JP5460644B2 - Cryopump - Google Patents

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Description

本発明は、クライオポンプ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a cryopump and a manufacturing method thereof.

クライオポンプは、極低温に冷却されたクライオパネルに気体分子を凝縮または吸着により捕捉して排気する真空ポンプである。クライオポンプは半導体回路製造プロセス等に要求される清浄な真空環境を実現するために一般に利用される。クライオポンプのアプリケーションの1つに、例えばイオン注入工程のように、排気すべき気体の大半を例えば水素等の非凝縮性気体が占める場合がある。非凝縮性気体は極低温に冷却された吸着領域に吸着させることによって初めて排気することができる。   The cryopump is a vacuum pump that traps and exhausts gas molecules by condensation or adsorption onto a cryopanel cooled to a very low temperature. The cryopump is generally used to realize a clean vacuum environment required for a semiconductor circuit manufacturing process or the like. One application of a cryopump is when a non-condensable gas such as hydrogen occupies most of the gas to be evacuated, such as in an ion implantation process. A non-condensable gas can be exhausted only by adsorbing it in an adsorption region cooled to a very low temperature.

特開平1−92591号公報JP-A-1-92591 特開昭60−13992号公報Japanese Patent Laid-Open No. 60-13992 特表2008−514849号公報Special table 2008-514849 gazette 特開2009−162074号公報JP 2009-162074 A

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、水素等の非凝縮性気体の高速排気のためのクライオポンプ、及びそうしたクライオポンプを製造するための方法を提供することにある。   One exemplary objective of certain aspects of the present invention is to provide a cryopump for high-speed pumping of non-condensable gases such as hydrogen, and a method for manufacturing such a cryopump.

本発明のある態様のクライオポンプは、第1冷却温度を提供するための第1冷却ステージと、該第1冷却温度よりも低く非凝縮性気体の吸着に使用される第2冷却温度を提供するための第2冷却ステージと、を含む冷凍機と、気体を受け入れる開口を形成するシールド前端を含み、第1冷却ステージに熱的に接続され、第2冷却ステージを包囲する放射シールドと、第2冷却ステージに熱的に接続されているクライオパネルアセンブリであって、その外周部と放射シールドとの間に前記開口への開放空間を形成し、シールド前端から少なくとも一部を視認可能であるクライオパネルアセンブリと、を備える。クライオパネルアセンブリは、前記開口に面するトップパネルと、前記開口を向くパネル前面を含みトップパネルに対し前記開口とは反対側に配設された中間パネルと、を含み、中間パネルのパネル前面に対向する隣接のクライオパネルと該パネル前面との間に前記開放空間に連続する開放部分が形成され、該開放部分はその深さが該隣接のクライオパネルと該パネル前面との間隔よりも大きく、前記中間パネルはパネル前面に非凝縮性気体のための吸着領域を有し、該吸着領域は、前記シールド前端から前記隣接のクライオパネルの末端への視線と前記パネル前面との交差により定まる境界の内側に形成されている。   A cryopump according to an aspect of the present invention provides a first cooling stage for providing a first cooling temperature, and a second cooling temperature lower than the first cooling temperature and used for adsorption of a noncondensable gas. A radiant shield that includes a refrigerator that includes a front end of a shield that forms an opening for receiving gas, is thermally connected to the first cooling stage, and surrounds the second cooling stage; A cryopanel assembly thermally connected to a cooling stage, wherein an open space to the opening is formed between an outer periphery of the cryopanel and a radiation shield, and at least part of the cryopanel is visible from the front end of the shield An assembly. The cryopanel assembly includes a top panel that faces the opening, and an intermediate panel that includes the front surface of the panel that faces the opening and is disposed on the opposite side of the opening to the top panel. An open portion that continues to the open space is formed between the adjacent cryopanel and the front surface of the panel, and the open portion has a depth greater than the distance between the adjacent cryopanel and the front surface of the panel, The intermediate panel has an adsorption region for a non-condensable gas on the front surface of the panel, and the adsorption region has a boundary determined by the intersection of the line of sight from the front end of the shield to the end of the adjacent cryopanel and the front surface of the panel. It is formed inside.

本発明のある態様のクライオポンプは、放射シールドと、該放射シールド内で手前から奥へと配列され各々が該放射シールドの開口を向く前面と該開口とは反対側を向く背面とを有する複数のクライオパネルの配列を含み、該複数のクライオパネルの外周部と前記放射シールドとの間に前記開口への開放空間を形成するクライオパネルアセンブリと、を備える。前記クライオパネルアセンブリは、前記複数のクライオパネルの前面及び背面の合計面積の少なくとも70%が水素吸着可能である吸着剤に覆われており、前記クライオポンプは少なくとも30%の水素捕捉確率を有しており、前記吸着剤は前記複数のクライオパネルの各々の背面と当該クライオパネルの奥に隣接するクライオパネルの前面との間に収容されており、前記複数のクライオパネルの吸着剤総面積に対する前記開口から視認可能である吸着剤面積の比率である吸着剤見える率が7%未満である。   A cryopump according to an aspect of the present invention includes a radiation shield, a plurality of front surfaces arranged in the radiation shield from the front to the back, each of which faces the opening of the radiation shield, and a back surface facing the opposite side of the opening. And a cryopanel assembly that forms an open space to the opening between the outer periphery of the plurality of cryopanels and the radiation shield. In the cryopanel assembly, at least 70% of the total area of the front and back surfaces of the plurality of cryopanels is covered with an adsorbent capable of adsorbing hydrogen, and the cryopump has a hydrogen capture probability of at least 30%. The adsorbent is accommodated between the back surface of each of the plurality of cryopanels and the front surface of the cryopanel adjacent to the back of the cryopanel, and the adsorbent with respect to the total adsorbent area of the plurality of cryopanels. The adsorbent visible rate, which is the ratio of the adsorbent area visible from the opening, is less than 7%.

本発明のある態様のクライオポンプは、クライオポンプ開口へと開放されたクライオポンプ内部開放空間に包囲されている複数のクライオソープションパネルの配列と、該クライオポンプ内部開放空間を包囲する放射シールドと、を備える。前記複数のクライオソープションパネルの少なくとも1つは、クライオポンプ内部開放空間に突出し放射シールドへと向けられているパネル末端を含み、該パネル末端は、吸着剤の欠落した区域を有する。   A cryopump according to an aspect of the present invention includes an arrangement of a plurality of cryosorption panels surrounded by a cryopump internal open space that is open to a cryopump opening, and a radiation shield that surrounds the cryopump internal open space; . At least one of the plurality of cryosorption panels includes a panel end protruding into the cryopump internal open space and directed toward the radiation shield, the panel end having an adsorbent deficient area.

本発明の別の態様は、クライオポンプの製造方法である。この方法は、クライオパネルの基材にマスキングをすることと、マスキングされていない前記基材の表面に吸着剤を接着することと、を含む。   Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a cryopump. This method includes masking the substrate of the cryopanel and adhering an adsorbent to the surface of the substrate that is not masked.

本発明によれば、水素等の非凝縮性気体の高速排気のためのクライオポンプ、及びそうしたクライオポンプを製造するための方法が提供される。   According to the present invention, a cryopump for high-speed exhaust of non-condensable gas such as hydrogen and a method for manufacturing such a cryopump are provided.

本発明の一実施形態に係るイオン注入装置及びクライオポンプを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the ion implantation apparatus and cryopump which concern on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るクライオポンプを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the cryopump which concerns on one Embodiment of this invention. 好ましい一実施形態に係るクライオポンプを模式的に示す上面図である。It is a top view which shows typically the cryopump which concerns on preferable one Embodiment. 好ましい一実施形態に係るクライオポンプを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the cryopump which concerns on preferable one Embodiment. 図4に示すクライオポンプに関しクライオパネルに形成される吸着領域を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the adsorption | suction area | region formed in a cryopanel regarding the cryopump shown in FIG. 図4及び図5に示すクライオポンプに関しクライオパネルのパネル前面を示す上面図である。It is a top view which shows the panel front surface of a cryopanel regarding the cryopump shown in FIG.4 and FIG.5. 図6に示すクライオパネルの背面を示す図である。It is a figure which shows the back surface of the cryopanel shown in FIG. 本発明の一実施形態に係るクライオパネルアセンブリの吸着剤欠落率または被覆率の一例を示すテーブルである。It is a table which shows an example of the adsorbent omission ratio or the coverage of the cryopanel assembly which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るクライオパネルアセンブリの吸着剤欠落率または被覆率の一例を示すテーブルである。It is a table which shows an example of the adsorbent omission ratio or the coverage of the cryopanel assembly which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係り、再生を通じたクライオポンプの水素排気速度変化を示す図である。It is a figure which shows hydrogen discharge speed change of the cryopump through regeneration based on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るクライオポンプの製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the cryopump which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るクライオポンプの製造するための方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the method for manufacturing the cryopump which concerns on one Embodiment of this invention.

本発明のある態様のクライオポンプは、露出型のクライオソープションパネル配列を備える。そのパネル配列は、クライオポンプ開口から垣間見える部位またはその他の部位に吸着剤例えば活性炭の欠落した区域を有する。大半のパネル表面及びその上の吸着剤は隣接するパネルによって覆われてクライオポンプ開口から直接見えないよう構成されており、クライオポンプ開口からの吸着剤見える率はゼロまたはわずかである。吸着剤はパネル配列を取り巻く開放空間に露出されている。吸着剤欠落区域は吸着剤の存在区域と共通の面に形成され、吸着剤欠落区域の境界は吸着剤によって画定されている。つまり吸着剤の欠落区域と存在区域とは共通するパネル面を区分する。   A cryopump according to an aspect of the present invention includes an exposed cryosorption panel arrangement. The panel arrangement has areas lacking adsorbent, such as activated carbon, at sites that are visible from the cryopump opening or elsewhere. Most panel surfaces and adsorbents thereon are configured to be covered by adjacent panels so that they are not directly visible from the cryopump opening, and the rate of adsorbent visibility from the cryopump opening is zero or slight. The adsorbent is exposed in an open space surrounding the panel array. The adsorbent missing area is formed on the same plane as the adsorbent existing area, and the boundary of the adsorbent missing area is defined by the adsorbent. That is, the adsorbent missing area and the existing area divide the common panel surface.

こうした露出と非露出とのハイブリッド構成は、非凝縮性気体の高速排気と、難再生気体からの吸着剤の保護との両立に役立つ。これは、多数回の再生処理の反復を通じて安定した排気性能を維持することにつながる。また、ソープションパネルからの吸着剤欠落による見える率低減は、非凝縮性気体の排気効率向上、ひいては省エネルギー性に優れるクライオポンプの提供に寄与する。   Such a hybrid configuration of exposure and non-exposure helps to achieve both high-speed exhaust of non-condensable gas and protection of the adsorbent from hardly regenerated gas. This leads to maintaining stable exhaust performance through repeated regeneration processes. In addition, the reduction in the visible rate due to the lack of adsorbent from the sorption panel contributes to the improvement of the exhaust efficiency of the non-condensable gas and the provision of a cryopump that is excellent in energy saving.

クライオポンプの典型的なある用途においては、排気すべき気体に凝縮性気体と少量の非凝縮性気体とが含まれる。凝縮性気体の氷層の堆積によって非凝縮性気体の吸着性能が阻害されるのを避けるために、こうした典型的用途のためのクライオポンプは、クライオコンデンセイションパネルまたは凝縮パネルによって、クライオソープションパネルまたは吸着パネルを隠している。典型的なクライオソープションパネルは、ある面の全域を活性炭で覆うことで形成されている。   In one typical application of a cryopump, the gases to be evacuated include a condensable gas and a small amount of non-condensable gas. In order to avoid the non-condensable gas adsorption performance being hindered by the condensation gas ice layer deposition, cryopumps for these typical applications are cryosorption by cryocondensation panels or condensation panels. The panel or adsorption panel is hidden. A typical cryosorption panel is formed by covering an entire area of a certain surface with activated carbon.

例えば、あるクライオパネル構造は、凝縮性気体を捕捉するためのコンデンセイションパネルを外側に有し、その内側に非凝縮性気体を捕捉するためのソープションパネルを有する二重構造を備える。他のクライオパネル構造は、クライオポンプ開口を向く表面にクライオコンデンセイション面を有し、その裏面にクライオソープション面を有する。パネルが例えばその端部に折り曲げ部分を有する場合には例えば、折り曲げ線で区切られたその折曲部分の表面を除くパネルの片面全域が活性炭で覆われるか、折曲部分の表面を含む全域が活性炭で覆われる。   For example, one cryopanel structure has a double structure having a condensation panel for capturing condensable gas on the outside and a sorption panel for capturing noncondensable gas on the inside. Other cryopanel structures have a cryocondensation surface on the surface facing the cryopump opening and a cryosorption surface on the back surface thereof. For example, when the panel has a bent portion at its end, for example, the entire area of one side of the panel excluding the surface of the bent portion separated by the folding line is covered with activated carbon, or the entire area including the surface of the bent portion is covered. Covered with activated carbon.

一般に、コンデンセイションパネル及びソープションパネルはともに、共通する冷却温度例えば10K乃至20Kの極低温に冷却される。コンデンセイションパネル及びソープションパネルは、それらを輻射熱から保護するための放射シールドまたは輻射シールドに囲まれている。放射シールドは、コンデンセイションパネル及びソープションパネルよりも高温の冷却温度例えば80K乃至100Kの極低温に冷却される。放射シールドは相対的に高温の極低温面を提供するクライオパネルとみなすこともできる。   In general, both the condensation panel and the sorption panel are cooled to a common cooling temperature, for example, an extremely low temperature of 10K to 20K. Condensation panels and sorption panels are surrounded by a radiation shield or radiation shield to protect them from radiant heat. The radiation shield is cooled to a cooling temperature higher than that of the condensation panel and the sorption panel, for example, a cryogenic temperature of 80K to 100K. The radiation shield can also be regarded as a cryopanel that provides a relatively high temperature cryogenic surface.

クライオポンプの用途によっては極低温面への凝縮性気体の凝縮があまり問題とはならない場合もある。例えばイオン注入装置用のクライオポンプが挙げられる。この用途においては低温クライオパネルに凝縮される気体の使用量は少なく、クライオポンプの主目的は非凝縮性気体(例えば水素)の排気となる。よって、むしろソープションパネルをクライオポンプ開口に向けて露出することによって非凝縮性気体を到達しやすくすることが望ましい。これにより高い排気速度を実現することができる。   Depending on the application of the cryopump, condensation of condensable gas on the cryogenic surface may not be a problem. An example is a cryopump for an ion implantation apparatus. In this application, the amount of gas condensed in the low-temperature cryopanel is small, and the main purpose of the cryopump is to exhaust non-condensable gas (for example, hydrogen). Therefore, it is desirable to make the non-condensable gas easily reachable by exposing the sorption panel toward the cryopump opening. As a result, a high exhaust speed can be realized.

露出による排気速度の向上は、ある要求排気速度を実現するためのソープションパネル面積の低減に寄与する。露出により吸着剤への気体の流れ性が良好となり、パネル単位面積当たりの排気速度が高くなるからである。その結果、必要なパネル面積は低減され、クライオパネル構造体の重量も低減される。   The improvement in the exhaust speed by exposure contributes to the reduction of the sorption panel area for realizing a certain required exhaust speed. This is because the flow of gas to the adsorbent is improved by the exposure, and the exhaust speed per panel unit area is increased. As a result, the required panel area is reduced and the weight of the cryopanel structure is also reduced.

パネル重量の低減は、クライオポンプの再生処理の所要時間を短縮する。クライオポンプはいわゆるため込み式の真空ポンプであるから、内部に蓄積された気体を適宜の頻度で外部に排出する再生処理が実行される。再生は、クライオパネルとしての動作温度よりも高温(例えば常温)にクライオパネルを昇温し、パネル表面に凝縮または吸着されている気体を再放出させて外部に排出し、再度クライオパネルの動作温度に冷却する処理である。再生時間を決める1つの大きな要因は、再冷却に要する時間である。再冷却時間は、パネル構造体重量に相関する。パネル構造体の重量低減により再冷却時間が短縮され、その結果として再生時間も短縮される。   Reduction of the panel weight shortens the time required for the regeneration process of the cryopump. Since the cryopump is a so-called built-in vacuum pump, a regeneration process for discharging the gas accumulated inside to the outside at an appropriate frequency is executed. For regeneration, the temperature of the cryopanel is raised to a temperature higher than the operating temperature of the cryopanel (for example, room temperature), the gas condensed or adsorbed on the panel surface is re-released and discharged to the outside, and the operating temperature of the cryopanel again. This is a process of cooling. One major factor that determines the regeneration time is the time required for recooling. The recooling time correlates with the panel structure weight. The recooling time is shortened by reducing the weight of the panel structure, and as a result, the regeneration time is also shortened.

クライオポンプに蓄積された気体は通常、再生処理により実質的に完全に排出され、再生完了時にはクライオポンプは仕様上の排気性能に回復される。しかし、蓄積された気体のうち一部の成分は再生処理を経ても吸着剤に残留する割合が比較的高い。   The gas accumulated in the cryopump is normally exhausted substantially completely by the regeneration process, and when the regeneration is completed, the cryopump is restored to the specified exhaust performance. However, a part of the accumulated gas has a relatively high ratio of remaining in the adsorbent even after the regeneration process.

例えば、イオン注入装置の真空排気用に設置されているクライオポンプにおいては、吸着剤としての活性炭に粘着性の物質が付着することが観察された。この粘着性物質は再生処理を経ても完全に除去することが困難であった。この粘着性物質は、処理対象基板に被覆されるフォトレジストから排出される有機系のアウトガスに起因すると考えられる。またはイオン注入処理でドーパントガスつまり原料ガスとして使用される毒性ガスに起因する可能性もある。イオン注入処理におけるその他の副生成ガスに起因する可能性も考えられる。これらのガスが複合的に関係して粘着性物質が生成されている可能性もある。   For example, in a cryopump installed for evacuation of an ion implantation apparatus, it was observed that a sticky substance adheres to activated carbon as an adsorbent. It was difficult to completely remove the adhesive substance even after the regeneration treatment. This adhesive substance is considered to be caused by organic outgas discharged from the photoresist coated on the substrate to be processed. Alternatively, it may be caused by a toxic gas used as a dopant gas, that is, a raw material gas in the ion implantation process. There is a possibility that it may be caused by other by-product gas in the ion implantation process. There is a possibility that these gases are combined to produce an adhesive substance.

イオン注入処理では、クライオポンプの排気する気体の大半は水素ガスであり得る。水素ガスは再生により実質的に完全に外部に排出される。難再生気体は微量であれば、1回のクライオポンピング処理においてクライオポンプの排気性能に難再生気体が与える影響は軽微である。しかし、クライオポンピング処理と再生処理とを反復するうちに、難再生気体は徐々に吸着剤に蓄積され、排気性能を低下させていく可能性がある。排気性能が許容範囲を下回ったときには、例えば吸着剤またはそれとともにクライオパネルの交換、または吸着剤への化学的な難再生気体除去処理を含むメンテナンス作業が必要となる。   In the ion implantation process, most of the gas exhausted from the cryopump can be hydrogen gas. The hydrogen gas is discharged to the outside substantially completely by regeneration. If the amount of the hardly regenerating gas is small, the influence of the hardly regenerating gas on the exhaust performance of the cryopump in one cryopumping process is slight. However, as the cryopumping process and the regeneration process are repeated, the difficult-to-regenerate gas is gradually accumulated in the adsorbent, which may reduce the exhaust performance. When the exhaust performance falls below the allowable range, maintenance work including, for example, replacement of the adsorbent or the cryopanel together with it, or chemical removal of the difficult regeneration gas to the adsorbent is required.

そこで、本発明のある態様のクライオポンプは、露出型のクライオソープションパネル配列を備えており、その一部から吸着剤例えば活性炭を欠落させている。露出型クライオソープションパネル配列はその周囲に、クライオポンプ開口に開放されるクライオポンプ内部開放空間を有する。この内部開放空間は放射シールドに包囲されている。開放された局所空間がクライオソープションパネル配列の互いに隣接するソープションパネルによって画定されており、その局所空間はクライオポンプ内部開放空間を通じてクライオポンプ外部空間へと開放されている。クライオソープションパネルの開放性はパネル表面への気体の到達を促進し、クライオポンプによる非凝縮性気体例えば水素の高速排気の実現を支援する。   Therefore, a cryopump according to an aspect of the present invention includes an exposed cryosorption panel array, and an adsorbent such as activated carbon is omitted from a part thereof. The exposed cryosorption panel array has a cryopump internal open space that is opened to the cryopump opening. This internal open space is surrounded by a radiation shield. The opened local space is defined by the adjacent sorption panels in the cryosorption panel arrangement, and the local space is opened to the cryopump external space through the cryopump internal open space. The openness of the cryosorption panel facilitates the arrival of gas to the panel surface and supports the realization of high-speed exhaust of non-condensable gas such as hydrogen by the cryopump.

一実施例においては、吸着剤の欠落部位は、クライオポンプ外部からクライオポンプ開口を通じて視認されるクライオソープションパネルの区域に設定されている。吸着剤欠落部位は、クライオポンプ内部開放空間に突出し放射シールドへと向けられているソープションパネルの末端に設けられていてもよい。欠落部位はクライオコンデンセイションパネルとして使用可能である。   In one embodiment, the missing part of the adsorbent is set in a region of the cryosorption panel that is visually recognized from the outside of the cryopump through the cryopump opening. The adsorbent missing part may be provided at the end of the sorption panel that protrudes into the open space inside the cryopump and faces the radiation shield. The missing part can be used as a cryocondensation panel.

こうしてクライオポンプ開口への吸着剤の直接の露出を避けることにより、またはクライオポンプ開口からの吸着剤見える率をごく小さくすることにより、クライオポンプに進入する気体に含まれる難再生気体による吸着剤への作用は防止または軽減される。難再生気体はコンデンセイションパネルに集積され、粘着性物質の吸着剤への蓄積は低減される。このようにして、非凝縮性気体の高速排気と、難再生気体からの吸着剤の保護とを両立することができる。   Thus, by avoiding direct exposure of the adsorbent to the cryopump opening, or by reducing the rate at which the adsorbent can be seen from the cryopump opening, the adsorbent by the hardly regenerated gas contained in the gas entering the cryopump. The action of is prevented or reduced. The hardly regenerating gas is accumulated in the condensation panel, and the accumulation of sticky substances in the adsorbent is reduced. In this way, both high-speed exhaust of non-condensable gas and protection of the adsorbent from the difficult-to-regenerate gas can be achieved.

この技術思想の一具体例に係るクライオポンプは、イオン注入装置の真空排気系への使用に適するクライオポンプである。また、他の一例は、基板処理装置の真空排気系への使用に適するクライオポンプである。基板処理装置は例えば、レジストで被覆されている基板をプロセスガスで処理する。   A cryopump according to a specific example of this technical idea is a cryopump suitable for use in an evacuation system of an ion implantation apparatus. Another example is a cryopump suitable for use in a vacuum exhaust system of a substrate processing apparatus. For example, the substrate processing apparatus processes a substrate coated with a resist with a process gas.

ここで、難再生気体とは例えば、所定の再生処理において所定の気体(例えば水素)のクライオポンプ外部への排出が実質的に完了した時点でポンプ外部への排出が完了していない気体である。また、所定の気体を実質的に完全にクライオポンプ外部に排出するよう調整されている再生処理を経ても吸着剤における残留が基準を超える気体は、難再生気体であると言える。例えば、ウエハ表面に塗布されているレジストまたはその他のコーティングからの有機系のアウトガスについても再生処理での吸着剤への残留割合が高いおそれがある。また、イオン注入処理に使用される毒性のドーパントガスも難再生気体となりうる。   Here, the difficult-to-regenerate gas is, for example, a gas that has not been completely discharged to the outside of the pump when the discharge of the predetermined gas (for example, hydrogen) to the outside of the cryopump is substantially completed in the predetermined regeneration process. . Moreover, even if it passes through the regeneration process adjusted so that predetermined | prescribed gas may be discharged | emitted completely out of a cryopump, it can be said that the gas whose residue in an adsorbent exceeds a reference | standard is a difficult regeneration gas. For example, organic outgas from a resist or other coating applied to the wafer surface may also have a high residual ratio in the adsorbent during the regeneration process. In addition, a toxic dopant gas used in the ion implantation process can also be a difficult-to-regenerate gas.

レジストは例えば、有機系材料からなる有機レジストである。プロセスガスは、処理対象(例えば基板)またはその表面のレジストと化学的に直接反応する反応性プロセスガスであってもよい。またはプロセスガスは、反応性ガスを処理対象へと導入するのを支援するためのガスであってもよい。基板処理装置がスパッタ装置である場合にはプロセスガスは不活性ガス例えばアルゴンである。基板処理装置がイオン注入装置である場合にはプロセスガスは例えば水素ガスまたはドーパントガスである。プロセス中におけるプロセスガスとレジストとの相互作用によって、レジストから有機系のガスが放出されうる。またプロセス中ではなくても真空環境によりレジストからアウトガスが放出されうる。この有機系ガスには例えば、芳香族、直鎖炭化水素、アルコール、ケトン、エーテル等が含まれ得る。   The resist is, for example, an organic resist made of an organic material. The process gas may be a reactive process gas that chemically reacts directly with the processing target (for example, the substrate) or the resist on the surface thereof. Alternatively, the process gas may be a gas for assisting the introduction of the reactive gas into the processing target. When the substrate processing apparatus is a sputtering apparatus, the process gas is an inert gas such as argon. When the substrate processing apparatus is an ion implantation apparatus, the process gas is, for example, hydrogen gas or dopant gas. An organic gas can be released from the resist by the interaction between the process gas and the resist during the process. Further, outgas can be released from the resist by a vacuum environment even when not in process. This organic gas can include, for example, aromatics, straight chain hydrocarbons, alcohols, ketones, ethers, and the like.

難再生気体は、上述のレジストからの有機系ガスや、イオン注入処理に使用されるドーパントガスには限られない。例えば、プロセスによってはプロセスガス自体が難再生気体であることもありうる。また、基板へのレジスト以外のコーティングからの放出ガスが難再生気体である場合もある。   The difficult-to-regenerate gas is not limited to the organic gas from the resist and the dopant gas used for the ion implantation process. For example, depending on the process, the process gas itself may be a hardly regenerating gas. In addition, the gas released from the coating other than the resist on the substrate may be a difficult-to-regenerate gas.

一実施形態に係るクライオポンプは、第1冷却温度を提供するための第1冷却ステージと、該第1冷却温度よりも低く非凝縮性気体の吸着に使用される第2冷却温度を提供するための第2冷却ステージと、を含む冷凍機と、気体を受け入れる開口を形成するシールド前端を含み、第1冷却ステージに熱的に接続され、第2冷却ステージを包囲する放射シールドと、第2冷却ステージに熱的に接続されているクライオパネルアセンブリであって、その外周部と放射シールドとの間に前記開口への開放空間を形成し、シールド前端から少なくとも一部を視認可能であるクライオパネルアセンブリと、を備えてもよい。   A cryopump according to an embodiment provides a first cooling stage for providing a first cooling temperature, and a second cooling temperature that is lower than the first cooling temperature and used for adsorption of a noncondensable gas. A radiant shield that includes a refrigerator including the second cooling stage, a shield front end that forms an opening for receiving gas, is thermally connected to the first cooling stage, and surrounds the second cooling stage; A cryopanel assembly thermally connected to a stage, wherein an open space to the opening is formed between an outer periphery of the cryopanel assembly and a radiation shield, and at least part of the cryopanel assembly is visible from the front end of the shield And may be provided.

クライオパネルアセンブリは、シールド開口に面するトップパネルと、シールド開口を向くパネル前面を含みトップパネルに対しシールド開口とは反対側に配設された中間パネルと、を含んでもよい。中間パネルのパネル前面に対向する隣接のクライオパネルと該パネル前面との間に前記開放空間に連続する開放部分が形成されてもよい。中間パネルのパネル前面に対向する隣接のクライオパネルと該パネル前面との間に前記開放空間に連続する開放部分が形成されてもよい。該開放部分はその深さが該隣接のクライオパネルと該パネル前面との間隔よりも大きくてもよい。   The cryopanel assembly may include a top panel that faces the shield opening, and an intermediate panel that includes the front surface of the panel that faces the shield opening and is disposed on the opposite side of the top panel from the shield opening. An open portion continuous to the open space may be formed between the adjacent cryopanel facing the front surface of the intermediate panel and the front surface of the panel. An open portion continuous to the open space may be formed between the adjacent cryopanel facing the front surface of the intermediate panel and the front surface of the panel. The open portion may have a depth greater than the distance between the adjacent cryopanel and the front surface of the panel.

中間パネルはパネル前面に非凝縮性気体のための吸着領域を有してもよい。該吸着領域は、シールド前端から前記隣接のクライオパネルの末端への視線と前記パネル前面との交差により定まる境界の内側に形成されていてもよい。吸着領域は、前記パネル前面において前記境界内側の区域を占有してもよい。   The intermediate panel may have an adsorption region for non-condensable gas on the front of the panel. The suction region may be formed inside a boundary determined by an intersection of a line of sight from the front end of the shield to the end of the adjacent cryopanel and the front surface of the panel. The adsorption region may occupy an area inside the boundary on the front surface of the panel.

中間パネルはその表面に凝縮性気体のための凝縮領域を有してもよい。該凝縮領域は前記パネル前面における前記境界外側の区域を含んでもよい。   The intermediate panel may have a condensing region for condensable gas on its surface. The condensation region may include an area outside the boundary on the front surface of the panel.

中間パネルの外周部はトップパネルに平行にかつトップパネルの外周部よりも放射シールドに近接する位置まで延びていてもよい。中間パネルは、シールド開口を向く前面及び該開口とは反対側を向く背面とを各々が含み互いに平行に配列されている複数のプレートを含んでもよい。   The outer peripheral part of the intermediate panel may extend parallel to the top panel and closer to the radiation shield than the outer peripheral part of the top panel. The intermediate panel may include a plurality of plates each including a front surface facing the shield opening and a back surface facing the opening opposite to each other and arranged in parallel with each other.

クライオパネルアセンブリは、中間パネルに対しシールド開口とは反対側に配設された下側パネルを含んでもよい。該下側パネルの外周部は中間パネルに平行にかつ中間パネルの外周部よりも放射シールドに近接する位置まで延びていてもよい。   The cryopanel assembly may include a lower panel disposed on the opposite side of the intermediate panel from the shield opening. The outer peripheral portion of the lower panel may extend parallel to the intermediate panel and to a position closer to the radiation shield than the outer peripheral portion of the intermediate panel.

クライオポンプは、放射シールドに熱的に接続されシールド開口に配設されたルーバーを備えてもよい。該ルーバーはトップパネルと中間パネルとの中間のサイズを有し、該ルーバーの外周部と放射シールドとの間に開放領域が形成されてもよい。   The cryopump may include a louver that is thermally connected to the radiation shield and disposed in the shield opening. The louver may have an intermediate size between the top panel and the intermediate panel, and an open region may be formed between the outer periphery of the louver and the radiation shield.

中間パネルは表面積の少なくとも70%が吸着剤に覆われており、該吸着剤は水素吸着可能であり、クライオポンプは少なくとも30%の水素捕捉確率を有してもよい。吸着剤は前記開放部分に収容されており、吸着剤の総面積に対するシールド開口から視認可能である吸着剤面積の比率である吸着剤見える率が7%未満であってもよい。   The intermediate panel is covered with an adsorbent at least 70% of the surface area, the adsorbent is capable of adsorbing hydrogen, and the cryopump may have a hydrogen capture probability of at least 30%. The adsorbent is accommodated in the open portion, and the adsorbent visible ratio, which is the ratio of the adsorbent area visible from the shield opening to the total area of the adsorbent, may be less than 7%.

一実施形態に係るクライオポンプは、放射シールドと、該放射シールド内で手前から奥へと配列され各々が該放射シールドの開口を向く前面と該開口とは反対側を向く背面とを有する複数のクライオパネルの配列を含み、該複数のクライオパネルの外周部と前記放射シールドとの間に前記開口への開放空間を形成するクライオパネルアセンブリと、を備えてもよい。クライオパネルアセンブリは、複数のクライオパネルの前面及び背面の合計面積の少なくとも70%が水素吸着可能である吸着剤に覆われており、クライオポンプは少なくとも30%の水素捕捉確率を有してもよい。吸着剤は複数のクライオパネルの各々の背面と当該クライオパネルの奥に隣接するクライオパネルの前面との間に収容されており、複数のクライオパネルの吸着剤総面積に対するシールド開口から視認可能である吸着剤面積の比率である吸着剤見える率が7%未満であってもよい。   A cryopump according to an embodiment includes a radiation shield, a plurality of front surfaces arranged in the radiation shield from the front to the back, each having a front surface facing the opening of the radiation shield and a rear surface facing the opposite side of the opening. A cryopanel assembly including an array of cryopanels and forming an open space to the opening between an outer peripheral portion of the plurality of cryopanels and the radiation shield may be provided. In the cryopanel assembly, at least 70% of the total area of the front and back surfaces of the plurality of cryopanels is covered with an adsorbent capable of adsorbing hydrogen, and the cryopump may have a hydrogen capture probability of at least 30%. . The adsorbent is accommodated between the back surface of each of the plurality of cryopanels and the front surface of the cryopanel adjacent to the back of the cryopanel, and is visible from the shield opening for the total adsorbent area of the plurality of cryopanels. The adsorbent visible rate, which is the ratio of the adsorbent area, may be less than 7%.

複数のクライオパネルの配列は、手前のクライオパネルによって奥のクライオパネルの少なくとも一部が前記開口に対し遮蔽されており、吸着剤は、シールド開口から視認不能であるように、クライオパネルの遮蔽された部位に設けられていてもよい。   In the arrangement of the plurality of cryopanels, at least a part of the back cryopanel is shielded from the opening by the front cryopanel, and the adsorbent is shielded from the shield opening so that the adsorbent is not visible. It may be provided at the site.

吸着剤総面積は、複数のクライオパネルの前面及び背面の合計面積の90%以下であってもよい。   The total adsorbent area may be 90% or less of the total area of the front and back surfaces of the plurality of cryopanels.

吸着剤の少なくとも90%が放射シールドまたはシールド開口に露出されていてもよい。   At least 90% of the adsorbent may be exposed to the radiation shield or shield opening.

一実施形態に係るクライオポンプは、クライオポンプ開口へと開放されたクライオポンプ内部開放空間に包囲されている複数のクライオソープションパネルの配列と、該クライオポンプ内部開放空間を包囲する放射シールドと、を備えてもよい。複数のクライオソープションパネルの少なくとも1つは、クライオポンプ内部開放空間に突出し放射シールドへと向けられているパネル末端を含み、該パネル末端は、吸着剤の欠落した区域を有してもよい。   The cryopump according to one embodiment includes an array of a plurality of cryosorption panels surrounded by a cryopump internal open space opened to a cryopump opening, a radiation shield surrounding the cryopump internal open space, May be provided. At least one of the plurality of cryosorption panels may include a panel end projecting into the cryopump internal open space and directed toward the radiation shield, the panel end having an adsorbent deficient area.

吸着剤欠落区域は、吸着剤存在区域と共通の面に形成されていてもよい。吸着剤欠落区域は、クライオコンデンセイションのためにクライオパネル基材表面が露出されていてもよい。吸着剤欠落区域は、前記クライオポンプ開口を通じて視認される周縁露出部位にあってもよい。   The adsorbent missing area may be formed on the same surface as the adsorbent existing area. In the adsorbent missing area, the surface of the cryopanel substrate may be exposed for cryocondensation. The adsorbent deficient area may be in a peripherally exposed part that is visually recognized through the cryopump opening.

一実施形態に係るクライオポンプの製造方法は、クライオパネルの基材にマスキングをすることと、マスキングされていない前記基材の表面に吸着剤を接着することと、を含んでもよい。マスキングをすることは、他のクライオパネルによって遮蔽されない前記基材の露出部にマスキングをすることを含んでもよい。この方法は、複数のクライオパネルの配列の各クライオパネルについて放射シールドの前端から当該クライオパネルに隣接するクライオパネルの末端への視線と当該クライオパネルとの交差により定まる境界の外側をマスキング領域として決定することを含んでもよい。   The method for manufacturing a cryopump according to an embodiment may include masking a base material of a cryopanel and adhering an adsorbent to the surface of the base material that is not masked. Masking may include masking an exposed portion of the substrate that is not shielded by another cryopanel. This method determines the outside of the boundary defined by the line of sight from the front end of the radiation shield to the end of the cryopanel adjacent to the cryopanel and the crossing of the cryopanel for each cryopanel in the arrangement of a plurality of cryopanels as a masking region. May include.

一実施形態に係るクライオポンプは、第1冷却温度を提供するための第1冷却ステージと、該第1冷却温度よりも低く非凝縮性気体の吸着に使用される第2冷却温度を提供するための第2冷却ステージと、を含む冷凍機と、気体を受け入れる開口を形成するシールド前端を含み、第1冷却ステージに熱的に接続され、第2冷却ステージを包囲する放射シールドと、第2冷却ステージに熱的に接続されているクライオパネルアセンブリであって、その外縁と放射シールドとの間にシールド開口への開放空間を形成し、シールド前端から少なくとも一部を視認可能であるクライオパネルアセンブリと、を備えてもよい。   A cryopump according to an embodiment provides a first cooling stage for providing a first cooling temperature, and a second cooling temperature that is lower than the first cooling temperature and used for adsorption of a noncondensable gas. A radiant shield that includes a refrigerator including the second cooling stage, a shield front end that forms an opening for receiving gas, is thermally connected to the first cooling stage, and surrounds the second cooling stage; A cryopanel assembly thermally connected to the stage, wherein an open space to the shield opening is formed between the outer edge and the radiation shield, and at least part of the cryopanel assembly is visible from the front end of the shield; , May be provided.

クライオパネルアセンブリは、シールド開口に面するトップパネルと、シールド開口を向くパネル前面を含みトップパネルに対しシールド開口とは反対側に配設された中間パネルと、を含んでもよい。中間パネルのパネル前面に対向する隣接のクライオパネルの外周部と該外周部に対向する前記パネル前面の部分とは前記開放空間で放射シールドに向けて平行に延びており、該パネル前面は非凝縮性気体のための吸着領域と凝縮性気体のための凝縮領域とに区分されていてもよい。パネル前面の外周部が非凝縮性気体のための吸着領域と凝縮性気体のための凝縮領域とに区分されていてもよい。   The cryopanel assembly may include a top panel that faces the shield opening, and an intermediate panel that includes the front surface of the panel that faces the shield opening and is disposed on the opposite side of the top panel from the shield opening. The outer peripheral part of the adjacent cryopanel facing the panel front of the intermediate panel and the part of the panel front facing the outer peripheral part extend in parallel toward the radiation shield in the open space, and the front of the panel is not condensed. It may be divided into an adsorption region for a reactive gas and a condensation region for a condensable gas. The outer peripheral part of the front surface of the panel may be divided into an adsorption region for non-condensable gas and a condensation region for condensable gas.

前記隣接のクライオパネルはトップパネルであり、中間パネルの外周部はトップパネルの外周部よりも放射シールドに近接する位置まで延びていてもよい。トップパネル及び中間パネルのそれぞれは、シールド開口を向く前面及び該開口とは反対側を向く背面とを各々が含み互いに平行に配列されている複数のプレートを含み、中間パネルのプレートはトップパネルのプレートよりも大型であってもよい。   The adjacent cryopanel may be a top panel, and the outer peripheral portion of the intermediate panel may extend to a position closer to the radiation shield than the outer peripheral portion of the top panel. Each of the top panel and the intermediate panel includes a plurality of plates, each including a front surface facing the shield opening and a back surface facing the opening, and arranged in parallel to each other. It may be larger than the plate.

クライオパネルアセンブリは、中間パネルに対しシールド開口とは反対側に配設された下側パネルをさらに含んでもよい。該下側パネルの外周部は中間パネルに平行にかつ中間パネルの外周部よりも放射シールドに近接する位置まで延びていてもよい。下側パネルは、シールド開口を向く前面及び該開口とは反対側を向く背面とを各々が含み互いに平行に配列されている複数のプレートを含み、該プレートは中間パネルのプレートよりも大型であってもよい。   The cryopanel assembly may further include a lower panel disposed on the opposite side of the intermediate panel from the shield opening. The outer peripheral portion of the lower panel may extend parallel to the intermediate panel and to a position closer to the radiation shield than the outer peripheral portion of the intermediate panel. The lower panel includes a plurality of plates, each including a front surface facing the shield opening and a back surface facing the opening, arranged in parallel to each other, the plates being larger than the plates of the intermediate panel. May be.

中間パネルのパネル前面の前記部分と前記隣接のクライオパネルの外周部との間に前記開放空間に連続する開放部分が形成され、該開放部分はその深さが該隣接のクライオパネルと該パネル前面との間隔よりも大きくてもよい。   An open portion continuous to the open space is formed between the portion of the front panel of the intermediate panel and the outer peripheral portion of the adjacent cryopanel, and the open portion has a depth that is close to the adjacent cryopanel and the front surface of the panel. It may be larger than the interval.

クライオポンプは、放射シールドに熱的に接続され、シールド開口に配設されたルーバーを備えてもよい。該ルーバーはトップパネルと中間パネルとの中間のサイズを有し、該ルーバーの外周部と放射シールドとの間に開放領域が形成されてもよい。   The cryopump may include a louver that is thermally connected to the radiation shield and disposed in the shield opening. The louver may have an intermediate size between the top panel and the intermediate panel, and an open region may be formed between the outer periphery of the louver and the radiation shield.

クライオポンプは少なくとも30%の水素捕捉確率を有しており、中間パネルは水素吸着可能である吸着剤を表面に支持するためのクライオパネル基材を含み、該クライオパネル基材の総表面積の多くとも30%から吸着剤を欠落させることにより、該クライオパネル基材の全面を吸着剤で覆う場合に比べてクライオポンプの水素排気速度と吸着剤面積との比である水素排気効率を高くしてもよい。   The cryopump has a hydrogen capture probability of at least 30%, and the intermediate panel includes a cryopanel substrate for supporting an adsorbent capable of adsorbing hydrogen on the surface, and has a large total surface area of the cryopanel substrate. In both cases, by removing the adsorbent from 30%, the hydrogen pumping efficiency, which is the ratio between the hydrogen pumping speed of the cryopump and the adsorbent area, is increased compared to the case where the entire surface of the cryopanel substrate is covered with the adsorbent. Also good.

一実施形態に係るクライオポンプは、放射シールドと、該放射シールド内で手前から奥へと配列されている複数のクライオパネルを含み該複数のクライオパネルの外周部と放射シールドとの間にシールド開口への開放空間を形成するクライオパネルアセンブリと、を備え、少なくとも30%の水素捕捉確率を有するクライオポンプであってもよい。複数のクライオパネルの各々は、水素吸着可能である吸着剤を表面に支持するためのクライオパネル基材を含み、該クライオパネル基材の総表面積の多くとも30%から吸着剤を欠落させることにより、該クライオパネル基材の全面を吸着剤で覆う場合に比べてクライオポンプの水素排気速度と吸着剤面積との比である水素排気効率を高くしてもよい。   A cryopump according to an embodiment includes a radiation shield and a plurality of cryopanels arranged from the front to the back in the radiation shield, and includes a shield opening between an outer peripheral portion of the plurality of cryopanels and the radiation shield. And a cryopump assembly having an open space with a cryopump having a hydrogen capture probability of at least 30%. Each of the plurality of cryopanels includes a cryopanel substrate for supporting an adsorbent capable of adsorbing hydrogen on the surface, and by removing the adsorbent from at most 30% of the total surface area of the cryopanel substrate. The hydrogen pumping efficiency, which is the ratio between the hydrogen pumping speed of the cryopump and the adsorbent area, may be made higher than when the entire surface of the cryopanel substrate is covered with the adsorbent.

水素排気効率は、5×10−2L/s・mm以上であってもよい。クライオパネル基材の総表面積の少なくとも10%は吸着剤欠落区域であってもよい。吸着剤の少なくとも90%が放射シールドまたはシールド開口に露出されていてもよい。 The hydrogen exhaust efficiency may be 5 × 10 −2 L / s · mm 2 or more. At least 10% of the total surface area of the cryopanel substrate may be an adsorbent missing area. At least 90% of the adsorbent may be exposed to the radiation shield or shield opening.

一実施形態に係る方法は、クライオソープションパネルの表面の一部から吸着剤を欠落させる条件のもとでパネル構造パラメタを変化させたときの最大の水素排気速度を与えるパネル構造パラメタの値を求めることと、そのパネル構造パラメタの値に基づいてクライオソープションパネル配列の構成を決定することと、を含んでもよい。パネル構造パラメタは、クライオソープションパネルの寸法を含んでもよい。   The method according to an embodiment includes a value of a panel structure parameter that gives a maximum hydrogen pumping speed when the panel structure parameter is changed under a condition that the adsorbent is missing from a part of the surface of the cryosorption panel. Determining the configuration of the cryosorption panel arrangement based on the value of the panel structure parameter. Panel structure parameters may include the dimensions of the cryosorption panel.

図1は、本発明の一実施形態に係るイオン注入装置1及びクライオポンプ10を模式的に示す図である。目標にビームを照射するためのビーム照射装置の一例としてのイオン注入装置1は、イオン源部2、質量分析器3、ビームライン部4、及びエンドステーション部5を含んで構成される。   FIG. 1 is a diagram schematically showing an ion implantation apparatus 1 and a cryopump 10 according to an embodiment of the present invention. An ion implantation apparatus 1 as an example of a beam irradiation apparatus for irradiating a target with a beam includes an ion source unit 2, a mass analyzer 3, a beam line unit 4, and an end station unit 5.

イオン源部2は、基板表面に注入されるべき元素をイオン化し、イオンビームとして引き出すように構成されている。質量分析器3は、イオン源部2の下流に設けられており、イオンビームから必要なイオンを選別するよう構成されている。   The ion source unit 2 is configured to ionize an element to be implanted into the substrate surface and extract it as an ion beam. The mass analyzer 3 is provided downstream of the ion source unit 2 and is configured to select necessary ions from the ion beam.

ビームライン部4は、質量分析器3の下流に設けられており、イオンビームを整形するレンズ系、及びイオンビームを基板に対して走査する走査システムを含む。エンドステーション部5は、ビームライン部4の下流に設けられており、イオン注入処理の対象すなわち照射目標となる基板8を保持する基板ホルダ(図示せず)、及びイオンビームに対して基板8を駆動する駆動系等を含んで構成される。ビームライン部4及びエンドステーション部5におけるビーム経路9を模式的に破線の矢印で示す。   The beam line unit 4 is provided downstream of the mass analyzer 3 and includes a lens system that shapes the ion beam and a scanning system that scans the substrate with the ion beam. The end station unit 5 is provided downstream of the beam line unit 4, and a substrate holder (not shown) that holds a substrate 8 to be subjected to ion implantation processing, that is, an irradiation target, and the substrate 8 with respect to the ion beam. A drive system for driving is included. A beam path 9 in the beam line unit 4 and the end station unit 5 is schematically indicated by broken arrows.

また、イオン注入装置1には、真空排気系6が付設されている。真空排気系6は、イオン源部2からエンドステーション部5までを所望の高真空(例えば10−5Pa程度の高真空)に保持するために設けられている。真空排気系6は、クライオポンプ10a、10b、10cを含む。 Further, the ion implantation apparatus 1 is provided with a vacuum exhaust system 6. The evacuation system 6 is provided to maintain a desired high vacuum (for example, a high vacuum of about 10 −5 Pa) from the ion source unit 2 to the end station unit 5. The vacuum exhaust system 6 includes cryopumps 10a, 10b, and 10c.

例えば、クライオポンプ10a、10bは、ビームライン部4の真空チャンバの真空排気用にビームライン部4の真空チャンバ壁面のクライオポンプ取付用開口に取り付けられている。クライオポンプ10cは、エンドステーション部5の真空チャンバの真空排気用にエンドステーション部5の真空チャンバ壁面のクライオポンプ取付用開口に取り付けられている。なお、ビームライン部4及びエンドステーション部5はそれぞれ、1つのクライオポンプ10によって排気されるように真空排気系6が構成されていてもよい。また、ビームライン部4及びエンドステーション部5がそれぞれ複数のクライオポンプ10によって排気されるように真空排気系6が構成されていてもよい。   For example, the cryopumps 10 a and 10 b are attached to the cryopump mounting opening on the vacuum chamber wall surface of the beam line unit 4 for evacuating the vacuum chamber of the beam line unit 4. The cryopump 10 c is attached to a cryopump mounting opening in the vacuum chamber wall surface of the end station unit 5 for evacuating the vacuum chamber of the end station unit 5. The beam line unit 4 and the end station unit 5 may each be configured with an evacuation system 6 so as to be evacuated by one cryopump 10. Further, the vacuum exhaust system 6 may be configured such that the beam line unit 4 and the end station unit 5 are exhausted by a plurality of cryopumps 10 respectively.

クライオポンプ10a、10bはそれぞれゲートバルブ7a、7bを介してビームライン部4に取り付けられている。クライオポンプ10cは、ゲートバルブ7cを介してエンドステーション部5に取り付けられている。なお以下では適宜、クライオポンプ10a、10b、10cを総称してクライオポンプ10と称し、ゲートバルブ7a、7b、7cを総称してゲートバルブ7と称する。イオン注入装置1の動作中はゲートバルブ7は開弁されており、クライオポンプ10による排気が行われる。クライオポンプ10を再生するときはゲートバルブ7は閉じられる。   The cryopumps 10a and 10b are attached to the beam line unit 4 via gate valves 7a and 7b, respectively. The cryopump 10c is attached to the end station unit 5 through a gate valve 7c. Hereinafter, the cryopumps 10a, 10b, and 10c are collectively referred to as the cryopump 10 and the gate valves 7a, 7b, and 7c are collectively referred to as the gate valve 7 as appropriate. During the operation of the ion implantation apparatus 1, the gate valve 7 is opened, and the cryopump 10 evacuates. When regenerating the cryopump 10, the gate valve 7 is closed.

なお、真空排気系6は、さらに、イオン源部2を高真空とするためのターボ分子ポンプ及びドライポンプを備えてもよい。また、真空排気系6は、ビームライン部4及びエンドステーション部5を大気圧からクライオポンプ10の動作開始圧まで排気するための粗引きポンプをクライオポンプ10と並列に備えてもよい。   The evacuation system 6 may further include a turbo molecular pump and a dry pump for making the ion source unit 2 high vacuum. Further, the vacuum exhaust system 6 may include a roughing pump for exhausting the beam line unit 4 and the end station unit 5 from the atmospheric pressure to the operation start pressure of the cryopump 10 in parallel with the cryopump 10.

ビームライン部4及びエンドステーション部5に存在する気体及び導入される気体がクライオポンプ10によって排気される。この被排気気体の大半は通常水素ガスである。クライオポンプ10のクライオパネルを使用してビーム経路9から水素ガスを含む被排気気体が排気される。なお被排気気体には、基板に塗布されているレジストからの放出ガス、ドーパントガス、またはイオン注入処理における副生成ガスが含まれてもよい。   The gas present in the beam line unit 4 and the end station unit 5 and the introduced gas are exhausted by the cryopump 10. Most of the exhausted gas is usually hydrogen gas. Using the cryopanel of the cryopump 10, exhausted gas including hydrogen gas is exhausted from the beam path 9. Note that the exhausted gas may include a gas released from the resist applied to the substrate, a dopant gas, or a by-product gas in the ion implantation process.

イオン注入装置1は、当該装置を制御するためのメインコントローラ11を備える。また、クライオポンプ10には、クライオポンプ10を制御するためのクライオポンプコントローラ(以下では簡潔のため「CPコントローラ」という)100が設けられている。メインコントローラ11は、CPコントローラ100を介してクライオポンプ10を統括する上位のコントローラであると言える。メインコントローラ11及びCPコントローラ100はそれぞれ、各種演算処理を実行するCPU、各種制御プログラムを格納するROM、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるRAM、入出力インターフェース、メモリ等を備える。メインコントローラ11とCPコントローラ100とは互いに通信可能に接続されている。   The ion implantation apparatus 1 includes a main controller 11 for controlling the apparatus. The cryopump 10 is provided with a cryopump controller (hereinafter referred to as a “CP controller” for simplicity) 100 for controlling the cryopump 10. It can be said that the main controller 11 is an upper controller that supervises the cryopump 10 via the CP controller 100. Each of the main controller 11 and the CP controller 100 includes a CPU that executes various arithmetic processes, a ROM that stores various control programs, a RAM that is used as a work area for data storage and program execution, an input / output interface, a memory, and the like. . The main controller 11 and the CP controller 100 are communicably connected to each other.

CPコントローラ100は、クライオポンプ10とは別体に設けられており、複数のクライオポンプ10をそれぞれ制御する。各クライオポンプ10a、10b、10cにはそれぞれ、CPコントローラ100と通信する入出力を処理するためのIOモジュール(図示せず)が設けられていてもよい。なお、CPコントローラ100は、各クライオポンプ10a、10b、10cのそれぞれに個別に設けられてもよい。   The CP controller 100 is provided separately from the cryopump 10 and controls each of the plurality of cryopumps 10. Each cryopump 10a, 10b, 10c may be provided with an IO module (not shown) for processing input / output communicating with the CP controller 100. Note that the CP controller 100 may be individually provided in each of the cryopumps 10a, 10b, and 10c.

イオン注入装置1のためのクライオポンプ10は上述のように、主として水素ガスを排気する。イオン注入装置1のイオン注入処理のスループットを高めるために、高速に水素ガスを排気することのできるクライオポンプ10が求められている。また、水素の排気効率向上、ひいては省エネルギー性に優れるクライオポンプが求められている。そこで、クライオポンプ10は、露出されたクライオソープションパネル配列14において実質的に非露出に形成されている非凝縮性気体のための吸着領域を備える。   The cryopump 10 for the ion implantation apparatus 1 mainly exhausts hydrogen gas as described above. In order to increase the throughput of the ion implantation process of the ion implantation apparatus 1, a cryopump 10 that can exhaust hydrogen gas at high speed is required. In addition, there is a demand for a cryopump that is excellent in improving the exhaust efficiency of hydrogen and thus excellent in energy saving. Therefore, the cryopump 10 includes an adsorption region for a non-condensable gas that is substantially unexposed in the exposed cryosorption panel array 14.

図2は、本発明の一実施形態に係るクライオポンプ10を模式的に示す断面図である。図3は、好ましい一実施形態に係るクライオポンプ10の上面図である。図4は、好ましい一実施形態に係るクライオポンプ10を模式的に示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the cryopump 10 according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a top view of the cryopump 10 according to a preferred embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cryopump 10 according to a preferred embodiment.

露出型のクライオパネル配列14は、その外周部と放射シールド16との間にクライオポンプ開口31に開放されるクライオポンプ内部開放空間30を形成する。開放された局所空間54がクライオパネル配列14の互いに隣接するクライオパネル50によって画定されており、その局所空間54はクライオポンプ内部開放空間30へと連続している。吸着領域は、局所空間54を囲むクライオパネル50の表面に形成されている。こうした局所空間54の開放性は吸着領域への気体の到達を促進し、クライオポンプ10による非凝縮性気体例えば水素の高速排気の実現を支援する。   The exposed cryopanel array 14 forms a cryopump internal open space 30 that is opened to the cryopump opening 31 between the outer peripheral portion and the radiation shield 16. An open local space 54 is defined by the adjacent cryopanels 50 of the cryopanel array 14, and the local space 54 is continuous to the cryopump internal open space 30. The adsorption region is formed on the surface of the cryopanel 50 surrounding the local space 54. Such openness of the local space 54 facilitates the arrival of gas to the adsorption region, and supports the realization of high-speed exhaust of non-condensable gas such as hydrogen by the cryopump 10.

開放局所空間54の少なくとも一部は隣接するクライオパネル50によってクライオポンプ開口31から遮蔽され、吸着領域はその局所空間54に収容されている。クライオポンプ開口31への吸着領域の直接の露出を避けることにより、クライオポンプ10に進入する気体に含まれる難再生気体から吸着領域は保護される。こうして、非凝縮性気体の高速排気と、難再生気体からの吸着領域の保護とを両立することができる。   At least a part of the open local space 54 is shielded from the cryopump opening 31 by the adjacent cryopanel 50, and the adsorption region is accommodated in the local space 54. By avoiding direct exposure of the adsorption region to the cryopump opening 31, the adsorption region is protected from the hardly regenerated gas contained in the gas entering the cryopump 10. In this way, both high-speed exhaust of non-condensable gas and protection of the adsorption region from hardly regenerated gas can be achieved.

クライオポンプ10は、第1の冷却温度レベルに冷却される第1のクライオパネルと、第1の冷却温度レベルよりも低温の第2の冷却温度レベルに冷却される第2のクライオパネルと、を備える。第1のクライオパネルは、第1の冷却温度レベルにおいて蒸気圧が低い気体を凝縮により捕捉する。例えば基準蒸気圧(例えば10−8Pa)よりも蒸気圧が低い気体が排気される。 The cryopump 10 includes: a first cryopanel that is cooled to a first cooling temperature level; and a second cryopanel that is cooled to a second cooling temperature level lower than the first cooling temperature level. Prepare. The first cryopanel captures a gas having a low vapor pressure at the first cooling temperature level by condensation. For example, a gas having a vapor pressure lower than a reference vapor pressure (for example, 10 −8 Pa) is exhausted.

第2のクライオパネルはソープションパネルであり、蒸気圧が高いために第2の温度レベルにおいても凝縮しない非凝縮性気体を吸着により捕捉する。そのためにパネル表面の全域または大半が吸着領域である。吸着領域は例えばパネル表面に吸着剤を設けることにより形成される。吸着剤は例えば活性炭である。吸着領域は特定の気体分子を選択的に吸着するように形成されている例えばゼオライト等の吸着剤を用いてもよいし、そのようにパネル基材に形成されている多孔質の表層であってもよい。非凝縮性気体は、第2の温度レベルに冷却された吸着領域に吸着されて排気される。非凝縮性気体は、水素を含む。第2の冷却温度レベルにおいて蒸気圧が低い気体が雰囲気に存在する場合には、ソープションパネルの吸着剤の上にまたは吸着剤のない表面の上に凝縮により捕捉される。   The second cryopanel is a sorption panel that traps non-condensable gas that does not condense even at the second temperature level by adsorption due to its high vapor pressure. Therefore, the entire or most part of the panel surface is an adsorption region. The adsorption region is formed, for example, by providing an adsorbent on the panel surface. The adsorbent is, for example, activated carbon. The adsorption region may use, for example, an adsorbent such as zeolite formed so as to selectively adsorb specific gas molecules, and is a porous surface layer formed on the panel substrate. Also good. The non-condensable gas is adsorbed in the adsorption region cooled to the second temperature level and exhausted. The non-condensable gas contains hydrogen. If a gas with a low vapor pressure is present in the atmosphere at the second cooling temperature level, it is trapped by condensation on the sorption panel adsorbent or on the non-adsorbent surface.

クライオポンプ10は、冷凍機12を備える。冷凍機12は、作動気体を吸入して内部で膨張させて吐出する熱サイクルによって寒冷を発生する。冷凍機12は、ギフォード・マクマホン式冷凍機(いわゆるGM冷凍機)である。また冷凍機12は2段式の冷凍機であり、第1段シリンダ18、第2段シリンダ20、第1冷却ステージ22、第2冷却ステージ24、及び冷凍機モータ26を有する。第1段シリンダ18と第2段シリンダ20とは直列に接続されており、互いに連結される第1段ディスプレーサ及び第2段ディスプレーサ(図示せず)がそれぞれ内蔵されている。第1段ディスプレーサ及び第2段ディスプレーサの内部には蓄冷材が組み込まれている。なお、冷凍機12は2段GM冷凍機以外の冷凍機であってもよく、例えば単段GM冷凍機を用いてもよいし、パルスチューブ冷凍機やソルベイ冷凍機を用いてもよい。   The cryopump 10 includes a refrigerator 12. The refrigerator 12 generates cold by a heat cycle in which working gas is sucked, expanded inside and discharged. The refrigerator 12 is a Gifford McMahon refrigerator (so-called GM refrigerator). The refrigerator 12 is a two-stage refrigerator, and includes a first stage cylinder 18, a second stage cylinder 20, a first cooling stage 22, a second cooling stage 24, and a refrigerator motor 26. The first-stage cylinder 18 and the second-stage cylinder 20 are connected in series, and a first-stage displacer and a second-stage displacer (not shown) that are connected to each other are incorporated therein. A regenerator material is incorporated inside the first stage displacer and the second stage displacer. The refrigerator 12 may be a refrigerator other than the two-stage GM refrigerator, for example, a single-stage GM refrigerator, or a pulse tube refrigerator or a Solvay refrigerator.

冷凍機12は、作動気体の吸入と吐出を周期的に繰り返すために作動気体の流路を周期的に切り替える流路切替機構を含む。流路切替機構は例えばバルブ部とバルブ部を駆動する駆動部とを含む。バルブ部は例えばロータリーバルブであり、駆動部はロータリーバルブを回転させるためのモータである。モータは、例えばACモータまたはDCモータであってもよい。また流路切替機構はリニアモータにより駆動される直動式の機構であってもよい。   The refrigerator 12 includes a flow path switching mechanism that periodically switches the flow path of the working gas in order to periodically suck and discharge the working gas. The flow path switching mechanism includes, for example, a valve unit and a drive unit that drives the valve unit. The valve unit is a rotary valve, for example, and the drive unit is a motor for rotating the rotary valve. The motor may be an AC motor or a DC motor, for example. The flow path switching mechanism may be a direct acting mechanism driven by a linear motor.

第1段シリンダ18の一端に冷凍機モータ26が設けられている。冷凍機モータ26は、第1段シリンダ18の端部に形成されているモータ用ハウジング27の内部に設けられている。冷凍機モータ26は、第1段ディスプレーサ及び第2段ディスプレーサのそれぞれが第1段シリンダ18及び第2段シリンダ20の内部を往復動可能とするように第1段ディスプレーサ及び第2段ディスプレーサに接続される。また、冷凍機モータ26は、モータ用ハウジング27の内部に設けられている可動バルブ(図示せず)を正逆回転可能とするように当該バルブに接続される。   A refrigerator motor 26 is provided at one end of the first stage cylinder 18. The refrigerator motor 26 is provided inside a motor housing 27 formed at the end of the first stage cylinder 18. The refrigerator motor 26 is connected to the first stage displacer and the second stage displacer so that the first stage displacer and the second stage displacer can reciprocate inside the first stage cylinder 18 and the second stage cylinder 20, respectively. Is done. The refrigerator motor 26 is connected to the movable valve (not shown) provided in the motor housing 27 so as to be able to rotate forward and reverse.

第1冷却ステージ22は、第1段シリンダ18の第2段シリンダ20側の端部すなわち第1段シリンダ18と第2段シリンダ20との連結部に設けられている。また、第2冷却ステージ24は第2段シリンダ20の末端に設けられている。第1冷却ステージ22及び第2冷却ステージ24はそれぞれ第1段シリンダ18及び第2段シリンダ20に例えばろう付けで固定される。   The first cooling stage 22 is provided at an end portion of the first stage cylinder 18 on the second stage cylinder 20 side, that is, a connecting portion between the first stage cylinder 18 and the second stage cylinder 20. The second cooling stage 24 is provided at the end of the second stage cylinder 20. The first cooling stage 22 and the second cooling stage 24 are fixed to the first stage cylinder 18 and the second stage cylinder 20 by brazing, for example.

モータ用ハウジング27の外側に設けられている気体供給口42及び気体排出口44を通じて冷凍機12は圧縮機102に接続される。冷凍機12は、圧縮機102から供給される高圧の作動気体(例えばヘリウム等)を内部で膨張させて第1冷却ステージ22及び第2冷却ステージ24に寒冷を発生させる。圧縮機102は、冷凍機12で膨張した作動気体を回収し再び加圧して冷凍機12に供給する。   The refrigerator 12 is connected to the compressor 102 through a gas supply port 42 and a gas discharge port 44 provided outside the motor housing 27. The refrigerator 12 expands a high-pressure working gas (for example, helium) supplied from the compressor 102 to generate cold in the first cooling stage 22 and the second cooling stage 24. The compressor 102 collects the working gas expanded in the refrigerator 12, pressurizes it again, and supplies it to the refrigerator 12.

具体的には、まず圧縮機102から冷凍機12に高圧の作動気体が供給される。このとき、冷凍機モータ26は、気体供給口42と冷凍機12の内部空間とを連通する状態にモータ用ハウジング27内部の可動バルブを駆動する。冷凍機12の内部空間が高圧の作動気体で満たされると、冷凍機モータ26により可動バルブが切り替えられて冷凍機12の内部空間が気体排出口44に連通される。これにより作動気体は膨張して圧縮機102へと回収される。可動バルブの動作に同期して、第1段ディスプレーサ及び第2段ディスプレーサのそれぞれが第1段シリンダ18及び第2段シリンダ20の内部を往復動する。このような熱サイクルを繰り返すことで冷凍機12は第1冷却ステージ22及び第2冷却ステージ24に寒冷を発生させる。   Specifically, first, high-pressure working gas is supplied from the compressor 102 to the refrigerator 12. At this time, the refrigerator motor 26 drives the movable valve inside the motor housing 27 so that the gas supply port 42 communicates with the internal space of the refrigerator 12. When the internal space of the refrigerator 12 is filled with high-pressure working gas, the movable valve is switched by the refrigerator motor 26 and the internal space of the refrigerator 12 is communicated with the gas discharge port 44. As a result, the working gas expands and is recovered into the compressor 102. In synchronization with the operation of the movable valve, the first stage displacer and the second stage displacer reciprocate inside the first stage cylinder 18 and the second stage cylinder 20, respectively. The refrigerator 12 generates cold in the first cooling stage 22 and the second cooling stage 24 by repeating such a heat cycle.

第2冷却ステージ24は第1冷却ステージ22よりも低温に冷却される。第2冷却ステージ24は例えば10K乃至20K程度に冷却され、第1冷却ステージ22は例えば80K乃至100K程度に冷却される。第1冷却ステージ22には第1冷却ステージ22の温度を測定するための第1温度センサ23が取り付けられており、第2冷却ステージ24には第2冷却ステージ24の温度を測定するための第2温度センサ25が取り付けられている。   The second cooling stage 24 is cooled to a lower temperature than the first cooling stage 22. The second cooling stage 24 is cooled to about 10K to 20K, for example, and the first cooling stage 22 is cooled to about 80K to 100K, for example. A first temperature sensor 23 for measuring the temperature of the first cooling stage 22 is attached to the first cooling stage 22, and a second temperature stage for measuring the temperature of the second cooling stage 24 is attached to the second cooling stage 24. A two-temperature sensor 25 is attached.

冷凍機12の第1冷却ステージ22には放射シールド16が熱的に接続された状態で固定され、冷凍機12の第2冷却ステージ24にはクライオパネルアセンブリ14が熱的に接続された状態で固定されている。このため、放射シールド16は第1冷却ステージ22と同程度の温度に冷却され、クライオパネルアセンブリ14は第2冷却ステージ24と同程度の温度に冷却される。   The radiation shield 16 is fixed to the first cooling stage 22 of the refrigerator 12 in a thermally connected state, and the cryopanel assembly 14 is thermally connected to the second cooling stage 24 of the refrigerator 12. It is fixed. Therefore, the radiation shield 16 is cooled to the same temperature as the first cooling stage 22, and the cryopanel assembly 14 is cooled to the same temperature as the second cooling stage 24.

CPコントローラ100(図1参照)はセンサ出力信号に基づいて制御出力を決定する。CPコントローラ100は例えば、冷凍機モータ26に供給されるべき電圧及び周波数を決定する。CPコントローラ100は、冷凍機モータ26に付設されるインバータ(図示せず)を制御する。冷凍機モータのインバータはCPコントローラ100からの指令によって、外部電源例えば商用電源から供給される規定の電圧及び周波数の電力を調整し冷凍機モータ26に供給する。   The CP controller 100 (see FIG. 1) determines a control output based on the sensor output signal. For example, the CP controller 100 determines the voltage and frequency to be supplied to the refrigerator motor 26. The CP controller 100 controls an inverter (not shown) attached to the refrigerator motor 26. The inverter of the refrigerator motor adjusts the power of a specified voltage and frequency supplied from an external power source, for example, a commercial power source, according to a command from the CP controller 100 and supplies the adjusted power to the refrigerator motor 26.

CPコントローラ100は例えば、クライオパネルの温度に基づいて冷凍機12を制御する。CPコントローラ100は、クライオパネルの実温度が目標温度に追従するように冷凍機12に運転指令を与える。例えば、CPコントローラ100は、第1クライオパネルの目標温度と第1温度センサ23の測定温度との偏差を最小化するようにフィードバック制御により冷凍機モータ26の運転周波数を制御する。冷凍機モータ26の運転周波数に応じて冷凍機12の熱サイクルの周波数が定まる。第1クライオパネルの目標温度は例えば、真空チャンバ80で行われるプロセスに応じて仕様として定められる。この場合、冷凍機12の第2冷却ステージ24及びクライオパネルアセンブリ14は、冷凍機12の仕様及び外部からの熱負荷によって定まる温度に冷却される。   For example, the CP controller 100 controls the refrigerator 12 based on the temperature of the cryopanel. The CP controller 100 gives an operation command to the refrigerator 12 so that the actual temperature of the cryopanel follows the target temperature. For example, the CP controller 100 controls the operating frequency of the refrigerator motor 26 by feedback control so as to minimize the deviation between the target temperature of the first cryopanel and the temperature measured by the first temperature sensor 23. The frequency of the thermal cycle of the refrigerator 12 is determined according to the operating frequency of the refrigerator motor 26. The target temperature of the first cryopanel is determined as a specification according to the process performed in the vacuum chamber 80, for example. In this case, the second cooling stage 24 and the cryopanel assembly 14 of the refrigerator 12 are cooled to a temperature determined by the specifications of the refrigerator 12 and the external heat load.

第1温度センサ23の測定温度が目標温度よりも高温である場合には、CPコントローラ100は、冷凍機モータ26の運転周波数を増加するよう指令値を出力する。モータ運転周波数の増加に連動して冷凍機12における熱サイクルの周波数も増加され、冷凍機12の第1冷却ステージ22は目標温度に向けて冷却される。逆に第1温度センサ23の測定温度が目標温度よりも低温である場合には、冷凍機モータ26の運転周波数は減少されて冷凍機12の第1冷却ステージ22は目標温度に向けて昇温される。   If the measured temperature of the first temperature sensor 23 is higher than the target temperature, the CP controller 100 outputs a command value so as to increase the operating frequency of the refrigerator motor 26. The frequency of the heat cycle in the refrigerator 12 is increased in conjunction with the increase in the motor operating frequency, and the first cooling stage 22 of the refrigerator 12 is cooled toward the target temperature. Conversely, when the temperature measured by the first temperature sensor 23 is lower than the target temperature, the operating frequency of the refrigerator motor 26 is decreased and the first cooling stage 22 of the refrigerator 12 is raised toward the target temperature. Is done.

通常は、第1冷却ステージ22の目標温度は一定値に設定される。よって、CPコントローラ100は、クライオポンプ10への熱負荷が増加したときに冷凍機モータ26の運転周波数を増加するように指令値を出力し、クライオポンプ10への熱負荷が減少したときに冷凍機モータ26の運転周波数を減少するように指令値を出力する。なお、目標温度は適宜変動させてもよく、例えば、目標とする雰囲気圧力を排気対象容積(例えば真空チャンバ80)に実現するようにクライオパネルの目標温度を逐次設定するようにしてもよい。またCPコントローラ100は、第2クライオパネルの実温度を目標温度に一致させるように冷凍機モータ26の運転周波数を制御してもよい。   Normally, the target temperature of the first cooling stage 22 is set to a constant value. Therefore, the CP controller 100 outputs a command value so as to increase the operating frequency of the refrigerator motor 26 when the thermal load on the cryopump 10 increases, and freezes when the thermal load on the cryopump 10 decreases. A command value is output so as to reduce the operating frequency of the machine motor 26. Note that the target temperature may be appropriately changed. For example, the target temperature of the cryopanel may be sequentially set so that the target atmospheric pressure is realized in the exhaust target volume (for example, the vacuum chamber 80). The CP controller 100 may control the operation frequency of the refrigerator motor 26 so that the actual temperature of the second cryopanel matches the target temperature.

典型的なクライオポンプにおいては、熱サイクルの周波数は常に一定とされている。常温からポンプ動作温度への急冷却を可能とするように比較的大きい周波数で運転するよう設定され、外部からの熱負荷が小さい場合にはヒータにより加熱することでクライオパネルの温度を調整する。よって、消費電力が大きくなる。これに対して本実施形態においては、クライオポンプ10への熱負荷に応じて熱サイクル周波数を制御するため、省エネルギー性に優れるクライオポンプを実現することができる。また、ヒータを必ずしも設ける必要がなくなることも消費電力の低減に寄与する。   In a typical cryopump, the frequency of the thermal cycle is always constant. It is set to operate at a relatively high frequency so as to enable rapid cooling from normal temperature to the pump operating temperature. When the external heat load is small, the temperature of the cryopanel is adjusted by heating with a heater. Therefore, power consumption increases. On the other hand, in this embodiment, since the thermal cycle frequency is controlled according to the thermal load on the cryopump 10, a cryopump excellent in energy saving can be realized. Further, it is not necessary to provide a heater, which contributes to reduction of power consumption.

クライオポンプ10は、クライオパネルアセンブリまたはクライオパネル構造体14を備える。クライオパネルアセンブリ14は、冷凍機12の第2冷却ステージ24により冷却される複数のクライオパネルを含む。これらのパネルは放射シールド16内で手前即ち開口側から奥へと配列されている。各クライオパネルは、シールド開口31を向く前面とシールド開口31とは反対側即ち閉塞部28を向く背面とを有する。クライオパネルアセンブリ14は、放射シールド16の側面を向くクライオパネルまたはその他の向きに向けられたクライオパネル(図示せず)を含んでもよい。パネル表面には気体を凝縮または吸着により捕捉して排気するための極低温面が形成される。クライオパネルの表面には通常、気体を吸着するための活性炭などの吸着剤が設けられる。   The cryopump 10 includes a cryopanel assembly or a cryopanel structure 14. The cryopanel assembly 14 includes a plurality of cryopanels that are cooled by the second cooling stage 24 of the refrigerator 12. These panels are arranged in the radiation shield 16 from the front, that is, from the opening side to the back. Each cryopanel has a front surface facing the shield opening 31 and a back surface facing the shield opening 31, that is, the back surface facing the closing portion 28. The cryopanel assembly 14 may include a cryopanel that faces the side of the radiation shield 16 or a cryopanel (not shown) that is oriented in another direction. A cryogenic surface for trapping and exhausting gas by condensation or adsorption is formed on the panel surface. An adsorbent such as activated carbon for adsorbing gas is usually provided on the surface of the cryopanel.

クライオパネルアセンブリ14は、その外周部と放射シールド16との間に、シールド開口31へと開放された内部空間30を形成する。クライオパネルアセンブリ14は、その少なくとも一部例えば外周部を、シールド前端33から視認可能である。図2に示すクライオポンプ10と図3及び図4に示すクライオポンプ10とはクライオパネルアセンブリ14の具体的な形態を異にする。それぞれのクライオパネルアセンブリ14の構成の詳細については後述する。   The cryopanel assembly 14 forms an internal space 30 opened to the shield opening 31 between the outer peripheral portion and the radiation shield 16. At least part of the cryopanel assembly 14, for example, the outer peripheral portion, can be visually recognized from the shield front end 33. The cryopump 10 shown in FIG. 2 differs from the cryopump 10 shown in FIGS. 3 and 4 in the specific form of the cryopanel assembly 14. Details of the configuration of each cryopanel assembly 14 will be described later.

クライオポンプ10は、放射シールド16を備える。放射シールド16は、クライオパネルアセンブリ14を周囲の輻射熱から保護するために設けられている。放射シールド16は一端にシールド開口31を有する有底の円筒状の形状に形成されている。シールド開口31は放射シールド16のシールド前端33により、例えば筒状側面の端部内面により画定される。シールド前端33は、真空チャンバ80からクライオパネルアセンブリ14へと気体を受け入れるための開口を形成する。   The cryopump 10 includes a radiation shield 16. The radiation shield 16 is provided to protect the cryopanel assembly 14 from ambient radiant heat. The radiation shield 16 is formed in a bottomed cylindrical shape having a shield opening 31 at one end. The shield opening 31 is defined by the shield front end 33 of the radiation shield 16, for example, the inner surface of the end of the cylindrical side surface. The shield front end 33 forms an opening for receiving gas from the vacuum chamber 80 to the cryopanel assembly 14.

一方、放射シールド16のシールド開口31とは反対側つまりポンプ底部側の他端には閉塞部28が形成されている。閉塞部28は、放射シールド16の円筒状側面のポンプ底部側端部において径方向内側に向けて延びるフランジ部により形成される。図2に示されるクライオポンプ10はいわゆる縦型のクライオポンプであるので、このフランジ部が冷凍機12の第1冷却ステージ22に取り付けられている。冷凍機12は放射シールド16の中心軸に沿って内部空間30に突出しており、第2冷却ステージ24は内部空間30に挿入された状態となっている。   On the other hand, a closing portion 28 is formed on the opposite side of the radiation shield 16 from the shield opening 31, that is, on the other end on the pump bottom side. The blocking portion 28 is formed by a flange portion extending radially inward at the end portion on the pump bottom side of the cylindrical side surface of the radiation shield 16. Since the cryopump 10 shown in FIG. 2 is a so-called vertical cryopump, the flange portion is attached to the first cooling stage 22 of the refrigerator 12. The refrigerator 12 projects into the internal space 30 along the central axis of the radiation shield 16, and the second cooling stage 24 is inserted into the internal space 30.

図4に示されるいわゆる横型のクライオポンプは、放射シールド16の軸方向に交差する方向(通常は直交方向、図4においては紙面の奥から手前に)に冷凍機の第2段の冷却ステージ24が挿入され配置されている。横型の場合には閉塞部28は通常完全に閉塞されている。冷凍機12は、放射シールド16の側面に形成されている冷凍機取付用の開口部から放射シールド16の中心軸に直交する方向に沿って内部空間30に突出して配置される。冷凍機12の第1冷却ステージ22は放射シールド16の冷凍機取付用開口部に取り付けられ、冷凍機12の第2冷却ステージ24は内部空間30に配置される。第2冷却ステージ24にはクライオパネルアセンブリ14が取り付けられる。こうしてクライオパネルアセンブリ14は放射シールド16の内部空間30に配置される。   The so-called horizontal cryopump shown in FIG. 4 is a second cooling stage 24 of the refrigerator in a direction crossing the axial direction of the radiation shield 16 (usually in the orthogonal direction, from the back to the front in FIG. 4). Is inserted and placed. In the case of the horizontal type, the closing portion 28 is normally completely closed. The refrigerator 12 is disposed so as to protrude into the internal space 30 along a direction orthogonal to the central axis of the radiation shield 16 from the opening for attaching the refrigerator formed on the side surface of the radiation shield 16. The first cooling stage 22 of the refrigerator 12 is attached to the opening for attaching the refrigerator of the radiation shield 16, and the second cooling stage 24 of the refrigerator 12 is disposed in the internal space 30. The cryopanel assembly 14 is attached to the second cooling stage 24. Thus, the cryopanel assembly 14 is disposed in the internal space 30 of the radiation shield 16.

また図2乃至図4に示されるように、放射シールド16のシールド開口31には、放射シールド16に熱的に接続されているバッフルまたはルーバー32が設けられている。ルーバー32と放射シールド16とは同軸に配置され、ルーバー32の外周部と放射シールド16との間には環状の開放領域35が形成されている。ルーバー32は、クライオパネルアセンブリ14とは放射シールド16の中心軸方向に間隔をおいて設けられている。なおルーバー32と真空チャンバ80との間にはゲートバルブ7(図1参照)が設けられている。   As shown in FIGS. 2 to 4, a baffle or louver 32 that is thermally connected to the radiation shield 16 is provided in the shield opening 31 of the radiation shield 16. The louver 32 and the radiation shield 16 are arranged coaxially, and an annular open region 35 is formed between the outer periphery of the louver 32 and the radiation shield 16. The louver 32 is spaced from the cryopanel assembly 14 in the central axis direction of the radiation shield 16. A gate valve 7 (see FIG. 1) is provided between the louver 32 and the vacuum chamber 80.

図3に示されるように、ルーバー32は、取付構造37により放射シールド16に取り付けられている。取付構造37は例えば90度おきに4箇所に設けられる。取付構造37は、ルーバー32を放射シールド16に機械的に固定するとともに、放射シールド16からルーバー32への伝熱経路としても機能する。   As shown in FIG. 3, the louver 32 is attached to the radiation shield 16 by an attachment structure 37. For example, the attachment structure 37 is provided at four positions every 90 degrees. The attachment structure 37 mechanically fixes the louver 32 to the radiation shield 16 and also functions as a heat transfer path from the radiation shield 16 to the louver 32.

ルーバー32は複数の羽板38から形成されており、各羽板38はそれぞれ径の異なる円すい台の側面の形状に形成されて同心円状に配列されている。図3では各羽板38の間に隙間があるが、隣接する羽板38が互いに重なり合って上から見たときに隙間のないよう各羽板38が密に配列されてもよい。各羽板38は十字形状の支持部材39に取り付けられ、この支持部材39が取付構造37に取り付けられている。ルーバー32は、真空チャンバ80側から見たときに例えば同心円状に形成されていてもよいし、あるいは格子状等他の形状に形成されていてもよい。   The louver 32 is formed of a plurality of blades 38, and each blade 38 is formed in the shape of the side surface of a truncated cone having a different diameter and arranged concentrically. In FIG. 3, there is a gap between the blades 38, but the blades 38 may be arranged closely so that there is no gap when adjacent blades 38 overlap each other when viewed from above. Each slat 38 is attached to a cross-shaped support member 39, and this support member 39 is attached to an attachment structure 37. The louver 32 may be formed, for example, concentrically when viewed from the vacuum chamber 80 side, or may be formed in another shape such as a lattice shape.

クライオポンプ10による水素排気速度が要求仕様を実現するように開放領域35の面積が設定される。具体的には例えば、ルーバー32の羽板38の枚数を変えることによりルーバー32の径を異ならせて、開放領域35の面積を調整することができる。ルーバー32によって遮蔽されていないクライオパネルアセンブリ14の露出部位例えば周縁部が開放領域35を通じて外部から視認される。   The area of the open region 35 is set so that the hydrogen pumping speed by the cryopump 10 realizes the required specification. Specifically, for example, the area of the open region 35 can be adjusted by changing the number of louvers 38 of the louver 32 to change the diameter of the louver 32. An exposed portion of the cryopanel assembly 14 that is not shielded by the louver 32, for example, a peripheral portion, is visually recognized from the outside through the open region 35.

クライオポンプ10は、ポンプケース34によって真空チャンバ80に取り付けられている。真空チャンバ80は、例えばビームライン部4またはエンドステーション部5(図1参照)の真空チャンバである。クライオポンプ10はポンプケース34のフランジ部36を介して真空チャンバ80の排気用開口に気密に固定され、真空チャンバ80の内部空間と一体の気密空間が形成される。   The cryopump 10 is attached to the vacuum chamber 80 by a pump case 34. The vacuum chamber 80 is a vacuum chamber of the beam line unit 4 or the end station unit 5 (see FIG. 1), for example. The cryopump 10 is airtightly fixed to the exhaust opening of the vacuum chamber 80 via the flange portion 36 of the pump case 34, and an airtight space integrated with the internal space of the vacuum chamber 80 is formed.

ポンプケース34は、放射シールド16、ルーバー32、クライオパネルアセンブリ14、及び冷凍機12の第1冷却ステージ22及び第2冷却ステージ24を収容する。ポンプケース34及び放射シールド16はともに円筒状に形成されており、同軸に配設されている。ポンプケース34の内径が放射シールド16の外径を若干上回っているので、放射シールド16はポンプケース34の内面との間に若干の間隔をもって配置される。   The pump case 34 accommodates the radiation shield 16, the louver 32, the cryopanel assembly 14, and the first cooling stage 22 and the second cooling stage 24 of the refrigerator 12. Both the pump case 34 and the radiation shield 16 are formed in a cylindrical shape, and are arranged coaxially. Since the inner diameter of the pump case 34 is slightly larger than the outer diameter of the radiation shield 16, the radiation shield 16 is disposed with a slight gap between the inner surface of the pump case 34.

ポンプケース34は径の異なる2つの円筒を直列に接続して形成されている。ポンプケース34の大径の円筒側端部は開放され、真空チャンバ80との接続用のフランジ部36が径方向外側へと延びて形成されている。よってポンプケース34の大径の端部は、クライオポンプの外部例えば真空チャンバ80から気体を受け入れるためのクライオポンプ開口31を画定する。ポンプケース34の小径の円筒側端部は冷凍機12のモータ用ハウジング27に固定されている。   The pump case 34 is formed by connecting two cylinders having different diameters in series. The large-diameter cylindrical side end of the pump case 34 is opened, and a flange portion 36 for connection to the vacuum chamber 80 is formed extending outward in the radial direction. Thus, the large-diameter end of the pump case 34 defines a cryopump opening 31 for receiving gas from outside the cryopump, for example from the vacuum chamber 80. A small cylindrical end portion of the pump case 34 is fixed to the motor housing 27 of the refrigerator 12.

クライオパネルアセンブリ14は放射シールド16の内部空間30に配置されている。クライオパネルアセンブリ14は、複数のクライオパネル50と、パネル取付部材52とを備える。クライオパネルアセンブリ14は、異型のまたは異径のクライオパネルの組合せを含む。   The cryopanel assembly 14 is disposed in the internal space 30 of the radiation shield 16. The cryopanel assembly 14 includes a plurality of cryopanels 50 and a panel mounting member 52. The cryopanel assembly 14 includes a combination of atypical or different diameter cryopanels.

パネル取付部材52は、設計されたパネルレイアウトに従って複数のクライオパネル50を固定的に配列し、冷凍機12の第2冷却ステージ24から各クライオパネル50への伝熱経路を構成する要素である。パネル取付部材52は例えば、第2冷却ステージ24への取付のため底面と、複数のクライオパネル50を固定するための側面と、を有する部材である。パネル取付部材52は、その底面がポンプ開放側に向けられて、側面が第2冷却ステージ24を囲んでいる。   The panel attachment member 52 is an element that constitutes a heat transfer path from the second cooling stage 24 of the refrigerator 12 to each of the cryopanels 50 in a fixed arrangement according to the designed panel layout. The panel attachment member 52 is, for example, a member having a bottom surface for attachment to the second cooling stage 24 and a side surface for fixing the plurality of cryopanels 50. The panel mounting member 52 has a bottom surface directed toward the pump opening side and a side surface surrounding the second cooling stage 24.

複数のクライオパネル50は、シールド開口31に近い手前から奥へと配列されている。各クライオパネル50は放射シールド16の側面に向けて互いに平行に延びている。クライオパネル50は隣接するクライオパネルの間隔は等しくされて均等に配列されている。複数のクライオパネル50は、複数の大型のクライオパネルと複数の小型のクライオパネルとを含む。図3及び図4に示す一実施例では、更に大型の複数のクライオパネルが含まれる。小型のクライオパネルは、大型のクライオパネルの外形に包摂される形状を有する。クライオパネル外周端は、シールド中心軸から開放空間30へ向けて放射方向に突き出している。クライオパネル外周端と放射シールド16の側面との間に開放空間30が広がっており、開放空間30はルーバー32の周囲の開放領域35へと直接に連続している。   The plurality of cryopanels 50 are arranged from the near side to the back side near the shield opening 31. Each cryopanel 50 extends parallel to each other toward the side surface of the radiation shield 16. The cryopanels 50 are arranged evenly with equal intervals between adjacent cryopanels. The plurality of cryopanels 50 include a plurality of large cryopanels and a plurality of small cryopanels. The embodiment shown in FIGS. 3 and 4 includes a plurality of larger cryopanels. The small cryopanel has a shape included in the outer shape of the large cryopanel. The outer peripheral edge of the cryopanel protrudes radially from the shield central axis toward the open space 30. An open space 30 extends between the outer peripheral edge of the cryopanel and the side surface of the radiation shield 16, and the open space 30 continues directly to the open area 35 around the louver 32.

以下ではクライオポンプ開口31に面するクライオパネルをトップパネルと呼ぶことがある。つまり、クライオポンプ開口31に最も近いクライオパネルがトップパネルである。図2においてはトップパネルが大型のクライオパネルであるが、図4に示すようにトップパネルは小型のクライオパネルであってもよい。また、トップパネルは1枚のクライオパネルであってもよいし、クライオポンプ開口31に最も近いいくつかのクライオパネルを総称するものであってもよい。   Hereinafter, the cryopanel facing the cryopump opening 31 may be referred to as a top panel. That is, the cryopanel closest to the cryopump opening 31 is the top panel. Although the top panel is a large cryopanel in FIG. 2, the top panel may be a small cryopanel as shown in FIG. Further, the top panel may be a single cryopanel, or may be a collective term for several cryopanels closest to the cryopump opening 31.

図2に示す一実施例においては、大型のクライオパネルと小型のクライオパネルとが互いに間隔をあけて交互に配列されている。すなわち、大型のクライオパネルに小型のクライオパネルが隣接しており、その小型のクライオパネルに次の大型のクライオパネルが隣接している。大型のクライオパネルの外周端は、小型のクライオパネルの外周端よりも放射シールド16に近接する位置まで延びている。ルーバー32は大型のクライオパネルと小型のクライオパネルとの中間のサイズを有してもよい。   In the embodiment shown in FIG. 2, large cryopanels and small cryopanels are alternately arranged with a space therebetween. That is, a small cryopanel is adjacent to a large cryopanel, and the next large cryopanel is adjacent to the small cryopanel. The outer peripheral end of the large cryopanel extends to a position closer to the radiation shield 16 than the outer peripheral end of the small cryopanel. Louver 32 may have an intermediate size between a large cryopanel and a small cryopanel.

一方、図3及び図4に示す好ましい一実施例においては、クライオパネルアセンブリ14の複数のクライオパネル50はその寸法によって複数のグループに区分けされ、そのグループが放射シールド16の手前から奥へと配列されている。   On the other hand, in a preferred embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the plurality of cryopanels 50 of the cryopanel assembly 14 are divided into a plurality of groups according to their dimensions, and the groups are arranged from the front side to the back side of the radiation shield 16. Has been.

本実施例においてはシールド開口31に近いほうから順に第1から第3の3つのグループに分けられており、奥にあるグループほど大型である。そこで、第1グループのクライオパネルをトップパネルまたは小型クライオパネル60と、第2グループのクライオパネルを中間パネルまたは中型クライオパネル62と、第3グループのクライオパネルを下側パネルまたは大型クライオパネル64と、以下では適宜称する。なお本実施例においては3つのグループに分けられているが、クライオパネルアセンブリ14は2つのグループを備えてもよいし、3より多くのグループを備えてもよい。   In the present embodiment, the first to third groups are divided in order from the side closer to the shield opening 31, and the larger the group is, the larger the group is. Therefore, the first group cryopanel is a top panel or small cryopanel 60, the second group cryopanel is an intermediate panel or medium cryopanel 62, and the third group cryopanel is a lower panel or large cryopanel 64. Hereinafter, it will be referred to as appropriate. Although the cryopanel assembly 14 may include two groups in the present embodiment, the cryopanel assembly 14 may include two groups or more than three groups.

各グループは少なくとも1つのクライオパネルを含み、好ましくは各グループが複数のクライオパネルを含む。一実施例においては、各グループが2枚乃至5枚のクライオソープションパネルを有し、クライオパネルアセンブリ14は合計で8枚乃至14枚のクライオソープションパネルを有する。図4においては、小型クライオパネル60、中型クライオパネル62、大型クライオパネル64はそれぞれ、3枚、4枚、3枚である。   Each group includes at least one cryopanel, and preferably each group includes a plurality of cryopanels. In one embodiment, each group has 2 to 5 cryosorption panels, and the cryopanel assembly 14 has a total of 8 to 14 cryosorption panels. In FIG. 4, there are three, four, and three small cryopanels 60, medium cryopanels 62, and large cryopanels 64, respectively.

中型クライオパネル62は、小型クライオパネル60に対しシールド開口31とは反対側に配設されている。大型クライオパネル64は、中型クライオパネル62に対しシールド開口31とは反対側に配設されている。中型クライオパネル62の外周部は小型クライオパネル60に平行にかつ小型クライオパネル60の外周部よりも放射シールド16に近接する位置まで延びている。大型クライオパネル64の外周部は中型クライオパネル62に平行にかつ中型クライオパネル62の外周部よりも放射シールド16に近接する位置まで延びている。図3に示されるように、ルーバー32は小型クライオパネル60(図3に破線で示す)と中型クライオパネル62との中間のサイズを有してもよい。   The medium cryopanel 62 is disposed on the side opposite to the shield opening 31 with respect to the small cryopanel 60. The large cryopanel 64 is disposed on the side opposite to the shield opening 31 with respect to the medium cryopanel 62. The outer periphery of the medium cryopanel 62 extends in parallel to the small cryopanel 60 and to a position closer to the radiation shield 16 than the outer periphery of the small cryopanel 60. The outer periphery of the large cryopanel 64 extends in parallel with the medium cryopanel 62 and to a position closer to the radiation shield 16 than the outer periphery of the medium cryopanel 62. As shown in FIG. 3, the louver 32 may have an intermediate size between the small cryopanel 60 (shown by a broken line in FIG. 3) and the medium cryopanel 62.

一実施例においては、各クライオパネル50は円板形状を有する。この場合、複数のクライオパネル50は、大径の円板パネルと小径の円板パネルとその中間の径の円板パネルとを含む。ルーバー32は、中間径の円板パネルと小径の円板パネルとの中間の径を有する円板状のルーバーであってもよい。図2に示す実施例においては、ルーバー32は、大径の円板パネルと小径の円板パネルとの中間の径を有する円板状のルーバーであってもよい。   In one embodiment, each cryopanel 50 has a disk shape. In this case, the plurality of cryopanels 50 include a large-diameter disk panel, a small-diameter disk panel, and an intermediate-diameter disk panel. The louver 32 may be a disk-shaped louver having an intermediate diameter between an intermediate-diameter disk panel and a small-diameter disk panel. In the embodiment shown in FIG. 2, the louver 32 may be a disk-shaped louver having an intermediate diameter between a large-diameter disk panel and a small-diameter disk panel.

複数のクライオソープションパネル50の各々は、シールド開口31またはルーバー32を向く前面とその反対側である閉塞部28を向く背面とを含む例えば金属のプレートである。プレートの表面に活性炭が接着されて吸着領域が形成されている。前面と背面の合計面積の例えば少なくとも50%は吸着領域であり、残りの多くとも50%は非吸着領域である。非吸着領域は吸着剤が設けられていないプレートの金属面が露出された吸着剤欠落区域である。こうした吸着剤欠落区域は凝縮領域として機能しうる。   Each of the plurality of cryosorption panels 50 is, for example, a metal plate including a front surface facing the shield opening 31 or the louver 32 and a back surface facing the closing portion 28 on the opposite side. Activated carbon is adhered to the surface of the plate to form an adsorption region. For example, at least 50% of the total area of the front surface and the back surface is an adsorption region, and the remaining 50% is a non-adsorption region. The non-adsorption region is an adsorbent missing area where the metal surface of the plate on which no adsorbent is provided is exposed. Such an adsorbent missing area can function as a condensation area.

各クライオパネル50の背面全域が吸着領域であり、クライオパネル50の前面の少なくとも一部も吸着領域であってもよい。最上部のクライオパネルは背面のみが吸着領域を有してもよい。図2に示す一実施例においては例えば、最上部のクライオパネルを除く下方のクライオパネル50のうち少なくとも大型クライオパネルの前面は中心部が吸着領域であり、その外側が非吸着領域または凝縮領域であってもよい。それら下方のクライオパネル50のうち小型クライオパネルの前面は全域が吸着領域であってもよい。最下方にあるいくつかの大型クライオパネルの前面も全域が吸着領域であってもよい。   The entire rear surface of each cryopanel 50 may be an adsorption region, and at least a part of the front surface of the cryopanel 50 may also be an adsorption region. Only the back surface of the uppermost cryopanel may have an adsorption region. In one embodiment shown in FIG. 2, for example, at least the front surface of the large cryopanel among the lower cryopanels 50 excluding the uppermost cryopanel is an adsorption region at the center, and the outside is a non-adsorption region or a condensation region. There may be. The entire front surface of the small cryopanel among the cryopanels 50 below may be an adsorption region. The entire front surface of some large cryopanels at the bottom may be an adsorption region.

吸着領域と非吸着領域との境界、言い替えれば吸着剤の欠落区域と存在区域との境界は、クライオパネルの前面に投射される視線の軌跡によって定めてもよい。この視線は、その1つ手前のクライオパネルの外周端へシールド前端33から引かれる直線である。つまり、その視線とパネル前面との交差した線が境界線となる。その境界線の内側に吸着領域が形成され、好ましくは境界内側は吸着領域が占有する。また、凝縮領域は境界外側の区域を包含し、好ましくは境界外側に限定される。このようにして、クライオパネル50の前面の外周部が吸着領域と凝縮領域とに区分されている。   The boundary between the adsorption area and the non-adsorption area, in other words, the boundary between the adsorbent missing area and the existence area may be determined by the locus of the line of sight projected on the front surface of the cryopanel. This line of sight is a straight line drawn from the shield front end 33 to the outer peripheral end of the immediately preceding cryopanel. That is, the line where the line of sight intersects with the front surface of the panel is the boundary line. An adsorption region is formed inside the boundary line, and preferably, the adsorption region occupies the inside of the boundary. In addition, the condensation region includes a region outside the boundary, and is preferably limited to the outside of the boundary. In this way, the outer peripheral portion of the front surface of the cryopanel 50 is divided into the adsorption region and the condensation region.

図5は、図4に示すクライオポンプに関しクライオパネル50に形成される吸着領域を説明するための図である。図5に破線の矢印で、シールド前端33からの第1視線70と第2視線72とを説明のために例示する。第1視線70は、シールド開口31またはシールド前端33から最も離れた小型クライオパネル60の外側末端への視線である。第2視線72は、シールド開口31またはシールド前端33に最も近い中型クライオパネル62の外側末端への視線である。上述のように、シールド開口31から最も離れた小型クライオパネル60とシールド開口31に最も近い中型クライオパネル62とは隣接している。   FIG. 5 is a view for explaining an adsorption region formed on the cryopanel 50 with respect to the cryopump shown in FIG. In FIG. 5, the first line of sight 70 and the second line of sight 72 from the shield front end 33 are illustrated for the sake of explanation by dashed arrows. The first line of sight 70 is a line of sight to the outer end of the small cryopanel 60 farthest from the shield opening 31 or the shield front end 33. The second line of sight 72 is a line of sight to the outer end of the medium-sized cryopanel 62 closest to the shield opening 31 or the shield front end 33. As described above, the small cryopanel 60 farthest from the shield opening 31 and the medium cryopanel 62 closest to the shield opening 31 are adjacent to each other.

シールド開口31に最も近い中型クライオパネル62の前面における第1視線70の軌跡が、その中型クライオパネル62の前面における吸着領域74と凝縮領域78との境界84を与える。また、シールド開口31に二番目に近い中型クライオパネル62の前面における第2視線72の軌跡が、その中型クライオパネル62の前面における吸着領域76と凝縮領域82との境界86を与える。同様にして、残りの中型クライオパネル62、小型クライオパネル60、及び大型クライオパネル64についても吸着領域と凝縮領域との境界を決めることができる。   The locus of the first line of sight 70 on the front surface of the medium-sized cryopanel 62 closest to the shield opening 31 provides a boundary 84 between the adsorption region 74 and the condensation region 78 on the front surface of the medium-sized cryopanel 62. The locus of the second line of sight 72 on the front surface of the medium cryopanel 62 second closest to the shield opening 31 provides a boundary 86 between the adsorption region 76 and the condensation region 82 on the front surface of the medium cryopanel 62. Similarly, the boundary between the adsorption region and the condensation region can be determined for the remaining medium-sized cryopanel 62, small-sized cryopanel 60, and large-sized cryopanel 64.

図6は、図4及び図5に示すクライオポンプ10に関しクライオパネル50のパネル前面を示す上面図である。クライオパネル50にはパネル取付部材52への取付のために、外周の一部分から中心部へと切欠部88が形成されている。図6には一例として、図5の第2視線72によって決められた境界線86を示す。シールド開口31及びクライオパネル50が円形であることに対応して、境界線86もパネル前面で円を描く。この場合、境界線86は吸着剤の貼付限界半径を表す。貼付限界半径の内側全域に吸着剤を接着することにより、シールド開口31から見て吸着剤を露出させることなく最も多くの吸着剤をパネル前面に搭載することができる。   FIG. 6 is a top view showing the front panel of the cryopanel 50 with respect to the cryopump 10 shown in FIGS. 4 and 5. The cryopanel 50 is provided with a notch 88 from a part of the outer periphery to the center for attachment to the panel attachment member 52. FIG. 6 shows a boundary line 86 determined by the second line of sight 72 of FIG. 5 as an example. Corresponding to the fact that the shield opening 31 and the cryopanel 50 are circular, the boundary line 86 also draws a circle on the front surface of the panel. In this case, the boundary line 86 represents the sticking limit radius of the adsorbent. By adsorbing the adsorbent over the entire area inside the sticking limit radius, the most adsorbent can be mounted on the front surface of the panel without exposing the adsorbent as viewed from the shield opening 31.

図7は、図6に示すクライオパネル50の背面を示す図である。上述のようにパネル背面は全域に吸着剤を接着してもよいし、図7に示されるように背面外周端をわずかに空けてもよい。こうした幅狭の吸着剤欠落区域は、例えば、接着される吸着剤例えば活性炭の粒の高さを考慮して、シールド開口31に露出されないことを確実にするために設けてもよい。   FIG. 7 is a view showing the back surface of the cryopanel 50 shown in FIG. As described above, the adsorbent may be adhered to the entire area of the panel rear surface, or the outer peripheral edge of the rear surface may be slightly opened as shown in FIG. Such a narrow adsorbent missing area may be provided to ensure that it is not exposed to the shield opening 31 in view of, for example, the height of the adsorbent to be adhered, such as activated carbon particles.

このようにして、クライオソープションパネル50には吸着剤欠落区域が吸着剤存在区域と共通の面に形成されている。共通の面は例えば平面であり、より具体的には、パネル前面またはパネル背面である。吸着剤欠落区域は、クライオコンデンセイションのためにクライオパネル基材表面例えば金属面が露出されている。吸着剤欠落区域は、クライオポンプ開口31を通じて視認される周縁露出部位にある。   In this way, the cryosorption panel 50 has an adsorbent missing area formed on the same surface as the adsorbent existing area. The common surface is, for example, a flat surface, and more specifically, the front surface of the panel or the back surface of the panel. In the adsorbent missing area, the surface of the cryopanel substrate, for example, a metal surface is exposed for cryocondensation. The adsorbent missing area is located at the exposed peripheral portion visually recognized through the cryopump opening 31.

クライオパネル50に接着されている活性炭の粒は例えば円柱形状に成形されている。多数の活性炭の粒がクライオパネル50の表面に密に並べられた状態で不規則な配列で接着されている。なお吸着剤の形状は円柱形状でなくてもよく、例えば球状やその他の成形された形状、あるいは不定形状であってもよい。吸着剤のパネル上での配列は規則的配列であっても不規則な配列であってもよい。   The activated carbon particles adhered to the cryopanel 50 are formed in a cylindrical shape, for example. A large number of activated carbon particles are adhered in an irregular arrangement in a state of being closely arranged on the surface of the cryopanel 50. The shape of the adsorbent may not be a cylindrical shape, and may be, for example, a spherical shape, other shaped shapes, or an indefinite shape. The arrangement of the adsorbent on the panel may be a regular arrangement or an irregular arrangement.

図2及び図4の実施例においては、複数のクライオパネル50の前面と背面の合計面積の少なくとも60%または少なくとも70%が吸着剤に覆われている。好ましくは、少なくとも上方(開口側)のクライオパネル50の中心部を吸着剤存在区域にすることにより、複数のクライオパネル50の前面と背面の合計面積の多くとも90%または多くとも80%が吸着剤に覆われている。複数のクライオパネル50の前面と背面の合計面積の65〜85%が吸着剤に覆われていてもよい。   2 and 4, at least 60% or at least 70% of the total area of the front and back surfaces of the plurality of cryopanels 50 is covered with the adsorbent. Preferably, at least 90% or at most 80% of the total area of the front surface and the back surface of the plurality of cryopanels 50 is adsorbed by making the adsorbent presence area at least the center (opening side) of the cryopanel 50. Covered with agent. 65 to 85% of the total area of the front and back surfaces of the plurality of cryopanels 50 may be covered with the adsorbent.

また、図2及び図4の実施例においては、複数のクライオパネル50の前面と背面の合計面積の多くとも40%または多くとも30%は吸着剤の欠落した区域である。好ましくは、少なくとも上方(開口側)のクライオパネル50の外周部を吸着剤欠落区域にすることにより、複数のクライオパネル50の前面と背面の合計面積の少なくとも10%または少なくとも20%が吸着剤欠落区域である。複数のクライオパネル50の前面と背面の合計面積の15〜35%が吸着剤欠落区域であってもよい。   In the embodiment of FIGS. 2 and 4, at most 40% or at most 30% of the total area of the front and back surfaces of the plurality of cryopanels 50 is the area where the adsorbent is missing. Preferably, at least 10% or at least 20% of the total area of the front surface and the back surface of the plurality of cryopanels 50 is missing the adsorbent by making the outer peripheral portion of the cryopanel 50 at the upper side (opening side) at least an adsorbent missing area Is an area. 15 to 35% of the total area of the front surface and the back surface of the plurality of cryopanels 50 may be an adsorbent missing area.

特に、中型クライオパネル62を含むクライオパネルアセンブリ14においては、中型クライオパネル62の総表面積の少なくとも60%または少なくとも70%が吸着剤に覆われていることが好ましい。中型クライオパネル62の各パネルの各面について少なくとも60%または少なくとも70%が吸着剤に覆われていてもよい。各パネルの両面について、または複数パネルの合計として、少なくとも60%または少なくとも70%が吸着剤に覆われていてもよい。また、外周部を吸着剤欠落区域にすることにより、中型クライオパネル62の総表面積の90%以下または80%以下が吸着剤に覆われていることが好ましい。より好ましくは、中型クライオパネル62は65〜85%の吸着剤被覆率を有する。   In particular, in the cryopanel assembly 14 including the medium-sized cryopanel 62, it is preferable that at least 60% or at least 70% of the total surface area of the medium-sized cryopanel 62 is covered with the adsorbent. At least 60% or at least 70% of each surface of each panel of the medium-sized cryopanel 62 may be covered with the adsorbent. At least 60% or at least 70% may be covered with the adsorbent on both sides of each panel or as the sum of multiple panels. Moreover, it is preferable that 90% or less or 80% or less of the total surface area of the medium-sized cryopanel 62 is covered with the adsorbent by making the outer peripheral portion an adsorbent-deficient area. More preferably, the medium-sized cryopanel 62 has an adsorbent coverage of 65 to 85%.

この場合、小型クライオパネル60は中型クライオパネル62に等しいかまたは中型クライオパネル62よりも小さい吸着剤被覆率を有することが好ましい。例えば小型クライオパネル60は50〜65%の吸着剤被覆率を有することが好ましい。大型クライオパネル64は中型クライオパネル62に等しいかまたは中型クライオパネル62よりも大きい吸着剤被覆率を有することが好ましい。例えば大型クライオパネル64は85〜100%の吸着剤被覆率を有することが好ましい。大型クライオパネル64は両面全域が吸着剤で覆われていてもよい。   In this case, the small cryopanel 60 preferably has an adsorbent coverage that is equal to or smaller than that of the medium cryopanel 62. For example, the small cryopanel 60 preferably has an adsorbent coverage of 50 to 65%. The large cryopanel 64 preferably has an adsorbent coverage that is equal to or greater than the medium cryopanel 62. For example, the large cryopanel 64 preferably has an adsorbent coverage of 85 to 100%. The large cryopanel 64 may be covered on both sides with an adsorbent.

図8及び図9は、本発明の一実施形態に係るクライオパネルアセンブリ14の吸着剤欠落率または被覆率の一例を示すテーブルである。小型クライオパネル60、中型クライオパネル62、及び大型クライオパネル64のそれぞれについて吸着剤の欠落率及び被覆率を示す。個別のプレートと、グループの合計との両方について欠落率及び被覆率を示す。図8は前面と背面のそれぞれについて示し、図9は前面と背面との合計を示す。   8 and 9 are tables showing an example of an adsorbent missing rate or a coverage rate of the cryopanel assembly 14 according to an embodiment of the present invention. The adsorbent missing rate and coverage rate are shown for each of the small cryopanel 60, the medium cryopanel 62, and the large cryopanel 64. The missing and covered rates are shown for both the individual plates and the group total. FIG. 8 shows each of the front and back surfaces, and FIG. 9 shows the sum of the front and back surfaces.

図8及び図9においては、小型クライオパネル60、中型クライオパネル62、大型クライオパネル64をそれぞれ1群、2群、3群と表記している。本実施例では、1群、2群、3群はそれぞれ3枚、4枚、3枚のプレートを含み、合計10枚のプレートを含む。これらのプレートが図4に示されるクライオパネルアセンブリ14と同様に配列されている。図8ではそれぞれをプレート番号1から番号10を付して表している。   In FIGS. 8 and 9, the small cryopanel 60, the medium cryopanel 62, and the large cryopanel 64 are referred to as a first group, a second group, and a third group, respectively. In this embodiment, the first group, the second group, and the third group include three plates, four plates, and three plates, respectively, and a total of 10 plates are included. These plates are arranged in the same manner as the cryopanel assembly 14 shown in FIG. In FIG. 8, plate numbers 1 to 10 are assigned respectively.

この実施例では、各プレートは金属であり吸着剤は粒状の活性炭であり、活性炭が金属面に接着剤で接着されている。よって、図8に示される金属部の面積はプレートの前面及び背面それぞれの面積を表す。活性炭部の面積は、その表面に活性炭が設けられていない場合にはゼロであり、表面全域が活性炭に覆われている場合には金属部の面積に等しく、活性炭を欠落した区域がある場合にはそれらの中間の値となる。金属部の面積に占める活性炭部の面積の比率が被覆率であり、金属部の面積に占める残りの面積の比率が欠落率である。   In this embodiment, each plate is a metal, the adsorbent is granular activated carbon, and the activated carbon is bonded to the metal surface with an adhesive. Therefore, the area of the metal part shown in FIG. 8 represents the area of each of the front surface and the back surface of the plate. The area of the activated carbon part is zero when activated carbon is not provided on the surface, and is equal to the area of the metal part when the entire surface is covered with activated carbon, and there is an area where activated carbon is missing. Is an intermediate value between them. The ratio of the area of the activated carbon part to the area of the metal part is the coverage, and the ratio of the remaining area to the area of the metal part is the missing rate.

なお、小型クライオパネル60の3枚のプレートはいずれも同径である。1群の最も開口に近いトッププレート(プレート番号1)のほうがその直下のプレート(プレート番号2、3)よりも面積が大きいのは、プレート番号2、3が図6に示すように切欠部88を有するのに対し、トッププレートは有しないからである。つまり切欠部88に相当する面積だけトッププレートのほうが面積が大きくなっている。   Note that the three plates of the small cryopanel 60 all have the same diameter. The top plate (plate number 1) closest to the opening of a group has a larger area than the plate (plate numbers 2 and 3) immediately below it, as shown in FIG. This is because the top plate is not provided. That is, the area of the top plate is larger by the area corresponding to the notch 88.

プレートの前面については、図6に示す実施例と同様に、プレート前面と、その手前側の隣接プレート末端へのシールド前端33からの視線との交差により定まる境界の内側に活性炭が接着されている。しかし、1群の最も開口に近いトッププレート(プレート番号1)の前面には活性炭は設けられておらず、金属面が露出されている。その直下のプレート(プレート番号2)についても、前面に活性炭は設けられておらず金属面が露出されている。シールド前端33からの視線とプレート面とが交わらないためである(即ち前面全域がシールド前端33から見える)。   As for the front surface of the plate, as in the embodiment shown in FIG. 6, activated carbon is adhered to the inside of the boundary determined by the intersection of the front surface of the plate and the line of sight from the shield front end 33 to the end of the adjacent plate on the near side. . However, activated carbon is not provided on the front surface of the top plate (plate number 1) closest to the opening of the group, and the metal surface is exposed. The plate directly below (plate number 2) is also not exposed to activated carbon on the front surface and has a metal surface exposed. This is because the line of sight from the shield front end 33 does not intersect the plate surface (that is, the entire front surface is visible from the shield front end 33).

視線により定まる境界の内側の全域を活性炭が占有しているのは、1群の最も開口から遠いプレート(プレート番号3)、2群の最も開口に近いプレート(プレート番号4)、2群の2番目に開口に近いプレート(プレート番号5)、3群の最も開口に近いプレート(プレート番号8)、3群の2番目に開口に近いプレート(プレート番号9)である。   The activated carbon occupies the entire area inside the boundary determined by the line of sight. The plate farthest from the first group (plate number 3), the plate closest to the second group (plate number 4), and the second group 2 The plate closest to the opening (plate number 5), the plate closest to the opening of the third group (plate number 8), and the plate of the third group closest to the opening (plate number 9).

製作上の効率性から、2群の2枚の下方のプレート(プレート番号6、7)は、その直上のプレート(プレート番号5)と同一とし、3群の最下方のプレート(プレート番号10)は、その直上のプレート(プレート番号9)と同一としている。よって、これらのプレートは、視線により定まる境界よりも若干内側に、実際の活性炭部の外周がある。これらのプレートについても、視線により定まる境界と実際の活性炭部の外周とを一致させて活性炭部をいくらか広くしてもよい。   From the viewpoint of production efficiency, the two lower plates (plate numbers 6 and 7) in the second group are the same as the plates directly above (plate number 5), and the lowermost plates in the third group (plate number 10). Is the same as the plate immediately above (plate number 9). Therefore, these plates have the actual outer periphery of the activated carbon portion slightly inside the boundary determined by the line of sight. Also for these plates, the activated carbon portion may be somewhat widened by matching the boundary determined by the line of sight with the actual outer periphery of the activated carbon portion.

プレートの背面については、図7に示す実施例とは異なり、外周端に活性炭欠落区域を設けずに全域に活性炭を接着している。よって、背面の金属部面積と活性炭部面積とは等しくなっている。   Regarding the back surface of the plate, unlike the embodiment shown in FIG. 7, the activated carbon is bonded to the entire area without providing the activated carbon missing area at the outer peripheral end. Therefore, the metal part area on the back surface and the activated carbon part area are equal.

図9に示される各群の小計を見ると、活性炭被覆率は1群が50%、2群が77%、3群が87%であり、段階的に大きくなっている。クライオパネルアセンブリ14の全体では、活性炭被覆率は76%である。   When the subtotal of each group shown in FIG. 9 is seen, the activated carbon coverage is 50% for the first group, 77% for the second group, and 87% for the third group, and increases in stages. In the entire cryopanel assembly 14, the activated carbon coverage is 76%.

図2及び図4に示されるように、隣接する2つのクライオパネル50の一方の背面と他方の前面とが放射シールド16の側面に向けて平行に延びており、その間に開放部分54が形成されている。開放部分54は、放射シールド16に向けられており、開放空間30に連続する。開放部分54の外周側は、開放空間30に連続する気体の入口であり、開放部分54の内周側は、隣接する2つのクライオパネル50とパネル取付部材52とによって閉塞されている。   As shown in FIGS. 2 and 4, one back surface and the other front surface of two adjacent cryopanels 50 extend in parallel toward the side surface of the radiation shield 16, and an open portion 54 is formed therebetween. ing. The open part 54 is directed to the radiation shield 16 and is continuous with the open space 30. The outer peripheral side of the open portion 54 is an inlet for a gas continuous to the open space 30, and the inner peripheral side of the open portion 54 is closed by two adjacent cryopanels 50 and a panel mounting member 52.

開放部分54の深さが隣接する2つのクライオパネル50の間隔よりも大きくなるように、クライオパネル50はシールド中心軸方向に密集して配列されている。開放部分54の「深さ」は、クライオパネル50の面内方向の長さであり、クライオパネル外周端からパネル取付部材52までの距離である。隣接する2つのクライオパネル50の大きさが異なる場合には、小さいほうのクライオパネル外周端からパネル取付部材52までの距離が開放部分54の深さである。こうした密集パネル配列によって、より多くの吸着剤をクライオポンプ内部の限られた空間に搭載することができる。   The cryopanels 50 are densely arranged in the shield central axis direction so that the depth of the open portion 54 is larger than the interval between two adjacent cryopanels 50. The “depth” of the open portion 54 is the length in the in-plane direction of the cryopanel 50 and is the distance from the outer peripheral edge of the cryopanel to the panel mounting member 52. When the sizes of two adjacent cryopanels 50 are different, the distance from the outer peripheral end of the smaller cryopanel to the panel mounting member 52 is the depth of the open portion 54. With such a dense panel arrangement, more adsorbents can be mounted in a limited space inside the cryopump.

開放部分54を囲むクライオパネル50の表面に吸着領域が形成されているので、少なくとも90%の吸着剤が、好ましくは実質的にすべての吸着剤が、放射シールド16またはシールド開口31に向けて露出されている。クライオポンプ10へと向けて飛来する気体分子はルーバー32の周囲の開放領域35を通過して内部開放空間30へと進入する。水素等の非凝縮性気体はシールド面またはパネル面で反射されて開放部分54へと進入し、吸着剤へと到達する。開放領域35から開放空間30を通じて開放部分54へと続くクライオポンプ内部の開放性は外部から吸着領域への気体の到達を促進する。こうして、少なくとも30%という高い水素捕捉確率を有するクライオポンプ10が実現される。   Since an adsorption region is formed on the surface of the cryopanel 50 surrounding the open portion 54, at least 90% of the adsorbent, preferably substantially all of the adsorbent, is exposed towards the radiation shield 16 or the shield opening 31. Has been. The gas molecules flying toward the cryopump 10 pass through the open area 35 around the louver 32 and enter the internal open space 30. Non-condensable gas such as hydrogen is reflected by the shield surface or panel surface, enters the open portion 54, and reaches the adsorbent. The openness inside the cryopump that continues from the open area 35 to the open portion 54 through the open space 30 facilitates the arrival of gas from the outside to the adsorption area. Thus, a cryopump 10 having a high hydrogen capture probability of at least 30% is realized.

水素捕捉確率は、クライオポンプ10と同一の口径を有する(即ちクライオポンプ開口面積が同一である)クライオポンプにおける理論上の最大の水素排気速度に対する実際の水素排気速度の比で与えられる。クライオポンプの実際の水素排気速度は、公知のモンテカルロシミュレーションにより求めることができる。   The hydrogen capture probability is given by the ratio of the actual hydrogen pumping speed to the theoretical maximum hydrogen pumping speed in a cryopump having the same diameter as the cryopump 10 (that is, the cryopump opening area is the same). The actual hydrogen pumping speed of the cryopump can be obtained by a known Monte Carlo simulation.

また、理論上の水素排気速度はその開口についての分子流のコンダクタンスに等しいとみなすことができる。水素のコンダクタンスC(水素)は、20℃空気のコンダクタンスC(20℃空気)から次式で求められる。   Also, the theoretical hydrogen pumping speed can be regarded as being equal to the conductance of the molecular flow about the opening. The conductance C (hydrogen) of hydrogen is obtained from the conductance C (20 ° C. air) of 20 ° C. air by the following equation.

Figure 0005460644
Figure 0005460644

ここで、Tは水素ガスの温度(K)であり、Mは水素の分子量(即ちM=2)である。20℃空気のコンダクタンスC(20℃空気)は、開口面積A(m)に比例し、C(20℃空気)=116Aで与えられる。例えば口径250mmのクライオポンプの場合には上式により、理論上の水素排気速度は約20840L/sである。このとき、水素捕捉確率が30%であることと、そのクライオポンプの水素排気速度が約6252L/sであることとは等価である。 Here, T is the temperature (K) of hydrogen gas, and M is the molecular weight of hydrogen (ie, M = 2). The conductance C of 20 ° C. air (20 ° C. air) is proportional to the opening area A (m 2 ) and is given by C (20 ° C. air) = 116A. For example, in the case of a cryopump with a diameter of 250 mm, the theoretical hydrogen pumping speed is about 20840 L / s according to the above equation. At this time, a hydrogen capture probability of 30% is equivalent to a hydrogen pumping speed of the cryopump of about 6252 L / s.

典型的な従来の水素高速排気のためのクライオポンプは、より多くのクライオパネルすなわち活性炭をクライオポンプに搭載することで排気速度を高めるという考え方で設計されている。よって、排気速度の向上と、パネル重量の増大さらには再生時間(特にクールダウン時間)の増加とは、トレードオフの関係にある。排気速度を高めつつクールダウン時間の増加を抑えるには、冷凍能力の高い冷凍機を要する。そのため、排気速度の向上によって省エネルギー性能が犠牲となりうる。   A typical conventional cryopump for high-speed hydrogen pumping is designed based on the idea that the pumping speed is increased by mounting more cryopanels, that is, activated carbon, on the cryopump. Therefore, there is a trade-off relationship between an improvement in the exhaust speed and an increase in the panel weight as well as an increase in the regeneration time (particularly the cool-down time). In order to suppress the increase in cool-down time while increasing the exhaust speed, a refrigerator having a high refrigerating capacity is required. Therefore, energy saving performance can be sacrificed by improving the exhaust speed.

これに対して本発明の一実施形態は、水素高速排気のためのクライオポンプにおいて水素排気効率を最適化するという新たな設計思想を提供する。本発明者は、クライオポンプの水素排気速度(L/s)と吸着領域面積(mm)との比、すなわち吸着剤存在区域単位面積当たりの排気速度をクライオポンプの水素排気効率(L/s・mm)と定義する。単純に吸着剤を増やす代わりに、吸着領域面積をいくらか小さくすることにより排気効率を高める。上述のようにクライオパネル外周部において吸着領域面積を減らしてもよいし、その他の部位において吸着領域面積を減らしてもよい。 In contrast, an embodiment of the present invention provides a new design concept of optimizing hydrogen exhaust efficiency in a cryopump for high-speed hydrogen exhaust. The present inventor determined the ratio between the hydrogen pumping speed (L / s) of the cryopump and the adsorption area (mm 2 ), that is, the pumping speed per unit area of the adsorbent existing area, as the hydrogen pumping efficiency (L / s) of the cryopump. • It is defined as mm 2 ). Instead of simply increasing the adsorbent, the exhaust efficiency is increased by reducing the area of the adsorption region somewhat. As described above, the adsorption region area may be reduced at the outer peripheral portion of the cryopanel, or the adsorption region area may be reduced at other portions.

吸着領域面積をいくらか小さくすると、それに応じてクライオポンプの水素排気速度もいくらか小さくなる。しかし、それは実際上あまり問題にならないと考察される。クライオポンプ単体で排気速度に差があっても、真空チャンバに実際に取り付けてクライオポンプを運転したときに実際に結果として生じる排気速度の差はそれよりも小さくなる傾向にある。なぜなら、真空チャンバ側のコンダクタンスによる制限のために、クライオポンプ単体で見たときの排気速度性能がそのまま発揮されるわけでは必ずしもないからである。   If the adsorption region area is made somewhat smaller, the hydrogen pumping speed of the cryopump will be made somewhat smaller accordingly. However, it is considered that it is not really a problem in practice. Even if there is a difference in pumping speed between the cryopumps alone, the difference in pumping speed that actually results when the cryopump is actually installed in a vacuum chamber tends to be smaller. This is because the pumping speed performance as seen from the cryopump alone is not necessarily exhibited as it is due to the limitation due to the conductance on the vacuum chamber side.

本発明者の経験と考察によれば、水素高速排気のためのクライオポンプにおいては、クライオポンプ単体での排気速度性能に10%の違いがあったとしても、真空チャンバに取り付けたときの排気速度性能にはほとんど影響がない。よって、水素排気速度の減少許容範囲を10%以内と設定した場合には、吸着領域面積の低減による水素排気効率の向上の利点は排気速度減少の不利益を凌駕する。そこで、本発明の一実施形態においては、クライオパネル全面を吸着剤で覆う場合の水素排気速度の少なくとも90%の排気速度を与える条件で水素排気効率を高くするよう吸着領域面積を調整してもよい。   According to the inventor's experience and consideration, in the cryopump for high-speed hydrogen pumping, even if there is a difference of 10% in the pumping speed performance of the cryopump alone, the pumping speed when attached to the vacuum chamber There is almost no impact on performance. Therefore, when the allowable reduction range of the hydrogen exhaust speed is set to 10% or less, the advantage of improving the hydrogen exhaust efficiency by reducing the adsorption region area surpasses the disadvantage of reducing the exhaust speed. Therefore, in one embodiment of the present invention, even if the adsorption region area is adjusted to increase the hydrogen exhaust efficiency under the condition of providing an exhaust rate of at least 90% of the hydrogen exhaust rate when the entire cryopanel is covered with the adsorbent. Good.

本発明者の解析によれば、例えば図2及び図4に示すタイプの開口に平行な複数平板のパネル配列をもつクライオポンプは、クライオパネル全面を吸着剤で覆う場合には、水素排気効率は2×10−2L/s・mm〜4×10−2L/s・mm程度に留まる。これに対し、図2及び図4に示す実施例のように吸着剤の欠落部位を設けることにより、水素排気効率を5×10−2L/s・mm以上に高めることができる。水素排気速度の減少許容範囲において水素排気効率を7×10−2L/s・mmまで高めることができる。 According to the analysis of the present inventor, for example, a cryopump having a plurality of flat panel arrangements parallel to openings of the type shown in FIGS. It stays at about 2 × 10 −2 L / s · mm 2 to 4 × 10 −2 L / s · mm 2 . On the other hand, the hydrogen exhaust efficiency can be increased to 5 × 10 −2 L / s · mm 2 or more by providing the adsorbent missing portion as in the embodiment shown in FIGS. The hydrogen exhaust efficiency can be increased to 7 × 10 −2 L / s · mm 2 within the allowable range of decrease in the hydrogen exhaust speed.

つまり、水素排気効率はおよそ2倍程度となる。これは同レベルの水素排気速度が半分程度の吸着領域で実現されることを意味する。これによってパネル重量を1000〜2000g程度減らすことができる。パネル重量が低減されればクールダウンに要する時間も短くなる。その結果、再生時の平均消費電力をおよそ4割程度削減することができる。   That is, the hydrogen exhaust efficiency is about double. This means that the same level of hydrogen pumping speed is realized in an adsorption region of about half. This can reduce the panel weight by about 1000 to 2000 g. If the panel weight is reduced, the time required for cool-down will be shortened. As a result, the average power consumption during reproduction can be reduced by about 40%.

なお、水素排気効率を7×10−2L/s・mmよりも高くするためには、吸着剤を完全に露出するタイプのクライオパネルアセンブリ(例えば特許文献4(特開2009−162074号公報)を参照)を採用することが現実的であろう。特開2009−162074号公報を参照によりその全体を本願明細書に援用する。 In order to make the hydrogen exhaust efficiency higher than 7 × 10 −2 L / s · mm 2, a cryopanel assembly of a type that completely exposes the adsorbent (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-162074). It would be realistic to adopt Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-162074 is incorporated herein by reference in its entirety.

ところで、外部からクライオポンプ10へと向けて飛来する凝縮性気体の分子は、ルーバー32の周囲の開放領域35を通過して、放射シールド16またはクライオパネル50外周の凝縮領域に直線的経路で到達し、それらの表面に捕捉される。開放局所空間54は外周側の気体入口を除いて、上側のクライオパネル50によりクライオポンプ開口31から遮蔽され、吸着領域はその遮蔽部位に収容されている。難再生気体はほぼ例外なく凝縮性気体である。クライオポンプ開口31への吸着領域の直接の露出を避けることにより、クライオポンプ10に進入する気体に含まれる難再生気体から吸着領域は保護される。難再生気体は凝縮領域に堆積される。こうして、非凝縮性気体の高速排気と、難再生気体からの吸着領域の保護とを両立することができる。   By the way, the molecules of the condensable gas flying from the outside toward the cryopump 10 pass through the open area 35 around the louver 32 and reach the condensation area around the radiation shield 16 or the cryopanel 50 through a linear path. And are trapped on their surface. The open local space 54 is shielded from the cryopump opening 31 by the upper cryopanel 50 except for the gas inlet on the outer peripheral side, and the adsorption region is accommodated in the shielding part. The hardly regenerating gas is a condensable gas almost without exception. By avoiding direct exposure of the adsorption region to the cryopump opening 31, the adsorption region is protected from the hardly regenerated gas contained in the gas entering the cryopump 10. The hardly regenerating gas is deposited in the condensation region. In this way, both high-speed exhaust of non-condensable gas and protection of the adsorption region from hardly regenerated gas can be achieved.

本発明の一実施形態においては、吸着領域が遮蔽部位に収容されることにより、クライオポンプ開口31から視認不能である。言い替えれば、クライオパネル50の吸着剤総面積に対するクライオポンプ開口31から視認可能である吸着剤面積の比率である「吸着剤見える率」がゼロ%である。しかし、本発明の一実施形態に係るクライオポンプは、吸着剤見える率がゼロ%である構成には限定されない。吸着剤見える率が7%未満である場合には、実質的に吸着剤が開口から視認不能であると評価してもよい。一実施例においては、吸着剤見える率が7%未満、5%未満、または3%未満であることが好ましい。しかし、例えば難再生気体の含有量が十分に低いと見込まれる場合、または露出された吸着剤を犠牲にすることが許容される場合には、7%を超える吸着剤が開口から見えていてもよい。   In one embodiment of the present invention, the suction region is not visible from the cryopump opening 31 by being accommodated in the shielding part. In other words, the “adsorbent visible rate” which is the ratio of the adsorbent area visible from the cryopump opening 31 to the total adsorbent area of the cryopanel 50 is zero%. However, the cryopump according to the embodiment of the present invention is not limited to the configuration in which the adsorbent visible rate is zero%. When the adsorbent visible rate is less than 7%, it may be evaluated that the adsorbent is substantially invisible from the opening. In one embodiment, the adsorbent visibility rate is preferably less than 7%, less than 5%, or less than 3%. However, if, for example, the content of the difficult-to-regenerate gas is expected to be sufficiently low, or if it is allowed to sacrifice the exposed adsorbent, more than 7% adsorbent may be visible from the opening. Good.

クライオポンプ開口31に近いクライオパネル50に比べて、クライオポンプ開口31から離れた放射シールド16内方のクライオパネル50へは気体分子が到達しにくい。クライオポンプ開口31から離れたクライオパネル50は排気速度への寄与は小さく難再生気体の影響も小さい。よって、一実施例においては、下側の大型クライオパネル64は周縁露出部位に吸着剤が設けられていてもよい。例えば図8に示す実施例において大型クライオパネル64の前面全域に吸着剤を設けた場合の吸着剤見える率は約7%である。   Compared with the cryopanel 50 close to the cryopump opening 31, gas molecules are less likely to reach the cryopanel 50 inside the radiation shield 16 away from the cryopump opening 31. The cryopanel 50 away from the cryopump opening 31 has a small contribution to the exhaust speed and is less affected by the hardly regenerating gas. Therefore, in one embodiment, the lower large cryopanel 64 may be provided with an adsorbent at the exposed peripheral portion. For example, in the embodiment shown in FIG. 8, when the adsorbent is provided over the entire front surface of the large cryopanel 64, the adsorbent visible rate is about 7%.

クライオポンプ10の動作を述べる。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を用いて真空チャンバ80内部を1Pa〜10Pa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12の駆動により第1冷却ステージ22及び第2冷却ステージ24が冷却され、これらに熱的に接続されている放射シールド16、ルーバー32、クライオパネルアセンブリ14も冷却される。上述の第1クライオパネルは放射シールド16及びルーバー32を含み、第2クライオパネルはクライオパネルアセンブリ14を含む。   The operation of the cryopump 10 will be described. When the cryopump 10 is operated, first, the vacuum chamber 80 is roughly evacuated to about 1 Pa to 10 Pa using another appropriate roughing pump before the operation. Thereafter, the cryopump 10 is operated. The first cooling stage 22 and the second cooling stage 24 are cooled by driving the refrigerator 12, and the radiation shield 16, the louver 32, and the cryopanel assembly 14 that are thermally connected thereto are also cooled. The first cryopanel includes the radiation shield 16 and the louver 32, and the second cryopanel includes the cryopanel assembly 14.

冷却されたルーバー32は、真空チャンバ80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。ルーバー32の冷却温度では蒸気圧が充分に低くならない気体はルーバー32を通過して放射シールド16内部へと進入する。ルーバー32を通過した気体分子にクライオパネルアセンブリ14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)が含まれる場合には、クライオパネルアセンブリ14の表面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、クライオパネルアセンブリ14の表面に接着され冷却されている吸着剤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80内部の真空度を所望のレベルに到達させることができる。   The cooled louver 32 cools gas molecules flying from the vacuum chamber 80 toward the inside of the cryopump 10, and exhausts gas (for example, moisture) whose vapor pressure is sufficiently low at the cooling temperature to condense on the surface. To do. A gas whose vapor pressure is not sufficiently low at the cooling temperature of the louver 32 passes through the louver 32 and enters the radiation shield 16. When the gas molecules that have passed through the louver 32 contain a gas (for example, argon) whose vapor pressure is sufficiently low at the cooling temperature of the cryopanel assembly 14, the gas molecules are condensed on the surface of the cryopanel assembly 14 and exhausted. A gas (for example, hydrogen) whose vapor pressure does not become sufficiently low even at the cooling temperature is adsorbed by the adsorbent that is bonded to the surface of the cryopanel assembly 14 and cooled, and then exhausted. In this way, the cryopump 10 can reach the desired degree of vacuum inside the vacuum chamber 80.

特に、イオン注入装置の真空排気系に使用されるクライオポンプ10においては、放射シールド16内部に進入した気体のうち、有機系ガスやドーパントガス等の難再生気体はクライオパネル50の外周部の吸着剤欠落部位に凝縮される。水素ガス等の分子径が比較的小さい気体は吸着剤に吸着される。このようにしてクライオポンピング処理が行われる。   In particular, in the cryopump 10 used in the vacuum exhaust system of the ion implantation apparatus, among the gases that have entered the radiation shield 16, difficult-to-regenerate gases such as organic gases and dopant gases are adsorbed on the outer peripheral portion of the cryopanel 50. It is condensed at the site where the agent is missing. A gas having a relatively small molecular diameter such as hydrogen gas is adsorbed by the adsorbent. In this way, the cryopumping process is performed.

クライオポンピング処理が継続して行われると、クライオポンプ内部に気体が蓄積される。蓄積された気体を外部に排出するために再生処理を実行する。まず、ゲートバルブ7を閉じることによりクライオポンプ10を真空チャンバ80から分離する。次いでクライオパネル50を昇温する。クライオポンピング処理における冷却温度よりも高温(例えば常温)にクライオパネル50を昇温する。   When the cryopumping process is continuously performed, gas is accumulated inside the cryopump. A regeneration process is performed to discharge the accumulated gas to the outside. First, the cryopump 10 is separated from the vacuum chamber 80 by closing the gate valve 7. Next, the temperature of the cryopanel 50 is raised. The cryopanel 50 is heated to a temperature (for example, room temperature) higher than the cooling temperature in the cryopumping process.

昇温により、クライオパネル表面に凝縮により捕捉されていた気体は気化され、吸着により捕捉されていた気体は脱着されてポンプ容器内部に再放出される。再放出された気体はクライオポンプ10の排出口(図示せず)を通じて、例えば付設の粗引きポンプの駆動により外部に排出する。その後、クライオポンピング処理における動作温度にクライオパネル50を再冷却する。再冷却により再生処理は完了する。ゲートバルブ7が開放されて、再びクライオポンピング処理が開始される。このようにして、クライオポンピング処理と再生処理とが交互に行われる。   As the temperature rises, the gas captured by condensation on the cryopanel surface is vaporized, and the gas captured by adsorption is desorbed and re-released into the pump container. The re-released gas is discharged to the outside through a discharge port (not shown) of the cryopump 10 by driving an attached roughing pump, for example. Thereafter, the cryopanel 50 is re-cooled to the operating temperature in the cryopumping process. The regeneration process is completed by re-cooling. The gate valve 7 is opened and the cryopumping process is started again. In this way, the cryopumping process and the reproduction process are alternately performed.

図10は、本発明の一実施形態に係り、再生を通じたクライオポンプの水素排気速度変化を示す図である。図10には、本発明の一実施形態に係るクライオポンプ10の水素排気速度変化を示す。比較のために、例えば特開2009−162074号公報に記載される吸着剤を完全に露出するタイプのクライオパネルアセンブリを有するクライオポンプについての水素排気速度変化を示す。図10の縦軸は水素排気速度の測定値を示し、横軸は再生回数を示す。実線上にある排気速度測定値は再生処理の実行直前の値であり、破線上にある測定値は再生完了直後の値である。   FIG. 10 is a diagram illustrating a change in the hydrogen pumping speed of the cryopump through regeneration according to an embodiment of the present invention. FIG. 10 shows a change in the hydrogen exhaust speed of the cryopump 10 according to the embodiment of the present invention. For comparison, a change in the hydrogen pumping speed of a cryopump having a cryopanel assembly that completely exposes the adsorbent described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-162074 is shown. The vertical axis in FIG. 10 indicates the measured value of the hydrogen exhaust speed, and the horizontal axis indicates the number of regenerations. The exhaust velocity measurement value on the solid line is a value immediately before the regeneration process is executed, and the measurement value on the broken line is a value immediately after the regeneration is completed.

図10に示す1回目の再生に関して破線上にある測定値は、そのクライオポンプを初めて運転したときの値である。難再生気体により活性炭が汚染されていないので、比較例の完全露出型で特に高い水素排気速度が示されている。   The measured value on the broken line regarding the first regeneration shown in FIG. 10 is a value when the cryopump is operated for the first time. Since the activated carbon is not contaminated by the difficult-to-regenerate gas, the fully exposed type of the comparative example shows a particularly high hydrogen pumping speed.

排気速度は再生直前に低く完了後は回復すると予測される。しかし、比較例においては図示されるように、3回目の再生以降はそうした排気速度の低下と回復とが繰り返されているものの、2回目の再生までは当初の高排気速度から急速に排気速度が低下している。露出された活性炭がある程度汚染されるまでは排気速度の低下が続いたものと考えられる。以降の再生によっても初期の排気性能までは回復していない。   The exhaust speed is low just before regeneration and is expected to recover after completion. However, in the comparative example, as shown in the figure, after the third regeneration, such reduction and recovery of the exhaust speed are repeated, but until the second regeneration, the exhaust speed rapidly increases from the initial high exhaust speed. It is falling. It is considered that the exhaust speed continued to decrease until the exposed activated carbon was contaminated to some extent. Subsequent regeneration has not recovered the initial exhaust performance.

ところが、実施例においては1回目の再生から7回目の再生まで排気速度の増減が繰り返されている。再生を繰り返しても図示の太い破線で示すように概ね一定レベルの水素排気速度が維持されている。再生により初期の排気性能に回復している。つまり、クライオポンプの出荷直後の最初の運転から継続的に安定した排気性能が保たれることがわかる。   However, in the embodiment, the exhaust speed is repeatedly increased and decreased from the first regeneration to the seventh regeneration. Even if regeneration is repeated, a substantially constant level of hydrogen exhaust speed is maintained as shown by the thick broken line in the figure. The original exhaust performance has been recovered by regeneration. That is, it can be seen that the stable exhaust performance is continuously maintained from the first operation immediately after the cryopump is shipped.

図11は、本発明の一実施形態に係るクライオポンプ10の製造方法を説明するためのフローチャートである。この方法は、クライオポンプ10の製造工程において作業者によりまたは製造装置によって行われる。マスキング処理に先行して、母材からクライオパネルの基材を加工し成形する処理が行われる(S10)。図11に示されるように、クライオパネル50の基材にマスキング処理がなされる(S12)。マスキング処理は、他のクライオパネル(例えばクライオパネルアセンブリ14を組み立てたときに隣接する上方のクライオパネル)によって遮蔽されない基材の露出部にマスキングをすることを含む。マスキング処理は、そうした露出部に例えばマスキングテープを貼ることを含む。   FIG. 11 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the cryopump 10 according to the embodiment of the present invention. This method is performed by an operator or a manufacturing apparatus in the manufacturing process of the cryopump 10. Prior to the masking process, a cryopanel substrate is processed from the base material and molded (S10). As shown in FIG. 11, a masking process is performed on the base material of the cryopanel 50 (S12). The masking process includes masking an exposed portion of the substrate that is not shielded by another cryopanel (for example, an upper cryopanel adjacent when the cryopanel assembly 14 is assembled). The masking process includes, for example, applying a masking tape to such an exposed portion.

次に、マスキングされていない基材の表面に吸着剤を接着する吸着剤接着処理がなされる(S14)。この接着処理は、マスキングされていない基材の表面に接着剤を塗布することと、その接着剤塗布領域に吸着剤例えば粒状の活性炭を接着することと、を含む。吸着剤の接着されたクライオパネル50は、パネル取付部材52に取り付けられ、クライオパネルアセンブリ14が組み立てられる(S16)。クライオパネルアセンブリ14はクライオポンプ10の冷凍機12に取り付けられ、クライオポンプ10が組み立てられる(S18)。   Next, an adsorbent adhesion treatment for adhering the adsorbent to the surface of the substrate that is not masked is performed (S14). This adhesion treatment includes applying an adhesive to the surface of the unmasked substrate and adhering an adsorbent, for example, granular activated carbon, to the adhesive application area. The cryopanel 50 to which the adsorbent is bonded is attached to the panel attachment member 52, and the cryopanel assembly 14 is assembled (S16). The cryopanel assembly 14 is attached to the refrigerator 12 of the cryopump 10 and the cryopump 10 is assembled (S18).

また、マスキング処理に先行して、各クライオパネル50について放射シールド16の前端から当該クライオパネル50に隣接するクライオパネル50の末端への視線と当該クライオパネル50との交差により定まる境界の外側をマスキング領域として決定することが行われてもよい。この決定処理は、製造工程の前段階の設計工程で行われてもよい。   Prior to the masking process, the outside of the boundary defined by the intersection of the line of sight from the front end of the radiation shield 16 to the end of the cryopanel 50 adjacent to the cryopanel 50 and the cryopanel 50 is masked for each cryopanel 50. Determining as a region may be performed. This determination process may be performed in a design process prior to the manufacturing process.

図12は、本発明の一実施形態に係るクライオポンプ10の製造するための方法を説明するためのフローチャートである。この方法は例えばクライオパネルアセンブリ14を設計するために実行される。まず、ある制約条件の下でクライオパネル構造パラメタを変化させたときの最大の水素排気速度を与えるクライオパネル構造パラメタの値を求める(S20)。パネル構造パラメタを変数とし水素排気速度を目的関数として公知の実験計画法を使用して、最大水素排気速度を与えるパネル構造パラメタの値を求めてもよい。   FIG. 12 is a flowchart for explaining a method for manufacturing the cryopump 10 according to the embodiment of the present invention. This method is performed, for example, to design the cryopanel assembly 14. First, the value of the cryopanel structure parameter that gives the maximum hydrogen pumping speed when the cryopanel structure parameter is changed under a certain constraint is obtained (S20). The value of the panel structure parameter that gives the maximum hydrogen pumping speed may be obtained by using a known experimental design method with the panel pumping parameter as a variable and the hydrogen pumping speed as an objective function.

制約条件は、クライオソープションパネルの表面の一部から吸着剤を欠落させることを含む。この吸着剤欠落条件は、放射シールド16の前端からあるクライオパネル50に隣接するクライオパネル50の末端への視線とそのクライオパネル前面との交差により定まる境界の内側に吸着領域を形成することであってもよい。   The constraints include removing the adsorbent from a portion of the surface of the cryosorption panel. This adsorbent missing condition is that an adsorption region is formed inside the boundary determined by the line of sight from the front end of the radiation shield 16 to the end of the cryopanel 50 adjacent to the cryopanel 50 and the front of the cryopanel. May be.

パネル構造パラメタは、クライオソープションパネルの寸法、例えばパネルが円形の場合はパネル径を含む。クライオパネルアセンブリ14が異なる形状の複数種類のクライオパネルを含む場合には、それぞれの形状を表すための複数のパラメタが使用されてもよい。クライオパネルアセンブリ14が異径のクライオパネルを複数種類含む場合には、パネル構造パラメタはそれぞれの径を含んでもよい。パネル構造パラメタは、クライオポンプ開口31とトップパネルとの間隔を含んでもよい。パネル構造パラメタは、ルーバー32の径を含んでもよい。パネル構造パラメタは、隣接するクライオパネル間隔を含んでもよい。   The panel structure parameter includes the dimensions of the cryosorption panel, for example, the panel diameter when the panel is circular. When the cryopanel assembly 14 includes a plurality of types of cryopanels having different shapes, a plurality of parameters for representing the respective shapes may be used. When the cryopanel assembly 14 includes a plurality of types of cryopanels having different diameters, the panel structure parameter may include each diameter. The panel structure parameter may include a distance between the cryopump opening 31 and the top panel. The panel structure parameter may include the diameter of the louver 32. The panel structure parameter may include an interval between adjacent cryopanels.

そうして得られたパネル構造パラメタの値に基づいてクライオソープションパネル配列の構成が決定される(S22)。例えば、クライオソープションパネルの表面の一部から吸着剤を欠落させる条件のもとで最大水素排気速度を与えるクライオパネル寸法例えばパネル径の値が得られる。この値を使用して、クライオパネルアセンブリ14の具体的構成を決めることができる。   The configuration of the cryosorption panel array is determined based on the value of the panel structure parameter thus obtained (S22). For example, a value of a cryopanel dimension, for example, a panel diameter, which gives the maximum hydrogen exhaust speed under the condition that the adsorbent is missing from a part of the surface of the cryosorption panel can be obtained. This value can be used to determine the specific configuration of the cryopanel assembly 14.

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。   In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way.

上述の実施形態とは異なるパネル配列を採用してもよい。例えば、クライオパネル間隔はすべてのパネルについて等しくてもよいし、各々異なっていてもよい。例えば開口31からパネルの位置が遠ざかるにつれてパネル間隔が狭くなるように複数のパネル50のそれぞれを配置してもよい。このようにすれば、開口31に近接する領域での気体の流れ性を良好とし排気速度を高くすることができる。それとともに、開口31から遠い領域では相対的にパネルが密に配置されることにより吸着領域を増加させることができるので充分な気体吸蔵量を確保することもできる。   You may employ | adopt the panel arrangement | sequence different from the above-mentioned embodiment. For example, the cryopanel spacing may be the same for all panels or different. For example, each of the plurality of panels 50 may be arranged so that the panel interval becomes narrower as the position of the panel moves away from the opening 31. In this way, it is possible to improve the gas flowability in the region close to the opening 31 and increase the exhaust speed. At the same time, in the region far from the opening 31, the adsorption region can be increased by arranging the panels relatively densely, so that a sufficient gas storage amount can be ensured.

また、上述の実施形態とは異なる形状及び/または配向のクライオパネル50を採用してもよい。例えば、パネル50の径方向の長さを開口31から遠ざかるにつれて短くしてもよいし、互いに等しくしてもよい。パネル50を開口31から見たときの形状は円形でなくてもよく、例えば多角形形状などの他の形状であってもよい。パネル50は例えば周縁部に上方または下方への折り曲げ部分を有してもよい。パネル50は気体流通を促進するための開口またはスリットを表面に有してもよい。パネル50の向きは、径方向外側に延びるにつれて開口31から離れるように斜めになっていてもよいし、径方向外側に延びるにつれて開口31に近づくように斜めになっていてもよい。   Further, a cryopanel 50 having a shape and / or orientation different from that of the above-described embodiment may be adopted. For example, the length of the panel 50 in the radial direction may be shortened with increasing distance from the opening 31 or may be equal to each other. The shape when the panel 50 is viewed from the opening 31 may not be circular, and may be other shapes such as a polygonal shape. The panel 50 may have, for example, an upward or downward bent portion at the peripheral edge. The panel 50 may have openings or slits on the surface for promoting gas flow. The orientation of the panel 50 may be inclined so as to be separated from the opening 31 as it extends outward in the radial direction, or may be inclined so as to approach the opening 31 as it extends outward in the radial direction.

例えば、クライオパネルアセンブリ14においてクライオパネル50以外の露出されている表面を吸着剤貼付面として利用してもよい。例えばパネル取付部材52をパネルの1つとして利用してもよい。   For example, an exposed surface other than the cryopanel 50 in the cryopanel assembly 14 may be used as the adsorbent application surface. For example, the panel attachment member 52 may be used as one of the panels.

1 イオン注入装置、 10 クライオポンプ、 12 冷凍機、 14 クライオパネルアセンブリ、 16 放射シールド、 22 第1冷却ステージ、 24 第2冷却ステージ、 30 クライオポンプ内部開放空間、 31 クライオポンプ開口、 32 ルーバー、 33 シールド前端、 35 開放領域、 50 クライオパネル、 52 パネル取付部材、 54 開放部分、 60 トップパネル、 62 中間パネル、 64 下側パネル、 76 吸着領域、 82 凝縮領域、 86 境界、 100 CPコントローラ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion implantation apparatus, 10 Cryo pump, 12 Refrigerator, 14 Cryo panel assembly, 16 Radiation shield, 22 1st cooling stage, 24 2nd cooling stage, 30 Cryo pump internal open space, 31 Cryo pump opening, 32 louver, 33 Shield front end, 35 open area, 50 cryopanel, 52 panel mounting member, 54 open part, 60 top panel, 62 middle panel, 64 lower panel, 76 adsorption area, 82 condensing area, 86 boundary, 100 CP controller.

Claims (8)

第1冷却温度を提供するための第1冷却ステージと、該第1冷却温度よりも低く非凝縮性気体の吸着に使用される第2冷却温度を提供するための第2冷却ステージと、を含む冷凍機と、
気体を受け入れる開口を形成するシールド前端を含み、第1冷却ステージに熱的に接続され、第2冷却ステージを包囲する放射シールドと、
第2冷却ステージに熱的に接続されているクライオパネルアセンブリであって、その外周部と放射シールドとの間に前記開口への開放空間を形成し、シールド前端から少なくとも一部を視認可能であるクライオパネルアセンブリと、を備え、
クライオパネルアセンブリは、前記開口に面するトップパネルと、前記開口を向くパネル前面を含みトップパネルに対し前記開口とは反対側に配設された中間パネルと、を含み、中間パネルのパネル前面に対向する隣接のクライオパネルと該パネル前面との間に前記開放空間に連続する開放部分が形成され、該開放部分はその深さが該隣接のクライオパネルと該パネル前面との間隔よりも大きく、
前記中間パネルはパネル前面に非凝縮性気体のための吸着領域を有し、該吸着領域は、前記シールド前端から前記隣接のクライオパネルの末端への視線と前記パネル前面との交差により定まる境界の内側に形成されていることを特徴とするクライオポンプ。
A first cooling stage for providing a first cooling temperature and a second cooling stage for providing a second cooling temperature lower than the first cooling temperature and used for adsorption of noncondensable gas. A refrigerator,
A radiation shield including a shield front end forming an opening for receiving a gas, thermally connected to the first cooling stage and surrounding the second cooling stage;
A cryopanel assembly thermally connected to the second cooling stage, wherein an open space to the opening is formed between the outer periphery of the cryopanel assembly and the radiation shield, and at least a part of the cryopanel assembly is visible from the front end of the shield. A cryopanel assembly, and
The cryopanel assembly includes a top panel that faces the opening, and an intermediate panel that includes the front surface of the panel that faces the opening and is disposed on the opposite side of the opening to the top panel. An open portion that continues to the open space is formed between the adjacent cryopanel and the front surface of the panel, and the open portion has a depth greater than the distance between the adjacent cryopanel and the front surface of the panel,
The intermediate panel has an adsorption region for a non-condensable gas on the front surface of the panel, and the adsorption region has a boundary determined by the intersection of the line of sight from the front end of the shield to the end of the adjacent cryopanel and the front surface of the panel. A cryopump characterized by being formed inside.
前記吸着領域は、前記パネル前面において前記境界内側の区域を占有することを特徴とする請求項1に記載のクライオポンプ。 The cryopump according to claim 1, wherein the suction region occupies an area inside the boundary on the front surface of the panel. 前記中間パネルはその表面に凝縮性気体のための凝縮領域を有し、該凝縮領域は前記パネル前面における前記境界外側の区域を含むことを特徴とする請求項1に記載のクライオポンプ。 The cryopump according to claim 1, wherein the intermediate panel has a condensing region for condensable gas on a surface thereof, and the condensing region includes an area outside the boundary on the front surface of the panel. 前記中間パネルの外周部はトップパネルに平行にかつトップパネルの外周部よりも放射シールドに近接する位置まで延び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。   2. The cryopump according to claim 1, wherein an outer peripheral portion of the intermediate panel extends parallel to the top panel and a position closer to the radiation shield than an outer peripheral portion of the top panel. 前記クライオパネルアセンブリは、前記中間パネルに対し前記開口とは反対側に配設された下側パネルをさらに含み、該下側パネルの外周部は中間パネルに平行にかつ中間パネルの外周部よりも放射シールドに近接する位置まで延び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。   The cryopanel assembly further includes a lower panel disposed on a side opposite to the opening with respect to the intermediate panel, and an outer peripheral portion of the lower panel is parallel to the intermediate panel and more than an outer peripheral portion of the intermediate panel. The cryopump according to claim 1, wherein the cryopump extends to a position close to the radiation shield. 前記中間パネルは、前記開口を向く前面及び該開口とは反対側を向く背面とを各々が含み互いに平行に配列されている複数のプレートを含むことを特徴とする請求項1に記載のクライオポンプ。   2. The cryopump according to claim 1, wherein the intermediate panel includes a plurality of plates each including a front surface facing the opening and a back surface facing the opening and arranged in parallel with each other. . 前記放射シールドに熱的に接続され前記開口に配設されたルーバーをさらに備え、該ルーバーはトップパネルと中間パネルとの中間のサイズを有し、該ルーバーの外周部と前記放射シールドとの間に開放領域が形成されることを特徴とする請求項1に記載のクライオポンプ。   And a louver thermally connected to the radiation shield and disposed in the opening, the louver having an intermediate size between a top panel and an intermediate panel, between the outer periphery of the louver and the radiation shield. The cryopump according to claim 1, wherein an open region is formed in the cryopump. 前記中間パネルは表面積の少なくとも70%が吸着剤に覆われており、該吸着剤は水素吸着可能であり、前記クライオポンプは少なくとも30%の水素捕捉確率を有しており、
前記吸着剤は前記開放部分を囲むクライオパネルの表面に設けられており、前記クライオパネルアセンブリの吸着剤の総面積に対する前記開口から視認可能である吸着剤面積の比率である吸着剤見える率が7%未満であることを特徴とする請求項1に記載のクライオポンプ。
The intermediate panel is covered with an adsorbent at least 70% of the surface area, the adsorbent is capable of adsorbing hydrogen, and the cryopump has a hydrogen capture probability of at least 30%;
The adsorbent is provided on the surface of the cryopanel surrounding the open portion , and the adsorbent visible rate, which is the ratio of the adsorbent area visible from the opening to the total adsorbent area of the cryopanel assembly, is 7 The cryopump according to claim 1, wherein the cryopump is less than%.
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