KR102597866B1 - 크라이오펌프 및 크라이오패널 - Google Patents

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카케루 타카하시
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

크라이오펌프(10)는, 흡기구(12)를 통하여 피배기기체가 직선적으로 도달 가능한 노출영역(68)과, 흡기구(12)를 통하여 피배기기체가 직선적으로 도달 불가능한 비노출영역(69)을 구비하는 제2단 크라이오패널어셈블리(20)를 구비한다. 비노출영역(69)은, 비응축성 기체를 흡착 가능한 흡착영역(66)을 갖고, 노출영역(68)은, 분리 가능한 보호면(76)으로 피복되어 있다. 분리 가능한 보호면(76)은, 노출영역(68)에 박리 가능하게 접착된 수지제 또는 금속제의 보호층에 의하여 제공되어도 된다.

Description

크라이오펌프 및 크라이오패널
본 발명은, 크라이오펌프 및 크라이오패널에 관한 것이다.
크라이오펌프는, 극저온으로 냉각된 크라이오패널에 기체분자를 응축 또는 흡착에 의하여 포착하여 배기하는 진공펌프이다. 크라이오펌프는 반도체회로 제조프로세스 등에 요구되는 청정한 진공환경을 실현하기 위하여 일반적으로 이용된다. 크라이오펌프는 이른바 기체저장식의 진공펌프이기 때문에, 포착한 기체를 외부로 정기적으로 배출하는 재생을 필요로 한다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평10-184540호
크라이오펌프의 용도에 따라서는, 진공배기운전 중에, 재생을 행해도 배출되기 어려운 일종의 기체가 크라이오펌프에 유입되어, 크라이오패널 상에 응축되고 부착되어, 그러한 부착물로 크라이오패널이 오염될 수 있다. 오염된 크라이오패널은, 크라이오펌프의 메인터넌스 시에, 크라이오펌프로부터 분해되어 세정되는 것을 필요로 할 수 있다. 세정된 크라이오패널은, 재이용 가능한 경우에는, 다시 조립되어 사용된다. 재이용할 수 없는 경우에는, 폐기되어, 새로운 크라이오패널과 교환된다. 어느 것으로 하여도, 이와 같은 메인터넌스에는 시간이 든다.
본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 크라이오펌프의 메인터넌스를 용이하게 하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프는, 크라이오펌프흡기구를 통하여 피배기기체가 직선적으로 도달 가능한 노출영역과, 크라이오펌프흡기구를 통하여 피배기기체가 직선적으로 도달 불가능한 비노출영역을 구비하는 크라이오패널어셈블리를 구비한다. 비노출영역은, 비응축성 기체를 흡착 가능한 흡착영역을 가지며, 노출영역은, 분리 가능한 보호면으로 피복되어 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오패널은, 크라이오패널기재와, 크라이오패널기재의 적어도 일부를 피복하는 분리 가능한 보호면을 구비한다.
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, 크라이오펌프의 메인터넌스를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 관한 크라이오펌프를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타나는 크라이오펌프에 사용될 수 있는 예시적인 크라이오패널의 개략 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타나는 크라이오펌프에 사용될 수 있는 다른 예시적인 크라이오패널의 개략 사시도이다.
도 4는 도 1에 나타나는 크라이오펌프에 사용될 수 있는 또 다른 예시적인 크라이오패널의 개략 상면도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 설명 및 도면에 있어서 동일 또는 동등한 구성요소, 부재, 처리에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 적절히 생략한다. 도시되는 각부(各部)의 축척이나 형상은, 설명을 용이하게 하기 위하여 편의적으로 설정되어 있으며, 특별히 언급이 없는 한 한정적으로 해석되는 것은 아니다. 실시형태는 예시이며, 본 발명의 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다. 실시형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 할 수 없다.
도 1은, 일 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)를 개략적으로 나타낸다.
크라이오펌프(10)는, 예를 들면 이온주입장치, 스퍼터링장치, 증착장치, 또는 그 외의 진공프로세스장치의 진공챔버에 장착되어, 진공챔버 내부의 진공도를 원하는 진공프로세스에 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다. 크라이오펌프(10)는, 배기되어야 할 기체를 진공챔버로부터 받아들이기 위한 크라이오펌프흡기구(이하에서는 간단히 "흡기구"라고도 함)(12)를 갖는다. 흡기구(12)를 통하여 기체가 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)으로 진입한다.
다만 이하에서는, 크라이오펌프(10)의 구성요소의 위치관계를 알기 쉽게 나타내기 위하여, "축방향", "직경방향"이라는 용어를 사용하는 경우가 있다. 크라이오펌프(10)의 축방향은 흡기구(12)를 통과하는 방향(즉, 도면에 있어서 중심축(C)을 따르는 방향)을 나타내고, 직경방향은 흡기구(12)를 따르는 방향(중심축(C)에 수직인 평면에 있어서의 제1 방향)을 나타낸다. 편의상, 축방향에 관하여 흡기구(12)에 상대적으로 가까운 것을 "위", 상대적으로 먼 것을 "아래"라고 부르는 경우가 있다. 즉, 크라이오펌프(10)의 바닥부로부터 상대적으로 먼 것을 "위", 상대적으로 가까운 것을 "아래"라고 부르는 경우가 있다. 직경방향에 관해서는, 흡기구(12)의 중심(도면에 있어서 중심축(C))에 가까운 것을 "안", 흡기구(12)의 둘레 가장자리에 가까운 것을 "밖"이라고 부르는 경우가 있다. 다만, 이러한 표현은 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 장착되었을 때의 배치와는 관계되지 않는다. 예를 들면, 크라이오펌프(10)는 연직방향으로 흡기구(12)를 하향으로 하여 진공챔버에 장착되어도 된다.
또, 축방향을 둘러싸는 방향을 "둘레방향"이라고 부르는 경우가 있다. 둘레방향은, 흡기구(12)를 따르는 제2 방향(중심축(C)에 수직인 평면에 있어서의 제2 방향)이며, 직경방향에 직교하는 접선방향이다.
크라이오펌프(10)는, 냉동기(16), 제1단 크라이오패널(18), 제2단 크라이오패널어셈블리(20), 및 크라이오펌프하우징(70)을 구비한다. 제1단 크라이오패널(18)은, 고온크라이오패널부 또는 100K부라고도 칭해질 수 있다. 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 저온크라이오패널부 또는 10K부라고도 칭해질 수 있다.
냉동기(16)는, 예를 들면 기포드·맥마흔식 냉동기(이른바 GM냉동기) 등의 극저온냉동기이다. 냉동기(16)는, 2단식의 냉동기이다. 그 때문에, 냉동기(16)는, 제1 냉각스테이지(22) 및 제2 냉각스테이지(24)를 구비한다. 냉동기(16)는, 제1 냉각스테이지(22)를 제1 냉각온도로 냉각하고, 제2 냉각스테이지(24)를 제2 냉각온도로 냉각하도록 구성되어 있다. 제2 냉각온도는 제1 냉각온도보다 저온이다. 예를 들면, 제1 냉각스테이지(22)는 65K~120K 정도, 바람직하게는 80K~100K로 냉각되고, 제2 냉각스테이지(24)는 10K~20K 정도로 냉각된다. 제1 냉각스테이지(22) 및 제2 냉각스테이지(24)는 각각, 고온냉각스테이지 및 저온냉각스테이지라고 칭해도 된다.
또, 냉동기(16)는, 제2 냉각스테이지(24)를 제1 냉각스테이지(22)에 구조적으로 지지함과 함께 제1 냉각스테이지(22)를 냉동기(16)의 실온부(26)에 구조적으로 지지하는 냉동기구조부(21)를 구비한다. 그 때문에 냉동기구조부(21)는, 직경방향을 따라 동축으로 뻗어 있는 제1 실린더(23) 및 제2 실린더(25)를 구비한다. 제1 실린더(23)는, 냉동기(16)의 실온부(26)를 제1 냉각스테이지(22)에 접속한다. 제2 실린더(25)는, 제1 냉각스테이지(22)를 제2 냉각스테이지(24)에 접속한다. 실온부(26), 제1 실린더(23), 제1 냉각스테이지(22), 제2 실린더(25), 및 제2 냉각스테이지(24)는, 이 순서로 직선상으로 일렬로 나열된다.
제1 실린더(23) 및 제2 실린더(25) 각각의 내부에는 제1 디스플레이서 및 제2 디스플레이서(도시하지 않음)가 왕복이동 가능하게 배치되어 있다. 제1 디스플레이서 및 제2 디스플레이서에는 각각 제1 축랭기 및 제2 축랭기(도시하지 않음)가 도입되어 있다. 또, 실온부(26)는, 제1 디스플레이서 및 제2 디스플레이서를 왕복이동시키기 위한 구동기구(도시하지 않음)를 갖는다. 구동기구는, 냉동기(16)의 내부로의 작동기체(예를 들면 헬륨)의 공급과 배출을 주기적으로 반복하도록 작동기체의 유로를 전환하는 유로전환기구를 포함한다.
냉동기(16)는, 작동기체의 압축기(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 냉동기(16)는, 압축기에 의하여 가압된 작동기체를 내부에서 팽창시켜 제1 냉각스테이지(22) 및 제2 냉각스테이지(24)를 냉각한다. 팽창한 작동기체는 압축기에 회수되고 다시 가압된다. 냉동기(16)는, 작동기체의 급배와 이것에 동기(同期)한 제1 디스플레이서 및 제2 디스플레이서의 왕복이동을 포함하는 열역학적 사이클(예를 들면 GM사이클 등의 냉동사이클)을 반복함으로써 한랭을 발생시킨다.
도시되는 크라이오펌프(10)는, 이른바 횡형의 크라이오펌프이다. 횡형의 크라이오펌프란 일반적으로, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 중심축(C)에 교차하도록(통상은 직교하도록) 배치되어 있는 크라이오펌프이다.
제1단 크라이오패널(18)은, 방사실드(30)와 입구크라이오패널(32)을 구비하고, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)를 포위한다. 제1단 크라이오패널(18)은, 크라이오펌프(10)의 외부 또는 크라이오펌프하우징(70)으로부터의 복사열로부터 제2단 크라이오패널어셈블리(20)를 보호하기 위한 극저온표면을 제공한다. 제1단 크라이오패널(18)은 제1 냉각스테이지(22)에 열적으로 결합되어 있다. 따라서 제1단 크라이오패널(18)은 제1 냉각온도로 냉각된다. 제1단 크라이오패널(18)은 제2단 크라이오패널어셈블리(20)와의 사이에 간극을 갖고 있으며, 제1단 크라이오패널(18)은 제2단 크라이오패널어셈블리(20)와 접촉하고 있지 않다. 제1단 크라이오패널(18)은 크라이오펌프하우징(70)과도 접촉하고 있지 않다.
방사실드(30)는, 크라이오펌프하우징(70)의 복사열로부터 제2단 크라이오패널어셈블리(20)를 보호하기 위하여 마련되어 있다. 방사실드(30)는, 흡기구(12)로부터 축방향으로 통상(예를 들면 원통상)으로 뻗어 있다. 방사실드(30)는, 크라이오펌프하우징(70)과 제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 사이에 있으며, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)를 둘러싼다. 방사실드(30)는, 크라이오펌프(10)의 외부로부터 내부공간(14)으로 기체를 받아들이기 위한 실드주(主)개구(34)를 갖는다. 실드주개구(34)는, 흡기구(12)에 위치한다.
방사실드(30)는, 실드주개구(34)를 결정하는 실드전단(36)과, 실드주개구(34)와 반대측에 위치하는 실드바닥부(38)와, 실드전단(36)을 실드바닥부(38)에 접속하는 실드측부(40)를 구비한다. 실드측부(40)는, 축방향으로 실드전단(36)으로부터 실드주개구(34)와 반대측으로 뻗어 있고, 둘레방향으로 제2 냉각스테이지(24)를 포위하도록 뻗어 있다.
실드측부(40)는, 냉동기구조부(21)가 삽입되는 실드측부 개구(44)를 갖는다. 실드측부 개구(44)를 통하여 방사실드(30)의 밖으로부터 제2 냉각스테이지(24) 및 제2 실린더(25)가 방사실드(30) 안으로 삽입된다. 실드측부 개구(44)는, 실드측부(40)에 형성된 장착구멍이며, 예를 들면 원형이다. 제1 냉각스테이지(22)는 방사실드(30)의 밖에 배치되어 있다.
실드측부(40)는, 냉동기(16)의 장착시트(46)를 구비한다. 장착시트(46)는, 제1 냉각스테이지(22)를 방사실드(30)에 장착하기 위한 평탄부분이며, 방사실드(30)의 밖으로부터 보아 약간 파여 있다. 장착시트(46)는, 실드측부 개구(44)의 외주를 형성한다. 제1 냉각스테이지(22)가 장착시트(46)에 장착됨으로써 방사실드(30)가 제1 냉각스테이지(22)에 열적으로 결합되어 있다.
이와 같이 방사실드(30)를 제1 냉각스테이지(22)에 직접 장착하는 것 대신에, 일 실시형태에 있어서는, 방사실드(30)는, 추가의 전열부재를 통하여 제1 냉각스테이지(22)에 열적으로 결합되어 있어도 된다. 전열부재는, 예를 들면 양단에 플랜지를 갖는 중공의 단통이어도 된다. 전열부재는, 그 일단의 플랜지에 의하여 장착시트(46)에 고정되며, 타단의 플랜지에 의하여 제1 냉각스테이지(22)에 고정되어도 된다. 전열부재는, 냉동기구조부(21)를 둘러싸고 제1 냉각스테이지(22)로부터 방사실드(30)로 뻗어 있어도 된다. 실드측부(40)는, 이러한 전열부재를 포함해도 된다.
도시되는 실시형태에 있어서는, 방사실드(30)는 일체의 통상으로 구성되어 있다. 이 대신에, 방사실드(30)는, 복수의 부품에 의하여 전체적으로 통상의 형상을 이루도록 구성되어 있어도 된다. 이들 복수의 부품은 서로 간극을 갖고 배치되어 있어도 된다. 예를 들면, 방사실드(30)는 축방향으로 2개의 부분으로 분할되어 있어도 된다.
입구크라이오패널(32)은, 크라이오펌프(10)의 외부의 열원(예를 들면, 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버 내의 열원)으로부터의 복사열로부터 제2단 크라이오패널어셈블리(20)를 보호하기 위하여, 흡기구(12)(또는 실드주개구(34), 이하 동일)에 마련되어 있다. 또, 입구크라이오패널(32)의 냉각온도로 응축하는 기체(예를 들면 수분)가 그 표면에 포착된다.
입구크라이오패널(32)은, 흡기구(12)에 있어서 제2단 크라이오패널어셈블리(20)에 대응하는 장소에 배치되어 있다. 입구크라이오패널(32)은, 흡기구(12)의 개구면적의 중심부분을 점유하여, 방사실드(30)와의 사이에 환상(예를 들면 원환상)의 개방영역(51)을 형성한다. 축방향으로 보았을 때의 입구크라이오패널(32)의 형상은, 예를 들면 원반상이다. 입구크라이오패널(32)의 직경은, 비교적 작고, 예를 들면 제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 직경보다 작다. 입구크라이오패널(32)은, 흡기구(12)의 개구면적의 많아도 1/3, 또는 많아도 1/4을 차지해도 된다. 이와 같이 하여, 개방영역(51)은, 흡기구(12)의 개구면적의 적어도 2/3, 또는 적어도 3/4을 차지해도 된다.
입구크라이오패널(32)은, 입구크라이오패널장착부재(33)를 통하여 실드전단(36)에 장착된다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 입구크라이오패널장착부재(33)는, 실드주개구(34)의 직경을 따라 실드전단(36)에 걸쳐진 직선상의 부재이다. 이렇게 하여 입구크라이오패널(32)은 방사실드(30)에 고정되며, 방사실드(30)에 열적으로 결합되어 있다. 입구크라이오패널(32)은 제2단 크라이오패널어셈블리(20)에 근접하고 있지만, 접촉은 하고 있지 않다. 또, 입구크라이오패널장착부재(33)는, 개방영역(51)을 둘레방향으로 분할하고 있다. 개방영역(51)은, 복수(예를 들면 2개)의 원호상 영역으로 이루어진다. 입구크라이오패널장착부재(33)는, 십자상 또는 그 외의 형상을 가져도 된다.
입구크라이오패널(32)은, 흡기구(12)의 중심부에 배치되어 있다. 입구크라이오패널(32)의 중심은, 중심축(C) 상에 위치한다. 단, 입구크라이오패널(32)의 중심은, 중심축(C)으로부터 어느 정도 벗어나 위치해도 되고, 그 경우에도, 입구크라이오패널(32)은, 흡기구(12)의 중심부에 배치되어 있다고 간주될 수 있다. 입구크라이오패널(32)은, 중심축(C)에 수직으로 배치되어 있다. 또, 축방향에 관해서는, 입구크라이오패널(32)은, 실드전단(36)보다 약간 상방에 배치되어 있어도 된다. 혹은, 입구크라이오패널(32)은, 실드전단(36)과 축방향으로 대략 동일한 높이, 또는 실드전단(36)보다 축방향으로 약간 하방에 배치되어도 된다.
제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심부에 마련되어 있다. 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 상부구조(20a)와 하부구조(20b)를 구비한다. 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 축방향으로 배열된 복수의 흡착크라이오패널(60)을 구비한다. 복수의 흡착크라이오패널(60)은 축방향으로 서로 간격을 두고 배열되어 있다.
제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 상부구조(20a)는, 복수의 상부크라이오패널(60a)과, 복수의 전열체(전열스페이서라고도 함)(62)를 구비한다. 복수의 상부크라이오패널(60a)은, 축방향에 있어서 입구크라이오패널(32)과 제2 냉각스테이지(24)의 사이에 배치되어 있다. 복수의 전열체(62)는, 축방향으로 기둥상으로 배열되어 있다. 복수의 상부크라이오패널(60a) 및 복수의 전열체(62)는, 흡기구(12)와 제2 냉각스테이지(24)의 사이에서 축방향으로 교대로 적층되어 있다. 상부크라이오패널(60a)과 전열체(62)의 중심은 함께 중심축(C) 상에 위치한다. 이렇게 하여 상부구조(20a)는, 제2 냉각스테이지(24)에 대하여 축방향 상방에 배치되어 있다. 상부구조(20a)는, 구리(예를 들면 순 구리) 등의 고열전도금속재료로 형성된 전열블록(63)을 통하여 제2 냉각스테이지(24)에 고정되며, 제2 냉각스테이지(24)에 열적으로 결합되어 있다. 따라서, 상부구조(20a)는 제2 냉각온도로 냉각된다.
제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 하부구조(20b)는, 복수의 하부크라이오패널(60b)과, 제2단 크라이오패널장착부재(64)를 구비한다. 복수의 하부크라이오패널(60b)은, 축방향에 있어서 제2 냉각스테이지(24)와 실드바닥부(38)의 사이에 배치되어 있다. 제2단 크라이오패널장착부재(64)는, 제2 냉각스테이지(24)로부터 축방향으로 하방을 향하여 뻗어 있다. 복수의 하부크라이오패널(60b)은, 제2단 크라이오패널장착부재(64)를 통하여 제2 냉각스테이지(24)에 장착되어 있다. 이렇게 하여, 하부구조(20b)는, 제2 냉각스테이지(24)에 열적으로 결합되고, 제2 냉각온도로 냉각된다.
제2단 크라이오패널어셈블리(20)에 있어서는, 적어도 일부의 표면에 흡착영역(66)이 형성되어 있다. 흡착영역(66)은 비응축성 기체(예를 들면 수소)를 흡착에 의하여 포착하기 위하여 마련되어 있다. 흡착영역(66)은 예를 들면 흡착재(예를 들면 활성탄)를 크라이오패널표면에 접착함으로써 형성된다.
복수의 흡착크라이오패널(60) 중 적어도 하나(예를 들면, 복수의 상부크라이오패널(60a)의 각각, 및/또는 복수의 하부크라이오패널(60b) 중 적어도 하나)는, 노출영역(68)과 비노출영역(69)을 구비한다. 소정 크라이오패널에 대하여, 노출영역(68)은, 흡기구(12)를 통하여 피배기기체가 직선적으로 도달 가능한 크라이오패널 상의 장소를 가리키고, 비노출영역(69)은, 흡기구(12)를 통하여 피배기기체가 직선적으로 도달 불가능한 장소를 가리킨다. 따라서, 흡기구(12)를 향하는 크라이오패널의 전면(前面)은, 노출영역(68)과 비노출영역(69)으로 구분될 수 있다. 흡기구(12)와는 반대측, 즉 실드바닥부(38)를 향하는 크라이오패널의 배면은, 비노출영역(69)이 된다.
소정 크라이오패널의 전면에 있어서의 노출영역(68)과 비노출영역(69)의 경계는, 실드전단(36)의 내주가장자리(흡기구플랜지(72)의 내주가장자리여도 됨)로부터 그 크라이오패널의 바로 위의 크라이오패널의 외주가장자리를 향하는 시선을 고려하여 결정되어도 된다. 이 시선을 연장하면, 시선은 그 크라이오패널의 전면에 교점을 형성한다. 시선을 실드전단(36)의 전체둘레에 걸쳐 주사하면, 교점은 크라이오패널의 전면에 궤적을 그린다. 궤적의 내측의 영역은 바로 위의 크라이오패널에 가려져, 흡기구(12)를 통하여 크라이오펌프(10)의 밖으로부터 보이지 않는다. 궤적의 외측의 영역은 흡기구(12)를 통하여 크라이오펌프(10)의 밖으로부터 보인다. 이와 같이, 시선을 이용하여 노출영역(68)과 비노출영역(69)의 경계를 결정할 수 있다.
예로서, 도 1에는, 제1 시선(74a)과 제2 시선(74b)을 파선으로 나타낸다. 제1 시선(74a)은, 밑에서 2번째의 상부크라이오패널(60a)의 외주단으로 실드전단(36)으로부터 당겨져, 가장 하방의 상부크라이오패널(60a)과 교차하고 있다. 따라서, 가장 하방의 상부크라이오패널(60a)의 전면에 있어서 제1 시선(74a)보다 직경방향 외측의 영역은, 노출영역(68)이 되고, 제1 시선(74a)보다 직경방향 내측의 영역은, 비노출영역(69)이 된다. 제2 시선(74b)은, 가장 하방의 상부크라이오패널(60a)의 외주단으로 실드전단(36)으로부터 당겨져, 가장 상방의 하부크라이오패널(60b)과 교차하고 있다. 따라서, 가장 상방의 하부크라이오패널(60b)의 전면에 있어서 제2 시선(74b)보다 직경방향 외측의 영역은, 노출영역(68)이 되고, 제2 시선(74b)보다 직경방향 내측의 영역은, 비노출영역(69)이 된다.
일례로서, 복수의 상부크라이오패널(60a) 중 축방향으로 입구크라이오패널(32)에 가장 근접하는 하나 또는 복수의 상부크라이오패널(60a)은, 평판(예를 들면 원반상)이며, 중심축(C)에 수직으로 배치되어 있다. 나머지 상부크라이오패널(60a)은, 역원뿔대상이며, 원형의 바닥면이 중심축(C)에 수직으로 배치되어 있다.
상부크라이오패널(60a) 중 입구크라이오패널(32)에 가장 근접하는 것(즉, 축방향으로 입구크라이오패널(32)의 바로 아래에 위치하는 상부크라이오패널(60a), 톱크라이오패널(61)이라고도 불림)은, 입구크라이오패널(32)보다 직경이 크다. 단, 톱크라이오패널(61)의 직경은, 입구크라이오패널(32)의 직경과 동일해도 되고, 그것보다 작아도 된다. 톱크라이오패널(61)은 입구크라이오패널(32)과 직접 대향하고 있으며, 톱크라이오패널(61)과 입구크라이오패널(32)의 사이에는, 다른 크라이오패널은 존재하지 않는다.
복수의 상부크라이오패널(60a)은, 축방향으로 하방을 향함에 따라 서서히 직경이 커지고 있다. 또, 역원뿔대상의 상부크라이오패널(60a)은, 중첩형(a nested manner)으로 배치되어 있다. 보다 상방의 상부크라이오패널(60a)의 하부가, 그 하방에 인접하는 상부크라이오패널(60a) 안의 역원뿔대상 공간에 들어가 있다.
개개의 전열체(62)는, 원기둥형상을 갖는다. 전열체(62)는, 비교적 짧은 원기둥형상으로 되어 전열체(62)의 직경보다 축방향 높이가 작아도 된다. 흡착크라이오패널(60) 등의 크라이오패널은 일반적으로, 구리(예를 들면 순 구리) 등의 고열전도금속재료로 형성되며, 필요시되는 경우, 표면이 니켈 등의 금속층으로 피복되어 있다. 이에 대하여, 전열체(62)는, 크라이오패널과는 다른 재료로 형성되어도 된다. 전열체(62)는, 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의, 흡착크라이오패널(60)보다 열전도율은 낮지만 밀도가 작은 금속재료로 형성되어도 된다. 이와 같이 하면, 전열체(62)의 열전도성과 경량화를 어느 정도 양립할 수 있어, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 냉각시간의 단축에 도움이 된다.
하부크라이오패널(60b)은, 평판이고, 예를 들면 원반상이다. 하부크라이오패널(60b)은, 상부크라이오패널(60a)보다 대경(大徑)이다. 단, 하부크라이오패널(60b)에는 제2단 크라이오패널장착부재(64)로의 장착을 위하여, 외주의 일 부분으로부터 중심부로 노치부(예를 들면, 도 4에 나타나는 노치부(82))가 형성되어 있어도 된다.
다만, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 구체적 구성은 상술한 것에 한정되지 않는다. 상부구조(20a)는, 임의의 매수의 상부크라이오패널(60a)을 가져도 된다. 상부크라이오패널(60a)은, 평판, 원뿔상, 또는 그 외의 형상을 가져도 된다. 마찬가지로, 하부구조(20b)는, 임의의 매수의 하부크라이오패널(60b)을 가져도 된다. 하부크라이오패널(60b)은, 평판, 원뿔상, 또는 그 외의 형상을 가져도 된다.
흡착영역(66)은, 흡기구(12)로부터 보이지 않도록, 상방에 인접하는 흡착크라이오패널(60)에 가려지는 장소에 형성되어 있어도 된다. 즉, 흡착영역(66)은, 비노출영역(69)에 배치되어 있다. 예를 들면, 흡착영역(66)은 흡착크라이오패널(60)의 하면의 전역에 형성되어 있다. 흡착영역(66)은, 하부크라이오패널(60b)의 상면에 형성되어 있어도 된다. 또, 도 1에 있어서는 간명화(簡明化)를 위하여 도시를 생략하고 있지만, 흡착영역(66)은, 상부크라이오패널(60a)의 하면(배면)에도 형성되어 있다. 필요에 따라서, 흡착영역(66)은, 상부크라이오패널(60a)의 상면에 형성되어도 된다.
흡착영역(66)에 있어서는, 다수의 활성탄의 입자가 흡착크라이오패널(60)의 표면에 조밀하게 나열된 상태로 불규칙한 배열로 접착되어 있다. 활성탄의 입자는 예를 들면 원기둥형상으로 성형되어 있다. 다만 흡착재의 형상은 원기둥형상이 아니어도 되고, 예를 들면 구상이나 그 외의 성형된 형상, 혹은 부정형상이어도 된다. 흡착재의 패널 상에서의 배열은 규칙적 배열이어도 되고 불규칙한 배열이어도 된다.
또, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 적어도 일부의 표면에는 응축성 기체를 응축에 의하여 포착하기 위한 응축영역이 형성되어 있다. 노출영역(68)은, 응축영역으로서 작용할 수 있다. 응축영역은 예를 들면, 크라이오패널표면 상에서 흡착재가 결락(缺落)한 구역이며, 크라이오패널기재표면 예를 들면 금속면이 노출되어 있다. 흡착크라이오패널(60)(예를 들면, 상부크라이오패널(60a))의 상면, 또는 상면 외주부, 또는 하면 외주부는, 응축영역이어도 된다.
톱크라이오패널(61)은, 상면 및 하면의 양방 전체가 응축영역이어도 된다. 즉, 톱크라이오패널(61)은, 흡착영역(66)을 갖지 않아도 된다. 이와 같이, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)에 있어서 흡착영역(66)을 갖지 않는 크라이오패널은, 응축크라이오패널이라고 칭해져도 된다. 예를 들면, 상부구조(20a)는, 적어도 하나의 응축크라이오패널(예를 들면, 톱크라이오패널(61))을 구비해도 된다.
크라이오펌프하우징(70)은, 제1단 크라이오패널(18), 제2단 크라이오패널어셈블리(20), 및 냉동기(16)를 수용하는 크라이오펌프(10)의 케이스이며, 내부공간(14)의 진공기밀을 유지하도록 구성되어 있는 진공용기이다. 크라이오펌프하우징(70)은, 제1단 크라이오패널(18) 및 냉동기구조부(21)를 비접촉으로 포함한다. 크라이오펌프하우징(70)은, 냉동기(16)의 실온부(26)에 장착되어 있다.
크라이오펌프하우징(70)의 전단에 의하여, 흡기구(12)가 획정(劃定)되어 있다. 크라이오펌프하우징(70)은, 그 전단으로부터 직경방향 외측을 향하여 뻗어 있는 흡기구플랜지(72)를 구비한다. 흡기구플랜지(72)는, 크라이오펌프하우징(70)의 전체둘레에 걸쳐 마련되어 있다. 크라이오펌프(10)는, 흡기구플랜지(72)를 이용하여 진공배기대상의 진공챔버에 장착된다.
상술과 같이, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 다수의 흡착크라이오패널(60)(즉, 복수의 상부크라이오패널(60a) 및 하부크라이오패널(60b))을 가지므로, 비응축성 기체에 대하여 높은 배기성능을 갖는다. 예를 들면, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 수소가스를 높은 배기속도로 배기할 수 있다.
복수의 흡착크라이오패널(60)의 각각은, 크라이오펌프(10)의 외부로부터 시인 불가능한 부위에 흡착영역(66)을 구비한다. 따라서, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 흡착영역(66)의 전부 또는 그 대부분이 크라이오펌프(10)의 외부로부터 완전히 보이지 않도록 구성되어 있다. 크라이오펌프(10)는, 흡착재비노출형의 크라이오펌프라고 부를 수도 있다.
그런데, 크라이오펌프에 축적된 기체는 통상, 재생처리에 의하여 실질적으로 완전히 배출되고, 재생완료 시에는 크라이오펌프는 사양상의 배기성능으로 회복된다. 그러나, 흡착재가 크라이오펌프의 밖으로부터 보이도록 배치된 흡착재노출형의 크라이오펌프에서는, 축적된 기체 중 일부의 성분은 재생처리를 거쳐도 흡착재에 잔류하는 비율이 비교적 높다.
예를 들면, 이온주입장치의 진공배기용으로 설치되어 있는 크라이오펌프에 있어서는, 흡착재로서의 활성탄에 점착성의 물질이 부착되는 것이 관찰되었다. 이 점착성 물질은 재생처리를 거쳐도 완전히 제거하는 것이 곤란했다. 이 점착성 물질은, 처리대상기판에 피복되는 포토레지스트로부터 배출되는 유기계의 아웃가스에 기인한다고 생각된다. 또는 이온주입처리로 도펀트가스 즉 원료가스로서 사용되는 독성 가스에 기인할 가능성도 있다. 이온주입처리에 있어서의 그 외의 부생성가스에 기인할 가능성도 생각할 수 있다. 이들 가스가 복합적으로 관계하여 점착성 물질이 생성되어 있을 가능성도 있다.
이온주입처리에서는, 크라이오펌프의 배기하는 기체의 대부분은 수소가스일 수 있다. 수소가스는 재생에 의하여 실질적으로 완전히 외부로 배출된다. 난(難)재생기체는 미량이면, 1회의 크라이오펌핑처리에 있어서 크라이오펌프의 배기성능에 난재생기체가 주는 영향은 경미하다. 그러나, 흡착재노출형의 크라이오펌프에서는, 크라이오펌핑처리와 재생처리를 반복하는 동안에, 난재생기체는 서서히 흡착재에 축적되어, 배기성능을 저하시켜 갈 가능성이 있다. 배기성능이 허용 범위를 하회했을 때에는, 예를 들면 흡착재 또는 그것과 함께 크라이오패널의 교환, 또는 흡착재로의 화학적인 난재생기체 제거처리를 포함하는 메인터넌스작업이 필요해진다.
난재생기체는 거의 예외없이 응축성 기체이다. 외부로부터 크라이오펌프(10)를 향하여 비래(飛來)하는 응축성 기체의 분자는, 입구크라이오패널(32)의 주위의 개방영역을 통과하고, 방사실드(30) 또는 제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 외주의 응축영역에 직선적 경로로 도달하여, 그들의 표면에 포착된다. 난재생기체는 응축영역에 퇴적된다. 상술과 같이 크라이오펌프(10)는 흡착재비노출형이며, 흡착영역(66)이 비노출영역(69)에 배치되어 있기 때문에, 난재생기체로부터 흡착영역(66)은 보호된다.
그 반면, 노출영역(68)은, 난재생기체에 의하여 오염될 수 있다. 오염된 흡착크라이오패널(60)은, 크라이오펌프(10)의 메인터넌스 시에, 크라이오펌프(10)로부터 분해되어 세정되는 것을 필요로 할 수 있다. 흡착영역(66)에 마련된 활성탄 등의 흡착재는 난재생기체에 오염되어 있지 않기 때문에, 재이용 가능하다고 생각된다. 세정된 크라이오패널은, 재이용 가능한 경우에는, 다시 조립되어 사용된다. 그러나, 세정의 방법에 따라서는, 흡착영역(66)의 흡착기능이 없어질 수 있다. 그 경우, 세정 후의 흡착크라이오패널(60)은 재이용할 수 없기 때문에, 폐기되어야 한다.
그래서, 노출영역(68)은, 분리 가능한 보호면(76)으로 피복되어 있다. 분리 가능한 보호면(76)은, 적어도 하나의 흡착크라이오패널(60)의 노출영역(68)에 마련되어 있다. 분리 가능한 보호면(76)은, 복수의 흡착크라이오패널(60)의 각각에 마련되어 있어도 된다. 분리 가능한 보호면(76)은, 다양한 예시적인 구성이 생각되며, 그들을 이하에 설명한다.
도 2는, 도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)에 사용될 수 있는 예시적인 크라이오패널의 개략 사시도이다. 도시되는 크라이오패널은, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)에 사용될 수 있는 크라이오패널이며, 톱크라이오패널(61)이다. 단, 도시되는 크라이오패널은, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)에 사용되는 다른 흡착크라이오패널(60)이어도 된다.
톱크라이오패널(61)은, 제1 크라이오패널기재(78a)와, 제2 크라이오패널기재(78b)를 구비한다. 이들 크라이오패널기재(78a, 78b)는, 동일한 재료(예를 들면 금속재료)로 형성되며, 동일한 형상을 갖는다. 크라이오패널기재(78a, 78b)는, 예를 들면 구리(예를 들면 순 구리) 등의 고열전도금속재료로 형성되며, 필요시되는 경우, 표면이 니켈 등의 금속층으로 피복되어 있다. 따라서, 크라이오패널기재(78a, 78b) 자체는, 비응축성 기체를 흡착 불가능하다. 톱크라이오패널(61)이 비응축성 기체를 흡착 가능하게 하기 위하여, 도시되어 있지 않지만, 제1 크라이오패널기재(78a)는, 그 이면(하면)에 흡착재가 마련되어 있어도 된다. 혹은, 제1 크라이오패널기재(78a)에는 흡착재가 마련되어 있지 않아도 되고, 그 경우, 톱크라이오패널(61)이 비응축성 기체를 흡착하지 않는다. 크라이오패널기재(78a, 78b)는, 예를 들면 원판상이다. 다만, 크라이오패널기재(78a, 78b)는, 원뿔상 또는 그 외의 형상이어도 된다.
제2 크라이오패널기재(78b)가, 분리 가능한 보호면(76)을 제공하도록 제1 크라이오패널기재(78a)에 분리 가능하게 장착되어 있다. 제2 크라이오패널기재(78b)는, 그 이면이 제1 크라이오패널기재(78a)의 전면과 접촉하여, 제1 크라이오패널기재(78a)의 전면의 전체를 덮도록 하고, 제1 크라이오패널기재(78a)에 분리 가능하게 장착되어 있다. 제2 크라이오패널기재(78b)의 전면이, 보호면(76)으로서 사용된다.
또, 제2 크라이오패널기재(78b)는, 제1 크라이오패널기재(78a)에 열적으로 결합되고, 제1 크라이오패널기재(78a)와 함께 냉각된다. 이들 크라이오패널기재(78a, 78b) 간에 양호한 열접촉이 있도록 하고, 제2 크라이오패널기재(78b)는, 볼트 등의 분리 가능한 체결부재, 박리 가능한 접착제 등 적절히 분리 가능한 장착방법에 의하여 제1 크라이오패널기재(78a)에 장착되어 있다.
제1 크라이오패널기재(78a)는, 전형적으로 사용되는 크라이오패널에 상당한다. 도 2에 나타나는 실시형태에서는, 제1 크라이오패널기재(78a)에 제2 크라이오패널기재(78b)가 중첩되어 있다. 이와 같이 하여 추가된 제2 크라이오패널기재(78b)가 분리 가능한 보호면(76)을 제공한다.
제2 크라이오패널기재(78b)는, 비응축성 기체를 흡착 불가능하게 하므로, 흡착영역 즉 흡착재를 갖지 않는다. 그 때문에, 제조공정에 있어서, 흡착재를 크라이오패널기재에 장착하는 공정을 필요로 하지 않는다. 이에 대하여, 그러한 흡착재장착공정을 필요로 하는 흡착크라이오패널(60)은, 제조에 비용이 든다. 따라서, 제2 크라이오패널기재(78b)는, 비교적 저가로 제공할 수 있다.
또, 제2 크라이오패널기재(78b)는, 전형적으로 크라이오패널에 사용되는 제1 크라이오패널기재(78a)와 동등하게 설계되어 있기 때문에, 크라이오펌프(10)에 있어서의 사용에 요구되는 열적 성능, 기계적 강도, 및 그 외의 필요한 조건을 충족시킨다. 따라서, 제2 크라이오패널기재(78b)는, 크라이오펌프(10)의 설계자에게 있어 용이하게 이용 가능하다.
제2 크라이오패널기재(78b)는 제1 크라이오패널기재(78a)와 동일하게 제2 냉각온도로 냉각되어 있기 때문에, 제2 크라이오패널기재(78b) 상의 보호면(76)에는 난재생기체가 응축되어, 오염될 수 있다. 그러나, 제1 크라이오패널기재(78a)에 대해서는, 보호면(76)에 의하여 오염은 방지 또는 완화된다. 오염이 없거나 또는 정도가 가벼우면, 크라이오펌프(10)의 메인터넌스 시에 분해나 세정 등의 번잡한 작업을 행하지 않고, 톱크라이오패널(61)을 재이용할 수 있다. 제2 크라이오패널기재(78b)는, 흡착재를 갖지 않기 때문에, 세정하면 재이용할 수 있다. 혹은, 상술과 같이 제2 크라이오패널기재(78b)는 비교적 저가이기 때문에, 사용이 완료된 크라이오패널기재(78b)는 폐기하고, 새로운 크라이오패널기재(78b)와 교환해도, 비용면에서의 영향은 작다.
다만, 사용이 완료된 크라이오패널기재(78b)가 분리된 후, 새로운 크라이오패널기재(78b)가 제1 크라이오패널기재(78a)에 장착되지 않아도 된다. 이 경우, 보호면(76)이 제1 크라이오패널기재(78a)에 제공되지 않기 때문에, 이후의 크라이오펌프(10)의 운전 중에, 제1 크라이오패널기재(78a)의 전면은 오염될 수 있다. 다음 회의 메인터넌스에 있어서 제1 크라이오패널기재(78a)를 새로운 것과 교환해야 할지도 모른다. 그러나, 제1 크라이오패널기재(78a) 상의 흡착재에도 수명이 있으므로, 제1 크라이오패널기재(78a)의 오염의 유무에 관계없이, 언젠가는 흡착재와 함께 제1 크라이오패널기재(78a)의 교환을 필요로 하게 된다. 따라서, 새로운 크라이오패널기재(78b)를 장착할지 여부는, 크라이오패널기재(78b)의 비용이나 흡착재의 수명을 고려하여 결정되어도 된다.
도 3은, 도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)에 사용될 수 있는 다른 예시적인 크라이오패널의 개략 사시도이다. 도시되는 크라이오패널은, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)에 사용될 수 있는 크라이오패널이며, 상부크라이오패널(60a)이다. 단, 도시되는 크라이오패널은, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)에 사용되는 다른 흡착크라이오패널(60)이어도 된다.
상부크라이오패널(60a)은, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 예를 들면 역원뿔상의 형상을 갖는다. 상부크라이오패널(60a)의 전면은, 외주부에 노출영역(68)을 갖고, 노출영역(68)의 내측에 비노출영역(69)을 갖는다. 비노출영역(69)에는 흡착재가 마련될 수 있지만, 도시의 간명화를 위하여, 도 3에서는 도시를 생략한다.
상부크라이오패널(60a)(또는 흡착크라이오패널(60))은, 분리 가능한 보호면(76)을 제공하도록 노출영역(68)을 피복하는 보호층(80)을 구비한다. 비노출영역(69)에는, 보호층(80)은 마련되어 있지 않다. 보호면(76)으로서 기능하는 보호층(80)의 표면은, 난재생기체에 대하여 내부식성을 갖는 재료, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지 또는 그 외의 수지, 혹은 알루미늄 또는 구리 등의 금속으로 형성되어 있어도 된다. 따라서, 보호층(80)은, 그러한 수지재료 또는 금속재료의 표면을 갖는 점착테이프 또는 박리 가능하게 접착된 보호필름이어도 된다. 보호층(80)은, 상부크라이오패널(60a)의 크라이오패널기재에 접착되고, 그것에 의하여 열적으로 결합되어, 동일한 냉각온도로 냉각된다.
보호층(80)은, 노출영역(68)에 설치되며, 제2 냉각온도로 냉각되어 있기 때문에, 보호면(76)에는 난재생기체가 응축되어, 오염될 수 있다. 보호층(80)은 상부크라이오패널(60a)에 박리 가능하게 접착되어 있기 때문에, 크라이오펌프(10)의 메인터넌스 시에 보호층(80)을 박리함으로써, 상부크라이오패널(60a)로부터 오염물질을 제거할 수 있다. 메인터넌스 시에 분해나 세정 등의 번잡한 작업을 행하지 않고, 상부크라이오패널(60a)의 재이용이 가능해질 수 있다.
도 4는, 도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)에 사용될 수 있는 또 다른 예시적인 크라이오패널의 개략 상면도이다. 도시되는 크라이오패널은, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)에 사용될 수 있는 크라이오패널이며, 하부크라이오패널(60b)이다. 단, 도시되는 크라이오패널은, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)에 사용되는 다른 흡착크라이오패널(60)이어도 된다.
하부크라이오패널(60b)은, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 예를 들면 원판상의 형상을 갖는다. 단, 하부크라이오패널(60b)에는 제2단 크라이오패널장착부재(64)로의 장착을 위하여, 외주의 일 부분으로부터 중심부로 노치부(82)가 형성되어 있다. 하부크라이오패널(60b)의 전면은, 외주부에 노출영역(68)을 갖고, 노출영역(68)의 내측에 비노출영역(69)을 갖는다. 비노출영역(69)에는 흡착재로서의 입상(粒狀)의 활성탄(84)이 첩부되어 있다.
하부크라이오패널(60b)(또는 흡착크라이오패널(60))은, 분리 가능한 보호면(76)을 제공하도록 노출영역(68)에 박리 가능하게 접착된 수지제 또는 금속제의 보호층(80)을 구비한다. 보호층(80)은, 하부크라이오패널(60b)의 크라이오패널기재에 접착되며, 그것에 의하여 열적으로 결합되고, 동일한 냉각온도로 냉각된다.
보호층(80)은, 노출영역(68)에 설치되며, 제2 냉각온도로 냉각되어 있기 때문에, 보호면(76)에는 난재생기체가 응축되어, 오염될 수 있다. 보호층(80)은 하부크라이오패널(60b)에 박리 가능하게 접착되어 있기 때문에, 크라이오펌프(10)의 메인터넌스 시에 보호층(80)을 박리함으로써, 하부크라이오패널(60b)로부터 오염물질을 제거할 수 있다. 메인터넌스 시에 분해나 세정 등의 번잡한 작업을 행하지 않고, 하부크라이오패널(60b)의 재이용이 가능해질 수 있다.
다만, 사용이 완료된 보호층(80)이 박리된 후, 새로운 보호층(80)이 흡착크라이오패널(60)에 첩부되어도 되고, 첩부되지 않아도 된다. 새로운 보호층(80)을 장착할지 여부는, 보호층(80)의 비용이나 흡착크라이오패널(60) 상의 흡착재의 수명을 고려하여 결정되어도 된다.
혹은, 복수의 보호층(80)이 노출영역(68)에 적층되어 있어도 된다. 이와 같이 하면, 사용이 완료된 보호층(80)이 박리되었을 때, 그 바로 아래의 새로운 보호층(80)이 노출되어 사용 가능해진다.
상기의 구성의 크라이오펌프(10)의 동작을 이하에 설명한다. 크라이오펌프(10)의 작동 시에는, 먼저 그 작동 전에 다른 적당한 러핑펌프로 진공챔버 내부를 1Pa 정도로까지 러프펌핑한다. 그 후, 크라이오펌프(10)를 작동시킨다. 냉동기(16)의 구동에 의하여 제1 냉각스테이지(22) 및 제2 냉각스테이지(24)가 각각 제1 냉각온도 및 제2 냉각온도로 냉각된다. 따라서, 이들에 열적으로 결합되어 있는 제1단 크라이오패널(18), 제2단 크라이오패널어셈블리(20)도 각각 제1 냉각온도 및 제2 냉각온도로 냉각된다.
입구크라이오패널(32)은, 진공챔버로부터 크라이오펌프(10)를 향하여 비래하는 기체를 냉각한다. 입구크라이오패널(32)의 표면에는, 제1 냉각온도로 증기압이 충분히 낮은(예를 들면 10-8Pa 이하의) 기체가 응축한다. 이 기체는, 제1종 기체라고 칭해져도 된다. 제1종 기체는 예를 들면 수증기이다. 이렇게 하여, 입구크라이오패널(32)은, 제1종 기체를 배기할 수 있다. 제1 냉각온도로 증기압이 충분히 낮지 않은 기체의 일부는, 흡기구(12)로부터 내부공간(14)으로 진입한다. 혹은, 기체의 다른 일부는, 입구크라이오패널(32)에서 반사되어, 내부공간(14)으로 진입하지 않는다.
내부공간(14)으로 진입한 기체는, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)에 의하여 냉각된다. 흡착크라이오패널(60)의 응축영역의 표면에는, 제2 냉각온도로 증기압이 충분히 낮은(예를 들면 10-8Pa 이하의) 기체가 응축한다. 이 기체는, 제2종 기체라고 칭해져도 된다. 제2종 기체는 예를 들면 질소(N2), 아르곤(Ar)이다. 이렇게 하여, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 제2종 기체를 배기할 수 있다.
제2 냉각온도로 증기압이 충분히 낮지 않은 기체는, 흡착크라이오패널(60)의 흡착영역(66)에 흡착된다. 이 기체는, 제3종 기체라고 칭해져도 된다. 제3종 기체는 예를 들면 수소(H2)이다. 이렇게 하여, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 제3종 기체를 배기할 수 있다. 따라서, 크라이오펌프(10)는, 다양한 기체를 응축 또는 흡착에 의하여 배기하여, 진공챔버의 진공도를 원하는 레벨에 도달시킬 수 있다.
실시형태에 관한 크라이오펌프(10)에 의하면, 노출영역(68)은, 분리 가능한 보호면(76)으로 피복되어 있다. 제2단 크라이오패널어셈블리(20)와 동일하게 제2 냉각온도로 냉각되어 있기 때문에, 난재생기체는 보호면(76) 상에 응축된다. 보호면(76)에는 난재생기체가 부착되어 오염될 수 있지만, 보호면(76)은 분리할 수 있다. 보호면(76)을 분리함으로써, 보호면(76)으로 덮여 있던 청정한 면이 노출된다. 혹은, 새로운 보호면(76)을 장착함으로써, 노출영역(68)은 다시 보호된다. 따라서, 크라이오펌프(10)는, 메인터넌스 시에, 난재생기체 등의 부착물을 제거하기 위하여 제2단 크라이오패널어셈블리(20)를 분해하여 세정할 필요가 없다. 이러한 분리 가능한 보호면(76)이 마련되어 있지 않은 크라이오펌프에 비하여, 크라이오펌프(10)의 메인터넌스를 용이하게 행할 수 있다.
특히, 상술과 같이 크라이오펌프(10)는 흡착재비노출형이며, 흡착영역(66)이 비노출영역(69)에 배치되어 있기 때문에, 난재생기체로부터 흡착영역(66)은 보호된다. 따라서, 보호면(76)의 분리 또는 교환에 의하여 난재생기체가 제거되면, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는 재이용 가능하다. 이와 같이, 크라이오펌프(10)는 흡착재비노출형인 경우, 특히, 크라이오펌프(10)의 메인터넌스를 용이하게 행할 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 설명했다. 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.
상술한 실시형태에서는, 비노출영역(69)에 보호층(80)이 마련되어 있지 않은 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것은 본 발명에 필수는 아니다. 일 실시형태에 있어서는, 비노출영역(69)의 적어도 일부(예를 들면, 비노출영역(69)에 있어서 흡착영역(66)의 외측의 부분)가 분리 가능한 보호면(76)으로 피복되어 있어도 된다. 예를 들면, 비노출영역(69)에 있어서, 활성탄 등의 흡착재가 첩부되어 있지 않은 영역에 보호층(80)이 박리 가능하게 접착되어도 된다.
상기의 설명에 있어서는 횡형의 크라이오펌프를 예시했지만, 본 발명은, 종형 그 외의 크라이오펌프에도 적용 가능하다. 다만, 종형의 크라이오펌프란, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 중심축(C)을 따라 배치되어 있는 크라이오펌프를 말한다. 또, 크라이오패널의 배치나 형상, 수 등 크라이오펌프의 내부 구성은, 상술한 특정의 실시형태에는 한정되지 않는다. 다양한 공지의 구성을 적절히 채용할 수 있다.
본 발명은, 크라이오펌프 및 크라이오패널의 분야에 있어서의 이용이 가능하다.
10 크라이오펌프
12 흡기구
66 흡착영역
68 노출영역
69 비노출영역
76 보호면
78a, 78b 크라이오패널기재
80 보호층

Claims (11)

  1. 크라이오펌프흡기구를 통하여 피배기기체가 직선적으로 도달 가능한 노출영역과, 상기 크라이오펌프흡기구를 통하여 피배기기체가 직선적으로 도달 불가능한 비노출영역을 구비하는 크라이오패널어셈블리를 구비하고,
    상기 비노출영역은, 비응축성 기체를 흡착 가능한 흡착영역을 가지며, 상기 노출영역은, 분리 가능한 보호면으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리 가능한 보호면을 제공하도록 상기 노출영역에 박리 가능하게 접착된 수지제 또는 금속제의 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노출영역에는 복수의 보호층이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 크라이오패널어셈블리는, 상기 비응축성 기체를 흡착 불가능하게 하는 제1 크라이오패널기재와, 상기 비응축성 기체를 흡착 불가능하게 하는 제2 크라이오패널기재를 구비하고,
    상기 제2 크라이오패널기재가, 상기 분리 가능한 보호면을 제공하도록 상기 제1 크라이오패널기재에 분리 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 비노출영역의 적어도 일부가 상기 분리 가능한 보호면으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 크라이오펌프흡기구로부터 축방향으로 통상으로 뻗어 있고, 상기 크라이오패널어셈블리를 둘러싸도록 배치된 방사실드와,
    상기 방사실드를 냉각하는 고온냉각스테이지와, 상기 크라이오패널어셈블리를 냉각하는 저온냉각스테이지를 구비하며, 상기 저온냉각스테이지가 상기 고온냉각스테이지보다 저온으로 냉각되는 냉동기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 크라이오패널어셈블리는, 각각이 상기 노출영역 및 상기 비노출영역을 갖는 복수의 크라이오패널과, 축방향으로 기둥상으로 배열된 복수의 전열체를 구비하고, 상기 복수의 크라이오패널 및 상기 복수의 전열체가 축방향으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 크라이오패널어셈블리는, 상기 크라이오패널어셈블리 중 축방향으로 가장 상방에 배치된 톱크라이오패널을 구비하고,
    상기 톱크라이오패널은, 제1 크라이오패널기재와, 상기 분리 가능한 보호면을 제공하는 제2 크라이오패널기재를 구비하며, 상기 제2 크라이오패널기재는, 그 이면이 상기 제1 크라이오패널기재의 전면과 접촉하여, 상기 제1 크라이오패널기재의 전면의 전체를 덮도록 하고, 상기 제1 크라이오패널기재에 분리 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 크라이오패널어셈블리는, 상기 저온냉각스테이지보다 축방향 상방에 배치되고, 역원뿔상의 외주부를 갖는 적어도 하나의 상부 크라이오패널을 구비하며, 상기 분리 가능한 보호면으로 피복된 상기 노출영역은, 상기 역원뿔상의 외주부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 크라이오패널어셈블리는, 상기 저온냉각스테이지보다 축방향 하방에 배치된 적어도 하나의 하부 크라이오패널을 구비하고, 상기 분리 가능한 보호면으로 피복된 상기 노출영역은, 상기 적어도 하나의 하부 크라이오패널의 외주부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
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