CN102777347A - 低温泵及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于对氢等非冷凝性气体进行高速排气的低温泵及用于制造这种低温泵的方法。低温泵（10）具备：多个低温吸着板（50）的排列（14），其被向低温泵开口（31）开放的低温泵内部开放空间（30）包围；及放射护罩（16），包围低温泵内部开放空间（30）。多个低温吸着板（50）中的至少1个的板前表面被区分成用于非冷凝性气体的吸附区域（76）和用于冷凝性气体的冷凝区域（82）。

Description

低温泵及其制造方法

技术领域

本申请主张基于2011年5月12日申请的日本专利申请第2011-107670号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种低温泵及其制造方法。

背景技术

低温泵为通过冷凝或吸附将气体分子捕捉到被冷却成超低温的低温板上来进行排气的真空泵。低温泵一般为了实现半导体电路制造工艺等中要求的清洁的真空环境而被利用。低温泵的应用程序中的1个例如如离子注入工序中，例如氢等非冷凝性气体有时占应排气气体的一大半。非冷凝性气体最初能够通过吸附在冷却成超低温的吸附区域来进行排气。

专利文献1：日本特开平1-92591号公报

专利文献2：日本特开昭60-13992号公报

专利文献3：日本特表2008-514849号公报

专利文献4：日本特开2009-162074号公报

发明内容

本发明的一种形态的例示性目的之一为提供一种用于对氢等非冷凝性气体进行高速排气的低温泵及用于制造这种低温泵的方法。

本发明的一种形态的低温泵具备：制冷机，其包含用于提供第1冷却温度的第1冷却台及用于提供低于该第1冷却温度且在非冷凝性气体的吸附中使用的第2冷却温度的第2冷却台；放射护罩，其包含形成接收气体的开口的护罩前端，该放射护罩热连接于第1冷却台并包围第2冷却台；及低温板组件，其热连接于第2冷却台，在其外缘与放射护罩之间形成朝向所述开口的开放空间，能够从护罩前端观察至少一部分，低温板组件包含朝向所述开口的顶板及中间板，所述中间板包含朝向所述开口的板前表面且相对顶板配设在与所述开口相反的一侧，在与中间板的板前表面对置的邻接的低温板的外周部和与该外周部对置的所述板前表面的部分在所述开放空间内向放射护罩平行延伸，该板前表面被区分为用于非冷凝性气体的吸附区域和用于冷凝性气体的冷凝区域。

本发明的一种形态的低温泵具备放射护罩及低温板组件，且具有至少30%的氢捕捉概率，所述低温板组件包含在该放射护罩内从近前向里面排列的多个低温板且该多个低温板的外周部与所述放射护罩之间形成朝向放射护罩开口的开放空间。所述多个低温板分别包含用于将可吸附氢的吸附剂支承于表面的低温板基材。低温泵通过从该低温板基材的总表面积的至多30%脱落吸附剂，与通过吸附剂覆盖该低温板基材的整个面时相比，提高了低温泵的氢排气速度和吸附剂面积之比即氢排气效率。

本发明的另一种形态为用于制造低温泵的方法。其方法包含：求出在从低温吸着板的表面的一部分脱落吸附剂的条件下改变板结构参数时提供最大氢排气速度的板结构参数值的步骤；及根据其板结构参数值确定低温吸着板排列的结构的步骤。

发明效果：

根据本发明提供一种用于对氢等非冷凝性气体进行高速排气的低温泵及用于制造这种低温泵的方法。

附图说明

图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置及低温泵的图。

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截面图。

图3是示意地表示优选的一实施方式所涉及的低温泵的俯视图。

图4是示意地表示优选的一实施方式所涉及的低温泵的截面图。

图5是用于有关图4所示的低温泵说明形成在低温板上的吸附区域的图。

图6是有关图4及图5所示的低温泵表示低温板的板前表面的俯视图。

图7是表示图6所示的低温板的背面的图。

图8是表示本发明的一实施方式所涉及的低温板组件的吸附剂脱落率或包覆率的一例的表格。

图9是表示本发明的一实施方式所涉及的低温板组件的吸附剂脱落率或包覆率的一例的表格。

图10是有关本发明的一实施方式表示通过再生的低温泵的氢排气速度变化的图。

图11是用于说明本发明的一实施方式所涉及的低温泵的制造方法的流程图。

图12是用于说明用来制造本发明的一实施方式所涉及的低温泵的方法的流程图。

图中：1-离子注入装置，10-低温泵，12-制冷机，14-低温板组件，16-放射护罩，22-第1冷却台，24-第2冷却台，30-低温泵内部开放空间，31-低温泵开口，32-百叶窗，33-护罩前端，35-开放区域，50-低温板，52-板安装部件，54-开放部分，60-顶板，62-中间板，64-下侧板，76-吸附区域，82-冷凝区域，86-边界，100-CP控制器。

具体实施方式

本发明的一种形态的低温泵具备露出型的低温吸着板排列。该板排列在从低温泵开口可见缝隙的部位或其他部位具有吸附剂例如活性炭脱落的区域。一大半板表面及其上的吸附剂构成为被所邻接的板覆盖而无法直接从低温泵开口观察，从低温泵开口观察的吸附剂可见率为零或一点点。吸附剂被露出在包围板排列的开放空间。吸附剂脱落区域被形成在与吸附剂存在区域共同的面上，吸附剂脱落区域的边界通过吸附剂划分。即，吸附剂的脱落区域与存在区域区分共同的板面。

这种露出与非露出的混合式结构有益于兼顾非冷凝性气体的高速排气和从难再生气体保护吸附剂。这关系到通过多次重复再生处理而维持稳定的排气性能。并且，因吸附剂从吸着板脱落而引起的可见率降低有助于提供一种非冷凝性气体的排气效率提高以及节能性优异的低温泵。

低温泵的典型的一种用途中，应排气气体中含有冷凝性气体和少量的非冷凝性气体。为了避免因冷凝性气体的冰层的堆积而阻碍非冷凝性气体的吸附性能，用于这种典型用途的低温泵通过低温凝结板或冷凝板遮盖低温吸着板或吸附板。典型的低温吸着板通过用活性炭覆盖某一面的整个区域而形成。

例如，一种低温板结构具备在外侧具有用于捕捉冷凝性气体的凝结板且在其内侧具有用于捕捉非冷凝性气体的吸着板的双重结构。另一低温板结构在朝向低温泵开口的表面具有低温凝结面，在其背面具有低温吸着面。当板例如在其端部具有折曲部分时，例如除了被折曲线划分的该折曲部分的表面之外的板的一面的整个区域被活性炭覆盖，或者包含折曲部分的表面的整个区域被活性炭覆盖。

一般，凝结板及吸着板均被冷却成相同的冷却温度例如10K至20K的超低温。凝结板及吸着板被用来从辐射热保护它们的放射护罩或辐射护罩包围。放射护罩被冷却成高于凝结板及吸着板的冷却温度例如80K至100K的超低温。放射护罩还能够视为提供相对高温的超低温面的低温板。

冷凝性气体向超低温面的冷凝有时根据低温泵的用途不成问题。例如可举出离子注入装置用低温泵。在该用途中，在低温低温板冷凝的气体的使用量较少，低温泵的主要目的为非冷凝性气体（例如氢）的排气。由此，反而优选通过朝向低温泵开口露出吸着板来使非冷凝性气体轻松到达。由此能够实现较高的排气速度。

基于露出的排气速度的提高，有助于减少用于实现某一要求排气速度的吸着板面积。这是因为，由于露出，气体向吸附剂的流动性变得良好，板的每单位面积的排气速度变高。其结果，所需的板面积减少，低温板结构体的重量也降低。

板重量的降低缩短低温泵再生处理的所需时间。低温泵为所谓捕集式真空泵，因此能够执行以适当的频率向外部排出蓄积在内部的气体的再生处理。再生是指将低温板升温至比作为低温板的动作温度更高的温度（例如常温），再放出冷凝或吸附在板表面的气体并向外部排出，再次冷却成低温板的动作温度的处理。确定再生时间的1个重要因素为再冷却所需的时间。再冷却时间与板结构体重量有关。通过板结构体的重量的降低能够缩短再冷却时间，其结果再生时间也被缩短。

蓄积在低温泵的气体一般通过再生处理实际上被完全排出，完成再生时，低温泵恢复标准排气性能。但是，被蓄积的气体中的一部分成分即使经再生处理，残留在吸附剂中的比例也比较高。

例如，作为用于离子注入装置的真空排气而设置的低温泵中，可观察到在作为吸附剂的活性炭上附着有粘着性物质。该粘着性物质即使经过再生处理也很难完全去除。可以认为该粘着性物质起因于从包覆在处理对象基板上的光致抗蚀剂排出的有机系的排气。或者还有可能起因于在离子注入处理中用作掺杂剂气体即原料气体的毒性气体。还可以想到起因于离子注入处理中的其他副产气体的可能性。还有可能这些气体复合关联而生成粘着性物质。

离子注入处理中低温泵进行排气的大部分气体有可能为氢气。氢气通过再生实际上被完全排出至外部。若难再生气体为微量，则在1次低温抽气处理中难再生气体对低温泵的排气性能带来的影响轻微。但是，反复进行低温抽气处理与再生处理时，难再生气体有可能慢慢蓄积于吸附剂而使排气性能下降。排气性能低于容许范围时，例如需要更换吸附剂或与其同时更换低温板，或者进行包含对吸附剂的化学性难再生气体去除处理的维护作业。

因此，本发明的一种形态的低温泵具备露出型低温吸着板排列，并从其一部分脱落吸附剂例如活性炭。露出型低温吸着板排列在其周围具有向低温泵开口开放的低温泵内部开放空间。该内部开放空间被放射护罩包围。所开放的局部空间通过低温吸着板排列中相互邻接的吸着板划分，其局部空间通过低温泵内部开放空间向低温泵外部空间开放。低温吸着板的开放性促进气体到达板表面，并协助实现基于低温泵的非冷凝性气体例如氢的高速排气。

在一实施例中，吸附剂的脱落部位被设定在通过低温泵开口从低温泵外部能够观察的低温吸着板的区域。吸附剂脱落部位可设置在向低温泵内部开放空间突出并朝向放射护罩的吸着板的末端。脱落部位可用作低温凝结板。

这样通过避免吸附剂直接向低温泵开口露出或使从低温泵开口的吸附剂可见率变得极其小，能够防止或减轻进入低温泵的气体中所含的难再生气体对吸附剂的作用。难再生气体聚积于凝结板，粘着性物质向吸附剂的蓄积下降。这样，能够兼顾非冷凝性气体的高速排气和从难再生气体保护吸附剂。

该技术思想的一具体例所涉及的低温泵为适合在离子注入装置的真空排气系统中使用的低温泵。并且，其他一例为适合在基板处理装置的真空排气系统中使用的低温泵。基板处理装置例如通过工艺气体处理由抗蚀剂包覆的基板。

在此，难再生气体例如为在预定的再生处理中已实际完成预定气体（例如氢）向低温泵外部的排出的时刻未完成向泵外部的排出的气体。并且，即使经过调整成将预定气体实际上完全排出至低温泵外部的再生处理，吸附剂中的残留还超过基准的气体称作难再生气体。例如，来自涂布于晶片表面的抗蚀剂或其他涂料的有机系漏气其在再生处理中向吸附剂残留的比例也有可能较高。并且，离子注入处理中使用的毒性掺杂剂气体也有可能成为难再生气体。

抗蚀剂例如为由有机系材料构成的有机抗蚀剂。工艺气体可为与处理对象（例如基板）或其表面的抗蚀剂直接进行化学性反应的反应性工艺气体。或者，工艺气体也可为用于协助将反应性气体导入于处理对象的气体。当基板处理装置为溅射装置时，工艺气体为惰性气体例如氩气。当基板处理装置为离子注入装置时，工艺气体例如为氢气或掺杂剂气体。通过工艺中的工艺气体和抗蚀剂的相互作用，可从抗蚀剂放出有机系气体。并且，即使不在工艺中也能够通过真空环境从抗蚀剂放出漏气。该有机系气体可包含例如芳香族、直链烃、乙醇、酮、醚等。

难再生气体不限于上述来自抗蚀剂的有机系气体或离子注入处理中使用的掺杂剂气体。例如根据工艺的不同，工艺气体自身还有可能为难再生气体。并且，还有时来自包覆在基板上的除抗蚀剂以外的涂料的放出气体为难再生气体。

一实施方式所涉及的低温泵可具备：制冷机，其包含用于提供第1冷却温度的第1冷却台及用于提供低于该第1冷却温度且在非冷凝性气体的吸附中使用的第2冷却温度的第2冷却台；放射护罩，其包含形成接收气体的开口的护罩前端，该放射护罩热连接于第1冷却台并包围第2冷却台；及低温板组件，其热连接于第2冷却台，在其外周部与放射护罩之间形成朝向所述开口的开放空间，能够从护罩前端观察至少一部分。

低温板组件可包含面向护罩开口的顶板及中间板，所述中间板包含朝向护罩开口的板前表面且相对顶板配设在与护罩开口相反的一侧。可在与中间板的板前表面对置的邻接的低温板和该板前表面之间形成连续于所述开放空间的开放部分。该开放部分其深度可大于该邻接的低温板和该板前表面之间的间隔。

中间板可在板前表面具有用于非冷凝性气体的吸附区域。该吸附区域可形成在通过从护罩前端至所述邻接的低温板的末端的视线与所述板前表面的交叉确定的边界的内侧。吸附区域可在所述板前表面占有所述边界内侧的区域。

中间板可在其表面具有用于冷凝性气体的冷凝区域。该冷凝区域可包含所述板前表面中所述边界外侧的区域。

中间板的外周部可与顶板平行且延伸至比顶板的外周部更靠近放射护罩的位置。中间板可包含多个薄板，所述多个薄板分别包含朝向护罩开口的前表面及朝向该开口的相反侧的背面且互相平行排列。

低温板组件可包含相对中间板配设在护罩开口的相反侧的下侧板。该下侧板的外周部可与中间板平行且延伸至比中间板的外周部更靠近放射护罩的位置。

低温泵可具备热连接于放射护罩且配设在护罩开口的百叶窗。该百叶窗具有顶板和中间板之间的尺寸，可在该百叶窗的外周部与放射护罩之间形成开放区域。

中间板的表面积的至少70%被吸附剂覆盖，该吸附剂可吸附氢，低温泵可具有至少30%的氢捕捉概率。吸附剂可被容纳在所述开放部分，可从护罩开口观察的吸附剂面积相对吸附剂的总面积的比率即吸附剂可见率不到7%。

一实施方式所涉及的低温泵可具备放射护罩及低温板组件，所述低温板组件包含在该放射护罩内从近前向里面排列且分别具有朝向该放射护罩的开口的前表面和朝向该开口的相反侧的背面的多个低温板的排列，且在该多个低温板的外周部与所述放射护罩之间形成朝向所述开口的开放空间。低温板组件中，多个低温板的前表面及背面的总计面积的至少70%可以被可吸附氢的吸附剂覆盖，低温泵具有至少30%的氢捕捉概率。吸附剂可被容纳在多个低温板各自的背面和邻接于该低温板的里面的低温板的前表面之间，可从护罩开口观察的吸附剂面积相对多个低温板的吸附剂总面积的比率即吸附剂可见率不到7%。

多个低温板的排列中，里面的低温板的至少一部分因近前的低温板相对所述开口被遮挡，吸附剂设置在低温板的被遮挡的部位，以便无法从护罩开口观察。

吸附剂总面积可以为多个低温板的前表面及背面的总计面积的90%以下。

吸附剂的至少90%可以露出在放射护罩或护罩开口。

一实施方式所涉及的低温泵可具备被向低温泵开口开放的低温泵内部开放空间包围的多个低温吸着板的排列及包围该低温泵内部开放空间的放射护罩。多个低温吸着板的至少1个可以包含向低温泵内部开放空间突出且朝向放射护罩的板末端，该板末端具有吸附剂脱落的区域。

吸附剂脱落区域可形成在与吸附剂存在区域共同的面上。吸附剂脱落区域可以为了进行低温凝结而露出低温板基材表面。吸附剂脱落区域可位于通过所述低温泵开口观察的周缘露出部位。

一实施方式所涉及的低温泵的制造方法可包含对低温板的基材进行掩模的步骤及在未进行掩模的所述基材的表面粘着吸附剂的步骤。进行掩模的步骤可包括对未被其他低温板遮挡的所述基材的露出部进行掩模。该方法中可包含关于多个低温板的排列的各低温板将通过从放射护罩的前端至邻接于该低温板的低温板的末端的视线和该低温板的交叉确定的边界的外侧作为掩模区域确定的步骤。

一实施方式所涉及的低温泵可具备：制冷机，其包含用于提供第1冷却温度的第1冷却台及用于提供低于该第1冷却温度且在非冷凝性气体的吸附中使用的第2冷却温度的第2冷却台；放射护罩，其包含形成接收气体的开口的护罩前端，该放射护罩热连接于第1冷却台并包围第2冷却台；及低温板组件，其热连接于第2冷却台，在其外周与放射护罩之间形成朝向护罩开口的开放空间，能够从护罩前端观察至少一部分。

低温板组件可包含面向护罩开口的顶板及中间板，所述中间板包含朝向护罩开口的板前表面且相对顶板配设在护罩开口的相反侧。与中间板的板前表面对置的邻接的低温板的外周部和与该外周部对置的所述板前表面的部分可以在所述开放空间向放射护罩平行延伸，该板前表面被区分为用于非冷凝性气体的吸附区域和用于冷凝性气体的冷凝区域。也可以是板前表面的外周部被区分为用于非冷凝性气体的吸附区域和用于冷凝性气体的冷凝区域。

所述邻接的低温板可以为顶板，中间板的外周部延伸至比顶板的外周部更靠近放射护罩的位置。顶板及中间板分别可以包含多个薄板，所述多个薄板分别包含朝向护罩开口的前表面及朝向该开口的相反侧的背面且相互平行排列，中间板的薄板比顶板的薄板大。

低温板组件可进一步包含相对中间板配设在护罩开口的相反侧的下侧板。该下侧板的外周部可与中间板平行且延伸至比中间板的外周部更靠近放射护罩的位置。下侧板可包含多个薄板，所述多个薄板分别包含朝向护罩开口的前表面及朝向该开口的相反侧的背面且相互平行排列，该薄板比中间板的薄板大。

可在中间板的板前表面的所述部分和所述邻接的低温板的外周部之间形成连续于所述开放空间的开放部分，该开放部分的深度大于该邻接的低温板和该板前表面之间的间隔。

低温泵可具备热连接于放射护罩且配设在护罩开口的百叶窗。该百叶窗可具有顶板和中间板之间的尺寸，在该百叶窗的外周部与放射护罩之间形成开放区域。

低温泵具有至少30%的氢捕捉概率，中间板包含用于将可吸附氢的吸附剂支承在表面的低温板基材，低温泵通过从该低温板基材的总表面积的至多30%脱落吸附剂，与由吸附剂覆盖该低温板基材的整个面时相比，提高低温泵的氢排气速度和吸附剂面积之比即氢排气效率。

一实施方式所涉及的低温泵可以为如下低温泵：其具备放射护罩及低温板组件，所述低温板组件包含在该放射护罩内从近前向里面排列的多个低温板且在该多个低温板的外周部与放射护罩之间形成朝向护罩开口的开放空间，该低温泵具有至少30%的氢捕捉概率。多个低温板可分别包含用于将可吸附氢的吸附剂支承在表面的低温板基材，低温泵通过从该低温板基材的总表面积的至多30%脱落吸附剂，与由吸附剂覆盖该低温板基材的整个面时相比，提高低温泵的氢排气速度和吸附剂面积之比即氢排气效率。

氢排气效率可为5×10^-2L/s·mm²以上。低温板基材的总表面积的至少10%可为吸附剂脱落区域。吸附剂的至少90%可向放射护罩或护罩开口露出。

一实施方式所涉及的方法可包含求出在从低温吸着板的表面的一部分脱落吸附剂的条件下改变板结构参数时提供最大氢排气速度的板结构参数值的步骤及根据该板结构参数值确定低温吸着板排列的结构的步骤。板结构参数可包含低温吸着板的尺寸。

图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的离子注入装置1及低温泵10的图。作为用于向目标照射射束的射束照射装置的一例的离子注入装置1包含离子源部2、质量分析器3、射束管道部4及端站部5而构成。

离子源部2构成为对应注入于基板表面上的元素进行离子化，且作为离子束引出。质量分析器3构成为设在离子源部2的下游且从离子束选别出所需的离子。

射束管道部4被设在质量分析器3的下游，包含整形离子束的透镜系统及对基板扫描离子束的扫描系统。端站部5被设在射束管道部4的下游，且包含保持离子注入处理的对象即成为照射目标的基板8的基板夹具（未图示）及相对离子束驱动基板8的驱动系统等而构成。示意地用虚线箭头表示射束管道部4及端站部5中的射束路径9。

并且，离子注入装置1中附设有真空排气系统6。真空排气系统6为了将离子源部2至端站部5之间保持为所希望的高真空（例如10^-5Pa左右的高真空）而设置。真空排气系统6包含低温泵10a、10b、10c。

例如，低温泵10a、10b作为射束管道部4的真空腔室的真空排气用而安装在射束管道部4的真空腔室壁面的低温泵安装用开口上。低温泵10c作为端站部5的真空腔室的真空排气用而安装在端站部5的真空腔室壁面的低温泵安装用开口上。另外，真空排气系统6可以以射束管道部4及端站部5分别通过1个低温泵10排气的方式构成。并且，真空排气系统6也可以以射束管道部4及端站部5分别通过多个低温泵10排气的方式构成。

低温泵10a、10b分别通过闸阀7a、7b被安装于射束管道部4。低温泵10c通过闸阀7c被安装于端站部5。另外，以下适当地将低温泵10a、10b、10c统称为低温泵10，将闸阀7a、7b、7c统称为闸阀7。离子注入装置1动作时闸阀7被开阀，进行基于低温泵10的排气。再生低温泵10时关闭闸阀7。

另外，真空排气系统6可进一步具备用于将离子源部2设为高真空的涡轮分子泵及干式真空泵。并且，真空排气系统6也可与低温泵10并列具备用于将射束管道部4及端站部5从大气压排气至低温泵10的动作开始压的粗抽泵。

射束管道部4及端站部5中存在的气体及被导入的气体通过低温泵10排气。该被排气气体大部分通常为氢气。使用低温泵10的低温板从射束路径9对包含氢气的被排气气体进行排气。另外，被排气气体中可含有来自涂布于基板上的抗蚀剂的放出气体、掺杂剂气体或离子注入处理中的副产气体。

离子注入装置1具备用于控制该装置的主控制器11。并且，在低温泵10中设有用于控制低温泵10的低温泵控制器（为简单起见以下称为“CP控制器”）100。主控制器11可称为通过CP控制器100总括低温泵10的上位控制器。主控制器11及CP控制器100分别具备执行各种运算处理的CPU、储存各种控制程序的ROM、用作用于储存数据或执行程序的作业区的RAM、输入输出接口及存储器等。主控制器11和CP控制器100连接成可相互通信。

CP控制器100与低温泵10分开设置，分别控制多个低温泵10。各低温泵10a、10b、10c上可分别设有用于处理与CP控制器100通信的输入输出的IO模块（未图示）。另外，CP控制器100可分别设在各低温泵10a、10b、10c的每个上。

如上述，用于离子注入装置1的低温泵10主要对氢气进行排气。为了提高离子注入装置1的离子注入处理的生产率，要求能够对氢气进行高速排气的低温泵10。并且，要求一种氢气的排气效率提高以及节能性优异的低温泵。因此，低温泵10具备在露出的低温吸着板排列14中形成为实际上非露出的用于非冷凝性气体的吸附区域。

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的截面图。图3是优选的一实施方式所涉及的低温泵10的俯视图。图4是示意地表示优选的一实施方式所涉及的低温泵10的截面图。

露出型的低温板排列14在其外周部与放射护罩16之间形成向低温泵开口31开放的低温泵内部开放空间30。开放的局部空间54通过低温板排列14的相互邻接的低温板50划分，其局部空间54连续至低温泵内部开放空间30。吸附区域形成在包围局部空间54的低温板50的表面。这种局部空间54的开放性促进气体到达吸附区域，并协助实现基于低温泵10的非冷凝性气体例如氢气的高速排气。

开放局部空间54的至少一部分通过邻接的低温板50从低温泵开口31遮挡，吸附区域被容纳于该局部空间54。通过避免吸附区域直接向低温泵开口31露出，从进入低温泵10的气体中所含的难再生气体保护吸附区域。这样，能够兼顾非冷凝性气体的高速排气和从难再生气体保护吸附区域。

低温泵10具备被冷却成第1冷却温度级别的第1低温板和冷却成温度比第1冷却温度级别更低的第2冷却温度级别的第2低温板。第1低温板在第1冷却温度级别下通过冷凝捕捉蒸气压较低的气体。例如蒸气压低于基准蒸气压（例如10^-8Pa）的气体被排气。

第2低温板为吸着板，由于蒸气压较高，因此即使在第2冷却温度级别下也通过吸附捕捉未冷凝的非冷凝性气体。为此板表面的整个区域或一大半为吸附区域。例如通过在板表面设置吸附剂而形成吸附区域。吸附剂例如为活性炭。吸附区域也可利用形成为选择性吸附特定的气体分子的例如沸石等吸附剂，也可为如此形成在板基材上的多孔质表层。非冷凝性气体吸附于被冷却成第2冷却温度级别的吸附区域而被排气。非冷凝性气体包含氢气。在第2冷却温度级别下蒸气压较低的气体存在于环境气体中时，通过冷凝被捕捉在吸着板的吸附剂上或无吸附剂的表面上。

低温泵10具备制冷机12。制冷机12通过吸入工作气体且在内部使其膨胀并吐出的热循环产生寒冷。制冷机12为吉福德-麦克马洪式制冷机（所谓GM制冷机）。并且，制冷机12为2级式制冷机，其具有第1级缸18、第2级缸20、第1冷却台22、第2冷却台24及制冷机马达26。第1级缸18和第2级缸20串联连接，分别内置有相互连结的第1级置换器及第2级置换器（未图示）。第1级置换器及第2级置换器的内部组装有蓄冷材料。另外，制冷机12可为除2级GM制冷机以外的制冷机，例如可利用单级GM制冷机，也可利用脉冲管制冷机或苏尔威制冷机。

制冷机12包括流路切换机构，所述流路切换机构为了周期性反复进行工作气体的吸入和吐出而周期性切换工作气体的流路。流路切换机构例如包括阀部及驱动阀部的驱动部。阀部例如为回转阀，驱动部为用于使回转阀旋转的马达。马达例如可以为AC马达或DC马达。并且，流路切换机构可以为通过直线马达驱动的直动式机构。

第1级缸18的一端设置有制冷机马达26。制冷机马达26被设置在形成于第1级缸18的端部的马达用壳体27的内部。制冷机马达26以第1级置换器及第2级置换器分别能够在第1级缸18及第2级缸20的内部往复移动的方式连接于第1级置换器及第2级置换器。另外，制冷机马达26以能够使设置于马达用壳体27内部的可动阀（未图示）正反旋转的方式连接于该阀。

第1冷却台22设置于第1级缸18的靠第2级缸20侧的端部，即第1级缸18与第2级缸20之间的连结部。另外，第2冷却台24设置于第2级缸20的末端。第1冷却台22及第2冷却台24例如通过钎焊分别被固定于第1级缸18及第2级缸20。

制冷机12经设置于马达用壳体27的外侧的气体供给口42及气体排出口44连接于压缩机102。制冷机12在内部使从压缩机102供给的高压工作气体（例如氦气等）膨胀并在第1冷却台22及第2冷却台24上产生寒冷。压缩机102回收在制冷机12中膨胀的工作气体并再次加压供给至制冷机12。

具体而言，首先从压缩机102向制冷机12供给高压工作气体。此时，制冷机马达26将马达用壳体27内部的可动阀驱动为连通气体供给口42和制冷机12的内部空间的状态。若制冷机12的内部空间被高压工作气体填满，则通过制冷机马达26切换可动阀而将制冷机12的内部空间与气体排出口44连通。由此，工作气体膨胀并被回收至压缩机102。第1级置换器及第2级置换器分别与可动阀的动作同步而在第1级缸18及第2级缸20的内部往复移动。通过反复这种热循环，制冷机12在第1冷却台22及第2冷却台24上产生寒冷。

第2冷却台24被冷却成低于第1冷却台22的温度。第2冷却台24例如被冷却至10K～20K左右，第1冷却台22例如被冷却至80K～100K左右。第1冷却台22上安装有用于测定第1冷却台22的温度的第1温度传感器23，第2冷却台24上安装有用于测定第2冷却台24的温度的第2温度传感器25。

在制冷机12的第1冷却台22上以热连接的状态固定有放射护罩16，在制冷机12的第2冷却台24上以热连接的状态固定有低温板组件14。因此，放射护罩16被冷却成与第1冷却台22相同程度的温度，低温板组件14被冷却成与第2冷却台24相同程度的温度。

CP控制器100（参考图1）根据传感器输出信号确定控制输出。CP控制器100例如确定应供给至制冷机马达26的电压及频率。CP控制器100控制附设在制冷机马达26的逆变器（未图示）。制冷机马达的逆变器通过来自CP控制器100的指令调整从外部电源例如商用电源供给的额定电压及频率的电力并供给至制冷机马达26。

CP控制器100例如根据低温板的温度控制制冷机12。CP控制器100以低温板的实际温度追随目标温度的方式将运行指令提供给制冷机12。例如，CP控制器100通过反馈控制对制冷机马达26的运行频率进行控制，以便最小化第1低温板的目标温度与第1温度传感器23的测定温度之间的偏差。制冷机12的热循环频率按照制冷机马达26的运行频率确定。第1低温板的目标温度例如按照在真空腔室80中进行的工艺作为标准来确定。此时，制冷机12的第2冷却台24及低温板组件14通过制冷机12的规格及来自外部的热负载被冷却成规定的温度。

当第1温度传感器23的测定温度高于目标温度时，CP控制器100以增加制冷机马达26的运行频率的方式输出指令值。与马达运行频率的增加联动，制冷机12中的热循环的频率也增加，制冷机12的第1冷却台22朝向目标温度冷却。相反，当第1温度传感器23的测定温度低于目标温度时，制冷机马达26的运行频率被减少，制冷机12的第1冷却台22朝向目标温度升温。

通常，第1冷却台22的目标温度被设定为恒定值。由此，在施加于低温泵10的热负载增加时，CP控制器100以增加制冷机马达26的运行频率的方式输出指令值，在施加于低温泵10的热负载减少时，以减少制冷机马达26的运行频率的方式输出指令值。另外，可适当变动目标温度，例如可以依次设定低温板的目标温度，以便在排气对象容积（例如真空腔室80）内实现作为目标的环境气体压力。另外，CP控制器100也可以按使第2低温板的实际温度与目标温度一致的方式控制制冷机马达26的运行频率。

在典型的低温泵中，热循环的频率始终恒定。设定为以较大频率运行，以便可从常温快速冷却至泵动作温度，当来自外部的热负载较小时，通过由加热器加热来调整低温板的温度。由此，消耗电力变大。与此相对，在本实施方式中，由于按照施加于低温泵10的热负载控制热循环频率，因此能够实现节能性优异的低温泵。并且，无需一定要设置加热器，这也有助于降低消耗电力。

低温泵10具备低温板组件14或低温板结构体。低温板组件14包含通过制冷机12的第2冷却台24冷却的多个低温板。这些板在放射护罩16内从近前即开口侧向里面排列。各低温板具有朝向护罩开口31的前表面和朝向护罩开口31的相反侧即闭塞部28的背面。低温板组件14也可包含朝向放射护罩16的侧面的低温板或朝向其他方向的低温板（未图示）。板表面上形成用于通过冷凝或吸附捕捉气体并进行排气的超低温面。低温板的表面上一般设置用于吸附气体的活性炭等吸附剂。

低温板组件14在其外周部与放射护罩16之间形成向护罩开口31开放的内部空间30。低温板组件14可从护罩前端33观察其至少一部分例如外周部。图2所示的低温泵10和图3及图4所示的低温泵10使低温板组件14的具体形态相异。关于各自的低温板组件14的结构的详细说明进行后述。

低温泵10具备放射护罩16。放射护罩16为了从周围的辐射热保护低温板组件14而设置。放射护罩16形成为一端具有护罩开口31的有底圆筒状形状。护罩开口31通过放射护罩16的护罩前端33例如通过筒状侧面的端部内面划分。护罩前端33形成用于从真空腔室80向低温板组件14接收气体的开口。

另一方面，在放射护罩16的护罩开口31的相反侧即泵底部侧的另一端形成有闭塞部28。闭塞部28在放射护罩16的圆筒状侧面的泵底部侧端部通过朝向径向内侧延伸的法兰部形成。图2所示的低温泵10为所谓立式低温泵，因此该法兰部被安装于制冷机12的第1冷却台22。制冷机12沿放射护罩16的中心轴向内部空间30突出，第2冷却台24呈插入于内部空间30的状态。

图4所示的所谓卧式低温泵中，在与放射护罩16的轴向交叉的方向（通常为正交方向，图4中为从纸面的内部朝向近前）上插入配置有制冷机的第2冷却台24。当为卧式时，闭塞部28通常被完全闭塞。制冷机12从形成在放射护罩16的侧面的制冷机安装用开口部沿与放射护罩16的中心轴正交的方向向内部空间30突出而配置。制冷机12的第1冷却台22安装于放射护罩16的制冷机安装用开口部，制冷机12的第2冷却台24配置于内部空间30。在第2冷却台24上安装有低温板组件14。这样低温板组件14被配置在放射护罩16的内部空间30中。

并且如图2至图4所示，放射护罩16的护罩开口31上设置有热连接于放射护罩16的挡板或百叶窗32。百叶窗32和放射护罩16配置在同轴上，百叶窗32的外周部和放射护罩16之间形成有环状开放区域35。百叶窗32在放射护罩16的中心轴方向上与低温板组件14隔开间隔而设置。另外，百叶窗32和真空腔室80之间设置有闸阀7（参考图1）。

如图3所示，百叶窗32通过安装结构37安装于放射护罩16。安装结构37例如以90度间隔设置在4处。安装结构37将百叶窗32机械地固定于放射护罩16，并且还作为从放射护罩16朝向百叶窗32的传热路径发挥作用。

百叶窗32由多个百叶窗板38形成，各百叶窗板38形成为直径分别不同的圆锥台的侧面的形状，且排列成同心圆状。图3中各百叶窗板38之间存在缝隙，但也可以以邻接的百叶窗板38相互重叠而从上观察时不存在缝隙的方式密集地排列各百叶窗板38。各百叶窗板38被安装于十字形的支承部件39，该支承部件39被安装于安装结构37。百叶窗32可形成为从真空腔室80侧观察时例如为同心圆状，或者也可形成为格子状等其他形状。

以基于低温泵10的氢气排气速度实现要求规格的方式设定开放区域35的面积。具体而言，例如能够通过改变百叶窗32的百叶窗板38的个数使百叶窗32的直径不同来调整开放区域35的面积。通过开放区域35从外部观察未被百叶窗32遮挡的低温板组件14的露出部位例如周缘部。

低温泵10通过泵壳34安装于真空腔室80。真空腔室80例如为射束管道部4或端站部5（参考图1）的真空腔室。低温泵10通过泵壳34的法兰部36气密地固定于真空腔室80的排气用开口，并形成与真空腔室80的内部空间一体的气密空间。

泵壳34容纳放射护罩16、百叶窗32、低温板组件14及制冷机12的第1冷却台22及第2冷却台24。泵壳34及放射护罩16均形成为圆筒状且配设在同轴上。泵壳34的内径稍微大于放射护罩16的外径，因此放射护罩16与泵壳34的内面之间隔开若干间隔而配置。

泵壳34串联连接直径不同的2个圆筒而形成。泵壳34的大径圆筒侧端部开放，向径向外侧延伸而形成与真空腔室80连接用的法兰部36。由此泵壳34的大径端部划分用于从低温泵的外部例如真空腔室80接收气体的低温泵开口31。泵壳34的小径圆筒侧端部被固定于制冷机12的马达用壳体27。

低温板组件14被配置于放射护罩16的内部空间30。低温板组件14具备多个低温板50和板安装部件52。低温板组件14包含异型或异径低温板的组合。

板安装部件52为按照设计好的板布局固定排列多个低温板50且构成从制冷机12的第2冷却台24至各低温板50的传热路径的要件。板安装部件52例如为具有用于向第2冷却台24安装的底面和用于固定多个低温板50的侧面的部件。板安装部件52的底面朝向泵开放侧，侧面包围第2冷却台24。

多个低温板50从靠近护罩开口31的近前向里面排列。各低温板50朝向放射护罩16的侧面相互平行延伸。低温板50使邻接的低温板的间隔相等而均等地排列。多个低温板50包含多个大型低温板和多个小型低温板。图3及图4所示的一实施例中，包含更大型的多个低温板。小型的低温板具有归类为大型低温板的外形的形状。低温板外周端从护罩中心轴朝向开放空间30向放射方向突出。低温板外周端和放射护罩16的侧面之间扩展开放空间30，开放空间30直接连续至百叶窗32的周围的开放区域35。

以下有时将面向低温泵开口31的低温板称为顶板。即，最靠近低温泵开口31的低温板为顶板。图2中顶板为大型低温板，但如图4所示顶板也可为小型低温板。并且，顶板可为1片低温板，也可为最靠近低温泵开口31的若干低温板的总称。

图2所示的一实施例中，大型低温板和小型低温板相互隔开间隔交替排列。即，大型低温板上邻接有小型低温板，该小型低温板上邻接有下一个大型低温板。大型低温板的外周端延伸至比小型低温板的外周端更靠近放射护罩16的位置。百叶窗32可具有大型低温板和小型低温板的中间尺寸。

另一方面，图3及图4所示的优选一实施例中，低温板组件14的多个低温板50根据其尺寸区分成多个组，这些组从放射护罩16的近前向里面排列。

在本实施例中从靠近护罩开口31的一侧依次分成第1至第3的3个组，越靠近里面的组越大型。因此，以下将第1组低温板适当称为顶板或小型低温板60，第2组低温板适当称为中间板或中型低温板62，第3组低温板适当称为下侧板或大型低温板64。另外，本实施例中分为3个组，但低温板组件14也可具备2个组，也可具备多于3个的组。

各组包含至少一个低温板，优选各组包含多个低温板。一实施例中，各组具有2片至5片低温吸着板，低温板组件14总计具有8片至14片低温吸着板。图4中，小型低温板60、中型低温板62、大型低温板64分别为3片、4片、3片。

中型低温板62相对小型低温板60配设在护罩开口31的相反侧。大型低温板64相对中型低温板62配设在护罩开口31的相反侧。中型低温板62的外周部与小型低温板60平行且延伸至比小型低温板60的外周部更靠近放射护罩16的位置。大型低温板64的外周部与中型低温板62平行且延伸至比中型低温板62的外周部更靠近放射护罩16的位置。如图3所示，百叶窗32可具有小型低温板60（图3中由虚线所示）和中型低温板62的中间尺寸。

一实施例中，各低温板50具有圆盘形状。这时，多个低温板50包含大径圆盘板、小径圆盘板、其中间直径的圆盘板。百叶窗32可为具有中间直径圆盘板和小径圆盘板的中间直径的圆盘状的百叶窗。图2所示的实施例中，百叶窗32可为具有大径圆盘板和小径圆盘板的中间直径的圆盘状百叶窗。

多个低温吸着板50分别为包含朝向护罩开口31或百叶窗32的前表面和朝向其相反侧即闭塞部28的背面的例如金属薄板。薄板的表面上粘着活性炭而形成吸附区域。前表面和背面的总计面积的例如至少50%为吸附区域，剩余的至多50%为非吸附区域。非吸附区域为露出未设置有吸附剂的薄板的金属面的吸附剂脱落区域。这种吸附剂脱落区域能够作为冷凝区域发挥作用。

各低温板50的背面整个区域为吸附区域，低温板50的前表面的至少一部分也可为吸附区域。最上部的低温板可以只有背面具有吸附区域。图2所示的一实施例中例如，除了最上部的低温板的下方的低温板50中至少大型低温板的前表面的中心部为吸附区域，其外侧也可为非吸附区域或冷凝区域。这些下方的低温板50中小型低温板的前表面的整个区域可为吸附区域。位于最下方的若干大型低温板的前表面的整个区域也可为吸附区域。

吸附区域和非吸附区域的边界，换言之吸附剂的脱落区域和存在区域的边界可通过投射于低温板的前表面的视线轨迹确定。该视线为从护罩前端33向其1个近前的低温板的外周端画出的直线。即，其视线和板前表面交叉的线成为边界线。在其边界线的内侧形成吸附区域，优选边界内侧占有吸附区域。并且，冷凝区域包含边界外侧的区域，优选限定于边界外侧。这样，低温板50的前表面的外周部被区分为吸附区域和冷凝区域。

图5是用于有关图4所示的低温泵说明形成在低温板50的吸附区域的图。在图5中为了说明来自护罩前端33的第1视线70和第2视线72而用虚线箭头例示。第1视线70为朝向最远离护罩开口31或护罩前端33的小型低温板60的外侧末端的视线。第2视线72为朝向最靠近护罩开口31或护罩前端33的中型低温板62的外侧末端的视线。如上述，最远离护罩开口31的小型低温板60和最靠近护罩开口31的中型低温板62邻接。

最靠近护罩开口31的中型低温板62的前表面的第1视线70的轨迹提供其中型低温板62的前表面的吸附区域74和冷凝区域78的边界84。并且，与护罩开口31第二近的中型低温板62的前表面的第2视线72的轨迹提供其中型低温板62的前表面的吸附区域76和冷凝区域82的边界86。同样，对剩余的中型低温板62、小型低温板60及大型低温板64也能够确定吸附区域和冷凝区域之间的边界。

图6为有关图4及图5所示的低温泵10表示低温板50的板前表面的俯视图。为了向板安装部件52安装，在低温板50上形成有从外周的一部分向中心部的缺口部88。图6中作为一例表示通过图5的第2视线72确定的边界线86。对应护罩开口31及低温板50为圆形，边界线86也在板前表面描绘圆。这时，边界线86表示吸附剂的粘贴界限半径。通过在粘贴界限半径的内侧整个区域粘着吸附剂，从护罩开口31观察时未露出吸附剂而能够将最多的吸附剂搭载于板前表面。

图7是表示图6所示的低温板50的背面的图。如上述可在板背面的整个区域粘着吸附剂，也可如图7所示稍微空出背面外周端。这种窄幅的吸附剂脱落区域例如可以考虑粘着的吸附剂例如活性炭颗粒的高度并为了可靠地防止向护罩开口31露出而设置。

这样，低温吸着板50中，在与吸附剂存在区域共同的面上形成有吸附剂脱落区域。共同的面例如为平面，更具体而言为板前表面或板背面。吸附剂脱落区域为了进行低温凝结而露出低温板基材表面例如金属面。吸附剂脱落区域位于通过低温泵开口31观察的周缘露出部位。

粘着于低温板50的活性炭颗粒例如成型为圆柱状。多个活性炭颗粒在密集排列于低温板50的表面的状态下以无规则性排列粘着。另外，吸附剂的形状可以不是圆柱状，例如也可为球状或其他成型形状或者为不定形状。吸附剂在板上的排列可为规则性排列，也可为无规则性排列。

图2及图4的实施例中，多个低温板50的前表面和背面的总计面积的至少60%或至少70%被吸附剂覆盖。优选通过将至少上方（开口侧）的低温板50的中心部设为吸附剂存在区域，多个低温板50的前表面和背面的总计面积的至多90%或至多80%被吸附剂覆盖。多个低温板50的前表面和背面的总计面积的65～85%可被吸附剂覆盖。

并且，图2及图4的实施例中，多个低温板50的前表面和背面的总计面积的至多40%或至多30%为吸附剂脱落的区域。优选通过将至少上方（开口侧）的低温板50的外周部设为吸附剂脱落区域，多个低温板50的前表面和背面的总计面积的至少10%或至少20%为吸附剂脱落区域。多个低温板50的前表面和背面的总计面积的15～35%可为吸附剂脱落区域。

尤其优选在包含中型低温板62的低温板组件14中，中型低温板62的总表面积的至少60%或至少70%被吸附剂覆盖。关于中型低温板62的各板的各面，至少60%或至少70%被吸附剂覆盖。对于各板的两面或作为多个板的总计，至少60%或至少70%可以被吸附剂覆盖。并且，优选通过将外周部设为吸附剂脱落区域，中型低温板62的总表面积的90%以下或80%以下被吸附剂覆盖。更优选中型低温板62具有65～85%的吸附剂包覆率。

这时，优选小型低温板60具有等于中型低温板62或小于中型低温板62的吸附剂包覆率。例如优选小型低温板60具有50～65%的吸附剂包覆率。优选大型低温板64具有等于中型低温板62或大于中型低温板62的吸附剂包覆率。例如优选大型低温板64具有85～100%的吸附剂包覆率。大型低温板64的两面整个区域可被吸附剂覆盖。

图8及图9是表示本发明的一实施方式所涉及的低温板组件14的吸附剂脱落率或包覆率的一例的表格。关于小型低温板60、中型低温板62及大型低温板64分别表示吸附剂的脱落率及包覆率。关于各个薄板和组的总计两者表示脱落率及包覆率。图8分别表示前表面和背面，图9表示前表面和背面的总计。

在图8及图9中，将小型低温板60、中型低温板62、大型低温板64分别标记为1组、2组、3组。本实施例中，1组、2组、3组分别包含3片、4片、3片薄板，总计包含10片薄板。这些薄板排列成与图4所示的低温板组件14相同的排列。图8中分别附加薄板序号1至序号10来表示各薄板。

该实施例中，各薄板为金属，吸附剂为颗粒状活性炭，活性炭通过粘着剂粘着于金属面。由此，图8所示的金属部的面积表示薄板的前表面及背面各自的面积。关于活性炭部的面积，在其表面未设置有活性炭时为零，表面整个区域被活性炭覆盖时与金属部的面积相等，存在脱落活性炭的区域时成为它们的中间值。金属部面积中所占的活性炭部的面积比率为包覆率，金属部面积中所占的剩余面积的比率为脱落率。

另外，小型低温板60的3片薄板均为相同直径。1组中最靠近开口的顶部薄板（薄板序号1）的面积大于其正下方的薄板（薄板序号2、3）的面积，这是因为薄板序号2、3如图6所示具有缺口部88，而顶部薄板没有缺口部88。即，顶部薄板的面积仅大相当于缺口部88的面积。

关于薄板的前表面与图6所示的实施例相同，在通过薄板前表面与从护罩前端33朝向其近前侧的邻接薄板末端的视线的交叉确定的边界内侧粘着有活性炭。但是，1组中最靠近开口的顶部薄板（薄板序号1）的前表面未设置有活性炭而露出金属面。关于其正下方的薄板（薄板序号2），也未在其前表面设置有活性炭而露出金属面。这是因为从护罩前端33的视线和薄板面不相交（即从护罩前端33能看到前表面整个区域）。

活性炭占有通过视线确定的边界的内侧整个区域的是1组中最远离开口的薄板（薄板序号3）、2组中最靠近开口的薄板（薄板序号4）、2组中其次靠近开口的薄板（薄板序号5）、3组中最靠近开口的薄板（薄板序号8）、3组中其次靠近开口的薄板（薄板序号9）。

从制作上的效率性来看，2组中2片下方薄板（薄板6、7号）设为与其正上方的薄板（薄板5号）相同，3组中最下方薄板（薄板10号）设为与其正上方的薄板（薄板9号）相同。由此，这些薄板在比通过视线确定的边界稍微靠内侧处具有实际的活性炭部的外周。关于这些薄板，也可以使通过视线确定的边界和实际的活性炭部的外周一致来稍微扩大活性炭部。

关于薄板的背面，与图7所示的实施例不同，未在外周端设置活性炭脱落区域而在整个区域粘着活性炭。由此，使背面的金属部面积和活性炭部面积相等。

若观察图9所示的各组的小计，1组的活性炭包覆率为50%，2组为77%，3组为87%，阶段性地变大。低温板组件14整体的活性炭包覆率为76%。

如图2及图4所示，邻接的2个低温板50的一方的背面和另一方的前表面朝向放射护罩16的侧面平行延伸，在其间形成有开放部分54。开放部分54朝向放射护罩16且连续于开放空间30。开放部分54的外周侧为连续于开放空间30的气体入口，开放部分54的内周侧被邻接的2个低温板50和板安装部件52闭塞。

以开放部分54的深度变得大于邻接的2个低温板50的间隔的方式，低温板50沿护罩中心轴方向密集排列。开放部分54的“深度”为低温板50的面内方向的长度，且为低温板外周端至板安装部件52的距离。邻接的2个低温板50的大小不同时，较小一方的低温板外周端至板安装部件52之间的距离为开放部分54的深度。通过这种密集板排列能够将更多的吸附剂搭载于低温泵内部的有限的空间内。

包围开放部分54的低温板50的表面上形成有吸附区域，因此至少90%的吸附剂，优选实际上所有吸附剂向放射护罩16或护罩开31露出。朝向低温泵10飞来的气体分子通过百叶窗32周围的开放区域35进入内部开放空间30。氢气等非冷凝性气体被护罩面或板面反射而进入开放部分54并到达至吸附剂。从开放区域35穿过开放空间30并连续至开放部分54的低温泵内部的开放性促进气体从外部到达吸附区域。这样可以实现具有至少30%这样的较高氢气捕捉概率的低温泵10。

氢气捕捉概率通过实际的氢气排气速度相对具有与低温泵10相同口径的（即低温泵开口面积相同的）低温泵中的理论上的最大氢气排气速度之比获得。低温泵的实际氢气排气速度能够通过公知的蒙特卡罗模拟法求出。

并且，理论上的氢气排气速度可看作与关于其开口的分子流的电导率相等。氢气的电导率C（氢气）由20℃空气的电导率C（20℃空气）通过下式求出。

其中，T为氢气的温度（K），M为氢气的分子量（即M=2）。20℃空气的电导率C（20℃空气）与开口面积A（m²）成比例，通过C（20℃空气）=116A获得。例如口径为250mm的低温泵时，通过上式理论上氢气排气速度为约20840L/s。这时，氢气捕捉概率为30%和该低温泵的氢气排气速度为约6252L/s为等价。

典型的以往的用于氢气高速排气的低温泵以通过将更多的低温板即活性炭搭载于低温泵来提高排气速度这种想法设计。由此，排气速度的提高与板重量的增大以及再生时间（尤其为冷却时间）的增加为权衡关系。若要提高排气速度的同时抑制冷却时间的增加时，则需要制冷能力较高的制冷机。因此，节能性能有可能因排气速度的提高而牺牲。

相反，本发明的一实施方式提供一种在用于氢气高速排气的低温泵中最佳化氢气排气效率这种的新的设计思想。本发明人员将低温泵的氢气排气速度（L/s）和吸附区域面积（mm²）之比，即吸附剂存在区域每单位面积的排气速度定义为低温泵的氢气排气效率（L/s·mm²）。代替单纯增加吸附剂，通过稍微缩小吸附区域面积来提高排气效率。如上述可在低温板外周部减少吸附区域面积，也可在其他部位减少吸附区域面积。

若稍微缩小吸附区域面积，则低温泵的氢气排气速度也由此多少变小。但是，考察到这些实际上不存在太大问题。即使在低温泵单体中存在排气速度差，也有实际安装于真空腔室而运行低温泵时，实际上作为结果产生的排气速度差变得比其小的倾向。这是因为，由于真空腔室侧的电导率的限制，从低温泵单体来看时的排气速度性能未必一定照原样发挥。

根据本发明人员的经验和考察，在用于氢气高速排气的低温泵中，即使低温泵单体中存在10%的排气速度性能差异，也几乎不影响安装于真空腔室时的排气速度性能。由此，将氢气排气速度的减少容许范围设定在10%以内时，通过降低吸附区域面积来提高氢气排气效率的优点超过排气速度减少的缺点。因此，本发明的一实施方式中，可以以在提供用吸附剂覆盖低温板整个面时的氢气排气速度的至少90%的排气速度的条件下提高氢气排气效率的方式调整吸附区域面积。

根据本发明人员的分析，例如图2及图4所示的类型的具有与开口平行的多个平板的板排列的低温泵中，用吸附剂覆盖低温板整个面时，氢气排气效率限制在2×10^-2L/s·mm²～4×10^-2L/s·mm²左右。对此能够通过如图2及图4所示的实施例设置吸附剂的脱落部位来将氢气排气效率提高到5×10^-2L/s·mm²以上。在氢气排气速度的减少容许范围内能够将氢气排气效率提高至7×10^-2L/s·mm²。

即，氢气排气效率大概成为2倍左右。这说明相同级别的氢气排气速度能够以一半左右的吸附区域实现。由此能够将板重量减少1000～2000g左右。若板重量降低，则冷却所需的时间也缩短。结果，能够将再生时的平均消耗电力大概缩减4成左右。

另外，为了使氢气排气效率高于7×10^-2L/s·mm²，现实的方法应该为采用完全露出吸附剂的类型的低温板组件（例如参考专利文献4（日本特开2009-162074号公报））。通过参考日本特开2009-162074号公报将其整体内容援用于本申请说明书中。

但是，从外部朝向低温泵10飞来的冷凝性气体的分子通过百叶窗32周围的开放区域35以直线路径到达放射护罩16或低温板50的外周的冷凝区域且捕捉到它们的表面上。开放局部空间54除了外周侧的气体入口均被上侧的低温板50从低温泵开口31遮挡，吸附区域被容纳于其遮挡部位内。难再生气体几乎无例外为冷凝性气体。通过避免吸附区域直接向低温泵开口31露出，从进入低温泵10的气体中所含的难再生气体保护吸附区域。难再生气体被堆积于冷凝区域。这样，能够兼顾非冷凝性气体的高速排气和从难再生气体保护吸附区域。

本发明的一实施方式中，因吸附区域被容纳于遮挡部位内，因此无法从低温泵开口31观察。换言之，可从低温泵开口31观察的吸附剂面积相对低温板50的吸附剂总面积的比率即“吸附剂可见率”为零%。但是，本发明的一实施方式所涉及的低温泵不限定于吸附剂可见率为零%的结构。吸附剂可见率不到7%时，实际上也可评价为无法从开口观察吸附剂。一实施例中，优选吸附剂可见率不到7%、不到5%或不到3%。但是，例如估计到难再生气体的含量非常低时或者容许牺牲露出的吸附剂时，可以从开口看到超过7%的吸附剂。

与靠近低温泵开口31的低温板50相比，气体分子很难到达远离低温泵开口31的放射护罩16内侧的低温板50。远离低温泵开口31的低温板50对排气速度的作用较小且难再生气体的影响也较小。由此，一实施例中，下侧的大型低温板64可在周缘露出部位设置吸附剂。例如图8所示的实施例中，在大型低温板64的前表面整个区域设置吸附剂时的吸附剂可见率为约7%。

叙述低温泵10的动作。低温泵10工作时，首先在其工作之前利用其他适当的粗抽泵将真空腔室80内部粗抽至1Pa～10Pa左右。之后使低温泵10工作。通过制冷机12的驱动，第1冷却台22及第2冷却台24被冷却，热连接于这些冷却台的放射护罩16、百叶窗32、低温板组件14也被冷却。上述第1低温板包含放射护罩16及百叶窗32，第2低温板包含低温板组件14。

被冷却的百叶窗32冷却从真空腔室80向低温泵10内部飞来的气体分子，使在该冷却温度下蒸气压充分变低的气体（例如水分等）冷凝于表面而排气。在百叶窗32的冷却温度下蒸气压未充分变低的气体通过百叶窗32进入放射护罩16内部。通过百叶窗32的气体分子中含有在低温板组件14的冷却温度下蒸气压充分变低的气体（例如氩气等）时，冷凝于低温板组件14的表面而被排气。即使在该冷却温度下蒸气压也未充分变低的气体（例如氢气等）通过粘着于低温板组件14的表面并被冷却的吸附剂吸附而被排气。这样，低温泵10能够使真空腔室80内部的真空度达到期望的级别。

尤其在离子注入装置的真空排气系统中使用的低温泵10中，进入放射护罩16内部的气体中，有机系气体或掺杂剂气体等难再生气体冷凝在低温板50的外周部的吸附剂脱落部位。氢气等分子径比较小的气体吸附于吸附剂。这样进行低温泵处理。

若继续进行低温泵处理，则气体蓄积于低温泵内部。为了将蓄积的气体向外部排出而执行再生处理。首先，通过关闭闸阀7从真空腔室80分离低温泵10。粘着升温低温板50。将低温板50升温至高于低温泵处理中的冷却温度的温度（例如常温）。

通过升温，通过冷凝而捕捉在低温板表面上的气体被气化，通过吸附捕捉的气体脱落而再放出于泵容器内部。再放出的气体经低温泵10的排出口（未图示），例如通过附设的粗抽泵的驱动向外部排出。之后，将低温板50再冷却成低温泵处理时的动作温度。通过再冷却完成再生处理。闸阀7被开放而再次开始低温泵处理。这样，交替进行低温泵处理和再生处理。

图10是有关本发明的一实施方式表示通过再生的低温泵的氢气排气速度变化的图。图10中示出本发明的一实施方式所涉及的低温泵10的氢气排气速度变化。为了进行比较，例如示出有关具有日本特开2009-162074号公报中记载的完全露出吸附剂的类型的低温板组件的低温泵的氢气排气速度变化。图10的纵轴表示氢气排气速度的测定值，横轴表示再生次数。实线上的排气速度测定值为执行再生处理之前的值，虚线上的测定值为完成再生之后的值。

有关图10所示的第1次再生，虚线上的测定值为最初运行该低温泵时的值。活性炭没有被难再生气体污染，因此比较例的完全露出型中示出尤其高的氢气排气速度。

预测到排气速度在再生之前较低而在完成之后恢复。但是，在比较例中如图示，即使在第3次再生以后反复进行这种排气速度的下降和恢复，但在第2次再生之前排气速度从当初的高排气速度急速下降。可以认为在露出的活性炭被污染某种程度之前排气速度一直下降。即使通过之后的再生也无法恢复到初始的排气性能。

但是，实施例中从第1次再生至第7次再生反复进行排气速度的增减。即使反复进行再生也如图示的粗虚线所示能够维持大概恒定级别的氢气排气速度。通过再生而恢复到初始的排气性能。即，可知从低温泵的出货之后的最初运行开始持续保持稳定的排气性能。

图11是用于说明本发明的一实施方式所涉及的低温泵10的制造方法的流程图。该方法在低温泵10的制造工序中由工作人员或通过制造装置进行。在掩模处理之前，进行由母材加工低温板的基材而成型的处理（S10）。如图11所示，对低温板50的基材进行掩模处理（S12）。掩模处理包含对未被其他低温板（例如组装低温板组件14时邻接的上方的低温板）遮挡的基材的露出部进行掩模。掩蔽处理包含对这样的露出部例如贴上掩模带。

粘着，进行对未被掩模的基材的表面粘着吸附剂的吸附剂粘着处理（S14）。该粘着处理包含对未被掩模的基材的表面涂布粘着剂的步骤和在该粘着剂涂布区域粘着吸附剂例如颗粒状的活性炭的步骤。粘着吸附剂的低温板50被安装于板安装部件52，组装低温板组件14（S16）。低温板组件14被安装于低温泵10的制冷机12，组装低温泵10（S18）。

并且，在掩模处理之前，也可以关于各低温板50将通过从放射护罩16的前端至与该低温板50的邻接的低温板50的末端的视线和该低温板50交叉确定的边界外侧设为掩模区域。该确定处理可在制造工序的前阶段的设计工序中进行。

图12是用于说明用来制造本发明的一实施方式所涉及的低温泵10的方法的流程图。该方法例如为了设计低温板组件14而执行。首先，求出在某些制约条件下改变低温板结构参数时提供最大氢气排气速度的低温板结构参数值（S20）。也可以将板结构参数设为变量且将氢气排气速度设为目标函数，并利用公知的实验计划法求出提供最大氢气排气速度的板结构参数值。

制约条件包含使吸附剂从低温吸着板的表面的一部分脱落。该吸附剂脱落条件可以为在通过从放射护罩16的前端至与某一低温板50邻接的低温板50的末端的视线和其低温板前表面的交叉确定的边界的内侧形成吸附区域。

板结构参数包含低温吸着板的尺寸，例如板为圆形时为板直径。低温板组件14包含不同形状的多种低温板时，可使用用于表示各种形状的多个参数。低温板组件14包含多种异径低温板时，板结构参数也可包含各个板的直径。板结构参数可包含低温泵开口31和顶板之间的间隔。板结构参数可包含百叶窗32的直径。板结构参数也可包含邻接的低温板间隔。

根据这样获得的板结构参数值确定低温吸着板排列的结构（S22）。例如，得到在使吸附剂从低温吸着板表面的一部分脱落的条件下提供最大氢气排气速度的低温板尺寸例如板直径的值。能够利用该值确定低温板组件14的具体结构。

以上，根据实施例说明了本发明。本发明不限定于上述实施方式，本领域技术人员应该可以理解可进行各种设计变更，可实现各种变形例，并且这种变形例也在本发明的范围内。

可采用与上述实施方式不同的板排列。例如，低温板间隔可在所有板中相等也可各不相同。例如可以以板间隔随着板位置从开口31远离而变窄的方式分别配置多个板50。这样能够使气体在靠近开口31的区域中的流动性良好并提高排气速度。与此同时，在远离开口31的区域中板相对密集配置，由此能够增加吸附区域，因此还能够确保充分的气体存储量。

并且，可采用与上述的实施方式不同的形状和/或取向的低温板50。例如，可随着从开口31远离而缩短板50的径向长度，也可使其相等。从开口31观察板50时的形状可以不是圆形，例如为多边形形状等其他形状也可以。板50例如可以在周缘部具有朝向上方或下方的弯曲部分。板50也可在表面具有用于促进气体流通的开口或狭缝。板50的朝向可以以随着向径向外侧延伸而从开口31远离的方式倾斜，也可以以随着向径向外侧延伸而靠近开口31的方式倾斜。

例如，可将低温板组件14中除低温板50以外的露出表面用作吸附剂粘贴面。例如可将板安装部件52用作板的其中1个。

Claims (15)

1.一种低温泵，其特征在于，具备：

制冷机，包含用于提供第1冷却温度的第1冷却台及用于提供低于该第1冷却温度且在非冷凝性气体的吸附中使用的第2冷却温度的第2冷却台；

放射护罩，包含形成接收气体的开口的护罩前端，该放射护罩热连接于第1冷却台并包围第2冷却台；及

低温板组件，热连接于第2冷却台，在其外缘与放射护罩之间形成朝向所述开口的开放空间，能够从护罩前端观察至少一部分，

低温板组件包含朝向所述开口的顶板及中间板，所述中间板包含朝向所述开口的板前表面且相对顶板配设在与所述开口相反的一侧，在与中间板的板前表面对置的邻接的低温板的外周部和与该外周部对置的所述板前表面的部分在所述开放空间内向放射护罩平行延伸，该板前表面被区分为用于非冷凝性气体的吸附区域和用于冷凝性气体的冷凝区域。

2.如权利要求1所述的低温泵，其特征在于，

所述邻接的低温板为所述顶板，所述中间板的外周部延伸至比顶板的外周部更靠近放射护罩的位置。

3.如权利要求1所述的低温泵，其特征在于，

所述顶板及所述中间板分别包含多个薄板，所述多个薄板分别包含朝向所述开口的前表面及朝向与该开口相反的一侧的背面且相互平行排列，中间板的薄板大于顶板的薄板。

4.如权利要求1所述的低温泵，其特征在于，

所述低温板组件还包含相对所述中间板配设在与所述开口相反的一侧的下侧板，该下侧板的外周部与中间板平行且延伸至比中间板的外周部更靠近放射护罩的位置。

5.如权利要求4所述的低温泵，其特征在于，

所述下侧板包含多个薄板，所述多个薄板分别包含朝向所述开口的前表面及朝向与该开口相反的一侧的背面且相互平行排列，该薄板大于中间板的薄板。

6.如权利要求1所述的低温泵，其特征在于，

在所述中间板的板前表面的所述部分和所述邻接的低温板的外周部之间形成有连续于所述开放空间的开放部分，该开放部分的深度大于该邻接的低温板和该板前表面之间的间隔。

7.如权利要求1所述的低温泵，其特征在于，

所述板前表面的外周部被区分为用于非冷凝性气体的吸附区域和用于冷凝性气体的冷凝区域。

8.如权利要求1所述的低温泵，其特征在于，

还具备热连接于所述放射护罩且配设在所述开口的百叶窗，该百叶窗具有顶板和中间板之间的尺寸，在该百叶窗的外周部与所述放射护罩之间形成有开放区域。

9.如权利要求1所述的低温泵，其特征在于，

所述低温泵具有至少30%的氢捕捉概率，

所述中间板包含用于将可吸附氢的吸附剂支承在表面上的低温板基材，该低温泵通过从该低温板基材的总表面积的至多30%脱落吸附剂，与通过吸附剂覆盖该低温板基材的整个面时相比，提高了低温泵的氢排气速度和吸附剂面积之比即氢排气效率。

10.一种低温泵，其具备放射护罩及低温板组件，且具有至少30%的氢捕捉概率，所述低温板组件包含在该放射护罩内从近前向里面排列的多个低温板且在该多个低温板的外周部与所述放射护罩之间形成朝向放射护罩开口的开放空间，其特征在于，

所述多个低温板分别包含用于将可吸附氢的吸附剂支承于表面的低温板基材，该低温泵通过从该低温板基材的总表面积的至多30%脱落吸附剂，与通过吸附剂覆盖该低温板基材的整个面时相比，提高了低温泵的氢排气速度和吸附剂面积之比即氢排气效率。

11.如权利要求10所述的低温泵，其特征在于，

所述氢排气效率为5×10^-2L/s·mm²以上。

12.如权利要求10所述的低温泵，其特征在于，

所述低温板基材的总表面积的至少10%为吸附剂脱落区域。

13.如权利要求10所述的低温泵，其特征在于，

所述吸附剂的至少90%向所述放射护罩或所述开口露出。

14.一种用于制造低温泵的方法，其特征在于，该方法包含：

求出在从低温吸着板的表面的一部分脱落吸附剂的条件下改变板结构参数时提供最大氢排气速度的板结构参数值的步骤；及

根据该板结构参数值确定低温吸着板排列的结构的步骤。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，

所述板结构参数包含低温吸着板的尺寸。

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