KR101614794B1 - 크라이오펌프, 및 진공배기방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비응축성 기체의 고속 배기를 위한 크라이오펌프, 크라이오패널 구조, 및 진공배기방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
크라이오펌프(1)는, 비응축성 기체의 입사를 받는 전면(4)과, 비응축성 기체의 흡착영역을 구비하는 배면(5)을 구비하는 흡착 크라이오패널(2)과, 배면(5)에 대향하는 비응축성 기체의 반사면(7)을 구비하는 반사 크라이오패널(3)을 구비한다. 흡착 크라이오패널(2)은, 전면(4)으로부터 배면(5)으로 관통하는 다수의 관통구멍(6)을 가져도 된다. 흡착 크라이오패널(2)은, 10% 이상 70% 이하의 비응축성 기체의 통과 확률을 가져도 된다.

Description

크라이오펌프, 및 진공배기방법{Cryopump and method for evacuation}

본 출원은, 2013년 5월 27일에 출원된 일본 특허출원 제2013-111346호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 크라이오펌프, 및 진공배기방법에 관한 것이다.

크라이오펌프는, 극저온으로 냉각된 크라이오패널에 기체분자를 응축 또는 흡착에 의하여 포착하여 배기하는 진공펌프이다. 크라이오펌프는 반도체회로 제조프로세스 등에 요구되는 청정한 진공 환경을 실현하기 위하여 일반적으로 이용된다. 크라이오펌프의 애플리케이션의 하나로, 예를 들면 이온주입 공정과 같이, 배기해야 하는 기체의 대부분을 예를 들면 수소 등의 비응축성 기체가 차지하는 경우가 있다. 비응축성 기체는 극저온으로 냉각된 흡착영역에 흡착시킴으로써 비로소 배기할 수 있다.

선행기술문헌

(특허문헌 1)

특허문헌 1: 일본 특허공개공보 2012-237262호

특허문헌 2: 일본 특허공개공보 2010-84702호

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 비응축성 기체의 고속 배기를 위한 크라이오펌프, 및 진공배기방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 비응축성 기체의 입사를 받는 전면과, 비응축성 기체의 흡착영역을 구비하는 배면을 구비하는 흡착 크라이오패널과, 상기 배면에 대향하는 비응축성 기체의 반사면을 구비하는 반사 크라이오패널을 구비하고, 상기 흡착 크라이오패널은, 상기 전면으로부터 상기 배면으로 관통하는 다수의 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프가 제공된다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 비응축성 기체의 입사를 받는 전면과, 비응축성 기체의 흡착영역을 구비하는 배면을 구비하는 흡착 크라이오패널과, 상기 배면에 대향하는 비응축성 기체의 반사면을 구비하는 반사 크라이오패널을 구비하고, 상기 흡착 크라이오패널은, 10% 이상 70% 이하의 비응축성 기체의 통과 확률을 가지는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프가 제공된다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 비응축성 기체를 배기하는 진공배기방법으로서, 10% 이상 70% 이하의 비응축성 기체의 통과 확률을 가지는 흡착 크라이오패널과 상기 흡착 크라이오패널에 인접하는 크라이오패널과의 사이에 상기 흡착 크라이오패널을 통하여 비응축성 기체를 받아들이는 것과, 상기 인접하는 크라이오패널에 의하여 비응축성 기체를 반사하는 것과, 반사된 비응축성 기체를 상기 흡착 크라이오패널에 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 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 비응축성 기체의 고속 배기를 위한 크라이오펌프, 및 진공배기방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 크라이오펌프의 주요부의 개략을 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 흡착 크라이오패널의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 크라이오펌프의 주요부의 개략을 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 흡착 크라이오패널 구조의 배기 확률과 흡착 크라이오패널의 통과 확률과의 관계를 예시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 크라이오펌프의 주요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 크라이오펌프의 주요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 크라이오패널을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시형태에 관한 크라이오펌프의 주요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시형태에 관한 크라이오펌프의 주요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 크라이오펌프(1)의 주요부의 개략을 나타내는 도이다. 간단화하기 위하여, 흡착 크라이오패널(2) 및 반사 크라이오패널(3)만을 도 1에 나타낸다. 도 1은 크라이오펌프(1)의 중심축을 포함하는 단면을 나타낸다.

흡착 크라이오패널(2)은, 전면(4) 및 배면(5)을 구비한다. 전면(4)은, 비응축성 기체분자(예를 들면 수소분자)의 입사를 받도록 배치되어 있다. 배면(5)은 비응축성 기체의 흡착영역을 구비한다. 흡착영역은 예를 들면, 비응축성 기체의 흡착에 적합한 흡착제(예를 들면 활성탄)가 형성되어 있는 영역이다.

도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 흡착 크라이오패널(2)의 상면도이다. 흡착 크라이오패널(2)은, 다수의 관통구멍(6)을 가진다. 흡착 크라이오패널(2)은, 원형의 펀칭 플레이트 또는 구멍 뚫린 판이어도 된다. 관통구멍(6)은, 전면(4)으로부터 배면(5)으로 흡착 크라이오패널(2)을 관통하여 형성되어 있다. 도시되는 관통구멍(6)은, 흡착 크라이오패널(2)의 전체에 걸쳐서 균일하게 분포한다. 도시되는 흡착 크라이오패널(2)에 있어서는, 관통구멍(6)은, 격자형상으로 배열된 원형의 개구이다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 반사 크라이오패널(3)은, 비응축성 기체분자의 반사면(7)을 구비한다. 반사면(7)은, 흡착 크라이오패널(2)의 배면(5)에 대향한다. 반사 크라이오패널(3)은, 크라이오펌프(1)의 방사실드여도 된다. 그 경우, 반사 크라이오패널(3)은 흡착 크라이오패널(2)을 둘러싼다. 흡착 크라이오패널(2)의 전면(4)은 방사실드의 메인개구로 향해져 있고, 흡착 크라이오패널(2)의 배면(5)은, 반사면(7)인 방사실드의 바닥면으로 향해져 있다.

크라이오펌프(1)가 진공배기운전을 할 때, 비응축성 기체분자가 크라이오펌프(1)에 진입한다. 화살표(A)로 예시되는 바와 같이, 소정의 비응축성 기체분자는 전면(4)에서 반사되어 크라이오펌프(1)의 외부로 되돌려진다.

화살표(B)로 예시되는 바와 같이, 소정의 비응축성 기체분자는 흡착 크라이오패널(2)의 관통구멍(6)을 통과하여, 흡착 크라이오패널(2)과 반사 크라이오패널(3)과의 사이의 공간에 진입한다. 그 비응축성 기체분자는 반사 크라이오패널(3)에서 반사된다. 반사된 비응축성 기체분자는 흡착 크라이오패널(2)의 배면(5)에 입사하여, 흡착영역에 확률적으로 흡착된다. 혹은, 반사된 비응축성 기체분자는, 다시 관통구멍(6)을 지나 크라이오펌프(1)의 외부로 되돌려질 수 있다.

가령, 흡착 크라이오패널(2)이 관통구멍(6)을 가지지 않는 경우에는, 파선의 화살표(C)로 예시되는 바와 같이, 흡착 크라이오패널(2)을 통과하는 비응축성 기체분자의 경로는 흡착 크라이오패널(2)의 외측의 간극에 한정된다. 비응축성 기체분자는, 흡착 크라이오패널(2)의 외측으로부터 진입하여, 반사 크라이오패널(3)에서 반사된다. 그 중 대부분의 분자는 흡착 크라이오패널(2)의 배면(5)의 외주부에 입사된다. 이렇게 하여 비응축성 기체분자는 흡착 크라이오패널(2)의 외주부에 집중되어, 흡착 크라이오패널(2)의 표면에는 비응축성 기체의 흡착량의 이차원적인 분포가 발생한다. 외주부의 흡착영역이 먼저 포화되어, 중심부의 흡착영역에는 아직 여유가 있음에도 불구하고, 크라이오펌프(1)의 재생을 조기에 해야 될지도 모른다.

관통구멍(6)이 없는 경우에 있어서, 흡착 크라이오패널(2)과 반사 크라이오패널(3)과의 사이에 보다 다량의 비응축성 기체를 유도하기 위해서는, 흡착 크라이오패널(2)의 주위의 간극을 넓게 할 수밖에 없다. 그렇게 하기 위해서는, 흡착 크라이오패널(2)을 소형으로 하거나, 혹은, 반사 크라이오패널(3)(예를 들면 방사실드)을 대형으로 하게 된다. 소형의 흡착 크라이오패널(2)은 흡착영역이 좁기 때문에 크라이오펌프(1)의 흡착성능을 제약한다. 대형의 반사 크라이오패널(3)은 크라이오펌프(1)를 크게 하므로, 소유 비용의 증대를 초래할 수 있다.

그러나, 본 실시형태에 의하면, 관통구멍(6)이 흡착 크라이오패널(2)에 형성되어 있기 때문에, 비응축성 기체분자는 흡착 크라이오패널(2)의 배면(5)의 외주부뿐만 아니라 중심부에도 입사되기 쉽다. 이로 인하여, 흡착 크라이오패널(2)의 중심부의 흡착영역도 비응축성 기체의 배기에 유효하게 이용되고, 외주부로의 흡착의 집중이 억제된다.

이와 같이, 본 실시형태에 관한 크라이오펌프(1)는, 한 쌍의 크라이오패널, 즉 흡착 크라이오패널(2)과 그것에 인접하는 반사 크라이오패널(3)로 이루어지는 흡착 크라이오패널 구조(8)를 구비한다. 한 쌍의 크라이오패널 중 적어도 일방은, 비응축성 기체에 관하여 소정의 통과 확률을 가진다. 흡착 크라이오패널 구조(8)는, 말하자면 투과율을 가지는 크라이오패널을 통하여 크라이오패널간에 비응축성 기체를 받아들여 포착한다. 그 결과, 크라이오패널면 내에서의 흡착량의 편재가 완화되어, 흡착영역의 전체를 유효하게 이용할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 비응축성 기체의 배기속도 및/또는 흡장량을 향상시킬 수 있다.

또, 본 실시형태에 의하면, 크라이오패널을 조밀하게 배열할 수 있다. 이것은 설계상의 자유도의 향상에 도움이 된다. 소형이며 고성능의 크라이오펌프(1)를 제공하는 것도 가능해진다.

그런데, 기술의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 흡착 크라이오패널 구조(8)는, 흡착 크라이오패널(2)에서의 비응축성 기체분자의 통과 확률에 관하여, 최적인 값 또는 범위를 가진다. 이것을 이하에 자세하게 설명한다.

크라이오펌프(1)에 진입한 비응축성 기체의 일부는, 흡착 크라이오패널(2)의 전면(4) 또는 반사 크라이오패널(3)에서의 반사에 의하여 크라이오펌프(1)의 외부로 되돌려진다. 흡착 크라이오패널(2)에서의 통과 확률이 과도하게 큰 경우에는(예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이 관통구멍(6)이 큰 경우에는, 반사 크라이오패널(3)에서의 반사가 현저해져, 흡착 크라이오패널 구조(8)의 배기성능에 대한 기여는 작아진다. 즉, 관통구멍(6)을 지나 반사 크라이오패널(3)에서 반사되고, 다시 관통구멍(6)을 지나 크라이오펌프(1)로부터 나오기 때문에, 흡착 크라이오패널 구조(8)에 포착되지 않는 비응축성 기체분자가 증가한다. 반대로, 흡착 크라이오패널(2)에서의 통과 확률이 과도하게 작은 경우는, 관통구멍(6)이 없는 경우와 마찬가지로, 흡착 크라이오패널(2)의 전면(4)에서 반사되고, 이로써 흡착 크라이오패널 구조(8)에 포착되지 않는 비응축성 기체분자가 증가한다.

본 실시형태에 관한 흡착 크라이오패널 구조(8)에 의한 비응축성 기체의 배기 확률은, 도 1에 나타내는 모델을 사용하여 이론적으로 구할 수 있다. 이하에서는, 흡착 크라이오패널(2)의 통과 확률을 t로 표기하고, 흡착영역에서의 비응축성 기체의 포착 확률(예를 들면, 활성탄에서의 수소의 흡수 확률)을 a로 표기한다.

크라이오펌프(1)에 N개의 분자가 입사될 때, tN개의 분자가 흡착 크라이오패널(2)을 통과하고, (1-t)N개의 분자가 흡착 크라이오패널(2)의 전면(4)에서 반사된다. 흡착 크라이오패널(2)을 통과한 tN개의 분자는 반사 크라이오패널(3)에서 반사되어 다시 흡착 크라이오패널(2)을 향한다. t²N개의 분자가 흡착 크라이오패널(2)을 통과하고, t(1-t)N개의 분자가 흡착 크라이오패널(2)의 배면(5)에 입사된다. 따라서, at(1-t)N개의 분자가 흡착영역에 포착된다. 포착되지 않았던 분자는 배면(5)에서 반사되어 다시 반사 크라이오패널(3)을 향한다. 이러한 반사와 포착이 반복된다.

고찰한 결과, 본 실시형태에 관한 흡착 크라이오패널 구조는, 아래의 식으로 나타나는 비응축성 기체의 배기 확률(P)을 가진다.

P=at(1-t)/(t(1-a)+a)

포착 확률(a)은 흡착영역의 성능을 나타내는 상수이다. 따라서, 상기 식은, 흡착 크라이오패널 구조의 배기 확률(P)과 흡착 크라이오패널(2)의 통과 확률(t)과의 관계를 나타낸다.

도 4는, 본 실시형태에 관한 흡착 크라이오패널 구조의 배기 확률(P)과 흡착 크라이오패널(2)의 통과 확률(t)과의 관계를 예시하는 그래프이다. 세로축이 배기 확률(P)을 나타내고, 가로축이 통과 확률(t)을 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 흡착 크라이오패널 구조에 의하면, 배기 확률(P)은 산형의 분포를 취하고, 소정 통과 확률(t)에 있어서 최대의 배기 확률(P)이 주어진다. 도시되는 그래프는 도 1에 나타내는 모델에 근거하는 해석 결과를 나타낸다. 그러나, 본 실시형태에 관한 흡착 크라이오패널 구조를 현실의 크라이오펌프에 적용한 경우이더라도, 배기 확률(P)과 통과 확률(t)과의 관계가 동일한 경향을 가지는 것은 명백하다.

따라서, 양호한 배기 확률(P)을 얻기 위해서는, 도 4에 범위(K)로 나타내는 바와 같이, 흡착 크라이오패널(2)은, 10% 이상 70% 이하의 비응축성 기체분자의 통과 확률을 가지는 것이 바람직하다. 보다 양호한 배기 확률(P)을 얻기 위해서는, 범위(L)로 도시하는 바와 같이, 흡착 크라이오패널(2)은, 15% 이상 60% 이하의 비응축성 기체분자의 통과 확률을 가지는 것이 바람직하다. 더욱 양호한 배기 확률(P)을 얻기 위해서는, 범위(M)로 도시하는 바와 같이, 흡착 크라이오패널(2)은, 20% 이상 50% 이하의 비응축성 기체분자의 통과 확률을 가지는 것이 바람직하다. 도 4에 예시되는 관계에 있어서는, 흡착 크라이오패널(2)이 약 35%의 통과 확률을 가질 때, 최대의 배기 확률이 실현되고 있다.

일 실시형태에 있어서는, 흡착 크라이오패널(2)에서의 통과 확률은, 흡착 크라이오패널(2)의 면적에 대한 관통구멍(6)의 합계 면적의 비율(이하, 개구 면적비라고도 함)에 의하여 구체화된다. 따라서, 흡착 크라이오패널(2)은, 바람직하게는 10% 이상 70% 이하의 개구 면적비를 가지고, 보다 바람직하게는 15% 이상 60% 이하의 개구 면적비를 가지며, 더욱 바람직하게는 20% 이상 50% 이하의 개구 면적비를 가진다. 바꾸어 말하면, 흡착 크라이오패널(2)은, 그 면적 중, 10% 이상 70% 이하, 15% 이상 60% 이하, 또는 20% 이상 50% 이하의 부분이 개구이다.

흡착 크라이오패널(2)에서의 흡착량의 편재를 방지하기 위해서는, 흡착 크라이오패널(2)은, 균일하게 분포하는 다수의 관통구멍(6)을 가지는 것이 바람직하다. 또, 개개의 구멍이 너무 큰 경우에는 상술한 바와 같이, 반사 크라이오패널(3)에서의 반사가 현저해진다. 이러한 관점으로부터, 관통구멍(6)의 구멍 폭(예를 들면, 도 2에 나타내는 구멍 직경(E))은, 약 20mm 이하인 것이 바람직하다. 또, 크라이오패널 재료(예를 들면 금속)에 대한 관통구멍(6)의 가공성을 고려하여, 관통구멍(6)의 구멍 폭은, 약 4mm 이상인 것이 바람직하다.

일 실시형태에 있어서는, 입상의 흡착제(예를 들면 활성탄)를 크라이오패널 재료에 접착함으로써 흡착영역이 형성된다. 인접하는 2개의 구멍의 사이의 재료부분에 입상의 흡착제를 넣기 위하여, 관통구멍(6)의 구멍 간격(예를 들면, 인접하는 2개의 구멍의 거리(W)(도 2 참조))은, 구멍 폭과 동일한 정도, 예를 들면, 구멍 폭의 0.5배~2배 또는 0.8배~1.25배인 것이 바람직하다.

또, 관통구멍(6)의 구멍 폭과 비교하여, 흡착 크라이오패널(2)과 반사 크라이오패널(3)이 너무 가까운 경우(예를 들면, 도 1에 나타내는 패널 사이 거리(H)가 작은 경우)에도, 흡착 크라이오패널 구조(8)에 포착되지 않는 비응축성 기체분자가 증가한다. 관통구멍(6)이 큰 경우와 동일하다.

이로 인하여, 흡착 크라이오패널(2)과 반사 크라이오패널(3)과의 거리는, 관통구멍(6)의 구멍 폭(또는 구멍 간격)과 동일하거나 또는 그보다 큰 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 흡착 크라이오패널(2)과 반사 크라이오패널(3)과의 거리는, 관통구멍(6)의 구멍 폭(또는 구멍 간격)의 2배와 동일하거나 또는 그보다 크다. 따라서, 일 실시형태에 있어서는, H/E≥1이며, 바람직하게는 H/E≥2이다. 혹은, 일 실시형태에 있어서는, H/W≥1이며, 바람직하게는 H/W≥2이다.

흡착 크라이오패널 구조(8)는 크라이오펌프(1)의 각 개소에 적용 가능하고, 크라이오펌프(1)의 성능 향상에 기여한다. 흡착 크라이오패널 구조(8) 중 몇 개의 적용예를 이하에 설명한다.

도 5는, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 주요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 크라이오펌프(10)는, 탑패널(46)과 그 아래에 인접하는 크라이오솝션패널(49)로 이루어지는 흡착 크라이오패널 구조(60)를 구비한다. 즉, 탑패널(46)이 제1 실시형태에 있어서의 흡착 크라이오패널(2)에 상당하고, 크라이오솝션패널(49)이 제1 실시형태에 있어서의 반사 크라이오패널(3)에 상당한다.

따라서, 탑패널(46)은, 비응축성 기체의 입사를 받는 전면과, 비응축성 기체의 흡착영역(48)을 구비하는 배면을 구비한다. 탑패널(46)의 전면은 흡기구(12)로 향해져 있다. 도 2에 나타내는 흡착 크라이오패널(2)과 마찬가지로, 탑패널(46)에는 전면으로부터 배면으로 관통하는 다수의 구멍이 형성되어 있다. 크라이오솝션패널(49)은, 탑패널(46)의 배면에 대향하는 비응축성 기체의 반사면을 구비한다. 이 반사면은 크라이오솝션패널(49)의 전면이며, 이 전면에는 흡착영역(48)은 형성되어 있지 않다.

제2 실시형태에 의하면, 비응축성 기체는 탑패널(46)의 관통 구멍을 지나 흡착 크라이오패널 구조(60)에 진입할 수 있다. 비응축성 기체분자의 진입 경로는, 탑패널(46)의 외측을 둘러싸는 가스수용공간(50)에는 한정되지 않는다. 따라서, 탑패널(46)의 흡착영역(48) 중 중심부분도 비응축성 기체의 배기에 활용할 수 있다.

다만, 크라이오펌프(10)에 있어서 흡착 크라이오패널 구조(60)가 배치되는 장소 및 방향은 임의이다. 일 실시형태에 있어서는, 크라이오펌프(10)는, 보텀패널(47)과 그 위에 인접하는 크라이오솝션패널(44)로 이루어지는 흡착 크라이오패널 구조(60)를 구비하여도 된다. 이 경우, 보텀패널(47)이 제1 실시형태에 있어서의 흡착 크라이오패널(2)에 상당하고, 크라이오솝션패널(44)이 제1 실시형태에 있어서의 반사 크라이오패널(3)에 상당한다. 보텀패널(47)의 전면은 실드 바닥부(34)로 향해져 있다. 또, 일 실시형태에 있어서는, 크라이오펌프(10)는, 크라이오패널 어셈블리(20)에 있어서 인접하는 2개의 크라이오솝션패널(44)로 이루어지는 흡착 크라이오패널 구조(60)를 구비하여도 된다.

이하, 제2 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 구성을 상세하게 설명한다. 크라이오펌프(10)는, 예를 들면 이온주입장치나 스퍼터링장치 등의 진공챔버에 장착되어, 진공챔버 내부의 진공도를 원하는 프로세스에 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다. 크라이오펌프(10)는, 기체를 받아들이기 위한 흡기구(12)를 가진다. 크라이오펌프(10)가 장착된 진공챔버로부터 흡기구(12)를 통하여, 배기되어야 하는 기체가 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)에 진입한다. 도 5는, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심축(A)을 포함하는 단면을 나타내고 있다. 중심축(A)은 일점쇄선에 의하여 도시된다.

다만 이하에서는, 크라이오펌프(10)의 구성요소의 위치 관계를 알기 쉽게 나타내기 위하여, “축방향”, “방사방향”이라는 용어를 사용하는 경우가 있다. 축방향은 흡기구(12)를 통과하는 방향(도 5에 있어서 일점쇄선(A)을 따르는 방향)을 나타내고, 방사방향은 흡기구(12)를 따르는 방향(일점쇄선(A)에 수직인 방향)을 나타낸다. 편의상, 축방향에 관하여 흡기구(12)에 상대적으로 가까운 것을 “상”, 상대적으로 먼 것을 “하”라고 하는 경우가 있다. 즉, 크라이오펌프(10)의 바닥부로부터 상대적으로 먼 것을 “상”, 상대적으로 가까운 것을 “하”라고 하는 경우가 있다. 방사방향에 관해서는, 흡기구(12)의 중심(도 5에 있어서 중심축(A))에 가까운 것을 “내”, 흡기구(12)의 둘레 가장자리에 가까운 것을 “외”라고 하는 경우가 있다. 방사방향은 직경방향이라고도 할 수 있다. 다만, 이러한 표현은 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 장착되었을 때의 배치와는 관계없다. 예를 들면, 크라이오펌프(10)는 연직방향으로 흡기구(12)를 하향으로 하여 진공챔버에 장착되어도 된다.

크라이오펌프(10)는, 냉동기(16)를 구비한다. 냉동기(16)는, 예를 들면 기포드·맥마흔식 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 5에 나타나는 크라이오펌프(10)는, 이른바 가로형의 크라이오펌프이다. 가로형의 크라이오펌프란 일반적으로, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심축(A)과 교차(통상은 직교)하도록 배치되어 있는 크라이오펌프이다. 본 발명은 이른바 세로형의 크라이오펌프에도 동일하게 적용할 수 있다. 세로형의 크라이오펌프란, 냉동기가 크라이오펌프의 축방향을 따라 배치되어 있는 크라이오펌프이다.

크라이오펌프(10)는, 제1 크라이오패널(18)과, 크라이오패널 어셈블리(20)를 구비한다. 제1 크라이오패널(18)은, 크라이오펌프(10)의 외부 또는 크라이오펌프 용기(38)로부터의 복사열로부터 크라이오패널 어셈블리(20)를 보호하기 위하여 설치되어 있는 크라이오패널이다. 제1 크라이오패널(18)은, 방사실드(30)와 입구 크라이오패널(32)을 구비하고, 크라이오패널 어셈블리(20)를 포위한다. 제1 크라이오패널(18)은 제1 스테이지(22)에 열적으로 접속되어 있다. 따라서 제1 크라이오패널(18)은 제1 온도 레벨로 냉각된다.

크라이오펌프 용기(38)는, 제1 크라이오패널(18) 및 크라이오패널 어셈블리(20)를 수용하는 크라이오펌프(10)의 케이싱이다. 흡기구(12)는, 크라이오펌프 용기(38)의 전단(40)에 의하여 획정되어 있다. 크라이오펌프 용기(38)는, 내부공간(14)의 진공 기밀을 유지하도록 구성되어 있는 진공 용기이다.

크라이오패널 어셈블리(20)는, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심부에 설치되어 있다. 크라이오패널 어셈블리(20)는, 복수의 크라이오패널과, 패널장착부재(42)를 구비한다. 크라이오패널 어셈블리(20)는, 패널장착부재(42)를 통하여 제2 스테이지(24)에 장착되어 있다. 이와 같이 하여, 크라이오패널 어셈블리(20)는, 제2 스테이지(24)에 열적으로 접속되어 있다. 따라서, 크라이오패널 어셈블리(20)는 제2 온도 레벨로 냉각된다.

크라이오패널 어셈블리(20)에 있어서는, 적어도 일부의 표면에 흡착영역(48)이 형성되어 있다. 흡착영역(48)은 비응축성 기체(예를 들면 수소)를 흡착에 의하여 포착하기 위하여 형성되어 있다. 흡착영역(48)은 예를 들면 흡착제(예를 들면 활성탄)를 크라이오패널 표면에 접착함으로써 형성된다. 또, 크라이오패널 어셈블리(20)의 적어도 일부의 표면에는 응축성 기체를 응축에 의하여 포착하기 위한 응축영역이 형성되어 있다. 응축영역은 예를 들면, 크라이오패널 표면 상에서 흡착제가 결락된 구역이며, 크라이오패널 기재표면 예를 들면 금속면이 노출되어 있다. 따라서 응축영역은 비흡착영역이라고 할 수도 있다. 따라서, 크라이오패널 어셈블리(20)는, 그 일부에 응축영역(또는 비흡착영역이라고도 함)을 가지는 흡착패널 또는 크라이오솝션패널(44)을 구비한다.

복수의 크라이오솝션패널(44)이, 실드개구(26)로부터 실드 바닥부(34)를 향하는 방향을 따라(즉 중심축(A)을 따라) 배열되어 있다. 복수의 크라이오솝션패널(44)은 각각 중심축(A)에 수직으로 뻗어 있는 평판(예를 들면 원판)이며, 서로 평행하게 패널장착부재(42)에 장착되어 있다. 설명의 편의상, 복수의 크라이오솝션패널(44) 중 가장 흡기구(12)에 가까운 것을 탑패널(46)이라고 하고, 복수의 크라이오솝션패널(44) 중 가장 실드 바닥부(34)에 가까운 것을 보텀패널(47)이라고 하는 경우가 있다.

크라이오패널 어셈블리(20)는, 흡기구(12)와 실드 바닥부(34)와의 사이에서 축방향을 따라 얇고 길게 뻗어 있다. 크라이오패널 어셈블리(20)의 축방향의 수직 투영의 외형 치수보다, 축방향에 있어서의 크라이오패널 어셈블리(20)의 상단에서 하단까지의 거리는 길다. 예를 들면, 크라이오솝션패널(44)의 폭 또는 직경보다도, 탑패널(46)과 보텀패널(47)과의 간격이 크다.

크라이오솝션패널(44)은, 중심축(A)에 수직으로 뻗어 있는 평판(예를 들면 원판)이며, 그 양면에 흡착영역(48)이 형성되어 있다. 흡착영역(48)은, 흡기구(12)로부터 보이지 않도록, 상방에 인접하는 크라이오솝션패널(44)의 반대면이 되는 장소에 형성되어 있다. 즉, 흡착영역(48)은 각 크라이오솝션패널(44)의 상면 중심부와 하면 전역에 형성되어 있다. 단, 탑패널(46) 및 그 바로 아래에 인접하는 크라이오솝션패널(49)의 상면에 흡착영역(48)은 형성되어 있지 않다.

복수의 크라이오솝션패널(44)은 도시되는 바와 같이 각각 동일 형상을 가져도 되고, 상이한 형상(예를 들면 상이한 직경)을 가져도 된다. 복수의 크라이오솝션패널(44) 중 어느 크라이오솝션패널(44)은, 그 상방에 인접하는 크라이오솝션패널(44)과 동일 형상을 가지거나, 또는 대형이어도 된다. 그 결과, 보텀패널(47)은 탑패널(46)보다 커도 된다. 보텀패널(47)의 면적은, 탑패널(46)의 면적의 약 1.5배~약 5배여도 된다.

또, 복수의 크라이오솝션패널(44)의 간격은 도시되는 바와 같이 일정해도 되고, 서로 상이해도 된다.

본 출원인이 앞서 제안한 크라이오펌프도 또한, 비응축성 기체의 배기에 적합한 크라이오패널 어셈블리, 또는 복수의 크라이오솝션패널의 배열을 구비한다. 이러한 크라이오펌프는, 예를 들면, 일본 특허공개공보 2012-237262호, 미국 특허출원공개 제2013/0008189호에 개시되어 있다. 이들 전체가 본원 명세서에 참조로 원용된다.

방사실드(30)는, 크라이오펌프 용기(38)의 복사열로부터 크라이오패널 어셈블리(20)를 보호하기 위하여 설치되어 있다. 방사실드(30)는, 크라이오펌프 용기(38)와 크라이오패널 어셈블리(20)와의 사이에 있으며, 크라이오패널 어셈블리(20)를 둘러싼다. 방사실드(30)는, 실드개구(26)를 획정하는 실드전단(28)과, 실드개구(26)에 대향하는 실드 바닥부(34)와, 실드전단(28)으로부터 실드 바닥부(34)로 뻗어 있는 실드측부(36)를 구비한다. 실드개구(26)는 흡기구(12)에 위치한다. 방사실드(30)는, 실드 바닥부(34)가 폐색된 통형(예를 들면 원통)의 형상을 가지고, 컵형상으로 형성되어 있다.

실드측부(36)에는 냉동기(16)의 장착을 위한 구멍이 있으며, 그 구멍으로부터 냉동기(16)의 제2 스테이지(24)가 방사실드(30) 내에 삽입되어 있다. 그 장착 구멍의 외주부에서 방사실드(30)의 외면에 제1 스테이지(22)가 고정되어 있다. 이렇게 하여 방사실드(30)는 제1 스테이지(22)에 열적으로 접속되어 있다.

다만 방사실드(30)는 도시되는 바와 같은 일체의 통형상으로 구성되어 있지 않아도 되고, 복수의 부품에 의하여 전체적으로 통형상의 형상을 이루도록 구성되어 있어도 된다. 이들 복수의 부품은 서로 간극을 가지고 배치되어 있어도 된다. 예를 들면, 방사실드(30)는 축방향으로 2개의 부분으로 분할되어 있어도 된다. 이 경우, 방사실드(30)의 상부는 양단이 개방된 통이며, 방사실드(30)의 하부는 상단이 개방되고 하단에 실드 바닥부(34)를 가진다.

방사실드(30)는, 크라이오패널 어셈블리(20)를 둘러싸는 가스수용공간(50)을, 흡기구(12)와 실드 바닥부(34)와의 사이에 형성한다. 가스수용공간(50)은, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 일부이며, 크라이오패널 어셈블리(20)에 방사방향으로 인접하는 영역이다. 가스수용공간(50)은, 축방향으로 흡기구(12)로부터 실드 바닥부(34)에 걸쳐 각 크라이오솝션패널(44)의 외주를 둘러싼다.

입구 크라이오패널(32)은, 크라이오펌프(10)의 외부의 열원(예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버 내의 열원)으로부터의 복사열로부터 크라이오패널 어셈블리(20)를 보호하기 위하여, 흡기구(12)(또는 실드개구(26), 이하 동일)에 설치되어 있다. 또, 입구 크라이오패널(32)의 냉각온도에서 응축하는 기체(예를 들면 수분)가 그 표면에 포착된다.

입구 크라이오패널(32)은, 흡기구(12)에 있어서 크라이오패널 어셈블리(20)에 대응하는 장소에 배치되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은, 흡기구(12)의 개구 면적의 중심부분을 점유하고, 방사실드(30)와의 사이에 환형상의 개방영역(51)을 형성한다. 개방영역(51)은, 흡기구(12)에 있어서 가스수용공간(50)에 대응하는 장소에 있다. 가스수용공간(50)이 크라이오패널 어셈블리(20)를 둘러싸도록 내부공간(14)의 외주부에 있으므로, 개방영역(51)은, 흡기구(12)의 외주부에 위치한다. 개방영역(51)은 가스수용공간(50)의 입구이며, 크라이오펌프(10)는, 개방영역(51)을 통하여 가스수용공간(50)에 가스를 받아들인다.

입구 크라이오패널(32)은 장착부재(도시하지 않음)를 통하여 실드전단(28)에 장착된다. 이렇게 하여 입구 크라이오패널(32)은 방사실드(30)에 고정되고, 방사실드(30)에 열적으로 접속되어 있다. 입구 크라이오패널(32)은 크라이오패널 어셈블리(20)에 근접하고 있지만, 접촉은 하고 있지 않다.

입구 크라이오패널(32)은, 흡기구(12)에 배치되는 평면적인 구조를 구비한다. 입구 크라이오패널(32)은 예를 들면, 평판(예를 들면 원판)의 플레이트를 구비하여도 되고, 동심원형상 또는 격자형상으로 형성된 루버 또는 셰브론을 구비하고 있어도 된다. 입구 크라이오패널(32)은, 흡기구(12)의 전체를 횡단하도록 배치되어 있어도 된다. 그 경우, 개방영역(51)은, 플레이트의 일부를 결락시키거나, 또는, 루버 또는 셰브론의 일부의 날개판을 결락시킴으로써 형성되어 있어도 된다.

도 6은, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)의 주요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 제3 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)는, 제2 실시형태에 관한 크라이오패널 어셈블리(20) 대신에, 네스트형상으로 배열된 복수의 크라이오패널(102)을 구비하는 크라이오패널 어셈블리(100)를 구비한다. 다만 간단화하기 위하여 도 6에 있어서 냉동기(16)는 도시를 생략하고 있다.

복수의 크라이오패널(102)은, 축방향으로 중첩되어 조밀하게 배열되어 있다. 단, 도 6에 나타나는 바와 같이, 복수의 크라이오패널(102) 중 입구 크라이오패널(32)에 가장 가까운 탑패널(137)은, 입구 크라이오패널(32)에 2번째로 가까운 크라이오패널(139)과 축방향으로 중첩되어 있지 않다.

크라이오패널 어셈블리(100)는, 탑패널(137)과 그 아래에 인접하는 크라이오패널(139)로 이루어지는 흡착 크라이오패널 구조(70)를 구비한다. 즉, 탑패널(137)이 제1 실시형태에 있어서의 흡착 크라이오패널(2)에 상당하고, 크라이오패널(139)이 제1 실시형태에 있어서의 반사 크라이오패널(3)에 상당한다.

따라서, 탑패널(137)은, 비응축성 기체의 입사를 받는 전면과, 비응축성 기체의 흡착영역을 구비하는 배면을 구비한다. 탑패널(137)의 전면은 흡기구(12)로 향해져 있다. 도 2에 나타내는 흡착 크라이오패널(2)과 마찬가지로, 탑패널(137)에는 전면으로부터 배면으로 관통하는 다수의 구멍이 형성되어 있다. 크라이오패널(139)은, 탑패널(137)의 배면에 대향하는 비응축성 기체의 반사면을 구비한다. 이 반사면은 크라이오패널(139)의 전면이며, 이 전면에는 흡착영역은 형성되어 있지 않다.

도 7은, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 크라이오패널(102)을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 크라이오패널(102)은, 역원뿔대모양의 형상을 가진다. 크라이오패널(102)은, 유발형상, 깊은 접시형상, 또는 볼모양의 형상을 가진다고 할 수도 있다. 크라이오패널(102)은, 상단부(104)에 있어서 큰 치수를 가지며(즉 대경이며), 하단부(106)에 있어서 그것보다 작은 치수를 가진다(즉 소경이다).

크라이오패널(102)은, 상단부(104)와 하단부(106)를 잇는 경사영역(108)을 구비한다. 경사영역(108)은, 역원뿔대의 측면에 해당한다. 따라서, 크라이오패널(102)은, 크라이오패널(102)의 전면의 법선이 중심축(A)과 교차하도록 경사져 있다. 경사영역(108)은, 방사방향에 있어서의 당해 크라이오패널의 폭(D)의 실질적으로 전부를 차지하고 있다.

단, 도 7에 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 패널 장착부재(112)(도 2 참조)에 장착하기 위한 플랜지이다. 패널 장착부재(112)는, 크라이오패널(102)을 냉동기(16)의 제2 스테이지(24)(도 5 참조)에 기계적으로 고정하고 또한 열적으로 접속하기 위하여 설치되어 있다. 이러한 평탄한 장착 플랜지를 설치함으로써, 패널 장착부재(112)에 대한 크라이오패널(102)의 장착 작업이 용이해진다.

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

도 6에 나타나는 바와 같이, 복수의 크라이오패널(102)은, 방사실드(30)의 중심축(A)과 동축에 배치되어 있다. 따라서, 복수의 크라이오패널(102)의 각각의 경사영역(108)은, 중심축(A)에 가까운 하단부(106)(도 7 참조)에서는 실드개구(26)로부터 떨어져 있고, 또한 중심축(A)으로부터 먼 상단부(104)에서는 실드개구(26)에 근접하도록 경사져 있다. 흡기구(12)에 가까운 크라이오패널(102)은, 흡기구(12)로부터 먼 크라이오패널(102)보다 소형이다. 인접하는 2개의 크라이오패널(102) 중 상측의 크라이오패널은, 하측의 크라이오패널(102)보다 작은 직경을 가진다.

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, 실드전단(28)을 향하는 경사 각도를 가지는 경사영역(108)(도 7 참조)을 구비한다. 이러한 경사를 가지는 크라이오패널(102)을 이하에서는 상부 크라이오패널이라고 하는 경우가 있다. 다만, 크라이오패널의 경사 각도란, 중심축(A)에 수직인 평면과 크라이오패널(102)의 표면과의 각도를 말한다.

상부 크라이오패널(102)은, 그 배면(132)이 크라이오펌프(10)의 외부로부터 시인 불가능하도록 조정된 경사 각도를 가진다. 즉, 실드전단(28)으로부터의 시선이 배면(132)과 교차하지 않도록 배면(132)(즉 경사영역(108))의 경사 각도가 결정되어 있다. 따라서, 상부 크라이오패널(102)의 외측 말단은, 도 6에 있어서 파선의 화살표(134)로 나타내는 바와 같이, 실드전단(28)의 약간 하방으로 향해져 있다. 따라서, 상부 크라이오패널(102)의 각각은 경사 각도가 상이하며, 상방의 크라이오패널일수록 경사 각도가 작다. 다만, 상부 크라이오패널(102)의 배면(132)을 크라이오펌프(10)의 외부로부터 시인 불가능하게 하기 위하여, 실드전단(28) 대신에, 크라이오펌프 용기(38)의 전단(40)으로부터의 시선을 고려해야 하는 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 6에 있어서 파선의 화살표(136)로 나타내는 바와 같이, 실드측부(36)를 향하여 경사져 있는 경사영역(108)(도 7 참조)을 구비한다. 이러한 경사를 가지는 크라이오패널(102)을 이하에서는 하부 크라이오패널이라고 하는 경우가 있다. 즉, 하부 크라이오패널(102)은 실드측부(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.

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 평행이면 제작이 용이하다. 이 경우, 탑패널(137)의 말단이 크라이오펌프 전단(의 약간 하방)으로 향해져 있고, 그것보다 하방의 크라이오패널은 실드측부(36)로 향해져 있어도 된다.

어느 1개의 상측의 크라이오패널의 내주단에 비해, 그것보다 하측의 몇 개의 크라이오패널의 외주단 쪽이 흡기구(12)에 가깝다. 바꾸어 말하면, 어느 1개의 하측의 크라이오패널의 경사부는, 그보다 상측의 몇 개의 크라이오패널의 내주단을 넘어 비스듬하게 상방으로 뻗어 있다. 이와 같이 하여, 상측의 크라이오패널과 하측의 크라이오패널과의 사이에 수소가스를 받아들이기 위한 얇고 긴 간극(149)이 형성되고, 복수의 크라이오패널(102)이 네스트형상으로 배열되어 있다.

이러한 크라이오패널끼리의 위치 관계는 하부 구조(130)뿐만 아니라 상부 구조(128)의 몇 개의 크라이오패널에 대해서도 공통된다. 단, 이 위치 관계는 하부 구조(130)에 있어서 현저하다. 예를 들면, 가장 하방의 크라이오패널의 외주단은, 그것보다 6개 상방의 크라이오패널의 내주단보다도 흡기구(12)에 가깝다.

간극(149)은, 경사영역(108)을 따라 깊게 뻗어 있다. 간극의 깊이는, 간극 입구의 폭보다 크다. 크라이오패널 어셈블리(100)는, 이와 같이 깊은 간극 구조를 가짐으로써, 수소가스의 포착률을 높일 수 있다. 즉, 간극(149)에 한 번 진입한 수소분자를 가능한 한 외부로 빠져나가게 하지 않고 포착할 수 있다.

상부 크라이오패널(102)의 배면(132)의 전역에 흡착영역이 형성되어 있다. 하부 크라이오패널(102)의 배면(138)의 전역에 흡착영역이 형성되어 있다. 또, 각 크라이오패널의 전면에는, 그 바로 위의 크라이오패널의 외주단으로 실드전단(28)으로부터 그어진 시선을 경계로 하여, 경계 내측에 흡착영역이 형성되어 있다. 흡기구(12)에 가장 가까운 최상부의 크라이오패널(137)은, 그 전면의 전역이 응축영역이다. 흡기구(12)에 가장 가까운 몇 개의 크라이오패널의 전면의 전역이 응축영역이어도 된다.

이와 같이 하여, 복수의 크라이오패널(102)의 각각은, 크라이오펌프(10)의 외부로부터 시인 불가능한 부위에 흡착영역을 구비한다. 따라서, 크라이오패널 어셈블리(100)는, 흡착영역이 크라이오펌프(10)의 외부로부터 완전히 보이지 않도록 구성되어 있다.

그런데, 크라이오펌프에 축적된 기체는 통상, 재생 처리에 의하여 실질적으로 완전히 배출되고, 재생 완료 시에는 크라이오펌프는 사양상의 배기성능으로 회복된다. 그러나, 축적된 기체 중 일부의 성분은 재생처리를 거쳐도 흡착제에 잔류하는 비율이 비교적 높다.

예를 들면, 이온주입장치의 진공 배기용으로 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 이온주입처리에서 도펀트 가스 즉 원료 가스로서 사용되는 독성 가스에 기인할 가능성도 있다. 이온 주입 처리에 있어서의 그 외의 부생성 가스에 기인할 가능성도 생각할 수 있다. 이들 가스가 복합적으로 관계하여 점착성 물질이 생성되어 있을 가능성도 있다.

이온 주입 처리에서는, 크라이오펌프가 배기하는 기체의 대부분은 수소가스일 수 있다. 수소가스는 재생에 의하여 실질적으로 완전히 외부로 배출된다. 난재생 기체는 미량이면, 1회의 크라이오펌핑 처리에 있어서 크라이오펌프의 배기성능에 난재생 기체가 주는 영향은 경미하다. 그러나, 크라이오펌핑 처리와 재생 처리를 반복하는 동안에, 난재생 기체는 서서히 흡착제에 축적되어, 배기성능을 저하시킬 가능성이 있다. 배기성능이 허용 범위를 하회하였을 때에는, 예를 들면 흡착제 또는 그것과 함께 크라이오패널의 교환, 또는 흡착제에 대한 화학적인 난재생 기체 제거처리를 포함하는 메인터넌스 작업이 필요하다.

난재생 기체는 거의 예외 없이 응축성 기체이다. 외부로부터 크라이오펌프(10)를 향하여 비래하는 응축성 기체의 분자는, 입구 크라이오패널(32)의 주위의 개방 영역을 통과하여, 방사실드(30) 또는 크라이오패널 어셈블리(100)의 외주의 응축영역에 직선적 경로로 도달하여, 이들 표면에 포착된다. 흡기구(12)로의 흡착영역의 노출을 피함으로써, 크라이오펌프(10)에 진입하는 기체에 포함되는 난재생 기체로부터 흡착영역은 보호된다. 난재생 기체는 응축영역에 퇴적된다. 이렇게 하여, 비응축성 기체의 고속 배기와, 난재생 기체로부터의 흡착영역의 보호를 양립시킬 수 있다. 흡착영역의 노출을 피하는 것은, 수분으로부터 흡착영역을 보호하는 것에도 기여한다.

크라이오펌프(10)는, 진입한 수소분자를 크라이오패널(102) 사이의 가늘고 긴 간극(149)에 받아들일 수 있다. 간극(149)에 입사된 수소분자는, 크라이오패널 표면에서의 반사에 의하여 간극(149)의 안쪽으로 유도된다. 크라이오패널 구조의 중심부에는 흡착영역이 형성되어 있다. 따라서, 수소분자를 효율적으로 흡착할 수 있어, 수소가스의 고속 배기를 실현할 수 있다.

본 출원인이 앞서 제안한 크라이오펌프도 또한, 수소의 고속 배기와 흡착제의 보호를 양립하는 독자적인 크라이오패널 구조를 구비한다. 이 크라이오패널 구조에 있어서는, 개개의 크라이오패널이 크라이오펌프의 중심축에 수직인 평면을 따라 방사실드를 향하여 뻗어 있다. 이러한 크라이오패널 구조는 도 5에 예시된다. 이러한 수평 크라이오패널을 가지는 크라이오펌프에 비해, 본 실시형태에 의한 경사 크라이오패널을 가지는 크라이오펌프는, 또한, 수소가스의 배기속도가 대략 20%에서 30% 뛰어난 것이, 몬테카를로법에 근거하는 시뮬레이션에 의하여 확인되고 있다.

도 8은, 본 발명의 제4 실시형태에 관한 크라이오펌프(1)의 주요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 제4 실시형태에 관한 크라이오펌프(1)에 있어서는, 반사 크라이오패널(3)은 방사실드의 적어도 일부분이며, 흡착 크라이오패널(2)은 방사실드의 적어도 일부분에 인접한다. 흡착 크라이오패널(2)은, 다수의 관통구멍(6)을 가지는 통형상 부재이다. 이 통형상 부재는, 반사 크라이오패널(3)보다 약간 작은 치수를 가진다. 흡착 크라이오패널(2)은, 반사 크라이오패널(3)의 내측에 둘러쳐 있다. 이와 같이 하여, 방사실드의 측면 및 바닥면의 바로 내측에 흡착 크라이오패널 구조를 형성하여도 된다. 다만 제4 실시형태에 관한 크라이오펌프(1)는, 제2 실시형태에 관한 크라이오패널 어셈블리(20) 또는 제3 실시형태에 관한 크라이오패널 어셈블리(100)를 구비하여도 된다.

도 9는, 본 발명의 제5 실시형태에 관한 크라이오펌프(1)의 주요부를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 제5 실시형태에 관한 크라이오펌프(1)는, 복수의 흡착 크라이오패널(2)을 구비한다. 복수의 흡착 크라이오패널(2)은 축방향으로 서로 평행하게 배열되어, 방사실드(30)에 둘러싸여 있다. 이 크라이오펌프(1)에 있어서 반사 크라이오패널(3)은, 어느 흡착 크라이오패널(2)의 아래에 인접하는 다른 흡착 크라이오패널(2)이다. 각 흡착 크라이오패널(2)이 관통구멍(6)을 가진다. 이 경우, 상방의 흡착 크라이오패널(2)만큼 높은 통과 확률을 가지도록 각 흡착 크라이오패널(2)이 형성되어 있어도 된다.

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

예를 들면, 흡착 크라이오패널(2)에 형성되는 개구(예를 들면 구멍이나 슬릿)의 형상은 임의이다. 상술의 실시형태에서는 개구는 폐쇄된 윤곽을 가지는 형상이지만, 거기에 한정되지 않는다. 흡착 크라이오패널(2)은, 그 외주로 개방된 윤곽을 가지는 개구를 가져도 된다. 또, 개구의 배열에 대해서도, 상술과 같이 규칙적 또는 격자형상이면 제조상 유리하지만, 그 외 임의의 배열이어도 된다.

흡착 크라이오패널(2) 및/또는 반사 크라이오패널(3)은 복수의 부편(部片)으로 형성되어 있어도 된다. 예를 들면, 흡착 크라이오패널(2)은, 복수의 얇고 긴 부재로 이루어지는 프레임 구조 또는 골조 구조를 가져도 된다.

1: 크라이오펌프
2: 흡착 크라이오패널
3: 반사 크라이오패널
4: 전면
5: 배면
7: 반사면
8: 흡착 크라이오패널 구조
10: 크라이오펌프
12: 흡기구
16: 냉동기
30: 방사실드

Claims (9)

1. 비응축성 기체의 입사를 받는 전면과, 비응축성 기체의 흡착영역을 구비하는 배면을 구비하는 흡착 크라이오패널과,
   상기 배면에 대향하는 비응축성 기체의 반사면을 구비하는 반사 크라이오패널과,
   상기 흡착 크라이오패널 및 상기 반사 크라이오패널을 포함하는 복수의 크라이오패널의 배열과,
   상기 복수의 크라이오패널의 배열을 둘러싸는 방사실드와,
   상기 방사실드를 제1 냉각온도로 냉각하고, 상기 복수의 크라이오패널의 배열을 상기 제1 냉각온도보다 낮은 제2 냉각온도로 냉각하도록 구성되어 있는 냉동기를 구비하고,
   상기 복수의 크라이오패널의 배열은 상기 방사실드의 개구로부터 상기 방사실드의 바닥부를 향하는 방향을 따라서 배열되어 있으며,
   상기 흡착 크라이오패널은, 상기 복수의 크라이오패널의 배열에 있어서 크라이오펌프 흡기구에 가장 근접하고, 상기 전면은, 상기 크라이오펌프 흡기구로 향해져 있고,
   상기 흡착 크라이오패널은, 상기 전면으로부터 상기 배면으로 관통하는 다수의 관통구멍을 가지며,
   비응축성 기체분자가 상기 관통구멍을 통과하여 상기 흡착 크라이오패널과 상기 반사 크라이오패널 사이의 공간에 진입하며,
   상기 흡착 크라이오패널에 의한 상기 비응축성 기체의 배기 확률(P)은:
   P=at(1-t)/(t(1-a)+a) (a는 포착 확률, t는 통과 확률) 으로 결정되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 흡착 크라이오패널은, 10% 이상 70% 이하의 비응축성 기체의 통과 확률을 가지는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 흡착 크라이오패널과 상기 반사 크라이오패널과의 거리가 상기 다수의 관통구멍의 구멍 폭 이상인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수의 관통구멍의 구멍 폭이 20mm 이하인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 반사 크라이오패널은 방사실드의 적어도 일부분이며, 상기 흡착 크라이오패널은 상기 방사실드의 적어도 일부분에 인접하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 반사 크라이오패널은, 상기 흡착 크라이오패널에 인접하여 상기 다수의 관통구멍을 가지는 다른 흡착 크라이오패널인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
8. 비응축성 기체의 입사를 받는 전면과, 비응축성 기체의 흡착영역을 구비하는 배면을 구비하는 흡착 크라이오패널과,
   상기 배면에 대향하는 비응축성 기체의 반사면을 구비하는 반사 크라이오패널을 구비하고,
   상기 흡착 크라이오패널은, 상기 전면으로부터 상기 배면으로 관통하는 다수의 관통구멍을 가지며,
   비응축성 기체분자가 상기 관통구멍을 통과하여 상기 흡착 크라이오패널과 상기 반사 크라이오패널 사이의 공간에 진입하며,
   상기 흡착 크라이오패널에 의한 상기 비응축성 기체의 배기 확률(P)은 아래의 식으로 결정되며,
   P=at(1-t)/(t(1-a)+a) (a는 포착 확률, t는 통과 확률)
   상기 흡착 크라이오패널은, 10% 이상 70% 이하의 비응축성 기체의 통과 확률을 가지는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
9. 비응축성 기체를 배기하는 진공배기방법으로서,
   10% 이상 70% 이하의 비응축성 기체의 통과 확률을 가지는 흡착 크라이오패널과 상기 흡착 크라이오패널에 인접하는 크라이오패널과의 사이에, 상기 흡착 크라이오패널을 통하여 비응축성 기체를 받아들이는 것과,
   상기 인접하는 크라이오패널에 의하여 비응축성 기체를 반사하는 것과,
   반사된 비응축성 기체를 상기 흡착 크라이오패널에 흡착하는 것을 구비하는 것과,
   상기 흡착 크라이오패널은, 전면으로부터 배면으로 관통하는 다수의 관통구멍을 가지는 것과,
   비응축성 기체분자가 상기 관통구멍을 통과하여 상기 흡착 크라이오패널과 반사 크라이오패널 사이의 공간에 진입하는 것과,
   상기 흡착 크라이오패널에 의한 상기 비응축성 기체의 배기 확률(P)은:
   P=at(1-t)/(t(1-a)+a) (a는 포착 확률, t는 통과 확률) 으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.

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