JPH1137047A - クライオポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 輻射シールの温度制御が容易で且つ安価なク
ライオポンプを提供する。 【解決手段】 内周面に活性炭１７が張り付けられたセ
カンドクライオパネル１４は、単段膨張式冷凍機１１の
膨張シリンダ１２で冷却される。輻射シールドとして機
能するファストクライオパネル２４は、ペルチェ素子２
８によって冷却される。このように、単段膨張式冷凍機
１１を用いると共に、ファストクライオパネル２４には
異色塗装や鏡面加工等の表面処理の必要がない簡単な構
成で、大幅なコストダンウンを図る。また、サーミスタ
２９で計測したファストクライオパネル２４の温度に基
づいて、ペルチェ素子２８へ供給する電流を制御する。
こうして、ファストクライオパネル２４の温度を積極的
に制御して、輻射シールド温度を５０Ｋ〜１５０Ｋの範
囲に容易に且つ正確に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、クライオポンプ
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体製造やレンズの蒸着等
の際に使用される真空装置の真空排気に、図２に示すよ
うなクライオポンプが使用されている。このクライオポ
ンプには、２段の膨張シリンダ２,３を備えた２段膨張
式冷凍機１が用いられている。

【０００３】２段目(最終段)の膨張シリンダ３のヒート
ステージ(セカンドヒートステージ)５には、多段に積層
されたセカンドクライオパネル７を取り付けている。ま
た、１段目の膨張シリンダ２のヒートステージ(ファス
トヒートステージ)４には、有底の円筒形を成して輻射
シールド体として機能するファストクライオパネル６の
底面の中央を取り付けている。

【０００４】そして、上記ファストクライオパネル６や
その先端部に取り付けられたバッフル８で、チャンバ
(図示せず)内の水蒸気を凝縮して排気する。一方、セカ
ンドクライオパネル７によって、ファストクライオパネ
ル６で排気できない上記チャンバ内の窒素ガスやアルゴ
ンガスを凝縮し、水素ガスはセカンドクライオパネル７
に張り付けられた活性炭(図示せず)に吸着して排気する
のである。

【０００５】上記ファストクライオパネル６による輻射
シールド機能を発揮するには、ファストクライオパネル
６を５０Ｋ〜１５０Ｋの範囲で温度管理を行う必要があ
る。この温度範囲は、次のような理由から設定される。
すなわち、温度を１５０Ｋ以下にするのは、上述のよう
に水蒸気を凝縮して排気するためである。ところが、温
度が５０Ｋ以下になるとアルゴンガスも凝縮されてしま
い、この凝縮されたアルゴンガスは定常運転時に放出さ
れるからである。

【０００６】尚、上記セカンドクライオパネル６の５０
Ｋ〜１５０Ｋの範囲での温度管理を容易にするために、
通常、セカンドクライオパネル６には、異色塗装や鏡面
加工等の表面処理が行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、クラ
イオポンプにおいては、最終段のクライオパネルによる
窒素ガス,アルゴンガスおよび水素ガスの排気と、最終
段以外のクライオパネルによる水蒸気の排気とを円滑に
機能させるために、最終段以外のクライオパネルの温度
を５０Ｋ〜１５０Ｋの範囲で管理する必要がある。

【０００８】したがって、従来のクライオポンプにおい
ては、図２に示すように、２段(多段)膨張式冷凍機１を
用いて、セカンドクライオパネル７は２段目の膨張シリ
ンダ３のセカンドヒートステージ５に取り付ける一方、
輻射シールド体として機能するファストクライオパネル
６は１段目の膨張シリンダ２のファストヒートステージ
４に取り付ける。そして、ファストクライオパネル６に
は異色塗装や鏡面加工等の表面処理を施すという複雑な
構成を取っている。そのために、従来のクライオポンプ
ではコストが高くなるという問題がある。

【０００９】また、上述のように、上記ファストクライ
オパネル６の温度管理は、ファストクライオパネル６の
表面状態と環境温度とを考慮に入れた複雑な制御となる
ために、正確な温度管理が行えないという問題もある。

【００１０】そこで、この発明の目的は、輻射シールの
温度制御が容易で安価なクライオポンプを提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明のクライオポンプは、単段のク
ライオ冷凍機と、上記クライオ冷凍機のヒートステージ
に取り付けられたクライオパネルと、筒部を有すると共
に,上記筒部で上記クライオ冷凍機の冷却シリンダおよ
びクライオパネルを包囲している輻射シールド体と、底
部と筒部を有すると共に,上記底部が上記クライオ冷凍
機に取り付けられて,上記筒部で上記輻射シールド体の
筒部を包囲しているエンクロージャと、上記輻射シール
ド体を冷却する冷却手段を備えたことを特徴としてい
る。

【００１２】上記構成によれば、単段のクライオ冷凍機
が駆動されて、ヒートステージに取り付けられたクライ
オパネルが温度５０Ｋ以下に冷却される。一方、冷却手
段によって、輻射シールド体が５０Ｋ〜１５０Ｋの温度
範囲に冷却される。このように、上記輻射シールド体を
上記クライオパネルとは独立して冷却することによっ
て、輻射シールド体の輻射シールド温度が、容易に且つ
正確に５０Ｋ〜１５０Ｋの最適温度範囲内に保たれる。
さらに、上記クライオパネルの冷却を単段のクライオ冷
凍機で行うことによって、安価なクライオポンプが得ら
れる。

【００１３】また、請求項２に係る発明のクライオポン
プは、請求項１に係る発明のクライオポンプにおいて、
上記冷却手段はペルチェ素子であることを特徴としてい
る。

【００１４】上記構成によれば、上記冷却手段はペルチ
ェ素子で構成されているので、小型で安価なクライオポ
ンプが得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態のクラ
イオポンプにおける縦断面図である。本実施の形態にお
けるクライオポンプでは、１段の膨張シリンダ１２を有
する単段膨張式冷凍機１１を用いる。

【００１６】上記単段膨張式冷凍機１１における膨張シ
リンダ１２のヒートステージ１３には、有底の略円筒形
を成すセカンドクライオパネル１４の底部１５の中心部
を取り付けている。そして、セカンドクライオパネル１
４の上記円筒部１６の内周面には、水素ガス吸着用の活
性炭１７を張り付けている。

【００１７】上記単段膨張式冷凍機１１におけるモータ
等(図示せず)が収納されている円筒形の駆動部１８の膨
張シリンダ１２側の端部には鍔１９が設けられており、
この鍔１９には、エンクロージャ２０が取り付けられ
る。エンクロージャ２０は有底の円筒形を成しており、
底部２１の中心には穴２２が設けられている。そして、
エンクロージャ２０を単段膨張式冷凍機１１に取り付け
る場合には、穴２２に単段膨張式冷凍機１１の膨張シリ
ンダ１２が挿通され、円筒部２３で膨張シリンダ１２を
取り囲むようにエンクロージャ２０が配置される。そし
て、上記穴２２の周囲が、単段膨張式冷凍機１１の鍔１
９の周囲に固定されて取り付けられる。

【００１８】また、上記エンクロージャ２０とセカンド
クライオパネル１４との間には、上記輻射シールド体と
してのファストクライオパネル２４を設ける。このファ
ストクライオパネル２４は有底の円筒形を成しており、
底部２５の中心には穴２６が設けられている。上記構成
のファストクライオパネル２４は、底部２５の穴２６に
単段膨張式冷凍機１１の膨張シリンダ１２を挿通し、円
筒部２７とセカンドクライオパネル１４の円筒部１６と
を対向させて配置される。そして、ファストクライオパ
ネル２４の底部２５を、ペルチェ素子２８を介してエン
クロージャ２０の底部２１に固定するのである。

【００１９】上記ペルチェ素子２８は、２つの金属の接
合部を通って一定方向に電流が流れると、ファストクラ
イオパネル２４の熱を吸収してエンクロージャ２０側に
放出する。そして、流れる電流の大きさに応じて吸収す
る熱量が変わる特性を有している。そこで、本実施の形
態においては、ファストクライオパネル２４の円筒部２
７の温度をサーミスタ２９で計測し、この計測温度に基
づいてコントローラ３０によって、電源３１からペルチ
ェ素子２８への供給電流値を制御する。こうして、ファ
ストクライオパネル２４の温度を積極的に５０Ｋ〜１５
０Ｋの範囲に保つのである。

【００２０】上記構成のクライオポンプは、以下のよう
に動作する。先ず、上記単段膨張式冷凍機１１を駆動し
て膨張シリンダ１２内の冷媒ガスの膨張によってヒート
ステージ１３を冷却し、セカンドクライオパネル１４の
温度を５０Ｋ以下に設定する。次に、コントローラ３０
を動作させて、サーミスタ２９で計測されたファストク
ライオパネル２４の円筒部２７の温度に基づいて、ファ
ストクライオパネル２４やその先端部に取り付けられた
バッフル３２の温度が５０Ｋ〜１５０Ｋの範囲に保たれ
るように、電源３１からペルチェ素子２８へ供給される
電流値を制御する。

【００２１】こうして、輻射シールド温度を５０Ｋ〜１
５０Ｋの範囲に保っているファストクライオパネル２４
やその先端部に取り付けられたバッフル３２によって、
エンクロージャ２０の先端部に接続されているチャンバ
(図示せず)内の水蒸気が凝縮されて排気される。一方、
温度が５０Ｋ以下になったセカンドクライオパネル１４
によって、ファストクライオパネル２４で排気できない
上記チャンバ内の窒素ガスやアルゴンガスが凝縮され、
水素ガスはセカンドクライオパネル１４に張り付けられ
た活性炭１７に吸着されて排気される。

【００２２】このように、本実施の形態におけるクライ
オポンプは、上記活性炭１７が張り付けられたセカンド
クライオパネル１４を単段膨張式冷凍機１１の膨張シリ
ンダ１２で冷却し、輻射シールド体として機能するファ
ストクライオパネル２４は、ペルチェ素子２８によって
セカンドクライオパネル１４とは独立して冷却するよう
にしている。そして、ファストクライオパネル２４の円
筒部２７にサーミスタ２９を設け、このサーミスタで計
測した円筒部２７の温度に基づいてペルチェ素子２８へ
の供給電流を制御している。したがって、本実施の形態
におけるクライポンプは、ファストクライオパネル２４
の温度を積極的に制御でき、輻射シールド温度を５０Ｋ
〜１５０Ｋの範囲に、容易に且つ正確に制御することが
できるのである。

【００２３】また、本実施の形態においては、単段膨張
式冷凍機１１を用い、且つ、ファストクライオパネル２
４には異色塗装や鏡面加工等の表面処理の必要がない簡
単な構成で実現できる。したがって、大幅なコストダン
ウンを図ることができる。

【００２４】尚、上記実施の形態においては、ファスト
クライオパネル２４の輻射シールド温度を５０Ｋ〜１５
０Ｋの範囲に保つ手段として、ペルチェ素子２８を用い
ている。しかしながら、この発明はこれに限定されるも
のではなく、ファストクライオパネル２４冷却用の他の
冷凍機を用いてもよい。このようなファストクライオパ
ネル２４冷却用の冷凍機としては、小型/軽量で安価な
スターリング冷凍機等が考えられる。そして、例えば、
サーミスタで計測したファストクライオパネル２４の表
面温度に基づいて、コントローラによってスターリング
冷凍機を制御するのである。

【００２５】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明のクライオポンプは、クライオパネルを単段のク
ライオ冷凍機のヒートステージに取り付け、筒部で上記
クライオ冷凍機の冷却シリンダおよびクライオパネルを
包囲する輻射シールド体を冷却手段で冷却し、底部が上
記クライオ冷凍機に取り付けられたエンクロージャの筒
部で上記輻射シールド体の筒部を包囲したので、上記ク
ライオパネルと輻射シールドとを互いに独立して冷却で
きる。

【００２６】したがって、上記クライオパネルを温度５
０Ｋ以下に冷却しつつ、上記輻射シールド体の温度が５
０Ｋ〜１５０Ｋの最適範囲内になるように、容易に且つ
正確に制御できる。さらに、上記クライオパネルを冷却
するクライオ冷凍機を単段にすることによって、安価な
クライオポンプを得ることができる。

【００２７】また、請求項２に係る発明のクライオポン
プにおける上記冷却手段は、ペルチェ素子であるので、
小型で安価なクライオポンプを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のクライオポンプにおける縦断面図で
ある。

【図２】従来のクライオポンプの部分縦断面図である。

【符号の説明】

１１…単段膨張式冷凍機、 １２…膨張シリン
ダ、１４…セカンドクライオパネル、 １７…活性
炭、１９…鍔、 ２０…エンク
ロージャ、２４…ファストクライオパネル、 ２８…
ペルチェ素子、２９…サーミスタ、 ３
０…コントローラ、３１…電源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単段のクライオ冷凍機(１１)と、 上記クライオ冷凍機(１１)のヒートステージ(１３)に取
   り付けられたクライオパネル(１４)と、 筒部(２７)を有すると共に、上記筒部(２７)で上記クラ
   イオ冷凍機(１１)の冷却シリンダ(１２)およびクライオ
   パネル(１４）を包囲している輻射シールド体（２４)
   と、 底部(２１)と筒部(２３)を有すると共に、上記底部(２
   １)が上記クライオ冷凍機(１１)に取り付けられて、上
   記筒部(２３)で上記輻射シールド体(２４)の筒部(２７)
   を包囲しているエンクロージャ(２０)と、 上記輻射シールド体(２４)を冷却する冷却手段(２８)を
   備えたことを特徴とするクライオポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のクライオポンプにおい
   て、 上記冷却手段は、ペルチェ素子（２８）であることを特
   徴とするクライオポンプ。