KR20230154172A - 크라이오펌프 - Google Patents

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KR20230154172A
KR20230154172A KR1020237026277A KR20237026277A KR20230154172A KR 20230154172 A KR20230154172 A KR 20230154172A KR 1020237026277 A KR1020237026277 A KR 1020237026277A KR 20237026277 A KR20237026277 A KR 20237026277A KR 20230154172 A KR20230154172 A KR 20230154172A
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KR
South Korea
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cryopump
cryopanel
cooling stage
cryopanels
purge gas
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KR1020237026277A
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Inventor
슈헤이 고탄다
타카히로 나카니시
Original Assignee
스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프흡기구(17)를 정하는 용기몸통(16a)과, 용기몸통(16a)의 측부에 접속되는 냉동기수용통(16b)을 갖는 크라이오펌프용기(16)와, 냉동기수용통(16b)에 고정되고, 제1 냉각스테이지(30)와, 제1 냉각스테이지(30)보다 저온으로 냉각되는 제2 냉각스테이지(34)를 갖는 냉동기(14)와, 제2 냉각스테이지(34)와 열적으로 결합되며, 각각이 비응축성 기체를 흡착 가능하고, 크라이오펌프흡기구(17)로부터 용기몸통(16a)의 바닥부를 향하는 방향으로 배열되거나 또는 크라이오펌프흡기구(17)에서 보아 방사상으로 배치되는 복수의 크라이오패널(38)과, 제2 냉각스테이지(34)로부터 떨어진 크라이오패널(38)의 원위부에 퍼지가스를 분사하도록, 냉동기수용통(16b)보다 하방에서 용기몸통(16a)에 설치되는 퍼지가스도입부(20)를 구비한다.

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 공개특허공보 2011-137423호
본 발명의 일 양태의 예시적인 목적 중 하나는, 크라이오펌프의 재생시간을 단축하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 크라이오펌프는, 크라이오펌프흡기구를 결정함과 함께 크라이오펌프흡기구로부터 축방향으로 통상으로 뻗어 있는 용기몸통(胴體)과, 용기몸통의 측부에 접속되는 냉동기수용통을 갖는 크라이오펌프용기와, 냉동기수용통에 고정되고, 크라이오펌프용기 내에서 축방향에 수직인 방향으로 뻗어 있는 냉동기로서, 제1 냉각스테이지와, 제1 냉각스테이지보다 저온으로 냉각되는 제2 냉각스테이지를 갖는 냉동기와, 제2 냉각스테이지와 열적으로 결합되며, 각각이 비응축성 기체를 흡착 가능한 복수의 크라이오패널로서, 크라이오펌프흡기구와 용기몸통의 바닥부의 사이에서 축방향으로 배열되거나, 또는, 크라이오펌프흡기구에서 보아 방사상으로 배치되는 복수의 크라이오패널과, 제2 냉각스테이지로부터 떨어진 크라이오패널의 원위부(遠位部)에 퍼지가스를 분사하도록, 냉동기수용통보다 하방에서 용기몸통에 설치되는 퍼지가스도입부를 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 재생시간을 단축할 수 있다.
도 1은 실시형태에 관한 크라이오펌프를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 2는 비교예에 관한 크라이오펌프를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 3은 변형예 1에 관한 크라이오펌프를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 4의 (a) 및 도 4의 (b)는, 변형예 2에 관한 크라이오펌프를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 5의 (a) 내지 도 5의 (c)는, 실시형태에 관한 크라이오펌프에 적용 가능한 퍼지가스확산부재의 예를 모식적으로 나타내는 도이다.
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 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 모식적으로 나타내는 도이다. 크라이오펌프(10)는, 예를 들면 이온주입장치, 스퍼터링장치, 증착장치, 또는 그 외의 진공프로세스장치의 진공챔버에 장착되어, 진공챔버 내부의 진공도를 원하는 진공프로세스에 요구되는 레벨까지 높이기 위하여 사용된다. 예를 들면 10-5Pa 내지 10-8Pa 정도의 높은 진공도가 진공챔버에 실현된다.
크라이오펌프(10)는, 압축기(12)와, 냉동기(14)와, 크라이오펌프흡기구(17)를 갖는 크라이오펌프용기(16)를 구비한다. 또, 크라이오펌프(10)는, 러프밸브(18)와, 퍼지밸브(20a)와, 벤트밸브(22)를 구비하고, 이들은 크라이오펌프용기(16)에 설치되어 있다. 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프용기(16)에 수용된 방사실드(36)와 복수의 크라이오패널(38)을 구비한다. 퍼지밸브(20a)는, 방사실드(36)에 마련된 개구부(20b)와 함께, 퍼지가스도입부(20)를 구성한다.
압축기(12)는, 냉매가스를 냉동기(14)로부터 회수하고, 회수한 냉매가스를 승압하여, 다시 냉매가스를 냉동기(14)에 공급하도록 구성되어 있다. 냉동기(14)는, 팽창기 또는 콜드헤드라고도 칭해지고, 압축기(12)와 함께 극저온냉동기를 구성한다. 압축기(12)와 냉동기(14)의 사이의 냉매가스의 순환이 냉동기(14) 내에서의 냉매가스의 적절한 압력변동과 용적변동의 조합으로 행해짐으로써, 한랭을 발생하는 열역학적 사이클이 구성되어, 냉동기(14)는 극저온냉각을 제공할 수 있다. 냉매가스는, 통상은 헬륨가스이지만, 적절한 다른 가스가 이용되어도 된다. 이해를 위하여, 냉매가스가 흐르는 방향을 도 1에 화살표로 나타낸다. 극저온냉동기는, 일례로서, 2단식의 기포드·맥마흔(Gifford-McMahon; GM)냉동기이지만, 펄스관냉동기, 스털링냉동기, 또는 그 외 타입의 극저온냉동기여도 된다.
냉동기(14)는, 실온부(26), 제1 실린더(28), 제1 냉각스테이지(30), 제2 실린더(32), 및 제2 냉각스테이지(34)를 구비한다. 냉동기(14)는, 제1 냉각스테이지(30)를 제1 냉각온도로 냉각하고, 제2 냉각스테이지(34)를 제2 냉각온도로 냉각하도록 구성되어 있다. 제2 냉각온도는 제1 냉각온도보다 저온이다. 예를 들면, 제1 냉각스테이지(30)는 65K~120K 정도, 바람직하게는 80K~100K로 냉각되고, 제2 냉각스테이지(34)는 10K~20K 정도로 냉각된다. 제1 냉각스테이지(30) 및 제2 냉각스테이지(34)는 각각, 고온냉각스테이지 및 저온냉각스테이지라고도 칭할 수 있다.
제1 실린더(28)는 제1 냉각스테이지(30)를 실온부(26)에 접속하고, 그로써 제1 냉각스테이지(30)는 실온부(26)에 구조적으로 지지된다. 제2 실린더(32)는 제2 냉각스테이지(34)를 제1 냉각스테이지(30)에 접속하고, 그로써 제2 냉각스테이지(34)는 제1 냉각스테이지(30)에 구조적으로 지지된다. 제1 실린더(28)와 제2 실린더(32)는 동축에 뻗어 있으며, 실온부(26), 제1 실린더(28), 제1 냉각스테이지(30), 제2 실린더(32), 및 제2 냉각스테이지(34)는, 이 순서로 직선상으로 일렬로 나열된다.
냉동기(14)가 2단식의 GM냉동기인 경우, 제1 실린더(28) 및 제2 실린더(32) 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 모터 등 구동기구(도시하지 않음)를 갖는다. 구동기구는, 냉동기(14)의 내부로의 작동기체(예를 들면 헬륨)의 공급과 배출을 주기적으로 반복하도록 작동기체의 유로를 전환하는 유로전환기구를 포함한다.
크라이오펌프용기(16)는, 용기몸통(16a)과 냉동기수용통(16b)을 갖는다. 크라이오펌프용기(16)는, 크라이오펌프(10)의 진공배기운전 중에 진공을 유지하여, 주위환경의 압력(예를 들면 대기압)에 견디도록 설계된 진공용기이다. 용기몸통(16a)은, 크라이오펌프흡기구(17)를 결정함과 함께 크라이오펌프흡기구(17)로부터 축방향(도 1에 나타나는 크라이오펌프중심축(C)을 따르는 방향)으로 통상으로 뻗어 있다. 용기몸통(16a)은, 축방향 일단(一端)에 크라이오펌프흡기구(17)를 갖고, 축방향 타단(他端)이 폐쇄된 통형(筒型)의 형상을 갖는다. 용기몸통(16a)에는, 방사실드(36)가 수용되며, 방사실드(36) 내에는 크라이오패널(38)이 제2 냉각스테이지(34)와 함께 수용되어 있다. 냉동기수용통(16b)은, 일단이 용기몸통(16a)에 결합되고 타단이 냉동기(14)의 실온부(26)에 고정되어 있다. 냉동기수용통(16b)에는, 냉동기(14)가 삽입되며, 제1 실린더(28)가 수용되어 있다.
이 실시형태에서는, 크라이오펌프(10)는, 냉동기(14)가 용기몸통(16a)의 측부에 마련된 이른바 가로형의 크라이오펌프이다. 냉동기(14)는 냉동기수용통(16b)에 고정되고, 크라이오펌프용기(16) 내에서 축방향에 수직인 방향으로 뻗어 있다. 용기몸통(16a)의 측부에는, 냉동기삽입구가 마련되며, 냉동기수용통(16b)은, 이 냉동기삽입구에서 용기몸통(16a)의 측부에 결합되어 있다. 동일하게, 용기몸통(16a)의 냉동기삽입구에 인접하여, 방사실드(36)의 측부에도 냉동기(14)를 통과시키는 구멍이 마련되어 있다. 이들 구멍을 통하여 냉동기(14)의 제2 실린더(32)와 제2 냉각스테이지(34)가 방사실드(36) 내에 삽입되며, 방사실드(36)는 그 측부의 구멍의 주위에서 제1 냉각스테이지(30)와 열적으로 결합되어 있다.
크라이오펌프는, 사용되는 현장에서 다양한 자세로 설치될 수 있다. 일례로서, 크라이오펌프(10)는, 도시되는 옆을 향한 자세, 즉 크라이오펌프흡기구(17)를 상방을 향하게 한 자세로 설치될 수 있다. 이때, 용기몸통(16a)의 바닥부가 크라이오펌프흡기구(17)에 대하여 하방에 위치하고, 냉동기(14)는 수평방향으로 뻗어 있다.
러프밸브(18)는, 크라이오펌프용기(16), 예를 들면 냉동기수용통(16b)에 설치되어 있다. 러프밸브(18)는, 크라이오펌프(10)의 외부에 설치된 러프펌프(도시하지 않음)에 접속된다. 러프펌프는, 크라이오펌프(10)를 그 동작개시압력까지 진공배기를 하기 위한 진공펌프이다. 러프밸브(18)가 개방될 때 크라이오펌프용기(16)가 러프펌프에 연통되고, 러프밸브(18)가 폐쇄될 때 크라이오펌프용기(16)가 러프펌프로부터 차단된다. 러프밸브(18)를 개방하고 또한 러프펌프를 동작시킴으로써, 크라이오펌프(10)를 감압할 수 있다.
퍼지밸브(20a)는, 크라이오펌프용기(16)에 설치되고, 이 실시형태에서는, 냉동기수용통(16b)보다 하방에서 용기몸통(16a)에 설치되어 있다. 퍼지밸브(20a)는, 크라이오펌프(10)의 외부에 설치된 퍼지가스원(源)(21)에 접속된다. 방사실드(36)에는, 퍼지밸브(20a)로부터 크라이오펌프용기(16) 내에 분출하는 퍼지가스를 방사실드(36) 내로 통과시키는 개구부(20b)가 마련되어 있다. 개구부(20b)는, 퍼지밸브(20a)의 정면에 마련되어 있다. 퍼지밸브(20a)가 개방될 때 퍼지가스가 퍼지밸브(20a)로부터 개구부(20b)를 통하여 방사실드(36) 내에 공급되고, 퍼지밸브(20a)가 폐쇄될 때 크라이오펌프용기(16)로의 퍼지가스공급이 차단된다.
퍼지가스는 예를 들면 질소가스, 또는 그 외의 건조한 가스여도 되고, 퍼지가스의 온도는, 예를 들면 실온으로 조정되거나, 또는 실온보다 고온으로 가열되어 있어도 된다. 퍼지밸브(20a)를 개방하여 퍼지가스를 크라이오펌프용기(16)에 도입함으로써, 크라이오펌프(10) 내의 압력을 진공으로부터 대기압 또는 그보다 높은 압력으로 승압할 수 있다. 또, 크라이오펌프(10)를 극저온으로부터 실온 또는 그보다 높은 온도로 승온할 수 있다.
이 실시형태에서는, 크라이오펌프흡기구(17)에서 보아 냉동기수용통(16b)과 동일한 측에서 용기몸통(16a)의 측부에 마련되어 있다. 퍼지가스도입부(20)를 러프밸브(18) 등 다른 밸브와 동일하게 냉동기수용통(16b)과 동일한 측에 마련함으로써, 부수되는 배관이나 전기배선을 통합하여 배치할 수 있어, 이들 배관 및 배선의 처리가 용이해진다.
벤트밸브(22)는, 크라이오펌프용기(16), 예를 들면 냉동기수용통(16b)에 설치되어 있다. 벤트밸브(22)는, 크라이오펌프(10)의 내부로부터 외부로 유체를 배출하기 위하여 마련되어 있다. 벤트밸브(22)는, 배출되는 유체를 수용하는 크라이오펌프(10)의 외부의 저류탱크(도시하지 않음)에 접속되어도 된다. 혹은, 배출되는 유체가 무해한 경우에는, 벤트밸브(22)는, 배출되는 유체를 주위환경으로 방출하도록 구성되어도 된다. 벤트밸브(22)로부터 배출되는 유체는 기본적으로는 가스이지만, 액체 또는 기액(氣液)의 혼합물이어도 된다.
벤트밸브(22)는, 예를 들면 상폐형(常閉型)의 제어밸브여도 되고, 예를 들면 재생 중 등과 같이 크라이오펌프용기(16)로부터 유체를 방출할 때 개방되며, 방출해서는 안될 때 벤트밸브(22)는 폐쇄되어도 된다. 벤트밸브(22)는, 소정의 차압이 작용했을 때에 기계적으로 개방되는 이른바 안전밸브로서도 기능하도록 구성되어도 된다. 크라이오펌프 내부가 어떠한 이유로 고압이 되었을 때, 벤트밸브(22)가 기계적으로 개방되고, 그로써 내부의 고압을 빼낼 수 있다.
방사실드(36)는, 크라이오펌프(10)의 외부 또는 크라이오펌프용기(16)로부터의 복사열로부터 크라이오패널(38)을 보호하기 위한 극저온표면을 제공하기 위하여, 제1 냉각스테이지(30)에 열적으로 결합되어, 제1 냉각온도로 냉각된다. 방사실드(36)는, 용기몸통(16a) 내에서 복수의 크라이오패널(38)의 주위에 배치된다. 방사실드(36)는, 크라이오패널(38)과 제2 냉각스테이지(34)를 포위하는 예를 들면 통형의 형상을 갖는다. 크라이오펌프흡기구(17)측의 방사실드(36)의 단부는 개방되어 있고, 크라이오펌프(10)의 외부로부터 크라이오펌프흡기구(17)를 통하여 진입하는 기체를 방사실드(36) 내에 수용할 수 있다. 크라이오펌프흡기구(17)와 반대측의 방사실드(36)의 단부는, 폐색되어 있다. 혹은, 크라이오펌프흡기구(17)와 반대측의 방사실드(36)의 단부는, 개구를 갖거나, 또는 개방되어 있어도 된다. 방사실드(36)는 크라이오패널(38)과의 사이에 간극을 갖고 있으며, 방사실드(36)는 크라이오패널(38)과 접촉하고 있지 않다. 방사실드(36)는 크라이오펌프용기(16)와도 접촉하고 있지 않다.
크라이오펌프흡기구(17)에는 방사실드(36)의 개방단에 고정된 입구크라이오패널(37)이 마련되어도 된다. 입구크라이오패널(37)은 방사실드(36)와 동일한 온도로 냉각되며, 그 표면에 이른바 타입1가스(수증기 등의 비교적 고온에서 응축하는 기체)를 응축할 수 있다. 입구크라이오패널(37)은, 예를 들면 루버 또는 배플이지만, 크라이오펌프흡기구(17)의 일부를 차지하도록 배치된 예를 들면 원형상 또는 다른 형상의 플레이트 또는 부재여도 된다.
크라이오패널(38)은, 타입2가스(예를 들면 아르곤, 질소 등의 비교적 저온에서 응축하는 기체)를 응축하는 극저온표면을 제공하기 위하여, 제2 냉각스테이지(34)에 열적으로 결합되어, 제2 냉각온도로 냉각된다. 또, 크라이오패널(38)에는, 타입3가스(예를 들면 수소 등의 비응축성 기체)를 흡착하기 위하여, 적어도 일부의 표면에 예를 들면 활성탄 또는 그 외의 흡착재가 배치되어 있다. 이러한 흡착영역은, 크라이오펌프흡기구(17)에서 보이지 않는 장소(예를 들면, 크라이오펌프흡기구(17)와는 반대측이 되는 크라이오패널(38)의 표면이나, 상방에 인접하는 크라이오패널(38)에 의하여 가려지는 장소)에 형성되어 있어도 된다. 각 크라이오패널(38)의 흡착영역은, 크라이오펌프흡기구(17)에서 보이지 않는 당해 크라이오패널(38)의 표면의 전체 또는 대부분에 형성되어도 된다. 복수의 크라이오패널(38)은, 각각이 비응축성 기체를 흡착 가능하기 때문에, 흡착크라이오패널이라고 칭할 수도 있다. 크라이오펌프(10)의 외부로부터 크라이오펌프흡기구(17)를 통하여 방사실드(36) 내에 진입하는 기체는 크라이오패널(38)에 응축 또는 흡착에 의하여 포착된다.
제1 냉각온도로 냉각되는 방사실드(36)와 입구크라이오패널(37)은, 고온크라이오패널이라고 총칭되어도 된다. 크라이오패널(38)은, 제1 냉각온도보다 낮은 제2 냉각온도로 냉각되기 때문에, 저온크라이오패널이라고 부를 수도 있다.
방사실드(36), 입구크라이오패널(37), 및 크라이오패널(38) 등 극저온으로 냉각되는 각 부재는, 예를 들면, 구리, 알루미늄 등 금속재료 또는 그 외의 높은 열전도율을 갖는 재료로 형성된다. 각 부재는, 이러한 고열전도율재료로 형성된 본체와, 본체를 피복하는 피복층(예를 들면 니켈층)을 구비해도 된다.
복수의 크라이오패널(38)은, 크라이오펌프흡기구(17)와 용기몸통(16a)의 바닥부의 사이에서 축방향으로 배열된다. 이하에서는, 설명의 편의상, 제2 냉각스테이지(34)보다 상방에 배치되는 크라이오패널(38)을, 상방크라이오패널(38a)이라고 칭하고, 상방크라이오패널(38a)보다 하방에 배치되는 크라이오패널(38)을, 하방크라이오패널(38b)이라고 칭한다.
상방크라이오패널(38a)은, 역원뿔대상의 형상을 갖고, 각각의 중심이 크라이오펌프중심축(C) 상에 위치한다. 상방크라이오패널(38a)의 원형상의 중심부가 축방향에 수직으로 배치되고, 외주부가 축방향에 수직인 평면에 대하여 경사져 있다. 상방크라이오패널(38a)의 외주부는, 중심부로부터 직경방향 외측으로 비스듬히 상방을 향하여 뻗어 있다. 축방향에 인접하는 2매의 상방크라이오패널(38a)은, 그들의 외주부의 사이에 간극을 갖고, 크라이오펌프흡기구(17)로부터 진입하는 기체를 이 간극에 수용할 수 있다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 일부의 상방크라이오패널(38a), 예를 들면 크라이오펌프흡기구(17)에 근접하는 적어도 하나의 상방크라이오패널(38a)은, 역원뿔대상은 아니고, 평판(예를 들면 원형)이어도 된다.
복수의 상방크라이오패널(38a)은, 크라이오펌프흡기구(17)로부터 멀어짐에 따라 직경이 커지고 있다. 크라이오펌프흡기구(17)에 가장 가까운 상방크라이오패널(38a)(이것을 이하에서는 편의상, 톱크라이오패널(38a1)이라고도 한다)이 가장 소경이다. 톱크라이오패널(38a1)은, 입구크라이오패널(37)의 바로 아래에 위치하고, 제2 냉각스테이지(34)로부터 축방향으로 가장 떨어진 상방크라이오패널(38a)이다. 상방크라이오패널(38a)은, 톱크라이오패널(38a1)로부터 제2 냉각스테이지(34)에 가까워질수록 대경이 되고 있다.
또, 복수의 상방크라이오패널(38a)은, 크라이오펌프흡기구(17)로부터 멀어짐에 따라 깊이(중심부로부터 외주부로의 축방향의 거리)가 커지고 있어도 된다. 제2 냉각스테이지(34)에 가까운 몇 개의 상방크라이오패널(38a)과 같이, 상방크라이오패널(38a)은, 중첩형으로 배치되어도 된다. 즉, 보다 상방에 위치하는 상방크라이오패널(38a)의 하부가, 그 하방에 인접하는 상방크라이오패널(38a)로 넣어져 있어도 된다. 상방크라이오패널(38a)의 외주부의 경사각도는, 도시된 바와 같이, 하방에 위치하는 상방크라이오패널(38a)만큼 커도 된다. 이 경사각도는, 인접하는 몇 개의(또는 모든) 상방크라이오패널(38a)에서 동일해도 된다.
복수의 상방크라이오패널(38a)을 제2 냉각스테이지(34)에 장착하기 위하여, 복수의 전열체(40)가 마련되어 있다. 전열체(40)는, 짧은 원기둥상 또는 원판상의 형상을 갖고, 그 직경이 상방크라이오패널(38a)의 중심부와 동등하다. 상방크라이오패널(38a)과 전열체(40)는 크라이오펌프중심축(C) 상에 교대로 배치되고, 이로써 상방크라이오패널(38a)의 중심부와 전열체(40)에서 크라이오펌프중심축(C)을 따라 뻗는 원기둥상 부분이 형성된다. 이 원기둥상 부분을 관통하여 제2 냉각스테이지(34)로 축방향의 볼트구멍이 마련되고, 볼트구멍에 긴 볼트가 삽입되어 제2 냉각스테이지(34)와 체결된다. 이렇게 하여, 상방크라이오패널(38a) 및 전열체(40)가 제2 냉각스테이지(34)에 고정되고, 제2 냉각스테이지(34)에 열적으로 결합되어 있다. 다만, 상방크라이오패널(38a)과 전열체(40)는, 예를 들면 접착, 용접 등, 다른 방법에 의하여 접합되어도 된다.
복수의 하방크라이오패널(38b)은, 제2 냉각스테이지(34)와 용기몸통(16a)의 바닥부의 사이에서 축방향으로 배열된다. 상방크라이오패널(38a)과 동일하게, 하방크라이오패널(38b)은, 역원뿔대상의 형상을 갖고, 각각의 중심이 크라이오펌프중심축(C) 상에 위치한다. 하방크라이오패널(38b)은, 축방향에 수직인 평면에 대하여 경사진 외주부를 갖는다. 하방크라이오패널(38b)의 외주부는, 중심부로부터 직경방향 외측으로 비스듬히 상방을 향하여 뻗어 있다. 축방향에 인접하는 2매의 하방크라이오패널(38b)은, 그들의 외주부의 사이에 간극을 갖고, 크라이오펌프흡기구(17)로부터 진입하는 기체를 이 간극에 수용할 수 있다.
하방크라이오패널(38b)은, 상방크라이오패널(38a)보다 직경 및 깊이가 크고, 크라이오펌프흡기구(17)로부터 멀어짐에 따라 직경 및 깊이가 커지고 있다. 따라서, 제2 냉각스테이지(34)로부터 가장 떨어진 하방크라이오패널(38b)(이것을 이하에서는 편의상, 보텀크라이오패널(38b1)이라고도 한다)은, 크라이오패널(38) 중에서 직경 및 깊이가 가장 크다. 하방크라이오패널(38b)은, 상방크라이오패널(38a)과 동일하게, 중첩형으로 배치되어도 된다. 하방크라이오패널(38b)의 외주부의 경사각도는, 도시되는 바와 같이, 하방에 위치하는 하방크라이오패널(38b)만큼 커도 된다. 이 경사각도는, 인접하는 몇 개의(또는 모든) 하방크라이오패널(38b)에서 동일해도 된다.
하방크라이오패널(38b)을 제2 냉각스테이지(34)에 장착하기 위하여, 크라이오패널장착부재(42)가 마련되어 있다. 크라이오패널장착부재(42)는, 제2 냉각스테이지(34)에 고정되고, 제2 냉각스테이지(34)로부터 축방향으로 하방을 향하여 뻗어 있다. 복수의 하방크라이오패널(38b)은 서로 축방향으로 간격을 두고, 각각의 중심부에서 크라이오패널장착부재(42)에 장착되어 있다. 각 하방크라이오패널(38b)에는, 제2 냉각스테이지(34) 및 크라이오패널장착부재(42)를 중심부에 수용하기 위하여, 외주부로부터 중심부로 노치가 형성되어 있다. 이렇게 하여, 하방크라이오패널(38b)은, 크라이오패널장착부재(42)를 개재하여 제2 냉각스테이지(34)와 열적으로 결합된다.
크라이오패널(38)은, 기체(예를 들면 비응축성 기체)의 배기속도 및 흡장량을 높이기 위하여, 비교적 치밀하게 배치된다. 적어도 3매, 또는 적어도 4매, 또는 적어도 5매의 상방크라이오패널(38a)이, 입구크라이오패널(37)과 제2 냉각스테이지(34)의 상면의 사이에서 축방향으로 배열되어 있어도 된다. 톱크라이오패널(38a1)은, 입구크라이오패널(37)에 근접하여 배치되어도 되고, 톱크라이오패널(38a1)로부터 입구크라이오패널(37)에 대한 축방향 거리는, 톱크라이오패널(38a1)로부터 제2 냉각스테이지(34)의 상면에 대한 축방향 거리보다 작거나, 또는 그 절반보다 작아도 된다. 혹은, 톱크라이오패널(38a1)로부터 입구크라이오패널(37)에 대한 축방향 거리는, 톱크라이오패널(38a1)로부터 그 바로 아래에 인접하는 상방크라이오패널(38a)에 대한 축방향 거리보다 작아도 된다.
또, 적어도 3매, 또는 적어도 5매, 또는 적어도 10매의 하방크라이오패널(38b)이, 방사실드(36)의 바닥부와 제2 냉각스테이지(34)의 상면의 사이에서 축방향으로 배열되어 있어도 된다. 보텀크라이오패널(38b1)은, 방사실드(36)의 바닥부에 근접하여 배치되어도 되고, 보텀크라이오패널(38b1)로부터 방사실드(36)의 바닥부에 대한 축방향 거리는, 보텀크라이오패널(38b1)로부터 제2 냉각스테이지(34)의 상면에 대한 축방향 거리보다 작거나, 또는 그 절반보다 작거나, 또는 그 1/3보다 작아도 된다. 혹은, 보텀크라이오패널(38b1)로부터 방사실드(36)의 바닥부에 대한 축방향 거리는, 보텀크라이오패널(38b1)로부터 그 바로 위에 인접하는 하방크라이오패널(38b)에 대한 축방향 거리보다 작아도 된다.
보텀크라이오패널(38b1)은, 크라이오패널(38) 중에서 비교적 대형이며, 최대여도 된다. 보텀크라이오패널(38b1)은 톱크라이오패널(38a1)보다 커도 되고, 보텀크라이오패널(38b1)의 면적은, 톱크라이오패널(38a1)의 면적의 약 1.5배~약 5배여도 된다. 보텀크라이오패널(38b1)의 직경은, 크라이오펌프흡기구(17)의 직경의 적어도 70%, 또는 적어도 80%, 또는 적어도 90%여도 된다.
하방크라이오패널(38b)에는, 상방크라이오패널(38a)에 비하여 보다 많은 스페이스가 할당되어 있다. 톱크라이오패널(38a1)로부터 제2 냉각스테이지(34)의 상면에 대한 축방향 거리 La를 1로 할 때, 보텀크라이오패널(38b1)로부터 제2 냉각스테이지(34)의 상면에 대한 축방향 거리 Lb는, 1~3의 범위, 또는 1~2의 범위에 있어도 된다. 즉, La≤Lb≤3La(또는 2La)여도 된다. 크라이오펌프(10)에는, 상방크라이오패널(38a)에 비하여 보다 많은 하방크라이오패널(38b)을 배치할 수 있다.
복수의 크라이오패널(38)은 도 1을 참조하여 상술한 특정 배치, 형상에는 한정되지 않고, 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 크라이오패널(38)의 형상은, 역원뿔대상에는 한정되지 않고, 하방을 향하여 볼록해지는 다른 형상, 또는 평판상 등 그 외의 형상이어도 된다. 다른 예시적인 크라이오패널(38)의 형태는, 도 3 및 도 4를 참조하여 후술된다.
크라이오펌프(10)는, 수소 가스 등의 비응축성 기체를 고속으로 배기하는 용도(예를 들면 이온주입장치)에 적합하다. 도 1에 나타나는 크라이오펌프(10)는, 적어도 20%, 적어도 25%, 또는 적어도 30%의 수소포착확률을 갖도록 설계된다. 또, 도 3 및 도 4에 나타나는 크라이오펌프(10)도 동일하게, 적어도 20%, 적어도 25%, 또는 적어도 30%의 수소포착확률을 갖도록 설계된다.
수소포착확률은, 크라이오펌프(10)와 동일한 구경을 갖는(즉 크라이오펌프 개구면적이 동일한) 크라이오펌프에 있어서의 이론상의 최대의 수소배기속도에 대한 실제의 수소배기속도의 비로 부여된다. 크라이오펌프의 실제의 수소배기속도는, 공지의 몬테카를로시뮬레이션에 의하여 구할 수 있다. 이론상의 수소배기속도는 그 개구에 대한 분자류의 컨덕턴스와 동등하다고 간주할 수 있다. 수소의 컨덕턴스 C(수소)는, 20℃ 공기의 컨덕턴스 C(20℃ 공기)로부터 다음 식으로 구해진다.
여기에서, T는 수소가스의 온도(K)이며, M은 수소의 분자량(즉 M=2)이다. 20℃ 공기의 컨덕턴스 C(20℃ 공기)는, 개구면적 A(m2)에 비례하고, C(20℃ 공기)=116A로 부여된다. 예를 들면 구경 250mm의 크라이오펌프의 경우에는 상기 식에 의하여, 이론상의 수소배기속도는 약 20840L/s이다. 이때, 수소포착확률이 30%인 것과, 그 크라이오펌프의 수소배기속도가 약 6252L/s인 것은 등가이다.
다만, 표면에 흡착재가 배치되어 있지 않은 크라이오패널이 마련되어도 되고, 이것은 응축크라이오패널이라고 칭해져도 된다. 즉, 응축크라이오패널은, 비응축성 기체를 흡착 불가능하고, 타입2가스를 응축에 의하여 포착할 수 있다. 예를 들면, 상방크라이오패널(38a) 중 크라이오펌프흡기구(17)에 가까운 것(예를 들면, 톱크라이오패널(38a1))이 응축크라이오패널이어도 된다.
이 실시형태에서는, 퍼지가스도입부(20)는, 제2 냉각스테이지(34)로부터 떨어진 크라이오패널(38)의 원위부에 퍼지가스를 분사하도록, 냉동기수용통(16b)보다 하방에서 용기몸통(16a)에 설치된다. 이 실시형태에서는, 퍼지밸브(20a) 및 개구부(20b)가, 보텀크라이오패널(38b1)에 맞춘 축방향 높이에서 용기몸통(16a)의 측부에 설치된다. 퍼지밸브(20a) 및 개구부(20b)의 축방향 높이는, 보텀크라이오패널(38b1)의 외주부에 퍼지가스 흐름을 분사하도록 정해져 있다. 예를 들면, 퍼지밸브(20a) 및 개구부(20b)는, 보텀크라이오패널(38b1)의 외주부와 동일한 축방향 높이에 있다. 이해를 위하여, 도 1에서는, 퍼지가스도입부(20)로부터 보텀크라이오패널(38b1)에 분사되는 퍼지가스 흐름을 화살표로 모식적으로 나타낸다.
상기의 구성의 크라이오펌프(10)의 동작을 이하에 설명한다. 크라이오펌프(10)의 작동 시에는, 먼저 그 작동 전에 다른 적당한 러핑펌프로 진공챔버 내부를 1Pa 정도까지 러핑한다. 그 후, 크라이오펌프(10)를 작동시킨다. 냉동기(14)의 구동에 의하여 제1 냉각스테이지(30) 및 제2 냉각스테이지(34)가 각각 제1 냉각온도 및 제2 냉각온도로 냉각된다. 따라서, 제1 냉각스테이지(30)에 열적으로 결합되어 있는 방사실드(36) 및 입구크라이오패널(37)도 제1 냉각온도로 냉각된다. 제2 냉각스테이지(34)에 열적으로 결합되어 있는 크라이오패널(38)은 제2 냉각온도로 냉각된다.
입구크라이오패널(37)은, 진공챔버로부터 크라이오펌프(10)를 향하여 비래(飛來)하는 기체를 냉각한다. 방사실드(36) 및 입구크라이오패널(37)의 표면에는, 수증기 등의 타입1가스가 응축된다. 아르곤 등의 타입2가스나 수소 등의 타입3가스는, 제1 냉각온도에서는 증기압이 충분히 낮지 않기 때문에, 크라이오펌프흡기구(17)로부터 크라이오펌프(10)의 내부공간으로 진입한다. 크라이오패널(38)에 입사한 타입2가스는, 크라이오패널(38)에 의하여 냉각되어 응축된다. 타입3가스는, 크라이오패널(38)의 흡착영역에 흡착된다. 이렇게 하여, 크라이오펌프(10)는, 다양한 기체를 응축 또는 흡착에 의하여 배기하여, 진공챔버의 진공도를 원하는 레벨에 도달시킬 수 있다.
크라이오펌프(10)의 진공배기운전이 계속됨으로써 크라이오펌프(10)에는 기체가 축적되어 간다. 축적된 기체를 외부로 배출하기 위하여, 크라이오펌프(10)의 재생이 행해진다. 크라이오펌프(10)의 재생은 일반적으로, 승온공정, 배출공정, 및 쿨다운공정을 포함한다.
승온공정은, 크라이오패널(38)을 재생온도(예를 들면 실온 또는 그보다 높은 온도)로 승온하는 것을 포함한다. 승온을 위한 열원은, 예를 들면, 냉동기(14)이다. 냉동기(14)는, 승온운전(이른바 역전승온)을 가능하게 한다. 즉, 냉동기(14)는, 실온부(26)에 마련된 구동기구가 냉각운전과는 역방향으로 동작할 때 작동기체에 단열압축이 발생하도록 구성되어 있다. 이렇게 하여 얻어지는 압축열로 냉동기(14)는 제1 냉각스테이지(30) 및 제2 냉각스테이지(34)를 가열한다. 방사실드(36)와 크라이오패널(38)은 각각 제1 냉각스테이지(30) 및 제2 냉각스테이지(34)를 열원으로 하여 가열된다. 또, 퍼지밸브(20a)로부터 크라이오펌프용기(16) 내에 공급되는 퍼지가스도 크라이오펌프(10)의 승온에 기여한다. 혹은, 크라이오펌프(10)에는, 예를 들면 전기히터 등의 가열장치가 마련되어도 된다. 예를 들면, 냉동기(14)의 운전으로부터 독립적으로 제어 가능한 전기히터가 냉동기(14)의 제1 냉각스테이지(30) 및/또는 제2 냉각스테이지(34)에 장착되어 있어도 된다.
배출공정에 있어서는 크라이오펌프(10)에 포착된 기체가 재기화 또는 액화되어, 기체, 액체 또는 기액의 혼합물로서, 퍼지가스와 함께, 벤트밸브(22) 또는 러프밸브(18)를 통하여 배출된다. 쿨다운공정에 있어서는 크라이오펌프(10)가 진공배기운전을 위한 극저온으로 재냉각된다. 재생이 완료되면, 크라이오펌프(10)는 다시 배기운전을 시작할 수 있다.
도 2는, 비교예에 관한 크라이오펌프를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 기존의 크라이오펌프에서는, 크라이오펌프흡기구(117)(입구크라이오패널(137))와 톱크라이오패널(138)의 사이에 넓은 스페이스(150)가 확보되는 경우가 종종 있다. 톱크라이오패널(138)은, 냉동기의 제2 냉각스테이지(134)에 직접 장착되거나, 또는 제2 냉각스테이지(134)의 매우 가까이에 배치되어 있다. 이 넓은 스페이스(150)를 이용하여 아르곤 등 타입2가스를 톱크라이오패널(138) 상에 응축에 의하여 포착함으로써, 다량의 타입2가스를 크라이오펌프에 흡장시킬 수 있다. 퍼지밸브(120)는 전형적으로 크라이오펌프흡기구(117)의 근방에 설치되어 있기 때문에, 재생에 있어서 퍼지밸브(120)로부터 퍼지가스를 도입함으로써, 톱크라이오패널(138) 상에 다량으로 응축한 타입2가스를 효율적으로 기화하여 배출할 수 있다. 이러한 설계는, 예를 들면 물리증착장치(PVD)용의 크라이오펌프에서 자주 보여진다.
이것에 대하여, 실시형태에 관한 크라이오펌프(10)는, 크라이오펌프흡기구(17)에 근접하여 대용적의 공간을 취하지 않고, 다수의 크라이오패널(38)이 치밀하게 배치된다. 각 크라이오패널(38)이 비응축성 기체를 흡착 가능하기 때문에, 크라이오펌프(10)는, 비응축성 기체를 고속으로 배기할 수 있다. 크라이오펌프(10)는, 예를 들면 이온주입장치의 진공배기에 적합하다.
다수의 크라이오패널(38)이 배치되기 때문에, 크라이오패널(38)의 합계의 중량, 나아가서는 열용량이 비교적 커진다. 재생 중에 냉동기(14)의 역전승온이 이용되는 경우, 제2 냉각스테이지(34)가 크라이오패널(38)의 열원이 된다. 제2 냉각스테이지(34)로부터 떨어진 크라이오패널(38)의 원위부(예를 들면, 크라이오패널(38)의 외주부)는, 제2 냉각스테이지(34)로부터의 전열경로가 길어지기 때문에, 비교적 승온되기 어렵다. 하방크라이오패널(38b), 그중에서도 보텀크라이오패널(38b1)은, 비교적 대형이기 때문에 중량 및 열용량이 다른 크라이오패널(38)보다 커지며, 또한 제2 냉각스테이지(34)로부터 떨어져 있기 때문에 전열경로도 길다. 기존의 크라이오펌프와 같이 퍼지가스가 보텀크라이오패널(38b1)로부터 떨어진 크라이오펌프흡기구(17)의 근방으로부터 도입되었다고 하면, 퍼지가스에 의한 보텀크라이오패널(38b1)의 승온촉진효과는 불충분할 수 있다. 크라이오패널(38) 전체를 소정의 재생온도까지 승온하는 데 필요로 하는 시간은, 하방크라이오패널(38b) 중에서 제2 냉각스테이지(34)로부터 떨어진 원위부(예를 들면, 보텀크라이오패널(38b1)의 외주부)의 승온시간으로 정해지게 된다. 이 승온시간이 연장되면, 재생시간의 증가로 이어질 수 있지만, 이것은 바람직하지 않다.
실시형태에 의하면, 퍼지가스도입부(20)는, 제2 냉각스테이지(34)로부터 떨어진 크라이오패널(38)의 원위부에 퍼지가스를 분사하도록, 냉동기수용통(16b)보다 하방에서 용기몸통(16a)에 설치된다. 퍼지밸브(20a) 및 개구부(20b)의 축방향 높이가, 보텀크라이오패널(38b1)의 외주부에 퍼지가스 흐름을 분사하도록 정해져 있다. 퍼지밸브(20a)로부터 분출하는 퍼지가스는, 개구부(20b)를 통하여 보텀크라이오패널(38b1)의 외주부에 분사된다. 이와 같은 퍼지가스 도입의 최적화에 의하여, 크라이오패널(38), 그중에서도 보텀크라이오패널(38b1)의 승온이 촉진된다. 크라이오패널(38)의 승온시간을 단축할 수 있고, 나아가서는 재생시간을 짧게 할 수 있다.
도 3은, 변형예 1에 관한 크라이오펌프를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 3에 나타나는 크라이오펌프(10)는, 도 1의 크라이오펌프(10)와는 하방크라이오패널(38b)의 형상이 상이하다. 보텀크라이오패널(38b1)을 비롯하여, 각 하방크라이오패널(38b)은, 도시되는 바와 같이, 축방향(크라이오펌프중심축(C)의 방향)에 수직인 평면과 평행하게 배치되어 있다. 하방크라이오패널(38b)은, 평판이며, 원형상의 형상을 갖는다.
퍼지가스도입부(20)는, 제2 냉각스테이지(34)로부터 떨어진 크라이오패널(38)의 원위부에 퍼지가스를 분사하도록, 냉동기수용통(16b)보다 하방에서 용기몸통(16a)에 설치된다. 이 실시형태에서는, 퍼지밸브(20a) 및 개구부(20b)가, 보텀크라이오패널(38b1)에 맞춘 축방향 높이에서 용기몸통(16a)의 측부에 설치된다. 퍼지밸브(20a) 및 개구부(20b)의 축방향 높이는, 보텀크라이오패널(38b1)에 축방향에 수직인 평면과 평행한 퍼지가스 흐름을 분사하도록 정해져 있다. 예를 들면, 퍼지밸브(20a) 및 개구부(20b)는, 보텀크라이오패널(38b1)의 외주부와 동일한 축방향 높이에 있다. 퍼지밸브(20a) 및 개구부(20b)의 축방향 높이는, 보텀크라이오패널(38b1)과 보텀크라이오패널(38b1)의 바로 위에 인접하는 하방크라이오패널(38b)의 사이에 퍼지가스 흐름을 분사하도록 정해져도 된다. 이해를 위하여, 도 3에서는, 퍼지가스도입부(20)로부터 보텀크라이오패널(38b1)에 분사되는 퍼지가스 흐름을 화살표로 모식적으로 나타낸다.
이와 같이 해도, 크라이오패널(38), 특히 보텀크라이오패널(38b1)의 승온이 촉진된다. 크라이오패널(38)의 승온시간을 단축할 수 있고, 나아가서는 재생시간을 짧게 할 수 있다.
도 4의 (a) 및 도 4의 (b)는, 변형예 2에 관한 크라이오펌프를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 4에 나타나는 크라이오펌프(10)는, 도 1의 크라이오펌프(10)와는 크라이오패널(38)의 배치가 상이하다. 이 크라이오펌프(10)도, 상술한 실시형태와 동일하게, 가로형의 크라이오펌프이다.
복수의 크라이오패널(38)의 각각은, 도 4의 (a)에 나타나는 바와 같이, 냉동기(14)의 제2 냉각스테이지(34)에 대하여 상방으로부터 하방으로 축방향으로 뻗어 있다. 이들 크라이오패널(38)은, 도 4의 (b)에 나타나는 바와 같이, 크라이오펌프흡기구(17)에서 보아 방사상으로 배치되어 있다. 크라이오패널(38)은, 기체(예를 들면 비응축성 기체)의 배기속도 및 흡장량을 높이기 위하여, 비교적 치밀하게 배치된다. 적어도 4매, 또는 적어도 8매, 또는 적어도 16매의 크라이오패널(38)이 방사상으로 배치되어도 된다. 각 크라이오패널(38)은, 축방향에 수직으로 배치된 평판(예를 들면 원판상)의 크라이오패널장착부재(42)에 장착되고, 크라이오패널장착부재(42)를 개재하여 제2 냉각스테이지(34)와 열적으로 결합되어 있다.
제2 냉각스테이지(34)와 용기몸통(16a)의 바닥부의 사이에 배치되는 크라이오패널(38)의 하부에는, 제2 냉각스테이지(34)와 크라이오펌프흡기구(17)의 사이에 배치되는 크라이오패널(38)의 상부에 비하여, 보다 많은 스페이스가 할당되어 있다. 크라이오패널(38)의 상단으로부터 제2 냉각스테이지(34)의 상면에 대한 축방향 거리 La를 1로 할 때, 크라이오패널(38)의 하단으로부터 제2 냉각스테이지(34)의 상면에 대한 축방향 거리 Lb는, 1~3의 범위, 또는 1~2의 범위여도 된다. 즉, La≤Lb≤3La(또는 2La)여도 된다.
퍼지가스도입부(20)는, 제2 냉각스테이지(34)로부터 떨어진 크라이오패널(38)의 원위부에 퍼지가스를 분사하도록, 냉동기수용통(16b)보다 하방에서 용기몸통(16a)에 설치된다. 이 실시형태에서는, 퍼지밸브(20a) 및 개구부(20b)가, 크라이오패널(38)의 하부(예를 들면 하단)에 맞춘 축방향 높이에서 용기몸통(16a)의 측부에 설치된다. 이해를 위하여, 도 4의 (a)에서는, 퍼지가스도입부(20)로부터 크라이오패널(38)의 하부에 분사되는 퍼지가스 흐름을 화살표로 모식적으로 나타낸다. 이와 같이 해도, 크라이오패널(38)의 승온이 촉진된다. 크라이오패널(38)의 승온시간을 단축할 수 있고, 나아가서는 재생시간을 짧게 할 수 있다.
도 5의 (a) 내지 도 5의 (c)는, 실시형태에 관한 크라이오펌프에 적용 가능한 퍼지가스확산부재의 예를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 5의 (a)에 나타나는 바와 같이, 퍼지가스도입부(20)는, 퍼지밸브(20a)의 출구 또는 개구부(20b)에 마련된 퍼지가스확산부재(44)를 구비해도 된다. 퍼지가스확산부재(44)는, 도 5의 (b)에 나타나는 바와 같이, 선회블레이드를 구비해도 된다. 선회블레이드는, 그 자체는 퍼지밸브(20a)에 고정적으로 설치되는 고정익이며, 통과하는 퍼지가스에 선회류를 발생시킨다. 퍼지가스확산부재(44)를 마련함으로써, 퍼지밸브(20a)로부터 분출되는 고속의 퍼지가스 흐름을 확산시켜, 크라이오패널(38)의 보다 넓은 면적에 닿게 할 수 있고, 크라이오패널(38)의 승온을 촉진할 수 있다.
도 5의 (c)에 나타나는 바와 같이, 퍼지가스확산부재(44)는, 퍼지밸브(20a)의 출구에 꼭짓점을 향하여 배치되는 추체(錐體)(예를 들면 원뿔상의 형상을 갖는다)를 구비해도 된다. 이와 같이 해도, 퍼지밸브(20a)로부터 분출되는 고속의 퍼지가스 흐름을 확산시킬 수 있다.
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.
퍼지가스도입부(20)는, 퍼지가스를 퍼지밸브(20a)로부터 크라이오패널(38)로 안내하는 도관을 구비해도 된다. 도관은, 방사실드(36)를 관통하여 마련되어도 된다. 도관의 선단(先端)이 크라이오패널(38)의 원위부의 근방에 배치되고, 퍼지가스도입부(20)는, 퍼지밸브(20a)로부터 도관을 통하여 도입되는 퍼지가스를 크라이오패널(38)의 원위부에 분사해도 된다.
본 발명은, 크라이오펌프의 분야에 있어서의 이용이 가능하다.
10 크라이오펌프
14 냉동기
16 크라이오펌프용기
16a 용기몸통
16b 냉동기수용통
17 크라이오펌프흡기구
20 퍼지가스도입부
20a 퍼지밸브
20b 개구부
21 퍼지가스원
30 제1 냉각스테이지
34 제2 냉각스테이지
36 방사실드
38 크라이오패널
38a 상방크라이오패널
38a1 톱크라이오패널
38b 하방크라이오패널
38b1 보텀크라이오패널
44 퍼지가스확산부재

Claims (13)

  1. 크라이오펌프흡기구를 결정함과 함께 상기 크라이오펌프흡기구로부터 축방향으로 통상으로 뻗어 있는 용기몸통과, 상기 용기몸통의 측부에 접속되는 냉동기수용통을 갖는 크라이오펌프용기와,
    상기 냉동기수용통에 고정되고, 상기 크라이오펌프용기 내에서 상기 축방향에 수직인 방향으로 뻗어 있는 냉동기로서, 제1 냉각스테이지와, 상기 제1 냉각스테이지보다 저온으로 냉각되는 제2 냉각스테이지를 갖는 냉동기와,
    상기 제2 냉각스테이지와 열적으로 결합되며, 각각이 비응축성 기체를 흡착 가능한 복수의 크라이오패널로서, 상기 크라이오펌프흡기구와 상기 용기몸통의 바닥부의 사이에서 상기 축방향으로 배열되거나, 또는, 상기 크라이오펌프흡기구에서 보아 방사상으로 배치되는 복수의 크라이오패널과,
    상기 제2 냉각스테이지로부터 떨어진 상기 크라이오패널의 원위부에 퍼지가스를 분사하도록, 상기 냉동기수용통보다 하방에서 상기 용기몸통에 설치되는 퍼지가스도입부를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 크라이오패널은, 상기 제2 냉각스테이지와 상기 용기몸통의 바닥부의 사이에서 상기 축방향으로 배열되는 복수의 하방크라이오패널을 포함하고,
    상기 퍼지가스도입부는, 상기 복수의 하방크라이오패널 중 상기 제2 냉각스테이지로부터 가장 떨어진 하방크라이오패널에 맞춘 축방향 높이에서 상기 용기몸통의 상기 측부에 설치되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 냉각스테이지로부터 가장 떨어진 상기 하방크라이오패널은, 상기 축방향에 수직인 평면과 평행하게 배치되고,
    상기 퍼지가스도입부는, 상기 제2 냉각스테이지로부터 가장 떨어진 상기 하방크라이오패널에 상기 축방향에 수직인 평면과 평행한 퍼지가스 흐름을 분사하도록 정해진 축방향 높이에서 상기 용기몸통의 상기 측부에 설치되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 냉각스테이지로부터 가장 떨어진 상기 하방크라이오패널은, 상기 축방향에 수직인 평면에 대하여 경사진 외주부를 갖고,
    상기 퍼지가스도입부는, 상기 제2 냉각스테이지로부터 가장 떨어진 상기 하방크라이오패널의 상기 외주부에 퍼지가스 흐름을 분사하도록 정해진 축방향 높이에서 상기 용기몸통의 상기 측부에 설치되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 크라이오패널은, 상기 제2 냉각스테이지와 상기 크라이오펌프흡기구의 사이에서 상기 축방향으로 배열되는 복수의 상방크라이오패널을 포함하고,
    상기 크라이오펌프흡기구에 가장 가까운 상방크라이오패널로부터 상기 제2 냉각스테이지의 상면에 대한 축방향 거리를 La로 나타내며, 상기 제2 냉각스테이지로부터 가장 떨어진 상기 하방크라이오패널로부터 상기 제2 냉각스테이지의 상면에 대한 축방향 거리를 Lb로 나타낼 때, La≤Lb≤3La인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 상방크라이오패널은, 상기 제2 냉각스테이지의 상면과 상기 크라이오펌프흡기구의 사이에서 상기 축방향으로 배열되는 적어도 3매의 상방크라이오패널인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 복수의 하방크라이오패널은, 상기 제2 냉각스테이지의 상면과 상기 용기몸통의 바닥부의 사이에서 상기 축방향으로 배열되는 적어도 5매의 하방크라이오패널인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 크라이오패널은, 상기 크라이오펌프흡기구에서 보아 방사상으로 배치되며, 상기 크라이오패널의 각각이 상기 제2 냉각스테이지에 대하여 상방으로부터 하방으로 상기 축방향으로 뻗어 있고,
    상기 퍼지가스도입부는, 상기 제2 냉각스테이지와 상기 용기몸통의 바닥부의 사이에 배치되는 상기 크라이오패널의 하부에 맞춘 축방향 높이에서 상기 용기몸통의 상기 측부에 설치되는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 크라이오패널의 상단으로부터 상기 제2 냉각스테이지의 상면에 대한 축방향 거리를 La로 나타내고, 상기 복수의 크라이오패널의 하단으로부터 상기 제2 냉각스테이지의 상면에 대한 축방향 거리를 Lb로 나타낼 때, La≤Lb≤3La인 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기몸통 내에서 상기 복수의 크라이오패널의 주위에 배치되며, 상기 제1 냉각스테이지와 열적으로 결합되는 방사실드를 더 구비하고,
    상기 퍼지가스도입부는, 상기 냉동기수용통보다 하방에서 상기 용기몸통에 설치되며, 상기 크라이오펌프용기를 퍼지가스원에 접속하는 퍼지밸브를 구비하고,
    상기 방사실드에는, 상기 퍼지밸브로부터 상기 크라이오펌프용기 내에 분출하는 퍼지가스를 상기 방사실드 내로 통과시키는 개구부가 마련되며, 상기 개구부는 상기 냉동기수용통보다 하방에 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 퍼지가스도입부는, 상기 퍼지밸브의 출구 또는 상기 개구부에 마련된 퍼지가스확산부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 퍼지가스확산부재는, 선회블레이드를 구비하는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퍼지가스도입부는, 상기 크라이오펌프흡기구에서 보아 상기 냉동기수용통과 동일한 측에서 상기 용기몸통의 상기 측부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 크라이오펌프.
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