TWI544149B - Low temperature pump and vacuum exhaust method - Google Patents

Description

低溫泵及真空排氣方法

本發明係有關一種低溫泵及真空排氣方法。

低溫泵為藉由冷凝或吸附將氣體分子捕捉到被冷卻成超低溫之低溫板上以進行排氣之真空泵。低溫泵一般用於實現半導體電路製程等所要求之清潔的真空環境。作為低溫泵的應用之一，例如如離子植入工程，例如氫等非冷凝性氣體有時佔應排出氣體的大半。非冷凝性氣體只有吸附在被冷卻成超低溫之吸附區域才能夠排出。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2012-237262號公報

專利文獻2：日本特開2010-84702號公報

本發明的一態樣的例示性目的之一在於提供一種用於高速排出非冷凝性氣體之低溫泵及真空排氣方法。

依本發明的一態樣，提供一種低溫泵，其特徵為，該低溫泵具備：吸附低溫板，具備接收非冷凝性氣體的入射之前表面和具備非冷凝性氣體的吸附區域之背面；以及反射低溫板，具備與前述背面對向之非冷凝性氣體的反射面，前述吸附低溫板具有多數個從前述前表面貫穿至前述背面之孔。

依本發明的一態樣，提供一種低溫泵，其特徵為，該低溫泵具備：吸附低溫板，具備接收非冷凝性氣體的入射之前表面和具備非冷凝性氣體的吸附區域之背面；以及反射低溫板，具備與前述背面對向之非冷凝性氣體的反射面，前述吸附低溫板具有10%以上70%以下的非冷凝性氣體的通過概率。

依本發明的一態樣，提供一種真空排氣方法，排出非冷凝性氣體，其特徵為，前述方法具備以下步驟：通過吸附低溫板，將非冷凝性氣體接收在前述吸附低溫板與和該吸附低溫板相鄰之低溫板之間，其中，前述吸附低溫板具有10%以上70%以下的非冷凝性氣體的通過概率；藉由前述相鄰之低溫板反射非冷凝性氣體；以及將反射後之非冷凝性氣體吸附在前述吸附低溫板上。

另外，將以上構成要件的任意組合或本發明的構成要件或表現在方法、裝置及系統等之間相互替換之技術也可有效作為本發明的態樣。

依本發明，提供一種用於高速排出非冷凝性氣體之低溫泵及真空排氣方法。

1‧‧‧低溫泵

2‧‧‧吸附低溫板

3‧‧‧反射低溫板

4‧‧‧前表面

5‧‧‧背面

7‧‧‧反射面

8‧‧‧吸附低溫板構造

10‧‧‧低溫泵

12‧‧‧吸氣口

16‧‧‧冷凍機

30‧‧‧放射遮罩

第1圖係概略表示本發明的第1實施形態之低溫泵的主要部份之圖。

第2圖係本發明的第1實施形態之吸附低溫板的俯視圖。

第3圖係概略表示本發明的第1實施形態之低溫泵的主要部份之圖。

第4圖係例示本發明的第1實施形態之吸附低溫板構造的排氣概率與吸附低溫板的通過概率的關係之圖表。

第5圖係模式表示本發明的第2實施形態之低溫泵的主要部份之剖面圖。

第6圖係模式表示本發明的第3實施形態之低溫泵的主要部份之剖面圖。

第7圖係模式表示本發明的第3實施形態之低溫板之立體圖。

第8圖係模式表示本發明的第4實施形態之低溫泵的主要部份之剖面圖。

第9圖係模式表示本發明的第5實施形態之低溫泵的主要部份之剖面圖。

以下，參閱附圖對用於實施本發明之形態進行詳細說明。另外，說明中對相同要件標注相同的符號，並適當省略重複說明。

第1圖係概略表示本發明的第1實施形態之低溫泵1的主要部份之圖。為簡單明瞭，第1圖中僅表示吸附低溫板2及反射低溫板3。第1圖表示包括低溫泵1的中心軸之剖面。

吸附低溫板2具備前表面4及背面5。前表面4被配置成接收非冷凝性氣體分子(例如氫分子)的入射。背面5具備非冷凝性氣體的吸附區域。吸附區域例如為設置有適於吸附非冷凝性氣體之吸附劑(例如活性碳)之區域。

第2圖係本發明的第1實施形態之吸附低溫板2的俯視圖。吸附低溫板2具有多數個貫穿孔6。吸附低溫板2可以為圓形的沖孔板或開孔板。貫穿孔6從前表面4向背面5貫穿吸附低溫板2而形成。圖示之貫穿孔6遍及整個吸附低溫板2均勻分佈。在圖示之吸附低溫板2中，貫穿孔6為排列成格子狀之圓形的開口。

如第1圖所示，反射低溫板3具備非冷凝性氣體分子的反射面7。反射面7與吸附低溫板2的背面5對向。反射低溫板3可以為低溫泵1的放射遮罩。此時，反射低溫板3包圍吸附低溫板2。吸附低溫板2的前表面4朝向放射遮罩的主開口，吸附低溫板2的背面5朝向作為反射面7之放射遮罩的底面。

在低溫泵1進行真空排氣運行時，非冷凝性氣體分子進入低溫泵1中。如箭頭A所例示，有的非冷凝性氣體分子由前表面4反射而返回到低溫泵1的外部。

如箭頭B所例示，有的非冷凝性氣體分子通過吸附低溫板2的貫穿孔6，進入吸附低溫板2與反射低溫板3之間的空間。該非冷凝性氣體分子由反射低溫板3反射。反射後之非冷凝性氣體分子入射到吸附低溫板2的背面5，確實地吸附在吸附區域。或者，反射後之非冷凝性氣體分子有可能再次通過貫穿孔6返回到低溫泵1的外部。

假如吸附低溫板2不具有貫穿孔6時，如虛線箭頭C所例示，通過吸附低溫板2之非冷凝性氣體分子的路徑被限定在吸附低溫板2外側的間隙。非冷凝性氣體分子從吸附低溫板2的外側進入，由反射低溫板3反射。其中，大半的分子入射到吸附低溫板2的背面5的外周部。如此一來，非冷凝性氣體分子集中在吸附低溫板2的外周部，在吸附低溫板2的表面產生非冷凝性氣體吸附量的二維分佈。外周部的吸附區域先飽和，盡管中心部的吸附區域還有餘裕，卻導致不得不早期進行低溫泵1的再生。

當沒有貫穿孔6時，為了將更多量的非冷凝性氣體導入到吸附低溫板2與反射低溫板3之間，必須擴大吸附低溫板2周圍的間隙。為此，將吸附低溫板2小型化或者將反射低溫板3(例如放射遮罩)大型化。小型的吸附低溫板2由於吸附區域狹窄，因此限制低溫泵1的吸附性能。大型的反射低溫板3則由於低溫泵1較大，因此有可能招 致所需成本增大。

但是，依本實施形態，由於貫穿孔6形成於吸附低溫板2上，因此非冷凝性氣體分子不僅入射到吸附低溫板2的背面5的外周部，而且還容易入射到中心部。因此，吸附低溫板2的中心部的吸附區域也可有效用於非冷凝性氣體的排出，可以抑制集中吸附在外周部。

如此，本實施形態之低溫泵1具備由一對低溫板，亦即吸附低溫板2和與其相鄰之反射低溫板3構成之吸附低溫板構造8。一對低溫板中至少一個關於非冷凝性氣體具有某一通過概率。換言之，吸附低溫板結構8係通過具有透過率之低溫板在低溫板之間接收非冷凝性氣體而進行捕捉。其結果，可以緩和低溫板面內的吸附量的偏在，能夠有效利用整個吸附區域。因此，依本實施形態，能夠提高非冷凝性氣體的排氣速度和/或存儲量。

並且，依本實施形態，能夠緊密排列低溫板。這有助於提高設計上的自由度。還能夠提供一種小型且高性能的低溫泵1。

然而，從前面的說明可以理解，本實施形態之吸附低溫板構造8，關於吸附低溫板2中的非冷凝性氣體分子的通過概率具有最佳值或範圍。以下對此進行詳細說明。

進入低溫泵1之非冷凝性氣體的一部份藉由吸附低溫板2的前表面4或反射低溫板3的反射而返回到低溫泵1的外部。當吸附低溫板2中的通過概率過大時(例如第3圖所示，當貫穿孔6較大時)，由反射低溫板3的反射變 得顯著，對吸附低溫板結構8的排氣性能的貢獻較小。亦即，通過貫穿孔6由反射低溫板3反射而再次通過貫穿孔6從低溫泵1排出，因此未捕捉到吸附低溫板構造8之非冷凝性氣體分子增加。相反地，當吸附低溫板2中的通過概率過小時，與沒有貫穿孔6的情況相同，由吸附低溫板2的前表面4反射，藉此未捕捉到吸附低溫板構造8之非冷凝性氣體分子增加。

本實施形態之吸附低溫板構造8的非冷凝性氣體的排氣概率能夠使用第1圖所示之模型在理論上求出。以下，將吸附低溫板2的通過概率標記為t，將吸附區域中的非冷凝性氣體的捕捉概率(例如活性碳中的氫吸收概率)標記為a。

在N個分子入射到低溫泵1時，tN個分子通過吸附低溫板2，(1-t)N個分子由吸附低溫板2的前表面4反射。通過吸附低溫板2之tN個分子由反射低溫板3反射而再次朝向吸附低溫板2。t²N個分子通過吸附低溫板2，t(1-t)N個分子入射到吸附低溫板2的背面5。因此，at(1-t)N個分子被捕捉到吸附區域。未被捕捉之分子由背面5反射而再次朝向反射低溫板3。反覆進行以上的反射和捕捉。

考察結果，本實施形態之吸附低溫板構造具有由以下公式表示之非冷凝性氣體的排氣概率P。

P=at(1-t)/(t(1-a)+a)

捕捉概率a係表示吸附區域的性能之常數。因此，上 述公式表示吸附低溫板構造的排氣概率P與吸附低溫板2的通過概率t的關係。

第4圖係例示本實施形態之吸附低溫板構造的排氣概率P與吸附低溫板2的通過概率t的關係之圖表。縱軸表示排氣概率P，橫軸表示通過概率t。如圖示，依本實施形態之吸附低溫板構造，排氣概率P呈山形分佈，在某一通過概率t下賦予最大的排氣概率P。圖示之圖表表示基於第1圖所示模型之分析結果。但是很顯然，即使在將本實施形態之吸附低溫板構造運用於現實中的低溫泵時，排氣概率P與通過概率t的關係亦具有同樣的傾向。

因此，為了得到良好的排氣概率P，如第4圖中範圍K所示，吸附低溫板2具有10%以上70%以下的非冷凝性氣體分子的通過概率為佳。為了得到更良好的排氣概率P，如圖中範圍L所示，吸附低溫板2具有15%以上60%以下的非冷凝性氣體分子的通過概率為佳。為了得到進一步良好的排氣概率P，如圖中範圍M所示，吸附低溫板2具有20%以上50%以下的非冷凝性氣體分子的通過概率為佳。在第4圖所例示之關係下，在吸附低溫板2具有約35%的通過概率時實現最大的排氣概率。

在一實施形態中，藉由貫穿孔6的總計面積相對於吸附低溫板2的面積之比例(以下還稱為開口面積比)對吸附低溫板2中的通過概率予以具體化。因此，吸附低溫板2具有10%以上70%以下的開口面積比為佳，具有15%以上60%以下的開口面積比更佳，並以具有20%以上50%以 下的開口面積比為最佳。換言之，吸附低溫板2在其面積當中10%以上70%以下、15%以上60%以下、或20%以上50%以下的部份為開口。

為了防止吸附低溫板2中的吸附量的偏在，希望吸附低溫板2具有均勻分佈之多數個貫穿孔6。並且，當各個孔過大時，如上所述，由反射低溫板3的反射變得顯著。從這樣的觀點出發，希望貫穿孔6的孔寬度(例如第2圖所示之孔徑E)為約20mm以下。並且，考慮對低溫板材料(例如金屬)的貫穿孔6的加工性，希望貫穿孔6的孔寬度為約4mm以上。

在一實施形態中，藉由將粒狀的吸附劑(例如活性碳)黏接在低溫板材料而形成吸附區域。在相鄰之2個孔之間的材料部份容納粒狀的吸附劑，因此希望貫穿孔6的孔間隔(例如相鄰之2個孔的距離W(參閱第2圖))為與孔寬度相同的程度，例如孔寬度的0.5倍~2倍或0.8倍~1.25倍。

並且，在與貫穿孔6的孔寬度相比，吸附低溫板2和反射低溫板3過度靠近時(例如，當第1圖所示之板間距離H較小時)，未被吸附低溫板構造8所捕捉的非冷凝性氣體分子亦增加。與貫穿孔6較大的情況相同。

因此，希望吸附低溫板2與反射低溫板3的距離等於或大於貫穿孔6的孔寬度(或孔間隔)。並以吸附低溫板2與反射低溫板3的距離等於或大於貫穿孔6的孔寬度(或孔間隔)的2倍更佳。因此，在一實施形態為H/E1， 並以H/E2為佳。或者，在一實施形態為H/W1，並以H/W2為佳。

吸附低溫板構造8能夠運用於低溫泵1的各部位，有助於提高低溫泵1的性能。以下，對吸附低溫板構造8的幾個運用例進行說明。

第5圖係模式表示本發明的第2實施形態之低溫泵10的主要部份之剖面圖。低溫泵10具備由頂板46和在其下相鄰之低溫吸著板49構成之吸附低溫板構造60。亦即，頂板46相當於第1實施形態中的吸附低溫板2，低溫吸著板49相當於第1實施形態中的反射低溫板3。

因此，頂板46具備接收非冷凝性氣體的入射之前表面和具備非冷凝性氣體的吸附區域48之背面。頂板46的前表面朝向吸氣口12。與第2圖所示之吸附低溫板2相同，在頂板46上形成有多數個從前表面貫穿至背面之孔。低溫吸著板49具備與頂板46的背面對向之非冷凝性氣體的反射面。該反射面為低溫吸著板49的前表面，該前表面上未設有吸附區域48。

依第2實施形態，非冷凝性氣體能夠通過頂板46的貫穿孔進入吸附低溫板構造60。非冷凝性氣體分子的進入路徑不限於包圍頂板46的外側之氣體接收空間50。因此，在頂板46的吸附區域48中的中心部份亦能夠應用於非冷凝性氣體的排出。

另外，在低溫泵10中，配置吸附低溫板構造60之位置及方向為任意。在一實施形態中，低溫泵10可以具備 由底板47和在其上相鄰之低溫吸著板44構成之吸附低溫板構造60。此時，底板47相當於第1實施形態中的吸附低溫板2，低溫吸著板44相當於第1實施形態中的反射低溫板3。底板47的前表面朝向遮罩底部34。並且，在一實施形態中，低溫泵10可以具備在低溫板總成20中相鄰之2個低溫吸著板44構成之吸附低溫板構造60。

以下，對第2實施形態之低溫泵10的構成進行詳細說明。低溫泵10例如安裝於離子植入裝置或濺射裝置等的真空腔室，用於將真空腔室內部的真空度提高至所希望的過程所要求之位準為止。低溫泵10具有用於接收氣體之吸氣口12。應被排出之氣體從安裝有低溫泵10之真空腔室通過吸氣口12進入低溫泵10的內部空間14。第5圖表示包括低溫泵10的內部空間14的中心軸A在內之剖面。中心軸A是以一點虛線加以圖示。

此外，以下為了便於理解地表示低溫泵10的構成要件的位置關係，有使用“軸向”、“放射方向”的用語。軸向表示穿過吸氣口12之方向(第5圖中沿一點虛線A之方向)，放射方向表示沿吸氣口12之方向(與一點虛線A垂直之方向)。為方便起見，在軸向上，有時將相對靠近吸氣口12一側稱作“上”，相對遠離一側稱作“下”。亦即，有時將相對遠離低溫泵10的底部一側稱作“上”，相對靠近一側稱作“下”。在放射方向上，有時將靠近吸氣口12的中心(第5圖中為中心軸A)一側稱作“內”，將靠近吸氣口12的周緣一側稱作“外”。放射方向亦可稱為徑 向。另外，這種表現與低溫泵10安裝於真空腔室時的配置無關。例如，低溫泵10可以沿垂直方向使吸氣口12朝下安裝於真空腔室。

低溫泵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)等超低溫冷凍機。冷凍機16為具備第1冷卻台22及第2冷卻台24之二級式冷凍機。冷凍機16被構成為將第1冷卻台22冷卻成第1溫度位準，將第2冷卻台24冷卻成第2溫度位準。第2溫度位準的溫度低於第1溫度位準。例如，第1冷卻台22被冷卻成65K~120K左右，並以冷卻成80K~100K為佳，第2冷卻台24被冷卻成10K~20K左右。

第5圖所示之低溫泵10為所謂的臥式低溫泵。臥式低溫泵一般係指冷凍機16配設成與低溫泵10的內部空間14的中心軸A交叉(通常為正交)之低溫泵。本發明同樣亦能夠運用於所謂的立式低溫泵。立式低溫泵係指冷凍機沿著低溫泵的軸向配設之低溫泵。

低溫泵10具備第1低溫板18和低溫板總成20。第1低溫板18係為了從來自低溫泵10的外部或低溫泵容器38的輻射熱保護低溫板總成20而設置之低溫板。第1低溫板18具備放射遮罩30和入口低溫板32，且包圍低溫板總成20。第1低溫板18與第1冷卻台22成熱連接。因此，第1低溫板18被冷卻成第1溫度位準。

低溫泵容器38為容納第1低溫板18及低溫板總成20之低溫泵10的框體。吸氣口12藉由低溫泵容器38的 前端40而區劃。低溫泵容器38被構成為保持內部空間14的真空氣密之真空容器。

低溫板總成20設置於低溫泵10的內部空間14的中心部。低溫板總成20具備複數個低溫板和板安裝構件42。低溫板總成20經由板安裝構件42安裝於第2冷卻台24上。如此一來，低溫板總成20與第2冷卻台24成熱連接。因此，低溫板總成20被冷卻成第2溫度位準。

低溫板總成20中，在至少一部份表面上形成有吸附區域48。吸附區域48係為了藉吸附來捕捉非冷凝性氣體(例如氫)而設置。吸附區域48例如藉由將吸附劑(例如活性碳)黏接在低溫板表面來形成。並且，在低溫板總成20的至少一部份表面形成有用於藉冷凝來捕捉冷凝性氣體之冷凝區域。冷凝區域例如為在低溫板表面上吸附劑欠缺的區域，低溫板基材表面例如金屬面被露出。因此，冷凝區域還能夠稱作非吸附區域。因此，低溫板總成20具備在其一部份具有冷凝區域(或稱為非吸附區域)之吸附板或低溫吸著板44。

複數個低溫吸著板44沿著從遮罩開口26朝向遮罩底部34之方向(亦即沿著中心軸A)排列。複數個低溫吸著板44為分別與中心軸A垂直延伸之平板(例如圓板)，其相互平行地安裝於板安裝構件42上。為方便說明，有時將複數個低溫吸著板44中最靠近吸氣口12之低溫吸著板稱作頂板46，將複數個低溫吸著板44中最靠近遮罩底部34之低溫吸著板稱作底板47。

低溫板總成20在吸氣口12與遮罩底部34之間沿著軸向細長地延伸。軸向上從低溫板總成20的上端至下端的距離長於低溫板總成20的軸向垂直投影的外形尺寸。例如，頂板46與底板47的間隔大於低溫吸著板44的寬度或直徑。

低溫吸著板44為與中心軸A垂直延伸之平板(例如圓板)，在其兩面形成有吸附區域48。吸附區域48形成於成為在上方相鄰之低溫吸著板44陰影的位置上，以免從吸氣口12看見。亦即，吸附區域48形成於各低溫吸著板44的上表面中心部與下表面整個區域。但是，在頂板46及在其正下方相鄰之低溫吸著板49的上表面未設置吸附區域48。

如圖所示，複數個低溫吸著板44可以分別具有相同形狀，亦可以具有不同的形狀(例如不同的直徑)。複數個低溫吸著板44中的某一低溫吸著板44可以具有與在其上方相鄰之低溫吸著板44相同的形狀或者比其大型。其結果，底板47可以大於頂板46。底板47的面積可以為頂板46的面積約1.5倍~約5倍。

並且，如圖所示，複數個低溫吸著板44的間隔可以恆定，亦可以互不相同。

本申請人之前提出之低溫泵也具備適於非冷凝性氣體排出的低溫板總成或複數個低溫吸著板的排列。這樣的低溫泵例如日本專利特開2012-237262號公報、美國專利申請公開第2013/0008189號所揭示。該等全部藉由參閱援 用於本申請說明書中。

放射遮罩30係為了從低溫泵容器38的輻射熱保護低溫板總成20而設置。放射遮罩30位於低溫泵容器38與低溫板總成20之間，且包圍低溫板總成20。放射遮罩30具備區劃遮罩開口26之遮罩前端28、與遮罩開口26對向之遮罩底部34、以及從遮罩前端28向遮罩底部34延伸之遮罩側部36。遮罩開口26位於吸氣口12。放射遮罩30具有封閉遮罩底部34之筒形(例如圓筒)的形狀，並形成為杯狀。

在遮罩側部36有用於安裝冷凍機16的孔，冷凍機16的第2冷卻台24從該孔被插入到放射遮罩30中。在該安裝孔的外周部，第1冷卻台22固定於放射遮罩30的外表面。如此，放射遮罩30與第1冷卻台22成熱連接。

另外，放射遮罩30可以不構成為如圖所示一體的筒狀，可以藉由複數個零件構成為整體呈筒狀形狀。這些複數個零件可以相互保持間隙而配設。例如，放射遮罩30在軸向上可以被分割成2個部份。此時，放射遮罩30的上部為兩端開放之筒，就放射遮罩30的下部而言，上端開放且在下端具有遮罩底部34。

放射遮罩30中，在吸氣口12與遮罩底部34之間形成包圍低溫板總成20之氣體接收空間50。氣體接收空間50為低溫泵10的內部空間14的一部份，且為與低溫板總成20在放射方向相鄰之區域。氣體接收空間50在軸向上從吸氣口12遍及遮罩底部34包圍各低溫吸著板44的 外周。

入口低溫板32為了從來自低溫泵10的外部熱源(例如，安裝有低溫泵10之真空腔室內的熱源)的輻射熱保護低溫板總成20而設置於吸氣口12(或遮罩開口26，以下相同)。並且，在入口低溫板32的冷卻溫度下冷凝之氣體(例如水分)被捕捉到其表面。

入口低溫板32配置在吸氣口12中與低溫板總成20對應之位置。入口低溫板32佔據吸氣口12的開口面積的中心部份，在與放射遮罩30之間形成環狀的開放區域51。開放區域51位在吸氣口12中與氣體接收空間50對應之位置。氣體接收空間50以包圍低溫板總成20之方式處於內部空間14的外周部，因此開放區域51位於吸氣口12的外周部。開放區域51為氣體接收空間50的入口，低溫泵10通過開放區域51將氣體接收於氣體接收空間50。

入口低溫板32經由安裝構件(未圖示)而安裝於遮罩前端28。如此，入口低溫板32固定於放射遮罩30上，且與放射遮罩30成熱連接。入口低溫板32雖然靠近低溫板總成20，但並不接觸。

入口低溫板32具備配設於吸氣口12的平面構造。入口低溫板32例如可以具備平板(例如圓板)的板，亦可以具備形成為同心圓狀或格子狀的百葉窗或鋸齒形狀。入口低溫板32可以橫斷整個吸氣口12之方式配設。此時，開放區域51可以藉由去掉板的一部份或者去掉百葉窗或 鋸齒形狀的一部份百葉窗板來形成。

第6圖係模式表示本發明的第3實施形態之低溫泵10的主要部份之剖面圖。第3實施形態之低溫泵10具備具有複數個被排列成嵌套狀之低溫板102的低溫板總成100，來代替第2實施形態之低溫板總成20。另外，為簡單明瞭，在第6圖中省略圖示冷凍機16。

複數個低溫板102在軸向上重疊且緊密地排列。但是，如第6圖所示，複數個低溫板102中最靠近入口低溫板32之頂板137在軸向上並不與第二個靠近入口低溫板32之低溫板139重疊。

低溫板總成100具備由頂板137和在其下方相鄰之低溫板139構成之吸附低溫板構造70。亦即，頂板137相當於第1實施形態中的吸附低溫板2，低溫板139相當於第1實施形態中的反射低溫板3。

因此，頂板137具備接收非冷凝性氣體的入射之前表面和具備非冷凝性氣體的吸附區域之背面。頂板137的前表面朝向吸氣口12。與第2圖所示之吸附低溫板2相同，在頂板137上形成有多數個從前表面貫穿至背面之孔。低溫板139具備與頂板137的背面對向之非冷凝性氣體的反射面。該反射面為低溫板139的前表面，該前表面上未設置吸附區域。

第7圖係模式表示本發明的第3實施形態之低溫板102之立體圖。低溫板102具有倒圓錐梯形的形狀。低溫板102還能夠具有研缽狀、深盤狀或球狀的形狀。低溫板 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)。

低溫板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相當於倒圓錐梯形的側面。藉此，低溫板102以低溫板102的前表面的法線與中心軸A交叉之方式傾斜。傾斜區域108基本上佔放射方向的該低溫板的整個寬度D。

但是，如第7圖所示，低溫板102可以在下端部106具備安裝部110。安裝部110為平坦的區域。安裝部110為用於將低溫板102安裝於板安裝構件112(參閱第2圖)之凸緣。板安裝構件112係為了將低溫板102與冷凍機16的第2冷卻台24(參閱第5圖)機械固定且熱連接而設置。藉由設置這樣的平坦的安裝凸緣，低溫板102安裝於板安裝構件112上之安裝作業變得容易。

在低溫板102上可以形成有用於插通冷凍機16之缺口或開口(未圖示)。

如第6圖所示，複數個低溫板102同軸配設於放射遮罩30的中心軸A上。因此，複數個低溫板102各自的傾斜區域108以在靠近中心軸A之下端部106(參閱第7圖)與遮罩開口26分離且在遠離中心軸A之上端部104靠近遮罩開口26之方式傾斜。靠近吸氣口12之低溫板102小於遠離吸氣口12之低溫板102。相鄰之2個低溫板102中上側的低溫板具有小於下側的低溫板102的直徑。

低溫板總成100被劃分為上部構造128和下部構造 130。上部構造128具備至少1個低溫板102，該至少1個低溫板102具備有朝向遮罩前端28之傾斜角度的傾斜區域108(參閱第7圖)。下面，有時將具有這樣的傾斜之低溫板102稱作上部低溫板。另外，低溫板的傾斜角度係指垂直於中心軸A之平面與低溫板102的表面之間的角度。

上部低溫板102具有被調整為從低溫泵10的外部無法觀察其背面132之傾斜角度。亦即，背面132(亦即傾斜區域108)的傾斜角度被規定成從遮罩前端28的視線不與背面132交叉。因此，如第6圖中虛線箭頭134所示，上部低溫板102的外側末端朝向遮罩前端28的稍微下方。因此，上部低溫板102各自的傾斜角度不同，越上方的低溫板，傾斜角度越小。另外，還有可能存在如下情況，亦即代替遮罩前端28，應考慮從低溫泵容器38的前端40的視線，以免從低溫泵10的外部觀察到上部低溫板102的背面132。

低溫板總成100的下部構造130具備至少1個低溫板102。如第6圖中虛線箭頭136所示，該至少1個低溫板102具備朝向遮罩側部36傾斜之傾斜區域108(參閱第7圖)。下面，有時將具有這樣的傾斜之低溫板102稱作下部低溫板。亦即，下部低溫板102具有朝向遮罩側部36之傾斜角度，因此從低溫泵10的外部無法觀察其背面138。下部低溫板102分別具有相等的傾斜角度。

在一實施形態中，與下部構造130的低溫板102相 同，上部構造128的至少一部份或所有的低溫板102可以平行地排列。若所有的低溫板都平行則製作容易。此時，頂板137的末端可以朝向低溫泵前端(的稍微下方)，頂板下方的低溫板可以朝向遮罩側部36。

與某一個上側的低溫板的內周端相比較，該低溫板下側的幾個低溫板的外周端更靠近吸氣口12。換言之，某一個下側的低溫板的傾斜部超出該低溫板上側的幾個低溫板的內周端傾斜地向上方延伸。如此一來，在上側的低溫板與下側的低溫板之間形成用於接收氫氣之細長的間隙149，複數個低溫板102被排列成嵌套狀。

這樣的低溫板彼此的位置關係不僅對下部構造130，而且對上部構造128的幾個低溫板亦是通用。但是，該位置關係在下部構造130中顯著。例如，最下方的低溫板的外周端比從該最下方的低溫板起向上方第6塊的低溫板的內周端更靠近吸氣口12。

間隙149沿著傾斜區域108較深地延伸。間隙的深度大於間隙入口的寬度。低溫板總成100具有如此較深的間隙構造，藉此能夠提高氫氣的捕捉率。亦即，一旦進入間隙149之氫分子都能夠進行捕捉，而盡量避免使其向外部逃出。

在上部低溫板102的背面132的整個區域形成有吸附區域。在下部低溫板102的背面138的整個區域形成有吸附區域。並且，在各低溫板的前表面上，以從遮罩前端28向該低溫板正上方的低溫板的外周端引出之視線作為 邊界，在邊界內側形成有吸附區域。最靠近吸氣口12之最上部的低溫板137的其前表面的整個區域為冷凝區域。亦可以是最靠近吸氣口12之多塊低溫板前表面的整個區域為冷凝區域。

如此一來，複數個低溫板102分別在從低溫泵10的外部無法觀察之部位具備吸附區域。藉此，低溫板總成100構成為從低溫泵10的外部完全無法觀察到吸附區域。

然而，積蓄在低溫泵中之氣體通常藉由再生處理實質上被完全排出，在再生結束時低溫泵恢復到規格上的排氣性能。但是，所積蓄之氣體中的一部份成份即使經過再生處理，殘留在吸附劑中之比例仍舊較高。

例如，在離子植入裝置中以真空排氣用所設置之低溫泵中，觀察到黏著性的物質附著在作為吸附劑的活性碳上。該黏著性物質即使經過再生處理亦難以完全去除。可以認為該黏著性物質係由從包覆在處理對象基板上之光致抗蝕劑排出之有機類的漏氣所引起。或者，亦有可能是由離子植入處理中用作摻雜劑氣體亦即原料氣體之毒性氣體所引起。認為還有可能是由離子植入處理中的其他副產氣體所引起。還有可能是由這些氣體的綜合關係而生成黏著性物質。

離子植入處理中，低溫泵排出之氣體的大半可能為氫氣。氫氣藉由再生實質上被完全排出至外部。若難再生氣體為微量，則在1次低溫抽取處理中難再生氣體對低溫泵 的排氣性能的影響輕微。但是，在反覆進行低溫抽取處理和再生處理之中，難再生氣體漸漸積蓄在吸附劑上，有可能使排氣性能降低。在排氣性能低於允許範圍時，需要進行包括例如吸附劑的更換或吸附劑與低溫板的更換、或對吸附劑進行化學上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為冷凝性氣體。從外部朝向低溫泵10飛來之冷凝性氣體的分子通過入口低溫板32周圍的開放區域以直線路徑到達放射遮罩30或低溫板總成100外周的冷凝區域，被捕捉到該等的表面。藉由避免使吸附區域露出於吸氣口12來保護吸附區域免受進入到低溫泵10中之氣體所含的難再生氣體。難再生氣體堆積在冷凝區域。如此，能夠同時兼顧非冷凝性氣體的高速排氣以及保護吸附區域免受難再生氣體的影響。避免吸附區域的露出，還有助於保護吸附區域免受水分的影響。

低溫泵10能夠將所進入之氫分子接收在低溫板102間之細長的間隙149中。入射到間隙149中之氫分子藉由低溫板表面的反射而引導至間隙149的深處。在低溫板構造的中心部形成有吸附區域。因此，能夠有效地吸附氫分子，能夠實現氫氣的高速排氣。

本申請人之前提出的低溫泵還具備兼顧氫的高速排氣和吸附劑的保護之獨自的低溫板構造。在該低溫板構造中，各個低溫板沿著與低溫泵的中心軸垂直之平面朝向放射遮罩延伸。第5圖中例示出這樣的低溫板構造。與具有 這樣的位準低溫板的低溫泵相比，具有本實施形態的傾斜低溫板的低溫泵的氫氣的排氣速度進一步優異約20%至30%，可依據蒙特卡羅法之模擬實驗得到了確認。

第8圖係模式表示本發明的第4實施形態之低溫泵1的主要部份之剖面圖。在第4實施形態之低溫泵1中，反射低溫板3為放射遮罩的至少一部份，吸附低溫板2與放射遮罩的至少一部份相鄰。吸附低溫板2為具有多數個貫穿孔6之筒狀構件。該筒狀構件具有稍微小於反射低溫板3的尺寸。吸附低溫板2舖設在反射低溫板3的內側。如此一來，可以在放射遮罩的側面及底面的緊靠內側形成吸附低溫板構造。另外，第4實施形態之低溫泵1可以具備第2實施形態之低溫板總成20或第3實施形態之低溫板總成100。

第9圖係模式表示本發明的第5實施形態之低溫泵1的主要部份之剖面圖。第5實施形態之低溫泵1具備複數個吸附低溫板2。複數個吸附低溫板2在軸向上相互平行地排列，且被放射遮罩30包圍。在該低溫泵1中，反射低溫板3為在某一吸附低溫板2的下方相鄰之另一吸附低溫板2。各吸附低溫板2具有貫穿孔6。此時，各吸附低溫板2被形成為越上方的吸附低溫板2具有越高的通過概率。

以上，依據實施例對本發明進行了說明。本發明不限於上述實施形態，本領域技術人員可以理解能夠實施各種設計變更，且能夠實施各種變形例，並且這種變形例亦包 括在本發明的範圍內。

例如，形成於吸附低溫板2之開口(例如孔或狹槽)的形狀為任意。在上述的實施形態中，開口為具有封閉輪廓之形狀，但不限於此。吸附低溫板2亦可以具備有向其外周開放之輪廓的開口。並且，關於開口的排列，如上前述，若為規則的或格子狀的排列則在製造方面有利，但亦可以為其他任意的排列。

吸附低溫板2和/或反射低溫板3可以由複數個塊件形成。例如，吸附低溫板2可以具有由複數個細長的構件構成之框架構造或骨架構造。

1‧‧‧低溫泵

2‧‧‧吸附低溫板

3‧‧‧反射低溫板

4‧‧‧前表面

5‧‧‧背面

6‧‧‧貫穿孔

7‧‧‧反射面

8‧‧‧吸附低溫板構造

A‧‧‧箭頭

B‧‧‧箭頭

C‧‧‧箭頭

H‧‧‧板間距離

Claims (6)

1. 一種低溫泵，其特徵為，具備：複數個低溫板的排列，包括吸附低溫板及反射低溫板；放射遮罩，包圍前述複數個低溫板的排列；冷凍機，構成為將前述放射遮罩冷卻成第1冷卻溫度，且將前述複數個低溫板的排列冷卻成低於前述第1冷卻溫度之第2冷卻溫度，前述吸附低溫板，具備接收非冷凝性氣體的入射之前表面、具備非冷凝性氣體的吸附區域之背面、及多數個從前述前表面貫穿至前述背面之孔；以及前述反射低溫板，具備與前述背面對向之非冷凝性氣體的反射面，前述吸附低溫板在前述複數個低溫板的排列中最靠近低溫泵吸氣口，前述前表面朝向前述低溫泵吸氣口。
2. 如申請專利範圍第1項記載之低溫泵，其中，前述吸附低溫板具有10%以上70%以下的非冷凝性氣體的通過概率。
3. 如申請專利範圍第1或2項記載之低溫泵，其中，前述吸附低溫板與前述反射低溫板的距離為前述多數個孔的孔寬度以上。
4. 如申請專利範圍第1或2項記載之低溫泵，其中， 前述多數個孔的孔寬度為20mm以下。
5. 如申請專利範圍第1項記載之低溫泵，其中，前述反射低溫板為與前述吸附低溫板相鄰且具有前述多數個孔之另一吸附低溫板。
6. 一種真空排氣方法，係使用申請專利範圍第1項的低溫泵排出非冷凝性氣體，其特徵為，具備以下步驟：通過前述多數個孔，將非冷凝性氣體接收在前述吸附低溫板與前述反射低溫板之間；藉由前述反射低溫板反射非冷凝性氣體；以及將反射後之非冷凝性氣體吸附在前述吸附低溫板上。