KR101544368B1 - 크라이오펌프, 크라이오패널 구조, 및 진공배기 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 비응축성 기체의 고속 배기를 위한 크라이오펌프, 크라이오패널 구조, 및 진공배기 방법을 제공한다.
크라이오펌프(10)는, 크라이오패널(102)의 텔레스코우프 형상 배열을 구비한다. 크라이오패널(102)의 텔레스코우프 형상 배열의 간극에 진입한 수소 분자는, 크라이오패널(102)에서 반사된다. 반사된 수소 분자는, 다른 크라이오패널(102)에서 흡착된다. 복수의 크라이오패널(102)의 각각은, 역뿔대 형상의 형상을 가져도 된다.

Description

크라이오펌프, 크라이오패널 구조, 및 진공배기 방법{Cryopump, cryopanel structure and vacuum exhaust method}

본 발명은, 크라이오펌프에 관한 것이다.

크라이오펌프는, 극저온으로 냉각된 크라이오패널에 기체 분자를 응축 또는 흡착에 의하여 포착하여 배기하는 진공펌프이다. 크라이오펌프는 반도체 회로 제조 프로세스 등에 요구되는 청정한 진공환경을 실현하기 위하여 일반적으로 이용된다. 크라이오펌프의 애플리케이션의 하나로, 예를 들면 이온주입공정과 같이, 배기해야 할 기체의 대부분을 예를 들어 수소 등의 비응축성 기체가 차지하는 경우가 있다. 비응축성 기체는 극저온으로 냉각된 흡착 영역에 흡착시킴으로써 비로소 배기할 수 있다.

선행기술문헌

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본공표특허공보 2008-514849호

특허문헌 2: 일본공표특허공보 소63-501585호

특허문헌 3: 일본공개특허공보 평1-92591호

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 비응축성 기체의 고속 배기를 위한 크라이오펌프, 크라이오패널 구조, 및 진공배기 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면,

실드 개구를 획정하는 실드 전단과, 상기 실드 개구에 대향하는 실드 바닥부와, 상기 실드 전단으로부터 상기 실드 바닥부로 뻗어 있는 실드 측부를 구비하는 방사 실드와,

상기 방사 실드보다 저온으로 냉각되는 크라이오패널 어셈블리로서, 상기 실드 개구로부터 상기 실드 바닥부를 향하는 방향을 따라 배열되어 있는 복수의 크라이오패널을 구비하는 크라이오패널 어셈블리를 구비하고,

상기 복수의 크라이오패널은,

제1 내측 단부와, 상기 실드 측부로 향해진 제1 외측 단부를 구비하는 제1 크라이오패널과,

제2 내측 단부와, 상기 실드 측부로 향해진 제2 외측 단부를 구비하는 제2 크라이오패널을 구비하고,

상기 실드 개구로부터 상기 제2 내측 단부로의 거리는 상기 실드 개구로부터 상기 제1 내측 단부로의 거리보다 길며, 상기 실드 개구로부터 상기 제2 외측 단부로의 거리는 상기 실드 개구로부터 상기 제1 외측 단부로의 거리보다 길고,

상기 실드 개구로부터 상기 제2 외측 단부로의 거리는, 상기 실드 개구로부터 상기 제1 내측 단부로의 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 크라이오펌프가 제공된다.

본 발명의 일 양태에 의하면,

복수의 크라이오 솝션 패널을 구비하는 크라이오패널 구조로서,

상기 복수의 크라이오 솝션 패널의 각각은, 방사 방향 외측에서 크라이오펌프 입구에 가깝고 방사 방향 내측에서 상기 입구로부터 멀어지는 경사 전면을 구비하며, 상기 경사 전면은 비흡착 영역을 구비하고,

상기 복수의 크라이오 솝션 패널은, 인접하는 2개의 크라이오 솝션 패널 중 상기 크라이오펌프 입구에 근접하는 일방의 크라이오 솝션 패널이, 상기 크라이오펌프 입구로부터 멀어져 있는 타방의 크라이오 솝션 패널의 비흡착 영역을 넘어 상기 크라이오펌프 입구 쪽으로 돌출되도록 텔레스코우프 형상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오패널 구조가 제공된다.

본 발명의 일 양태에 의하면,

복수의 크라이오 솝션 패널을 구비하는 크라이오패널 구조로서,

상기 복수의 크라이오 솝션 패널의 각각은, 방사 방향 외측에서 크라이오펌프 입구에 가깝고 방사 방향 내측에서 상기 입구로부터 멀어지는 경사 전면을 구비하며, 상기 경사 전면은 방사 실드를 향하는 경사 각도를 가지고 있고,

상기 복수의 크라이오 솝션 패널은, 인접하는 2개의 크라이오 솝션 패널 중 상기 크라이오펌프 입구에 근접하는 일방의 크라이오 솝션 패널이, 상기 크라이오펌프 입구로부터 멀어져 있는 타방의 크라이오 솝션 패널의 상단을 넘어 상기 크라이오펌프 입구 쪽으로 돌출되도록 텔레스코우프 형상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오패널 구조가 제공된다.

본 발명의 일 양태에 의하면,

크라이오펌프에 의하여 수소를 배기하는 진공배기 방법으로서,

상기 크라이오펌프는, 크라이오패널의 텔레스코우프 형상 배열을 구비하고 있으며, 본 방법은,

상기 텔레스코우프 형상 배열의 간극에 진입한 수소 분자를 크라이오패널에서 반사하는 것과,

반사된 수소 분자를 다른 크라이오패널에서 흡착하는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.

다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 역시, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 비응축성 기체의 고속 배기를 위한 크라이오펌프, 크라이오패널 구조, 및 진공배기 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 저온 크라이오패널을 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오패널을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2에 나타내는 크라이오패널의 배열을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 수소 분자가 크라이오패널에 충돌할 때의 거동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오패널의 일부를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 관한 수소 가스의 진공배기 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프의 개략 측면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프의 개략 상면도이다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 1은, 크라이오펌프(10)의 내부 공간(14)의 중심축(A)과, 냉동기(16)를 포함하는 단면을 나타내고 있다.

크라이오펌프(10)는, 예를 들면 이온주입 장치나 스퍼터링 장치 등의 진공챔버에 장착되어, 진공챔버 내부의 진공도를 원하는 프로세스에 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다.

크라이오펌프(10)는, 기체를 받아들이기 위한 흡기구로서의 크라이오펌프 입구(12)를 가진다. 크라이오펌프 입구(12)를 이하에서는 간단히 입구(12) 또는 펌프 입구(12)라고 부르는 경우가 있다. 크라이오펌프(10)가 장착된 진공챔버로부터 입구(12)를 통하여, 배기되어야 할 기체가 크라이오펌프(10)의 내부 공간(14)에 진입한다.

다만 이하에서는, 크라이오펌프(10)의 구성요소의 위치 관계를 알기 쉽게 나타내기 위하여, “축방향”, “방사 방향”이라는 용어를 사용하는 경우가 있다. 축방향은 펌프 입구(12)를 통과하는 방향(도 1에 있어서 일점 쇄선(A)을 따르는 방향)을 나타내고, 방사 방향은 입구(12)를 따르는 방향(일점 쇄선(A)에 수직인 방향)을 나타낸다. 편의상, 축방향에 관하여 펌프 입구(12)에 상대적으로 가까운 것을 “상”, 상대적으로 먼 것을 “하”라고 부르는 경우가 있다. 즉, 크라이오펌프(10)의 바닥부로부터 상대적으로 먼 것을 “상”, 상대적으로 가까운 것을 “하”라고 부르는 경우가 있다. 방사 방향에 관해서는, 펌프 입구(12)의 중심(도 1에 있어서 중심축(A))에 가까운 것을 “내”, 입구(12)의 둘레 가장자리에 가까운 것을 “외”이라고 부르는 경우가 있다. 방사 방향은 직경 방향이라고도 할 수 있다. 다만, 이러한 표현은 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 장착되었을 때의 배치와는 관계하지 않는다. 예를 들면, 크라이오펌프(10)는 연직 방향으로 펌프 입구(12)를 하향으로 하여 진공챔버에 장착되어도 된다.

크라이오펌프(10)는, 냉동기(16)를 구비한다. 냉동기(16)는, 예를 들면 기포드·맥마흔 냉동기(이른바 GM냉동기) 등의 극저온 냉동기이다. 냉동기(16)는, 제1 스테이지(22) 및 제2 스테이지(24)를 구비하는 2단식의 냉동기이다. 냉동기(16)는, 제1 스테이지(22)를 제1 온도 레벨로 냉각하고, 제2 스테이지(24)를 제2 온도 레벨로 냉각하도록 구성되어 있다. 제2 온도 레벨은 제1 온도 레벨보다 저온이다. 예를 들면, 제1 스테이지(22)는 65K~120K 정도, 바람직하게는 80K~100K로 냉각되고, 제2 스테이지(24)는 10K~20K 정도로 냉각된다.

도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)는, 이른바 가로형의 크라이오펌프이다. 가로형의 크라이오펌프란 일반적으로, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 내부 공간(14)의 중심축(A)에 교차하도록(통상은 직교하도록) 배치되어 있는 크라이오펌프이다. 본 발명은 이른바 세로형의 크라이오펌프에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 세로형의 크라이오펌프란, 냉동기가 크라이오펌프의 축방향을 따라 배치되어 있는 크라이오펌프이다.

크라이오펌프(10)는, 고온 크라이오패널(18)과, 저온 크라이오패널(20)을 구비한다. 고온 크라이오패널(18)은 주로, 크라이오펌프 용기(38)로부터의 복사열로부터 저온 크라이오패널(20)을 보호하기 위하여 설치되어 있는 크라이오패널이다. 고온 크라이오패널(18)은, 방사 실드(30)와 입구 크라이오패널(32)을 구비하고, 저온 크라이오패널(20)을 포위한다. 고온 크라이오패널(18)은 제1 스테이지(22)에 열적으로 접속되어 있다. 따라서 고온 크라이오패널(18)은 제1 온도 레벨로 냉각된다.

방사 실드(30)는, 크라이오펌프 용기(38)와 저온 크라이오패널(20)과의 사이에 있으며, 저온 크라이오패널(20)을 둘러싼다. 방사 실드(30)는, 실드 개구(26)를 획정하는 실드 전단(28)과, 실드 개구(26)에 대향하는 실드 바닥부(34)와, 실드 전단(28)으로부터 실드 바닥부(34)로 뻗어 있는 실드 측부(36)를 구비한다.

방사 실드(30)는, 축방향 상단이 개방되어 있으며, 펌프 입구(12)에 실드 개구(26)를 구비한다. 펌프 입구(12)는, 크라이오펌프 용기(38)의 전단(40)에 의하여 획정되어 있다. 방사 실드(30)는, 실드 바닥부(34)가 폐색된 통형(예를 들면 원통)의 형상을 가지고, 컵형상으로 형성되어 있다. 실드 측부(36)에는 냉동기(16)의 장착을 위한 구멍이 있으며, 그곳으로부터 제2 스테이지(24)가 방사 실드(30) 내에 삽입되어 있다. 그 장착 구멍의 외주부에서 방사 실드(30)의 외면에 제1 스테이지(22)가 고정되어 있다. 이렇게 하여 방사 실드(30)는 제1 스테이지(22)에 열적으로 접속되어 있다.

입구 크라이오패널(32)은, 펌프 입구(12)의 개구 면적의 중심부분을 점유하고, 방사 실드(30)와의 사이에 환형상의 개방 영역을 형성하여 배치되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은 패널장착 구조(158)(도 9 참조)를 통하여 실드 전단(28)에 장착된다. 이렇게 하여 입구 크라이오패널(32)은 방사 실드(30)에 고정되어, 방사 실드(30)에 열적으로 접속되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은 예를 들면 원판형상의 배플이어도 되고, 동심원형상으로 형성된 루버 형상이어도 되며, 셰브론 형상이어도 된다. 다만 입구 크라이오패널(32)은 저온 크라이오패널(20)에 근접하고 있지만, 접촉은 하고 있지 않다.

입구 크라이오패널(32)의 냉각 온도로 응축되는 기체(예를 들면 수분)가 그 표면에 포착된다. 또, 입구 크라이오패널(32)은, 크라이오펌프(10)의 외부의 열원(예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착된 진공챔버 내의 열원)으로부터의 복사열로부터 저온 크라이오패널(20)을 보호하기 위하여 설치되어 있다.

저온 크라이오패널(20)은, 크라이오펌프(10)의 내부 공간(14)의 중심부에 설치되어 있다. 예를 들면, 저온 크라이오패널(20)은, 방사 실드(30)의 중심축(A)을 포위하는 레이아웃으로 배치된다. 도 1에 있어서는 저온 크라이오패널(20)이 설치되는 대략적인 영역을 파선으로 나타내고 있다. 저온 크라이오패널(20)의 상세에 대해서는 후술한다. 저온 크라이오패널(20)은 패널장착부재(112)(도 2 참조)를 통하여 제2 스테이지(24)에 장착되어 있다. 이와 같이 하여, 저온 크라이오패널(20)은, 제2 스테이지(24)에 열적으로 접속되어 있다. 따라서, 저온 크라이오패널(20)은 제2 온도 레벨로 냉각된다.

자세하게는 후술하지만, 저온 크라이오패널(20)에 있어서는, 적어도 일부의 표면에 흡착 영역이 형성되어 있다. 흡착 영역은 비응축성 기체(예를 들면 수소)를 흡착에 의하여 포착하기 위하여 설치되어 있다. 흡착 영역은 예를 들면 흡착제(예를 들면 활성탄)를 크라이오패널 표면에 접착함으로써 형성된다. 또, 저온 크라이오패널(20)의 적어도 일부의 표면에는 응축성 기체를 응축에 의하여 포착하기 위한 응축 영역이 형성되어 있다. 응축 영역은 예를 들면, 크라이오패널 표면 상에서 흡착제가 결락한 구역이며, 크라이오패널 기재 표면, 예를 들면 금속면이 노출되어 있다. 따라서 응축 영역은 비흡착 영역이라고 부를 수도 있다. 따라서, 저온 크라이오패널(20)은, 그 일부에 응축 영역(또는 비흡착 영역이라고도 함)을 가지는 흡착 패널 또는 크라이오 솝션(sorption) 패널이라고 할 수 있다. 또, 저온 크라이오패널(20)은, 그 일부에 흡착 영역을 가지는 응축 패널 또는 크라이오 콘덴세이션(condensation) 패널이라고도 할 수 있다.

도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 저온 크라이오패널(20)을 모식적으로 나타내는 측면도이다. 다만 간략화를 위하여 도 2에 있어서 냉동기(16)는 도시를 생략하고 있다. 저온 크라이오패널(20)은, 복수의 크라이오패널(102)을 구비하는 크라이오패널 어셈블리(100)로서 구성되어 있다. 복수의 크라이오패널(102)은, 실드 개구(26)로부터 실드 바닥부(34)를 향하는 방향을 따라(즉 중심축(A)을 따라) 배열되어 있다.

도 2에 나타내는 실시형태에 있어서는, 개개의 크라이오패널(102)은, 중심축(A)의 외측에서 중심축(A)을 둘러싸는 크라이오패널 표면을 가진다. 따라서, 크라이오패널 어셈블리(100)는, 크라이오패널(102)의 전면의 법선이 중심축(A)을 향하여 방사 방향 내측 방향으로 비스듬히 상방으로 뻗어 있는 복수의 경사 크라이오패널을 구비한다. 크라이오패널 어셈블리(100)는, 14매의 크라이오패널(102)을 구비한다.

도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오패널(102)을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 크라이오패널(102)은, 역원뿔대 형상의 형상을 가진다. 크라이오패널(102)은, 유발 형상, 깊은 접시 형상, 또는 보울 형상의 형상을 가진다고 할 수도 있다. 크라이오패널(102)은, 상단부(104)에 있어서 큰 치수를 가지고(즉 대경이며), 하단부(106)에 있어서 그것보다 작은 치수를 가진다(즉 소경이다).

크라이오패널(102)은, 상단부(104)와 하단부(106)를 연결하는 경사 영역(108)을 구비한다. 경사 영역(108)은, 역원뿔대의 측면에 해당한다. 따라서, 크라이오패널(102)은, 크라이오패널(102)의 전면의 법선이 중심축(A)에 교차하도록 경사져 있다. 경사 영역(108)은, 방사 방향에 있어서의 당해 크라이오패널의 폭(D)의 실질적으로 전부를 차지하고 있다.

단, 도 3에 나타나는 바와 같이, 크라이오패널(102)은, 하단부(106)에 장착부(110)를 구비하여도 된다. 장착부(110)는 평탄한 영역이다. 장착부(110)는, 크라이오패널(102)을 패널장착부재(112)(도 2 및 도 4 참조)에 장착하기 위한 플랜지이다. 패널장착부재(112)는, 크라이오패널(102)을 냉동기(16)의 제2 스테이지(24)(도 1 참조)에 기계적으로 고정하고 또한 열적으로 접속하기 위하여 설치되어 있다. 이러한 평탄한 장착플랜지를 설치함으로써, 패널장착부재(112)로의 크라이오패널(102)의 장착 작업이 용이해진다.

다만, 크라이오패널(102)은, 역원뿔대 형상의 형상으로 한정되지는 않고, 그 외의 임의의 형상, 예를 들면 역뿔대 형상의 형상이어도 된다. 경사 영역(108)은, 크라이오패널(102)의 중심축으로부터의 방사 방향에 있어서의 당해 크라이오패널의 폭(D)의 적어도 절반을 차지하고 있어도 된다. 경사 영역(108)은, 크라이오패널(102)의 외주부에 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 경사 영역(108) 이외의 크라이오패널(102)의 부분(예를 들면 내주부)은, 방사 방향을 따라 수평으로 뻗어 있어도 된다. 또, 크라이오패널(102)을 패널장착부재(112)에 장착하기 위한 장착부(110)(도 3 참조)는, 크라이오패널(102)의 중심축에 수직인 면에 수평으로 뻗는 평탄 부분으로 한정되지는 않는다. 장착부(110)는, 예를 들면, 크라이오패널(102)의 중심축을 따라 연직 방향으로 뻗어 있는 평탄 부분을 포함하는 임의의 비경사 영역이어도 된다.

크라이오패널(102)에는, 냉동기(16)를 삽입통과시키기 위한 절결 또는 개구(도시하지 않음)가 형성되어 있어도 된다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 복수의 크라이오패널(102)은, 방사 실드(30)의 중심축(A)에 동축으로 배치되어 있다. 따라서, 복수의 크라이오패널(102)의 각각의 경사 영역(108)은, 중심축(A)에 가까운 하단부(106)(도 3 참조)에서는 실드 개구(26)로부터 멀어져 있으며, 또한 중심축(A)으로부터 먼 상단부(104)에서는 실드 개구(26)에 근접하도록 경사져 있다. 경사 영역(108)은, 중심축(A)으로부터의 방사 방향에 있어서의 크라이오패널(102)의 폭의 실질적으로 전부를 차지하고 있다. 펌프 입구(12)에 가까운 크라이오패널(102)은, 펌프 입구(12)로부터 먼 크라이오패널(102)보다 소형이다. 인접하는 2개의 크라이오패널(102) 중 상측의 크라이오패널은, 하측의 크라이오패널(102)보다 작은 직경을 가진다. 이와 같이 하여, 상측의 크라이오패널과 하측의 크라이오패널과의 사이에 수소 가스를 받아들이기 위한 간극이 형성되어 있다.

도 4는, 도 2에 나타내는 크라이오패널의 배열을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 있어서는, 도 2에 나타내는 크라이오패널 어셈블리(100)의 내부 구조를 파선으로 나타내고 있다.

크라이오패널 어셈블리(100)에 있어서는, 복수의 크라이오패널(102)이 텔레스코우프 형상으로 배열되어 있다. 이 크라이오패널 배열을, 예를 들면, 인접하는 3개의 크라이오패널(114, 116, 118)을 예로 들어 이하에 설명한다. 펌프 입구(12)에 가까운 상측의 크라이오패널(114)을 제1 크라이오패널(114)이라고 부르고, 3개 중 중간의 크라이오패널(116)을 제2 크라이오패널(116)이라고 부르며, 펌프 입구(12)에서 먼 하측의 크라이오패널(118)을 제3 크라이오패널(118)이라고 부르기로 한다. 도 2에 있어서, 제1 크라이오패널(114)은 아래로부터 4번째의 크라이오패널이며, 제2 크라이오패널(116)은 아래로부터 3번째의 크라이오패널이고, 제3 크라이오패널(118)은 아래로부터 2번째의 크라이오패널이다.

이하에서는 이들 3개의 크라이오패널(114, 116, 118)을 이용하여 크라이오패널의 위치 관계를 설명하는데, 도시되는 바와 같이, 다른 크라이오패널도 동일한 위치 관계를 가지는 것으로 이해하면 된다.

도 4에 파선의 화살표로, 실드 전단(28)으로부터의 제1 시선(120)과 제2 시선(122)을 설명을 위하여 예시한다. 제1 시선(120)은, 실드 전단(28)으로부터 제1 크라이오패널(114)의 외측 말단에 대한 시선이다. 제2 시선(122)은, 실드 전단(28)으로부터 제2 크라이오패널(116)의 외측 말단에 대한 시선이다.

제2 크라이오패널(116)의 전면에 있어서의 제1 시선(120)의 궤적이, 제2 크라이오패널(116)의 전면에 있어서의 흡착 영역(124)과 응축 영역(126)과의 경계를 부여한다. 또, 제3 크라이오패널(118)의 전면에 있어서의 제2 시선(122)의 궤적이, 제3 크라이오패널(118)의 전면에 있어서의 흡착 영역(124)과 응축 영역(126)과의 경계를 부여한다. 마찬가지로 하여, 나머지 크라이오패널(102)에 대해서도 흡착 영역(124)과 응축 영역(126)과의 경계를 결정할 수 있다.

따라서, 펌프 입구(12)로부터 먼 크라이오패널(102)은, 당해 크라이오패널의 전면에 있어서의 흡착 영역(124)의 면적비율이 크다. 한편, 펌프 입구(12)에 가까운 크라이오패널(102)은, 당해 크라이오패널의 전면에 있어서의 흡착 영역(124)의 면적비율이 작거나, 흡착 영역(124)은 존재하지 않고 전면의 전역이 응축 영역(126)이다. 특히, 펌프 입구(12)에 가장 가까운 최상부의 크라이오패널(137)은, 그 전면의 전역이 응축 영역(126)이다. 펌프 입구(12)에 가장 가까운 복수 매의 크라이오패널의 전면의 전역이 응축 영역(126)이어도 된다.

도 2로 되돌아간다. 크라이오패널 어셈블리(100)는, 상부 구조(128)와 하부 구조(130)로 구분된다. 상부 구조(128)는, 적어도 1개의 크라이오패널(102)을 구비하고, 이 적어도 1개의 크라이오패널(102)은, 실드 전단(28)을 향하는 경사 각도를 가지는 경사 영역(108)(도 3 참조)을 구비한다. 이러한 경사를 가지는 크라이오패널(102)을 이하에서는 상부 크라이오패널이라고 부르는 경우가 있다. 다만, 크라이오패널의 경사 각도란, 중심축(A)에 수직인 평면과 크라이오패널(102)의 표면의 각도를 말한다.

상부 크라이오패널(102)은, 그 배면(132)이 크라이오펌프(10)의 외부로부터 시인 불가능하도록 조정된 경사 각도를 가진다. 즉, 실드 전단(28)으로부터의 시선이 배면(132)과 교차하지 않도록 배면(132)(즉 경사 영역(108))의 경사 각도가 결정되어 있다. 따라서, 상부 크라이오패널(102)의 외측 말단은, 도 2에 있어서 파선의 화살표(134)로 나타내는 바와 같이, 실드 전단(28)의 약간 하방으로 향해져 있다. 따라서, 상부 크라이오패널(102)의 각각은 경사 각도가 상이하여, 상방의 크라이오패널일수록 경사 각도가 작다. 다만, 상부 크라이오패널(102)의 배면(132)을 크라이오펌프(10)의 외부로부터 시인 불가능하게 하기 위하여, 실드 전단(28) 대신에, 크라이오펌프 용기(38)의 전단(40)으로부터의 시선을 고려해야 할 경우도 있을 수 있다.

크라이오패널 어셈블리(100)의 하부 구조(130)는, 적어도 1개의 크라이오패널(102)을 구비한다. 이 적어도 1개의 크라이오패널(102)은, 도 2에 있어서 파선의 화살표(136)로 나타내는 바와 같이, 실드 측부(36)를 향하여 경사져 있는 경사 영역(108)(도 3 참조)을 구비한다. 이러한 경사를 가지는 크라이오패널(102)을 이하에서는 하부 크라이오패널이라고 부르는 경우가 있다. 즉, 하부 크라이오패널(102)은 실드 측부(36)를 향하는 경사 각도를 가지므로, 그 배면(138)은 크라이오펌프(10)의 외부로부터 시인 불가능하다. 하부 크라이오패널(102)의 각각은, 동일한 경사 각도를 가진다.

상부 크라이오패널(102)의 배면(132)의 전역에 흡착제가 형성되어 있다. 또, 하부 크라이오패널(102)의 배면(138)의 전역에 흡착제가 형성되어 있다. 이와 같이 하여, 복수의 크라이오패널(102)의 각각은, 크라이오펌프(10)의 외부로부터 시인 불가능한 부위에 흡착 영역(124)을 구비한다. 따라서, 크라이오패널 어셈블리(100)는, 흡착 영역(124)이 크라이오펌프(10)의 외부로부터 완전히 보이지 않도록 구성되어 있다.

그런데, 크라이오펌프에 축적된 기체는 통상, 재생 처리에 의하여 실질적으로 완전히 배출되어, 재생 완료 시에는 크라이오펌프는 사양 상의 배기 성능으로 회복된다. 그러나, 축적된 기체 중 일부의 성분은 재생 처리를 거쳐도 흡착제에 잔류하는 비율이 비교적 높다.

예를 들면, 이온주입 장치의 진공배기용으로 설치되어 있는 크라이오펌프에 있어서는, 흡착제로서의 활성탄에 점착성의 물질이 부착되는 것이 관찰되었다. 이 점착성 물질은 재생 처리를 거쳐도 완전히 제거하는 것이 곤란하였다. 이 점착성 물질은, 처리 대상 기판에 피복되는 포토레지스트로부터 배출되는 유기계의 아웃 가스에 기인한다고 생각된다. 또는 이온주입 처리에서 도펀트 가스 즉 원료 가스로서 사용되는 독성 가스에 기인할 가능성도 있다. 이온주입 처리에 있어서의 그 외의 부생성 가스에 기인할 가능성도 생각할 수 있다. 이들 가스가 복합적으로 관계하여 점착성 물질이 생성되고 있을 가능성도 있다.

이온주입 처리에서는, 크라이오펌프가 배기하는 기체의 대부분은 수소 가스일 수 있다. 수소 가스는 재생에 의하여 실질적으로 완전히 외부로 배출된다. 난재생(難再生) 기체는 미량이면, 1회의 크라이오펌핑 처리에 있어서 크라이오펌프의 배기 성능에 난재생 기체가 주는 영향은 경미하다. 그러나, 크라이오펌핑 처리와 재생 처리를 반복하는 동안에, 난재생 기체는 서서히 흡착제에 축적되어, 배기 성능을 저하시켜 갈 가능성이 있다. 배기 성능이 허용 범위를 하회하였을 때에는, 예를 들면 흡착제 또는 그와 함께 크라이오패널의 교환, 또는 흡착제에 대한 화학적인 난재생 기체 제거 처리를 포함하는 메인터넌스 작업이 필요하다.

난재생 기체는 거의 예외없이 응축성 기체이다. 외부로부터 크라이오펌프(10)를 향하여 날아오는 응축성 기체의 분자는, 입구 크라이오패널(32)의 주위의 개방 영역을 통과하여, 방사 실드(30) 또는 크라이오패널 어셈블리(100)의 외주의 응축 영역(126)에 직선적 경로로 도달하고, 그들 표면에 포착된다. 펌프 입구(12)로의 흡착 영역의 노출을 피함으로써, 크라이오펌프(10)에 진입하는 기체에 포함되는 난재생 기체로부터 흡착 영역은 보호된다. 난재생 기체는 응축 영역에 퇴적된다. 이렇게 하여, 비응축성 기체의 고속 배기와, 난재생 기체로부터의 흡착 영역의 보호를 양립할 수 있다. 흡착 영역의 노출을 피하는 것은, 수분으로부터 흡착 영역을 보호하는 것에도 도움이 된다.

상술과 같이, 복수의 크라이오패널(102)이 텔레스코우프 형상으로 배열되어 있다. 각 크라이오패널(102)은, 그 전면에 있어서 경사 영역(108)의 외측 단부에 응축 영역(126)을 구비한다. 제1 크라이오패널(114)의 상단부(104)가, 제2 크라이오패널(116)의 응축 영역(126)(즉 상단부(104))을 넘어 펌프 입구(12) 쪽으로(보다 정확하게는 비스듬히 상방으로) 돌출되어 있다. 펌프 입구(12)로부터 먼 제2 크라이오패널(116)이, 펌프 입구(12)에 가까운 제1 크라이오패널(114)의 경사 영역(108)의 대부분 및 하단부(106)를 둘러싸고 있다. 이와 같이 하여, 복수의 크라이오패널(102)은, 축방향으로 중첩되어 조밀하게 배열되어 있다.

단, 도 2 및 도 4에 나타나는 바와 같이, 복수의 크라이오패널(102) 중 입구 크라이오패널(32)에 가장 가까운 상부 크라이오패널(137)은, 입구 크라이오패널(32)에 2번째로 가까운 상부 크라이오패널(139)과 축방향으로 중첩되어 있지 않다. 이와 같이, 크라이오패널 어셈블리(100)의 상부 구조(128)는, 축방향으로 떨어져 배열되어 있는 적어도 1개의 크라이오패널을 구비하여도 된다.

일 실시형태에 있어서는, 상부 구조(128) 중 적어도 일부 또는 전부의 크라이오패널(102)은, 하부 구조(130)의 크라이오패널(102)과 마찬가지로, 평행하게 배열되어 있어도 된다. 전부 평행하면 제작이 용이하다. 이 경우, 탑 패널(137)의 말단이 크라이오펌프 전단(의 약간 하방)으로 향해지고, 그보다 하방의 크라이오패널은 실드 측부(36)로 향해져 있어도 된다.

도 4에 나타나는 바와 같이, 제1 크라이오패널(114)은, 제1 내측 단부(140)와, 제1 외측 단부(141)와, 제1 내측 단부(140)와 제1 외측 단부(141)를 연결하는 제1 경사부(142)를 구비한다. 제2 크라이오패널(116)은, 제2 내측 단부(143)와, 제2 외측 단부(144)와, 제2 내측 단부(143)와 제2 외측 단부(144)를 연결하는 제2 경사부(145)를 구비한다. 제3 크라이오패널(118)은, 제3 내측 단부(146)와, 제3 외측 단부(147)와, 제3 내측 단부(146)와 제3 외측 단부(147)를 연결하는 제3 경사부(148)를 구비한다.

이들 크라이오패널(114, 116, 118)은 상술과 같이 축방향으로 텔레스코우프 형상으로 배열되어 있다. 내측 단부(140, 143, 146)는 하단부(106)(도 3 참조)이며, 외측 단부(141, 144, 147)는 상단부(104)(도 3 참조)이다. 내측 단부(140, 143, 146)는, 패널장착부재(112)에 장착되어 있으며, 크라이오패널(114, 116, 118)의 바닥부는 폐쇄되어 있다. 외측 단부(141, 144, 147)는, 펌프 입구(12)를 향하여 개방된 각 크라이오패널(114, 116, 118)의 입구 개구를 획정한다. 외측 단부(141, 144, 147)는, 실드 측부(36)로 향해져 있다.

경사부(142, 145, 148)는 경사 영역(108)(도 3 참조)이며, 내측 단부(140, 143, 146)로부터 외측 단부(141, 144, 147)로 직선으로 뻗어 있다. 경사부(142, 145, 148)는, 실드 바닥부(34)로부터 실드 개구(26)를 향하도록 중심축(A)으로부터 방사 방향으로 외측 방향으로 뻗어 있다. 따라서, 제1 크라이오패널(114)과 제2 크라이오패널(116)과의 사이에는 중심축(A)의 근방으로부터 방사 방향 외측 방향으로 비스듬히 상방으로 직선으로 뻗는 제1간극(149)이 있다. 제2 크라이오패널(116)과 제3 크라이오패널(118)과의 사이에는 중심축(A)의 근방으로부터 방사 방향 외측 방향으로 비스듬히 상방으로 직선으로 뻗는 제2 간극(150)이 있다. 이와 같이 하여, 크라이오패널(114, 116, 118)은, 크라이오패널(114, 116, 118) 사이의 간극(149, 150)에 진입한 기체 분자를 경사부(142, 145, 148)의 상측의 경사면에서 중심축(A)을 향하여 반사하도록 배치되어 있다.

펌프 입구(12)에 가까운 쪽으로부터 제1 크라이오패널(114), 제2 크라이오패널(116), 제3 크라이오패널(118)의 순으로 나열되어 있다. 따라서, 실드 개구(26)로부터 제2 내측 단부(143), 제2 경사부(145), 및 제2 외측 단부(144)로의 거리는, 실드 개구(26)로부터 제1 내측 단부(140), 제1 경사부(142), 및 제1 외측 단부(141)로의 거리보다 길다. 마찬가지로, 실드 개구(26)로부터 제3 내측 단부(146), 제3 경사부(148), 및 제3 외측 단부(147)로의 거리는, 실드 개구(26)로부터 제2 내측 단부(143), 제2 경사부(145), 및 제2 외측 단부(144)로의 거리보다 길다.

또, 실드 개구(26)로부터 제2 외측 단부(144)로의 거리(F)는, 실드 개구(26)로부터 제1 내측 단부(140)로의 거리(E)보다 짧다. 또한, 실드 개구(26)로부터 제3 외측 단부(147)로의 거리(G)도 역시, 실드 개구(26)로부터 제1 내측 단부(140)로의 거리(E)보다 짧다. 이와 같이, 어느 1개의 상측의 크라이오패널의 내측 단부에 비하여, 그보다 하측의 몇 개의 크라이오패널의 외측 단부 쪽이 펌프 입구(12)에 가깝다. 바꾸어 말하면, 어느 1개의 하측의 크라이오패널의 경사부는, 그보다 상측의 몇 개의 크라이오패널의 내측 단부를 넘어 비스듬히 상방으로 뻗어 있다. 이와 같이 하여, 복수의 크라이오패널(102)이 텔레스코우프 형상으로 배열되어 있다.

이러한 크라이오패널끼리의 위치 관계는 하부 구조(130)뿐만 아니라 상부 구조(128)의 몇 개의 크라이오패널에 대해서도 공통된다. 단, 이 위치관계는 하부 구조(130)에 있어서 현저하다. 예를 들면, 가장 하방의 크라이오패널(151)의 외측 단부는, 그보다 6매 상방의 크라이오패널의 내측 단부보다 펌프 입구(12)에 가깝다.

이와 같이 하여, 크라이오패널(114, 116, 118) 사이에 가늘고 긴 간극(149, 150)이 형성되어 있다. 이러한 간극(149, 150)은, 외측 단부(141, 144, 147)의 간극 입구로부터 내측 단부(140, 143, 146)로 깊게 뻗어 있다. 간극의 깊이는, 간극 입구의 폭보다 크다. 여기에서, 간극의 깊이란, 외측 단부로부터 내측 단부로의 거리, 또는, 방사 방향 외측으로부터 내측으로의 경사부의 길이이다. 크라이오패널 어셈블리(100)는, 이와 같이 깊은 간극 구조를 가짐으로써, 수소 가스의 포착률을 높일 수 있다. 즉, 간극(149, 150)에 일단 진입한 수소 분자를 가능한 한 외부로 놓치지 않고 포착할 수 있다.

도 5 및 도 6은, 수소 분자가 크라이오패널에 충돌할 때의 거동을 설명하기 위한 도이다. 도 5에 나타나는 크라이오패널 배열에 있어서는, 평판인 제1 크라이오패널(114) 및 제2 크라이오패널(116)이 평행하게 배열되어 있다. 제1 크라이오패널(114) 및 제2 크라이오패널(116)은 크라이오펌프 중심축에 수직인 면을 따라 뻗어 있다. 제2 외측 단부(144)의 바로 위에 제1 외측 단부(141)가 배치되어 있다.

수소 분자(152)(또는, 그 외의 기체 분자)의 크라이오패널 표면에서의 충돌 시의 거동은, 기본적으로는 빛의 반사와 마찬가지로 생각할 수 있다. 단, 수소 분자(152)는, 크라이오패널 표면에서 단순히 경면 반사를 하는 것은 아니다. 수소 분자(152)는 크라이오패널 표면에서 순간적으로 일단 포착되고, 그 직후에 다시 크라이오패널 표면으로부터 방출된다. 이로 인하여, 수소 분자(152)가 방출되는 방향은 확률적이며, 일정하지 않다. 수소 분자(152)는, 전체 방향으로 대체로 등확률로 방출된다고 생각할 수 있다. 따라서, 수소 분자(152)의 반사는 빛의 난반사와 비슷하다. 도 5 및 도 6에 있어서, 입사하는 수소 분자(152)의 궤적을 실선의 화살표로 예시하고, 반사된 수소 분자(152)의 궤적을 파선의 화살표로 예시한다.

도 5에 나타나는 크라이오패널 배열에 있어서는, 제2 외측 단부(144)로부터 제1 크라이오패널(114)을 볼 때 제1 크라이오패널(114)에 의하여 덮이는 각도 범위가 정확히 90도와 동일하다. 따라서, 제2 외측 단부(144)에 있어서 반사된 수소 분자(152)는, 대략 1/2의 확률로 제1 크라이오패널(114)의 배면으로 향해지고, 대략 1/2의 확률로 제1 크라이오패널(114)로부터 멀어지는 방향으로 향해지고 있다.

이에 대하여, 도 6에 나타나는 크라이오패널 배열에 있어서는, 제1 및 제2 크라이오패널(114, 116)이 각각의 외측 단부(141, 144)를 비스듬히 상방으로 향하도록 크라이오펌프 중심축에 대하여 경사져 있다. 제2 외측 단부(144)의 바로 위에 제1 외측 단부(141)가 배치되어 있다. 또한, 도 2 및 도 4에 나타나는 바와 같이, 제2 외측 단부(144)는 제1 외측 단부(141)의 방사 방향 외측에 있어도 된다.

도 6에 나타나는 크라이오패널 배열에 있어서는, 제2 외측 단부(144)로부터 제1 크라이오패널(114)을 볼 때 제1 크라이오패널(114)에 의하여 덮이는 각도 범위(α)가 90도를 넘고 있다. 따라서, 제2 외측 단부(144)에 있어서 반사된 수소 분자(152)는, 1/2보다 큰 확률로 제1 크라이오패널(114)의 배면으로 향해진다. 수소 분자(152)가 제2 외측 단부(144)로부터 제1 크라이오패널(114)로 향해지는 확률은 각도(α)에 의하여 결정된다. 가능한 수소 분자(152)의 전체 반사 범위(예를 들면 180도) 중 각도(α)가 차지하는 비율이 이 확률을 부여한다. 이와 같이 하여, 보다 많은 수소 분자(152)를 인접하는 크라이오패널로 반사할 수 있다.

다시 도 4를 참조한다. 제1 크라이오패널(114)의 제1 내측 단부(140)와 제2 크라이오패널(116)의 제2 내측 단부(143)와의 간격(K)보다, 제1 크라이오패널(114)의 제1 외측 단부(141)와 제2 크라이오패널(116)의 제2 외측 단부(144)와의 간격(L) 쪽이 좁다. 즉, 크라이오패널의 부착 간격(K)보다 크라이오패널간의 간극 입구(L) 쪽이 좁다. 이와 같이 하여, 크라이오패널간의 간극 입구(L)를 펌프 입구(12)에 근접시킬 수 있다.

크라이오패널 어셈블리(100)는, 입구 크라이오패널(32)에 근접하여 설치되어 있다. 이로 인하여, 보다 다수의 크라이오패널을 축방향으로 배열할 수 있다. 다만, 크라이오패널 어셈블리(100)에 입사시키는 열을 적게 하는 것을 중시하는 경우에는, 크라이오패널 어셈블리(100)와 입구 크라이오패널(32)과의 간격을 넓혀도 된다.

도 7은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 수소 가스의 진공배기 방법을 설명하기 위한 도이다. 상술과 같이, 크라이오펌프(10)는, 크라이오패널(102)의 텔레스코우프 형상 배열을 구비한다. 이 진공배기 방법은, 텔레스코우프 형상 배열의 간극에 진입한 수소 분자를 크라이오패널(102)에서 반사하는 것과, 반사된 수소 분자를 다른 크라이오패널(102)에서 흡착하는 것을 구비한다.

예를 들면, 도 7에 있어서 화살표(P)로 나타내는 바와 같이, 크라이오펌프(10)에 진입한 수소 분자를 크라이오패널(102) 사이의 가늘고 긴 간극에 받아들일 수 있다. 간극에 입사된 수소 분자는, 크라이오패널 표면에서의 반사에 의하여 간극의 안쪽으로 유도된다. 화살표(Q)로 나타내는 바와 같이, 상방의 크라이오패널의 전면에 닿은 수소 분자는, 그 바로 위의 크라이오패널의 배면을 향하여 반사된다. 또, 화살표(R)로 나타내는 바와 같이, 방사 실드에서 반사된 수소 분자도, 크라이오패널(102) 사이의 가늘고 긴 간극에 받아들일 수 있다.

이와 같이, 크라이오패널 어셈블리(100)는, 크라이오펌프(10)에 진입한 수소 분자를 크라이오패널 구조의 중심부를 향하여 유도하도록 구성되어 있다. 크라이오패널 구조의 중심부에는 흡착 영역이 형성되어 있다. 따라서, 수소 분자를 효율적으로 흡착할 수 있어, 수소 가스의 고속 배기를 실현할 수 있다.

본 출원인이 앞서 제안한 크라이오펌프도 역시, 수소의 고속 배기와 흡착제의 보호를 양립시키는 독자적인 크라이오패널 구조를 구비한다. 이 크라이오패널 구조에 있어서는, 개개의 크라이오패널이 크라이오펌프의 중심축에 수직인 평면을 따라 방사 실드를 향하여 뻗어 있다. 이러한 크라이오패널 구조는 도 5에 예시된다. 이러한 크라이오펌프는, 예를 들면, 일본 특허출원 2011-107669호, 일본 특허출원 2011-107670호, 미국 특허출원 제13/458699호, 미국 특허 제13/458751호에 개시되어 있다. 이들 전체가 본원 명세서에 참조로 원용된다.

이러한 수평 크라이오패널을 가지는 크라이오펌프에 비하여, 본 실시형태에 의한 경사 크라이오패널을 가지는 크라이오펌프는, 또한, 수소 가스의 배기 속도가 대략 20%에서 30% 뛰어난 것이, 몬테카를로법에 근거하는 시뮬레이션에 의하여 확인되고 있다.

또, 어느 진공 시스템에는 다수의 크라이오펌프가 설치되는 경우가 있다. 본 실시형태에 의한 크라이오펌프를 사용함으로써, 크라이오펌프의 설치 대수를 줄일 수 있다. 즉, 적은 대수의 크라이오펌프로 동등한 배기 속도를 달성할 수 있다. 예를 들면, 4대의 크라이오펌프를 3대의 크라이오펌프로 대체하는 경우에는, 크라이오펌프 시스템에 필요한 코스트는 대략 3/4으로 저감된다. 따라서, 진공 시스템을 구성하기 위한 토탈 코스트를 크게 줄일 수 있다.

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

도 8은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 개략 측면도이다. 크라이오펌프(10)는, 크라이오패널 어셈블리(100)를 구비한다. 크라이오패널 어셈블리(100)는, 상부 구조(128)와 하부 구조(130)를 구비한다. 하부 구조(130)는 도 2를 참조하여 설명한 상술의 실시형태와 마찬가지로 구성되어 있다. 도 8에 있어서는, 상부 구조(128)의 전체를 도시하기 위하여, 하부 구조(130) 중 상측 중앙 부분의 도시가 생략되어 있다.

상부 구조(128)는, 역뿔대 형상을 가지는 크라이오패널(102)과는 반대 방향의 형상의 크라이오패널(103)을 구비한다. 즉, 상부 구조(128)의 크라이오패널(103)은, 뿔대 형상(예를 들면 원뿔대 형상)을 가진다. 크라이오패널(103)은 평판이어도 된다. 크라이오패널(103)은, 펌프 입구(12)에 가까울수록 대형(대경)이다. 단, 펌프 입구(12)에 가장 가까운 크라이오패널(103)이어도, 입구 크라이오패널(32)보다 소형이며, 또한 하부 구조(130)의 크라이오패널(102)보다 소형이다. 상부 구조(128)의 크라이오패널(103)은 그 배면에 흡착 영역을 가진다. 상부 구조(128)의 크라이오패널(103)은, 하부 구조(130)의 크라이오패널(102)에서 반사된 수소 분자를 흡착할 수 있다.

따라서, 크라이오패널 어셈블리(100)는, 실드 개구(26)와 복수의 크라이오패널(102)과의 사이에 설치되어 있는 적어도 1개의 흡착 패널(103)을 구비한다. 적어도 1개의 흡착 패널(103)은, 실드 측부(36)를 향하여 뻗어 있다. 적어도 1개의 흡착 패널(103)은, 복수의 크라이오패널(102)에서 반사된 기체 분자를 흡착하기 위한 흡착 영역을 배면에 구비한다. 이와 같이 하여, 크라이오패널 어셈블리(100)의 상부 구조(128)가 흡착 전용의 크라이오패널로서 구성되어 있어도 된다.

도 9는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 개략 상면도이다. 간략화를 위하여 도 9에는 복수의 크라이오패널(102) 중 1개의 크라이오패널(102)만을 도시하고 있다.

도 9에 나타나는 바와 같이, 크라이오패널(102)은, 복수(예를 들면 3개 이상)의 패널조각(154)으로 분할되어 있다. 도 9에 있어서는, 크라이오패널(102)이 6개의 패널조각(154)으로 분할되고, 개개의 패널조각(154)은 삼각형상의 형상을 가진다. 따라서, 크라이오패널(102)은 역육각뿔 형상을 가진다. 다만 패널조각(154)의 형상은 임의이며, 예를 들면 사각형상이어도 된다. 패널조각(154)은 표면이 평탄해도 되고, 만곡되어 있어도 된다.

패널조각(154) 사이에는 슬릿(156)이 형성되어 있다. 기체 분자는 슬릿(156)을 통과하여, 그 안쪽에 있는 크라이오패널에 도달할 수 있다. 이러한 슬릿(156)은, 도 2에 나타내는 크라이오패널(102)에 설치되어 있어도 되고, 도 8에 나타내는 크라이오패널(102)에 설치되어 있어도 된다.

일반적으로, 수소 분자는 대부분이 크라이오패널 어셈블리(100)의 흡착 영역의 외주 부분에서 흡착된다. 크라이오패널(102)에 슬릿(156)을 설치함으로써, 크라이오패널 어셈블리(100)의 보다 중심부에 또는 보다 심부에 수소 분자를 유도할 수 있다. 따라서, 흡착되는 수소 분자의 편재를 완화시킬 수 있다. 중심부 또는 심부의 흡착 영역을 활용할 수 있으므로, 수소의 흡장량을 크게 할 수 있다.

슬릿(156)은, 크라이오패널 어셈블리(100)의 상방에서 많고, 하방에서 적어지도록 배치되어 있어도 된다. 즉, 크라이오패널 어셈블리(100)는, 상방에서 패널조각(154)이 드물게 배치되고, 하방에서 조밀하게 배치되어 있어도 된다. 슬릿(156)은, 가장 하방의 크라이오패널(102)에는 설치하지 않도록 하여도 된다. 또, 슬릿(156)은, 인접하는 크라이오패널(102) 사이에서 서로 위치를 어긋나게 하여 설치되어 있어도 된다. 예를 들면, 슬릿(156)은, 축방향에 상방으로부터 하방으로 나선형상으로 어긋나게 설치되어 있어도 된다.

어느 1개의 크라이오패널(102)을 형성하는 복수의 패널조각(154)은, 분할되어 있지 않은 단일의 크라이오패널(102)과 마찬가지로, 어느 특정의 장착 위치에서 패널장착부재(112)에 장착되어 있다. 따라서, 개개의 패널조각의 장착 위치를 포함하는 장착면을 생각할 수 있고, 이 장착면은, 중심축(A)에 수직으로 교차하는 평면이다. 복수의 패널조각(154)은, 장착면에 대하여 뒤틀림각을 가지고 장착되어 있어도 된다. 이와 같이 하여, 어느 패널조각(154)의 전면에서 반사된 수소 분자가 인접하는 패널조각(154)의 배면으로 향해지도록 크라이오패널(102)을 구성해도 된다.

바람직한 일 실시형태에 있어서는, 크라이오패널 어셈블리(100)는, 복수의 흡착 패널(103)을 구비하는 상부 구조(128)(도 8 참조)와, 복수의 슬릿(156)을 각각이 가지는 복수의 크라이오패널(102)(도 9 참조)을 구비하는 하부 구조(130)를 구비하여도 된다. 슬릿(156)은, 가장 하방의 크라이오패널(102)에는 설치하지 않도록 하여도 된다. 이러한 크라이오패널 구조는 이른바, 파인애플형이라고 부를 수도 있다. 파인애플형의 크라이오패널 구조에 대해서도, 상술의 유발형의 크라이오패널 구조와 동등한 수소 배기 속도를 실현하는 것이, 몬테카를로법에 근거하는 시뮬레이션에 의하여 확인되고 있다.

다만, 도 9에는, 입구 크라이오패널(32)이 파선으로 나타나 있다. 아울러, 도 9에는, 입구 크라이오패널(32)을 방사 실드(30)에 장착하기 위한 십자 형상의 패널장착 구조(158)도 파선으로 나타낸다.

본 발명의 실시형태는 이하와 같이 표현할 수도 있다.

1. 실드 개구를 획정하는 실드 전단과, 상기 실드 개구에 대향하는 실드 바닥부와, 상기 실드 전단으로부터 상기 실드 바닥부로 뻗어 있는 실드 측부를 구비하는 방사 실드와,

상기 방사 실드보다 저온으로 냉각되는 크라이오패널 어셈블리로서, 상기 실드 개구로부터 상기 실드 바닥부를 향하는 방향을 따라 배열되어 있는 복수의 크라이오패널을 구비하는 크라이오패널 어셈블리를 구비하고,

상기 복수의 크라이오패널은,

제1 내측 단부와, 상기 실드 측부로 향해진 제1 외측 단부를 구비하는 제1 크라이오패널과,

제2 내측 단부와, 상기 실드 측부로 향해진 제2 외측 단부를 구비하는 제2 크라이오패널을 구비하며,

상기 실드 개구로부터 상기 제2 내측 단부로의 거리는 상기 실드 개구로부터 상기 제1 내측 단부로의 거리보다 길고, 상기 실드 개구로부터 상기 제2 외측 단부로의 거리는 상기 실드 개구로부터 상기 제1 외측 단부로의 거리보다 길며,

상기 실드 개구로부터 상기 제2 외측 단부로의 거리는, 상기 실드 개구로부터 상기 제1 내측 단부로의 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.

이 실시형태에 의하면, 제2 크라이오패널은 제1 크라이오패널의 안쪽에 있지만, 제2 크라이오패널의 외측 쪽이 제1 크라이오패널의 내측보다 실드 개구에 가까워 지도록 2개의 크라이오패널은 배치되어 있다. 이로 인하여, 2개의 크라이오패널의 간극은, 크라이오패널의 내측 단부로부터 외측 단부로 비스듬히 상방으로 뻗어 있다. 이와 같이 가늘고 긴 간극에 수소 가스를 받아들여, 간극의 안쪽으로 수소 가스를 유도할 수 있다. 따라서, 수소 가스를 효율적으로 포착할 수 있다.

2. 상기 복수의 크라이오패널은, 제3 내측 단부와, 상기 실드 측부로 향해진 제3 외측 단부를 구비하는 제3 크라이오패널을 더욱 구비하고,

상기 실드 개구로부터 상기 제3 내측 단부로의 거리는 상기 실드 개구로부터 상기 제2 내측 단부로의 거리보다 길며, 상기 실드 개구로부터 상기 제3 외측 단부로의 거리는 상기 실드 개구로부터 상기 제2 외측 단부로의 거리보다 길고,

상기 실드 개구로부터 상기 제3 외측 단부로의 거리는, 상기 실드 개구로부터 상기 제1 내측 단부로의 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 실시형태 1에 기재된 크라이오펌프.

3. 상기 제2 외측 단부로부터 상기 제1 크라이오패널을 볼 때 상기 제1 크라이오패널에 의하여 덮이는 각도 범위가 90도를 넘도록, 상기 제2 외측 단부에 대하여 상기 제1 크라이오패널이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 1 또는 2에 기재된 크라이오펌프.

4. 상기 복수의 크라이오패널의 각각은, 상기 방사 실드의 중심축에 가까운 부위에서 상기 실드 개구로부터 멀어지고 상기 중심축으로부터 먼 부위에서 상기 실드 개구에 근접하도록 경사져 있는 경사 영역을 구비하며, 상기 중심축으로부터의 방사 방향에 있어서의 당해 크라이오패널의 폭의 적어도 절반이 상기 경사 영역인 것을 특징으로 하는 실시형태 1 또는 2에 기재된 크라이오펌프.

5. 상기 폭의 실질적으로 전부가 상기 경사 영역인 것을 특징으로 하는 실시형태 4에 기재된 크라이오펌프.

6. 상기 크라이오패널 어셈블리는, 상기 복수의 크라이오패널을 지지하기 위한 지지 부재를 구비하고,

상기 복수의 크라이오패널의 각각은, 당해 크라이오패널을 상기 지지 부재에 장착하기 위한 비경사 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 실시형태 4에 기재된 크라이오펌프.

7. 상기 복수의 크라이오패널의 각각은, 역뿔대 형상의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 실시형태 1 또는 2에 기재된 크라이오펌프.

8. 상기 복수의 크라이오패널은, 크라이오펌프 외부로부터 시인 불가능한 부위에 흡착 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 실시형태 1 또는 2에 기재된 크라이오펌프.

9. 상기 크라이오패널 어셈블리는, 상기 실드 개구와 상기 복수의 크라이오패널과의 사이에 설치되어 있는 적어도 1개의 크라이오패널을 더욱 구비하고,

상기 적어도 1개의 크라이오패널은, 상기 실드 전단 또는 크라이오펌프 용기전단을 향하여 경사져 있는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 실시형태 1 또는 2에 기재된 크라이오펌프.

10. 상기 적어도 1개의 크라이오패널은, 그 배면이 크라이오펌프 외부로부터 시인 불가능하도록 조정된 경사 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 실시형태 9에 기재된 크라이오펌프.

11. 상기 크라이오패널 어셈블리는, 상기 실드 개구와 상기 복수의 크라이오패널과의 사이에 설치되어 있는 적어도 1개의 흡착 패널을 더욱 구비하고,

상기 적어도 1개의 흡착 패널은, 상기 실드 측부를 향하여 뻗어 있으며,

상기 적어도 1개의 흡착 패널은, 상기 복수의 크라이오패널에서 반사된 기체 분자를 흡착하기 위한 흡착 영역을 배면에 구비하는 것을 특징으로 하는 실시형태 1 또는 2에 기재된 크라이오펌프.

12. 상기 복수의 크라이오패널 중 적어도 1개에는, 기체 분자를 통과시킬 수 있는 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 1 또는 2에 기재된 크라이오펌프.

13. 상기 제1 크라이오패널과 상기 제2 크라이오패널과의 사이에 형성되는 간극의 깊이는, 당해 간극의 입구의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 실시형태 1 또는 2에 기재된 크라이오펌프.

14. 복수의 크라이오 솝션 패널을 구비하는 크라이오패널 구조로서,

상기 복수의 크라이오 솝션 패널의 각각은, 방사 방향 외측에서 크라이오펌프 입구에 가깝고 방사 방향 내측에서 그 입구로부터 멀어지는 경사 전면을 구비하며, 그 경사 전면은 비흡착 영역을 구비하고,

상기 복수의 크라이오 솝션 패널은, 인접하는 2개의 크라이오 솝션 패널 중 상기 크라이오펌프 입구에 근접하는 일방의 크라이오 솝션 패널이, 상기 크라이오펌프 입구로부터 멀어져 있는 타방의 크라이오 솝션 패널의 비흡착 영역을 넘어 상기 크라이오펌프 입구 쪽으로 돌출되도록 텔레스코우프 형상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오패널 구조.

이 실시형태에 의하면, 인접하는 2개의 크라이오 솝션 패널이 텔레스코우프 형상으로 배열되어 있다. 그러한 텔레스코우프 형상 배열의 간극에 수소 가스를 받아들여, 간극의 안쪽으로 수소 가스를 유도할 수 있다. 따라서, 수소 가스를 효율적으로 포착할 수 있다.

15. 상기 복수의 크라이오 솝션 패널의 각각은, 상기 크라이오펌프 입구에 가까운 측에서 큰 치수를 가지고 상기 크라이오펌프 입구로부터 먼 측에서 작은 치수를 가지는 역뿔대 형상의 형상을 가지고 있으며,

상기 복수의 크라이오 솝션 패널은, 상기 타방의 크라이오 솝션 패널이 상기 일방의 크라이오 솝션 패널을 둘러싸도록 하여 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 14에 기재된 크라이오패널 구조.

16. 상기 비흡착 영역은, 상기 크라이오펌프 입구를 통하여 시인되는 상기 복수의 크라이오 솝션 패널의 외주부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실시형태 14 또는 15에 기재된 크라이오펌프.

17. 복수의 크라이오 솝션 패널을 구비하는 크라이오패널 구조로서,

상기 복수의 크라이오 솝션 패널의 각각은, 방사 방향 외측에서 크라이오펌프 입구에 가깝고 방사 방향 내측에서 그 입구로부터 멀어지는 경사 전면을 구비하며, 그 경사 전면은 방사 실드를 향하는 경사 각도를 가지고 있고,

상기 복수의 크라이오 솝션 패널은, 인접하는 2개의 크라이오 솝션 패널 중 상기 크라이오펌프 입구에 근접하는 일방의 크라이오 솝션 패널이, 상기 크라이오펌프 입구로부터 멀어져 있는 타방의 크라이오 솝션 패널의 상단을 넘어 상기 크라이오펌프 입구 쪽으로 돌출되도록 텔레스코우프 형상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오패널 구조.

18. 크라이오펌프에 의하여 수소를 배기하는 진공배기 방법으로서,

상기 크라이오펌프는, 크라이오패널의 텔레스코우프 형상 배열을 구비하고 있으며, 본 방법은,

상기 텔레스코우프 형상 배열의 간극에 진입한 수소 분자를 크라이오패널에서 반사하는 것과,

반사된 수소 분자를 다른 크라이오패널에서 흡착하는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.

10: 크라이오펌프 12: 펌프 입구
26: 실드 개구 28: 실드 전단
30: 방사 실드 34: 실드 바닥부
36: 실드 측부 38: 크라이오펌프 용기
40: 전단 100: 크라이오패널 어셈블리
102: 크라이오패널 108: 경사 영역
114: 제1 크라이오패널 116: 제2 크라이오패널
118: 제3 크라이오패널 124: 흡착 영역
132: 배면 138: 배면
140: 제1 내측 단부 141: 제1 외측 단부
143: 제2 내측 단부 144: 제2 외측 단부
146: 제3 내측 단부 147: 제3 외측 단부
152: 수소 분자 156: 슬릿

Claims (18)

1. 실드 개구를 획정하는 실드 전단과, 상기 실드 개구에 대향하는 실드 바닥부와, 상기 실드 전단으로부터 상기 실드 바닥부로 뻗어 있는 실드 측부를 구비하는 방사 실드와,
   상기 방사 실드보다 저온으로 냉각되는 크라이오패널 어셈블리로서, 상기 실드 개구로부터 상기 실드 바닥부를 향하는 방향을 따라 배열되어 있는 복수의 크라이오패널을 구비하는 크라이오패널 어셈블리를 구비하고,
   상기 복수의 크라이오패널은,
   제1 내측 단부와, 상기 실드 측부로 향해진 제1 외측 단부를 구비하는 제1 크라이오패널과,
   제2 내측 단부와, 상기 실드 측부로 향해진 제2 외측 단부를 구비하는 제2 크라이오패널을 구비하며,
   상기 실드 개구로부터 상기 제2 내측 단부로의 거리는 상기 실드 개구로부터 상기 제1 내측 단부로의 거리보다 길고, 상기 실드 개구로부터 상기 제2 외측 단부로의 거리는 상기 실드 개구로부터 상기 제1 외측 단부로의 거리보다 길며,
   상기 실드 개구로부터 상기 제2 외측 단부로의 거리는, 상기 실드 개구로부터 상기 제1 내측 단부로의 거리보다 짧으며,
   상기 복수의 크라이오패널의 각각은, 상기 방사 실드의 중심축에 가까운 부위에서 상기 실드 개구로부터 멀어지고 상기 중심축으로부터 먼 부위에서 상기 실드 개구에 근접하도록 경사져 있는 경사 영역을 구비하며, 상기 중심축으로부터의 방사 방향에 있어서의 당해 크라이오패널의 폭의 적어도 절반이 상기 경사 영역인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 크라이오패널은, 제3 내측 단부와, 상기 실드 측부로 향해진 제3 외측 단부를 구비하는 제3 크라이오패널을 더욱 구비하고,
   상기 실드 개구로부터 상기 제3 내측 단부로의 거리는 상기 실드 개구로부터 상기 제2 내측 단부로의 거리보다 길며, 상기 실드 개구로부터 상기 제3 외측 단부로의 거리는 상기 실드 개구로부터 상기 제2 외측 단부로의 거리보다 길고,
   상기 실드 개구로부터 상기 제3 외측 단부로의 거리는, 상기 실드 개구로부터 상기 제1 내측 단부로의 거리보다 짧은 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제2 외측 단부를 기준으로, 상기 제2 크라이오패널이 상기 제1 크라이오패널에 의하여 덮이는 각도 범위가 90도를 넘도록, 상기 제1 크라이오패널이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 폭의 전부가 상기 경사 영역인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 크라이오패널 어셈블리는, 상기 복수의 크라이오패널을 지지하기 위한 지지 부재를 구비하고,
   상기 복수의 크라이오패널의 각각은, 당해 크라이오패널을 상기 지지 부재에 장착하기 위한 비경사 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 복수의 크라이오패널의 각각은, 역뿔대 형상의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 복수의 크라이오패널은, 크라이오펌프 외부로부터 시인 불가능한 부위에 흡착 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 크라이오패널 어셈블리는, 상기 실드 개구와 상기 복수의 크라이오패널 사이에 추가적으로 설치되어 있는 적어도 1개의 크라이오패널을 더욱 구비하고,
   상기 적어도 1개의 크라이오패널은, 상기 실드 전단 또는 크라이오펌프 용기전단을 향하여 경사져 있는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 크라이오패널은, 상기 적어도 1개의 크라이오패널의 배면이 크라이오펌프 외부로부터 시인 불가능하도록 조정된 경사 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 크라이오패널 어셈블리는, 상기 실드 개구와 상기 복수의 크라이오패널과의 사이에 설치되어 있는 적어도 1개의 흡착 패널을 더욱 구비하고,
    상기 적어도 1개의 흡착 패널은, 상기 실드 측부를 향하여 뻗어 있으며,
    상기 적어도 1개의 흡착 패널은, 상기 복수의 크라이오패널에서 반사된 기체 분자를 흡착하기 위한 흡착 영역을 배면에 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 크라이오패널의 적어도 1개에는, 기체 분자를 통과시킬 수 있는 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 크라이오패널과 상기 제2 크라이오패널과의 사이에 형성되는 간극의 깊이는, 당해 간극의 입구의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제

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