TWI537468B

TWI537468B - Very cold pump, very cold plate structure and vacuum exhaust method

Info

Publication number: TWI537468B
Application number: TW102138080A
Authority: TW
Inventors: Kakeru Takahashi
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2016-06-11
Also published as: TW201420883A; JP2014098311A; KR101544368B1; KR20140061240A; CN103807140A; US20140130523A1; US9404486B2; CN103807140B; JP6013886B2

Description

極冷泵、極冷板結構以及真空排氣方法

本發明係有關於極冷泵。

極冷泵為藉由冷凝或吸附將氣體分子捕捉到被冷卻至極低溫之極冷板上以進行排氣之真空泵。極冷泵一般用作實現半導體電路製造工序等所要求之清潔的真空環境。極冷泵的應用之一，例如像離子植入製程中，例如氫等非冷凝性氣體有時佔所要排出氣體的一大半。非冷凝性氣體藉由吸附在冷卻至極低溫之吸附區域才開始能夠被排出。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特表2008-514849號公報

專利文獻2：日本特表昭63-501585號公報

專利文獻3：日本特開平1-92591號公報

本發明的一態樣的例示性目的之一為提供一種用於非冷凝性氣體的高速排氣之極冷泵、極冷板結構以及真空排氣方法。

依據本發明的一態樣，係提供一種極冷泵，其特徵為，具備：放射屏蔽件，其具備：劃分出屏蔽件開口之屏蔽件前端、及與前述屏蔽件開口呈相向之屏蔽件底部、以及自前述屏蔽件前端向前述屏蔽件底部延伸之屏蔽件側部、和極冷板組件，其為藉由前述放射屏蔽件所屏蔽而被冷卻成低溫之極冷板組件，且具備自前述屏蔽件開口沿朝向前述屏蔽件底部之方向排列之複數個極冷板，前述複數個極冷板，具備：第1極冷板，其具備第1內側端部、以及朝向前述屏蔽件側部之第1外側端部、和第2極冷板，其具備第2內側端部、以及朝向前述屏蔽件側部之第2外側端部；自前述屏蔽件開口到前述第2內側端部的距離，是比自前述屏蔽件開口到前述第1內側端部的距離還長，自前述屏蔽件開口到前述第2外側端部的距離，是比自前述屏蔽件開口到前述第1外側端部的距離還長；自前述屏蔽件開口到前述第2外側端部的距離，是比自前述屏蔽件開口到前述第1內側端部的距離還短。

依據本發明的一態樣，係提供一種極冷板結構，為具備複數個極冷吸著板的極冷板結構，其特徵為：前述複數個極冷吸著板各自具備在放射方向外側靠近極冷泵入口且在放射方向內側遠離該入口之傾斜正面，該傾斜正面具備非吸附區域，前述複數個極冷吸著板以如下方式排列成巢套狀，亦即相鄰的2個極冷吸著板之中接近前述極冷泵入口之其中一個極冷吸著板，為超越過遠離前述極冷泵入口之另一個極冷吸著板的非吸附區域而向前述極冷泵入口側突出。

依據本發明的一態樣，係提供一種極冷板結構，為具備複數個極冷吸著板的極冷板結構，其特徵為：前述複數個極冷吸著板各自具備在放射方向外側靠近極冷泵入口且在放射方向內側遠離該入口之傾斜正面，該傾斜正面具有朝向放射屏蔽件之傾斜角度，前述複數個極冷吸著板以如下方式排列成巢套狀，亦即相鄰的2個極冷吸著板之中接近前述極冷泵入口之其中一個極冷吸著板，為超越過遠離前述極冷泵入口之另一個極冷吸著板的上端而向前述極冷泵入口側突出。

依據本發明的一態樣，係提供一種藉由極冷泵來排出氫氣的真空排氣方法，其特徵為：前述極冷泵具備極冷板的巢套狀排列，本方法具備：藉由極冷板反射進入到前述巢套狀排列的間隙中之氫分子之製程、以及以其他極冷板吸附被反射之氫分子之製程。

另外，任意組合以上構成要件、或是在方法、裝置、系統等之間相互置換本發明的構成要件或表現形式者，作為本發明的形態同樣有效。

依據本發明，可提供一種用於非冷凝性氣體的高速排氣之極冷泵、極冷板結構以及真空排氣方法。

10‧‧‧極冷泵

12‧‧‧泵入口

26‧‧‧屏蔽件開口

28‧‧‧屏蔽件前端

30‧‧‧放射屏蔽件

32‧‧‧入口極冷板

34‧‧‧屏蔽件底部

36‧‧‧屏蔽件側部

38‧‧‧極冷泵容器

40‧‧‧前端

100(20)‧‧‧極冷板組件

102‧‧‧極冷板

108‧‧‧傾斜區域

112‧‧‧板安裝構件

114‧‧‧第1極冷板

116‧‧‧第2極冷板

118‧‧‧第3極冷板

124‧‧‧吸附區域

128‧‧‧上部構造

130‧‧‧下部構造

132‧‧‧背面

134‧‧‧虛線箭頭

136‧‧‧虛線箭頭

137‧‧‧頂板

138‧‧‧背面

139‧‧‧離入口極冷板32第二近的上部極冷板

140‧‧‧第1內側端部

141‧‧‧第1外側端部

143‧‧‧第2內側端部

144‧‧‧第2外側端部

146‧‧‧第3內側端部

147‧‧‧第3外側端部

152‧‧‧氫分子

156‧‧‧狹縫

A‧‧‧中心軸

第1圖係模式表示本發明的一實施形態之極冷泵之剖面圖。

第2圖係模式表示本發明的一實施形態之低溫極冷板之側視圖。

第3圖係模式表示本發明的一實施形態之極冷板之立體圖。

第4圖係用於說明第2圖所示之極冷板的排列之圖。

第5圖係用於說明氫分子撞到極冷板時的動作之圖。

第6圖係模式表示本發明的一實施形態之極冷板的一部份之圖。

第7圖係用於說明本發明的一實施形態之氫氣的真空排氣方法之圖。

第8圖係本發明的一實施形態之極冷泵的概要側視圖。

第9圖係本發明的一實施形態之極冷泵的概要俯視圖。

第1圖係模式表示本發明的一實施形態之極冷泵10之剖面圖。第1圖中示出包括極冷泵10的內部空間14的中心軸A及冷凍機16在內之剖面。

極冷泵10例如安裝在離子植入裝置或濺射裝置等真空腔室中，用於將真空腔室內部的真空度提高至所希望的工序所要求之等級為止。

極冷泵10具有作為用以接收氣體之吸氣口的極冷泵入口12。以下，有時將極冷泵入口12簡單稱為入口12或泵入口12。所要排出之氣體從安裝有極冷泵10之真空腔室通過入口12進入到極冷泵10的內部空間14。

另外，以下為了將極冷泵10的構成要件之間的位置關係表示得易於理解，會使用“軸向”、“放射方向”之類的用語。軸向是表示穿過泵入口12之方向(於第1圖中為沿一點鏈線A之方向)，放射方向是表示沿入口12之方向(與一點鏈線A垂直的方向)。關於軸向，為方便起見將離泵入口12相對較近的稱為“上”，相對較遠的稱為“下”。亦即，將離極冷泵10的底部相對較遠的稱為“上”，相對較近的稱為“下”。關於放射方向，將離泵入口12的中心(於第1圖中為中心軸A)較近的稱為“內”，離入口12的周緣較近的稱為“外”。放射方向還稱為徑向。另外，這種表現形式與極冷泵10安裝在真空腔室時的配置無關。例如，極冷泵10也可以以使泵入口12沿鉛垂方向朝下之方式安裝到真空腔室。

極冷泵10具備冷凍機16。冷凍機16，例如為吉福德-麥克馬洪式冷凍機(所謂的GM冷凍機)等極低溫冷凍機。冷凍機16為具備第1冷卻台22及第2冷卻台24之二段式冷凍機。冷凍機16，構成為將第1冷卻台22冷卻至第1溫度等級，並將第2冷卻台24冷卻至第2溫度等級。第2溫度等級的溫度為低於第1溫度等級。例如，第1冷卻台22被冷卻至65K~120K左右，較佳為被冷卻至80K~100K，第2冷卻台24被冷卻至10K~20K左右。

第1圖所示之極冷泵10為所謂的臥式極冷泵。臥式極冷泵通常是指冷凍機16以與極冷泵10的內部空間14的中心軸A交叉(通常為正交)之方式配設之極冷泵。本發明同樣能夠應用於所謂的立式極冷泵。所謂立式極冷泵是指冷凍機沿極冷泵的軸向配設之極冷泵。

極冷泵10具備高溫極冷板18及低溫極冷板20。高溫極冷板18主要是為保護低溫極冷板20免受來自極冷泵容器38的輻射熱而設置之極冷板。高溫極冷板18具備放射屏蔽件30和入口極冷板32，並包圍低溫極冷板20。高溫極冷板18為可傳熱地接連可傳熱地接連於第1冷卻台22。因此高溫極冷板18被冷卻至第1溫度等級。

放射屏蔽件30位於極冷泵容器38與低溫極冷板20之間，並包圍低溫極冷板20。放射屏蔽件30具備：劃分成屏蔽件開口26之屏蔽件前端28、與屏蔽件開口26相向之屏蔽件底部34、以及自屏蔽件前端28向屏蔽件底部 34延伸之屏蔽件側部36。

放射屏蔽件30，其軸向上端呈開放，在泵入口12具備屏蔽件開口26。泵入口12，是由極冷泵容器38的前端40所劃分出來。放射屏蔽件30具有使屏蔽件底部34封閉之筒形(例如圓筒)形狀，並形成為杯狀。於屏蔽件側部36具有用於安裝冷凍機16之孔，第2冷卻台24從該孔插入到放射屏蔽件30之中。在該安裝孔的外周部，第1冷卻台22固定於放射屏蔽件30的外表面。如此，放射屏蔽件30可傳熱地接連於第1冷卻台22。

入口極冷板32配置成佔據泵入口12的開口面積的中心部份，並在與放射屏蔽件30之間形成環形的開放區域。入口極冷板32是經板安裝結構158(參閱第9圖)而安裝在屏蔽件前端28。如此，入口極冷板32為固定於放射屏蔽件30，並可傳熱地接連可傳熱地接連於反射屏蔽件30，入口極冷板32例如可以是圓板形的折流板，亦可以是形成為同心圓形之百葉板形狀，還可以是鋸齒形狀。另外，入口極冷板32雖然靠近低溫極冷板20，但並不與其接觸。

在入口極冷板32的表面捕捉到由入口極冷板32的冷卻溫度所凝縮之氣體(例如水分)。並且，入口極冷板32，是為了保護低溫極冷板20免受來自極冷泵10的外部熱源(例如，安裝有極冷泵10之真空腔室內的熱源)的輻射熱而設。

低溫極冷板20設置於極冷泵10的內部空間14的中心部。例如低溫極冷板20以包圍放射屏蔽件30的中心軸A之佈局而配置。第1圖中，以虛線表示設置有低溫極冷板20之大致區域。對於低溫極冷板20的詳細內容隨後進行敘述。低溫極冷板20是經板安裝構件112(參閱第2圖)安裝於第2冷卻台24。以此，低溫極冷板20為可傳熱地接連於第2冷卻台24。藉此，低溫極冷板20被冷卻至第2溫度等級。

詳細內容在後面進行敘述，但在低溫極冷板20中，在至少一部份極冷板表面形成有吸附區域。吸附區域為藉由吸附來捕捉非冷凝性氣體(例如氫)而設。吸附區域，例如是藉由在極冷板表面上黏結吸附劑(例如活性碳)所形成。並且，在低溫極冷板20的至少一部份極冷板表面形成有用於藉由冷凝來捕捉冷凝性氣體之冷凝區域。冷凝區域例如是在極冷板表面上缺少吸附劑之區域，在極冷板基材表面例如有金屬表面露出。因此，亦能夠將冷凝區域稱為非吸附區域。因此，可將低溫極冷板20稱為在其局部具有冷凝區域(或者稱為非吸附區域)之吸附板或極冷吸著板。並且，亦可將低溫極冷板20稱為在其局部具有吸附區域之冷凝板或極冷冷凝板。

第2圖係模式表示本發明的一實施形態之低溫極冷板20之側視圖。另外，為了簡明扼要，在第2圖中省略了冷凍機16的圖示。低溫極冷板20作為具備複數個極冷板102之極冷板組件100而構成。複數個極冷板102是沿著自屏蔽件開口26朝向屏蔽件底部34之方向(亦即沿中心軸A)排列。

在第2圖所示之實施形態中，每個極冷板102，在中心軸A的外側，具有包圍中心軸A之極冷板表面。因此，極冷板組件100係具備：極冷板102的正面的法線為朝中心軸A而使放射方向向內斜上延伸之複數個傾斜極冷板。極冷板組件100具備14片極冷板102。

第3圖係模式表示本發明的一實施形態之極冷板102之立體圖。極冷板102具有倒梯形圓錐形狀。極冷板102亦可以具有研缽形、深盆形或球形形狀。極冷板102在上端部104具有較大的尺寸(亦即為大徑)，在下端部106具有比其小的尺寸(亦即為小徑)。

極冷板102具備連結上端部104和下端部106之傾斜區域108。傾斜區域108相當於倒梯形圓錐的側面。因此，極冷板102，是以極冷板102的正面的法線與中心軸A交叉之方式傾斜。傾斜區域108實際上佔據著放射方向上之該極冷板的整個寬度D。

其中，如第3圖所示，極冷板102亦可在下端部106具備安裝部110。安裝部110為平坦區域。安裝部110為用於將極冷板102安裝到板安裝構件112(參閱第2圖及第4圖)之凸緣。板安裝構件112是用以機械性地將極冷板102固定到冷凍機16的第2冷卻台24(參閱第1圖)並可傳熱地接連而設置。藉由設置如此實施之平坦的安裝凸緣，使得對板安裝構件112安裝極冷板102之作業變得輕鬆。

另外，極冷板102的形狀不限於倒梯形圓錐狀，可以是其他任意形狀，例如倒梯形錐狀。傾斜區域108亦可佔據自極冷板102的中心軸到放射方向上之該極冷板寬度D的至少一半。傾斜區域108亦可以設置於極冷板102的外周部。此時，除傾斜區域108以外的極冷板102的部份(例如內周部)，亦可沿放射方向水平延伸。並且，用於將極冷板102安裝到板安裝構件112上的安裝部110(參閱第3圖)並不限於在與極冷板102的中心軸垂直的面上水平延伸之平坦部份。安裝部110例如亦可以是包含沿著極冷板102的中心軸在鉛垂方向上延伸之平坦部份之任意非傾斜區域。

於極冷板102上亦可以形成有用於插穿冷凍機16之缺口或開口(未圖示)。

如第2圖所示，複數個極冷板102以同軸方式配設在放射屏蔽件30的中心軸A上。因此，複數個極冷板102各自的傾斜區域108以如下方式傾斜，亦即在靠近中心軸A之下端部106(參閱第3圖)遠離屏蔽件開口26，並且在遠離中心軸A之上端部104靠近屏蔽件開口26。傾斜區域108實際上佔據著自中心軸A到放射方向上的極冷板102的整個寬度。靠近泵入口12之極冷板102是比遠離泵入口12的極冷板102還要小型。相鄰的2個極冷板102之中，上側極冷板，係具有小於下側極冷板102的直徑。以如此方式實施，在上側極冷板與下側極冷板之間形成用於接收氫氣之間隙。

第4圖係用於說明第2圖所示之極冷板的排列之圖。第4圖中，以虛線表示第2圖所示之極冷板組件100的內部結構。

極冷板組件100中，複數個極冷板102排列成巢套狀。以下，例如以相鄰之3個極冷板114、116、118為例，對該極冷板排列進行說明。將離泵入口12較近的上側極冷板114稱為第1極冷板114，將3個極冷板中的中間極冷板116稱為第2極冷板116，將離泵入口12較遠的下側極冷板118稱為第3極冷板118。第2圖中，第1極冷板114為從下數起第4個極冷板，第2極冷板116為從下數起第3個極冷板，第3極冷板118為從下數起第2個極冷板。

以下，利用這3個極冷板114、116、118對極冷板的位置關係進行說明，而如圖所示，希望可以理解到其他極冷板亦具有相同的位置關係。

為了說明來自屏蔽件前端28的第1視線120和第2視線122，在第4圖中以虛線箭頭例示。第1視線120為從屏蔽件前端28向第1極冷板114的外側末端的視線。第2視線122為從屏蔽件前端28向第2極冷板116的外側末端的視線。

第2極冷板116的正面的第1視線120的軌跡是賦予第2極冷板116的正面的吸附區域124與冷凝區域126產生分界。並且，第3極冷板118的正面的第2視線122的軌跡是賦予第3極冷板118的正面的吸附區域124與冷凝區域126產生分界。能夠以相同的方式對其餘極冷板102設定吸附區域124與冷凝區域126之間的分界。

因此，離泵入口12較遠的極冷板102在該極冷板的正面的吸附區域124的面積比率較大。另一方面，離泵入口12較近的極冷板102在該極冷板的正面的吸附區域124的面積比率較小、或者不存在吸附區域124而整個正面就是冷凝區域126。尤其，離泵入口12最近的最上部的極冷板137，其整個正面就是冷凝區域126。離泵入口12最近的多片極冷板的整個正面亦可以是冷凝區域126。

回到第2圖。極冷板組件100被劃分為上部結構128與下部結構130。上部結構128至少具備1個極冷板102，該至少1個極冷板102具備傾斜區域108(參閱第3圖)，該傾斜區域具有朝向屏蔽件前端28之傾斜角度。以下，將具有這種傾斜方式之極冷板102稱為上部極冷板。另外，極冷板的傾斜角度是指垂直於中心軸A的平面與極冷板102表面的角度。

上部極冷板102具有調整為無法從極冷泵10的外部視見其背面132的傾斜角度。亦即，背面132(亦即傾斜區域108)的傾斜角度被定為：來自屏蔽件前端28的視線不與背面132交叉。因此，如同第2圖中以虛線箭頭134表示，上部極冷板102的外側末端是朝向屏蔽件前端28的稍下方。因此，每個上部極冷板102的傾斜角度均不相同，越靠上方的極冷板其傾斜角度越小。另外，為了設為無法從極冷泵10的外部視見上部極冷板102的背面 132，有時必須考慮以來自極冷泵容器38的前端40的視線，來代替屏蔽件前端28。

極冷板組件100的下部結構130具備至少1個極冷板102。該至少1個極冷板102如同在第2圖中以虛線箭頭136表示，具備朝向屏蔽件側部36傾斜之傾斜區域108(參閱第3圖)。以下，將具有這種傾斜角度之極冷板102稱為下部極冷板。亦即，下部極冷板102具有朝向屏蔽件側部36之傾斜角度，因此無法從極冷泵10的外部視見其背面138。每個下部極冷板102都具有相同的傾斜角度。

在上部極冷板102的背面132全區域均設有吸附劑。並且，在下部極冷板102的背面138全區域均設有吸附劑。如此一來，複數個極冷板102各自在無法從極冷泵10的外部視見之部位具備吸附區域124。因此，極冷板組件100構成為從極冷泵10的外部完全無法看到吸附區域124。

但是，蓄積在極冷泵中之氣體，通常應可藉由再生處理使氣體實質上完全被排出，而於再生結束時，使極冷泵恢復到規格上的排氣性能。然而，即使經過再生處理，所蓄積之氣體中的一部份成份還殘留在吸附劑中的比例仍舊比較高。

例如，以離子植入裝置的真空排氣用而設置之極冷泵中，觀察到在作為吸附劑的活性碳中附著有黏著性物質之現象。即使經再生處理亦很難完全去除該黏著性物質。吾人認為該黏著性物質是起因於從被覆於處理對象基板之光致抗蝕劑中排出之有機系的洩漏氣體所致，或者亦有可能起因於由在離子植入處理中用作摻雜劑氣體亦即原料氣體之有毒氣體所致，亦有可能是由離子植入處理中之其他副生成氣體所致，亦有可能因這些氣體的複合性關係而生成黏著性物質。

離子植入處理中，極冷泵所排出之氣體大部份有可能是氫氣。氫氣藉由再生實際上被完全排出到外部。難再生氣體若是微量，則難再生氣體在1次極冷泵處理中對極冷泵的排氣性能影響較輕微。然而，在重複極冷泵處理和再生處理期間，難再生氣體有可能漸漸蓄積到吸附劑中，並逐漸降低排氣性能。排氣性能低於允許範圍時，就必須進行包括例如更換吸附劑或與此同時更換極冷板、或者對吸附劑進行化學性的難再生氣體去除處理在內之維護作業。

難再生氣體幾乎無一例外的是冷凝性氣體。從外部朝向極冷泵10飛來之冷凝氣體的分子通過入口極冷板32周圍的開放區域，以直線路徑到達放射屏蔽件30或極冷板組件100的外周的冷凝區域126，並被捕捉在它們的表面上。藉由避免吸附區域向泵入口12露出，來保護吸附區域免受來自包含在進入到極冷泵10之氣體中之難再生氣體之影響。難再生氣體堆積在冷凝區域。藉此，能夠兼顧非冷凝性氣體的高速排氣和吸附區域免受難再生氣體的影響。避免吸附區域露出亦有助於保護吸附區域免受水分的影響。

如上所述，複數個極冷板102排列成巢套狀。各極冷板102在其正面的傾斜區域108的外側端部具備冷凝區域126。第1極冷板114的上端部104超越過第2極冷板116的冷凝區域126(亦即上端部104)向泵入口12側(更準確而言為向斜上方)突出。離泵入口12較遠的第2極冷板116包圍離泵入口12較近的第1極冷板114的傾斜區域108的一大半及下端部106。如此一來，複數個極冷板102沿軸向相重疊，並緊湊地排列。

其中，如第2圖及第4圖所示，複數個極冷板102之中，離入口極冷板32最近的上部極冷板137在軸向上與離入口極冷板32第二近的上部極冷板139不相重疊。如此，極冷板組件100的上部結構128亦可以具備遠離軸向而排列之至少1個極冷板。

一實施形態中，上部結構128的至少一部份或所有極冷板102可以與下部結構130的極冷板102同樣地平行排列。為全部平行時則方便製作。此時，頂板137的末端朝向極冷泵前端(的稍下方)，比其更靠下方的極冷板可以朝向屏蔽件側部36。

如第4圖所示，第1極冷板114係具備：第1內側端部140、第1外側端部141、以及連結第1內側端部140和第1外側端部141之第1傾斜部142。第2極冷板116係具備：第2內側端部143、第2外側端部144、以及連結第2內側端部143和第2外側端部144之第2傾斜部145。第3極冷板118係具備：第3內側端部146、第3 外側端部147、以及連結第3內側端部146和第3外側端部147之第3傾斜部148。

這些極冷板114、116、118如上所述沿軸向排列成巢套狀。內側端部140、143、146為下端部106(參閱第3圖)，外側端部141、144、147為上端部104(參閱第3圖)。內側端部140、143、146安裝於板安裝構件112，使極冷板114、116、118的底部為封閉。外側端部141、144、147係劃分出朝泵入口12開放之各極冷板114、116、118的入口開口，且外側端部141、144、147朝向屏蔽件側部36。

傾斜部142、145、148為傾斜區域108(參閱第3圖)，且從內側端部140、143、146向外側端部141、144、147直線延伸。傾斜部142、145、148以從屏蔽件底部34朝向屏蔽件開口26之方式從中心軸A沿放射方向向外延伸。因此，第1極冷板114和第2極冷板116之間存在從中心軸A的附近沿放射方向向外斜上直線延伸之第1間隙149。第2極冷板116和第3極冷板118之間存在從中心軸A的附近沿放射方向向外斜上直線延伸之第2間隙150。如此一來，極冷板114、116、118被配置成使進入到極冷板114、116、118之間的間隙149、150中之氣體分子藉由傾斜部142、145、148上側的傾斜面朝中心軸A反射。

從離泵入口12較近的一側開始依次排列第1極冷板114、第2極冷板116、第3極冷板118。因此，從屏蔽件開口26到第2內側端部143、第2傾斜部145、以及第2外側端部144的距離，是比從屏蔽件開口26到第1內側端部140、第1傾斜部142、以及第1外側端部141的距離還長。同樣，從屏蔽件開口26到第3內側端部146、第3傾斜部148、以及第3外側端部147的距離，是比從屏蔽件開口26到第2內側端部143、第2傾斜部145、以及第2外側端部144的距離還長。

並且，自屏蔽件開口26到第2外側端部144的距離F，是比自屏蔽件開口26到第1內側端部140的距離E還短。另外，自屏蔽件開口26到第3外側端部147的距離G，亦是比自屏蔽件開口26到第1內側端部140的距離E還短。如此，與某一上側的極冷板的內側端部相比，比其更靠下側的幾個極冷板的外側端部為更接近泵入口12。換言之，某一下側的極冷板的傾斜部，為超過比其更靠上側的幾個極冷板的內側端部而斜上延伸。如此一來，複數個極冷板102排列成巢套狀。

這種極冷板彼此間的位置關係不僅適用於下部結構130亦適用於上部結構128的幾個極冷板。不過其中，該位置關係在下部結構130中更顯著。例如，最下方的極冷板151的外側端部是比與其相差6片的上方極冷板的內側端部更靠近泵入口12。

如此一來，在極冷板114、116、118之間形成有細長的間隙149、150。這些間隙149、150是從外側端部141、144、147的間隙入口深入延伸到內側端部140、 143、146。間隙的深度大於間隙入口的寬度。在此，所謂間隙的深度是指從外側端部到內側端部的距離、或者，是從放射方向外側到內側的傾斜部的長度。極冷板組件100具有如此深的間隙結構，藉此能夠提高氫氣的捕捉率。亦即只要氫分子進入到間隙149、150中便能夠盡量不使其逃到外部地進行捕捉。

第5圖及第6圖係用於說明氫分子撞到極冷板時的動作之圖。在第5圖所示之極冷板排列中，平板的第1極冷板114及第2極冷板116平行排列。第1極冷板114及第2極冷板116是沿著與極冷泵中心軸垂直的面延伸。在第2外側端部144的正上方配置有第1外側端部141。

氫分子152(或其它氣體分子)碰到極冷板表面時的動作，可認為是與光的反射基本相同。但是，氫分子152在極冷板表面並非是單純地進行鏡面反射。氫分子152在極冷板表面先瞬間性地被捕捉，然後馬上從極冷板表面再次被釋出。因此，氫分子152被排出之方向是隨機的而不是特定的。能夠認為氫分子152在所有方向上幾乎以相等的機率被釋出。因此，氫分子152的反射與光的漫反射相似。第5圖及第6圖中，以實線箭頭例示所入射之氫分子152的軌跡，並以虛線箭頭例示被反射之氫分子152的軌跡。

在第5圖所示之極冷板排列中，從第2外側端部144觀察第1極冷板114時，被第1極冷板114所覆蓋之角度範圍正好等於90度。因此，在第2外側端部144，被反射之氫分子152大致以1/2的機率朝向第1極冷板114的背面，大致以1/2的機率朝向遠離第1極冷板114之方向。

相對於此，在第6圖所示之極冷板排列中，第1極冷板114及第2極冷板116相對於極冷泵中心軸是以使各自的外側端部141、144朝向斜上方之方式傾斜。在第2外側端部144的正上方配置有第1外側端部141。另外，如第2圖及第4圖所示，第2外側端部144亦可以位於第1外側端部141的放射方向外側。

在第6圖所示之極冷板排列中，從第2外側端部144觀察第1極冷板114時，被第1極冷板114覆蓋之角度範圍α超過90度。因此，在第2外側端部144，被反射之氫分子152以大於1/2的機率朝向第1極冷板114的背面。氫分子152從第2外側端部144朝向第1極冷板114的機率由角度α而定。所有可能由角度α在氫分子152的整個反射範圍(例如180度)中所佔之比例來決定該機率。如此一來，能夠使更多的氫分子152向相鄰之極冷板反射。

再次參閱第4圖。與第1極冷板114的第1內側端部140和第2極冷板116的第2內側端部143之間的間隔K相比，第1極冷板114的第1外側端部141與第2極冷板116的第2外側端部144之間的間隔L更窄。亦即與極冷板的安裝間隔K相比，極冷板之間的間隙入口L更窄。如此一來，能夠使極冷板之間的間隙入口L靠近泵入口 12。

極冷板組件100被設置成靠近入口極冷板32。因此，能夠在軸向排列更多的極冷板。另外，在重視減少入射到極冷板組件100的熱量時，可以擴大極冷板組件100與極冷板32之間的間隔。

第7圖係用於說明本發明的一實施形態之氫氣的真空排氣方法之圖。如上所述，極冷泵10具備極冷板102的巢套狀排列。該真空排氣方法具備藉由極冷板102對進入到巢套狀排列的間隙中之氫分子進行反射之製程，以及利用另一極冷板102吸附所反射之氫分子之製程。

例如，如第7圖中以箭頭P所示，能夠將進入到極冷泵10之氫分子接收入極冷板102之間的細長間隙中。入射到間隙中之氫分子，是藉由極冷板表面的反射而被導入間隙內部。如箭頭Q所示，碰撞到上方極冷板的正面之氫分子朝向其緊接之上方極冷板的背面而反射。並且，如箭頭R所示，藉由放射屏蔽件反射之氫分子亦能夠接收到極冷板102之間的細長間隙中。

如此，極冷板組件100構成為朝向極冷板結構的中心部導入進入到極冷泵10中之氫分子。極冷板結構的中心部形成有吸附區域。因此，能夠有效吸附氫分子，並能夠實現氫氣的高速排氣。

本申請人先前提出之極冷泵亦具備同時滿足氫氣的高速排氣和保護吸附劑之獨特的極冷板結構。在該極冷板結構中，每個極冷板沿著與極冷泵的中心軸垂直的平面朝向放射屏蔽件延伸。在第5圖中例示出這種極冷板結構。這種極冷泵例如公開於日本專利申請2011-107669號、日本專利申請2011-107670、美國專利申請第13/458699號、及美國專利申請第13/458751號中。藉由參閱而援用於本案說明書中。

此外還藉由基於蒙特卡羅法之模擬試驗確認到，具有基於本實施形態之傾斜極冷板之極冷泵的氫氣的排出速度，若與上述之具有此種水平極冷板的極冷泵相比，大致優異20%~30%。

並且，一真空系統中設置有複數個極冷泵。藉由使用基於本實施形態之極冷泵，能夠減少極冷泵的設置台數。亦即能夠以較少的極冷泵實現同等的排氣速度。例如以3台極冷泵來代替4台極冷泵時，極冷泵系統所需之成本大致減至3/4。因此，能夠大幅減少用於構成真空系統之總成本。

以上，基於實施例對本發明進行了說明。本發明並不限於上述實施形態而是能夠進行各種設計變更，亦有各種變形例，並且這種變形例亦屬於本發明範圍內之事實，是本業業者所普遍知曉的。

第8圖係本發明的一實施形態之極冷泵10的概要側視圖。極冷泵10具備極冷板組件100。極冷板組件100具備上部結構128和下部結構130。下部結構130以與參閱第2圖進行說明之上述實施形態相同的方式構成。第8圖中，為了示出整個上部結構128，省略了下部結構130 中之上側中央部份的圖示。

上部結構128具備與具有倒梯形錐狀的極冷板102為逆向形狀的極冷板103。亦即上部結構128的極冷板103是具有梯形錐狀(例如梯形圓錐狀)。極冷板103亦可以是平板。越靠近泵入口12之極冷板103越大型(直徑越大)。但是，即使是離泵入口12最近的極冷板103亦比入口極冷板32還小型，且是比下部結構130的極冷板102還小型。上部結構128的極冷板103在其背面具有吸附區域。上部結構128的極冷板103能夠吸附藉由下部結構130的極冷板102所反射之氫分子。

因此，極冷板組件100具備設置於屏蔽件開口26和複數個極冷板102之間之至少1個吸附板103。至少1個吸附板103向屏蔽件側部36延伸。至少1個吸附板103在背面具備用於吸附由複數個極冷板102所反射之氣體分子之吸附區域。如此一來，極冷板組件100的上部結構128亦可以構成為專門用於吸附之極冷板。

第9圖係本發明的一實施形態之極冷泵10的概要俯視圖。為了簡明扼要，第9圖中僅圖示出複數個極冷板102中的1個極冷板102。

如第9圖所示，極冷板102被分割成複數個(例如3個以上)板片154。第9圖中，極冷板102被分割成6個板片154，每個板片154都具有三角形形狀。因此，極冷板102具有倒六角錐形狀。另外，板片154的形狀是任意的，例如可以是四邊形。板片154的表面可以是平的，亦可以是彎曲的。

板片154之間形成有狹縫156。通過狹縫156氣體分子能夠到達其內部極冷板。這種狹縫156可以設置於第2圖所示之極冷板102上，亦可以設置於第8圖所示之極冷板102上。

通常，氫分子其大部份會在極冷板組件100的吸附區域的外周部份被吸附。藉由在極冷板102上設置狹縫156能夠將氫分子導入到極冷板組件100的更中心部或更深部。因此，能夠緩解被吸附之氫分子的不均勻分佈。由於能夠有效利用中心部或深部的吸附區域，因此能夠增加氫的吸附存儲量。

狹縫156亦可被配置成在極冷板組件100的上方較多，而下方較少。亦即極冷板組件100亦可在上方稀疏地配置板片154，而在下方則密集地配置。狹縫156亦可以不設置於最下方的極冷板102。並且，狹縫156亦可以設置成在相鄰之極冷板102之間彼此錯開。例如，狹縫156亦可以被設置成沿軸向自上而下錯開成螺旋狀。

形成某一極冷板102之複數個板片154，是與未分割之單一的極冷板102同樣地，在某一特定的安裝位置安裝有板安裝構件112。因此，能夠考慮包含每個板片的安裝位置在內之安裝面，該安裝面是與中心軸A垂直相交之平面。複數個板片154亦可以以相對於安裝面具有扭轉角之方式進行安裝。如此一來，亦可以以在某一板片154的正面所反射之氫分子朝向相鄰之板片154的背面之方式來構成極冷板102。

在某一較佳實施形態中，極冷板組件100亦可以具備上部結構128(參閱第8圖)和下部結構130，其中，上部結構128具備複數個吸附板103，下部結構130具備各自具有複數個狹縫156之複數個極冷板102(參閱第9圖)。狹縫156亦可以不設置於最下方之極冷板102上。如此實施之極冷板結構，亦能夠稱其為鳳梨型。對於鳳梨型的極冷板結構，亦藉由基於蒙特卡羅法之模擬試驗確認到，能夠實現與上述缽形極冷板結構相同的排氫速度。

另外，第9圖中以虛線表示入口極冷板32。與此同時，在第9圖中亦以虛線表示用於將入口極冷板32安裝到放射屏蔽件30上之十字形板安裝結構158。

本發明的實施形態，亦能夠以如下形式表示。

1.一種極冷泵，其特徵為，具備：放射屏蔽件，其具備：劃分出屏蔽件開口之屏蔽件前端、及與前述屏蔽件開口呈相向之屏蔽件底部、以及自前述屏蔽件前端向前述屏蔽件底部延伸之屏蔽件側部、和極冷板組件，其為藉由前述放射屏蔽件而冷卻成低溫之極冷板組件，且具備自前述屏蔽件開口沿朝向前述屏蔽件底部之方向排列之複數個極冷板；前述複數個極冷板，具備：第1極冷板，其具備第1內側端部、以及朝向前述屏蔽件側部之第1外側端部、和第2極冷板，其具備第2內側端部、以及朝向前述屏蔽件側部之第2外側端部；自前述屏蔽件開口到前述第2內側端部的距離，是比自前述屏蔽件開口到前述第1內側端部的距離還長，自前述屏蔽件開口到前述第2外側端部的距離，是比自前述屏蔽件開口到前述第1外側端部的距離還長；自前述屏蔽件開口到前述第2外側端部的距離，是比自前述屏蔽件開口到前述第1內側端部的距離還短。

依據此實施形態，第2極冷板雖位在第1極冷板的內部，但是2個極冷板是以第2極冷板的外側比第1極冷板的內側更接近屏蔽件開口之方式配置。因此，2個極冷板的間隙從極冷板的內側端部向外側端部斜上方延伸。如此，在細長的間隙中接收氫氣，並能夠將氫氣導入間隙的內部。因此，能夠有效地捕捉氫氣。

2.如實施形態1所述之極冷泵，其中，前述複數個極冷板還具備第3極冷板，該第3極冷板，具備：第3內側端部、以及朝向前述屏蔽件側部之第3外側端部；自前述屏蔽件開口到前述第3內側端部的距離，是比自前述屏蔽件開口到前述第2內側端部的距離還長，自前述屏蔽件開口到前述第3外側端部的距離，是比自前述屏蔽件開口到前述第2外側端部的距離還長，自前述屏蔽件開口到前述第3外側端部的距離，是比自前述屏蔽件開口到前述第1內側端部的距離還短。

3.如實施形態1或2所述之極冷泵，其中，相對於前述第2外側端部，以從前述第2外側端部觀察前述第1極冷板時被前述第1極冷板覆蓋之角度範圍超過90度的方式配置前述第1極冷板。

4.如實施形態1或2所述之極冷泵，其中，前述複數個極冷板各自具備：以在離前述放射屏蔽件的中心軸較近的部位遠離前述屏蔽件開口且在離前述中心軸較遠的部位靠近前述屏蔽件開口之方式傾斜之傾斜區域，自前述中心軸到放射方向上之該極冷板的寬度的至少一半為前述傾斜區域。

5.如實施形態4所述之極冷泵，其中，實際上整個前述寬度就是前述傾斜區域。

6.如實施形態4或5所述之極冷泵，其中，前述極冷板組件，具備用於支撐前述複數個極冷板之支撐構件，前述複數個極冷板各自具備用於將該極冷板安裝到前述支撐構件上之非傾斜區域。

7.如實施形態1或2所述之極冷泵，其中，前述複數個極冷板各自具有倒梯形錐狀的形狀。

8.如實施形態1或2所述之極冷泵，其中，前述複數個極冷板在無法從極冷泵外部視見之部位具備吸附區域。

9.如實施形態1或2所述之極冷泵，其中，前述極冷板組件還具備設置於前述屏蔽件開口與前述複數個極冷板之間之至少1個極冷板，前述至少1個極冷板向前述屏蔽件前端或極冷泵容器前端傾斜。

10.如實施形態9所述之極冷泵，其中，前述至少1個極冷板具有被調整為無法從極冷泵外部視見其背面之傾斜角度。

11.如實施形態1或2所述之極冷泵，其中，前述極冷板組件還具備設置於前述屏蔽件開口與前述複數個極冷板之間之至少1個吸附板，前述至少1個吸附板向前述屏蔽件側部延伸，前述至少1個吸附板在背面具備用於吸附由前述複數個極冷板所反射之氣體分子之吸附區域。

12.如實施形態1或2所述之極冷泵，其中，在前述複數個極冷板中的至少1個極冷板形成有能夠使氣體分子通過之狹縫。

13.如實施形態1或2所述之極冷泵，其中，在前述第1極冷板與前述第2極冷板之間所形成之間隙的深度，是大於該間隙的入口的寬度。

14.一種極冷板結構，為具備複數個極冷吸著板的極冷板結構，其特徵為：前述複數個極冷吸著板各自具備在放射方向外側靠近極冷泵入口且在放射方向內側遠離該入口之傾斜正面，該傾斜正面具備非吸附區域，前述複數個極冷吸著板以如下方式排列成巢套狀，亦即相鄰的2個極冷吸著板之中接近前述極冷泵入口之其中一個極冷吸著板，為越過遠離前述極冷泵入口之另一個極冷吸著板的非吸附區域而向前述極冷泵入口側突出。

依據此實施形態，相鄰的2個極冷吸著板排列成巢套狀。在這種成巢套狀排列間隙中接收氫氣，並能夠將氫氣導入到間隙的內部。因此，能夠有效地捕捉氫氣。

15.如實施形態14所述之極冷板結構，其中，前述複數個極冷吸著板各自具有在靠近前述極冷泵入口的一側具有較大尺寸且在遠離前述極冷泵入口之一側具有較小尺寸的倒梯形錐狀的形狀，前述複數個極冷吸著板是以前述另一個極冷吸著板包圍前述其中一個極冷吸著板之方式排列。

16.如實施形態14或15所述之極冷泵，其中，前述非吸附區域形成於透過前述極冷泵入口可視見之前述複數個極冷吸著板的外周部。

17.一種極冷板結構，為具備複數個極冷吸著板的極冷板結構，其特徵為：前述複數個極冷吸著板各自具備在放射方向外側靠近極冷泵入口且在放射方向內側遠離該入口之傾斜正面，該傾斜正面具有朝向放射屏蔽件之傾斜角度，前述複數個極冷吸著板以如下方式排列成巢套狀，亦即相鄰的2個極冷吸著板之中接近前述極冷泵入口之其中一個極冷吸著板，為超越過遠離前述極冷泵入口之另一個極冷吸著板的上端而向前述極冷泵入口側突出。

18.一種真空排氣方法，是藉由極冷泵來排出氫氣的真空排氣方法，其特徵為：前述極冷泵具備極冷板的巢套狀排列，本方法具備：藉由極冷板反射進入到前述巢套狀排列的間隙中之氫分子之製程、以及以其他極冷板吸附被反射之氫分子之製程。

本案申請主張依據2012年11月13日所申請之日本發明專利第2012-249001號申請案之優先權，並參照其申請之所有內容援用於本說明書中。