JP2597696B2 - Cryopumps staged optimally - Google Patents

Cryopumps staged optimally

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JP2597696B2
JP2597696B2 JP63502773A JP50277388A JP2597696B2 JP 2597696 B2 JP2597696 B2 JP 2597696B2 JP 63502773 A JP63502773 A JP 63502773A JP 50277388 A JP50277388 A JP 50277388A JP 2597696 B2 JP2597696 B2 JP 2597696B2
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temperature stage
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レサード,フィリップ,エイ.
ダン,トーマス
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ヘリックス テクノロジー コーポレーション
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/06Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means
    • F04B37/08Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps

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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 クライオポンプは一般に、集積回路およびその他の電
子部品の製造用ならびに様々な消費および生産財におけ
る薄膜の沈積用の設備に使用される。このクライオポン
プは、作業環境内のガスを凍結させまたはポンプで排出
して真空を生成するために用いられる。ガスをポンプで
排出するためのクライオポンプに使用される冷凍機は、
開放もしくは密閉サイクル極低温冷凍機であればよい。
使用される最も普通の冷凍機は、二段ゴールドフインガ
式密閉サイクル冷凍機である。
BACKGROUND OF THE INVENTION Cryopumps are commonly used in equipment for the manufacture of integrated circuits and other electronic components and for deposition of thin films in various consumer and production goods. The cryopump is used to freeze or pump out gases in the working environment to create a vacuum. Refrigerators used in cryopumps for pumping out gas are:
Any open or closed cycle cryogenic refrigerator may be used.
The most common refrigerator used is a two-stage gold-finger closed cycle refrigerator.

一般に、この二段冷凍機の最低温段階である第二段階
の低温端部は、主要ポンプ輸送面に連結される。この主
要ポンプ輸送面は4〜25゜Kの温度範囲で作動する。二
段冷凍機の第一段は、主要ポンプ輸送面を囲む放射シー
ルドに連結される。主要ポンプ輸送面と放射シールドと
の間の間隔は、シールドにより生成される真空室から主
要ポンプ輸送面への低沸点温度ガスの障害なき流れを可
能とするに充分なものでなければならない。放射シール
ドは一般に、70〜140゜Kの範囲で作動する。全面配列体
が真空排気室と放射シールドとを隔離しているが、これ
は主要ポンプ輸送面の放射シールドとしても役立つ。全
面配列体は、それを放射シールドへ熱的に結合させるこ
とにより、一般に110〜130゜Kにまで冷却される。
Generally, the cold end of the second stage, the lowest stage of the two-stage refrigerator, is connected to the main pumping surface. This primary pumping surface operates in the temperature range of 4-25K. The first stage of the two-stage refrigerator is connected to a radiation shield surrounding the main pumping surface. The spacing between the primary pumping surface and the radiation shield must be sufficient to allow unobstructed flow of low boiling point gas from the vacuum chamber created by the shield to the primary pumping surface. Radiation shields generally operate in the range 70-140 ° K. The full array separates the evacuation chamber and the radiation shield, which also serves as a radiation shield on the main pumping surface. The full array is cooled, typically to 110-130 K, by thermally coupling it to the radiation shield.

作動中、水蒸気のような高沸点ガスは、全面配列体上
に凝縮される。低沸点ガスは上記配列体を経て放射シー
ルド内の容積に流入し、そこでそれが主要ポンプ圧送面
上に凝縮する。木炭のような吸収剤が一般に主要ポンプ
輸送面の近くに置かれ、極めて低い沸点を有し且つ主要
面上に凝縮されないガスを吸収するように上記面の温度
で作動される。
In operation, high boiling gases, such as water vapor, are condensed on the full array. The low-boiling gas flows via the arrangement into the volume in the radiation shield, where it condenses on the main pumping surface. An absorbent, such as charcoal, is generally placed near the main pumping surface and is operated at the temperature of the surface to absorb gases that have a very low boiling point and are not condensed on the main surface.

多段冷凍機は、冷却中の全体的または部分的な再生手
段に対する交差ハングアツプを防止するため、第一およ
び第二段階に温度測定制御装置を用いている。この種の
温度制御システムは米国特許第4,679,401号に記載され
ており、その場合冷凍ガスは転向されてクライオポンプ
の第一および/または第二段階脱熱器と熱交換を行うよ
うにされる。転向された冷凍ガスの流量と温度とを制御
することにより、交差ハンダアツプおよびまたは更に効
率的な再生の問題を処理することができる。
Multi-stage refrigerators use a temperature measurement controller in the first and second stages to prevent cross hang-ups to the entire or partial regeneration means during cooling. Such a temperature control system is described in U.S. Pat. No. 4,679,401, in which the refrigerated gas is diverted to exchange heat with a first and / or second stage heat sink of a cryopump. By controlling the flow rate and temperature of the diverted refrigerated gas, the problem of cross solder-up and / or more efficient regeneration can be addressed.

発明の開示 本発明は、効率的にガスをポンプ輸送するための、種
々の温度段階(ここで段階と言うのは「工程」の意味で
はなくて、「手段」を意味するものとして使用する。以
下同じ)を有するクライオポンプに関する。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is used to refer to various temperature steps (where step is not meant to be "process" but rather "means") for efficient pumping of gas. The same applies hereinafter).

本発明は、一般に水をポンプ輸送するために用いられ
る第一温度段階でポンプ輸送されなかつたガスをポンプ
輸送するため極力低温に冷却された吸収剤を有する温度
段階を備える在来のクライオポンプとは異なるものであ
る。在来のクライオポンプにおいては、低い臨界易動性
温度を有するガスを吸収する温度まで吸収剤が冷却され
ると高い臨界易動性温度のガスが孔や凹所の入口で不動
性となるので、吸収剤の表面はガスをポンプ輸送するた
めに効率的に利用されない。その結果として、より少な
い表面部分しか、ガスを吸収するために役立たなくな
る。従つて、在来のクライオポンプにまさる本発明の利
点は、孔や凹所の内面がそれらの入口でふさがれない、
ということである。
The present invention relates to a conventional cryopump comprising a temperature stage having an absorbent cooled as low as possible to pump gas that has not been pumped in a first temperature stage, which is generally used to pump water. Are different. In conventional cryopumps, when the absorbent is cooled to a temperature that absorbs a gas with a low critical mobility temperature, the gas with a high critical mobility temperature becomes immobile at the entrance of the hole or recess. In addition, the surface of the absorbent is not efficiently utilized for pumping the gas. As a result, less surface area is not available for absorbing gas. Thus, the advantage of the present invention over conventional cryopumps is that the inner surfaces of holes or recesses are not blocked at their inlets,
That's what it means.

第二段階で水素の最適圧送を達成するためには、第二
段階の温度が14゜K以下でなければならないことが一般
に認識されている。しかし、所与の負荷状態の下で最適
ポンプ輸送が生起する特定の温度があること、およびこ
の温度未満では吸収の速度が可成り低減されることが見
いだされている。従つて本発明によれば、第二段階の温
度が、現存するガスおよび負荷の状態に対する最適温度
に維持される。
It is generally recognized that in order to achieve optimal pumping of hydrogen in the second stage, the temperature in the second stage must be no greater than 14 ° K. However, it has been found that there is a certain temperature at which optimal pumping occurs under a given load condition, and below this temperature the rate of absorption is significantly reduced. Thus, according to the present invention, the second stage temperature is maintained at an optimum temperature for existing gas and load conditions.

一実施例においてはクライオポンプが、3種の異なる
温度段階即ち、水のような高沸点温度を有するガスをポ
ンプ輸送する第一温度段階と、第一段階でポンプ輸送さ
れなかつたガスをポンプ輸送する第二温度段階と、極め
て低い沸点を有し且つ当初の2種の温度段階でポンプ輸
送されなかつたガスをポンプ輸送する第三温度段階即ち
最も冷たい段階、とを有する。第二および第三温度段階
には、種々の臨界易動性温度のガスを効率的に吸収する
孔や凹所を有する吸収剤が置かれている。この実施例に
おいては、第一温度段階に囲まれ且つそれから隔離され
た第二温度段階により、今度は第三温度段階が囲まれ且
つそれから隔離されている。温度段階間に間隔をあける
ことにより、第一温度段階から第三温度段階への低沸点
温度ガスの障害なき流れが可能となる。
In one embodiment, the cryopump pumps three different temperature stages, a first temperature stage that pumps a gas having a high boiling point such as water, and a gas that is not pumped in the first stage. A second temperature stage having a very low boiling point and a third temperature stage, ie, the coldest, for pumping gas which has not been pumped in the first two temperature stages. In the second and third temperature stages, an absorbent having holes or recesses for efficiently absorbing gases at various critical mobility temperatures is placed. In this embodiment, the third temperature stage is surrounded and isolated from the third temperature stage by the second temperature stage surrounded and isolated from the first temperature stage. The spacing between the temperature stages allows an unobstructed flow of low boiling gas from the first temperature stage to the third temperature stage.

本発明の第二実施例は、第二段階でポンプ輸送される
ガスの最適極低温吸着を達成するため、ポンプ作動中に
第二段階温度制御システムを利用するものである。従つ
て、第二段階温度を最適レベルに維持するように第二段
階温度を調整することができる。水素の場合、この最適
条件が生起する温度は、ポンプの特定のH2負荷に依り、
一般に10〜14゜Kである。水素のこの最適温度は、ポン
プ輸送された分子が孔をふさぐことなく吸収剤表面を動
き回り得るように維持されなければならない。
A second embodiment of the present invention utilizes a second stage temperature control system during pump operation to achieve optimal cryogenic adsorption of gas pumped in the second stage. Accordingly, the second stage temperature can be adjusted to maintain the second stage temperature at an optimal level. For hydrogen, the temperature at which the optimum condition is occurring is depending on the particular H 2 loading pump,
Generally, it is 10-14 ゜ K. This optimum temperature of hydrogen must be maintained so that the pumped molecules can move around the absorbent surface without blocking the pores.

この温度制御システムの好適な実施例には、第二段階
脱熱器に接触する温度センサと、第二段階と熱伝導接触
する電気抵抗型ヒータとが組み込まれている。電力を加
熱フイラメントへ導くために使用される電線は、それら
の、ポンプ輸送室内の揮発するガスへの暴露を回避する
ため、気密に封止されている。
The preferred embodiment of this temperature control system incorporates a temperature sensor in contact with the second stage heatsink and an electrical resistance heater in heat conductive contact with the second stage. The wires used to direct power to the heating filament are hermetically sealed to avoid their exposure to volatile gases in the pumping chamber.

図面の簡単な説明 本発明の上記その他の諸目的と諸特徴と諸利点とは、
種々の図を通じて同様の部分を同様の参照数字で表示し
た添付図面に示す如き本発明の好適な実施例について
の、以下の更に詳細な説明により明らかとなろう。図面
は必ずしも一定の比例に応じたものではなく、むしろ本
発明の原理を図示することに重点を置いてある。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects and features and advantages of the present invention are as follows:
A more detailed description of the preferred embodiment of the invention, as illustrated in the accompanying drawings, in which like parts are designated with like reference numerals throughout the various views, will be apparent. The drawings are not necessarily to scale, emphasis instead being placed upon illustrating the principles of the invention.

第1図は木炭の拡大された部分的な断面を示す図であ
る。
FIG. 1 shows an enlarged partial cross section of charcoal.

第2図は3種の温度段階を有する本発明を具体化した
クライオポンプである。
FIG. 2 is a cryopump embodying the present invention having three temperature stages.

第3図は第一および第二段階にヒータ・システムを取
り付けた本発明を具体化したクライオポンプである。
FIG. 3 is a cryopump embodying the present invention with a heater system installed in the first and second stages.

第4図は特定の負荷状態の下にある水素についての温
度に対する有効ポンプ輸送速度の依存関係の任意の図示
である。
FIG. 4 is an optional illustration of the dependence of effective pumping rate on temperature for hydrogen under certain loading conditions.

発明の詳細な説明 単位面積ごとに吸収される分子の数が、表面の単位面
積にガスが突き当たる速度に分子が表面上で費す平均時
間を乗じたものに等しいことは周知されている。従つ
て、表面積の単位を増大させることにより、更に多くの
分子を吸収剤で吸収することができる。利用可能な極低
温吸収剤の内で木炭およびゼオライトは、それらがその
表面に沿つて多数の孔や凹所を備えているので、最も普
通に用いられる吸収剤である。これらの吸収剤の多数の
孔や凹所は、吸収剤の量に対して広い、分子を吸収する
有効表面部分を用意するものである。活性化に必要な温
度や時間、吸収剤により生成されるダストの量、熱伝導
率、等のような他の諸要件からも、木炭やゼオライトは
最善の選択対象とされている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION It is well known that the number of molecules absorbed per unit area is equal to the unit area of the surface multiplied by the rate at which the gas strikes the gas, times the average time the molecules spend on the surface. Thus, by increasing the unit of surface area, more molecules can be absorbed by the absorbent. Among the available cryogenic absorbents, charcoal and zeolites are the most commonly used absorbents because they have a large number of pores and depressions along their surface. The large number of pores or recesses in these absorbents provide a large effective surface area for absorbing molecules, which is large relative to the amount of absorbent. Other requirements, such as the temperature and time required for activation, the amount of dust generated by the absorbent, thermal conductivity, etc., make charcoal and zeolites the best choice.

一例として、木炭の表面部分の拡大図を第1図に示
す。吸収される際、ガス分子Mは木炭の表面11に沿つて
移行し、それらが脱離するに充分な熱エネルギーを受容
するような時まで潜在凹所10に落ち込む。ガス分子M
は、それらが吸収剤の表面11上に残留する滞留時間と称
される時間中に恐らく吸収剤から少量のエネルギを受け
取る可能性があるので、表面11に沿つて移行する。吸収
剤の温度が充分に低ければ、吸収剤の表面に沿つて逸出
または移行するに充分なエネルギを分子Mが得る確率は
小さくなる。従つて分子Mは、より易動性でなくなる。
従つて在来の説によれば、吸収されるガスの量は、減少
する温度と共に増大しなければならない。
As an example, FIG. 1 shows an enlarged view of a surface portion of charcoal. As absorbed, the gas molecules M migrate along the surface 11 of the charcoal and fall into the latent recess 10 until such time as they receive enough thermal energy to desorb. Gas molecule M
Migrate along surface 11, possibly because they may receive a small amount of energy from the absorbent during a period of time called the residence time that remains on the surface 11 of the absorbent. If the temperature of the absorbent is sufficiently low, the probability that the molecule M will have sufficient energy to escape or migrate along the surface of the absorbent is reduced. The molecule M is therefore less mobile.
Thus, according to conventional theory, the amount of gas absorbed must increase with decreasing temperature.

本発明においては、諸試験により、ヘリウム、ネオン
および水素のような非凝縮体が木炭に吸収される際に臨
界易動性温度を有することが示されている。詳述する
と、ヘリウムは5゜K未満の臨界易動性温度を有するこ
とが見いだされており、ネオンは約10゜Kの臨界易動性
温度を有することが見いだされており、水素は約13゜K
の臨界易動性温度を有することが見いだされている。同
様に、その他の非凝縮体が臨界易動性温度を有する。こ
れらの臨界温度より下では、吸収された非凝縮体が吸収
剤の表面上で不動性となり得るものと考えられている。
その結果、吸収剤の凹所や孔の入口は不動性の分子によ
り、更に近づき難い内方部分を浸透するには不充分なそ
の不動性の故に、ふさがれるに至る可能性がある。上記
の状況を第1図に示す。その結果として、より低い臨界
易動性温度を有するガスを吸収するのに、吸収剤のより
少ない有効表面部分しか利用されない。
In the present invention, tests have shown that non-condensables such as helium, neon, and hydrogen have a critical mobility temperature when absorbed by charcoal. In particular, helium has been found to have a critical mobility temperature of less than 5 K, neon has been found to have a critical mobility temperature of about 10 K, and hydrogen has been found to have a critical mobility temperature of about 13 K.゜ K
It has been found to have a critical mobility temperature of Similarly, other non-condensables have a critical mobility temperature. It is believed that below these critical temperatures, the absorbed non-condensate can become immobile on the surface of the absorbent.
As a result, the inlets of the absorbent cavities and holes can become blocked by immobile molecules, due to their immobility being insufficient to penetrate the more inaccessible interior. The above situation is shown in FIG. As a result, less effective surface portion of the absorbent is utilized to absorb gas having a lower critical mobility temperature.

水素の極低温吸着の速度が10〜14゜Kの温度範囲で最
大値に達し且つそのレベル未満では可成り減少する、と
いうことも見いだされている。的確な温度は、H2の負荷
のレベルに依存する。
It has also been found that the rate of cryogenic adsorption of hydrogen reaches a maximum in the temperature range of 10-14 ° K and decreases considerably below that level. The exact temperature depends on the level of loading of H 2.

第4図は、所与のH2負荷状態の下において、水素がポ
ンプ輸送される速度が温度(T0)で最適値に達する、と
いう任意の図示である。上記に示す如く、在来の説は、
吸収されるガスの量が、減少する温度と共に増大すべき
ことを教示している。第4図は、吸収の速度が(T0)未
満の温度で急速に低下することを示している。
FIG. 4 is an optional illustration that, under a given H 2 loading condition, the rate at which hydrogen is pumped reaches an optimum at temperature (T 0 ). As shown above, the conventional theory is:
It teaches that the amount of gas absorbed should increase with decreasing temperature. FIG. 4 shows that the rate of absorption decreases rapidly at temperatures below (T 0 ).

その結果として、第一実施例においては、本発明によ
り、3種の温度段階即ち、水のような約100゜Kの温度で
容易に凍結するガスをポンプ輸送する第一段階と、窒素
やアルゴンのような約15゜Kの温度で容易に凍結するガ
スを効果的にポンプ輸送し且つまた吸収剤を備えて水素
やネオンのような更に高い臨界易動性温を有する非凝縮
体をポンプ輸送する第二段階と、ヘリウムのような極め
て低い臨界易動性温度を備えるガスを効果的にポンプ輸
送するため極力低温に維持された小さい第三段階とを有
する最適クライオポンプを構成することができる。なる
べくなら、第一段階温度を70〜140゜Kに冷却し、第二段
階温度を10〜14゜Kに冷却し、第三段階温度を約5゜Kに
冷却することが望ましい。
As a result, in a first embodiment, the present invention provides three temperature stages, namely, a first stage for pumping a gas that readily freezes at a temperature of about 100 ° K, such as water, and a nitrogen or argon phase. Effectively pumps gas that easily freezes at temperatures of about 15 ° K, and also pumps non-condensate with higher critical mobility such as hydrogen and neon with an absorbent An optimal cryopump can be constructed having a second stage, and a small third stage that is kept as low as possible to effectively pump gas with a very low critical mobility temperature, such as helium. . Preferably, the first stage temperature is cooled to 70-140 ° K, the second stage temperature is cooled to 10-14 ° K, and the third stage temperature is cooled to about 5 ° K.

三温度段階クライオポンプは様々な方法で構成するこ
とができる。例えば、第2図においては、二段の、密閉
サイクル冷凍機Rのコールドフインガが、開口部16を経
て在来のクライオポンプのハウジング14内へ延びてい
る。この場合、冷凍機はギフオード・マクマオン(Giff
ord〜MacMahon)冷凍機であるが、他の冷凍機を用いて
も良い。この冷凍機においては、コールドフインガ内の
置換器が電動機12で駆動される。各サイクルにつき、給
送管路13を通り加圧されてコールドフインガに導入され
るヘリウム・ガスは膨張し、従つて冷却され、次いで返
送管路15を通り排出される。この種の冷凍機は米国特許
第3,218,815号に開示されている。
The three temperature stage cryopump can be configured in various ways. For example, in FIG. 2, the cold fingers of the two-stage closed cycle refrigerator R extend through openings 16 into the housing 14 of a conventional cryopump. In this case, the refrigerator is a Gifford McMaon (Giff
ord-MacMahon) A refrigerator, but other refrigerators may be used. In this refrigerator, the displacement unit in the cold finger is driven by the electric motor 12. For each cycle, the helium gas pressurized through the feed line 13 and introduced into the cold finger expands, is thus cooled, and is then discharged through the return line 15. This type of refrigerator is disclosed in U.S. Pat. No. 3,218,815.

コールドフインガの第一段階18は、全面配列体22に結
合された放射シールド20に取り付けられる。一般に、前
面配列体22からコールドフインガの第一段階18までの熱
経路を横切る温度差は30゜K〜50゜Kである。従つて、水
蒸気を凝縮させるに充分なだけ低い温度に前面配列体22
を保持するためには、コールドフインガの第一段階を90
゜〜110゜Kで作動させなければならない。放射シールド
20と前面配列体とは、第一温度段階として役立つ。
The first cold finger stage 18 is attached to a radiation shield 20 that is coupled to a full array 22. Generally, the temperature difference across the heat path from the front array 22 to the first stage 18 of the cold finger is between 30K and 50K. Therefore, the front array 22 is cooled to a temperature low enough to condense the water vapor.
To maintain the cold-finger first stage 90
It must be operated at ゜ ~ 110 ゜ K. Radiation shield
20 and the front array serve as a first temperature stage.

コールドフインガの低温端部24と第二段階26とは脱熱
器28に取り付けられる。脱熱器28は、デイスク30と、デ
イスク30へ垂直な配列で取り付けられた一連の円形山形
材32とを含む。この脱熱器28と円形山形材32の垂直配列
体とがクライオポンプの主要ポンプ輸送面を形成する。
主要ポンプ輸送面の円形材間の円筒面に沿つて低温吸収
材34が存在する。なるべくなら主要ポンプ輸送面が第二
温度段階を形成し且つ10〜14゜Kに冷却されることが望
ましい。主要ポンプ輸送面の温度は、コールドフインガ
の第二段階を約5゜Kに冷却し且つ脱熱器28を横切る温
度差が約9゜Kとなる如く低伝導材料30を用いるように
脱熱器28を設計することにより、維持することができ
る。第三温度段階は、コールドフインガの第二段階26の
低温端部に吸収剤36を熱接触させることにより達成でき
る。従つてコールドフインガの最も冷たい段階即ち第二
段階から第二および第三温度段階の双方を得ることがで
きる。あるいはまた、この3種の温度段階を維持するた
めに、三段の密閉サイクル冷凍機を使用することもでき
る。
The cold finger cold end 24 and the second stage 26 are attached to a heat sink 28. The heat sink 28 includes a disk 30 and a series of circular chevron 32 mounted to the disk 30 in a vertical array. The heat sink 28 and the vertical array of round chevron 32 form the main pumping surface of the cryopump.
There is a low temperature absorber 34 along the cylindrical surface between the circular members of the main pumping surface. Preferably, the main pumping surface forms a second temperature stage and is cooled to 10-14 ° K. The temperature of the primary pumping surface is reduced by cooling the second stage of the cold finger to about 5K and using a low conductivity material 30 so that the temperature difference across the heat sink 28 is about 9K. This can be maintained by designing vessel 28. The third temperature stage can be accomplished by placing the absorbent 36 in thermal contact with the cold end of the second stage 26 of the cold finger. Thus, the coldest stage of the cold finger, ie both the second stage and the second and third temperature stages, can be obtained. Alternatively, a three-stage closed cycle refrigerator can be used to maintain the three temperature stages.

作動中、作動室(図示せず)からのガスは、クライオ
ポンプの開口部37を経て前面配列体22に入りそこで高沸
点温度ガスが前面配列体22の表面上に凝縮する。より低
沸点のガスは上記配列体を経て放射シールド20内の容積
38に流入し、そこでガスが山形材表面32上に凝縮し且つ
山形材32間の表面上に置かれた吸収剤34に吸収される。
主要ポンプ輸送面によつてポンプ輸送されない、ヘリウ
ムのような極めて低い融点を有するガスは、吸収のため
第三温度段階の吸収剤36へ流れる。
In operation, gas from the working chamber (not shown) enters front array 22 via cryopump opening 37 where high boiling point gas condenses on the surface of front array 22. The lower-boiling gas passes through the above-mentioned arrangement and the volume inside the radiation shield 20
The gas flows into 38 where the gas condenses on the chevron surface 32 and is absorbed by the absorbent 34 located on the surface between the chevron 32.
Gases having a very low melting point, such as helium, which are not pumped by the main pumping surface, flow to the third temperature stage absorbent 36 for absorption.

在来のクライオポンプの場合、クライオポンプの設計
は、吸収剤表面が冷たいほど吸収剤が吸収するガスは多
くなると考えている在来の説に順応している。本発明の
場合には、第二および第三温度表面の双方に沿つた吸収
剤が異なる温度で作動される。この両方の加温器である
第二温度段階の吸収剤は、さもなければ第三温度段階で
不動性となるガスが、吸収剤の凹所を包含する全表面部
分に沿つて効果的に吸収されるようにさせる。その結果
として、吸収剤の孔や凹所が不動性にされたガス分子で
ふさがれないため、在来のクライオポンプよりも多くの
ガスが第二温度段階の表面部分で吸収される。その代り
に、極めて低い臨界易動性温度を備えるガスは第三温度
段階でポンプ輸送される。
In the case of a conventional cryopump, the design of the cryopump conforms to the conventional theory that the colder the absorbent surface, the more gas the absorbent will absorb. In the present case, the absorbent along both the second and third temperature surfaces are operated at different temperatures. Both of these heaters, the second temperature stage sorbent, effectively absorb the gas that would otherwise be immobile at the third temperature stage along the entire surface area, including the absorbent recesses. Let it be. As a result, more gas is absorbed at the surface portion of the second temperature stage than in a conventional cryopump, because pores and recesses in the absorbent are not blocked by immobilized gas molecules. Instead, the gas with the very low critical mobility temperature is pumped in the third temperature stage.

本発明の別の好適な実施例を第3図に示す。この実施
例は、ハウジング14とシールド20とを貫いて延びるヒー
タ40を利用している。第一加熱エレメント42は第一段階
に接触し、第二加熱エレメント44は第二段階脱熱器28に
接触している。加熱エレメント44は、主要ポンプ輸送面
上にポンプ圧送されるガスの最適極低温吸収が存在する
如く上記面の温度を調整するために用いられる。この実
施例は、部材30用として、銅のような高伝導性材料を用
いている。本発明は、第二段階脱熱器に接触する加熱エ
レメント44を用いて主要ポンプ輸送面を最適温度T0に維
持している。
Another preferred embodiment of the present invention is shown in FIG. This embodiment utilizes a heater 40 that extends through the housing 14 and the shield 20. The first heating element 42 contacts the first stage and the second heating element 44 contacts the second stage heatsink 28. The heating element 44 is used to regulate the temperature of the main pumping surface such that there is optimal cryogenic absorption of the pumped gas. This embodiment uses a highly conductive material such as copper for the member 30. The present invention maintains the primary pumping surface to the optimum temperature T 0 using a heating element 44 which contacts the second stage heat sink.

主要ポンプ輸送面の温度を監視するため、サーミスタ
や熱電対のような温度測定装置46が低温端部24に設けら
れる。モニタ46で測定された温度は、加熱エレメント44
を自動的に調整して予定温度T0を維持するために用いら
れる。制御回路50により、検出した温度に基づく、ヒー
タ40への信号が得られる。
A temperature measuring device 46, such as a thermistor or thermocouple, is provided at the cold end 24 to monitor the temperature of the primary pumping surface. The temperature measured by the monitor 46 is
The automatically adjusts used to maintain the predetermined temperature T 0 in. The control circuit 50 obtains a signal to the heater 40 based on the detected temperature.

加熱システム40はまた、クライオポンプの第一および
第二段階に結合された熱交換器に冷凍機Rの冷凍ガスが
転向されるようにした米国特許第4,679,401号に記載さ
れた形式とすることもできる。この加熱システムはま
た、交差ハングアツプを防止し且つ更に効率的な再生手
順を得るためにも用いられる。あるいはまた、本発明の
第三実施例には、第二段階に温度制御システムを取り付
けた3種の温度段階が利用されている。この実施例に
は、第二段階温度を制御する部材30用の低伝導性材料の
代りに、第二段階温度の能動制御装置が利用されてい
る。
The heating system 40 may also be of the type described in U.S. Pat. No. 4,679,401, in which the refrigerated gas of the refrigerator R is diverted to a heat exchanger coupled to the first and second stages of the cryopump. it can. The heating system is also used to prevent cross hang-ups and to obtain a more efficient regeneration procedure. Alternatively, a third embodiment of the present invention utilizes three temperature stages with a temperature control system attached to the second stage. In this embodiment, a second stage temperature active controller is used instead of a low conductivity material for the second stage temperature control member 30.

本発明をその好適な実施例について詳細に図示し且つ
説明したが、添付クレイムにより定義された本発明の精
神と範囲とを逸脱することなく形状および細部につき各
種の変更をなし得ることは、当業者に理解されよう。例
えば、3種の温度段階を維持するために3段密閉サイク
ル冷凍機を用いても良い。また、1987年1月27日提出の
米国特許出願第007,019号に開示された如く、種々の温
度段階を維持するために別々の冷凍機を使用しても良
い。
Although the present invention has been illustrated and described in detail in terms of preferred embodiments thereof, it should be understood that various changes in form and detail may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by traders. For example, a three-stage closed cycle refrigerator may be used to maintain three temperature stages. Also, separate refrigerators may be used to maintain the various temperature stages, as disclosed in U.S. Patent Application No. 007,019, filed January 27, 1987.

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ガスを凝縮させる第一ポンプ輸送面を有す
る第一温度段階と、少なくとも、第一温度段階より低い
温度に冷却された吸収剤をそこに含み第一ポンプ輸送面
によってポンプ輸送されなかったガスをポンプ輸送する
ための第二ポンプ輸送面を有する第二温度段階とを備え
るクライオポンプにおいて、それ未満では第二温度段階
の吸収剤によってポンプ輸送されるべきガスをポンプ輸
送するのに吸収剤の能力が可成り減少する最低温度より
上方に第二温度段階の温度が維持されることを特徴とす
るクライオポンプ。
1. A first temperature stage having a first pumping surface for condensing a gas and at least an absorbent cooled therein to a temperature lower than the first temperature stage and pumped by the first pumping surface. A second temperature stage having a second pumping surface for pumping the missing gas to pump gas to be pumped by the second temperature stage absorbent. A cryopump wherein the temperature of the second temperature stage is maintained above a minimum temperature at which the capacity of the absorbent significantly decreases.
【請求項2】請求の範囲第1項に記載のクライオポンプ
において、それが、第二ポンプ輸送面でポンプ輸送され
なかったガスをポンプ輸送するため、第二温度段階より
低い温度に冷却された第三ポンプ輸送面を備える第三温
度段階を有することを特徴とするクライオポンプ。
2. The cryopump according to claim 1, wherein said cryopump is cooled to a temperature lower than said second temperature stage to pump gas not pumped at said second pumping surface. A cryopump having a third temperature stage with a third pumping surface.
【請求項3】請求の範囲第1項に記載のクライオポンプ
にして、第二温度段階の温度を検出する温度検出器と、
検出された温度に応答して第二温度段階によるポンプ輸
送作動中に第二温度段階の温度を予定のレベルに維持す
る温度制御装置とを含むクライオポンプ。
3. A cryopump according to claim 1, wherein the temperature detector detects a temperature in a second temperature stage.
A temperature controller for maintaining the temperature of the second temperature stage at a predetermined level during the pumping operation by the second temperature stage in response to the detected temperature.
【請求項4】クライオポンプ内のガスを吸収する方法に
して、ガスを凝縮させる第一凝縮面を有するクライオポ
ンプの第一温度段階を冷却する工程と、クライオポンプ
の第二温度段階を冷却する工程とを有する方法におい
て、それ未満では、第一温度段階で凝縮しなかったガス
を吸収するための吸収剤の能力が可成り減少する最低温
度より上方に第二温度段階の温度を維持する工程を含む
ことを特徴とする方法。
4. A method for absorbing gas in a cryopump, comprising: cooling a first temperature stage of the cryopump having a first condensing surface for condensing the gas; and cooling a second temperature stage of the cryopump. Maintaining the temperature of the second temperature stage above a minimum temperature below which the ability of the absorbent to absorb gas not condensed in the first temperature stage is significantly reduced. A method comprising:
【請求項5】請求の範囲第4項に記載のクライオポンプ
内のガスを効果的に吸収する方法にして、第二温度段階
により吸収されなかったガスを吸収するために第二吸収
面を有するクライオポンプの第三温度段階を冷却する工
程を含むことを特徴とする方法。
5. A method for effectively absorbing gas in a cryopump according to claim 4, comprising a second absorption surface for absorbing gas not absorbed by the second temperature step. Cooling the third temperature stage of the cryopump.
【請求項6】請求の範囲第5項に記載のクライオポンプ
内のガスを効果的に吸収する方法において、第一温度段
階が約9〜140゜Kに冷却され、第二温度段階が約10〜14
゜Kに冷却され、第三温度段階が約5゜Kに冷却されるよ
うにした方法。
6. A method for effectively absorbing gas in a cryopump according to claim 5, wherein the first temperature step is cooled to about 9-140 ° K. and the second temperature step is about 10 ° C. ~14
Cooling to ゜ K, wherein the third temperature stage is cooled to about 5 ゜ K.
【請求項7】請求の範囲第4項に記載のクライオポンプ
内のガスを効果的に吸収する方法において、第二温度段
階の温度を検出する工程と、検出された温度に応答して
第一および第二温度段階によるポンプ輸送作動中に第二
温度段階の温度を予定のレベルに維持する工程とを含む
ことを特徴とする方法。
7. The method for effectively absorbing gas in a cryopump according to claim 4, further comprising the steps of: detecting a temperature in a second temperature stage; And maintaining the temperature of the second temperature stage at a predetermined level during the pumping operation by the second temperature stage.
【請求項8】請求の範囲第4項に記載の方法において、
第二温度段階がそれより高く維持される最低温度が約10
゜Kであることを特徴とする方法。
8. The method according to claim 4, wherein:
The minimum temperature at which the second temperature stage is kept higher is about 10
A method characterized in that 方法 K.
【請求項9】ガスをポンプ輸送するために異なった温度
段階を有するクライオポンプであって、 二段コールドフィンガ式密閉サイクル冷凍機と、 冷凍機の第一段階によって冷却される放射シールドに連
結された前面配列体を含む第一温度段階と、 放射シールドによって囲まれ且つ放射シールドとは分離
された第一ポンプ輸送面を有し、第一ポンプ輸送面が冷
凍機の最も冷凍された第二温度段階によって冷却される
吸収剤と凝縮面を有する、第二温度段階と、 第二温度段階によって囲まれ且つ第二温度段階とは分離
されていて、極めて低い沸点温度を有するガスを吸収す
るために冷凍機の第二温度段階と熱的に連通された吸収
剤を含む第三温度段階と、 を含むクライオポンプ。
9. A cryopump having different temperature stages for pumping a gas, the cryopump being coupled to a two-stage cold finger closed cycle refrigerator and a radiation shield cooled by a first stage of the refrigerator. A first temperature stage comprising a front array, the first pumping surface being surrounded by the radiation shield and separated from the radiation shield, wherein the first pumping surface is the second most refrigerated temperature of the refrigerator. A second temperature stage having an absorbent and a condensing surface cooled by the stage; and a second temperature stage surrounded by and separated from the second temperature stage for absorbing gas having a very low boiling point temperature. A third temperature stage including an absorbent in thermal communication with the second temperature stage of the refrigerator.
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