KR20200123100A

KR20200123100A - 크라이오펌프

Info

Publication number: KR20200123100A
Application number: KR1020207021960A
Authority: KR
Inventors: 타카히로 야쓰
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2020-10-28
Also published as: US20200378378A1; CN111712640A; TW201937061A; TWI697621B; JP2019143537A; WO2019163760A1

Abstract

크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프하우징(70)과, 크라이오펌프하우징(70)의 외측에 장착된 흡수층(80)을 구비한다. 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프하우징(70)과 흡수층(80)의 사이에 배치된 단열층(82)을 더 구비해도 된다. 크라이오펌프(10)는, 흡수층(80)을 외측에 갖고, 단열층(82)을 내측에 갖는 흡수단열시트(84)를 구비해도 된다.

Description

크라이오펌프

본 발명은, 크라이오펌프에 관한 것이다.

크라이오펌프는, 극저온으로 냉각된 크라이오패널에 기체분자를 응축 또는 흡착에 의하여 포착하여 배기하는 진공펌프이다. 크라이오펌프는 반도체회로제조프로세스 등에 요구되는 청정한 진공환경을 실현하기 위하여 일반적으로 이용된다. 크라이오펌프는 이른바 기체저장식의 진공펌프이기 때문에, 포착한 기체를 외부로 정기적으로 배출하는 재생을 필요로 한다.

특허문헌 1: 일본 특허공개공보 소60-71002호

크라이오펌프의 재생이 시작되면, 크라이오패널을 수용하는 크라이오펌프하우징은, 진공이 해제된다. 저장된 가스의 재기화나 퍼지가스의 도입에 의하여, 하우징 내에 가스가 충만한다. 재생당초는 크라이오패널이 아직 극저온으로 냉각되어 있다. 가스의 충만에 의하여 진공단열효과가 없어지기 때문에, 하우징이 크라이오패널에 의하여 가스를 통하여 냉각될 수 있다. 하우징은 주위환경에 노출되어 있기 때문에, 경우에 따라서는, 그 외표면에 결로가 발생할 수 있다. 결로한 물이 적하할 수 있다.

본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 크라이오펌프로의 결로를 억제하거나, 또는 결로한 물의 적하를 억제하는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프는, 크라이오펌프하우징과, 상기 크라이오펌프하우징의 외측에 장착된 흡수층을 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, 크라이오펌프로의 결로를 억제하거나, 또는 결로한 물의 적하를 억제할 수 있다.

도 1은 실시형태에 관한 크라이오펌프와 그 결로억제구조를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 크라이오펌프를 개략적으로 나타내는 A-A선 단면도이다.
도 3은 실시형태에 관한 결로억제구조의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 실시형태에 관한 결로억제구조의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 실시형태에 관한 결로억제구조의 다른 예를 나타내는 개략도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 설명 및 도면에 있어서 동일 또는 동등의 구성요소, 부재, 처리에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명은 적절히 생략한다. 도시되는 각부의 축척이나 형상은, 설명을 용이하게 하기 위하여 편의적으로 설정되어 있고, 특별히 언급이 없는 한 한정적으로 해석되는 것은 아니다. 실시형태는 예시이며, 본 발명의 범위를 결코 한정하는 것은 아니다. 실시형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 한정되지 않는다.

도 1은, 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)를 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 도 2는, 도 1에 나타내는 크라이오펌프(10)를 개략적으로 나타내는 A-A선 단면도이다. 도 1은, 일점쇄선으로 나타내는 크라이오펌프 중심축(C)을 포함하는 단면을 나타낸다. 단, 이해의 용이를 위하여, 도 1에 있어서 크라이오펌프(10)의 저온크라이오패널부와 냉동기는 단면이 아닌 측면을 나타내고 있다.

후술하는 바와 같이, 크라이오펌프(10)는, 결로억제구조를 갖는다.

크라이오펌프(10)는, 예를 들면 이온주입장치, 스퍼터링장치, 증착장치, 또는 그 외의 진공프로세스장치의 진공챔버에 장착되어, 진공챔버내부의 진공도를 원하는 진공프로세스에 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다. 크라이오펌프(10)는, 배기되어야 할 기체를 진공챔버로부터 수용하기 위한 흡기구(12)를 갖는다. 흡기구(12)를 통하여 기체가 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)에 진입한다.

크라이오펌프(10)는, 도시의 방향, 즉 흡기구(12)를 상방을 향한 자세로 진공챔버에 설치되어 사용되는 것이 의도되어 있어도 된다. 단, 크라이오펌프(10)의 자세는 그에 한정되지 않고, 크라이오펌프(10)는 다른 방향으로 진공챔버에 설치되어도 된다.

다만 이하에서는, 크라이오펌프(10)의 구성요소의 위치관계를 알기 쉽게 나타내기 위하여, "축방향", "직경방향"이라는 용어를 사용하는 경우가 있다. 축방향은 흡기구(12)를 통과하는 방향(도 1에 있어서, 흡기구(12)의 중심을 통과하는 크라이오펌프 중심축(C)을 따르는 방향)을 나타내고, 직경방향은 흡기구(12)를 따르는 방향(중심축(C)에 수직인 방향)을 나타낸다. 편의상, 축방향에 관하여 흡기구(12)에 상대적으로 가까운 것을 "상측", 상대적으로 먼 것을 "하측"이라고 부르는 경우가 있다. 즉, 크라이오펌프(10)의 바닥부로부터 상대적으로 먼 것을 "상측", 상대적으로 가까운 것을 "하측"이라고 부르는 경우가 있다. 직경방향에 관해서는, 흡기구(12)의 중심(도 1에 있어서 중심축(C))에 가까운 것을 "내측", 흡기구(12)의 둘레가장자리에 가까운 것을 "외측"이라고 부르는 경우가 있다. 다만, 이러한 표현은 크라이오펌프(10)가 진공챔버에 장착되었을 때의 배치와는 관계가 없다. 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 방향이며, 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.

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 장착되어 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.

제1 냉각스테이지(22)는, 냉동기(16)의 제1단 저온단에 설치되어 있다. 제1 냉각스테이지(22)는, 실온부(26)와 반대측에서 제1 실린더(23)의 단부를 외포(外包)하여, 작동기체의 제1 팽창공간을 둘러싸는 부재이다. 제1 팽창공간은, 제1 실린더(23)의 내부에 있어서 제1 실린더(23)와 제1 디스플레이서의 사이에 형성되고, 제1 디스플레이서의 왕복이동에 따라 용적이 변화하는 가변용적이다. 제1 냉각스테이지(22)는, 제1 실린더(23)보다 높은 열전도율을 갖는 금속재료로 형성되어 있다. 예를 들면, 제1 냉각스테이지(22)는 구리로 형성되고, 제1 실린더(23)는 스테인리스강으로 형성된다.

제2 냉각스테이지(24)는, 냉동기(16)의 제2단 저온단에 설치되어 있다. 제2 냉각스테이지(24)는, 실온부(26)와 반대측에서 제2 실린더(25)의 단부를 외포하여, 작동기체의 제2 팽창공간을 둘러싸는 부재이다. 제2 팽창공간은, 제2 실린더(25)의 내부에 있어서 제2 실린더(25)와 제2 디스플레이서의 사이에 형성되고, 제2 디스플레이서의 왕복이동에 따라 용적이 변화하는 가변용적이다. 제2 냉각스테이지(24)는, 제2 실린더(25)보다 높은 열전도율을 갖는 금속재료로 형성되어 있다. 제2 냉각스테이지(24)는 구리로 형성되고, 제2 실린더(25)는 스테인리스강으로 형성된다. 도 1에는, 제2 냉각스테이지(24)와 제2 실린더(25)의 경계(24b)가 나타나 있다.

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 회수되어 다시 가압된다. 냉동기(16)는, 작동기체의 급배(給排)와 이에 동기한 제1 디스플레이서 및 제2 디스플레이서의 왕복이동을 포함하는 열사이클을 반복함으로써 한랭을 발생시킨다.

도시되는 크라이오펌프(10)는, 이른바 가로형의 크라이오펌프이다. 가로형의 크라이오펌프란 일반적으로, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 중심축(C)에 교차하도록(통상은 직교하도록) 배치되어 있는 크라이오펌프이다. 냉동기(16)의 제1 냉각스테이지(22) 및 제2 냉각스테이지(24)는, 크라이오펌프 중심축(C)에 수직인 방향(도 1에 있어서 수평방향이며, 냉동기(16)의 중심축(D)의 방향)으로 배열되어 있다.

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 위하여 마련되어 있는 크라이오패널이다. 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 있고, 제1단 크라이오패널(18)은 제2단 크라이오패널어셈블리(20)와 접촉하고 있지 않다.

방사실드(30)는, 크라이오펌프하우징(70)의 복사열로부터 제2단 크라이오패널어셈블리(20)를 보호하기 위하여 마련되어 있다. 방사실드(30)는, 크라이오펌프하우징(70)과 제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 사이에 있고, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)를 둘러싼다. 방사실드(30)는, 크라이오펌프(10)의 외부로부터 내부공간(14)에 기체를 수용하기 위한 실드주개구(34)를 갖는다. 실드주개구(34)는, 흡기구(12)에 위치한다.

방사실드(30)는, 실드주개구(34)를 정하는 실드전단(36)과, 실드주개구(34)와 반대측에 위치하는 실드바닥부(38)와, 실드전단(36)을 실드바닥부(38)에 접속하는 실드측부(40)를 구비한다. 실드전단(36)은, 실드측부(40)의 일부를 이룬다. 실드측부(40)는, 축방향으로 실드전단(36)으로부터 실드주개구(34)와 반대측으로 뻗어 있고, 둘레방향으로 제2 냉각스테이지(24)를 포위하도록 뻗어 있다. 방사실드(30)는, 실드바닥부(38)가 폐색된 통형(예를 들면 원통)의 형상을 갖고, 컵상으로 형성되어 있다. 실드측부(40)와 제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 사이에는, 환상간극(42)이 형성되어 있다.

다만, 실드바닥부(38)는, 실드측부(40)와는 별개의 부재여도 된다. 예를 들면, 실드바닥부(38)는, 실드측부(40)와 대략 동일한 직경을 갖는 평탄한 원반이어도 되고, 실드주개구(34)와 반대측에서 실드측부(40)에 장착되어 있어도 된다. 또, 실드바닥부(38)는, 그 적어도 일부가 개방되어 있어도 된다. 예를 들면, 방사실드(30)는, 실드바닥부(38)에 의하여 폐색되어 있지 않아도 된다. 즉, 실드측부(40)는, 양단이 개방되어 있어도 된다.

실드측부(40)는, 냉동기구조부(21)가 삽입되는 실드측부 개구(44)를 갖는다. 실드측부 개구(44)를 통하여 방사실드(30)의 외측으로부터 제2 냉각스테이지(24) 및 제2 실린더(25)가 방사실드(30) 안에 삽입된다. 실드측부 개구(44)는, 실드측부(40)에 형성된 장착구멍이며, 예를 들면 원형이다. 제1 냉각스테이지(22)는 방사실드(30)의 외측에 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 외측에서 보아 약간 파여 있다. 장착시트(46)는, 실드측부 개구(44)의 외주를 형성한다. 장착시트(46)는, 축방향에 있어서는 실드전단(36)보다 실드바닥부(38)에 가깝다. 제1 냉각스테이지(22)가 장착시트(46)에 장착됨으로써, 방사실드(30)가 제1 냉각스테이지(22)에 열적으로 결합되어 있다.

입구크라이오패널(32)은, 크라이오펌프(10)의 외부의 열원으로부터의 복사열로부터 제2단 크라이오패널어셈블리(20)를 보호하기 위하여 실드주개구(34)에 마련되어 있다. 크라이오펌프(10)의 외부의 열원은, 예를 들면 크라이오펌프(10)가 장착되는 진공챔버 내의 열원이다. 입구크라이오패널(32)은, 복사열뿐만 아니라 기체분자의 진입도 제한할 수 있다. 입구크라이오패널(32)은, 실드주개구(34)를 통한 내부공간(14)으로의 기체유입을 원하는 양으로 제한하도록 실드주개구(34)의 개구면적의 일부를 점유한다. 입구크라이오패널(32)과 실드전단(36)의 사이에는, 환상의 개방영역(48)이 형성되어 있다.

입구크라이오패널(32)은, 적절한 장착부재에 의하여 실드전단(36)에 장착되고, 방사실드(30)에 열적으로 결합되어 있다. 입구크라이오패널(32)은, 방사실드(30)를 통하여 제1 냉각스테이지(22)에 열적으로 결합되어 있다. 입구크라이오패널(32)은, 예를 들면 복수의 환상 또는 직선상의 미늘판을 갖는다. 혹은, 입구크라이오패널(32)은, 1매의 판상부재여도 된다.

제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 제2 냉각스테이지(24)를 둘러싸도록 하여 제2 냉각스테이지(24)에 장착되어 있다. 따라서, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 제2 냉각스테이지(24)에 열적으로 결합되어 있고, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는 제2 냉각온도로 냉각된다. 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 제2 냉각스테이지(24)와 함께 실드측부(40)에 포위되어 있다.

제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 실드주개구(34)에 대면하는 톱크라이오패널(60)과, 복수(본 예에서는 2개)의 크라이오패널부재(62)와, 크라이오패널장착부재(64)를 구비한다.

또, 도 1에 나타나는 바와 같이, 크라이오펌프(10)는, 크라이오패널위치결정부재(67)를 구비한다. 제2단 크라이오패널어셈블리(20)를 제2 냉각스테이지(24)에 열적으로 결합하는 전열부는, 크라이오패널장착부재(64)와 크라이오패널위치결정부재(67)를 포함한다. 톱크라이오패널(60) 및 크라이오패널부재(62)는, 크라이오패널장착부재(64)와 크라이오패널위치결정부재(67)를 통하여 제2 냉각스테이지(24)에 장착되어 있다.

톱크라이오패널(60) 및 크라이오패널부재(62)와 실드측부(40)와의 사이에는 환상간극(42)이 형성되어 있기 때문에, 톱크라이오패널(60) 및 크라이오패널부재(62)는 양방 모두 방사실드(30)에 접촉하고 있지 않다. 크라이오패널부재(62)는, 톱크라이오패널(60)에 의하여 덮여 있다.

톱크라이오패널(60)은, 제2단 크라이오패널어셈블리(20) 중 입구크라이오패널(32)에 가장 근접하는 부분이다. 톱크라이오패널(60)은, 축방향에 있어서 실드주개구(34) 또는 입구크라이오패널(32)과 냉동기(16)의 사이에 배치되어 있다. 톱크라이오패널(60)은, 축방향에 있어서 크라이오펌프(10)의 내부공간(14)의 중심부에 위치한다. 그 때문에, 톱크라이오패널(60)의 전면과 입구크라이오패널(32)의 사이에 응축층의 주 수용공간(65)이 넓게 형성되어 있다. 응축층의 주 수용공간(65)은, 내부공간(14)의 상측 절반을 차지하고 있다.

톱크라이오패널(60)은, 축방향에 수직으로 배치된 대략 평판의 크라이오패널이다. 즉 톱크라이오패널(60)은, 직경방향 및 둘레방향으로 뻗어 있다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 톱크라이오패널(60)은, 입구크라이오패널(32)보다 큰 치수(예를 들면 투영면적)를 갖는 원판상패널이다. 단, 톱크라이오패널(60)과 입구크라이오패널(32)의 치수의 관계는 이에 한정되지 않고, 톱크라이오패널(60)의 쪽이 작아도 되며, 양자가 대략 동일한 치수를 가져도 된다.

톱크라이오패널(60)은, 냉동기구조부(21)와의 사이에 간극영역(66)을 형성하도록 배치되어 있다. 간극영역(66)은, 톱크라이오패널(60)의 이면과 제2 실린더(25)의 사이에서 축방향으로 형성된 비어있는 곳이다.

크라이오패널부재(62)에는 활성탄 등의 흡착재(74)가 마련되어 있다. 흡착재(74)는 예를 들면 크라이오패널부재(62)의 이면에 접착되어 있다. 크라이오패널부재(62)의 전면은 응축면, 이면은 흡착면으로서 기능하는 것이 의도되어 있다. 크라이오패널부재(62)의 전면에 흡착재(74)가 마련되어 있어도 된다. 동일하게, 톱크라이오패널(60)은, 그 전면 및/또는 이면에 흡착재(74)를 가져도 된다. 혹은, 톱크라이오패널(60)은, 흡착재(74)를 구비하지 않아도 된다.

2개의 크라이오패널부재(62)는, 크라이오펌프 중심축(C)을 사이에 두고 제2 냉각스테이지(24)의 양측에 배치되어 있다. 크라이오패널부재(62)는, 크라이오펌프 중심축(C)에 수직인 평면을 따라 배치되어 있다. 이해의 용이를 위하여, 도 2에 있어서 크라이오패널부재(62) 및 크라이오패널장착부재(64)를 파선으로 나타낸다.

2개의 크라이오패널부재(62)는, 크라이오펌프 중심축(C)의 방향에 있어서의 제2 냉각스테이지(24)의 상단과 하단의 사이의 높이위치에 배치되어 있다. 2개의 크라이오패널부재(62)는, 동일한 높이에 배치되어 있다. 제2 냉각스테이지(24)는, 크라이오펌프 중심축(C)에 수직인 방향(냉동기(16)의 중심축(D)의 방향)에 있어서의 말단에 플랜지부(24a)를 구비한다. 크라이오펌프 중심축(C)의 방향에 있어서의 제2 냉각스테이지(24)의 상단 및 하단은 플랜지부(24a)에 의하여 정해진다. 즉, 2개의 크라이오패널부재(62)는, 크라이오펌프 중심축(C)의 방향에 있어서의 제2 냉각스테이지(24)의 플랜지부(24a)의 상단과 하단의 사이의 높이위치에 배치되어 있다.

2개의 크라이오패널부재(62)는, 동일한 부품으로서 설계되어 있다. 2개의 크라이오패널부재(62)는, 동일한 형상을 갖고, 동일한 재료로 형성되어 있다. 크라이오패널부재(62)는, 호형상, 반달(半月)상, 또는 반원상의 형상을 갖는다. 크라이오패널부재(62)는, 예를 들면 구리 등의 고열전도율의 금속재료로 형성되고, 예를 들면 니켈 등의 도금층으로 피복되어 있어도 된다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 크라이오패널부재(62)는, 원호부(78) 및 현(弦)(79)을 갖는다. 크라이오펌프 중심축(C)의 방향에서 보았을 때, 2개의 크라이오패널부재(62)는, 양자의 중간선(냉동기(16)의 중심축(D))을 대칭축으로 하여 서로 대칭으로 배치되어 있다. 2개의 크라이오패널부재(62)의 원호부(78)는, 크라이오펌프 중심축(C)을 중심으로 하는 동일한 원주 상에 있다. 또, 각 크라이오패널부재(62)는, 현(79)의 중점(또는 크라이오펌프 중심축(C))을 지나고 현(79)에 수직인 선(E)을 대칭축으로 하여 선대칭의 형상을 갖는다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 크라이오패널위치결정부재(67)는, 제2 냉각스테이지(24)의 플랜지부(24a)에 고정되어, 제2 냉각스테이지(24)에 지지되어 있다. 크라이오패널위치결정부재(67)는, 상하 반전된 역L자상으로 형성되어 있다. 크라이오패널위치결정부재(67)를 이용함으로써, 중심축(D)의 방향에 있어서의 냉동기(16)의 길이에 대한 제약이 완화된다. 제2 냉각스테이지(24)의 플랜지부(24a)가 크라이오펌프 중심축(C)으로부터 냉동기(16)의 중심축(D)의 방향으로 어긋난 위치에 있었다고 해도, 크라이오패널위치결정부재(67)의 윗변부(67a)의 길이를 조정함으로써, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)를 크라이오펌프 중심축(C) 상에 위치결정할 수 있다. 그 결과, 크라이오펌프(10)에 전용으로 설계된 냉동기 대신, 기존의 냉동기를 채용할 수 있다. 이것은, 크라이오펌프(10)의 제조비용의 저감에 도움될 수 있다.

다만, 크라이오펌프 중심축(C)에 대한 제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 위치맞춤을 위하여, 크라이오패널위치결정부재(67)의 윗변부(67a)는, 도 1에 나타나는 것과는 반대로, 제2 냉각스테이지(24)의 플랜지부(24a)로부터 냉동기(16)의 중심축(D)의 방향으로 제2 실린더(25)로부터 멀어지도록 뻗어 있어도 된다. 대구경의 흡기구(12)를 갖는 크라이오펌프(10)에 대해서는, 그와 같은 형상을 갖는 크라이오패널위치결정부재(67)가 적합할 수 있다.

크라이오펌프(10)는, 실드주개구(34)로부터 유입되는 기체의 흐름을 냉동기구조부(21)로부터 편향시키도록 구성되어 있는 기체흐름조정부재(50)를 구비한다. 기체흐름조정부재(50)는, 입구크라이오패널(32) 또는 개방영역(48)을 통하여 주 수용공간(65)에 유입되는 기체류를 제2 실린더(25)로부터 편향시키도록 구성되어 있다. 기체흐름조정부재(50)는, 냉동기구조부(21) 또는 제2 실린더(25)의 상방에서 그에 인접하여 배치된 기체흐름편향부재 또는 기체흐름반사부재여도 된다. 기체흐름조정부재(50)는, 둘레방향에 있어서 실드측부 개구(44)와 동일한 위치에 국소적으로 마련되어 있다. 기체흐름조정부재(50)는, 상측에서 보아 직사각형상이다. 기체흐름조정부재(50)는, 예를 들면 1매의 평탄플레이트이지만, 만곡하고 있어도 된다.

기체흐름조정부재(50)는, 실드측부(40)로부터 연장되어, 간극영역(66)에 삽입되어 있다. 단, 기체흐름조정부재(50)는, 톱크라이오패널(60), 제2 실린더(25), 및 그 외 간극영역(66)을 둘러싸는 제2 냉각온도의 부위에는 접촉하고 있지 않다. 기체흐름조정부재(50)는, 방사실드(30)를 통하여 제1 냉각스테이지(22)에 열적으로 결합되어 있다. 따라서, 기체흐름조정부재(50)는, 제1 냉각온도로 냉각된다.

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 직경방향외측을 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.

크라이오펌프하우징(70)은, 방사실드(30)와 비접촉으로 방사실드(30)를 둘러싸는 크라이오패널수용부(76)와, 냉동기(16)의 제1 실린더(23)를 둘러싸는 냉동기수용부(77)를 구비한다. 크라이오패널수용부(76)와 냉동기수용부(77)는 일체적으로 형성되어 있다.

크라이오패널수용부(76)는, 일단에 흡기구플랜지(72)가 형성되고, 타단이 하우징바닥면(70a)으로서 폐색된 원통상 또는 돔상의 형상을 갖는다. 흡기구플랜지(72)를 하우징바닥면(70a)에 접속하는 크라이오패널수용부(76)의 측벽에는, 흡기구(12)와는 별도로, 냉동기(16)를 삽통(揷通)하는 개구가 형성되어 있다. 냉동기수용부(77)는 이 개구로부터 냉동기(16)의 실온부(26)로 뻗는 원통상의 형상을 갖는다. 냉동기수용부(77)는, 크라이오패널수용부(76)를 냉동기(16)의 실온부(26)에 접속한다.

크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프하우징(70)의 외측에 장착된 흡수층(80)과, 크라이오펌프하우징(70)과 흡수층(80)의 사이에 배치된 단열층(82)을 구비한다. 크라이오펌프(10)의 결로억제구조가 흡수층(80)과 단열층(82)에 의하여 형성되어 있다. 결로억제구조는, 흡수층(80)을 외측에 갖고, 단열층(82)을 내측에 갖는 흡수단열시트(84)를 구비한다. 흡수단열시트(84)는, 단열층(82)의 외측에 흡수층(80)을 맞붙인 시트로서 구성되어 있다.

흡수단열시트(84)는, 크라이오펌프하우징(70)의 외면의 적어도 일부, 예를 들면 전체면을 덮는다. 흡수단열시트(84)는, 크라이오패널수용부(76)와 냉동기수용부(77)의 양방에 장착되어, 그들의 대략 전체면을 덮고 있다. 흡수단열시트(84)는, 크라이오패널수용부(76)의 측면으로 권취되어, 당해 측면을 덮고 있다. 또 흡수단열시트(84)는, 하우징바닥면(76a)에도 장착되어 있다. 흡수단열시트(84)는, 냉동기수용부(77)에도 권취되어 있다. 흡수단열시트(84)는, 적절한 접착방법을 이용하여 크라이오펌프하우징(70)에 장착되어 있다.

단, 흡기구플랜지(72)는, 흡수단열시트(84)에 덮여 있지 않다. 대부분의 경우, 흡기구플랜지(72)는 노출되어 있어도 결로가 발생하지 않기 때문에, 흡수층(80) 및/또는 단열층(82)을 흡기구플랜지(72)에 장착할 필요가 없다. 다만, 필요해지는 경우에는, 흡수층(80) 및/또는 단열층(82)이 흡기구플랜지(72)에 장착되어도 된다.

흡수층(80)은, 크라이오펌프하우징(70)의 외면을 형성하는 구조재료(예를 들면, SUS304 등의 스테인리스강)에 비하여, 및/또는 단열층(82)을 형성하는 단열재료에 비하여, 흡수성이 우수한 재료로 형성되어 있다. 흡수층(80)은, 예를 들면 흡수성수지, 흡수성다공질재료 등의 화학적 및/또는 물리적으로 수분을 흡착하는 흡수재료, 또는 이러한 흡수재료를 함유하는 재료로 형성되어 있다. 흡수층(80)은, 흡수성수지, 흡수폴리머, 흡수시트 등의 일반명칭으로 시판되고 있는 상품을 적절히 채용할 수 있다. 혹은, 흡수층(80)은 펠트, 스펀지 등의 적어도 일시적으로 수분을 유지하는 재료로 형성되어 있어도 된다.

단열층(82)은, 크라이오펌프하우징(70)의 외면을 형성하는 구조재료에 비하여 열전도율이 작은 재료로 형성되어 있다. 단열층(82)은, 예를 들면 발포계 단열재 및/또는 섬유계 단열재 등 다양한 공지의 단열재료로 형성되어 있어도 된다.

단열층(82)의 두께(86)는, 흡수층(80)의 온도가 크라이오펌프(10)의 재생 중에 0℃보다 높은 온도로 유지되도록 정해져 있다. 단열층(82)의 두께(86)는, 흡수층(80)의 온도가 5℃보다 높고, 또는 10℃보다 높은 온도로 유지되도록 정해져도 된다. 바꾸어 말하면, 단열층(82)의 두께(86)는, 크라이오펌프(10)의 재생 중에 단열층(82)의 외표면의 온도가 물의 응고점을 하회하지 않도록 정해져 있다.

상기의 구성의 크라이오펌프(10)의 동작을 이하에 설명한다. 크라이오펌프(10)의 작동 시에는, 먼저 그 작동 전에 다른 적합한 러핑펌프로 진공챔버내부를 1Pa 정도까지 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 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮은(예를 들면 10^-8Pa 이하인) 기체가 응축한다. 이 기체는, 제1종 기체(타입1 가스라고도 말함)라고 칭해져도 된다. 제1종 기체는 예를 들면 수증기이다. 이렇게 하여, 입구크라이오패널(32)은, 제1종 기체를 배기할 수 있다. 제1 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮지 않은 기체의 일부는, 입구크라이오패널(32) 또는 개방영역(48)을 통과하여, 주 수용공간(65)으로 진입한다. 혹은, 기체의 다른 일부는, 입구크라이오패널(32)로 반사되어, 주 수용공간(65)으로 진입하지 않는다.

주 수용공간(65)에 진입한 기체는, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)에 의하여 냉각된다. 제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 표면에는, 제2 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮은(예를 들면 10^-8Pa 이하인) 기체가 응축한다. 이 기체는, 제2종 기체(타입2 가스라고도 말함)라고 칭해져도 된다. 제2종 기체는 예를 들면 질소, 아르곤이다. 이렇게 하여, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 제2종 기체를 배기할 수 있다. 주 수용공간(65)에 직접 면하고 있기 때문에, 톱크라이오패널(60)의 전면에는, 제2종 기체의 응축층이 크게 성장할 수 있다. 다만 제2종 기체는, 제1 냉각온도에서는 응축하지 않고 기체이다.

제2 냉각온도에서 증기압이 충분히 낮지 않은 기체는, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)의 흡착재(74)에 흡착된다. 이 기체는, 제3종 기체(타입3 가스라고도 말함)라고 칭해져도 된다. 제3종 기체는 예를 들면 수소이다. 이렇게 하여, 제2단 크라이오패널어셈블리(20)는, 제3종 기체를 배기할 수 있다. 따라서, 크라이오펌프(10)는, 다양한 기체를 응축 또는 흡착에 의하여 배기하고, 진공챔버의 진공도를 원하는 레벨에 도달시킬 수 있다.

배기운전이 계속됨으로써 크라이오펌프(10)에는 기체가 축적되어 간다. 축적한 기체를 외부로 배출하기 위하여, 크라이오펌프(10)의 재생이 행해진다. 재생이 완료되면, 다시 배기운전을 시작할 수 있다.

크라이오펌프(10)의 승온을 촉진하여 재생시간을 단축하기 위하여 일반적으로, 재생개시와 함께 크라이오펌프하우징(70) 내에 퍼지가스가 도입된다. 퍼지가스나 저장된 가스의 재기화에 의하여 크라이오펌프하우징(70) 내에는 가스가 충만하고, 그 때문에, 배기운전 중과는 달리 진공단열효과가 소실된다. 가스를 통하여 크라이오패널과 크라이오펌프하우징(70)의 열교환이 촉진된다. 재생개시 직후는 크라이오패널이 아직 극저온으로 냉각되어 있기 때문에, 크라이오펌프하우징(70)이 냉각될 수 있다.

또, 크라이오펌프(10)는 주 수용공간(65)이 넓기 때문에, 다량의 제2종 가스를 저장할 수 있다. 재생의 비교적 초기단계에서 제2종 가스는 액체로 녹는다. 상술한 바와 같이 제2종 가스는 질소나 아르곤 등이기 때문에, 이 액화가스는 매우 차갑다. 액화가스는, 방사실드(30) 또는 크라이오펌프하우징(70)의 바닥부로 흘러 내려가, 크라이오펌프하우징(70)의 내면에 접촉할 수 있다. 그렇게 하면, 크라이오펌프하우징(70)은 현저하게 냉각된다. 그 때문에, 크라이오펌프하우징(70)의 외면에는 주위의 공기 중의 수분이 결로하거나, 또는 서리가 부착될 수 있다. 재생하는 동안, 크라이오펌프(10)는 실온을 향하여 서서히 승온되기 때문에, 서리는 곧 녹는다. 만약 다량의 서리가 부착되어 있었다고 하면, 이것이 녹아 다량의 물이 되고, 적하할 수 있다. 크라이오펌프(10) 주위의 다른 장치나 물품, 또는 마루면을 적시게 될지도 모른다.

실시형태에 관한 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프하우징(70)의 외측에 장착된 흡수층(80)을 구비한다. 크라이오펌프하우징(70)의 외면에 부착되려고 하는 수분은, 흡수층(80)에 흡수된다. 따라서, 크라이오펌프(10)로의 결로를 억제할 수 있다. 결로가 억제되기 때문에, 크라이오펌프(10)의 주위나 마루면으로의 물의 적하도 억제된다.

또, 단열층(82)이 크라이오펌프하우징(70)과 흡수층(80)의 사이에 배치되어 있다. 크라이오펌프하우징(70)의 온도저하에 비하여, 단열층(82)의 외면의 온도저하는 작다. 단열층(82)이 없고 흡수층(80)이 크라이오펌프하우징(70)에 직접 장착되어 있는 경우에 비하여, 외기온과 흡수층(80)의 온도차를 작게 할 수 있다. 따라서, 크라이오펌프(10)로의 결로를 억제할 수 있다.

단열층(82)의 외면온도가 실온을 하회하면 결로가 발생할 수 있다. 흡수층(80)을 마련하지 않고 단열층(82)에 의해서만 결로를 방지하기 위해서는, 단열층(82)의 두께(86)를 충분히 두껍게 해야 한다. 이 경우, 필요한 단열층(82)의 두께(86)가, 현실에 크라이오펌프하우징(70)에 장착하기에는 곤란할 만큼 커질지도 모른다.

그러나, 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)는 흡수층(80)을 갖기 때문에, 단열층(82)의 외면에 결로할 수 있는 수분을 흡수할 수 있다. 단열층(82)의 외면은 실온으로부터 어느 정도 냉각되어도 되게 되어, 단열층(82)을 얇게 할 수 있다. 흡수층(80) 자체는 그만큼의 두께를 필요로 하지 않는다고 예상된다. 따라서, 흡수층(80)과 단열층(82)을 조합함으로써, 전체적으로 두께가 작은 결로억제구조를 실현할 수 있어, 크라이오펌프(10)로의 실장이 보다 용이해진다.

어느 전형적인 종래의 크라이오펌프는, 결로억제를 위하여, 밴드히터 등의 전기히터가 하우징에 권취되어 있다. 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)는 이러한 전기히터를 필요로 하지 않는다는 이점도 있다(따라서, 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프하우징(70)을 가열하는 전기히터를 갖지 않는다).

또, 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)는, 드레인팬이라고도 불리는 물수용트레이도 불필요해진다.

크라이오펌프(10)는, 흡수층(80)을 외측에 갖고, 단열층(82)을 내측에 갖는 흡수단열시트(84)를 구비한다. 흡수층(80)과 단열층(82)이 개별의 층인 경우에는, 먼저 크라이오펌프하우징(70)에 단열층(82)을 장착하고, 단열층(82)에 흡수층(80)을 장착한다는 바와 같이 2단계의 작업이 필요해진다. 흡수단열시트(84)의 경우, 흡수층(80)과 단열층(82)을 함께 크라이오펌프하우징(70)에 장착할 수 있기 때문에, 제조가 용이해진다.

만일 흡수층(80)의 외면온도가 0℃를 하회하는 경우, 결로하는 수분이 흡수층(80)의 외면 상에 빙결할 수 있다. 흡수층(80) 상에 얼음층이 흡수층(80)으로부터 분리되어 부착된다. 크라이오펌프(10)의 승온에 의하여 얼음층이 녹을 때, 물이 적하할지도 모른다. 그런데, 실시형태에 의하면 단열층(82)의 두께(86)는, 흡수층(80)의 온도가 크라이오펌프(10)의 재생 중에 0℃보다 높은 온도로 유지되도록 정해져 있다. 따라서, 흡수층(80) 상으로의 얼음층형성은 억제되고, 물의 적하도 억제된다.

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

상술한 실시형태에서는, 흡수단열시트(84)가 크라이오패널수용부(76)와 냉동기수용부(77)의 양방에 장착되어 있지만, 이것은 필수는 아니다. 흡수층(80), 단열층(82), 및/또는 흡수단열시트(84)는, 크라이오패널수용부(76)와 냉동기수용부(77) 중 어느 일방에만 장착되어 있어도 된다.

흡수층(80), 단열층(82), 및/또는 흡수단열시트(84)는, 크라이오펌프하우징(70)의 외면의 일부만을 덮도록 크라이오펌프하우징(70)에 장착되어도 된다. 예를 들면, 흡수단열시트(84)는, 크라이오패널수용부(76)의 하부에만 장착되어도 된다. 이와 같이 하면, 크라이오패널수용부(76)의 상부로부터 흘러내려가는 결로를 흡수단열시트(84)로 흡수하여, 결로의 적하를 억제할 수 있다. 또, 냉동기수용부(77)에는 밸브나 센서 등 통상부로부터 외측으로 돌출한 구성요소가 구비되어 있는 경우가 있다. 이러한 구성요소는, 흡수단열시트(84)로 덮여 있지 않아도 된다.

흡수층(80)은, 크라이오펌프하우징(70)과 단열층(82)의 사이에 배치되어도 된다. 즉, 흡수층(80)은, 단열층(82)의 내측에 배치되어도 된다. 예를 들면, 도 3에 나타나는 바와 같이, 크라이오펌프하우징(70)은, 모서리부(角部) 또는 만곡부를 가질 수 있다. 양호한 단열성을 제공하기 위하여, 단열층(82)의 두께(86)는 비교적 크다. 그 때문에, 단열층(82)이 모서리부 또는 만곡부에 밀착하기 어렵고, 완전하게 덮기 어려운 경우도 상정된다. 그러한 경우에는, 도시되는 바와 같이, 크라이오펌프하우징(70)의 모서리부 또는 만곡부가 흡수층(80)으로 덮이도록 해도 된다.

또, 도 4에 나타나는 바와 같이, 단열층(82)이 크라이오펌프하우징(70)의 모서리부 또는 만곡부를 완전하게 덮기 어려운 경우에, 흡수층(80)은, 단열층(82)을 외측으로부터 덮고 있어도 된다. 이 경우, 크라이오펌프하우징(70)의 모서리부 또는 만곡부에는, 단열층(82)이 마련되어 있지 않기 때문에, 모서리부 또는 만곡부와 흡수층(80)의 사이에는 간극(87)이 형성되어 있어도 된다.

도 5에 나타나는 바와 같이, 크라이오펌프(10)는, 드레인팬(88)을 구비해도 된다. 드레인팬(88)은, 크라이오펌프하우징(70)의 하방에 배치된 물수용트레이로서 마련되고, 마루면(94)으로의 결로수의 적하를 방해하도록, 및/또는 적하하는 결로수를 받아 담도록 구성되어 있다. 드레인팬(88)은, 크라이오펌프하우징(70)의 크라이오패널수용부(76)에 장착되어 있다. 드레인팬(88)은, 크라이오패널수용부(76)에 캐스터(90)와 체결되어 있어도 된다. 단열스페이서(92)가 드레인팬(88)과 크라이오패널수용부(76)의 사이에 삽입되어 있어도 된다. 다만, 드레인팬(88)은, 흡기구플랜지(72)로부터 현가(懸架)되는 등, 다른 방법으로 크라이오펌프하우징(70)에 장착되어 있어도 된다.

흡수층(80), 단열층(82), 및/또는 흡수단열시트(84)는, 냉동기수용부(77)에 장착되어 있다. 흡수층(80), 단열층(82), 및/또는 흡수단열시트(84)는, 크라이오패널수용부(76)에 장착되어도 된다. 이렇게 하여, 실시형태에 관한 결로억제구조에 드레인팬(88)이 병용되어도 된다.

상기의 설명에 있어서는 가로형의 크라이오펌프를 예시했지만, 본 발명은, 세로형 그 외의 크라이오펌프에도 적용 가능하다. 다만, 세로형의 크라이오펌프란, 냉동기(16)가 크라이오펌프(10)의 크라이오펌프 중심축(C)을 따라 배치되어 있는 크라이오펌프를 말한다. 그 경우, 냉동기수용부(77)는, 크라이오패널수용부(76)의 측면이 아니라, 하우징바닥면(76a)에 설치되게 된다. 또, 크라이오패널의 배치나 형상, 수 등 크라이오펌프의 내부구성은, 상술한 특정의 실시형태에는 한정되지 않는다. 다양한 공지의 구성을 적절히 채용할 수 있다.

10 크라이오펌프
70 크라이오펌프하우징
80 흡수층
82 단열층
84 흡수단열시트
산업상 이용가능성
본 발명은, 크라이오펌프의 분야에 있어서의 이용이 가능하다.

Claims

크라이오펌프하우징과,
상기 크라이오펌프하우징의 외측에 장착된 흡수층을 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제1항에 있어서,
상기 크라이오펌프하우징과 상기 흡수층의 사이에 배치된 단열층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제2항에 있어서,
상기 흡수층을 외측에 갖고, 상기 단열층을 내측에 갖는 흡수단열시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 단열층의 두께는, 상기 흡수층의 온도가 상기 크라이오펌프의 재생 중에 0℃보다 높은 온도로 유지되도록 정해져 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.