JP2001515181A - ゲートバルブを組み込んだコールドトラップ - Google Patents
ゲートバルブを組み込んだコールドトラップInfo
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Abstract
Description
トラップ) にゲートバルブを組み込んで一体化したゲートバルブ付きのコールド
トラップに関するものである。
に採用されている。ターボ分子ポンプは処理チャンバから各種のガスを排気する
のには効率的であるが、水蒸気の排気には効率が悪い。結果的に、コールドトラ
ップを、ターボ分子ポンプと処理チャンバ間に直列に組込んで、水蒸気の排気能
力を上げるのが普通である。このようなコールドトラップは、流体通路中に配置
されたクライオポンプアレイ上に水蒸気を凝結させて、処理チャンバから水蒸気
を取り除く。
込むための、フランジを両端に有する流体管路(fluid conduit) を備えている。
クライオポンプアレイは、流体管路内に配置され、極低温冷凍機によって冷却さ
れる。コールドトラップによっては、うすい肉厚の円筒形クライオポンプアレイ
を採用して、そこを通過する窒素やアルゴンのような非凝結ガスに対し、最小の
流動抵抗を持つように設計されているものもある。最も一般的な円筒形クライオ
ポンプアレイは、直径約8インチで、長さ6インチである。このサイズの円筒形
アレイは、長さ約9インチの流体管路を有するコールドトラップになる。非凝結
ガスがほぼ自由にアレイの空いた中心を通って通過する間に、水蒸気は円筒形ア
レイの表面上に凝結される。通常、ゲートバルブは、コールドトラップと作業チ
ャンバ間に組込まれており、その両者を分離している。
プと処理チャンバ間に従来のコールドトラップを直列に組込みできない状況が発
生する。本発明は、このような場合に使用する小型コールドトラップを提供する
。
通路に沿ったある長さと流体通路を横断する方向のある幅とを有する流体管路を
備えている。流体管路の幅はその長さよりも寸法が大きい。ゲートバルブは、流
体管路に組み込まれて一体化されて、流体通路を開閉する。中央開口を囲む外縁
部(リム)を有するクライオポンプアレイが、ゲートバルブの下流側で、流体通
路を横断するように、流体通路内に配置されており、前記流体通路が前記中央開
口を通って延びている。流体通路中の水蒸気は前記外縁部により捕集される。
ポンプの間を連結する。好ましくは、真空ポンプは、ターボ分子ポンプであり、
流体管路を通過するガスを捕集する。好ましくは、真空ポンプアレイは、板金で
形成された中空状の平坦なリング状の構成品である。真空ポンプアレイは、所定
の温度傾斜を維持するように選択した厚さと、横幅と外縁部幅(リム幅)を有し
、その横幅と外縁部幅の両寸法は共に厚さより大きい。熱伝導性ストラットは、
極低温冷凍機とアレイを熱伝導性よく結合して、アレイを冷却する。ゲートバル
ブはソレノイド式バルブである。バルブ機構は、流体通路を横断する方向にソレ
ノイドで駆動され、流体通路を開閉する。
、流体通路の長さの増加を最小限に抑え、同時にターボ分子ポンプ内への非凝縮
ガスの流れをほとんど妨害しない。さらに、本発明によれば、空隙の制約からコ
ールドトラップを単独またはゲートバルブと組合せて使用できない状況において
も、コールドトラップとゲートバルブを使用できる。
いられている。図1の水ポンプ20は、ゲートバルブ・ハウジング20aの両側
に取付ける上流側フランジ28と下流側フランジ24を有する。ゲートバルブ・
ハウジング20aの大部分は、片持ち梁形状でフランジ28と24から側方に離
れて延びている。流体通路を有する流体管路38は、上流側フランジ28、ゲー
トバルブ・ハウジング20aおよび下流側フランジ24を通って延び、ガスを水
ポンプ20を貫通して流すようになっている。上流側フランジ28は、水ポンプ
20を処理チャンバ・フランジ12によって処理チャンバ10に結合させ、下流
側フランジ24は、水ポンプ20をポンプ・フランジ26によってターボ分子ポ
ンプ22に結合させる。図4のゲートバルブ機構44は、ゲートバルブ・ハウジ
ング20a内をスライド・チャネル32に沿って滑動して、流体管路38を開閉
する。ゲートバルブ機構44は、ゲートバルブ・ハウジング20aの端に取付け
たソレノイド40によって駆動される。
20に結合して流体管路38を開閉する別のゲートバルブ・ユニットを必要とし
ない。中空状の平坦で平面的なクライオポンプアレイ34が流体管路38内に配
置され、流体管路38の外周付近に沿って延びて、その上に水蒸気を凝結させる
。アレイ34は、中央に大きな開口35を有し、非凝結ガスが、流体管路38を
通過してターボ分子ポンプ22に流れ込むのに小さな流体抵抗しか持たない。ア
レイ34は、ゲートバルブ・ハウジング20aに組込まれている極低温冷凍機4
6に熱伝導性よく結合され、極低温にまで冷却される。冷凍機46とターボ分子
ポンプ22(図1)の動作は、冷凍機46に組合せたコントローラ30によって
制御される。
、アレイ34を極低温にまで冷却する。またターボ分子ポンプ22も運転する。
ソレノイド40は、バルブ機構44を開放動作させ、その結果、処理チャンバ1
0が水ポンプ20およびターボ分子ポンプ22と流体的に連結する。この時、タ
ーボ分子ポンプ22のタービン回転羽根は、水ポンプ20によって処理チャンバ
10からガスを捕集する。非凝結ガスは、アレイ34を通って流れ、一方、水蒸
気はアレイ34の表面上に凝結する。窒素やアルゴンなどの非凝結ガスは、ター
ボ分子ポンプ22のタービン羽根によりシステムから排気される。アレイ34が
凝結水蒸気で飽和したときに、周期的にバルブ機構44が閉止位置に移動して流
体管路38を閉じ(図5)、アレイ34が再生されて凝結水蒸気を放出する。
として流れることである。分子流状態のガス分子は全方向にランダムに移動する
ために、水ポンプ20を通過する水蒸気分子はアレイ34表面の上流と下流の両
面に、ほぼ同一確率で衝突および付着する。アレイ34は、水ポンプ20を通過
する水蒸気の約90%を捕集できる。ターボ分子ポンプ22が水ポンプを使用し
ない場合は、水分排出速度は、約10ないし20%にしかならない。ターボ分子
ポンプ22に水ポンプ20を付加すると、システムの有効水分排出速度は最小で
も400%増大する。
ード−マクマホン冷凍機である。モーター駆動機構により、コールドフィンガ4
8(冷却フィンガ:図4,5)内で駆動されるディスプレーサは、内部で冷媒を
膨張させてコールドフィンガ48を冷却する。通常、冷媒は圧縮ヘリウムガスで
ある。圧縮冷媒ガスは、注入口41aを通して冷凍機46に供給され、排出口4
1bから排出される。
びる円筒真空容器42のフランジ42aに取付けられる。真空容器42は、ゲー
トバルブ・ハウジング20aから、ターボ分子ポンプ22と平行に延びている。
図5のコールドフィンガ48は、真空容器42を通過して冷凍機46からゲート
バルブ・ハウジング20a内に延びている。
0によって、冷凍機46のコールドフィンガ48に熱伝導性よく結合される。ア
レイ34は、孔34aと36aを通して、ねじ53によりストラット36に取付
けられている(図6および7)。ストラット36は、孔36bと50aを通して
アダプタ・スリーブ50の端に取付けられ、その結果、ストラット36はアダプ
タ・スリーブ50と直角に延びている。好ましくは、ストラット36は銅製で、
厚さ0.25インチである。ストラット36はアレイ34の開口35の形状に一
致した図7に示す曲面37を有している。アダプタ・スリーブ50も銅製で、コ
ールドフィンガ48の先端部に嵌合されていることが望ましい。
この結果、バルブ機構44により、アレイ34は再生に対しては処理チャンバ1
0と分離される。好ましくは、アレイ34の主面は流体通路に対して垂直になる
。アレイ34の外周縁は、流体管路38の内壁から内側方向に、約0.125〜
0.25インチの空隙を有し、流体管路38と熱的に接触しないことが望ましい
。アレイ34は、中空状であるため、その上を流れるガスに対してわずかに抵抗
になるだけで、真空ポンプ22の排気には大きく影響しない。アレイ34の開口
35は、アレイ34の外径と同軸であり、一定幅W(図6)を持つアレイ34の
外縁部を有し、開口35を通過するガス流を最大にする。水分を排出するために
は、アレイ34は90K〜130K程度の温度(最も望ましいのは107K)に
冷却される必要がある。
083インチ〜0.25インチの厚さtを有する。最も好ましいのは、アレイ3
4が薄いことである。その理由は、1)薄いアレイは厚いアレイより速く冷却で
きること、および、2)薄いアレイは気体熱伝導性がより高いことである。アレ
イ34の厚さtは0.25インチ以下が望ましいが、固有の温度傾斜を備える必
要のある場合は、0.25インチより厚いものが採用される。開口35は円形が
好ましいが、代わりに多角形でも良い。さらに、アレイ34は、平坦形状の代わ
りに、角度が付けられたり、波状であっても良い。しかし、最も好ましくは、ア
レイ34は平坦形状で、流体管路38の長さが最小になることである。
らわずか数インチの範囲にまでできる。アレイ34の開口35の直径は、広い外
縁部幅W(図6)または狭い外縁部幅Wのどちらにも変えることができる。広い
外縁部幅Wは、高速の水分排出速度が得られるが、気体熱伝導性が低下する。反
対に、狭い外縁部幅Wは、水分排出速度が低下するが、流体管路38を通過する
ガス熱伝導性が高くなる。どちらの場合も、外径と外縁部幅Wは厚さtよりも寸
法が大きいことが望ましい。アレイ34は、内径(ID)対外径(OD)比率が
0.6ないし0.8が望ましい。
の範囲を提供し、10〜20%の空気速度の低下を示す。一般に、水蒸気を真空
システムから除去するのはかなり困難であるのに対し、空気は非常に速く除去で
きる。一例としては、アレイ34は7.63インチの外径と5.43インチの内
径を有する。これにより、ID対ODの比率は0.7となり、水蒸気の80%を
捕集でき、ターボ分子ポンプ22の性能に15%の影響を与えるだけである。
およびフランジ24は、ステンレス・スチール製またはアルミニウム製が望まし
い。フランジ28と24のそれぞれは、環状の凹所28bと24aを有し、シー
ルを目的とするガスケットを収納する。図1のフランジ28の孔28aにより、
フランジ28を処理チャンバのフランジ12に固定できる。さらに、フランジ2
4は、ターボ分子ポンプ22のフランジ26に取付ける同様の孔を有する。一般
に、ゲートバルブ・ハウジング20aは、長く薄い長方形の形状を有する。一連
のフィン21と23は、ゲートバルブ・ハウジング20aに対し構造的剛性を与
える。フランジ25は、ゲートバルブ・ハウジング20aの端から延びており、
ソレノイド40のフランジ27をフランジ25に結合して、ソレノイド40をゲ
ートバルブ・ハウジング20aに取付けることができる。また、ゲートバルブ・
ハウジング20aは、図4のコールドフィンガ48の端部にアクセスするための
開口19aを備えている。取外し可能なカバー・プレート19が開口19aの上
に取付けられている。
管路38を有する水ポンプ20が得られる。たとえば、直径8インチの流体管路
38は、上流側フランジ28から下流側フランジ24まで、流体通路に沿って約
5インチの長さを有する。したがって、ターボ分子ポンプ22の水分排出容量(
能力)は、処理チャンバ10とターボ分子ポンプ22間の流体通路長さの最低限
の増加だけで、大幅に増大できる。
各種の変更が、本発明の請求範囲によって定まる本発明の精神や範囲から逸脱す
ることなく可能なことは、当業者には容易に理解できることである。当業者には
、通常の実験をするまでもなく、ここで具体的に説明する本発明による特定の実
施形態に対する多くの均等物を認識または確認できる。このような均等物は、請
求の範囲に包含されるものとする。
路38と水ポンプ20の用途に依存して種々の寸法とすることができる。さらに
、流体管路38は、必ずしも円形形状である必要はなく、多角形などの他の形状
であってもよい。このような場合は、アレイ34の外周縁は、流体管路38に一
致する形状とすることができる。また、アレイ34は、ゲートバルブ機構44の
上流側に配置してもよい。さらに、水ポンプ20は、ターボ分子ポンプと組合せ
て使用されるのが望ましいが、拡散ポンプなどの、その他の種類の真空ポンプと
組合せることも可能である。
面に示された以下に述べる本発明の好ましい実施形態の具体的な説明で明らかに
する。添付図面では、同一参照符号は異なる図面でも同一部品を示す。図面は、
必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を図示するために強調されている。
はターボ分子ポンプに結合されており、処理チャンバの一部分の下方に配置され
ている。
細に示している。
結合する好ましい熱伝導ストラットの平面図である。
グラフである。
たグラフである。
4・・・ クライオポンプアレー,35・・・ 中央開口,36・・・ ストラット,38・・
・ 流体管路,44・・・ ゲートバルブ
Claims (21)
- 【請求項1】 貫通した流体通路と、流体通路に沿った長さと流体通路を横
断する方向の幅とを持ち、その幅が長さよりも大きい流体管路と、 前記管路に組み込まれて一体化され、流体通路を開閉するゲートバルブと、 前記ゲートバルブの下流側で流体管路内に配置されて流体通路を横断する中央
開口を囲む外縁部を有し、流体通路が前記中央開口を通って延びており、前記外
縁部で流体通路から水蒸気を捕集するクライオポンプアレイと、 を備えているコールド・トラップ。 - 【請求項2】 請求項1において、前記アレイが、厚さ、横断幅および外縁
部幅を有し、その横断幅および外縁部幅が前記厚さよりも大きいコールドトラッ
プ。 - 【請求項3】 請求項2において、前記流体管路が処理チャンバに結合され
ているコールドトラップ。 - 【請求項4】 請求項3において、前記流体管路が真空ポンプに結合されて
、ガスを前記流体通路に沿って前記流体管路を通して吸引するコールドトラップ
。 - 【請求項5】 請求項4において、前記真空ポンプがターボ分子ポンプであ
るコールドトラップ。 - 【請求項6】 請求項1において、前記ゲートバルブがソレノイドで動作す
るコールドトラップ。 - 【請求項7】 請求項1において、さらに、前記アレイを冷却する極低温冷
凍機を有するコールドトラップ。 - 【請求項8】 請求項1において、さらに、前記冷凍機を前記アレイに熱伝
導性よく結合する熱伝導ストラットを有するコールドトラップ。 - 【請求項9】 請求項1において、前記アレイが板金から形成された平坦な
リング形状であるコールドトラップ。 - 【請求項10】 請求項1において、前記アレイが中空状であるコールドト
ラップ。 - 【請求項11】 貫通した流体通路と、流体通路に沿った長さと流体通路の
横断する方向の幅とを持ち、その幅が長さよりも大きい流体管路と、 前記管路に組み込まれて一体化され、流体通路を開閉するゲートバルブと、 外縁部を有する平坦なリング状部材を備えたクライオポンプアレイであって、
流体通路から水蒸気を捕集する前記外縁部が、前記ゲートバルブの下流側で流体
管路内に配置されて流体通路を横断する中央開口を囲み、前記流体通路が前記中
央開口と前記外縁部を通って延びており、このアレイが厚さ、横断幅および外縁
部幅を有し、その横断幅と外縁部幅が前記厚さよりも大きい、クライオポンプア
レイと、 熱伝導ストラットによって前記アレイに熱伝導性よく結合されて前記アレイを
冷却する極低温冷凍機と、 を備えているコールドトラップ。 - 【請求項12】 請求項11において、前記流体管路が処理チャンバに結合
されているコールドトラップ。 - 【請求項13】 請求項12において、前記流体管路が真空ポンプに結合さ
れて、ガスを前記流体通路に沿って前記流体管路を通して吸引するコールドトラ
ップ。 - 【請求項14】 請求項13において、前記真空ポンプがターボ分子ポンプ
であるコールドトラップ。 - 【請求項15】 請求項11において、前記ゲートバルブがソレノイドで作
動するコールドトラップ。 - 【請求項16】 請求項11において、前記アレイが中空状であるコールド
トラップ。 - 【請求項17】 コールドトラップを備えて水蒸気を捕集する方法であって
、そのコールドトラップは、貫通した流体通路、その流体通路に沿った長さおよ
び流体通路を横断する方向の幅を持つ流体管路を有し、その流体管路の幅が長さ
よりも大きいものであり、 さらに前記方法は、 前記流体管路に組み込まれて一体化されたゲートバルブを開いて、前記流体管
路を通る流体通路を開放し、 前記流体管路内に、前記流体通路を横断する中央開口の周囲を囲む外縁部が設
けられたクライオポンプアレイを配置して、前記流体通路が前記中央開口を通っ
て延びるようにし、 前記アレイを極低温度に冷却し、水蒸気を前記流体通路から前記アレイの外縁
部上に捕集する、 各ステップを有する水蒸気を捕集する方法。 - 【請求項18】 請求項17において、さらに、厚さ、横断幅および外縁部
幅を持ち、その横断幅と外縁部幅の両方が前記厚さ寸法よりも大きい、前記アレ
イを設けるステップを有する水蒸気を捕集する方法。 - 【請求項19】 請求項17において、さらに、前記流体管路に結合した真
空ポンプにより、前記流体管路を通してガスを吸引するステップを有する水蒸気
を捕集する方法。 - 【請求項20】 請求項17において、前記ゲートバルブを開くステップが
、ソレノイドでそのゲートバルブを作動させる水蒸気を捕集する方法。 - 【請求項21】 請求項17において、前記クライオポンプアレイを冷却す
るステップが、 極低温冷凍機を熱伝導ストラットによって前記アレイに熱伝導性よく結合し、 前記ストラットと前記アレイを前記冷凍機で冷却する、 各ステップを有する水蒸気を捕集する方法。
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