KR20140101347A

KR20140101347A - 냉각 트랩

Info

Publication number: KR20140101347A
Application number: KR1020147015472A
Authority: KR
Inventors: 아츠히로 구와지마; 겐지 구도; 다이사쿠 다카노
Original assignee: 캐논 아네르바 가부시키가이샤
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-08-19
Also published as: WO2013168206A1; CN104011484A; JP5711424B2; US9421478B2; JPWO2013168206A1; CN104011484B; KR101573647B1; US20140290282A1

Abstract

본 발명은 스털링 냉동기를 사용한 냉각 트랩을 제공한다. 냉동기(14)는 방열부(25)와 흡열부(24) 사이에서 작동 가스를 왕복시키도록 프리 피스톤(35)을 구동하는 구동 피스톤(31)과, 하우징(22)의 진동을 측정하는 진동 센서(41)와, 구동 피스톤(31)이 구동되었을 때의 하우징(22)의 진동을 저감시키는 동흡진기(45)와, 하우징(22)이 진공 장치에 접속된 상태에서, 구동 피스톤(31)이 구동되었을 때의 하우징(22)의 진동을 저감시키기 위하여 구동 주파수를 조정하는 주파수 조정 장치를 구비한다.

Description

냉동기 및 냉각 트랩{REFRIGERATION MACHINE AND COOLING TRAP}

본 발명은 냉동기, 해당 냉동기를 사용한 냉각 트랩에 관한 것이며, 예를 들어 실린더 구조를 갖는 축열식 냉동기, 해당 냉동기를 사용한 냉각 트랩에 관한 것이다.

냉각 트랩은, 진공 용기 내의 배기, 특히 수분의 배기에 유효한 진공 배기 장치이며, 진공 용기 내에 설치되는 냉각 패널을 냉각하는 냉동기를 구비하고 있다. 종래부터 냉각 트랩의 냉동기에는 GM(Gifford-McMahon)식 냉동기가 일반적으로 사용되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2).

일본 특허 공개 평10-184541호 공보 일본 특허 공개 제2009-19500호 공보

진공 처리 장치의 풋프린트 저감의 요청 등으로부터 냉동기의 소형화가 요망되고 있다. 그러나, GM식 냉동기는 컴프레서에 의하여 압축된 냉매 가스를 공급하는 구성이기 때문에 소형화가 어렵다는 문제가 있다.

따라서 냉각 트랩의 냉동기로서, 프리 피스톤형 스털링 냉동기 등의 실린더 구조를 갖는 축냉식 냉동기를 사용하여 소형화하는 것이 생각된다. 이러한 구조를 갖는 냉동기는, 냉동 능력과 크기에 있어서, 냉각 트랩의 냉동기로서도 사용할 수 있다고 생각되기 때문이다. 예를 들어, 프리 피스톤형 스털링 냉동기(이하, 스털링 냉동기라고 함)는 내부에서 피스톤이 왕복 운동하는 두께가 얇은 원통 실린더의 선단부에 냉각 스테이지가 설치된다. 냉각 스테이지에는 전열 부재를 개재하여 냉각 패널이 설치된다.

리니어 모터에 의한 구동 기구를 동작시켜 피스톤을 왕복 운동시키면, 원통 실린더 내를 채우고 있는 작동 가스의 압력이 변화(등온 압축, 등온 팽창)하고, 그에 따라 디스플레이서는 피스톤과 위상차를 갖고 왕복 운동한다. 이것에 의하여 작동 가스가 압축 공간 - 방열부 - 재생부 - 흡열부 - 팽창 공간을 이동하는 동안에, 흡열부에 의한 흡열과 방열부에 의한 방열을 행함으로써(등용적 변화) 스털링 사이클이 형성된다. 이와 같이, 피스톤과 디스플레이서를 연동시킴으로써, 작동 가스의 압력 변화에 의한 등온 압축 및 등온 팽창 및 작동 가스의 유동 시의 등용적 변화에 의한 흡열 및 방열을 포함하는 가역 싸이클이 행해지고, 이것에 의하여 흡열부의 주변이 저온으로 냉각되며, 흡열부를 피냉각물에 접촉시킴으로써 피냉각물이 냉각된다.

스털링 냉동기는, 피스톤과 디스플레이서가 내부에서 연속적으로 왕복 운동하기 때문에 진동이 발생한다는 문제가 있다. 스털링 냉동기의 진동이 진공 용기에 전달되면, 진공 용기 내의 반송 장치 등과 공진하여, 기판의 위치 어긋남을 야기할 가능성이 있었다.

본 발명의 목적은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 스털링 냉동기 등 실린더 구조를 갖는 축냉식 냉동기의 진동을 저감시킬 수 있는 냉동기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 진동을 저감시킨 냉동기를 사용한 냉각 트랩을 제공하는 것이다.

본 발명의 냉동기는, 하우징과, 작동 가스를 압축, 팽창시키기 위하여 상기 하우징 내에서 왕복 운동 가능한 피스톤과, 상기 피스톤이 구동되었을 때의 상기 하우징의 진동을 저감시키는 진동 저감 수단과, 상기 하우징이 진공 장치에 접속된 상태에서, 상기 피스톤이 구동되었을 때의 상기 하우징의 진동을 저감시키기 위하여 상기 피스톤의 구동 주파수를 조정하는 구동 주파수 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 또는, 본 발명의 냉각 트랩은, 상술한 냉동기를 사용하여 기체 분자를 포획하는 냉각 패널을 냉각하는 것을 특징으로 한다.

스털링 냉동기 등 실린더 구조를 갖는 축냉식 냉동기의 진동을 저감시킬 수 있는 냉동기를 제공할 수 있다. 또한, 진동을 억제한 냉동기를 사용한 냉각 트랩을 제공할 수 있다.

본 발명의 그 외의 특징 및 이점은, 첨부 도면을 참조로 한 이하의 설명에 의하여 밝혀질 것이다. 또한, 첨부 도면에 있어서는, 동일하거나 또는 마찬가지의 구성에는, 동일한 참조 번호를 붙인다.

첨부 도면은 명세서에 포함되어, 그 일부를 구성하고, 본 발명의 실시 형태를 나타내며, 그 기술과 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위하여 사용된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 진공 처리 장치의 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 냉각 트랩의 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 냉동기의 내부 구조의 개략도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 냉동기의 시스템 구성도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 냉동기의 구동 주파수와 진동값의 관계도이다.

본 발명의 실시 형태에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 부재, 배치 등은 발명을 구체화한 일례로서 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 취지에 따라 각종 개변할 수 있음은 물론이다. 기재된 각 실시 형태의 구성은 적절히 조합하여 적용할 수 있는 것으로 한다. 이하에서 설명하는 도면에서, 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이며, 그 반복 설명은 생략한다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 프리 피스톤형 스털링 냉동기를 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 실린더 내에서 왕복하는 피스톤을 갖는 냉동기에 적용할 수 있는 것이다. 본 명세서 중에 있어서 특별히 단서 없이 스털링 냉동기라고 기재하는 경우에는, 실린더 구조를 갖는 축냉식 냉동기 전반을 말하는 것으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 냉각 트랩을 갖는 진공 처리 장치의 개략도, 도 2는 냉각 트랩의 개략도, 도 3은 냉동기의 내부 구조의 개략도, 도 4는 냉동기의 시스템 구성도, 도 5는 냉동기의 구동 주파수와 진동값의 관계도이다. 또한, 도면의 번잡화를 방지하기 위하여 일부를 제외하고 생략되어 있다.

도 1에 기초하여, 냉각 트랩을 구비하는 진공 처리 장치에 대하여 설명한다. 진공 처리 장치(1)는 진공 용기(3)에 접속된 진공 배기 장치(5)로서 냉각 트랩(10)과 터보 분자 펌프(TMP)(7)를 구비하고 있다. 진공 용기(3)의 내부에서는 소정의 진공 처리가 기판 등의 피처리재에 대하여 행해진다. 진공 용기(3) 내에서 행해지는 진공 처리는 특정한 처리에 한정되지 않지만, 예를 들어 스퍼터링이나 CVD에 의한 성막 처리, 또는 에칭 처리 등일 수 있다. 본 실시 형태의 냉각 트랩(10)은 진공 용기(3)와 TMP(7) 사이에 설치되어 있지만, 진공 용기(3)의 내부에 냉각 트랩을 설치해도 되고, 진공 용기(3)에 접속된 배관에 냉각 트랩(10)과 TMP(7)가 설치되어도 된다. 또한 본 발명에 따른 냉동기는, 기판 홀더 냉각용 냉동기로서도 적용 가능하다.

도 2에 기초하여 냉각 트랩에 대하여 설명한다. 냉각 트랩(10)은 냉동기(14)와, 냉동기(14)에 연결되는 트랩 용기(12)와, 냉동기(14)에 전열 부재(27)를 개재하여 트랩 용기(12) 내에 설치되어 진공 용기(3) 내로부터의 기체를 포획하는 냉각 패널(18)(트랩부)을 갖고 있다. 트랩 용기(12)는 진공 용기(3)와 TMP(7)에 접속된다. 전열 부재(27)는 냉동기(14)의 냉각 스테이지(23)에 일단부가 연결되고, 냉각 패널(18)에 타단부가 연결되는 외팔보 구조로 배치되어 있다.

트랩 용기(12)에는 진동 센서(41)가 설치되어 있다. 제어 유닛(43)은 냉동기(14)의 하우징에 설치되어 있다. 리니어 모터(32)의 진동수를 제어하는 주파수 조정 장치는 제어 유닛(43)과 진동 센서(41)를 구비하여 구성되어 있다. 동흡진기(45)와 주파수 조정 장치를 갖고 흡진 유닛이 구성되어 있다. 동흡진기(45), 주파수 조정 장치, 흡진 유닛에 대해서는 후술한다. 또한, 본 실시 형태에서는 진동 센서(41)는 플랜지(55)(설치부)를 개재하여 트랩 용기(12)에 설치되어 있지만, 냉동기(14)의 하우징(22)이나 진공 용기(3), 냉각 패널(18), 기판 홀더, 기판 반송용 아암 등, 진공 용기(3) 내의 진동하기 쉬운 부재에 설치해도 된다. 또한, 냉동기(14)가 설치될 수 있는 부재를 외부의 진공 장치로 한다. 이때, 진공 장치에는 설치부를 개재하여 접속된다. 여기서의 설치부는, 플랜지(55) 이외에도 진공 장치에 설치하기 위한 부재를 나타내는 것으로 한다.

트랩 용기(12)는 대기와 진공을 이격하는 알루미늄제의 용기이며, 내부에 전열 부재(27)와 냉각 패널(18)을 수용할 수 있다. 트랩 용기(12)의 내부에서는, 진공 용기(3)의 배기구와 TMP(7)의 흡기구와 냉동기(14)의 냉각부를 연통시킬 수 있다. 본 실시 형태에 있어서 트랩 용기(12)에 설치된 냉동기(14)는, 박판 원통형 냉각 패널(18)을 진공 중에서 수분 등의 기체 분자를 포획 가능한 극저온까지 냉각할 수 있는 능력을 가진 프리 피스톤형 스털링 냉동기이다. 냉각부란, 실린더(21) 선단부측이 냉각되는 부분과 냉각 스테이지(23)를 포함하는 범위를 말하는 것으로 한다. 실린더(21)의 타단부측이란, 실린더(21)의 냉각 스테이지(23)측의 부분을 말하는 것으로 한다.

본 실시 형태의 냉동기 구조에 대하여 도 3에 기초하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 프리 피스톤형 스털링 냉동기(이하, 냉동기(14)라고 함)를 사용하고 있다. 냉동기(14)는 실린더(21)(실린더부)가 형성된 하우징(22)과, 트랩 용기(12)에 접속하는 플랜지(55)(설치부)를 구비하고 있다. 실린더(21)의 선단부에는 냉각 스테이지(23)가 설치되어 있다.

냉동기(14)에는, 방열부(25)로부터 발하는 열을 냉동기 본체 외부로 배출하기 위한 배열(排熱) 기구로서, 환형 금속을 포함하는 방열체(56)를 더 구비하고 있다. 본 실시 형태의 방열체(56)는 금속 핀을 갖는 구조체이지만, 내부에 물 등의 냉매를 도입하고, 유동시킨 냉매를 통하여 배열하는 구조를 채용해도 된다.

하우징(22)은 원통형 부재의 일단부측에 가는 원통형 부재(실린더(21))가 설치된 형상이다. 하우징 내에는, 리니어 모터(32)로 실린더(21)의 길이 방향(축 방향)으로 왕복하도록 구동되는 구동 피스톤(31)(피스톤)과, 구동 피스톤(31)과 동일한 방향으로 왕복 운동 가능하게 설치된 프리 피스톤(35)(제2 피스톤), 프리 피스톤(35)의 움직임의 위상을 조정하는 위상 조정 스프링(36), 프리 피스톤(35)과 위상 조정 스프링(36)을 연결하는 연결 축(33)을 갖고 있다. 이 중, 프리 피스톤(35)은 실린더(21) 내부에 배치되어 있다.

구동 피스톤(31)과 프리 피스톤(35) 사이의 공간에는 작동 가스가 충전되어 있다. 작동 가스로서는, 예를 들어 헬륨 가스가 사용될 수 있지만, 다른 가스가 사용되어도 된다. 프리 피스톤(35)의 외주면은, 실린더(21)의 내부 부재와 약간의 간극을 갖고 이동 가능하고, 구동 피스톤(31)은 하우징(22)의 작동 가스가 충전되는 내부 부재와 약간의 간극을 갖고 구동할 수 있다. 그로 인하여, 구동 피스톤(31)과 프리 피스톤(35)의 움직임에 의하여, 작동 가스를 이동시킬 수 있다.

구동 피스톤(31)을 프리 피스톤(35)과 소정의 위상차를 갖고 구동시키고, 프리 피스톤(35)의 동작을 축 방향으로 연동시킴으로써, 작동 가스의 압력 변화에 의한 등온 압축 및 등온 팽창 및 작동 가스의 유동 시의 등용적 변화에 의한 흡열 및 배열을 포함하는 가역 싸이클이 행해지고, 이것에 의하여 흡열부(24)의 주변 부재가 냉각된다.

실린더(21) 내부의 선단부측에는 작동 가스가 팽창하는 흡열부(24)(팽창 공간), 프리 피스톤(35)과 구동 피스톤(31) 사이의 공간에는 작동 가스가 압축되는 방열부(25)(압축 공간)가 구획되고, 방열부(25)와 흡열부(24) 사이의 작동 가스의 유로에는 열교환기(37)가 설치되어 있다. 방열부(25)에서는, 프리 피스톤(35)과 구동 피스톤(31)에 의하여 압축된 작동 가스로부터 방열되기 때문에, 방열부(25)에 접하는 실린더(21)의 외측 하단부에는 방열부로서의 방열체(56)가 설치되어 있다. 흡열부(24)에서는 프리 피스톤(35)과 구동 피스톤(31)의 움직임에 의하여 팽창한 작동 가스로부터 흡열되기 때문에, 흡열부(24)에 접하는 위치에는 냉각 스테이지(23)가 설치되어 있다. 흡열부(24)와 방열부(25)는 프리 피스톤(35)으로 구획되어 있다.

구동 피스톤(31)과 프리 피스톤(35)은 그 움직임에 의하여, 작동 가스를 압출하거나 또는 끌어당겨 흡열부(24)와 방열부(25) 사이에서 왕복시키는 부재이다. 그 때문에, 구동 피스톤(31)과 프리 피스톤(35)은 그들이 이동하는 부분의 내면 형상에 맞는 단면 형상을 갖는 것이 바람직하다. 구동 피스톤(31)과 프리 피스톤(35)의 형상은, 원기둥 형상 외에도, 판형(밸브체)이어도 된다. 또한, 플랜지(55)는 흡열부(24)와 방열부(25) 사이의 위치에 설치되어 있다. 흡열부(24)를 진공측에, 방열부(25)를 대기측에 배치함으로써 방열이 용이해진다.

냉동기(14)를 운전하여 냉동기(14) 상부의 냉각 스테이지(23)가 냉각되면, 냉각 스테이지(23)로부터 전열 부재(27)로 냉열이 전달되어, 전열 부재(27)에 접속되어 있는 냉각 패널(18)이 냉각된다. 전열 부재(27)는 냉각 스테이지(23) 상에 직접 배치되는 구리제의 부재이며, 냉각 스테이지(23)의 냉열을 냉각 패널(18)에 전달한다.

진공 용기(3) 내로부터 날아드는 수분이나 터보 분자 펌프(7)측으로부터 되돌아오는 수분이, 냉각된 냉각 패널(18)의 표면에서 포획된다. 냉각 스테이지(23), 전열 부재(27), 냉각 패널(18)은 각각이 나사로 고정되어 있으며, 각 부품의 접촉면은 전열을 좋게 하기 위하여 접속면에 인듐 시트(도시하지 않음)를 개재하여 설치될 수 있다.

흡진 유닛에 대하여 설명한다. 흡진 유닛은, 동흡진기(45)(진동 저감 수단)와 주파수 조정 장치(구동 주파수 조정 수단)를 포함하여 구성되어 있다. 또한, 주파수 조정 장치는 적어도 제어 유닛(43)을 갖고 있다.

동흡진기(45)는 하우징(22)에 설치된 스프링(51)(탄성 부재)과, 스프링(51)에 설치된 진동체(52)로 구성되어 있다. 진동체(52)는 금속 부재 등으로 구성되어 있다. 스프링(51)은 코일 스프링이나 판 스프링으로 구성되어 있으며, 일단부가 하우징(22)측에, 타단부가 진동체(52)(추)에 연결되어 있다. 동흡진기(45)의 고유 진동수 f를 조정함으로써, 진동체(52)가 냉동기(14)의 진동을 상쇄하는 위상 각도로 진동한다. 동흡진기(45)에서 가장 잘 진동이 흡수되는 구동 피스톤(31)의 구동 주파수를 설정 주파수(미리 설정된 구동 주파수)라고 한다. 설정 주파수는, 냉동기(14)의 성능을 충분히 발휘할 수 있는 구동 주파수에 일치하도록 설정된다.

동흡진기(45)의 고유 진동수 f는, 스프링(51)의 스프링 상수와 진동체(52)의 무게로 결정된다. 본 실시 형태의 동흡진기(45)는 구동 피스톤(31)이 구동하는 동작 축과, 동흡진기(45)의 진동체(52)가 진동하는 동작 축이 동축으로 되도록 하우징(22)의 저부에 설치되어 있다. 이러한 배치로 함으로써 진동을 효율적으로 저감시킬 수 있다.

동흡진기(45)는 하우징(22)(냉동기(14))이 진공 용기 등에 접속되어 있지 않은 상태에서, 설정 주파수에서 구동 피스톤(31)을 구동하면, 냉동기(14)의 진동이 최소로 되도록 초기 설정되어 있다. 진공 용기에 고정하는 등, 냉동기(14)의 설치 환경이 변경되었을 경우, 동흡진기(45)가 진동을 효과적으로 억제할 수 있는 구동 주파수가 변화하는 경우가 있다. 즉, 냉동기(14)를 진공 장치에 설치한 상태에서, 냉동기(14)를 설정 주파수에서 구동하면, 동흡진기(45)에서는 충분히 진동을 저감시킬 수 없는 상태로 되는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 하우징(22)의 진동을 저감시키기 위하여 주파수 조정 장치에 의하여 구동 주파수를 조정한다. 즉, 하우징(22)(냉동기(14))이 진공 장치에 설치된 상태에서, 냉동기(14)의 구동 주파수를 동흡진기(45)가 가장 잘 진동을 저감시킬 수 있는 구동 주파수로 조정함으로써 냉동기(14)의 진동을 저감시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 진동 센서(41)는 트랩 용기(12)에, 제어 유닛(43)은 냉동기의 하우징(22)에 각각 설치되어 있다. 주파수 조정 장치는, 냉동기의 피스톤 구동 주파수(구동 주파수)의 조정 장치이며, 진동 센서(41)로부터의 측정값을 참조하면서, 진동이 최소로 되도록 구동 피스톤(31)의 구동 주파수를 조정하는 장치이다.

도 4에 기초하여 주파수 조정 장치의 시스템 구성에 대하여 설명한다. 냉동기(14)의 주파수 조정 장치는, 진동 센서(41)의 측정값에 기초하여 구동 피스톤(31)의 구동 주파수를 제어하는 제어 유닛(43)을 갖고 구성되어 있다. 제어 유닛(43)은 트랩 용기(12)의 진동을 검지하는 진동 센서(41)에 접속되어 있다. 또한, 제어 유닛(43)은 진동 센서(41)로부터의 신호를 필터링하는 밴드 패스 필터(49), 밴드 패스 필터(49)를 통하여 진동 센서(41)로부터 보내진 신호를 처리하는 연산기(47), 연산기(47)로부터의 제어 신호에 기초하여 리니어 모터(32)의 구동 주파수의 교류 전력을 제어하는 인버터(48)를 주요 구성 요소로서 갖고 있다. 연산기(47)란, 구동 주파수를 산출하기 위한 연산에 필요한 구성 요소(예를 들어, 연산 회로나 메모리 회로 등)를 포함하는 것으로 한다. 연산기(47)로부터 출력되는 제어 신호는, 인버터(48)로부터 출력되는 구동 주파수에 대응하는 값이다.

본 실시 형태의 진동 센서(41)를 연산기(47)가 설치되는 제어 기판 상에 실장하고, 제어 기판 자체를 냉동기(14)나 그 외의 진공 장치에 실장해도 된다. 본 실시 형태에서는, 냉동기(14)의 진동을 측정하는 진동 센서(41)로서 가속도 센서를 사용하고 있지만, 속도계, 변위계로도 대용 가능하다.

진동 센서(41)로부터 출력된 신호는, 중심 주파수 가변 밴드 패스 필터(이하, 밴드 패스 필터(49)라고 함)를 통하여 연산기(47)에 보내진다. 밴드 패스 필터(49)는 입력되는 제어 신호에 기초하여, 통과 주파수 밴드의 중심값을 조정할 수 있다. 밴드 패스 필터(49)에 입력하는 제어 신호로서, 구동 피스톤(31)을 구동하는 구동 주파수에 대응한 제어 신호(인버터의 제어 신호)를 분주하여 입력한다. 그 결과, 밴드 패스 필터의 통과 주파수 밴드의 중심 주파수는, 구동 피스톤(31)을 구동하는 구동 주파수로 자동으로 조정되어, 구동 주파수에 의하지 않는 일정한 필터 강도로 진동 센서(41)로부터의 진동 신호를 검출할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 탐색 중인 구동 주파수마다의 진동 신호값에 상관 관계를 갖게 할 수 있다. 밴드 패스 필터(49)는, 중심 주파수에 대한 고차의 필터를 사용한다. 이는, 냉동기(14)의 진동 이외의 진동 신호나 노이즈가 커트된 상태에서, 연산기(47)에 진동 신호를 입력하기 위함이다.

밴드 패스 필터(49)로서는, 스위치드 커패시터 필터(switched capacitor) 등을 사용할 수 있다. 또한, 밴드 패스 필터(49)는 소프트웨어 필터로도 대용 가능하며, 그때는 진동 센서(41)로부터의 신호를 연산기(47)에 직접 도입한다. 연산기(47)에서는, 진동 센서(41)로부터의 신호를 바탕으로 하여 진동을 최소로 하는 구동 주파수에 대응한 제어 신호를 산출하여, 인버터(48)에 출력한다. 인버터(48)는 연산기(47)로부터의 제어 신호에 따른 구동 주파수의 교류 전력을 냉동기(14)의 리니어 모터(32)에 공급하고, 그 구동 주파수에서 구동 피스톤(31)을 구동한다.

상술한 바와 같이 밴드 패스 필터(49)를 소프트웨어 필터로 대용했을 경우에도, 구동 주파수의 주변의 진동 신호를 추출하는 소프트웨어 구성으로 한다. 연산기(47)는 냉동기(14)의 능력을 떨어뜨리지 않는 범위에서, 구동 주파수를 변화시키면서 진동 센서(41)로부터의 신호값을 기록해 둔다. 기록한 진동 센서(41)로부터의 신호값 중에서 최소로 되는 구동 주파수(최적 구동 주파수)를 검색하여, 그 주파수에서 구동 피스톤(31)을 구동한다. 즉, 연산기(47) 내에서는, 인버터(48)를 제어하여, 냉동기(14)의 구동 주파수를 변화시키면서, 진동 센서(41)에서 측정되는 진동값이 최소로 되는 구동 주파수를 검색하는 조작이 행해진다.

냉동기를 진공 용기(3)나 트랩 용기(12) 등의 진공 장치에 설치한 것을 원인으로 하는 최적 구동 주파수의 변화는 작기 때문에, 설정 주파수 주위의 주파수를 검색하면 최적 구동 주파수를 특정할 수 있다. 스프링(51) 등의 구성 부재의 경년 변화 등을 원인으로 하는 최적 구동 주파수의 변화도, 냉동기(14)를 진공 장치에 설치했을 때의 최적 주파수 변화와 마찬가지로 작은 값이기 때문에 마찬가지로 취급할 수 있다.

상술한 바와 같은 것을 원인으로 하는 최적 구동 주파수의 변화는 작기 때문에, 구동 주파수를 수정하고, 변화한 후의 최적 구동 주파수에서 구동 피스톤(31)을 구동하더라도 냉동기의 성능에는 영향을 미치지 않는다. 또한, 다른 원인으로 최적 구동 주파수가 대폭 변화했을 경우에도, 검색하는 구동 주파수의 범위는 냉동기(14)의 성능을 저하시키지 않는 범위 내로 되어 있다. 그 때문에, 냉동기(14)의 성능이 저하될 만큼 구동 주파수가 변경되는 일은 없다. 즉, 본 발명의 실시 형태 주파수 조정 장치는, 동흡진기(45)의 설정 주파수가, 사후적인 원인으로 최적 구동 주파수로부터 어긋났을 경우에, 냉동기(14)의 성능을 저하시키지 않고, 또한 그 상태에서의 동흡진기(45)가 가장 잘 진동을 저감시킬 수 있는 구동 주파수(변화 후의 최적 구동 주파수)로 구동 피스톤(31)을 구동함으로써 냉동기(14)의 진동을 저감시키는 장치이다.

본 실시 형태에서는 냉각 트랩(10)을 진공 용기(3)에 설치한 것을 원인으로 하여, 동흡진기(45)가 진동을 가장 저감시킬 수 있는 구동 주파수(최적 구동 주파수)가 변화했을 경우에, 구동 피스톤(31)의 구동 주파수를 조정하는 것에 대하여 기재하였다. 그러나, 동흡진기(45)의 스프링 경년 변화 등을 원인으로 하여 구동 주파수가 변화했을 경우에도, 구동 피스톤(31)의 구동 주파수를 조정함으로써 냉동기(14) 또는 냉각 트랩(10)의 진동을 저감시킬 수 있다.

도 5에 기초하여 냉동기의 구동 주파수와 진동값의 관계에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 냉동기 구동 주파수 75.00㎐(설정 주파수)일 때 진동이 가장 작아지도록 초기 설정된 냉동기가, 진공 용기(3)에 설치된 영향으로, 구동 주파수 74.95±0.01㎐에서 냉동기의 진동이 최소로 되도록 변화했을 경우에 대하여 설명한다.

도 5에는, 74.7에서 75.3㎐까지 구동 주파수를 변화시켰을 때, 상술한 검색 방법에 의하여 측정한 가속도 센서의 신호(진동값)를 병기하였다. 상술한 검색 방법에 따라 냉동기의 진동이 최소로 되는 구동 주파수(최적 구동 주파수)를 검색하면 74.95±0.01㎐로 된다. 즉 냉동기는, 냉동기의 진동이 최소로 되는 74.95±0.01㎐에서 구동된다. 이 조작에 의하여, 냉동기의 구동 피스톤(31)의 구동 주파수는 75.00㎐에서 74.95±0.01㎐로 변경되게 되는데, 이 정도의 변경으로는 냉동기의 성능은 거의 저하되지 않는다.

본 발명에 따르면, 진동을 저감시킨 냉동기를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 진동을 저감시킨 냉동기를 사용한 냉각 트랩을 제공할 수 있다. 냉동기 또는 동흡진기와 구동 주파수의 조정 장치(주파수 조정 장치)를 포함하는 흡진 유닛을 구비함으로써 냉동기 또는 냉각 트랩의 진동을 한층 더 저감시킬 수 있다.

냉동기가 주파수 조정 장치를 구비하지 않는 구성이어도, 어느 정도 진동을 저감시킬 수 있는 냉동기 또는 냉각 트랩을 제공할 수는 있다. 그러나, 동흡진기는, 설정 주파수에서 스털링 냉동기를 운전하면 진동이 가장 작아지도록 초기 설정되어 있다. 그 때문에, 종래의 냉동기에서는, 동흡진기가 진동을 효과적으로 억제할 수 있는 구동 주파수가 변화했을 경우에는, 동흡진기의 진동체에 나사나 마그네트를 부가하거나, 또는 제거하여 그 질량을 물리적으로 조정하는 작업이 필요하였다. 또한, 종래의 냉동기를 진공 용기에 탑재했을 경우의 동흡진기의 고유 진동수의 어긋남이나 진공 용기 내의 부재와의 공진, 환경 온도나 동흡진기의 스프링 경년 열화 등으로 상술한 곤란한 조정 작업을 다시 행할 필요가 생기는 경우가 있었다.

본 발명의 실시 형태 냉동기(14)와 같이, 냉동기가 동흡진기와 주파수 조정 장치를 구비함으로써, 동흡진기가 진동을 가장 저감시킬 수 있는 구동 주파수(최적 구동 주파수)가 변화했을 경우에도, 냉동기는, 구동 주파수를 간편하고 확실하게 최적의 구동 주파수로 변경할 수 있다. 그로 인하여, 냉동기 또는 냉각 트랩은 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 이때 나사나 마그네트를 부가·제거하는, 동흡진기의 진동체의 질량을 조정하는 작업은 불필요하므로, 유지 보수 시간을 대폭 단축할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태 냉각 트랩의 진동 저감 방법을 사용함으로써 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 상기 실시 형태에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고, 다양한 변형 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위를 밝히기 위하여, 이하의 청구항을 첨부한다.

본원은, 2012년 5월 11일에 제출된 일본 특허 출원 제2012-109660호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 그 기재 내용의 전부를 여기에 원용한다.

1: 진공 처리 장치
3: 진공 용기
5: 진공 배기 장치
7: 터보 분자 펌프(TMP)
10: 냉각 트랩
12: 트랩 용기
14: 냉동기
18: 냉각 패널
21: 실린더
22: 하우징
23: 냉각 스테이지
24: 흡열부
25: 방열부
27: 전열 부재
31: 구동 피스톤
32: 리니어 모터
35: 프리 피스톤
36: 위상 조정 스프링
37: 열교환기
41: 진동 센서
43: 제어 유닛
45: 동흡진기
47: 연산기
48: 인버터
49: 밴드 패스 필터
51: 스프링
52: 진동체(추)
55: 플랜지
56: 방열체

Claims

하우징과,
작동 가스를 압축, 팽창시키기 위하여 상기 하우징 내에서 왕복 운동 가능한 피스톤과,
상기 피스톤이 구동되었을 때의 상기 하우징의 진동을 저감시키는 진동 저감 수단과,
상기 하우징이 진공 장치에 접속된 상태에서, 상기 피스톤이 구동되었을 때의 상기 하우징의 진동을 저감시키기 위하여 상기 피스톤의 구동 주파수를 조정하는 구동 주파수 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 냉동기.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 진동을 측정하는 측정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 냉동기.
제1항에 있어서,
상기 진동 저감 수단은, 일단부가 상기 하우징에 접속되고, 타단부가 추에 접속된 탄성 부재를 구비하여 구성되며,
상기 구동 주파수 조정 수단은, 상기 하우징의 진동이 최소로 되는 상기 피스톤의 구동 주파수를, 구동 주파수를 변화시키면서 검색하는 것을 특징으로 하는, 냉동기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피스톤과 소정의 위상차를 갖고 상기 하우징 내에서 왕복 운동하며, 상기 작동 가스가 압축되는 공간과 팽창되는 공간 사이에 배치되는 제2 피스톤을 구비하는 것을 특징으로 하는, 냉동기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징을, 상기 진공 장치에 접속하는 설치부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 냉동기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 냉동기를 사용하여, 기체 분자를 포획하는 냉각 패널을 냉각하는 것을 특징으로 하는, 냉각 트랩.