KR101511611B1

KR101511611B1 - 크라이오펌프 및 크라이오펌프 장착구조

Info

Publication number: KR101511611B1
Application number: KR20130154584A
Authority: KR
Inventors: 켄 오이카와
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-04-13
Also published as: TWI570326B; JP6053552B2; CN103994049A; CN103994049B; US20140230462A1; JP2014156832A; TW201433694A; KR20140103829A

Abstract

비교적 큰 기체 흡장량 및/또는 비교적 작은 배기속도가 요구되는 용도에 적합한 크라이오펌프 및 크라이오펌프 장착구조를 제공한다.
진공챔버(200)의 배기를 하기 위한 크라이오펌프(10)는, 기체를 받아들이기 위한 실드개구를 둘러싸는 실드개구단을 구비하는 방사실드와, 실드개구를 진공챔버(200)에 접속하기 위한 실드개구보다 좁은 접속개구를 갖는 덮개부재(300)를 구비한다. 덮개부재(300)는, 진공챔버측에서 접속개구를 둘러싸고 진공챔버측의 상대 플랜지에 크라이오펌프(10)를 장착하기 위한 제1 장착 플랜지(302)를 구비한다.

Description

크라이오펌프 및 크라이오펌프 장착구조{Cryopump and structure for installing cryopump}

본 출원은 2013년 2월 18일에 출원된 일본 특허출원 제2013-028724호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 크라이오펌프 및 크라이오펌프 장착구조에 관한 것이다.

냉동기의 콜드헤드 2단에 연결되어 극저온으로 냉각된 크라이오패널과, 그 냉동기의 콜드헤드 1단에 연결되어 초저온으로 냉각된 통형의 실드와, 그 실드에 연결된 배플과, 펌프케이스 내에 설치한 크라이오펌프가 알려져 있다. 배플은, 통형의 실드의 개구부에 그 실드의 통 내로 오목한 오목부를 가진다. 펌프케이스의 개구는 직사각형이며, 그 폭과 높이의 비가 전방의 플랜지에 의하여 10:1로 되어 있다. 펌프케이스의 개구의 폭 및 높이는, 통형의 실드의 개구부의 폭 및 높이와 일치하고 있다.

선행기술문헌

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본 특허공개공보 평11-166477호

일반적으로, 크라이오펌프를 진공기기에 장착할 때, 상대측의 개구에 맞춘 치수의 흡기구를 가지는 크라이오펌프가 선택된다. 흡기구의 치수는 설계상, 크라이오펌프의 배기성능을 나타내는 주요한 지표인 배기속도와 기체 흡장량을 결정하는 대표적인 인자이다. 그러나, 어느 용도에 있어서는, 이와 같이 선택된 크라이오펌프에 의하여 제공되는 배기성능의 수준에서 벗어난 배기성능이 요구되는 경우가 있다. 예를 들면, 이러한 수준을 넘는 기체 흡장량이 요구되는 경우가 있다. 혹은, 제공할 수 있는 최대의 배기속도보다 작은 배기속도로 충분하다고 생각되는 경우도 있을 수 있다.

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적 중 하나는, 비교적 큰 기체 흡장량 및/또는 비교적 작은 배기속도가 요구되는 용도에 적합한 크라이오펌프 및 크라이오펌프 장착구조를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 진공챔버의 배기를 하기 위한 크라이오펌프로서, 기체를 받아들이기 위한 실드개구를 둘러싸는 실드개구단을 구비하는 방사실드와, 상기 실드개구를 상기 진공챔버에 접속하기 위한 상기 실드개구보다 좁은 접속개구를 갖는 덮개부재를 구비하고, 상기 덮개부재는, 진공챔버측에서 상기 접속개구를 둘러싸고 진공챔버측의 상대 플랜지에 상기 크라이오펌프를 장착하기 위한 제1 장착 플랜지를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프가 제공된다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 진공챔버의 배기를 하기 위한 크라이오펌프를, 진공챔버측의 상대 플랜지에 장착하기 위한 크라이오펌프 장착구조로서, 상기 크라이오펌프는, 흡기구를 둘러싸는 흡기구 플랜지를 구비하고 있으며, 상기 장착 구조는, 상기 흡기구를 상기 진공챔버에 접속하기 위한 접속개구를 갖는 덮개부재를 구비하고, 상기 덮개부재는, 진공챔버측에서 상기 접속개구를 둘러싸고 상기 상대 플랜지에 상기 덮개부재를 장착하기 위한 제1 장착 플랜지와, 크라이오펌프측에서 상기 접속개구를 둘러싸고 상기 흡기구 플랜지에 상기 덮개부재를 장착하기 위한 제2 장착 플랜지를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 장착구조가 제공된다.

다만, 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 비교적 큰 기체 흡장량 및/또는 비교적 작은 배기속도가 요구되는 용도에 적합한 크라이오펌프 및 크라이오펌프 장착구조를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 장치의 주요부를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 장치의 내부를 개략적으로 나타내는 부분 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 관한 크라이오펌프 장치의 주요부를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 크라이오펌프 장치의 주요부를 개략적으로 나타내는 측면도이다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 장치(100)의 주요부를 개략적으로 나타내는 측면도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프 장치(100)의 내부를 개략적으로 나타내는 부분 측단면도이다.

크라이오펌프 장치(100)는 예를 들면, 진공 환경에서 기판 등의 물체에 원하는 처리를 하도록 구성되어 있는 진공처리장치의 진공챔버(200)의 배기를 하기 위하여 사용된다. 크라이오펌프 장치(100)는, 크라이오펌프(10)를 구비한다.

진공챔버(200)는, 크라이오펌프 장치(100) 등의 진공 펌프를 장착하기 위한 배기구 플랜지(202)를 구비한다. 배기구 플랜지(202)는, 예를 들면, 진공챔버(200)의 배기구에 형성되어 있는 진공플랜지, 당해 배기구에 장착되는 게이트밸브 혹은 그 외의 진공밸브 또는 진공배관의 진공펌프측에 형성되어 있는 진공플랜지이다. 즉, 크라이오펌프 장치(100)는, 진공챔버(200)의 배기구에 직접 장착되어 있어도 되고, 진공밸브나 진공배관을 통하여 진공챔버(200)의 배기구에 장착되어 있어도 된다.

도 2를 참조하여 후술하는 바와 같이, 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프 흡기구(34)의 중심선(A)에 교차하는 방향을 따라 배치되어 있는 냉동기(11)를 구비하는, 이른바 횡형의 크라이오펌프이다. 이 중심선(A)은 크라이오펌프 흡기구(34)의 중심을 통과하는 가상적인 직선이며, 실드개구(42)의 중심선에 일치한다. 크라이오펌프 흡기구(34)는, 진공챔버(200)로부터 기체를 받아들이기 위하여 크라이오펌프 용기(30)에 형성되어 있는 크라이오펌프(10)의 주된 개구이다. 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프 흡기구(34)를 둘러싸는 흡기구 플랜지(36)를 구비한다. 흡기구 플랜지(36)는, 배기구 플랜지(202)보다 큰 구경을 가지는 진공플랜지이다. 흡기구 플랜지(36)는, 크라이오펌프 용기(30)의 개구단에 있어서 중심선(A)으로부터 외측을 향하는 방향으로 돌출하도록 형성되어 있다.

다만 이하에서는, 크라이오펌프(10)의 구성요소의 위치 관계를 알기 쉽게 나타내기 위하여, “축방향”, “직경방향”이라는 용어를 사용하는 경우가 있다. 축방향은 크라이오펌프 흡기구(34)를 통과하는 방향을 나타내고, 직경방향은 크라이오펌프 흡기구(34)를 따르는 방향을 나타낸다. 편의상, 축방향에 관하여 크라이오펌프 흡기구(34)에 상대적으로 가까운 것을 “상측”, 상대적으로 먼 것을 “하측”이라고 하는 경우가 있다. 즉, 크라이오펌프(10)의 바닥부로부터 상대적으로 먼 것을 “상측”, 상대적으로 가까운 것을 “하측”이라고 하는 경우가 있다. 직경방향에 관해서는, 크라이오펌프 흡기구(34)의 중심에 가까운 것을 “내측”, 크라이오펌프 흡기구(34)의 둘레 가장자리에 가까운 것을 “외측”이라고 하는 경우가 있다. 다만, 이러한 표현은 크라이오펌프(10)가 진공챔버(200)에 장착될 때의 배치와는 관계없다. 예를 들면, 도시와는 반대로, 크라이오펌프(10)는 연직방향으로 크라이오펌프 흡기구(34)를 하향으로 하여 진공챔버(200)에 장착되어도 된다.

크라이오펌프 장치(100)는, 흡기구 플랜지(36)에 장착되는 덮개부재(300)를 구비한다. 덮개부재(300)는, 크라이오펌프(10)의 흡기구 플랜지(36)를 진공챔버(200)의 배기구 플랜지(202)에 적합시키기 위한, 말하자면 변환 포트이다. 덮개부재(300)는, 크라이오펌프 장치(100)로의 기체 입구를 크라이오펌프 흡기구(34)보다 좁게 하도록 구성되어 있다. 덮개부재(300)는, 크라이오펌프 흡기구(34)를 진공챔버(200)에 접속하기 위한 접속개구(308)(도 2 참조)를 가진다. 덮개부재(300)는, 접속개구(308)에 의하여 개방된 영역을 제외한 크라이오펌프 흡기구(34)의 일부를 덮는다. 이와 같이 하여, 덮개부재(300)의 컨덕턴스는 접속개구(308)에 의하여 결정된다. 후술하는 바와 같이 접속개구(308)는 단면적이 크라이오펌프 흡기구(34)보다 좁기 때문에, 덮개부재(300)에 의하여 크라이오펌프(10)의 배기속도는 저감된다.

덮개부재(300)는, 접속개구(308)를 진공챔버(200)측에서 둘러싸는 제1 장착 플랜지(302)와, 접속개구(308)를 크라이오펌프(10)측에서 둘러싸는 제2 장착 플랜지(304)를 구비한다. 제1 장착 플랜지(302)는, 덮개부재(300)를 배기구 플랜지(202)에 장착하기 위한 진공플랜지이며, 제2 장착 플랜지(304)는, 덮개부재(300)를 흡기구 플랜지(36)에 장착하기 위한 진공플랜지이다. 제1 장착 플랜지(302)와 배기구 플랜지(202)는, O링 등의 씰요소를 포함하는 씰부를 통하여 볼트나 클램프 등의 체결도구에 의하여 고정된다. 마찬가지로, 제2 장착 플랜지(304)와 흡기구 플랜지(36)는 씰부를 통하여 체결도구에 의하여 고정된다. 덮개부재(300)는, 크라이오펌프(10)의 외측에서 흡기구 플랜지(36)에 인접하여 고정된다.

제1 장착 플랜지(302)는 배기구 플랜지(202)와 동일 구경의 플랜지이며, 제2 장착 플랜지(304)는 흡기구 플랜지(36)와 동일 구경의 플랜지이다. 따라서, 제1 장착 플랜지(302)의 구경은 제2 장착 플랜지(304)의 구경보다 작다. 제1 장착 플랜지(302) 및 제2 장착 플랜지(304)는 동축으로 형성되어 있으며, 이로 인하여 덮개부재(300)는, 흡기구 플랜지(36)를 배기구 플랜지(202)에 동축으로 장착하도록 구성되어 있다.

덮개부재(300)는, 제1 장착 플랜지(302)와 제2 장착 플랜지(304)를 접속하는 접속부(306)를 구비한다. 접속부(306)는 일단에 제1 장착 플랜지(302)가 형성되고 타단에 제2 장착 플랜지(304)가 형성되어 있다. 제1 장착 플랜지(302)는, 진공챔버(200)측의 접속부(306) 말단에 있어서 중심선(A)으로부터 외측을 향하는 방향으로 돌출하도록 형성되어 있다. 제2 장착 플랜지(304)는, 크라이오펌프(10)측의 접속부(306) 말단에 있어서 중심선(A)으로부터 외측을 향하는 방향으로 돌출하도록 형성되어 있다.

제1 장착 플랜지(302)는 제2 장착 플랜지(304)와 동일한 내경을 가지고 있으며, 접속부(306)는 짧은 원통 또는 링형상으로 형성되어 있다. 상술의 접속개구(308)는 접속부(306)를 관통하는 관로이다. 따라서, 배기되어야 할 기체는, 진공챔버(200)로부터 접속개구(308) 및 크라이오펌프 흡기구(34)를 통하여 크라이오펌프(10)에 진입한다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 제2 장착 플랜지(304)는, 흡기구 플랜지(36)의 내측둘레 가장자리(37)의 직경방향 내측에 연출부(310)를 구비한다. 즉, 제2 장착 플랜지(304)의 내측둘레 가장자리(312)는, 흡기구 플랜지(36)의 내측둘레 가장자리(37)보다 중심선(A)에 가깝다. 접속개구(308)의 단면적은, 크라이오펌프 흡기구(34)보다 좁다. 연출부(310)는 제2 장착 플랜지(304)의 내주측의 원환부분이다. 이렇게 하여, 제2 장착 플랜지(304)는, 크라이오펌프 흡기구(34)의 외주부를 덮는다. 또, 제2 장착 플랜지(304)의 내측둘레 가장자리(312)는, 실드개구단(41)보다 중심선(A)에 가깝다. 접속개구(308)의 단면적은, 실드개구(42)보다 좁다.

또, 크라이오펌프(10)는, 예를 들면 기포드·맥마흔식 냉동기(이른바 GM냉동기) 등의 냉동기(11)를 구비한다. 도 2에 나타내는 냉동기(11)는, 2단식의 냉동기이며, 실린더를 직렬로 2단 조합하여 보다 낮은 온도를 달성한다. 냉동기(11)는, 제1 실린더(12), 제2 실린더(13), 제1 냉각 스테이지(14), 제2 냉각 스테이지(15), 구동기구(16)를 구비한다.

제1 실린더(12)와 제2 실린더(13)는 직렬로 접속되어 있다. 제1 냉각 스테이지(14)는, 제1 실린더(12)와 제2 실린더(13)와의 결합부에 설치되어 있다. 제2 실린더(13)는 제1 냉각 스테이지(14)와 제2 냉각 스테이지(15)를 연결한다. 제2 냉각 스테이지(15)는, 제2 실린더(13)의 말단에 설치되어 있다. 제1 실린더(12) 및 제2 실린더(13) 각각의 내부에는 축냉기가 내장되어 있다. 구동기구(16)는 예를 들면, 냉동기(11)와 압축기(18)와의 사이의 작동 기체 흐름을 전환하기 위한 로터리밸브 및 그것을 회전하기 위한 모터를 구비한다.

냉동기(11)는 냉매관(17)을 통하여 압축기(18)에 접속된다. 압축기(18)는, 예를 들면 헬륨 등의 냉매가스, 즉 작동 기체를 압축하여, 냉매관(17)을 통하여 냉동기(11)에 공급한다. 냉동기(11)는, 공급된 고압의 작동 기체를 축냉기를 통과시킴으로써 냉각한다. 구동기구(16)에 의하여, 압축기(18)의 고압측으로부터 냉동기(11)로의 공급 흐름이, 냉동기(11)로부터 압축기(18)의 저압측으로의 배출 흐름으로 전환된다. 작동 기체의 공급에서 배출로 전환되었을 때, 냉동기(11)는, 제1 실린더(12) 및 제2 실린더(13) 각각의 내부의 팽창실에서 작동 기체를 팽창시킨다. 팽창실에서 팽창함으로써 흡열되어 냉각 스테이지를 냉각한 저압의 작동 기체는, 축냉기를 통과하고 냉매관(17)을 거쳐 압축기(18)로 되돌려진다.

이와 같이 하여, 제1 실린더(12)에 설치되는 제1 냉각 스테이지(14)는 제1 냉각온도 레벨로 냉각되고, 제2 실린더(13)에 설치되는 제2 냉각 스테이지(15)는 제1 냉각온도 레벨보다 저온의 제2 냉각온도 레벨로 냉각된다. 예를 들면, 제1 냉각 스테이지(14)는 65K~100K 정도로 냉각되고, 제2 냉각 스테이지(15)는 10K~20K 정도로 냉각된다.

또, 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프 용기(30)를 구비한다. 크라이오펌프 용기(30)는, 일단에 개구를 가지고 타단이 폐색되어 있는 원통형상의 형상으로 형성된 부위(이하, “몸체부”라고 한다)(32)를 가진다. 이 개구는, 크라이오펌프(10)가 접속되는 스퍼터장치 등의 진공챔버(200)로부터 배기되어야 할 기체를 받아들이기 위한 크라이오펌프 흡기구(34)로서, 형성되어 있다. 크라이오펌프 흡기구(34)는 크라이오펌프 용기(30)의 몸체부(32)의 상단부 내면에 의하여 획정된다. 크라이오펌프 용기(30)의 몸체부(32)의 상단에는 직경방향 외측을 향하여 흡기구 플랜지(36)가 뻗어 있다.

몸체부(32)에는 크라이오펌프 흡기구(34)와는 별도로, 냉동기(11)를 삽입통과하기 위한 개구부(38)가 형성되어 있다. 몸체부(32)의 개구부(38)에는 원통형상의 냉동기 수용부(39)의 일단이 장착되고, 타단은 냉동기(11)의(예를 들면 구동기구(16)를 위한) 하우징에 장착되어 있다. 냉동기 수용부(39)는 냉동기(11)의 제1 실린더(12)를 수용한다.

크라이오펌프 용기(30)는, 크라이오펌프(10)의 내부와 외부를 떨어뜨리기 위하여 설치되어 있다. 상술과 같이 크라이오펌프 용기(30)는 몸체부(32)와 냉동기 수용부(39)를 포함하여 구성되어 있으며, 몸체부(32) 및 냉동기 수용부(39)의 내부는 공통의 압력으로 기밀하게 유지된다. 이로써 크라이오펌프 용기(30)는, 크라이오펌프(10)의 배기운전 중에는 진공 용기로서 기능한다. 크라이오펌프 용기(30)의 외면은, 크라이오펌프(10)의 동작 중, 즉 냉동기가 작동하고 있는 동안에도, 크라이오펌프(10)의 외부의 환경에 노출된다. 이로 인하여, 크라이오펌프 용기(30)의 온도는 냉동기(11)의 냉각온도보다 고온(예를 들면 실온 정도)이 된다.

크라이오펌프(10)는, 방사실드(40)를 구비한다. 방사실드(40)는, 크라이오펌프 용기(30)의 내부에 배치되어 있다. 방사실드(40)는, 일단에 실드개구(42)를 가지고 타단이 폐색되어 있는 원통형상의 형상, 즉 컵형상의 형상으로 형성되어 있다. 방사실드(40)는, 도 2에 나타나는 바와 같은 일체의 통형상으로 구성되어 있어도 되고, 또, 복수의 부분에 의하여 전체적으로 통형상의 형상을 이루도록 구성되어 있어도 된다. 이들 복수의 부분은 서로 간극을 가지고 배치되어 있어도 된다.

크라이오펌프 용기(30)의 몸체부(32) 및 방사실드(40)는 모두 대략 원통형상으로 형성되어 있으며, 동축으로 배치되어 있다. 크라이오펌프 용기(30)의 몸체부(32)의 내경이 방사실드(40)의 외경을 약간 상회하고 있으며, 방사실드(40)는 크라이오펌프 용기(30)의 몸체부(32)의 내면과의 사이에 약간의 간격을 가지고 크라이오펌프 용기(30)와는 비접촉의 상태로 배치된다. 즉, 방사실드(40)의 외면은, 크라이오펌프 용기(30)의 내면과 대향하고 있다. 다만, 크라이오펌프 용기(30)의 몸체부(32) 및 방사실드(40)의 형상은, 원통형상으로는 한정되지 않고, 사각통형상이나 타원통형상 등 어떠한 단면의 통형상이어도 된다. 전형적으로는, 방사실드(40)의 형상은 크라이오펌프 용기(30)의 몸체부(32)의 내면 형상과 유사한 형상으로 생각된다.

이와 같이 하여, 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프 흡기구(34)에 실드개구단(41)을 가지는 통부를 구비하는 방사실드(40)를 구비한다. 실드개구단(41)은 실드개구(42)를 둘러싼다. 흡기구 플랜지(36)는, 크라이오펌프 흡기구(34)를 획정 하는 내측둘레 가장자리(37)를 구비한다. 흡기구 플랜지(36)의 내측둘레 가장자리(37)는, 실드개구(42)의 중심선(A)에 수직인 방향으로 실드개구단(41)의 외측에 위치한다.

방사실드(40)의 외경이 흡기구 플랜지(36)의 내경보다 작기 때문에, 크라이오펌프(10)의 제조에 있어서 방사실드(40)를 크라이오펌프 흡기구(34)로부터 크라이오펌프 용기(30) 중에 넣을 때 흡기구 플랜지(36)가 방사실드(40)와 간섭하지 않는다. 따라서, 크라이오펌프 흡기구(34)를 통하여 방사실드(40)를 크라이오펌프(10)에 장착할 수 있다. 방사실드(40)가 크라이오펌프 용기(30) 내에 수용되어 장착된 후에, 크라이오펌프(10)에 덮개부재(300)가 장착된다.

방사실드(40)의 측면에는 냉동기 장착 구멍(43)이 형성되어 있다. 냉동기 장착 구멍(43)은, 방사실드(40)의 중심축방향에 관하여 방사실드(40)측면의 중앙부에 형성되어 있다. 방사실드(40)의 냉동기 장착 구멍(43)은 크라이오펌프 용기(30)의 개구부(38)와 동축으로 형성되어 있다. 냉동기(11)의 제2 실린더(13) 및 제2 냉각 스테이지(15)는 냉동기 장착 구멍(43)으로부터 방사실드(40)의 중심축방향으로 수직인 방향을 따라 삽입되어 있다. 방사실드(40)는, 냉동기 장착 구멍(43)에 있어서 제1 냉각 스테이지(14)에 열적으로 접속된 상태로 고정된다.

도 2에 나타나는 크라이오펌프(10)는, 이른바 횡형의 크라이오펌프이다. 횡형의 크라이오펌프란 일반적으로, 냉동기(11)의 제2 냉각 스테이지(15)가 통형상의 방사실드(40)의 축방향에 교차하는 방향(통상은 직교 방향)을 따라 방사실드(40)의 내부에 삽입되어 있는 크라이오펌프이다. 다만, 본 발명은 이른바 종형의 크라이오펌프에도 동일하게 적용할 수 있다. 종형의 크라이오펌프란, 방사실드의 축방향을 따라 냉동기가 삽입되어 있는 크라이오펌프이다.

또, 크라이오펌프(10)는, 저온 크라이오패널(60)을 구비한다. 저온 크라이오패널(60)은, 예를 들면 복수의 패널(64)을 포함한다. 패널(64)은 예를 들면, 각각이 원뿔대의 측면의 형상, 말하자면 우산모양의 형상을 가진다. 각 패널(64)은, 제2 냉각 스테이지(15)에 장착되어 있는 패널 장착 부재(66)에 장착되어 있다. 각 패널(64)에는 통상, 활성탄 등의 흡착제(도시하지 않음)가 접착되어 있다. 흡착제는 예를 들면 패널(64)의 이면에 접착되어 있다. 패널 장착 부재(66)에 복수의 패널(64)이 서로 간격을 두고 장착되어 있다. 복수의 패널(64)은, 크라이오펌프 흡기구(34)로부터 보아 펌프 내부를 향하는 방향으로 배열되어 있다.

방사실드(40)는, 제2 냉각 스테이지(15) 및 이에 열적으로 접속되는 저온 크라이오패널(60)을 주로 크라이오펌프 용기(30)로부터의 복사열로부터 보호하는 열실드로서 설치되어 있다. 제2 냉각 스테이지(15)는, 방사실드(40)의 내부에 있어서 방사실드(40)의 대략 중심축 상에 배치된다. 방사실드(40)는, 제1 냉각 스테이지(14)에 열적으로 접속된 상태로 고정되어, 제1 냉각 스테이지(14)와 동일한 정도의 온도로 냉각된다.

방사실드(40)의 입구에는, 진공챔버 등으로부터의 복사열로부터 제2 냉각 스테이지(15) 및 이에 열적으로 접속되는 저온 크라이오패널(60)을 보호하기 위하여, 배플(62)이 설치되어 있다. 배플(62)은, 예를 들면, 루버구조나 셰브론구조로 형성된다. 배플(62)은, 방사실드(40)의 중심축을 중심으로 하는 동심원형상으로 형성되어 있어도 되고, 혹은 격자형상 등 다른 형상으로 형성되어 있어도 된다. 배플(62)은, 다수의 관통공을 가지는 평판이어도 된다.

배플(62)은 방사실드(40)의 개구측의 단부에 장착되어 있으며, 방사실드(40)와 동일한 정도의 온도로 냉각된다. 냉각된 배플(62)은, 진공챔버(200)로부터 크라이오펌프(10) 내부를 향하여 비래(飛來)하는 기체분자를 냉각하고, 그 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮아지는 기체(예를 들면 수분 등)를 표면에 응축시켜 배기한다. 배플(62)의 냉각온도에서는 증기압이 충분히 낮아지지 않는 기체는 배플(62)을 통과하여 방사실드(40) 내부로 진입한다.

진입한 기체분자 중 저온 크라이오패널(60)의 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮아지는 기체는, 저온 크라이오패널(60)의 표면에 응축되어 배기된다. 그 냉각온도에서도 증기압이 충분히 낮아지지 않는 기체(예를 들면 수소 등)는, 저온 크라이오패널(60)의 표면에 접착되어 냉각되고 있는 흡착제에 의하여 흡착되어 배기된다. 이와 같이 하여 크라이오펌프(10)는 진공챔버(200)의 진공도를 원하는 레벨에 도달시킬 수 있다.

그런데, 본 업계의 실정은, 크라이오펌프 흡기구의 구경이 크라이오펌프 제품의 종류를 정하고 있다. 크라이오펌프의 제조업자는 일반적으로, 예를 들면, 구경 8인치, 10인치, 12인치 등으로 2인치 또는 4인치 간격으로 표준적인 사양의 크라이오펌프를 제조하여 판매하고 있다. 이는, 진공챔버의 배기구의 구경에 맞추기 위해서이다. 따라서, 진공챔버의 배기구가 예를 들면 구경 8인치인 경우, 마찬가지로 구경 8인치의 크라이오펌프가 선택된다.

크라이오펌프의 성능을 나타내는 주요한 지표로서, 배기속도와 기체 흡장량이 있다. 배기속도는 주로 크라이오펌프의 구경에 따라 결정되므로, 대형의 크라이오펌프일수록 배기속도는 크다. 또, 기체 흡장량은 주로 크라이오펌프에 내장되는 크라이오패널의 면적에 따라 결정되므로, 마찬가지로 대형의 크라이오펌프일수록 기체 흡장량도 크다.

크라이오펌프의 어느 용도에 있어서는, 비교적 큰 기체 흡장량이 요구되는 경우가 있다. 그 요구되는 기체 흡장량이, 진공챔버의 배기구에 맞춰 선택된 크라이오펌프의 기체 흡장량을 넘을지도 모른다. 이러한 용도에 있어서는, 배기속도는 그 정도로 요구되지 않아, 비교적 작은 배기속도로 충분할지도 모른다. 이러한 용도의 일례는, 주로 아르곤을 배기하는 용도이며, 대표적으로는 스퍼터링 장치이다.

본 실시형태에 관한 크라이오펌프 장치(100)는 상술과 같이, 크라이오펌프(10)의 흡기구(34)의 일부를 막는 덮개부재(300)를 구비한다. 덮개부재(300)는 크라이오펌프 흡기구(34)를 진공챔버(200)에 접속하기 위한 접속개구(308)를 가진다. 이러한 개구가 형성된 덮개에 의하여 흡기구(34) 및 실드개구(42)를 좁게 함으로써, 크라이오펌프 장치(100)의 배기속도를 저감할 수 있다.

덮개부재(300)는, 흡기구 플랜지(36)보다 소형의 제1 장착 플랜지(302)를 진공챔버(200)측에 구비한다. 따라서, 덮개부재(300)를 이용하여 대형의 크라이오펌프(10)를 진공챔버(200)가 작은 배기구에 설치할 수 있다. 예를 들면, 구경 12인치의 크라이오펌프(10)를 구경 8인치의 배기구 플랜지(202)에 설치할 수 있다. 이와 같이 하여, 덮개부재(300)를 설치하는 단순하고 저렴한 방법에 의하여, 큰 기체 흡장량을 제공할 수 있다. 이로써, 예를 들면, 크라이오펌프(10)의 재생의 빈도를 저감할 수 있다는 이점이 있다.

도 3은, 본 발명의 다른 실시형태에 관한 크라이오펌프 장치(100)의 주요부를 개략적으로 나타내는 측면도이다. 크라이오펌프 장치(100)는, 상술의 실시형태와 동일한 횡형의 크라이오펌프(10)를 구비한다. 크라이오펌프 장치(100)는, 덮개부재(320)가 제2 장착 플랜지(304)의 중심으로부터 벗어난 장소에 제1 장착 플랜지(302)를 구비하는 점에서, 상술의 실시형태와 상이하다.

도 3에 나타내는 덮개부재(320)에 있어서는, 접속개구(308)(도면에 있어서 파선으로 나타냄)가 냉동기(11)의 고온측으로부터 멀어지도록 중심선(A)으로부터 편심하고 있다. 이로 인하여, 제1 장착 플랜지(302) 및 접속부(306)는, 크라이오펌프 용기(30)의 냉동기 수용부(39)와는 반대측에 중심선(A)으로부터 어긋나게 하여 배치되어 있다. 냉동기 장착 구멍(43)으로부터 중심선(A)으로의 거리보다 냉동기 장착 구멍(43)으로부터 접속개구(308)의 중심으로의 거리 쪽이 크다.

횡형의 크라이오펌프(10)에 있어서는, 제2 실린더(13)(도 2 참조)의 표면, 구체적으로는 크라이오펌프 흡기구(34)를 향하는 상측의 표면에도 기체가 응축되어 얼음층이 퇴적된다. 제2 실린더(13)의 표면 상의 얼음층이 진공도의 불안정을 야기하는 경우가 있다. 이 진공도의 불안정은 제2 실린더(13) 표면의 온도 구배에 기인하는 것이다.

제2 실린더(13)의 표면에는, 제2 냉각 스테이지(15)의 제2 냉각온도로부터 제1 냉각 스테이지(14)의 제1 냉각온도로 온도 구배가 발생하고 있다. 이 제2 냉각온도로부터 제1 냉각온도까지의 온도 범위에는, 저온 크라이오패널(60)에 응축하는 기체(예를 들면 아르곤)의 비점이 포함된다. 따라서, 제2 실린더(13)의 표면에는, 그 기체비점의 온도에 일치하는 위치가 존재한다. 크라이오펌프(10)를 사용할 때 저온 크라이오패널(60)로의 얼음층 퇴적이 진행됨에 따라 저온 크라이오패널(60)로의 열부하도 증가한다. 이로써, 저온 크라이오패널(60)의 온도도 변동할 수 있다. 그렇다면, 제2 실린더(13)의 표면에서의 기체비점 온도위치도(도 2에 있어서 좌우로) 이동한다.

이 때, 제2 실린더(13)에 퇴적된 얼음층의 일부가 제2 실린더(13) 표면의 온도 변화에 의하여 급격하게 기화되어 진공도가 악화된다. 예를 들면, 제2 냉각 스테이지(15)의 온도가 상승하여 기체비점 온도위치가 제2 냉각 스테이지(15)에 가까워지는 방향으로 이동하면, 원래의 기체비점 온도위치에 응축하고 있던 기체는 응축 상태를 유지할 수 없게 되어 급격하게 기화되게 된다.

크라이오펌프(10)에는, 제2 실린더(13)를 포위하는 냉동기 커버가 설치되어 있어도 된다. 냉동기 커버는 제2 실린더(13)보다 약간 대경의 원통형상으로 형성되어 있으며, 일단이 제2 냉각 스테이지(15)에 장착되고, 타단이 방사실드(40)를 향하여 뻗어 있다. 냉동기 커버와 방사실드(40)와의 사이에는 간극이 형성되어 있으며, 냉동기 커버와 방사실드(40)는 접촉하고 있지 않다. 냉동기 커버는 제2 냉각 스테이지(15)에 열적으로 접속되어 있으며, 제2 냉각 스테이지(15)와 동일한 온도로 냉각된다. 냉동기 커버에 의하여 제2 실린더(13)가 덮여 있으므로, 제2 실린더(13)가 아닌 냉동기 커버에 얼음층이 형성된다. 따라서, 상술한 진공도의 불안정을 방지할 수 있다.

냉동기 커버 상에 얼음층이 축적되면, 방사실드(40)에 근접하는 냉동기 커버 단부에 있어서 얼음층이 방사실드(40)에 접촉할 수 있다. 방사실드(40)에 접촉한 얼음층은 방사실드(40)에 의하여 가열되게 되어, 급격하게 기화된다. 이 경우, 크라이오펌프(10)는 더욱 진공도를 높이는 것이 곤란하다.

도 3에 나타내는 크라이오펌프 장치(100)에 의하면, 덮개부재(320)의 접속개구(308)가 제2 실린더(13)의 고온측으로부터 멀어지고 있다. 이러한 접속개구(308)의 배치에 대응하여, 제2 실린더(13)로부터 멀어진 장소로 기체를 유도할 수 있다. 이렇게 하여, 제2 실린더(13) 및 냉동기 커버 상의 얼음층 퇴적을 줄일 수 있으므로, 상술의 진공도의 불안정 또는 악화를 억제할 수 있다.

다만, 덮개부재(320)는, 제2 장착 플랜지(304)의 중심으로부터 벗어난 임의의 장소에, 제1 장착 플랜지(302) 및 접속개구(308)를 구비하여도 된다. 이와 같이 하면, 크라이오펌프(10) 내의 크라이오패널 배치에 대응시켜 원하는 장소로 기체를 유도할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 다른 실시형태에 관한 크라이오펌프 장치(100)의 주요부를 개략적으로 나타내는 측면도이다. 크라이오펌프 장치(100)는, 상술의 실시형태와 동일한 횡형의 크라이오펌프(10)를 구비한다. 크라이오펌프 장치(100)는, 복수의 접속개구(308)(도면에 있어서 파선으로 나타냄)를 구비하는 덮개부재(330)를 구비하는 점에서, 상술의 실시형태와 상이하다.

덮개부재(330)는, 크라이오펌프 흡기구(34)를 크라이오펌프(10)의 외부에 접속하기 위한 복수의 접속포트(332)를 구비한다. 도 4에는, 2개의 접속포트(332)를 구비하는 덮개부재(330)가 나타나 있다. 이들 접속포트(332)는 제2 장착 플랜지(304)에 설치되어 있다. 접속포트(332)의 각각이, 제1 장착 플랜지(302) 및 접속부(306)를 구비하고, 또한 접속개구(308)를 가진다. 각 접속포트(332)는 개별의 배기구 플랜지(202)에 장착된다. 이와 같이 하면, 1대의 크라이오펌프(10)를 복수의 진공챔버에 접속할 수 있다.

이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명하였다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 설계 변경이 가능하며, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 이러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.

상술의 실시형태에 있어서는, 덮개부재(300)의 접속개구(308)는 개방되어 있다. 그러나, 덮개부재(300)는, 진공챔버(200)로부터 크라이오펌프 흡기구(34)로의 기체유입을 제한하는 조임부를 접속개구(308)에 구비하여도 된다. 이 조임부는, 접속개구(308)의 단면적을 작게 하는 임의의 요소를 구비하여도 된다. 예를 들면, 덮개부재(300)는, 접속개구(308)를 형성하는 관로에 배치되어 있는 배플을 구비하여도 된다. 이 배플은 접속개구(308)의 개구면적을 조정하기 위한 가동의 루버여도 된다.

상술의 실시형태에 있어서는, 덮개부재(300)의 제1 장착 플랜지(302) 및 제2 장착 플랜지(304)는, 배기구 플랜지(202) 및 흡기구 플랜지(36)에 각각 맞추어, 상이한 구경을 가진다. 배기구 플랜지(202) 및/또는 흡기구 플랜지(36)의 형상이 원형 이외의 형상인 경우에는, 덮개부재는, 배기구 플랜지(202) 및/또는 흡기구 플랜지(36)에 적합한 형상을 갖는 장착 플랜지를 구비하여도 된다. 예를 들면, 배기구 플랜지(202) 및/또는 흡기구 플랜지(36)가 직사각형인 경우에는, 덮개부재의 장착 플랜지도 직사각형이어도 된다. 이러한 덮개부재를 이용함으로써, 크라이오펌프(10)의 흡기구 플랜지(36)와는 상이한 형상 및/또는 치수를 갖는 배기구 플랜지(202)에 크라이오펌프(10)를 장착할 수 있다. 또, 덮개부재에 관련된 개구, 통, 또는 관(예를 들면 접속개구(308))에 대해서도, 직사각형 등 원형 이외의 임의의 단면 형상을 가져도 된다.

상술의 실시형태에 있어서는, 흡기구 플랜지(36)는, 제1 장착 플랜지(302)보다 대형이다. 그러나, 흡기구 플랜지(36)는, 제1 장착 플랜지(302)와 동형이어도 된다. 이 경우에 있어서도, 덮개부재(300)는 접속개구(308)에 의하여 배기속도를 조정할 수 있다. 또, 흡기구 플랜지(36)는, 제1 장착 플랜지(302)보다 소형이어도 된다. 이 경우, 소형의 크라이오펌프를 진공챔버에 장착할 수 있다.

상술의 실시형태에 있어서는, 덮개부재(300)는, 크라이오펌프(10)에 분리 가능하게 장착되어 있는 별체의 부재이다. 그러나, 덮개부재는 크라이오펌프와 일체의 부재여도 된다. 따라서, 일 실시형태에 있어서는, 크라이오펌프는, 크라이오펌프의 흡기구를 덮도록 크라이오펌프 용기에 일체로 형성되어 있는 덮개부재를 구비하여도 된다. 이 경우, 크라이오펌프는 흡기구 플랜지를 구비하지 않아도 된다. 또, 덮개부재는 제2 장착 플랜지를 구비하지 않아도 된다.

10: 크라이오펌프
11: 냉동기
36: 흡기구 플랜지
37: 내측둘레 가장자리
40: 방사실드
41: 실드개구단
42: 실드개구
100: 크라이오펌프 장치
200: 진공챔버
300: 덮개부재
302: 제1 장착 플랜지
304: 제2 장착 플랜지
A: 중심선

Claims

진공챔버의 배기를 하기 위한 크라이오펌프로서,
기체를 받아들이기 위한 실드개구를 둘러싸는 실드개구단을 구비하는 방사실드와,
상기 실드개구를 상기 진공챔버에 접속하기 위한 상기 실드개구보다 좁은 접속개구를 가지는 덮개부재를 구비하고, 상기 덮개부재는, 진공챔버측에서 상기 접속개구를 둘러싸고 진공챔버측의 상대 플랜지에 상기 크라이오펌프를 장착하기 위한 제1 장착 플랜지를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제 1 항에 있어서,
상기 방사실드를 수용하는 크라이오펌프 용기를 더욱 구비하고,
상기 크라이오펌프 용기는, 흡기구를 둘러싸고 상기 제1 장착 플랜지보다 대형인 흡기구 플랜지를 구비하며,
상기 덮개부재는, 크라이오펌프측에서 상기 접속개구를 둘러싸고 상기 흡기구 플랜지에 상기 덮개부재를 장착하기 위한 제2 장착 플랜지를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제 2 항에 있어서,
상기 흡기구 플랜지는, 상기 흡기구를 획정하는 내측둘레 가장자리를 구비하고, 상기 내측둘레 가장자리는, 상기 실드개구의 중심선에 수직인 방향으로 상기 실드개구단의 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방사실드 내에 배치되어 있는 저온 크라이오패널과,
상기 방사실드를 냉각하기 위한 제 1 냉각 스테이지와, 상기 저온 크라이오패널을 냉각하기 위한 제 2 냉각 스테이지와, 상기 제1 냉각 스테이지와 상기 제2 냉각 스테이지를 연결하는 제2 실린더를 구비하고, 상기 제2 실린더가 상기 방사실드 내에서 상기 실드개구의 중심선에 교차하는 방향을 따라 배치되어 있는 냉동기를, 더욱 구비하며,
상기 제1 장착 플랜지는, 상기 제2 실린더의 고온측으로부터 멀어지도록 상기 중심선으로부터 벗어난 장소에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 덮개부재는, 상기 진공챔버로부터 상기 실드개구로의 기체유입을 제한하는 조임부를 상기 접속개구에 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 덮개부재는, 상기 실드개구를 상기 크라이오펌프의 외부에 접속하기 위한 복수의 접속포트를 가지는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
진공챔버의 배기를 하기 위한 크라이오펌프를, 진공챔버측의 상대 플랜지에 장착하기 위한 크라이오펌프 장착구조로서, 상기 크라이오펌프는, 흡기구를 둘러싸는 흡기구 플랜지를 구비하고 있으며, 상기 장착 구조는,
상기 흡기구를 상기 진공챔버에 접속하기 위한 접속개구를 갖는 덮개부재를 구비하고,
상기 덮개부재는, 진공챔버측에서 상기 접속개구를 둘러싸고 상기 상대 플랜지에 상기 덮개부재를 장착하기 위한 제1 장착 플랜지와, 크라이오펌프측에서 상기 접속개구를 둘러싸고 상기 흡기구 플랜지에 상기 덮개부재를 장착하기 위한 제2 장착 플랜지를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프 장착구조.