束之后停止工艺气体的供给，进行交换完成处理的基板和新的被处理基板等的附带作业。为了下次的喷溅处理的开始，需将真空室内还原到所希望的真空度。从提高生产率的观点考虑，优选尽量缩短还原所需时间。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种能在短时间内将排气对象容积恢复到所希望的真空度的低温泵、冷阱及真空排气装置。

本发明的一种形态的冷阱，具备冷冻机及热连接于该冷冻机并被冷却的冷板。在冷板上形成有粗糙面。

根据该形态，在冷板上具有粗糙面，从而能够提高与凝缩的冰层的粘附性。由此，能够抑制冰层的剥离。抑制由剥离区域的冷却不良引起的该区域的局部升温，进而抑制通过低温捕获现象而吸附在该剥离区域冰层的气体分子的再放出。由此，能够抑制恢复到所希望的真空度所需时间的增大。

本发明的其他形态为真空排气装置。该装置具备：真空泵；及冷阱，配置于将排气对象容积连接于该真空泵的排气流路上，使从该排气对象容积通过该排气流路吸入至该真空泵并被排气的气体的至少一部分在表面冻结来捕捉。所述冷阱具备：冷板，露出配置于所述排气流路中；及冷冻机，热连接于所述冷板并冷却所述冷板。在所述冷板上形成有粗糙面。

发明效果：

根据本发明，能够在短时间内使排气对象容积恢复到所希望的真空度。

附图说明

图1是用于原理性说明冰层在低温板表面上的剥离及其影响的图。

图2是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵的一部分的图。

图3是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的排气运转中的百叶窗的截面的放大图。

图4是示意地表示本发明的其他实施例所涉及的排气运转中的百叶窗的截面的放大图。

图5是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的真空排气系统的图。

图中：10-低温泵，12-泵容器，14-冷冻机，16-低温板结构体，18-放射屏蔽，20-屏蔽开口，21-第1冷却台，22-第2冷却台，23-百叶窗，24-低温板，26-连接部件，40-百叶窗安装部，41-叶片板，42-粗糙面，43-基材，44-无光泽镀层。

具体实施方式

本发明的一实施方式所涉及的低温泵在放射屏蔽的开口部具备形成有粗糙面的低温板。低温板例如为挡板。粗糙面例如通过在挡板的基材上实施无光泽镀而形成。并且，也可以与无光泽镀一同或代替无光泽镀对挡板表面进行粗糙化来形成粗糙面。粗糙化处理例如可以是喷砂处理。

本申请的发明人发现，在典型的低温泵中，在恢复到停止供给工艺气体时所希望的真空度所需的复原时间随着向泵的气体存储量的增加而变长。并且发现，每当冰层在挡板表面局部剥离时，复原时间阶段性地增加。可认为冰层剥离的原因在于，典型的低温泵的挡板表面的平坦度变高。堆积的冰层向挡板表面的粘附性低，因此，由于随着冰层变厚而变大的内部应力，冰层易从挡板剥落。通过剥离，冰层与挡板的接触面积变小，冰层的温度变高。其结果，通过低温捕获现象而吸附于冰层的工艺气体分子变得容易被再放出。

在典型的低温泵中，在挡板表面实施有光泽镍镀。因此，挡板表面的平坦度较高。在挡板上实施光泽镀是为了降低欲进入低温泵的放射屏蔽内部的辐射热。

与该技术思想不同，本申请的发明人通过在第1段低温板的表面形成粗糙面，提供能够抑制向所希望的真空度的复原时间的增加的低温泵。通过对板表面进行粗糙化，能够提高与冰层的粘附性。冰层通过所谓锚定效果粘附于板表面。因此，冰层变得难以剥离，能够抑制工艺气体分子的再放出。由此，能够抑制向所希望的真空度的复原时间的增加。

图1是用于原理性说明冰层在低温板表面中的剥离及其影响的图。参照图1，对作为冰层剥离的结果的、向所希望的真空度的复原时间变长的现象进行详细说明。图1中示意地表示有反复工艺气体的供给和停止供给时的气体分子112、114对冰层116的作用。

图中以附加了斜线的圆形记号表示水分子112，以圆形记号表示工艺气体分子114。水分子112是气氛中所包含的水蒸气。通常工艺气体114是在比水分更低温中凝缩的气体。第1段低温板110冷却至水分的凝缩温度与工艺气体的凝缩温度之间的温度。由此，主要是水分子112在低温板110上凝缩而形成冰层116。

低温泵通过图示的状态100至108来工作。状态100、102表示工艺气体的供给时，状态104、106表示停止供给时。状态108表示下次的工艺气体供给时。真空室中，在工艺气体的供给期间进行处理。在工艺气体的停止供给期间，进行将真空室排气成下次的工艺开始时所需的所希望的真空度的复原处理。由此，工艺状态100、102成为比较高压的真空状态，复原状态104、106成为低压的真空状态。

真空工艺例如为喷溅处理，但也可以是使用工艺气体的其他成膜处理。另外，喷溅处理一般为如下处理：将放电用工艺气体导入至真空气氛的室内，并在电极间外加电压来产生基于辉光放电的等离子体，使等离子体中的正离子碰撞于阴极上的靶表面，在阳极上的加热成预定温度的基材表面形成薄膜。工艺气体分子可以只物理作用于靶分子，也可以通过与靶分子化学反应而在基板表面形成其反应物的薄膜。工艺气体例如包含氩气。并且，工艺气体也可以进一步包含氮气或氧气。

在图1的状态100中，气氛中的水分子112及工艺气体分子114从真空室向低温板110上的冰层116飞来。气氛中所包含的水分子112例如来自上次的复原处理或真空室的保养处理。为了交换基板或保养而打开真空室，从而室周围的外气进入。该外气未完全干燥，有可能含有湿气。并且，也可认为吸附于搬入的基板表面的水分被放出至真空室内。

如状态102所示，飞来的水分子112堆积在冰层116上，逐渐增加冰层116的厚度。与此并行，工艺气体分子114通过低温捕获现象被逐渐吸附于冰层116的表面。低温捕获现象是指，在低温板上凝缩的气体分子层上，通过吸附来捕捉在比该气体更低温下凝缩的其他气体分子的现象。作为低温捕获现象，已知有对氩和氢的混合气体，在氩凝缩层上捕捉氢分子的现象。可以认为对水分和工艺气体(例如氩气)的混合气体也同样产生低温捕获现象。由此，在低温板110的冷却温度下，本来不在其表面凝缩的工艺气体114通过低温捕获现象吸附于低温板110上的冰层116而被捕捉。

若工艺结束，则向复原状态104过渡。通过低温捕获现象吸附的工艺气体分子114被捕捉于冰层116。若冰层116的厚度变大，则在冰层116上局部产生龟裂118及剥离120。可以认为这是由冰层116的内部应力的增加引起的。另外，在此为了便于说明，设为在复原状态104中产生龟裂118及剥离120，但希望理解为通过冰层116的厚度增大，在工艺中也可引起龟裂118及剥离120。

若在冰层116上产生剥离120，则在剥离区域中冰层116远离低温板110而在冰层116与低温板110之间产生间隙。即，冰层116和低温板110成非接触。因此，冰层116的剥离区域基于低温板110的冷却变得不充分而温度升高。并且，在复原状态104、106中与工艺中不同，未供给工艺气体114，因此气氛气压变低。其结果，如状态106所示，导致吸附于冰层116的工艺气体114被再度放出。工艺气体114在被再放出的冰层116中形成多个空孔122。即，通过复原时的工艺气体114的再放出，在冰层116的剥离区域形成多个空孔122。

由于被再放出的工艺气体114，真空度恶化。为了向所希望的真空度的还原，需要工艺气体114向冰层116的未剥离区域的再吸附，或工艺气体114通过低温板110向低温的第2段低温板(未图示)的凝缩。因此，若在低温板110的表面发生冰层116的剥离，则导致向所希望的真空度的复原时间变长。

如状态108所示，若到达容许开始工艺的真空度则开始下次的工艺。与状态100、102相同，飞来的水分112堆积在冰层116上，工艺气体分子114通过低温捕获现象被逐渐吸附于冰层116的空孔122及其周围的表面。并且，在随后的复原状态中，工艺气体114同样地从冰层116的剥离区域被再放出。

如此，反复基于低温捕获现象的工艺中的工艺气体吸附和复原中的工艺气体再放出。可以认为工艺气体114的再放出对向高真空的迅速恢复带来不良影响。冰层116的厚度随着低温泵排气的气体存储量增加而增加，局部分散的剥离区域向挡板表面的整个区域逐渐扩大。如此，被再放出的工艺气体也增加，最坏的情况下还有难以在容许时间内恢复到所希望的真空度的危险。

图2是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的低温泵10的一部分的图。低温泵10例如安装于离子注入装置或溅射装置等的真空室，为将真空室内部的真空度提高至所希望的工艺所要求的水平而使用。

低温泵10包含泵容器12、冷冻机14、低温板结构体16及放射屏蔽18而构成。图2所示的低温泵10是所谓卧式低温泵。卧式低温泵10一般为如下低温泵10：沿着与筒状放射屏蔽18的中心轴方向交叉的方向(通常为正交方向)在放射屏蔽18的内部插入配置有冷冻机14的第2冷却台22。另外，本发明同样也可以应用于所谓立式低温泵。立式低温泵是指沿着放射屏蔽18的中心轴方向插入配置有冷冻机14的低温泵。

低温泵10具备：第1低温板，冷却至第1冷却温度水平；第2低温板，冷却至比第1冷却温度水平低温的第2冷却温度水平。在第1低温板上，在第1冷却温度水平下通过凝缩来捕捉蒸汽压较低的气体并排气。例如，蒸汽压比基准蒸汽压(例如10-8Pa)低的气体被排气。在第2低温板上，在第2冷却温度水平下通过凝缩来捕捉蒸汽压较低的气体并排气。在第2低温板上，为了捕捉因为蒸汽压高所以即使在第2温度水平中也不凝缩的非凝缩性气体，在表面形成吸附区域。吸附区域例如通过在板表面设置吸附剂而形成。非凝缩性气体吸附于冷却至第2温度水平的吸附区域而被排气。第1低温板例如包含放射屏蔽18及百叶窗23，第2低温板例如包含低温板结构体16。

图2示意地表示基于包含泵容器12及放射屏蔽18的中心轴A、及冷冻机14的中心轴的平面的截面。在图2中，以箭头E表示气体从泵外部的排气对象容积即真空室向低温泵内部的进入方向。另外，气体进入方向E应理解为从低温泵外部朝向内部的方向。图中将气体进入方向E设为与放射屏蔽18的中心轴A平行，只不过是为了便于说明更容易理解。在低温泵作用处理中，向低温泵内部进入的气体分子的实际进入方向当然不与图示的气体进入方向E严密一致，反而一般为与气体进入方向E交叉的方向。

泵容器12具有如下部位，其一端具有开口且另一端形成为被闭塞的圆筒状的形状。泵容器12的内部配设有低温板结构体16及放射屏蔽18。泵容器12的开口作为应被排气的气体所进入的吸气口而设置，并由泵容器12的筒状侧面的上端部内面划定。在泵容器12的上端部朝向径向外侧延伸有安装法兰30。低温泵10使用安装法兰30而被安装于排气对象容积即离子注入装置等真空室。另外，垂直于泵容器12的中心轴A的截面并非局限于圆形状，也可以是其他的形状例如椭圆形状或多角形形状。

冷冻机14例如为吉福德-麦克马洪式冷冻机(所谓GM冷冻机)。另外，冷冻机14为2段式冷冻机，具有第1冷却台21及第2冷却台22。第2冷却台22被泵容器12及放射屏蔽18包围，配置于泵容器12及放射屏蔽18的内部空间的中心部。第1冷却台21被冷却至第1冷却温度水平，第2冷却台22被冷却至比第1冷却温度水平低温的第2冷却温度水平。第2冷却台22例如被冷却至10K至20K左右，第1冷却台21例如被冷却至80K至100K左右。

低温板结构体16以热连接于冷冻机14的第2冷却台22的状态被固定，且被冷却至和第2冷却台22同程度的温度。低温板结构体16具备多个低温板24和连接部件26。多个低温板24例如分别具有圆锥台侧面的形状，譬如具有伞状的形状。低温板24也可以是其他的任意形状。各板24上通常设置有活性炭等吸附剂(未图示)。吸附剂例如粘接于板24的背面。连接部件26作为用于将低温板结构体16热连接于第2冷却台22并且机械性支承的连结部件而设置。冷冻机14的第2冷却台22上安装连接部件26，连接部件26上安装多个低温板24。低温板24及连接部件26例如均由铜等材质形成。也可以使用以铜作为基材用镍镀表面的物品。并且，也可以代替铜以铝形成低温板24等。重视导热率时使用铜即可，重视轻量化进而重视再生时间的缩短时也可使用铝。

放射屏蔽18以热连接于冷冻机14的第1冷却台21的状态被固定，饼被冷却至和第1冷却台21同程度的温度。放射屏蔽18作为从周围的辐射热保护低温板结构体16及第2冷却台22的辐射屏蔽而设置。放射屏蔽18也和泵容器12相同地一端具有屏蔽开口20且另一端形成为闭塞的圆筒状的形状。放射屏蔽18形成为杯状的形状。泵容器12及放射屏蔽18均大致形成为圆筒状，并在同轴上配置。泵容器12的内径多少超出放射屏蔽18的外径，放射屏蔽18在与泵容器12的内面之间保持少许间隔而以与泵容器12为非接触的状态配置。并且，在图2所示的实施例中，放射屏蔽18的闭塞部以越接近中心轴A越远离屏蔽开口20的方式弯曲形成为圆顶状。泵容器12的闭塞部也同样弯曲形成为圆顶状。

放射屏蔽18的内部空间的中心部配置有冷冻机14的第2冷却台22。冷冻机14从放射屏蔽18的侧面开口插入，在该开口部安装第1冷却台21。如此，冷冻机14的第2冷却台22在放射屏蔽18的中心轴上配置于屏蔽开口20与最深部的中间。

另外，放射屏蔽18的形状并非局限于圆筒形状，也可以是角柱形状或椭圆筒形状等任何截面的筒形状。典型的放射屏蔽18的形状通常成为与泵容器12的内面形状相似的形状。并且，放射屏蔽18也可以不构成为图示般的一体的筒状，也可以以通过多个零件整体上呈筒状形状的方式构成。这些多个零件也可以相互保持间隙而配设。

并且，在放射屏蔽18的开口20上配置有百叶窗23。百叶窗23作为挡板发挥作用。即，百叶窗23捕捉在比较高温下凝缩的水分等气体来抑制它们向放射屏蔽内部的进入，并且也抑制辐射热的入射。

百叶窗23与放射屏蔽18在同轴上配置。百叶窗23和低温板结构体16在放射屏蔽18的中心轴方向上隔开间隔而设置。百叶窗23遍及整个屏蔽开口20而设置。另外，百叶窗23也可以从放射屏蔽18的开口20实际上具有偏移(例如在从屏蔽开口20进入到屏蔽内部的位置)而配置。即使在这种情况下，也以占据垂直于放射屏蔽18的中心轴A的截面的方式设置。另外，在百叶窗23和真空室之间也可以设置有闸阀(未图示)。该闸阀例如在再生低温泵10时设为闭，通过低温泵10对真空室进行排气时设为开。

百叶窗23通过百叶窗安装部40安装于放射屏蔽18上。百叶窗安装部40从中心轴A的方向观察，具有向放射方向延伸的多个腕部，例如具有4个腕部时，从中心轴方向观察时为十字状的形状。百叶窗安装部40的向放射方向延伸的腕部的末端安装于放射屏蔽18的开口附近的内面。百叶窗安装部40为十字形状时，例如在以每隔90度的4处安装于放射屏蔽18上。百叶窗安装部40将百叶窗23机械地固定于放射屏蔽18上的同时，热连接放射屏蔽18和百叶窗23。由此，百叶窗安装部40还作为从放射屏蔽18向百叶窗23的传热路径发挥作用，百叶窗23被冷却至和放射屏蔽18同程度的温度。

百叶窗23由多个叶片板41形成，各叶片板41分别形成为不同直径的圆锥台侧面形状并排列成同心圆状。另外，百叶窗23也可形成为格子状等其他形状。各叶片板41对开口面20只倾斜相同角度(例如45度)而安装于百叶窗安装部40上。

调整各叶片板41的间隙，以使从泵外部向中心轴向观察时，邻接的叶片板41相互重叠而从各叶片板41之间看不到泵内部(例如低温板24)。即，以邻接的2个叶片板41中内侧的叶片板41的外周端比外侧的叶片板41的内周端更靠近放射方向内侧的方式调整各叶片板41的间隙。由此，沿中心轴向观察百叶窗23时，百叶窗23没有开放区域，譬如说光学地闭塞放射屏蔽18的内部空间。

另外，可以以光学地开放放射屏蔽18的内部空间的方式构成百叶窗23。例如，可以在百叶窗23的周缘部的各叶片板41之间形成环状的开放区域。或者可通过不在接近放射屏蔽18的侧壁的周缘部设置叶片板41而形成环状的开放区域。此时，以低温泵10的排气速度(例如工艺气体的排气速度)实现所要求的标准的方式设定开放区域的面积及位置。

百叶窗23的表面中朝向放射屏蔽18外侧的面上形成有粗糙面42。粗糙面例如指形成有肉眼无法识别的微小凹凸的面。各叶片板41的表侧的面上具有预定的表面粗糙度。粗糙面42的表面粗糙度可以考虑对冰层的粘附性而根据经验或实验适当设定。通过无光泽镍镀形成有该粗糙面42。通过在无光泽镀工序中的结晶成长而形成有微小的凹凸。

另外，也可以在百叶窗23的表面中冰层堆积相对厚的部位形成粗糙面，冰层堆积相对薄的部位不形成粗糙面而设为平滑面。例如，也可以在百叶窗23的中心区域的叶片板表面形成粗糙面，将百叶窗23的周缘区域的叶片板表面设为平滑面。

并且，可以在百叶窗23的表面中朝向放射屏蔽18内侧的里面形成粗糙面42。也可以在放射屏蔽18的内面及外面的至少一方形成粗糙面。

用于形成粗糙面42的粗糙化处理并非局限于向挡板基材的无光泽镀处理。粗糙化处理例如可以是向挡板基材的喷砂处理(例如玻璃珠喷砂处理，所谓GBB处理)或蚀刻处理等促进挡板表面中的锚定效果的任意处理。并且，可以在向挡板基材进行镀处理后的表面(即镀层的表面)进行粗糙化处理来代替对挡板基材的表面进行粗糙化处理。例如可以在对挡板基材实施光泽镀之后，将去除光泽镀层的光泽的消光处理作为粗糙化处理来进行。如此，粗糙面42具有按照所采用的粗糙化处理来规定的预定范围的表面粗糙度。

以下说明基于上述结构的低温泵10的动作。当低温泵10工作时，首先在该工作前使用其他适当的粗抽泵将真空室内部粗抽至1Pa左右。之后使低温泵10工作。通过冷冻机14的驱动冷却第1冷却台21及第2冷却台22，也冷却热连接于它们的放射屏蔽18、百叶窗23及低温板24。

被冷却的百叶窗23冷却从真空室朝向低温泵10内部飞来的气体分子，使蒸汽压通过在其冷却温度下充分变低的气体(例如水分等)在表面凝缩来排气。在百叶窗23的冷却温度下蒸汽压无法充分变低的气体通过百叶窗23进入到放射屏蔽18内部。进入的气体分子中蒸汽压在低温板24的冷却温度下充分变低的气体在低温板24的表面上凝缩而被排气。蒸汽压在该冷却温度下也无法充分变低的气体(例如氢等)通过粘接于低温板24的表面并被冷却的吸附剂吸附而被排气。如此，低温泵10能够使真空室的真空度到达所希望的水平。

图3是示意地表示排气运转中的百叶窗23的截面的放大图。如上所述，一实施例所涉及的百叶窗23的叶片板41在基材43的表面上具有无光泽镀层44。基材43的材质例如为铜，无光泽镀层44例如为镍。无光泽镀层44的表面为具有细微凹凸的粗糙面42。形成粗糙面42的细微凹凸具有按照所选择的无光泽镀处理来确定的预定范围的表面粗糙度。因此，冰层116通过粗糙面42的锚定效果粘附在叶片板41上。由此，抑制工艺气体分子114的再放出，能够抑制向所希望的真空度的复原时间的增加。

在本实施方式中，与典型的低温泵不同，特意将挡板表面粗糙化。由此，冰层变得难以剥离，能够抑制通过低温捕获现象吸附的工艺气体分子的再放出。由此，能够在短时间内将真空室恢复到所希望的真空度。并且，挡板表面的反射率通过形成有粘附于叶片板41表面的冰层而变高，还能获得降低吸收所入射的辐射热之类的派生效果。由此，能够缓和由对挡板表面进行粗糙化引起的辐射热的影响。

在优选的一实施例中，粗糙面42可以具有分形的双重结构。即，粗糙面42可以在具有相对较大的表面粗糙度的第1粗糙面上形成具有小于该第1粗糙面的表面粗糙度的第2粗糙面。宏观地观察低温板表面时的每单位面积的表面积因第2粗糙面的微小凹凸而变大。能够进一步促进板表面中的锚定效果，并能够使冰层强有力地粘附于板表面。

图4是示意地表示其他实施例所涉及的排气运转中的百叶窗23的截面的放大图。在百叶窗23的叶片板41的表面形成有第1凹凸结构45。在第1凹凸结构45的表面形成有比第1凹凸结构45更细微的第2凹凸结构46。在第1凹凸结构45的各凹凸表面形成有第2凹凸结构46的多个凹凸。即，粗糙面42具有如下表面结构：在以低倍率测定表面粗糙度时可得到第1表面粗糙度，而在以高倍率测定时可得到比第1表面粗糙度更细微的第2表面粗糙度。另外，图中为了方便以规则地排列凹凸的方式进行图示，但并非局限于此。也可以不规则地排列凹凸。

优选第1凹凸结构45的中心线平均粗糙度Ra为数μm至数十μm，第2凹凸结构46的中心线平均粗糙度Ra为数nm至数十nm。具体而言，优选第1凹凸结构45的中心线平均粗糙度Ra为0.5μm至100μm，第2凹凸结构46的中心线平均粗糙度Ra为1nm至400nm。更优选第1凹凸结构45的中心线平均粗糙度Ra为0.5μm至20μm，第2凹凸结构46的中心线平均粗糙度Ra为10nm至100nm。

优选通过在挡板基材上进行第1粗糙化处理形成第1凹凸结构45，并通过在第1粗糙化处理后进行第2粗糙化处理形成第2凹凸结构46。第1粗糙化处理可以是机械加工处理。第2粗糙化处理可以是化学处理。基于机械加工的粗糙化处理例如可以是上述喷砂处理。基于化学处理的粗糙化处理例如可以是上述无光泽镀处理。

图5是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的真空排气系统的图。该真空排气系统具备冷阱210和真空泵(例如涡轮分子泵212)。真空泵是用于排气至高真空区域的高真空泵。涡轮分子泵212通过排气流路214连接于真空处理装置的真空室216。在排气流路214中冷阱210配置于涡轮分子泵212的近前。冷阱210是串联式冷阱。冷阱210配置于涡轮分子泵212的垂直方向上方。另外，真空泵可以是扩散泵。除了具备高真空泵之外，真空排气系统还可以具备用于进行真空室216的粗抽的辅助泵。

并且，排气流路214上设置有用于从真空室216遮断真空排气系统的闸阀218。闸阀218设置于真空室216的开口部与冷阱210之间。通过打开闸阀218来连通真空排气系统以对真空室216进行排气，通过关闭闸阀218来从真空室216遮断真空排气系统。当再生冷阱210时，通常关闭闸阀218。另外，闸阀218可作为真空排气系统的一部分构成，也可作为真空处理装置的一部分设置于真空室216的开口部。

冷阱210包含用于将气体捕捉于表面的冷板220、冷冻机222、及控制部224而构成。冷板220整体露出于排气流路214上，通过被冷冻机222冷却使流过排气流路214的气体的一部分在表面冻结来捕捉。沿着垂直于排气流路214中气体流通方向(图5中为上下方向)的面配置有冷板220。冷板220以例如占有垂直于排气流路214的气体流通方向的截面积的多半的方式设定关于气体流通方向的投影面积。

冷板220例如是具有多个金属制叶片板的百叶窗。各叶片板分别形成为不同直径的圆锥台侧面形状并排列成同心圆状。另外，冷板220可以形成为人字纹(chevron)形状也可以形成为格子状等其他形状。

冷板220通过从其外周部突出的棒状传热部件226而热连接于冷冻机222的冷却台228。在排气流路214上对应于传热部件226的位置形成有开口，该开口上安装有容纳传热部件226并连接排气流路214和冷冻机外壳230的连接外壳232。排气流路214的内部空间和冷冻机外壳230的内部空间通过连接外壳232气密连接。由此，冷冻机外壳230的内部压力与排气流路214中的压力变得相同。

冷冻机222为吉福德-麦克马洪式冷冻机(所谓GM冷冻机)。并且，冷冻机222为单级式冷冻机，具有冷却台228、汽缸234及冷冻机马达236。汽缸234的一端安装有冷却台228，另一端设置有冷冻机马达236。汽缸234中内置有置换器(未图示)，置换器内部组装有蓄冷材料。冷冻机马达236以置换器能够在汽缸234内部往复运动的方式连接于置换器上。另外，冷冻机马达236以能够正反旋转设置于冷冻机222内部的可动阀(未图示)的方式连接于该阀上。

压缩机(未图示)通过高压配管及低压配管连接于冷冻机222上。冷冻机222通过反复如下热循环而使冷却台228及冷板220发生寒冷，所述热循环在内部使从压缩机供给的高压工作气体(例如氦等)膨胀并吐出。冷冻机马达236使可动阀向预定方向旋转以实现该热循环。压缩机回收从冷冻机222吐出的工作气体并再次加压而供给至冷冻机222。并且，通过冷冻机马达236向反方向旋转可动阀，实现逆转上述热循环的热循环，并加热冷却台228及冷板220。另外，也可使用加热器等加热机构来代替冷冻机222的逆转运转或者与逆转运转并用，来加热冷却台228或冷板220。

冷冻机222的冷却台228上设置有温度传感器238。温度传感器238周期性测定冷却台228的温度并将表示测定温度的信号输出至控制部224。温度传感器238连接于控制部224以使能够通信其输出。由于冷却台228与冷板220热性构成为一体，因此温度传感器238的测定温度表示冷板220的温度。另外，温度传感器238可设置于冷板220上也可设置于传热部件226上。

另外，在冷冻机外壳230的内部设置有压力传感器240。压力传感器240周期性测定冷冻机外壳230的内部压力即排气流路214的压力，并将表示测定压力的信号输出至控制部224。压力传感器240连接于控制部224以使能够通信其输出。可设定为压力传感器240仅在执行冷阱210的再生处理中测定压力并输出至控制部224。压力传感器240的测定值表示冷板220周围的压力即气氛压力。另外，压力传感器240可设置于连接外壳232的内部，也可设置于排气流路214上。

冷板220具有与参照图2至图4说明的百叶窗23相同的结构。在冷板220的表面中朝向真空室216的面上形成有粗糙面242。冷板220的表侧的面具有预定的表面粗糙度。粗糙面242的表面粗糙度可考虑对冰层的附着性而根据经验或实验适当设定。该粗糙面242通过在基材上实施无光泽镍镀而形成。通过在无光泽镀工序中的结晶成长而形成有微小的凹凸。粗糙面242也可通过实施上述的其他粗糙化处理而形成。

如图4所示，粗糙面242可以是具有双重凹凸结构的粗糙面。冷板220可以在具有第1表面粗糙度的面上具有形成有比该第1表面粗糙度小的第2表面粗糙度的粗糙面。

另外，可以在冷板220的表面中冰层堆积相对厚的部位形成粗糙面，而在冰层堆积相对薄的部位不形成粗糙面而设为平滑面。例如，可以在冷板220的中心区域的叶片板表面形成粗糙面，将冷板220的周缘区域的叶片板表面设为平滑面。也可以在冷板220的表面中朝向涡轮分子泵212的里面形成有粗糙面242。

基于图5所示的真空排气系统的排气处理中，通过开放闸阀218并使涡轮分子泵212动作，对真空室216进行排气并将真空度提高至所希望的水平。可以在使涡轮分子泵212工作之前，通过粗抽用的辅助泵对真空室216进行排气。冷阱210冷却至能够捕捉流过排气流路214的水蒸气的温度(例如100K)。虽然通常涡轮分子泵212的水蒸气的排气速度比较慢，但通过并用冷阱210能够实现更快的排气速度。

在排气处理中，控制部224根据温度传感器238的测定温度来控制冷冻机马达236，以使冷板220的温度与目标温度(例如100K)一致。控制部224例如决定冷冻机马达236的转速以使温度传感器238的测定温度和目标温度的偏差最小化。控制部224例如在测定温度超过目标温度时加快冷冻机马达236的转速，在测定温度低于目标温度时减慢冷冻机马达236的转速。如此，冷板220的温度维持为目标温度。

在本实施方式中，通过对冷板220的表面进行粗糙化，能够抑制在表面捕捉的冰层的剥离。由此，即使应通过后段的高真空泵(例如涡轮分子泵212)排气的气体分子由于低温捕获现象而吸附于冰层，也能够抑制那些吸附气体分子的再放出。

Claims (7)

1.一种冷阱，其具备冷冻机及热连接于该冷冻机并被冷却的冷板，其特征在于，

在所述冷板上形成有粗糙面。

2.如权利要求1所述的冷阱，其特征在于，

通过在所述冷板的基材上进行无光泽镀来形成所述粗糙面。

3.如权利要求1或2所述的冷阱，其特征在于，

通过对所述冷板的表面进行粗糙化来形成所述粗糙面。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的冷阱，其特征在于，

在所述冷板的表面中朝向排气对象容积的面上形成有所述粗糙面。

5.如权利要求1～4中任意一项所述的冷阱，其特征在于，

所述粗糙面在具有第1表面粗糙度的面上形成有比该第1表面粗糙度小的第2表面粗糙度。

6.如权利要求5所述的冷阱，其特征在于，

通过机械加工形成所述第1表面粗糙度，通过化学处理形成所述第2表面粗糙度。

7.一种真空排气装置，其具备：真空泵；及冷阱，配置于将排气对象容积连接于该真空泵的排气流路上，使从该排气对象容积通过该排气流路吸入至该真空泵并被排气的气体的至少一部分在表面上冻结来捕捉，其特征在于，

所述冷阱具备：冷板，露出配置于所述排气流路中；及冷冻机，热连接于所述冷板并冷却所述冷板，

并且，在所述冷板上形成有粗糙面。

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