JP5822747B2 - クライオポンプ - Google Patents

Description

本発明は、クライオポンプに関する。

ウォームクライオパネルの周りに近接して適合し且つ第一内径を有するハウジングと、該ハウジングの内側に収まる入口アレイと、前記ハウジングを第二内径を有するゲート弁に取り付けるフランジと、前記入口アレイに取り付けられ且つ前記入口アレイを前記フランジの上に拡張するブラケット拡張部とを含み、前記第二内径は、前記第一内径よりも大きい、クライオポンプがある。

特開２０１０−２５１１３号公報

クライオポンプの吸気口には通例、例えばバッフルとも呼ばれるクライオパネルが設けられている。ある種の気体（例えば水分）の排気速度を高めるためにこうしたクライオパネルを大型化することが望まれる場合がある。しかし、たいてい、吸気口の大半が既にこのクライオパネルに占有されているため、大型化のための余剰スペースは小さい。

上述のように、クライオポンプの外に入口アレイを拡張する構成が考えられる。しかし、そうした構成のクライオポンプは、取付先の設計によってはその拡張部が邪魔をして、取り付けることができないかもしれない。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、取付先の設計と干渉する可能性が低減されたクライオポンプを提供することにある。

本発明のある態様のクライオポンプは、クライオポンプの吸気口へと軸方向に延在する筒部を備えるハウジングと、前記筒部の開口端の径方向外側に設けられている内周部分と、クライオポンプの取付のための外周部分と、を備えるフランジと、前記吸気口に位置する入口クライオパネルと、を備える。前記入口クライオパネルは、前記筒部の径方向外側に拡張部分を備える。前記内周部分と前記外周部分との間には軸方向に高さ差が形成されている。前記入口クライオパネルは、前記拡張部分と前記内周部分との間に軸方向に隙間が形成され、前記拡張部分と前記外周部分との間に径方向に隙間が形成されて、前記フランジに囲まれている。

この態様によれば、クライオポンプの入口クライオパネルは径方向外側に拡張部分を備える。軸方向に見たときの投影面積が大きくなるので、入口クライオパネルによる排気速度を向上させることができる。取付のためのフランジ外周部分と内周部分との間に高さ差が形成され、入口クライオパネルがフランジに囲まれている。フランジの高さ差がハウジングの筒部の径方向外側に入口クライオパネルの拡張部分を受け入れる余地を提供する。こうした設計により、クライオポンプの排気性能の向上と、クライオポンプ取付先との干渉の可能性低減とを両立することができる。

前記外周部分は取付のための合わせ面を備え、前記拡張部分は軸方向に前記合わせ面と前記内周部分との中間に配置されており、前記入口クライオパネルはクライオポンプの中に収められていてもよい。

拡張部分は、フランジ取付のための合わせ面よりも内側に配置されているから、クライオポンプの外にはみ出していない。このようにして入口クライオパネルがクライオポンプの中に収められていることにより、拡張された入口クライオパネルがクライオポンプの取付先と干渉しないことが保証される。

クライオポンプは、前記筒部の内側を軸方向に延在し、前記入口クライオパネルとの間に軸方向に間隙を有するシールドパネルをさらに備えてもよい。前記入口クライオパネルは、前記間隙を覆うためのスカート部を備えてもよい。

入口クライオパネルとシールドパネルとの間隙は製造上の誤差により変動し得る。誤差はクライオポンプの個体差につながる。間隙の大きさに応じて、シールド内への気体の流入量が変わる。気体の流入量はクライオポンプの排気速度に直接関連する。そのため、実際の排気性能が設計上の性能から外れてしまうかもしれない。間隙を覆うためのスカート部を設けることによって、間隙を通じた流入を規制することができる。規制により流入量が小さくなれば、それに応じて流入量の個体差も低減される。その結果、排気性能の個体差の変動も小さくすることができる。

前記入口クライオパネルは、前記拡張部分に囲まれる中心部分と、前記拡張部分と前記中心部分との伝熱経路と、を備えてもよい。前記拡張部分は、前記伝熱経路の近傍に拡幅部を備えてもよい。

大型のクライオパネルはその冷却源に大きな負荷を与える。伝熱経路の近傍は遠方よりも冷却に有利である。よって、入口クライオパネルのための伝熱経路の近傍に拡幅部を設けることにより、熱的な不利益を抑えつつ、更なるクライオパネル面積の拡大が可能となる。

前記外周部分は、クライオポンプの前記吸気口を、該吸気口とは異なる形状をもつ取付先の開口に適合させるよう構成されていてもよい。

このようにすれば、適合された所望の取付先の開口にクライオポンプを据え付けることができる。

本発明の別の態様のクライオポンプは、低温クライオパネルと、前記低温クライオパネルの外側に設けられている高温クライオパネルと、前記高温クライオパネルの外側に設けられているハウジングと、を備える。前記高温クライオパネルは外側へと延びる拡張部分を備える。前記ハウジングは該拡張部分を囲む段付きフランジを備える。

この態様によれば、クライオポンプハウジングの段付きフランジが、高温クライオパネルの拡張部分を受け入れる余地を提供する。よって、クライオポンプの排気性能の向上と、クライオポンプ取付先との干渉の可能性低減とを両立することができる。

本発明の別の態様のクライオポンプは、クライオポンプの吸気口へと軸方向に延在する筒部を備えるハウジングと、前記吸気口に位置する入口クライオパネルと、前記筒部の内側を軸方向に延在し、前記入口クライオパネルとの間に軸方向に間隙を有するシールドパネルと、を備える。前記入口クライオパネルは、前記間隙を覆うためのスカート部を備える。

本発明の別の態様のクライオポンプは、低温クライオパネルと、 前記低温クライオパネルの外側に設けられている高温クライオパネルと、を備える。前記高温クライオパネルは、入口クライオパネルとシールドパネルとを備える。前記入口クライオパネルは、前記シールドパネルの開口端との間に間隙を有する。前記入口クライオパネルは、前記間隙を通じた気体流れを規制するために設けられているスカート部を備える。

本発明によれば、取付先の設計と干渉する可能性が低減されたクライオポンプを提供することができる。

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。 図１に示すクライオポンプを上から見た図である。 図１に示すクライオポンプの取付状態を示す図である。 図１に示すクライオポンプの一部を拡大した断面図である。 本発明の他の一実施形態に係るクライオポンプを模式的に示す図である。

図１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。クライオポンプ１０は、例えばイオン注入装置やスパッタリング装置等の真空チャンバに取り付けられて、真空チャンバ内部の真空度を所望のプロセスに要求されるレベルまで高めるために使用される。

クライオポンプ１０は、気体を受け入れるための吸気口１２を有する。吸気口１２はクライオポンプ１０の内部空間１４への入口である。クライオポンプ１０が取り付けられた真空チャンバから吸気口１２を通じて、排気されるべき気体がクライオポンプ１０の内部空間１４に進入する。

図１に加えて、図２乃至図４も参照して、クライオポンプ１０の構成を説明する。図１は、クライオポンプ１０の内部空間１４の中心軸と、冷凍機１６とを含む断面を示す。図１は、図２のＡ−Ａ断面図であり、図２は、クライオポンプ１０を上から見た図である。図２には、吸気口１２とその内側の構成が示されている。図３は、クライオポンプ１０を真空チャンバに取り付けた状態を示す図である。図４は、図１に示すクライオポンプ１０の一部、具体的には吸気口１２の周縁部を拡大した部分断面図である。

なお以下では、クライオポンプ１０の構成要素の位置関係をわかりやすく表すために、「軸方向」、「径方向」との用語を使用することがある。軸方向は吸気口１２を通る方向を表し、径方向は吸気口１２に沿う方向を表す。便宜上、軸方向に関して吸気口１２に相対的に近いことを「上」、相対的に遠いことを「下」と呼ぶことがある。つまり、クライオポンプ１０の底部から相対的に遠いことを「上」、相対的に近いことを「下」と呼ぶことがある。径方向に関しては、吸気口１２の中心に近いことを「内」、吸気口１２の周縁に近いことを「外」と呼ぶことがある。なお、こうした表現はクライオポンプ１０が真空チャンバに取り付けられたときの配置とは関係しない。例えば、クライオポンプ１０は鉛直方向に吸気口１２を下向きにして真空チャンバに取り付けられてもよい。

クライオポンプ１０は、冷凍機１６と、低温クライオパネル１８と、高温クライオパネル２０と、を備える。冷凍機１６は、例えばギフォード・マクマホン式冷凍機（いわゆるＧＭ冷凍機）などの極低温冷凍機である。冷凍機１６は、第１ステージ２２及び第２ステージ２４を備える二段式の冷凍機である。冷凍機１６は、第１ステージ２２を第１温度レベルに冷却し、第２ステージ２４を第２温度レベルに冷却するよう構成されている。第２温度レベルは第１温度レベルよりも低温である。例えば、第１ステージ２２は６５Ｋ〜１２０Ｋ程度、好ましくは８０Ｋ〜１００Ｋに冷却され、第２ステージ２４は１０Ｋ〜２０Ｋ程度に冷却される。

図１に示されるクライオポンプ１０は、いわゆる横型のクライオポンプである。横型のクライオポンプとは一般に、冷凍機１６がクライオポンプ１０の内部空間１４の中心軸に交差する（通常は直交する）よう配設されているクライオポンプである。本発明はいわゆる縦型のクライオポンプにも同様に適用することができる。縦型のクライオポンプとは、冷凍機がクライオポンプの軸方向に沿って配設されているクライオポンプである。

低温クライオパネル１８は、クライオポンプ１０の内部空間１４の中心部に設けられている。低温クライオパネル１８は例えば、複数のパネル部材２６を含む。パネル部材２６は例えば、それぞれが円すい台の側面の形状、いわば傘状の形状を有する。各パネル部材２６には通常活性炭等の吸着剤（図示せず）が設けられている。吸着剤は例えばパネル部材２６の裏面に接着されている。パネル部材２６はパネル取付部材２８に取り付けられている。パネル取付部材２８は第２ステージ２４に取り付けられている。このようにして、低温クライオパネル１８は、第２ステージ２４に熱的に接続されている。よって、低温クライオパネル１８は第２温度レベルに冷却される。

高温クライオパネル２０は、低温クライオパネル１８の外側に設けられている。高温クライオパネル２０は、放射シールド３０と入口クライオパネル３２とを備え、低温クライオパネル１８を包囲する。高温クライオパネル２０は、外側へと延在する拡張パネル３４を備える。拡張パネル３４は、放射シールド３０及び入口クライオパネル３２の少なくとも一方の一部を形成する。高温クライオパネル２０は第１ステージ２２に熱的に接続されている。高温クライオパネル２０は第１温度レベルに冷却される。

放射シールド３０は主として、クライオポンプ１０のハウジング３８からの輻射熱から低温クライオパネル１８を保護するために設けられているクライオパネルである。そのため、放射シールド３０をシールドパネルと呼ぶこともできる。放射シールド３０は、ハウジング３８と低温クライオパネル１８との間にあり、低温クライオパネル１８を囲む。

放射シールド３０は、軸方向上端が開放されており、吸気口１２にシールド開口端３６を備える。放射シールド３０は、軸方向下端が閉塞された筒形（例えば円筒）の形状を有し、カップ状に形成されている。放射シールド３０の側面には冷凍機１６の取付のための孔があり、そこから第２ステージ２４が放射シールド３０の中に挿入されている。その取付孔の外周部にて放射シールド３０の外面に第１ステージ２２が固定されている。こうして放射シールド３０は第１ステージ２２に熱的に接続されている。

放射シールド３０は、図１に示されるように一体の筒状に構成されていてもよく、また、複数のパーツにより全体として筒状の形状をなすように構成されていてもよい。これら複数のパーツは互いに間隙を有して配設されていてもよい。例えば、放射シールド３０は、第１ステージ２２の軸方向上側に取り付けられる上部シールドと、第１ステージ２２の軸方向下側に取り付けられる下部シールドとに分割されていてもよい。この場合、上部シールドは、上端及び下端が開放された筒型のシールドパネルであり、下部シールドは、上端が開放され下端が閉塞された筒型のシールドパネルである。

入口クライオパネル３２は、低温クライオパネル１８の軸方向上方に設けられ、吸気口１２に径方向に沿って配置されている。入口クライオパネル３２はシールド開口端３６に固定されて、放射シールド３０に熱的に接続されている。入口クライオパネル３２は、吸気口１２に入る気体を排気するために設けられている。入口クライオパネル３２の温度で凝縮する気体（例えば水分）がその表面に捕捉される。

また、入口クライオパネル３２は、クライオポンプ１０の外部の熱源（例えば、クライオポンプ１０が取り付けられる真空チャンバ内の熱源）からの輻射熱から低温クライオパネル１８を保護するために設けられている。輻射熱だけではなく気体分子の進入も制限される。入口クライオパネル３２は、吸気口１２を通じた内部空間１４への気体流入を所望量に制限するように吸気口１２の開口面積の一部を占有する。入口クライオパネル３２は、吸気口１２の大半を覆っている。

図２に示されるように、入口クライオパネル３２は、放射シールド３０の開口を覆うプレート部材である。放射シールド３０の断面形状と同様に、入口クライオパネル３２は円形である。なお、入口クライオパネル３２は、円形のプレート部材ではなく、他の適宜の構成であってもよい。入口クライオパネル３２は、例えば、ルーバ構造、シェブロン構造、または格子構造を備えてもよい。なお図２においては、入口クライオパネル３２を囲む吸気口フランジ５６をわかりやすく示すために、吸気口フランジ５６に斜線を付してある。

入口クライオパネル３２は、冷却プレート５０と拡張プレート５２とを備える。冷却プレート５０は、拡張プレート５２に囲まれる入口クライオパネル３２の中心部分である。冷却プレート５０は、放射シールド３０の開口を覆う。拡張プレート５２を設けることで、入口クライオパネル３２は径方向外側に拡張されている。冷却プレート５０は円板であり、拡張プレート５２は環状部材（例えばリング）である。本実施の形態においては、拡張プレート５２が上述の拡張パネル３４にあたる。

入口クライオパネル３２には気体流れを許容する多数の開口４６が形成されている。開口４６は冷却プレート５０に形成されている。開口４６の形状は任意であるが、例えば円形である。開口４６は拡張プレート５２には形成されていない。

入口クライオパネル３２は、シールド開口端３６のプレート取付部４８に取り付けられている。プレート取付部４８は、シールド開口端３６から径方向内側に突き出す凸部であり、周方向に等間隔（例えば９０°おき）に形成されている。入口クライオパネル３２は適切な手法でプレート取付部４８に固定される。例えば、プレート取付部４８はボルト孔（図示せず）を有し、入口クライオパネル３２の周端部がプレート取付部４８にボルト留めされる。

入口クライオパネル３２は、拡張プレート支持部５４を備える。拡張プレート支持部５４は、拡張プレート５２を冷却プレート５０に支持するために設けられている。拡張プレート支持部５４は、冷却プレート５０と拡張プレート５２との間でこれら２つのプレートを熱的に接続する。拡張プレート支持部５４は、周方向に等間隔（例えば９０°おき）に設けられている。拡張プレート支持部５４は、プレート取付部４８とは周方向に異なる場所に設けられている。

拡張プレート支持部５４は、例えば小片のプレート部材である。拡張プレート支持部５４の一方の半分が冷却プレート５０に取り付けられ、他方の半分が拡張プレート５２に取り付けられる。拡張プレート支持部５４は例えばボルト留め等の適切な手法で固定される。

図１に示されるように、クライオポンプ１０は、ハウジング３８を備える。ハウジング３８は、クライオポンプ１０の内部と外部とを隔てるための真空容器である。ハウジング３８は、クライオポンプ１０の内部空間１４の圧力を気密に保持するよう構成されている。ハウジング３８の中に、高温クライオパネル２０と冷凍機１６とが収容されている。ハウジング３８は、高温クライオパネル２０の外側に設けられており、高温クライオパネル２０を囲む。また、ハウジング３８は冷凍機１６を収容する。

ハウジング３８は、高温クライオパネル２０及び冷凍機１６の低温部に非接触であるように、外部環境温度の部位（例えば冷凍機１６の高温部）に固定されている。ハウジング３８の外面は外部環境にさらされており、冷却されている高温クライオパネル２０よりも温度が高い（例えば室温程度）。

ハウジング３８は、筒部４０と冷凍機収容部４２とを備える。筒部４０は、吸気口１２へと軸方向に延在する。筒部４０は、軸方向上端が開放されており、吸気口１２にハウジング開口端４４を備える。筒部４０は、軸方向下端が閉塞された筒形（例えば円筒）の形状を有し、カップ状に形成されている。筒部４０の側面から筒型の冷凍機収容部４２が突き出している。筒部４０に放射シールド３０が収容され、冷凍機収容部４２に冷凍機１６が収容されている。

筒部４０及び放射シールド３０はともに略円筒状に形成されており、同軸に配設されている。筒部４０の内径が放射シールド３０の外径を若干上回っており、放射シールド３０は筒部４０の内面との間に若干の間隔をもって筒部４０とは非接触の状態で配置される。すなわち、放射シールド３０の外面は、筒部４０の内面と対向している。なお、筒部４０および放射シールド３０の形状は、円筒形状には限られず、角筒形状や楕円筒形状などいかなる断面の筒形状でもよい。典型的には、放射シールド３０の形状は筒部４０の内面形状に相似する形状とされる。

ハウジング開口端４４はシールド開口端３６よりも軸方向に下方にある。つまり、シールド開口端３６は、入口クライオパネル３２に向けて、ハウジング開口端４４を越えて上方に延びている。

また、ハウジング３８は、ハウジング開口端４４に吸気口フランジ５６を備える。吸気口フランジ５６は、取付先の真空チャンバにクライオポンプ１０を取り付けるためのフランジである。吸気口フランジ５６がクライオポンプ１０の吸気口１２を画定する。吸気口フランジ５６は、ハウジング３８の筒部４０の上端から径方向外側に向けて延びている。吸気口フランジ５６は、ハウジング３８の全周にわたって設けられている。

図３に示されるように、真空チャンバの開口にゲートバルブ５８が設けられている場合には、ゲートバルブ５８にクライオポンプ１０が据え付けられる。そのとき、入口クライオパネル３２の軸方向上方にゲートバルブ５８が位置する。ゲートバルブ５８は例えばクライオポンプ１０を再生するときに閉とされ、クライオポンプ１０により真空チャンバを排気するときに開とされる。

ゲートバルブ５８は一般に、弁体６０と、弁体６０の開閉駆動のための駆動部（図示せず）と、弁体６０を移動可能に収容する弁箱６２と、を備える。弁箱６２は、弁体６０により開閉されるゲートバルブ開口６４を有する。

吸気口フランジ５６は、クライオポンプ１０の吸気口１２をゲートバルブ開口６４に適合させるよう構成されている。吸気口フランジ５６は、ゲートバルブ開口６４を囲む弁箱６２の外周部分に装着される。軸方向に見たときに、吸気口フランジ５６の形状がゲートバルブ５８の装着部分の形状に符合しており、当該装着部分に吸気口フランジ５６が当接されて内部の気密性が保たれる。

具体的には、吸気口フランジ５６の外周部分６８が吸気口１２をゲートバルブ開口６４に適合させるよう構成されている。外周部分６８の輪郭は、ゲートバルブ開口６４の輪郭と共通する形状を有する。例えば、ゲートバルブ開口６４が円形であるとき、外周部分６８は同様の円形とされる。ゲートバルブ開口６４が方形であるとき、外周部分６８は同様の方形とされる。

吸気口フランジ５６は、内周部分６６と外周部分６８とを備え、内周部分６６と外周部分６８との間には軸方向に高さ差Ｄが形成されている。内周部分６６は、ハウジング開口端４４の径方向外側に設けられている。外周部分６８は、クライオポンプ１０の取付のために設けられており、内周部分６６によりハウジング３８に接続されている。

外周部分６８は、内周部分６６の径方向外側にて軸方向上方にせり出して形成されている。外周部分６８は内周部分６６よりも軸方向に厚い。外周部分６８の上端面は、取付のための合わせ面７２である。合わせ面７２がゲートバルブ開口６４の周囲に当接されて、吸気口フランジ５６がゲートバルブ５８の弁箱６２に取り付けられる。外周部分６８の下面は、内周部分６６の下面と面一である。

吸気口フランジ５６の高さ差Ｄは、合わせ面７２と内周部分６６の上面とにより形成されている。高さ差Ｄが、入口クライオパネル３２の拡張プレート５２を受け入れるためのフランジ凹部７０を形成する。高さ差Ｄは、吸気口フランジ５６の外側上端の角部７３と内側上端の角部７５との中間にある。つまり、高さ差Ｄは、吸気口フランジ５６の上面において径方向の外周面と内周面との間に位置する。

フランジ凹部７０は、クライオポンプ１０の中に拡張プレート５２を収容するための環状空間であり、クライオポンプ１０の内部空間１４の一部をなす。フランジ凹部７０は、吸気口フランジ５６の全周に形成されている。フランジ凹部７０において内周部分６６と拡張プレート５２との間に軸方向隙間Ｇ１が形成されている。フランジ凹部７０において外周部分６８と拡張プレート５２との間に径方向隙間Ｇ２が形成されている。このようにして、入口クライオパネル３２は、拡張プレート５２が吸気口フランジ５６に接触しないように、吸気口フランジ５６に囲まれている。

軸方向隙間Ｇ１及び径方向隙間Ｇ２は、吸気口フランジ５６との非接触を保証するためには大きくすることが好ましい。また、隙間が大きいことにより吸気口フランジ５６から拡張プレート５２への輻射熱流入も小さくなる。一方、隙間への気体流入を避けるには、隙間は小さいほうがよい。こうした事情を考慮して、軸方向隙間Ｇ１及び径方向隙間Ｇ２は、例えば５ｍｍより大きいことが好ましい。

また、外周部分６８の内周面は内周部分６６の上面に直交する。よって、高さ差Ｄは段差である。外周部分６８の内周面がフランジ凹部側面７４であり、内周部分６６の上面がフランジ凹部底面７６である。よって、フランジ凹部底面７６と拡張プレート５２の下面との間に軸方向隙間Ｇ１が形成され、フランジ凹部側面７４と拡張プレート５２の径方向外端との間に径方向隙間Ｇ２が形成されている。

なお、フランジ凹部側面７４はフランジ凹部底面７６に対し傾斜しており、フランジ凹部底面７６から合わせ面７２へと連続的に高さが変化して、吸気口フランジ５６に高さ差Ｄが形成されていてもよい。この場合においても同様に、フランジ凹部７０と拡張プレート５２との間に軸方向隙間Ｇ１及び径方向隙間Ｇ２が形成され得る。

軸方向に関して、拡張プレート５２は、合わせ面７２とフランジ凹部底面７６との中間に配置されている。また、径方向に関して、拡張プレート５２は、シールド開口端３６に相当する位置からハウジング開口端４４の上方を越えてフランジ凹部側面７４へ向けて延在する。このようにして、入口クライオパネル３２はクライオポンプ１０の中に収められている。図示の例では、拡張プレート５２の上面は合わせ面７２と軸方向位置がほぼ一致している。拡張プレート５２の上面は、合わせ面７２よりもいくらか上方に位置してもよいし、合わせ面７２よりもいくらか下方に位置してもよい。

ところで、放射シールド３０と入口クライオパネル３２との間には軸方向に間隙がある。具体的には、図４に示されるように、シールド開口端３６と冷却プレート５０との間に間隙Ｓがある。間隙Ｓを覆うために、入口クライオパネル３２はスカート部７８を備える。スカート部７８は、間隙Ｓを通じた気体流れを規制するために設けられている。

スカート部７８は冷却プレート５０を取り巻く短筒である。スカート部７８と冷却プレート５０とは冷却プレート５０を底面とする円形トレイ状の一体構造をなす。この円形トレイ構造は放射シールド３０に被さるように配置されている。よって、スカート部７８は、冷却プレート５０から軸方向下方に突き出して、間隙Ｓに径方向に隣接して延びている。スカート部７８と間隙Ｓ（またはシールド開口端３６）との径方向距離は例えば、放射シールド３０の寸法公差程度である。

スカート部７８は、軸方向下方に間隙Ｓを越えて、放射シールド３０とハウジング３８との間へと延びている。スカート部７８は、径方向に関してハウジング３８よりも放射シールド３０に近接している。こうして、スカート部７８とシールド開口端３６とは径方向に重なり合い、いわば迷路構造（または屈曲した間隙）を形成する。こうした迷路構造により、間隙Ｓを通じた気体流れを僅少にすることができる。なお、スカート部７８とシールド開口端３６とは少なくとも部分的に接触していてもよい。スカート部７８はシールド開口端３６の径方向内側にあってもよい。

入口クライオパネル３２と放射シールド３０との間隙Ｓは製造上の誤差により変動し得る。そうした誤差は精密な部材の加工及び組付によって低減されうるが、それによる製造コストの上昇を考慮すると必ずしも現実的ではないかもしれない。誤差はクライオポンプ１０の個体差につながる。間隙Ｓの大きさに応じて、放射シールド３０の内側への気体の流入量が変わる。気体の流入量はクライオポンプ１０の排気速度に直接関連する。間隙Ｓが大きすぎても、あるいは小さすぎても、実際の排気速度が設計上の性能から外れてしまう。スカート部７８が間隙Ｓを覆うことによって、間隙Ｓを通じた気体流れが規制され、個体差が低減される。その結果、設計性能に対するクライオポンプ排気速度の個体差も小さくすることができる。

上記の構成のクライオポンプ１０による動作を以下に説明する。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で真空チャンバ内部を１Ｐａ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１６の駆動により第１ステージ２２及び第２ステージ２４が冷却され、これらに熱的に接続されている低温クライオパネル１８、高温クライオパネル２０も冷却される。

入口クライオパネル３２は、真空チャンバ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。入口クライオパネル３２の冷却温度では蒸気圧が充分に低くならない気体は入口クライオパネル３２を通過して放射シールド３０内部へと進入する。進入した気体分子のうち低温クライオパネル１８の冷却温度で蒸気圧が充分に低くなる気体は、低温クライオパネル１８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、低温クライオパネル１８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は真空チャンバの真空度を所望のレベルに到達させることができる。

本発明の一実施形態によれば、拡張プレート５２を付けることで、入口クライオパネル３２が径方向外側に拡張されている。こうして排気速度に寄与する有効面積（すなわち、軸方向に見たときの投影面積）が拡大されている。そのため、入口クライオパネル３２による（例えば水分の）排気速度を向上させることができる。

また、拡張プレート５２が吸気口フランジ５６のフランジ凹部７０に配置され、入口クライオパネル３２はクライオポンプ１０の中に収められている。吸気口フランジ５６に高さ差Ｄを設けたことで、入口クライオパネル３２を吸気口フランジ５６の上方に飛び出させることなく、入口クライオパネル３２を広げることができる。入口クライオパネル３２の拡張部分をクライオポンプ内部に留めることで、ゲートバルブ５８と干渉するリスクがなくなる。よって、入口クライオパネル３２を拡張したうえで、所望のゲートバルブ５８にクライオポンプ１０を据え付けることができる。

クライオポンプ１０は、水の排気が支配的である用途に好適である。入口クライオパネル３２が拡張されているため、クライオポンプ１０は、水を効率的に排気することができる。そうした用途においては、水より低温で捕捉される気体の排気速度は、水より小さくてもよい。そうした小さい排気速度は、小型のクライオポンプで満たされ得る。

しかし、本業界の実情として、クライオポンプ吸気口の口径がクライオポンプ製品の品揃えを定めている。クライオポンプの製造業者は一般に、例えば、口径８インチ、１０インチ、１２インチなどと２インチまたは４インチおきに標準的な仕様のクライオポンプを製造し販売している。したがって、使用されるクライオポンプは取付先の口径に合わせて選択せざるを得ない。

ところが、本実施の形態に係るクライオポンプ１０によれば、吸気口フランジ５６が取付先に適合されている。よって、適合された吸気口フランジ５６を用いることによって、小口径のクライオポンプを大口径のゲートバルブに取り付けることができる。クライオポンプの小型化は真空システムの低コスト化に役立つ。例えば、１２インチのゲートバルブ５８に適合された吸気口フランジ５６が、８インチのクライオポンプ１０に設けられている。これにより、８インチのクライオポンプ１０を１２インチのゲートバルブ５８に取り付けることができる。

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。

図５は、本発明の他の一実施形態に係るクライオポンプ１０を模式的に示す図である。このクライオポンプ１０は、拡張プレート５２に拡幅部８０を備える点で、既述の実施の形態とは異なる。拡幅部８０は、図５に示されるように、拡張プレート支持部５４の近傍で拡張プレート５２から径方向外側に張り出している。拡幅部８０は、入口クライオパネル３２の有効面積をさらに大きくする。拡張プレート支持部５４は、拡張プレート５２の冷却のための伝熱経路を構成する。その近傍に拡幅部８０があることによって、熱的な不利益は比較的小さく抑えることができる。

なお、必要に応じて、拡張プレート５２は逆に縮幅部を有してもよい。また、拡張プレート５２は欠落部を有してもよい（つまり、拡張プレート５２は全周に連続していなくてもよい）。

真空チャンバの開口にゲートバルブが設けられていない場合には、吸気口フランジ５６は、クライオポンプ１０の吸気口１２を真空チャンバ開口に適合させるよう構成されてもよい。それにより、クライオポンプ１０が真空チャンバの開口に直に取り付けられてもよい。クライオポンプ１０は、吸気口フランジ５６を適合させることにより、吸気口１２とは異なる形状をもつ取付先の開口に取り付けることができる。例えば、吸気口１２よりも少なくとも一部が大径である取付先の開口に、クライオポンプ１０は、取り付け可能である。

入口クライオパネル３２が他の構造を備える場合も同様である。例えば、入口クライオパネル３２がルーバ構造を備える場合には、入口クライオパネル３２の拡張部分は、ルーバの羽根の１枚または複数枚であってもよい。リング状の拡張プレート５２に代えて、そうした羽根がシールド開口端３６またはハウジング開口端４４の径方向外側に設けられてもよい。

拡張プレート５２に代えて、放射シールド３０が拡張パネル３４を備えてもよい。例えば、放射シールド３０は、シールド開口端３６から径方向外側に延在する拡張シールド部分を備えてもよい。このようにしても、拡張プレート５２と同様の効果を得ることができる。

また、放射シールド３０の軸方向上部が下部に比べて拡径されていてもよい。すなわち放射シールド３０は開放側の端部を径方向外側に膨らませた形状を有してもよい。放射シールド３０の拡径された部分がフランジ凹部７０に収容されていてもよい。この場合、拡張プレート５２は放射シールド３０の径方向内側にあってもよい。

スカート部７８は、入口クライオパネル３２が拡張プレート５２を有しない場合に、冷却プレート５０に設けられていてもよい。また、スカート部７８を冷却プレート５０に設ける代わりに、入口クライオパネル３２がシールド開口端３６に固定されて間隙Ｓが埋められていてもよい。

１０ クライオポンプ、 １２ 吸気口、 １８ 低温クライオパネル、 ２０ 高温クライオパネル、 ３０ 放射シールド、 ３２ 入口クライオパネル、 ３４ 拡張パネル、 ３６ シールド開口端、 ３８ ハウジング、 ４０ 筒部、 ４４ ハウジング開口端、 ５０ 冷却プレート、 ５２ 拡張プレート、 ５４ 拡張プレート支持部、 ５６ 吸気口フランジ、 ５８ ゲートバルブ、 ６４ ゲートバルブ開口、 ６６ 内周部分、 ６８ 外周部分、 ７０ フランジ凹部、 ７２ 合わせ面、 ７４ フランジ凹部側面、 ７６ フランジ凹部底面、 ７８ スカート部、 ８０ 拡幅部。

Claims (9)

1. クライオポンプの吸気口へと軸方向に延在する筒部を備えるハウジングと、
   前記筒部の開口端の径方向外側に設けられている内周部分と、クライオポンプの取付のための外周部分と、を備えるフランジと、
   前記吸気口に位置する入口クライオパネルと、
   前記筒部の内側を軸方向に延在し、前記入口クライオパネルとの間に軸方向に間隙を有するシールドパネルと、を備え、
   前記入口クライオパネルは、前記筒部の径方向外側に拡張部分を備え、
   前記内周部分と前記外周部分との間には軸方向に高さ差が形成されており、
   前記入口クライオパネルは、前記拡張部分と前記内周部分との間に軸方向に隙間が形成され、前記拡張部分と前記外周部分との間に径方向に隙間が形成されて、前記フランジに囲まれており、
   前記入口クライオパネルは、前記間隙を覆うためのスカート部を備えることを特徴とするクライオポンプ。
2. クライオポンプの吸気口へと軸方向に延在する筒部を備えるハウジングと、
   前記筒部の開口端の径方向外側に設けられている内周部分と、クライオポンプの取付のための外周部分と、を備えるフランジと、
   前記吸気口に位置する入口クライオパネルと、を備え、
   前記入口クライオパネルは、前記筒部の径方向外側に拡張部分を備え、
   前記内周部分と前記外周部分との間には軸方向に高さ差が形成されており、
   前記入口クライオパネルは、前記拡張部分と前記内周部分との間に軸方向に隙間が形成され、前記拡張部分と前記外周部分との間に径方向に隙間が形成されて、前記フランジに囲まれており、
   前記入口クライオパネルは、前記拡張部分に囲まれる中心部分と、前記拡張部分と前記中心部分との伝熱経路と、を備え、前記拡張部分は、前記伝熱経路の近傍に拡幅部を備えることを特徴とするクライオポンプ。
3. 前記外周部分は取付のための合わせ面を備え、前記拡張部分は軸方向に前記合わせ面と前記内周部分との中間に配置されており、前記入口クライオパネルはクライオポンプの中に収められていることを特徴とする請求項１または２に記載のクライオポンプ。
4. 前記外周部分は、クライオポンプの前記吸気口を、該吸気口とは異なる形状をもつ取付先の開口に適合させるよう構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のクライオポンプ。
5. 低温クライオパネルと、
   前記低温クライオパネルの外側に設けられている高温クライオパネルと、
   前記高温クライオパネルの外側に設けられているハウジングと、を備え、
   前記高温クライオパネルは外側へと延びる拡張部分を備え、前記ハウジングは該拡張部分を囲む段付きフランジを備え、
   前記段付きフランジは、クライオポンプの取付のための外周部分と、前記外周部分を前記ハウジングに接続する内周部分と、を備え、
   前記拡張部分を受け入れるためのフランジ凹部が、軸方向における前記外周部分の上面と前記内周部分の上面との高さ差によって形成されており、
   前記フランジ凹部の軸方向高さは、前記外周部分の軸方向厚さより小さいことを特徴とするクライオポンプ。
6. 前記外周部分は、前記内周部分よりも軸方向に厚いことを特徴とする請求項５に記載のクライオポンプ。
7. 前記外周部分の下面は、前記内周部分の下面と面一であることを特徴とする請求項５または６に記載のクライオポンプ。
8. クライオポンプの吸気口へと軸方向に延在する筒部を備えるハウジングと、
   前記吸気口に位置する入口クライオパネルと、
   前記筒部の内側を軸方向に延在し、前記入口クライオパネルとの間に軸方向に間隙を有するシールドパネルと、を備え、
   前記入口クライオパネルは、前記間隙を覆うためのスカート部を備えることを特徴とするクライオポンプ。
9. 低温クライオパネルと、
   前記低温クライオパネルの外側に設けられている高温クライオパネルと、を備え、
   前記高温クライオパネルは、入口クライオパネルとシールドパネルとを備え、前記入口クライオパネルは、前記シールドパネルの開口端との間に間隙を有し、
   前記入口クライオパネルは、前記間隙を通じた気体流れを規制するために設けられているスカート部を備えることを特徴とするクライオポンプ。

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